Fisión y Fusión Nuclear: Conceptos Clave y Aplicaciones

La fisión nuclear consiste en la ruptura del núcleo de un determinado átomo, teniendo como consecuencia la formación de dos átomos de distinto elemento al inicial. Una de las consecuencias de la fisión es la liberación de energía, debido a las desintegraciones sufridas; dicha energía ocasiona radiactividad. Un ejemplo de la aplicación de la fisión nuclear está presente en las bombas atómicas. Energía nuclear, armamento nuclear, creación de radioisótopos, generadores termonucleares.

La fusión nuclear, que es lo inverso a la fisión, está enfocada a la unión de los núcleos atómicos de elementos iguales o diferentes, con el fin de obtener átomos mucho más pesados. Aunque estos átomos sintéticos frecuentemente sean inestables y de una duración de fracción de segundos. Un ejemplo de las aplicaciones de la fusión es la obtención constante de liberación energética, como lo es el caso del Sol, que debido a sus condiciones térmicas y de presión, facilitan la fusión, y por ende, los átomos de los elementos presentes en el astro, fusionados, que serán masivamente inferiores, liberarán la diferencia de la suma de los átomos anteriores como energía.

Tipos de radiactividad natural:

• Cuando un núcleo emite una partícula α, su número atómico disminuye en 2 unidades. Se produce en partículas pesadas y está constituida por núcleos de 2 protones y 2 neutrones, con carga eléctrica +2. Al emitir una α, se queda con Z' = Z - 2 y A' = A - 4.
• Cuando un núcleo emite una partícula β, su número atómico aumenta en 1 unidad. Se produce en partículas ligeras y está formada por electrones, con carga eléctrica -e. Es un neutrón del núcleo el que se descompone. El electrón emitido se forma dentro del núcleo mediante la reacción.

La partícula llamada neutrino fue introducida para que se cumpliera el principio de conservación de la energía y del momento angular. Tanto el electrón como el neutrino escapan del átomo, mientras que el protón se queda. Z aumenta en 1 unidad y el número de nucleones se queda igual. La partícula β+ es idéntica al electrón en cuanto a su masa, pero no tiene carga; también procede de la interacción nuclear débil, al descomponerse un protón del interior del núcleo: e+. En el núcleo tenemos un protón - y un neutrón +, con lo que Z se reduce en 1 unidad y A permanece igual. Cuando un núcleo emite radiación γ, continuará siendo el mismo elemento químico. Sin masa, sin carga, el núcleo simplemente pierde energía, sigue siendo un núcleo del mismo elemento químico (fotones). La energía de los fotones liberados está relacionada con la frecuencia de la radiación mediante la expresión E = hf, donde h es la constante de Planck.

El científico francés Louis de Broglie, basándose en los resultados de Planck, Einstein y otros (Compton), supuso en 1924 que cualquier partícula puede comportarse como una onda en determinados experimentos. A cada partícula corresponde una onda asociada. Es decir, supuso que toda la materia tiene un comportamiento dual. Dicho comportamiento ondulatorio vendrá caracterizado por una λ, llamada longitud de onda asociada a la partícula que estemos considerando. Esta λ viene dada por la expresión λ = h/p, donde h es la constante de Planck y p = m·v es la cantidad de movimiento de la partícula. Así, λ = h/mv. La onda asociada a una partícula recibe el nombre de onda de materia.

Cuerpo negro: Planck propone que la energía se emite "concentrada" en cuantos; la energía correspondiente a un cuanto depende de la frecuencia de vibración de los átomos del material, solo podrá emitirse un número entero de cuantos de energía E = n·h·f. Planck admitió que la emisión (y absorción) de radiación no es continua, sino que está cuantizada.

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que es imposible conocer simultáneamente la posición y la velocidad del electrón, y por tanto, es imposible determinar su trayectoria. Cuanto mayor sea la exactitud con que se conozca la posición, mayor será el error en la velocidad, y viceversa. Solamente es posible determinar la probabilidad de que el electrón se encuentre en una región determinada. δx·δp ≥ h/4π, donde δx y δp son las incertidumbres al medir la posición y la cantidad de movimiento.