Fisión y Fusión Nuclear: Energía Atómica Explicada

Fisión Nuclear

En energía nuclear, llamamos fisión nuclear a la división del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones.

La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta 'falta' de masas (alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein (E=mc²). En esta ecuación E corresponde a la energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es una constante, la de la velocidad de la luz: 299.792.458 m/s. Con este valor de la constante c ya se puede ver que por poca unidad de masa que extraigamos en una fisión nuclear obtendremos grandes cantidades de energía.

La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón, o puede ocurrir espontáneamente.

Una reacción en cadena se refiere a un proceso en el que los neutrones liberados en la fisión producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite. El proceso puede ser controlado (energía nuclear) o incontrolado (armas nucleares).

Masa Crítica

Aunque en cada fisión nuclear se producen entre dos y tres neutrones, no todos los neutrones están disponibles para continuar con la reacción de fisión. Si las condiciones son tales que los neutrones se pierden a un ritmo más rápido de lo que se forman por la fisión, los que se produzcan en la reacción en cadena no serán autosuficientes.

La masa crítica es el punto donde la reacción en cadena puede llegar a ser autosostenible.

En una bomba atómica, por ejemplo, la masa de materiales fisionables es mayor que la masa crítica.

La cantidad de masa crítica de un material fisionable depende de varios factores: la forma del material, su composición y densidad, y el nivel de pureza.

Una esfera tiene la superficie mínima posible para una masa dada, y por tanto, reduce al mínimo la fuga de neutrones. Bordeando el material fisionable con un "reflector" de neutrones adecuado, la pérdida de neutrones puede reducirse y la masa crítica puede ser reducida.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía.

Un ejemplo claro lo vemos a diario en la energía solar que tiene su origen en la fusión de núcleos de hidrógeno, generándose helio y liberándose una gran cantidad de energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética.

Requisitos para la Fusión Nuclear

Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, se deben cumplir los siguientes requisitos:

• Temperatura muy elevada para separar los electrones del núcleo y que este se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión electrostáticas. La masa gaseosa compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados se denomina plasma.
• Confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada temperatura durante un tiempo mínimo.
• Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan dar lugar a reacciones de fusión.

Los confinamientos convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las altas temperaturas del plasma. Por este motivo, se encuentran en desarrollo dos métodos de confinamiento:

• Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un haz de láser, provocándose su implosión. Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión nuclear.
• Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina TOKAMAK.

Ventajas de la Fusión Nuclear

La fusión nuclear es una energía limpia ya que no produce gases nocivos y genera residuos nucleares de muy baja actividad.

Un reactor de fusión nuclear es intrínsecamente seguro ya que la propia reacción se detiene al cortar el suministro de combustible. No depende de ningún sistema externo de seguridad susceptible de errores.

Es una fuente inagotable de energía ya que el deuterio existe en abundancia en la naturaleza y el tritio es generado dentro del propio reactor a partir del deuterio.