Fundamentos de la fisión nuclear – Explicado

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El debate sobre las centrales nucleares ha estado en marcha durante algún tiempo, con los físicos nucleares y los legisladores por igual lanzando términos como fisión nuclear, masa crítica y reacción en cadena. Pero, ¿cómo funciona exactamente la fisión nuclear?

En la década de 1930, los científicos descubrieron que algunas reacciones nucleares pueden ser iniciadas y controladas. Los científicos generalmente logran esta tarea bombardeando un isótopo grande con otro más pequeño, comúnmente un neutrón. La colisión provocó que el isótopo más grande se dividiera en dos o más elementos, lo que se denomina fisión nuclear. La figura 1 muestra la ecuación para la fisión nuclear del uranio 235.

Figura 1: La ecuación de la fisión nuclear.

Las reacciones de este tipo también liberan mucha energía. ¿De dónde viene la energía? Bueno, si haces una medición muy precisa de las masas de todos los átomos y partículas subatómicas con las que empiezas y de todos los átomos y partículas subatómicas con las que terminas, y luego comparas los dos, te das cuenta de que hay una masa”faltante”. La materia desaparece durante la reacción nuclear. Esta pérdida de materia se denomina defecto de masa. La materia que falta se convierte en energía.

En realidad se puede calcular la cantidad de energía producida durante una reacción nuclear con una ecuación bastante simple desarrollada por Einstein: E = mc2. En esta ecuación, E es la cantidad de energía producida, m es la masa “faltante”, o el defecto de la masa, y c es la velocidad de la luz, que es un número bastante grande. La velocidad de la luz es cuadrada, haciendo que esa parte de la ecuación sea un número muy grande que, aun cuando se multiplique por una pequeña cantidad de masa, produce una gran cantidad de energía.

Echa otro vistazo a la ecuación para la fisión de U-235. Observe que se utilizó un neutrón, pero se produjeron tres. Estos tres neutrones, si se encuentran con otros átomos U-235, pueden iniciar otras fisuras, produciendo aún más neutrones. Es el viejo efecto dominó. En términos de química nuclear, es una cascada continua de fisuras nucleares llamada reacción en cadena. La reacción en cadena del U-235 se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Reacción en cadena.

Esta reacción en cadena depende de la liberación de más neutrones de los que se utilizaron durante la reacción nuclear. Si se escribiera la ecuación para la fisión nuclear del U-238, el isótopo más abundante de uranio, se usaría un neutrón y sólo se recuperaría uno. No puedes tener una reacción en cadena con el U-238. Pero los isótopos que producen un exceso de neutrones en su fisión mantienen una reacción en cadena. Se dice que este tipo de isótopo es fisionable, y sólo hay dos isótopos fisionables principales utilizados durante las reacciones nucleares: el uranio-235 y el plutonio-239.

Una cierta cantidad mínima de materia fisionable es necesaria para apoyar una reacción en cadena autosostenible, y está relacionada con esos neutrones. Si la muestra es pequeña, es probable que los neutrones salgan disparados de la muestra antes de golpear un núcleo U-235. Si no golpean un núcleo U-235, no se liberan electrones adicionales ni energía. La reacción no hace más que fallar. La cantidad mínima de material fisionable necesaria para garantizar que se produzca una reacción en cadena se denomina masa crítica. Cualquier cosa menor a esta cantidad se llama subcrítica.

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