Fisión nuclearPara poder obtener energía manipulando los núcleos de un o varios átomos podemos hacerlo de dos formas distintas: uniendo núcleos de  átomos distintos (entonces hablamos de fusión nuclear ) o partiendo núcleos de un determinado átomo  (caso de la fisión nuclear)En energía nuclear llamamos fisión nuclear a ladivisión del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres  neutrones.

La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta 'falta' de masas (alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de  Einstein (E=mc2). En esta ecuación E corresponde a la energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es una constante, la de la velocidad de la luz:  299.792.458 m/s2.La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión inducida), o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del  isótopo  (fisión espontánea).

Reacciones nucleares en cadena

Una reacción en cadena  es un proceso mediante el cual los neutrones que se han liberado en una primera fisión nuclear  producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce  neutrones, y el proceso se repite.Estas reacciones en cadena pueden ser controladas o incontroladas. Las reacciones controladas serian las reacciones nucleares producidas en centrales nucleares en que el objetivo es generar  energía eléctrica  de forma constante. Las reacciones nucleares incontroladas se dan en el caso de armas nucleares.Si en cada fisión provocada por un neutrónse liberan dos   neutrones más, entonces el número de fisiones se duplica en cada generación. En este caso, en 10 generaciones hay 1.024 fisiones y en 80 generaciones aproximadamente 6 x 1023 fisiones.

Masa crítica

La masa crítica es la cantidad mínima de material fisionable para que se mantenga una reacción nuclear en cadena.

Aunque en cada fisión nuclear  se producen entre dos y tres neutrones, no todos neutrones están disponibles para continuar con la reacción de fisión; algunos se pierden. Si los neutrones liberados por cada reacción nuclear se pierden a un ritmo más rápido de lo que se forman por la fisión, la reacción en cadena no será autosostenible y se detendrá.La cantidad de masa crítica de un material fisionable depende de varios factores: propiedades físicas, propiedades nucleares, de su geometría y de su pureza.

Una esfera tiene la superficie mínima posible para una masa dada, y por tanto, reduce al mínimo la fuga de neutrones. Si además bordeamos el

material fisionable con un reflector de neutrones se pierden muchos menos neutrones y se reduce la masa crítica.

La fisión nuclear controlada

Para mantener un control sostenido de reacción nuclear, por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir dar a otro núcleo de uranio . Si esta relación es inferior a uno entonces la reacción va a morir, y si es más grande va a crecer sin control (una explosión atómica). Para controlar la cantidad de neutrones libres en el espacio de reacción debe estar presente un elemento de absorción de neutrones. La mayoría de los reactores son controlados por medio de barras de control hechas de neutrones de un fuerte material absorbente, como el boro o el cadmio.Además de la necesidad de capturar neutrones, los neutrones a menudo tienen mucha energía cinética (se mueven a gran velocidad). Estos neutrones rápidos se reducen a través del uso de un moderador, como el agua pesada y el agua corriente. Algunos reactores utilizan grafito como moderador, pero este diseño tiene varios problemas. Una vez que los neutrones rápidos se han desacelerado, son más propensos a producir más fisiones nucleares o ser absorbidos por las barra de control .

Fisión nuclear espontánea

En este tipo de reacciones no es necesaria la absorción de un neutrón  exterior. En determinados isótopos  del uranio , y sobretodo

del plutonio , tienen una estructura atómica tan inestable que se fissiona espontáneamente.La tasa de la fisión nuclear espontánea  es la probabilidad por segundo que un átomo  dado se fisione de forma espontánea - es decir, sin ninguna intervención externa. Elplutonio  239 tiene una muy alta tasa de fisión espontánea en comparación con la tasa de fisión espontánea de  uranio  235.

Video ilustrativo fisión nuclearEn el siguiente video se puede observar como un  neutrón  lanzado contra un núcleo genera una fisión nuclear que dará lugar a otras fisiones nucleares en cadena. En la primera parte del vídeo se ve en pequeño y luego se puede ver la misma secuencia más ampliada.

Referencias The Effects of Nuclear Weapons Annotated bibliography for nuclear fission from the Alsos Digital Library The Discovery of Nuclear Fission  Historical account complete with audio and

teacher's guides from the American Institute of Physics History Center atomicarchive.com  Nuclear Fission Explained Nuclear Files.org  What is Nuclear Fission? Nuclear Fission Animation

Energía nuclear e historia de la fusión1. DEFINICIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR:

La energía nuclear es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares, aunque es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio-235(235U), con la que funcionan los reactores nucleares.

Los dos sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear.

Video relacionado:

2. HISTORIA DE LA FUSIÓN NUCLEAR:

Hasta el principio del s.XX no se entendió la forma en que se generaba energía en el interior de las estrellas para contrarrestar el colapso gravitatorio de estas. No existía reacción química con la potencia suficiente y la fisión tampoco era capaz. En 1938 Hans Bethe logró explicarlo mediante reacciones de fusión, con el ciclo CNO (carbono-

nitrógeno-oxígeno: es una de las dos reacciones de fusión, la otra es el protón-protón, por las que las estrellas convierten hidrógeno en helio), para estrellas muy pesadas. Posteriormente se descubrió el ciclo protón-protón para estrellas de menor masa, como

el Sol.En los años 1940, como parte del proyecto Manhattan, se estudió la posibilidad del uso de la fusión en la bomba nuclear. En 1942 se investigó la posibilidad del uso de una reacción de fisión como método de ignición para la principal reacción de fusión, sabiendo que podría resultar en una potencia miles de veces superior. Sin embargo, tras finalizar la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de una bomba de estas características no fue considerado primordial hasta la explosión de la primera bomba atómica rusa en 1949, RDS-1 o Joe-1. Este evento provocó que en 1950 el presidente estadounidense Harry S. Truman anunciara el comienzo de un proyecto que desarrollara la bomba de hidrógeno. El 1 de noviembre de 1952 se probó la primera bomba, con una potencia equivalente a 10.400.000.000 de kg de TNT (10,4 megatones). El 12 de agosto de 1953 la Unión Soviética realiza su primera prueba con un artefacto termonuclear (su potencia alcanzó algunos centenares de kilotones).

Las condiciones que eran necesarias para alcanzar la ignición de un reactor de fusión controlado no fueron derivadas hasta 1955 por John D. Lawson. Los criterios de Lawson definieron las condiciones mínimas necesarias de tiempo, densidad y temperatura que debía alcanzar el combustible nuclear (núcleos de hidrógeno) para que la reacción de fusión se mantuviera. Sin embargo, ya en 1946 se patentó el primer diseño de reactor termonuclear. En 1951 comenzó el programa de fusión de Estados Unidos, sobre la base del stellarator. En el mismo año comenzó en la Unión Soviética el desarrollo del primer Tokamak, de los que hablaremos más adelante.

En 1962 se propuso otra técnica para alcanzar la fusión basada en el uso de láseres para conseguir una implosión en pequeñas cápsulas llenas de combustible nuclear (de nuevo núcleos de hidrógeno). Sin embargo hasta la década de los 70 no se desarrollaron láseres suficientemente potentes. Sus inconvenientes prácticos hicieron de esta una opción secundaria para alcanzar el objetivo de un reactor de fusión. Sin embargo, debido a los tratados internacionales que prohibían la realización de ensayos nucleares en la atmósfera, esta opción (básicamente microexplosiones termonucleares) se convirtió en un excelente laboratorio de ensayos para los militares, con lo que consiguió financiación para su continuación. Así se han construido el National Ignition Facility (NIF, con inicio de sus pruebas programadas para 2010) estadounidense y el Laser Megajoule (LMJ, que será completado en el 2010) francés, que persiguen el mismo objetivo de conseguir un dispositivo que consiga mantener la reacción de fusión a partir de este diseño. Ninguno de los proyectos de investigación actualmente en marcha predicen una ganancia de energía significativa, por lo que está previsto un proyecto posterior que pudiera dar lugar a los primeros reactores de fusión comerciales (DEMO para el confinamiento magnético e HiPER para el confinamiento inercial (consiste en conseguir las condiciones necesarias para que se produzca la fusión nuclear)).