17/02/2023
¿Qué es la fisión nuclear?
La fisión nuclear es el proceso de separación de núcleos (generalmente) grandes. Cuando los núcleos grandes, como el uranio-235, se fisionan, se libera energía. Se libera tanta energía que se produce una disminución medible de la masa, a partir de la equivalencia masa-energía. Esto significa que parte de la masa se convierte en energía. La cantidad de masa perdida en el proceso de fisión equivale a unos 3.20×10−11 Joules de energía. Este proceso de fisión ocurre generalmente cuando un núcleo grande que es relativamente inestable (lo que significa que hay algún nivel de desequilibrio en el núcleo entre la fuerza de Coulomb y la fuerza nuclear fuerte) es golpeado por un neutrón térmico de baja energía. Además de crearse núcleos más pequeños cuando se produce la fisión, ésta también libera neutrones.
Enrico Fermi dividió originalmente los núcleos de uranio en 1934. Creía que se podían producir ciertos elementos bombardeando el uranio con neutrones. Aunque esperaba que los nuevos núcleos tuvieran un número atómico mayor que el del uranio original, descubrió que los núcleos formados eran radioisótopos de elementos más livianos.
La fisión es una forma de transmutación nuclear porque los fragmentos resultantes (o átomos hijos) no son el mismo elemento que el átomo padre original. Los dos (o más) núcleos producidos suelen ser de tamaños comparables pero ligeramente diferentes, normalmente con una relación de masas de los productos de aproximadamente 3 a 2, para fisibles comunes, isótopo común. La mayoría de las fisiones son binarias (producen dos fragmentos cargados), pero ocasionalmente (de 2 a 4 veces por cada 1000 eventos), se producen tres fragmentos cargados positivamente, en una fisión ternaria. El más pequeño de estos fragmentos en los procesos ternarios varía en tamaño desde un protón hasta un núcleo de argón.
Aparte de la fisión inducida por un neutrón, aprovechada y explotada por el ser humano, una forma natural de desintegración radiactiva espontánea (que no requiere un neutrón) también se denomina fisión, y se produce especialmente en isótopos de muy alto número de masa. La fisión espontánea fue descubierta en 1940 por Fliórov, Pétrzhak, y Kurchátov en Moscú, en un experimento que pretendía confirmar que, sin bombardeo de neutrones, la tasa de fisión del uranio era despreciable, tal y como había predicho Niels Bohr; no era despreciable.
La composición impredecible de los productos (que varían de forma ampliamente probabilística y algo caótica) distingue la fisión de los procesos puramente de efecto túnel como la emisión de protones, la desintegración alfa y la desintegración en racimo, que dan los mismos productos cada vez. La fisión nuclear produce energía para la energía nuclear e impulsa la explosión de armas nucleares. Ambos usos son posibles porque ciertas sustancias llamadas combustibles nucleares sufren la fisión cuando son golpeadas por los neutrones de fisión, y a su vez emiten neutrones cuando se rompen. Esto hace posible una reacción nuclear en cadena autosostenida, que libera energía a un ritmo controlado en un reactor nuclear o a un ritmo muy rápido e incontrolado en un arma nuclear.
La cantidad de energía libre contenida en el combustible nuclear es millones de veces superior a la cantidad de energía libre contenida en una masa similar de combustible químico como la gasolina, lo que hace de la fisión nuclear una fuente de energía muy densa. Sin embargo, los productos de la fisión nuclear son, por término medio, mucho más radiactivos que los elementos pesados que normalmente se fisionan como combustible, y permanecen así durante mucho tiempo, dando lugar a un problema de residuos nucleares. La preocupación por la acumulación de residuos nucleares y el potencial destructivo de las armas nucleares se contrapone al deseo pacífico de utilizar la fisión como fuente de energía.
EL URANIO EN LA FUSIÓN NUCLEAR
El uranio es un elemento químico metálico de color plateado-grisáceo de la serie de los actínidos, su símbolo químico es U y su número atómico es 92. Por ello posee 92 protones y 92 electrones, con una valencia de 6. Su núcleo puede contener entre 142 y 146 neutrones, sus isótopos más abundantes son el U-238, que posee 146 neutrones, y el U-235, con 143 neutrones. El uranio tiene el mayor peso atómico de entre todos los elementos que se encuentran en la naturaleza (es aproximadamente un 70% más denso que el plomo, aunque menos denso que el oro o el wolframio). Es levemente radiactivo. Fue descubierto como óxido en 1789 por M. H. Klaproth, quien lo llamó así en honor del planeta Urano, que acababa de ser descubierto en 1781.
Los isótopos son átomos con el mismo número de protones (número atómico) y diferente número de neutrones (número másico = nº de protones más neutrones). De los tres isótopos naturales del uranio, el más abundante es el U-238 (99.284% en peso), seguido del U-235 (0.711%) y el U-234 (0.0053%). De ellos, el único isótopo fisionable es el uranio-235, que de hecho es el único isótopo fisionable que existe en la naturaleza. Sus propiedades radiactivas fueron descubiertas en 1896 por Henri Becquerel, en una de las grandes casualidades de la ciencia, al descubrir la capacidad de una roca de pechblenda de impresionar una placa fotográfica en un cajón a oscuras.
Posteriormente, en los años álgidos de la investigación en la radiactividad y la estructura atómica, al inicio del siglo XX una larga serie de descubrimientos por científicos de la talla de Marie y Pierre Curie, Ernst Rutherford, Albert Einstein, Niels Bohr, George Gamow, James Chadwick, Leó Szilárd y Enrico Fermi, entre otros, llevó al descubrimiento de la fisión nuclear en 1938 por Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann y Otto Frisch con el bombardeo de uranio con neutrones, produciendo la fisión nuclear, en la que el núcleo del uranio captura un neutrón incidente, y se divide en dos núcleos de átomos más ligeros llamados productos de fisión, emitiendo en el proceso neutrones, rayos gamma y grandes cantidades de energía.
