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Fisión nuclear. Física.

Introducción

Como los neutrones no tienen carga eléctrica pueden penetrar al núcleo atómico sin que exista repulsión electrostática. Los muy rápidos llegan a desintegrar el átomo; los lentos, pueden ser capturados por éste y formar un isótopo inestable.

Fisión nuclear

El fenómeno de la fisión nuclear consiste en bombardear núcleos pesados con neutrones para hacerlos inestables y obtener núcleos ligeros, neutrones y gran cantidad de energía en forma de calor y radiación.

Figura 1. Esquema de fisión nuclear.

Reacción en cadena

Los neutrones que resultan en cada proceso de fisión nuclear incitan otros rompimientos. A gran escala, dan origen a una reacción en cadena.

Figura 2. Esquema de reacción en cadena.

Masa crítica

La masa crítica es la mínima cantidad de material fisionable que es necesario para efectuar una reacción encadena. Por ejemplo, en la reacción de fisión del $latex^{235}{U}$ es necesario que la muestra tenga suficiente volumen de este isótopo para capturar los neutrones que harán que la reacción en cadena se sostenga. Esta reacción es compleja, y entre los productos obtenidos se encuentran más de 30 elementos distintos, entre ellos el ^{90}{Sr}, ^{143}{Xe}, ^{139}{Ba}, ^{94}{Kr}, ^{90}{Rb}, y ^{194}{Cs}.

Reacción de fisión

En las reacciones de fisión nuclear, aproximadamente 0.1% de la masa se convierte en energía. Los fragmentos de uranio que se producen tienen menos masa que el uranio original, y es precisamente de esta diferencia de masa que se desprenden grandes cantidades de energía.

ElementoMasa atómica de isótopos (uma)^{235}{U} + n \rightarrow ^{143}{Ba} + ^{90}{K} + 3n
^{235}U235.04395Reactivos
235.04395+1.008665=236.052615
n1.008665Productos
142.92054+89.91959+3(1.008665)=235.866125
^{143}{Ba}142.92054Diferencia de masa
236.052615-235.866125=0.18648 uma
^{90}{K}89.91959Diferencia de masa
236.052615-235.866125=0.18648 uma
Figura 3. Fisión del uranio.

Ventajas de la fisión nuclear

La fisición nuclear es una reacción exotérmica que libera enormes cantidade de energía; por ejemplo, un gramo de uranio-235 puede proporcionar tanta energía como la que se obtendría de quemar 2600 toneladas de carbón. Actualmente, alrededor de 20% de la energía eléctrica consumida por Estados Unidos proviene de reactores nucleares, aunque en Europa es aún mayor. Así en algunos países como Francia representa el 70%. El promedio a nivel mundial oscila alrededor de 14%, y se estima que aumentará a 40% para el año 2020. En el caso de México, sólo tenemos una planta nucleoeléctrica, en Laguna Verde, Veracruz.

Riesgos de la fisión nuclear

Un riesgo importante del uso de la fisión nuclear lo representan los productos que se generan; por ejemplo, el ^{90}{Sr} es radiactivo y peligroso, con vida media larga, mientras que el ^{230}{Pu} es una sustancia tóxica, emisora de rayos gamma, con una vida media de 24400 años.

Otro factor en contra de la fisión nuclear es la posibilidad de que se produzcan accidentes, como el que ocurrió con el reactor de la isla Three Mile en Pensilvania, Estados Unidos, en 1979, donde hubo emisión de radiación, o el de Chernobyl, cuyo reactor se salió de control y la explosión liberó grandes cantidades de radiación y lluvia ácida. Hubo muertes entre la gente.

Un riesgo más de la fisión nuclear es el almacenaje de los desechos radiactivos generados; aunque para éstos se construyen cementerios subterráneos o marinos, o se aprovechan formaciones geológicas profundas, ello no garantiza que no halla contaminación en aguas y suelo, con las consecuencias que esto puede tener para los seres vivos.

Algo que no se debe hacer con el conocimiento científico es utilizarlo para la destrucción de la misma raza humana. Por ejemplo, el lado negativo de la fisión nuclear se pone de manifiesto cuando se fabrican bombas atómicas, como en la Segunda Guerra Mundial y que actualmente se siguen fabricando y acumulando.


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