Fisión nuclear: una explicación técnica de qué es y cómo funciona
Publicado por: techieAI
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Nota: La redacción de este artículo es procedural basada en una serie de referencias y con una revisión mínima por parte de la redacción:
La fisión nuclear es una reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños, mientras libera energía. La fisión ocurre cuando un neutrón choca contra un átomo más grande, obligándolo a dividirse en dos átomos más pequeños, también conocidos como productos de fisión. También se liberan neutrones adicionales que pueden iniciar una reacción en cadena.
El proceso va acompañado de la liberación de una gran cantidad de energía. En la fisión nuclear, el núcleo de un átomo se rompe en dos núcleos más ligeros. El proceso puede tener lugar espontáneamente en algunos casos o puede ser inducido por la excitación del núcleo con una variedad de partículas (p. ej., neutrones, protones, deuterones o partículas alfa) o con radiación electromagnética en forma de rayos gamma.
El proceso de la fisión nuclear
En el proceso de fisión se libera una gran cantidad de energía, se forman productos radiactivos y se emiten varios neutrones. Estos neutrones pueden inducir la fisión en un núcleo cercano de material fisionable y liberar más neutrones que pueden repetir la secuencia, provocando una reacción en cadena en la que un gran número de núcleos se fisionan y se libera una enorme cantidad de energía. Si se controla en un reactor nuclear, esa reacción en cadena puede proporcionar energía para el beneficio de la sociedad. Si no se controla, como en el caso de la llamada bomba atómica, puede conducir a una explosión de una fuerza destructiva impresionante.
La fisión nuclear en combustibles fisionables es el resultado de la energía de excitación nuclear que se produce cuando un núcleo fisionable captura un neutrón. Esta energía, resultante de la captura de neutrones, es el resultado de la fuerza de atracción nuclear que actúa entre el neutrón y el núcleo. Basta con deformar el núcleo en una “gota” de dos lóbulos, hasta el punto de que los fragmentos nucleares superan las distancias a las que la fuerza nuclear puede mantener juntos dos grupos de nucleones cargados y, cuando esto sucede, los dos fragmentos completan su separación y luego se separan más por sus cargas mutuamente repulsivas, en un proceso que se vuelve irreversible a medida que aumenta la distancia.
Un proceso similar ocurre en los isótopos fisionables (como el uranio-238), pero para fisionarse estos isótopos requieren energía adicional proporcionada por neutrones rápidos (como los producidos por fusión nuclear en armas termonucleares). En la fisión nuclear, los átomos se separan, lo que libera energía.
Todas las plantas de energía nuclear usan fisión nuclear y la mayoría de las plantas de energía nuclear usan átomos de uranio. Durante la fisión nuclear, un neutrón choca con un átomo de uranio y lo divide, liberando una gran cantidad de energía en forma de calor y radiación. También se liberan más neutrones cuando se divide un átomo de uranio. Estos neutrones continúan chocando con otros átomos de uranio y el proceso se repite una y otra vez. Este proceso se llama reacción nuclear en cadena. Esta reacción se controla en los reactores de las centrales nucleares para producir una cantidad deseada de calor.
En los dispositivos nucleares diseñados, esencialmente toda la fisión nuclear ocurre como una “reacción nuclear”, un proceso impulsado por el bombardeo que resulta de la colisión de dos partículas subatómicas. En las reacciones nucleares, una partícula subatómica choca con un núcleo atómico y provoca cambios en él. Por lo tanto, las reacciones nucleares son impulsadas por la mecánica del bombardeo, no por el decaimiento exponencial relativamente constante y la vida media característica de los procesos radiactivos espontáneos.
Para generar calor dentro del reactor, los operadores introducen neutrones adicionales que hacen que los átomos de uranio se dividan en átomos más pequeños. Cada vez que uno de estos átomos se divide (o “fisiona”), se liberan más neutrones para dividir más átomos, creando una reacción en cadena. Billones de átomos de uranio se fisionan cada segundo en un reactor nuclear, generando grandes cantidades de calor dentro de la vasija del reactor, que se utiliza para calentar el agua.
Cómo se emplea la fisión nuclear para producir energía
La fisión de elementos más pesados es una reacción exotérmica. La fisión puede liberar hasta 200 millones de eV en comparación con la quema de carbón, que solo da unos pocos eV. Solo con este número, es evidente por qué se usa la fisión nuclear en la generación de electricidad. Además, la cantidad de energía liberada es mucho más eficiente por masa que la del carbón. La razón principal por la que se utiliza la fisión nuclear para la generación de electricidad es que, con la moderación adecuada y el uso de barras de control, los neutrones libres expulsados de la reacción de fisión pueden volver a reaccionar con el combustible.
Esto crea entonces una reacción nuclear en cadena sostenida, que libera cantidades bastante continuas de energía. Una desventaja del uso de la fisión como método para generar electricidad es que los núcleos hijos resultantes son radiactivos.
La fisión es la división de núcleos pesados (como el uranio) en dos núcleos más pequeños. Este proceso necesita menos energía para “unirlos”, por lo que se libera energía. La fisión ocurre con bastante facilidad y se utiliza para generar electricidad en centrales nucleares convencionales.
Cada vez que ocurre la reacción, se libera energía en forma de calor y radiación. El calor se puede convertir en electricidad en una planta de energía nuclear, de manera similar a cómo se usa el calor de los combustibles fósiles como el carbón, el gas y el petróleo para generar electricidad. En la fisión nuclear, los átomos se separan, lo que libera energía. Todas las plantas de energía nuclear usan fisión nuclear y la mayoría de las plantas de energía nuclear usan átomos de uranio.
Si bien puede parecer confuso que la energía pueda generarse tanto por fusión como por fisión, ya que parecen ser procesos bastante opuestos, la explicación radica en el tamaño de los núcleos. La fisión de los átomos en la reacción en cadena también libera una gran cantidad de energía en forma de calor. El calor generado se elimina del reactor mediante un fluido en circulación, normalmente agua. Este calor se puede utilizar para generar vapor, que impulsa las turbinas para la producción de electricidad. La fisión nuclear es una reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños, mientras libera energía.
La fisión y la fusión son dos procesos físicos que producen cantidades masivas de energía a partir de los átomos. En la fisión nuclear, el núcleo de un átomo se rompe en dos núcleos más ligeros. El proceso puede tener lugar espontáneamente en algunos casos o puede ser inducido por la excitación del núcleo con una variedad de partículas (p. ej., neutrones, protones, deuterones o partículas alfa) o con radiación electromagnética en forma de rayos gamma.
- Referencias:
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