FISION!!!

Cuando se fisiona (divide) un núcleo de más de 60 nucleones, la suma de las masas de los núcleos resultantes es menor que la masa del núcleo original. Un ejemplo es la fisión de un núcleo de uranio 235 (tiene 235 nucleones).


¿COMO OCURRE LA FISION?
Cuando nivel del agua superaba ampliamente el borde del vaso, pero el fenómeno de la "tensión superficial" impedía que el agua cayera, siempre y cuando el pulso de Bronson no le hiciera agitar la superficie del agua. Bastaba una simple perturbación para que el agua fuera a parar donde corresponde, es decir cayera a una posición de menor energía potencial.


Los núcleos con alto número de masa, es decir A cercano a 200, están menos unidos que los intermedios (A próximo a 60), por lo que la división de núcleos pesados en núcleos más livianos es un proceso favorecido por la naturaleza. Naturalmente (como el agua que corre hacia abajo) los núcleos pesados deberían partirse en dos mediante la reacción nuclear llamada fisión.


Sin embargo, un efecto similar al de la tensión superficial del vaso de la película, conocido como "barrera de fisión" impide que los núcleos pesados se partan espontáneamente (salvo en casos muy raros, en los que se produce la llamada "fisión espontánea"), sino que se necesita una perturbación que desencadene el proceso, en forma análoga a lo que sucedía al vaso de Charles Bronson. Si se choca al núcleo con un neutrón o con un fotón gamma (g) se puede lograr producir la perturbación que vence la barrera de fisión y entonces el núcleo fisiona. Cuando ello sucede estamos en presencia de una Fisión inducida.


Sea cual fuere el origen de la fisión, espontánea o inducida, el resultado es el mismo: el núcleo se parte y aparecen radiaciones, partículas y energía.


Cuando un núcleo pesado como el de uranio 235 se parte, ocurre una fisión Nuclear. Las dos partes en que se divide el núcleo se llaman fragmentos de fisión: son isótopos radioactivos. En el mismo momento de la fisión se emite además radiación beta (b) y radiación gamma (g) y también se producen varios neutrones y unas partículas llamadas neutrinos. Posteriormente, y en tiempos que van desde los milisegundos hasta algunos minutos, se producen nuevas emisiones de radiación gamma y beta, e incluso algunos neutrones.


En el instante de la fisión se libera una importante cantidad de energía, que se distribuye entre los neutrinos, la radiación beta y la radiación gamma, la energía cinética de los neutrones y, principalmente, la energía cinética de los fragmentos de fisión. Esta energía nuclear está originada en la transformación de parte de la masa del Uranio 235 y es alrededor de 20.000.000 de veces más grande que la energía química proveniente de la unión de un átomo de carbono con 2 de oxígeno en la combustión del carbón. La energía nuclear es tan formidablemente grande que la fisión de 1 Kilogramo de Uranio 235 produce tanta energía como el quemado de 600 toneladas de carbón mineral o petróleo.


La producción de neutrones en una reacción de fisión es lo que permite la aplicación tecnológica del proceso de fisión: con un neutrón se induce la fisión, se produce energía y se recupera el neutrón para utilizarlo en una nueva fisión. Esto que parece muy simple tiene atrás todo un campo de trabajo que se conoce como Ingeniería Nuclear.






FUSION




La fusión y la fisión son dos procesos que liberan energía nuclear. La energía nuclear liberada en las reacciones de fusión y fisión debe distinguirse claramente de la energía química liberada en el quemado de combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón). La energía liberada en cada reacción nuclear es muchos miles o millones de veces (dependiendo de la reacción) mayor que la energía liberada en las reacciones químicas. Veamos cómo se genera la energía nuclear a partir de las reacciones de fusión y fisión.


Cuando se fusionan (unen) 2 núcleos que poseen menos de 60 nucleones, el núcleo resultante tiene una masa menor que la suma de las correspondientes a los núcleos originales. Un ejemplo es la fusión de un núcleos de deuterio (que tiene 2 nucleones) con uno de tritio (que tiene 3 nucleones).


Esto es sorprendente si comparamos con lo que sucede en las reacciones químicas que liberan energía, en las que no hay una reducción de masa. Por ejemplo, cuando se quema la nafta en el motor de un automóvil, la suma de las masas de los productos finales (fundamentalmente gases) es igual a la masa de la nafta y el aire que se quemaron. En cambio, las cosas suceden de una manera muy diferente cuando se unen estas pequeñísimas partículas que son los núcleos de los átomos: en estos casos los productos finales pesan menos que los ingredientes.


¿COMO OCURRE LA FUSION?


El proceso de fusión está controlado por dos clases de fuerzas, la fuerza eléctrica y la fuerza nuclear. La fuerza eléctrica actúa hasta grandes distancias y hace que los núcleos, que tienen carga positiva, se repelan. La fuerza nuclear actúa a distancias extremadamente cortas y hace que los núcleos se fusionen.


Para que ocurra la fusión es necesario que los núcleos se acerquen hasta distancias extremadamente pequeñas, de modo que la fuerza nuclear comience a actuar, "venciendo" la repulsión eléctrica. Para lograr el acercamiento necesario los núcleos deben chocar a altas velocidades. Los átomos y los núcleos se mueven tanto más rápidamente cuanto más elevada es su temperatura. Esto significa que si se calienta suficientemente un combustible adecuado, por ejemplo una mezcla de deuterio y tritio, la temperatura hará que las velocidades de los núcleos sean suficientemente altas como para que la fusión se produzca: se habla entonces de fusión termonuclear.


Para que el deuterio y el tritio comiencen a fusionarse en cantidades significativas se requieren temperaturas superiores a los 10 millones de grados centígrados. A estas temperaturas los átomos chocan con tanta fuerza que se rompen, separándose el núcleo (positivo) de los electrones (negativos). Una mezcla de partículas con carga positiva y negativa en cantidades aproximadamente iguales se conoce como plasma. El estado de plasma constituye el cuarto estado de la materia, junto con los más conocidos sólido, líquido y gaseoso.


Si bien no somos conscientes de su presencia, los plasmas aparecen en muchas situaciones de nuestra vida diaria. Por ejemplo, en los tubos fluorescentes, en los carteles luminosos y en el arco producido por una soldadora eléctrica la velocidad de las partículas es muy inferior a la requerida para que ocurra fusión pero suficientemente alta como para que haya pequeñas cantidades de plasma. Entre los plasmas "naturales" a escala terrestre, podemos mencionar las auroras y los relámpagos y rayos.

En las estrellas, por ejemplo nuestro Sol, la temperatura es suficientemente alta como para que se produzcan muchas reacciones de fusión. En el centro del Sol la temperatura es de varias decenas de millones de grados, lo que permite la fusión de núcleos livianos. Una muy pequeña parte de esta gran cantidad de energía producida en el Sol llega a la Tierra, fundamentalmente como radiación electromagnética, y es el soporte de la vida en ella. El Sol es un gran reactor nuclear natural donde la fusión se mantiene permanentemente. En las estrellas más grandes que el Sol, las temperaturas son todavía mas grandes, permitiendo la fusión de núcleo más pesados y dando como resultado la producción de nuevos núcleos de Oxígeno, Carbono, y hasta de Hierro.