Fisión y fusión nuclear

El físico italoamericano Enrico Fermi (1901-1954) se interesó por el neutrón, que, al carecer de carga eléctrica, podía utilizarse para bombardear el núcleo de un átomo sin ser repelido por éste, como sucedía con los rayos ay los protones. No era necesario producir energía para comunicársela al neutrón utilizando un acelerador de partículas. Aún más, descubrió que los neutrones que más posibilidades de penetrar en un núcleo tenían cran los menos energéticos, es decir, los lentos. Por este motivo, hacía pasar a través de agua o de parafina los neutrones obtenidos mediante la reacción nuclear de Chadwick (ver Reacciones nucleares provocadas), para que, al chocar elásticamente con los átomos de estas sustancias, quedaran frenados hasta alcanzar la velocidad normal de las moléculas a la temperatura ambiente. Estos neutrones, llamada térmicos, tienen la ventaja de encontrarse en las proximidades de un determinado núcleo durante una fracción de tiempo mayor que los neutrones rápidos, lo que resultan más fácilmente absorbidos por él.

Fermi pensó que, al incorporarse un neutrón al núcleo de un átomo, debía de producirse una inestabilidad nuclear que provocaría la emisión de una partícula β, obteniéndose así un átomo de una unidad atómica mayor. En 1934 bombardeó con neutrones lentos uranio -número atómico 92- con el objeto de obtener un elemento transuránico de número atómico 93. El resultado fue confuso, pero creyó que había obtenido un nuevo elemento al que llamó uranio X. Posteriormente, el físico de EE. UU. Edwin Mathison McMillan demostraría que, al bombardear el isotopo 238 del uranio con neutrones rápidos, se produce el elemento de número atómico 93, al que denominó neptunio.

Fisión nuclear

En 1938, el químico físico alemán Orto Hahn (1879-1968) demostró que, al bombardear una muestra de uranio con neutrones térmicos, se obtiene bario radiactivo. Sin embargo, el átomo de bario es mucho más ligero que el de uranio, lo cual le llevaría a la conclusión de que el átomo de uranio se había partido por la mitad, se había fisionado. Era algo tan increíble que únicamente se atrevió a comunicarlo a una antigua colega, Lise Meitner, quien publicó, en 1939, la idea de la fisión, que despertó gran interés entre los científicos de la época.

Niels Henrick David Bohr (1885-1962), físico danés, sugirió que el isotopo del unanio-235 era el que experimentaba la fisión. Inmediatamente se comprobó la certeza de esta sugerencia. El físico húngaro nacionalizado norteamericano Leo Szilard demostró que, en cada fisión que experimentaba el átomo de uranio, se liberaban dos o tres neutrones, lo que implicaba la posibilidad de producir una reacción de fisión nuclear en cadena y, consecuentemente, el desprendimiento de una enorme cantidad de energía. Con estos conocimientos resultó posible la fabricación del arma más devastadora de la historia, la bomba atómica.

Al fisionarse, un núcleo de uranio da lugar a otros dos que corresponden a isótopos radiactivos, pero no siempre son los mismos. Se expresa un ejemplo de la fisión del uranio-235 en la reacción:

En lugar de bario y criptón pueden aparecer cesio, yodo, xenón, radón, etc. Otro isótopo fisionable que provoca reacciones en cadena es el plaetonio-239.

Reacción de fusión nuclear. Se produce a temperaturas altísimas. Consiste en la fusión de núcleos ligeros para absorber uno mas pesado, con desprendimiento de gran cantidad de energía.

Fusión nuclear

Es el fenómeno inverso a la fisión. Consiste en la unión de núcleos ligeros para producir núcleos más pesados. Por ejemplo,

Los núcleos únicamente pueden aproximarse para la fusión si poseen la energía suficiente para vencer de repulsión electrostática nuclear. El núcleo del Sol tiene una temperatura de unos 15 millones de grados centígrados. En estas condiciones, los electrones de los átomos escapan de la atracción nuclear. Se forma una mezcla nota de iones nucleares y electrones llena da plasma. En el interior del plasma, denso y caliente, los núcleos tienen la suficiente energía para chocar y fusionare.

Las reacciones que se realizan a temperaturas superiores al millón de grados centígrados se llaman termonucleares. Es posible realizar una reacción termonuclear empleando una bomba atómica, a modo de chispas, para provocar una reacción de fusión. Es el caso de la bomba de hidrógeno (H), que consiste, en esencia, en una bomba de fisión rodeada de hidrógeno-2 (deuterio) y litio-6. Las reacciones que tienen lugar son:

y

La energía liberada por una reacción de fusión es menor que en la de fisión, aunque el rendimiento de la reacción es mucho mayor en el primer caso que en el segundo.

Un reactor nuclear consiste en una disposición de barras de combustible nuclear alteradas con barras de material no transmutable, moderador, que frena los neutrones para conseguir neutrones térmicos. Para controlar la velocidad de reacción se usa una sustancia que se transmita fácilmente al absorber neutrones. Con la carga desprendida se genera electricidad.

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