Fundamentos de las Reacciones Nucleares: Fisión y Fusión

Reacciones nucleares: Fisión y fusión

Las reacciones nucleares son procesos en los que tiene lugar la transformación de un núcleo mediante el bombardeo con otros núcleos o con un proyectil adecuado (protón, neutrón, partícula α). La notación simbólica que se emplea es:

_Z1^A1X₁ + _Z2^A2X₂ → _Z'1^A'1Y₁ + _Z'2^A'2Y₂ + ...

En estas reacciones se cumplen dos leyes fundamentales:

• Conservación de la carga eléctrica: La suma de los subíndices permanece constante.
• Conservación del número de nucleones: La suma de los superíndices permanece constante.

Fisión nuclear

Es el proceso en el que un núcleo pesado se divide en otros más ligeros de tamaño variable. Strassman y Hahn bombardearon uranio con neutrones:

₉₂²³⁵U + ₀¹n → ₉₂²³⁶U* → ₅₆¹⁴¹Ba + ₃₆⁹²Kr + 3 ₀¹n

Como aparecen 3 neutrones en los productos, que pueden ser absorbidos por nuevos núcleos de uranio, se puede originar una reacción en cadena.

Reactores de fisión

Si la reacción en cadena es controlada, se utiliza en un reactor nuclear para producir electricidad. Los combustibles nucleares más idóneos son el ²³⁵U y el ²³⁹Pu. Los principales elementos de una central son:

1. Combustible nuclear: Plutonio (²³⁹Pu) o uranio enriquecido con el isótopo ²³⁵U al 3%.
2. Barras de control: Absorben neutrones y están fabricadas de boro (B) o cadmio (Cd).
3. Moderador: Reduce la velocidad de los neutrones transformando su energía cinética en calor.
4. Circuito de refrigeración primario: Extrae el calor del reactor.
5. Blindaje externo: Protege el entorno de fugas o accidentes nucleares.

Fusión nuclear

Es el proceso por el que dos núcleos de número másico bajo se unen (se fusionan) para formar un núcleo más pesado con mayor energía de enlace por nucleón.

La reacción nuclear más prometedora para obtener energía es:

₁²H + ₁³H → ₂⁴He + ₀¹n + 17,6 MeV

En el Sol ocurre la siguiente reacción debido a las altas temperaturas y presiones:

4 ₁¹H → ₂⁴He + 2e⁺ + 24,7 MeV

Para conseguir el proceso de fusión en un reactor, es necesario que el plasma esté a unos diez millones de grados, temperatura que ningún material resiste. Para llevarlo a cabo, se han propuesto dos métodos:

• Confinamiento magnético: Donde el gas ionizado está encerrado en intensos campos magnéticos.
• Confinamiento inercial: Donde gotitas de material son bombardeadas con potentísimos rayos láser que las mantienen en suspensión a altas temperaturas.

Una vez que sean viables, estas fuentes serán limpias y emplearán un combustible barato y abundante.