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Energía nuclear

Fisión nuclear, qué es, cómo funciona y ejemplos

Fisión nuclear, qué es, cómo funciona y ejemplos

La fisión nuclear es la reacción físico-química mediante la cual se parte el núcleo de un átomo. Mediante esta operación se obtiene una gran cantidad de energía.

El núcleo de los átomos están compuestos por otras sub partículas más pequeñas: protones y neutrones. Dependiendo del elemento de la tabla periódica la composición de estas subpartículas varía. Los protones tienen carga positiva, por lo tanto tienden a repelerse. Por otro lado, los neutrones son neutros, es decir, no tienen carga.

Las sub partículas del átomo se mantienen unidas gracias a una fuerza nuclear que los mantiene cohesionados. La fuerza nuclear es un centenar de veces más intensa que la fuerza electromagnética.

El propósito de un proceso de fisión nuclear es alterar este equilibrio de fuerzas, romper esta fuerza nuclear y permitir que los nucleones se separen.

Después de la fisión del núcleo atómico obtenemos diversos fragmentos, dos o tres neutrones y la emisión de una gran cantidad de energía. Estos fragmentos se conocen como productos de fisión que al haber variado su composición de protones son elementos químicos distintos.

No se debe confundir la fisión con la fusión nuclear, que es una forma de obtener energía a partir de la fusión de dos átomos ligeros. Las reacciones que se producen en el Sol son de fusión nuclear

¿De dónde proviene la energía de las reacciones de fisión?

En cada proceso de fisión se produce una pérdida de masa: la suma de las masas de los productos de fisión es inferior a la masa original del átomo. La masa que falta se convierte en energía de acuerdo a la ecuación de Einstein:

E=m·c2 

Donde:

  • E es la energía obtenida.

  • m es la masa “perdida”

  • c es una constante: la de la velocidad de la luz que es 299.792.458 m/s2.

La energía resultante de una reacción de fisión se presenta en forma de calor.

La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón o espontáneamente debido a la inestabilidad del isótopo.

¿Cuál es el elemento químico que se utiliza en una reacción de fisión nuclear?

El material utilizado como combustible nuclear tiene una estructura atómica muy inestable. Generalmente se utilizan isótopos de uranio y plutonio. Las características de estos átomos es que son muy pesados, con una gran cantidad de protones con carga positiva en el núcleo.

Los isótopos són átomos de un mismo elemento pero con diferente número de neutrones. Por ejemplo, el isótopo del uranio-235 es más inestable que el uranio natural.

Al tener tantos protones con carga positiva al núcleo le cuesta mucho mantener los enlaces de fuerzas para mantenerlos unidos. Por este motivo, el choque con un único neutrón es suficiente para desestabilizar toda la estructura y romperse.

Reacciones de fisión nuclear 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 atómico, se fisiona y libera a su vez más más neutrones rápidos dando la oportunidad a que el proceso se repita.

Fisión nuclear, qué es, cómo funciona y ejemplosLos neutrones son buenos proyectiles para poder impactar el núcleo porqué no tienen carga eléctrica y el núcleo atómico no los rechaza. Los neutrones rápidos pueden pasar a ser neutrones lentos al chocar con partículas de un moderador. Los neutrones lentos tienen más probabilidades de impactar contra el núcleo de otro átomo de combustible.

Estas reacciones en cadena pueden ser controladas o incontroladas.

¿Qué es la 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 los 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.

¿Cómo se controlan las reacciones de fisión en cadena?

Fisión nuclear, qué es, cómo funciona y ejemplos

Para controlar la cantidad de neutrones libres en el espacio de reacción se utilizan elementos de absorción de neutrones. La mayoría de los reactores nucleares de potencia son controlados por medio de barras de control hechas de un material que tenga la propiedad de absorber neutrones libres, por ejemplo, boro o cadmio.

Además de la necesidad de capturar neutrones, los neutrones a menudo tienen mucha energía cinética. La velocidad de estos neutrones rápidos se reduce a través del uso de un moderador de neutrones, como el agua pesada y el agua corriente.

Algunos reactores nucleares 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 barras de control.

Fisión nuclear espontánea

En las reacciones de fisión nuclear espontánea no es necesaria la absorción de un neutrón.

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. El plutonio 239 tiene una muy alta tasa de fisión espontánea en comparación con la tasa de fisión espontánea de uranio 235.

Ejemplos de fisión nuclear

A continuación enumeramos algunos ejemplos en que se producen reacciones de fisión nuclear:

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Fecha publicación: 18 de diciembre de 2009
Última revisión: 20 de octubre de 2021