Energía Nuclear: Conceptos Clave, Radiactividad, Fisión y Fusión
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Energía Nuclear: Fundamentos y Procesos
Radiactividad Natural
Consiste en la emisión espontánea, por parte de algunas sustancias existentes en la naturaleza, de radiaciones capaces de atravesar cuerpos opacos a la luz, impresionar placas fotográficas, entre otras propiedades.
Las radiaciones emitidas eran de tres tipos distintos:
- Radiación Alfa (α): Formada por núcleos de helio, es muy poco penetrante y es muy difícil que penetre en nuestro organismo.
- Radiación Beta (β): Formada por electrones, es más penetrante. Se necesita una lámina metálica o una plancha de madera para detenerla.
- Radiación Gamma (γ): Posee un gran poder de penetración, capaz de recorrer centenares de metros en el aire. Se necesita una lámina gruesa de plomo o una pared de hormigón para detenerla.
Transmutación Artificial
Rutherford y sus colaboradores intentaron llevar a cabo transformaciones de este tipo de una manera artificial, obligando a los núcleos de algunos elementos a transformarse en otros.
Este proceso y otros similares se conocen con el nombre de reacciones nucleares. En todas ellas, la suma de los números atómicos y másicos de los dos miembros de la ecuación ha de ser la misma.
Radiactividad Artificial
Irene Curie y su esposo bombardearon aluminio con partículas alfa y obtuvieron un isótopo del fósforo.
En este caso y en otros que se encontraron más tarde, el núcleo se obtenía artificialmente. A este fenómeno se le denomina radiactividad artificial.
Concepto de Energía Nuclear
En la mayor parte de las reacciones nucleares, la masa de los reactivos es mayor que la de los productos de la reacción. Existe una pérdida de masa debido a que, en el transcurso de la reacción, una cierta cantidad de materia se convierte en energía de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein: E=mc². Esta energía liberada es lo que se conoce como energía nuclear.
Reacciones Nucleares de Interés Energético
Reacciones de Fisión Nuclear
En 1938, el físico alemán Otto Hahn bombardeó uranio con neutrones lentos. Su objetivo era obtener núcleos de elementos con un número atómico superior al uranio. Lo que ocurrió fue que los núcleos de una variedad isotópica del uranio se hacían inestables y se desdoblaban en dos núcleos ligeros. Este proceso producía una tremenda liberación de energía y el desprendimiento de nuevos neutrones capaces de seguir la reacción iniciada. Esto es la fisión nuclear.
La energía liberada es del orden de 200 MeV (Mega-electronvoltios).
La energía liberada puede emplearse para:
- Fines militares (armas nucleares)
- Fines pacíficos (generación de electricidad en centrales nucleares)
Reacciones de Fusión Nuclear
Las reacciones de fusión consisten en la unión de núcleos ligeros para producir un núcleo más complejo. Este proceso va acompañado de una considerable emisión de energía, mayor aún que la que se desprende en las reacciones de fisión.
El elemento químico más abundante es el hidrógeno, y además se sabe por análisis espectroscópico que en la atmósfera solar existe helio.
La energía liberada por núcleo de helio es del orden de los 26 MeV. Para lograr la fusión, se requieren velocidades muy elevadas, lo que se consigue sometiendo los núcleos a temperaturas altísimas, del orden de millones de grados Celsius (ºC).
La energía liberada puede emplearse para:
- Fines militares (bombas de hidrógeno o bomba H)
- Fines pacíficos (investigación para futuras fuentes de energía limpia)