Fisión nuclear

Fisión nuclear.

Na fisión nuclear, un átomo dun elemento é dividido producindo dous átomos de menores dimensións de elementos diferentes.

A fisión de 1 quilogramo de uranio 235 libera unha media de 2,5 neutróns por cada núcleo dividido. Á súa vez, estes neutróns van causar axiña a fisión de máis átomos, que liberarán máis neutróns e así sucesivamente, iniciando unha auto-sustentada serie de fisións nucleares, á cal que se lle dá o nome de reacción en cadea, que resulta na liberación continua de enerxía.

Cando se calcula a masa total dos produtos da escisión nuclear, verifícase que é menor que a masa orixinal do átomo antes da escisión. A teoría da relatividade de Albert Einstein dá a explicación para esta masa perdida: Einstein demostrou que masa e enerxía son dúas equivalentes. Polo tanto, a masa perdida durante a escisión reaparece baixo a forma de enerxía. Einstein resumía esta equivalencia na famosa ecuación:

E=mc^{2}\,\!

Onde E é a enerxía, m a masa e c a velocidade da luz. Dado que c é moi grande (300.000 km/s), ocorre igual con E, que é realmente moi grande, mesmo cando se perde unha moi pequena porción da masa.

Mecanismo[editar | editar a fonte]

A fisión de núcleos pesados é un proceso exotérmico, o que supón que se liberan cantidades substanciais de enerxía. O proceso xera moita máis enerxía que a liberada nas reaccións químicas convencionais, en que están implicadas as cortizas electrónicas; a enerxía emítese, tanto na forma de radiación gamma como de enerxía cinética dos fragmentos da fisión, que quentan a materia que se atopa arredor do espazo onde se produce a fisión.

A fisión pódese inducir por varios métodos, incluíndo o bombardeo do núcleo dun átomo fisionable cunha partícula da enerxía correcta; a partícula é xeralmente un neutrón libre. Este neutrón libre é absorbido polo núcleo, facéndoo inestable,^[1] a modo de exemplo, pódese pensar na inestabilidade dunha pirámide de laranxas nun supermercado, ao lanzarse unha laranxa contra ela á velocidade correcta. O núcleo inestable partirase entón en dous ou máis anacos: os produtos da fisión que inclúen dous núcleos máis pequenos, ata sete neutróns libres (cunha media de dous e medio por reacción), e algúns fotóns.

Os núcleos atómicos lanzados como produtos da fisión poden ser varios elementos químicos. Os elementos que se producen son resultado do azar, mais estatisticamente o resultado máis probable é atopar núcleos coa metade de protóns e neutróns do átomo fisionado orixinal.

Os produtos da fisión son xeralmente altamente radioactivos, non son isótopos estables;^[2] ests isótopos entón decaen, mediante cadeas de desintegración.

Historia[editar | editar a fonte]

A primeira fisión nuclear artificial (isto é, provocada polo home) foi feita no ano 1932 por obra de Ernest Walton e John Cockcroft que, acelerando protóns contra un átomo de litio-7, conseguiron dividir o seu núcleo en dúas partículas alfa (é dicir, dous núcleos de helio). O fenómeno foi coñecido como splitting the atom^[3]. O 22 de outubro de 1934 foi realizada a primeira fisión nuclear artificial dun átomo de uranio por un grupo de físicos italianos dirixidos por Enrico Fermi (os coñecidos como "ragazzi di via Panisperna"), mentres bombardeaban o uranio con neutróns. Con todo, o grupo de físicos italianos non se decatou do sucedido, senón que crían que producían novos elementos transuránicos.

O aparato experimental co que Otto Hahn e Fritz Strassmann descubriron a fisión nuclear en 1938.

A finais de decembro de 1938, exactamente na noite do 17 ao 18, dous químicos alemáns, Otto Hahn e o seu xove asistente Fritz Strassmann, foron os primeiros en demostrar experimentalmente que un núcleo de uranio-235, se absorbe un neutrón, pode dividirse en dous ou máis fragmentos dando lugar así á fisión do núcleo (foi a química Ida Noddack a primeira en facer hipóteses sobre a fisión en 1934, mentres os fundamentos teóricos conseguíanse grazas a Otto Frisch e a súa tía Lise Meitner). Isto, xunto coa idea de Enrico Fermi e Leo Szilard da evolución acelerada da fisión,^[4] fixo que comezara a tomar forma a idea de poder utilizarse este proceso para producir enerxía de orixe nuclear mediante a construción de reactores que contiveran a reacción.

Nun contexto de guerra mundial no que se cría que a Alemaña nazi podía construír a bomba atómica, Leo Szilard, Eugene Wigner e Edward Teller puxéronse en contacto con Einstein, quen rematou sinando unha carta redactada por Szilard e dirixida a Roosevelt, o Presidente norteamericano, para animalo a que os EEUU construíran a bomba atómica.^[4] Así naceu o Proxecto Manhattan. A primeira bomba atómica explosionou o 16 de xullo de 1945 no polígono de Alamogordo en Novo México.

Reactores de fisión naturais na Terra[editar | editar a fonte]

Situación xeolóxica en Gabón que provocou reactores naturais de fisión nuclear.
1. Zona onde ocorreron as reaccións de fisión / 2. Arenisca / 3. Mena de uranio / 4. Granito.

Os reactores de fisión naturais son pouco comúns. En minas en Oklo (Gabón) descubríronse dezaseis lugares (chamados reactores nucleares fósiles de Oklo) no que tiveron lugar fisións nucleares hai aproximadamente dous mil millóns de anos. Descoñecidos ata 1972, aínda que postulados por Paul Kuroda en 1956^[5], cando o físico francés Francis Perrin descubriu estes reactores, quedou claro que a natureza vencera o ser humano. Reaccións en cadea de fisión do uranio a grande escala, moderadas con auga, teñen ocorrido no pasado e serían imposibles agora. Este proceso puido empregar auga normal como moderador só porque hai dous mil millóns de anos o uranio natural era máis rico en isótopos ²³⁵U (sobre 3%), que o uranio natural dispoñible na actualidade (que é só do 0,7%, e debe ser enriquecido ata o 3% para poder empregalo en reactores de auga lixeira).