FISION Y FUSION NUCLEAR

FISIÓN:

Es el proceso utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, y de acuerdo con la teoría de Albert Einstein  se desprende una cantidad de Energía que se puede calcular mediante la expresión E = m C2

 Para romper un átomo, se emplea un neutrón porque es neutro eléctricamente y por tanto, al contrario que el protón o las partículas alfa, no es repelido por el núcleo. El neutrón se lanza contra el átomo que se quiere romper, por ejemplo, Uranio-235. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, como este último átomo es sumamente inestable, se divide en dos átomos diferentes y más ligeros (por ejemplo Kriptón y Bario o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (el número de neutrones desprendidos depende de los átomos obtenidos, supongamos como ejemplo 3 neutrones). Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generandose de esta forma una reacción en cadena.

Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3n átomos, donde n indica 1ª, 2ª, 3ª,..., reacción.

 

        

        Otra reacción nuclear de fisión  que ocurre en muchos reactores nucleares es:

23592U + n ® 141

56Ba + 9236Kr + 3n + Energía

En las centrales nucleares el proceso se modera, evitando la reacción en cadena, para generar energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica. El proceso básico es el siguiente:

 

Como combustible se utilizan barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235.El Uranio natural es mayoritariamente U-238,  el que es fisionable es el   U-235, que es un 0.71% del Uranio que se encuentra en la naturaleza, de ahí que solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235.Las barras con el U-235 se introducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. En el proceso, se desprende energía en forma de calor. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y esta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas, haciéndolas girar. Estas a su vez, hacen girar un generador eléctrico, produciendo así electricidad. Lógicamente, no se aprovecha toda la energía obtenida en la fisión, parte de ella se pierde en calor, resistencia de los conductores, vaporización de agua, etc. Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al introducirse, absorben neutrones, y disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía. Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión. Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se pararía el reactor. El reactor se refrigera, para que no se caliente demasiado, y funda las protecciones,  incluso cuando este esté parado, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente.

 En el siguiente esquema, se muestra cómo trabaja una central nuclear, según lo explicado anteriormente:

 

 A continuación el plano de una central nuclear, que verifica el esquema anterior. 

          

 

 

       

FUSIÓN:

La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.La fusión, es un proceso natural en las estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a su elevadísima temperatura interior.

Las estrellas están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a Helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre productos y reactivos es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayor que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que hace aumentar la velocidad de los átomos.La primera reacción de fusión artificial, tuvo origen en la investigación militar, fue una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), para obtener la temperatura adecuada que inicia el proceso de fusión (unos 20 millones de grados centígrados) se utilizó una bomba atómica.

 

Ejemplos característicos de reacciones de fusión son los siguientes:

21D + 2

1D ®3

1T + 11H + 4.03 MeV

21D + 2

1D ® 32 He + n + 3.27 MeV

21D + 3

1T ®4

2He + n + 17.6 MeV

Diferencias entre Fusión y Fisión nuclear

Como ya hemos comentado en anteriores artículos, los procesos de fisión y fusión nuclear son inversos. Mientras la fisión genera energía mediante la división de nucleos de átomo, el proceso de fusión nuclear libera energía cuando dos nucleos se fusionan para formar un nuevo átomo. En Erenovable queremos explicaros algo mejor la diferencia entre estos dos conceptos; las diferencias entre fusión y fisión nuclear.

Fusión y Fisión nuclear

La fusión nuclear cuenta con dos núcleos ligeros que colisionan entre sí y se unen para formar otro más pesado,  liberando simultáneamente una cierta cantidad de energía. La más sencilla de estas  reacciones, es aquella en la que interaccionan los núcleos de dos isótopos del  hidrógeno (el deuterio y el tritio) dando lugar a un núcleo de helio y un neutrón,  además de energía. Tanto el deuterio como el tritio son isótopos radiactivos del  hidrógeno.

Además, en la fusión nuclear los núcleos atómicos tienden a repelerse debido a que están cargados positivamente, de forma que cuanto más cerca estén más intensa es la fuerza repulsiva. Y por otro lado, existen fuerzas nucleares atractivas que son extremadamente intensas a distancias muy pequeñas. Esto hace que la fusión solo pueda darse en condiciones de temperatura y presión muy elevadas que permitan compensar la fuerza de repulsión.

Las reacciones de fisión nuclear consisten en la división del núcleo de un átomo de  alto peso atómico(por ejemplo, uranio-235) en otros más ligeros (llamados productos  de fisión), por medio de bombardeo con partículas subatómicas, por ejemplo con neutrones, liberando en el proceso una cantidad de energía y dos o tres neutrones más.

Diferencias entre Fusión y Fisión nuclear

Las principales diferencias y características de ambos procesos son:

FUSIÓN NUCLEAR

Mientras que el proceso de fisión nuclear es conocido y puede controlarse considerablemente bien, lafusión plantea el inconveniente de su confinamiento, que hace que se siga investigando, aunque ya se estén produciendo grandes avances gracias al ITER.

La reacción de fusión genera del orden de 4 veces más energía que la fisión.

La reacción nuclear de fusión no contamina tanto como la de fisión, eliminado el peligro de los residuos radioactivos.

En la fisión se transforma en energía aproximadamente el 1% de la materia, mientras que en una reacción de fusión se transforma aproximadamente el 5% de la materia en energía. Esto significa que, a igual masa de combustible, la fusión producirá una cantidad de energía mucho mayor.

FISION NUCLEAR

La fisión necesita como materia prima, una materia prima de difícil producción, como es el Uranioenriquecido. Mientras que la materia que se necesita para la fusión, el deuterio, se extrae de la llamada agua pesada y que representa el 0.015% del total de agua existente en el planeta; un porcentaje que es una cantidad muy pequeña, pero si pensamos en la cantidad total de agua que hay en el planeta, nos daremos cuenta de que es un dato bastante grande.

El tritio y que es otra materia necesaria para la fusión, es un elemento muy escaso en la naturaleza, pero se puede obtener por desintegración del litio, un metal bastante abundante. La desintegración del litio la pueden realizar los propios reactores de fusión.

Por otro lado os tenemos que nombrar los residuos que se dan en ambos casos. La desintegración del uranio produce elementos radioactivos que han de almacenarse durante siglos hasta que su actividad se reduzca (son los famosos residuos radioactivos). En el caso de la fusión, el residuo producido es helio, un gas que ademas de ser totalmente inocuo tiene un importante valor económico.

Por último podemos decir que la fisión es proceso natural,  mientras que la fusión es un proceso artificial. Para poder tener fisión necesitaremos “tan solo” reunir una cantidad suficiente de uranio y la reacción se dará sola (las centrales nucleares controlan esta reacción), en cambio para la fusión se ha de calentar y comprimir la mezcla de deuterio y tritio hasta alcanzar el punto en que se iniciará la reacción.