Reacciones Nucleares: Fisión, Fusión y Estabilidad Atómica
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Reacciones Nucleares: Fisión y Fusión
Una reacción nuclear es el proceso por el cual un núcleo atómico cambia su composición, ganando o perdiendo nucleones, como neutrones.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear consiste en la división de un núcleo pesado en dos núcleos de masa intermedia al ser bombardeado con una partícula pequeña, generalmente un neutrón.
En esta reacción se libera una gran cantidad de energía por la conversión de masa en energía, según la famosa fórmula de Einstein (E=mc²). A su vez, se desprenden más neutrones capaces de continuar con la reacción inicial. Si esta reacción de fisión se puede controlar, se obtiene un reactor nuclear que produce gran cantidad de energía en forma de calor, que después se transforma en energía eléctrica. Si la reacción está descontrolada, se produce una bomba atómica.
El uranio es el elemento que experimenta la fisión más fácilmente, sobre todo su isótopo 235U. Sin embargo, este isótopo se encuentra en la naturaleza en solo un 0,7% del total del uranio, siendo el más abundante el 238U. Por lo tanto, el uranio 235U hay que concentrarlo, obteniendo así el uranio enriquecido.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear consiste en la unión de dos átomos ligeros para dar otro más pesado, siendo la masa de los productos menor que la masa de los reactivos, desprendiéndose energía por este defecto de masa.
La fusión tiene la ventaja de ser más energética y, además, carece de residuos radiactivos. Sin embargo, no hay centrales de fusión debido a que, para que se produzca, se necesita que los núcleos choquen a gran velocidad, lo que requiere una gran energía. Esta energía se consigue cuando la temperatura del gas es del orden de 100 millones de ºC, temperaturas que solamente se alcanzan en las estrellas, donde se producen estas reacciones. Una reacción de fusión fue utilizada después de la Segunda Guerra Mundial, utilizando la energía de una bomba atómica. El resultado fue la bomba de hidrógeno.
Estabilidad Nuclear
De los más de 1000 núcleos diferentes, solo el 25% son estables. Se observa que cuando el número atómico es par, existen más núcleos estables que cuando son impares. También, que los núcleos de número másico par son más abundantes que los de masa atómica impar, y los núcleos estables tienen igual o mayor número de neutrones que de protones, siendo los más abundantes los que guardan la relación 1,2. Por encima de 1,6 ya no son estables. Esto implica que la estabilidad de un átomo depende de la relación protón-neutrón.
Decaimiento Exponencial, Vida Media y Periodo de Semidesintegración
La radiactividad consiste en la emisión espontánea de partículas por parte de núcleos de ciertos átomos. Es un proceso aleatorio, por lo tanto, es muy difícil de prever o predecir cuándo un núcleo se desintegrará emitiendo partículas. Sin embargo, sí se pueden aplicar leyes estadísticas a un número determinado de núcleos.
Así, el número de núcleos desintegrados (dN) es directamente proporcional al número de átomos presentes (N) y al tiempo (dt). De tal manera que: dN = -λ·N·dt
A medida que pasa el tiempo, el número de núcleos que quedan es menor del que había inicialmente. La constante (λ) radiactiva depende de la naturaleza de la sustancia.
Al cociente del número de núcleos iniciales partido por el tiempo se le llama actividad radiactiva o velocidad de desintegración. La unidad es el Bq (Becquerel), que equivale a una desintegración por segundo.
Periodo de Semidesintegración
Es el tiempo necesario para que una sustancia radiactiva se reduzca a la mitad.
Vida Media
No se debe confundir con el periodo de semidesintegración, ya que la vida media se representa con (τ). Es el tiempo de vida promedio de todos los átomos y se calcula como la inversa de la constante radiactiva.
