Seguramente conocerás que una de las formas de producir la energía y la electricidad se realiza mediante el uso de energía nuclear. Pero quizás no sepas cómo funciona realmente. Existen dos procesos de formación de energía nuclear: la fisión nuclear y la fusión nuclear.
¿Quieres saber qué es la fisión nuclear y todo lo relacionado con ello?
Fisión nuclear
La fisión nuclear es una reacción química en la que el núcleo más pesado es bombardeado con neutrones. Al ocurrir esto, se convierte en un núcleo más inestable y se va descomponiendo en dos núcleos, cuyos tamaños se asemejan en el mismo orden de magnitud. En este proceso se desprende gran cantidad de energía y se emiten varios neutrones.
Cuando los neutrones son emitidos por la división del núcleo, son capaces de provocar otras fisiones al interaccionar con otros núcleos cercanos. Una vez los neutrones provoquen otras fisiones, lo neutrones que se desprenderán de estos generarán aún más fisiones. Así sucesivamente conforme se va generando gran cantidad de energía. Este proceso ocurre en una pequeña fracción de segundo y se le conoce como reacción en cadena. Los núcleos que han fisionado liberan un millón de veces más energía que la que se obtiene al quemar un bloque de carbón o explotar un bloque de dinamita de la misma masa. Por ello, la energía nuclear es una fuente de energía muy potente y empleada para grandes requerimientos energéticos.
Este desprendimiento de energía ocurre en un lapso de tiempo más rápido de lo que ocurre en una reacción química.
Cuando ocurren las fisiones por los neutrones y sólo se logra que se libere un neutrón que provoque una fisión posterior, el número de fisiones que se va teniendo por segundo es constante y las reacciones pueden controlarse bien. Este es el principio por el que funcionan los reactores nucleares.
Diferencia entre fusión y fisión
Tanto una como otra son reacciones nucleares que liberan la energía contenida en el núcleo de un átomo. Pero existen grandes diferencias entre ambas. La fisión nuclear, como se ha comentado, es la separación del núcleo más pesado en otros más pequeños, a través del choque con los neutrones. En el caso de la fusión nuclear, es todo lo contrario. Es la combinación de núcleos más ligeros para crear uno más grande y pesado.
Por ejemplo, en la fisión nuclear, el uranio 235 (es el único isótopo que puede sufrir una fisión nuclear y que se encuentra en la naturaleza) se combina con un neutrón para formar un átomo más estable que se divide rápidamente en bario 144 y criptón 89, más tres neutrones. Esta es una de las posibles reacciones que se dan cuando el uranio se combina con el neutrón.
Con este funcionamiento actúan los reactores nucleares que se encuentran en la actualidad y que se emplean para la generación de energía eléctrica.
Para que la fusión nuclear se pueda dar es necesario que los dos núcleos más ligeros se unan para formar uno más pesado. En ese proceso se libera gran cantidad de energía. Por ejemplo, en el Sol se está dando continuamente procesos de fusión nuclear en el que átomos con una masa inferior se van uniendo para formar otros más pesados. Los dos núcleos más ligeros deben estar cargados positivamente y acercarse el uno al otro venciendo las fuerzas electroestáticas que existen de repulsión. Para esto es necesario gran cantidad de temperatura y presión. En nuestro planeta, dado que no existe la presión que hay en el Sol, la energía necesaria que se necesita para que los núcleos reaccionen y puedan vencer esas fuerzas de repulsión se consiguen mediante un acelerador de partículas.
Una de las reacciones de fusión nuclear más típicas es la que consiste en la combinación de dos isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, para formar un átomo de helio más un neutrón. Cuando esto ocurre, en el Sol existen altas presiones gravitatorias a las que los átomos de hidrógeno son sometidos y necesitan temperaturas de 15 millones de grados centígrados para fusionarse. Cada segundo se fusionan 600 millones de toneladas de hidrógeno para formar helio.
En la actualidad no hay reactores que trabajen con la fusión nuclear, puesto que es muy complejo recrear dichas condiciones. Lo más que se está viendo es un reactor experimental de fusión nuclear llamado ITER que se está construyendo en Francia y que intenta determinar si este proceso de producción de energía es viable tanto tecnológicamente como económicamente, realizando la fusión nuclear a través del confinamiento magnético.
Masa crítica
La masa crítica es la mínima cantidad de material fisionable que se necesita para que se pueda mantener una reacción nuclear en cadena y se pueda generar energía de una forma constante.
Aunque en cada fisión nuclear se van produciendo entre dos y tres neutrones, no todos los neutrones que se desprenden son capaces de poder continuar con otra reacción de fisión, sino que algunos de ellos se pierden. Si estos neutrones liberados por cada reacción se pierden a un ritmo mayor del que son capaces de formarse por fisión, la reacción en cadena no será sostenible y se detendrá.
Por lo tanto, esta masa crítica dependerá de varios factores como pueden ser las propiedades físicas, nucleares, la geometría y la pureza de cada átomo.
Para tener un reactor en el que se escapen los mínimos neutrones, se necesita una geometría de esfera, ya que tiene la superficie mínima posible para que se reduzca la fuga de los neutrones. Si el material que utilizamos para fisionar lo bordeamos con un reflector de neutrones, se pierden muchos más neutrones y se reduce la masa crítica que se necesita. De esta forma se ahorran materias primas.
Fisión nuclear espontánea
Cuando esto ocurre, no es necesario que se tenga que absorber un neutrón del exterior, sino que en determinados isótopos del uranio y el plutonio, al tener una estructura atómica más inestable, son capaces de fisionar espontáneamente.
Por ello, en cada reacción de fisión nuclear se encuentra la probabilidad por segundo que un átomo sea capaz de fisionar de forma espontánea, es decir, sin que nadie intervenga. Por ejemplo, el plutonio 239 tiene más probabilidad de fisionar espontáneamente que el uranio 235.
Con esta información espero que sepas algo más sobre cómo se crea la energía nuclear para la generación de electricidad en las ciudades.