Fusión o fisión nuclear ¿cuál es la ventaja?

La fisión y la fusión son reacciones nucleares que producen energía. Estos dos procesos nucleares utilizan la energía de enlace de los protones y neutrones en el núcleo de los átomos para liberar una enorme cantidad de energía. La principal diferencia es que la fisión consiste en la división de un núcleo pesado e inestable en dos núcleos más pequeños, mientras que las reacciones de fusión implican la combinación de dos núcleos ligeros. Entonces, fusión o fisión nuclear ¿cuál es la ventaja?

Fusión o fisión nuclear ¿cuál es la ventaja?

Para entender mejor las diferencias, veremos cada proceso con más detalle…

Fisión nuclear

La fisión nuclear consiste en la división de los átomos para liberar la energía de enlace de los núcleos atómicos. Esta energía se libera en forma de calor y radiación, y el calor se utiliza en una central nuclear para hervir el agua y convertirla en vapor para hacer girar una turbina y accionar generadores para producir electricidad. Como el proceso utiliza uranio en lugar de combustibles fósiles para generar el calor, no hay emisiones de carbono con el proceso de fisión nuclear.

El proceso de división de un átomo en una central eléctrica consiste en colocar uranio en cilindros metálicos sellados dentro de una vasija de acero del reactor. A continuación, se disparan neutrones contra los átomos de uranio, lo que hace que se dividan y liberen más neutrones que golpean otros átomos, creando una reacción en cadena que divide más átomos, liberando energía en forma de calor y radiación.

Fusión nuclear

La fusión nuclear es el proceso de combinar núcleos atómicos en lugar de dividirlos (como en la fisión) para producir energía. Este proceso se produce de forma natural en el centro de estrellas como el Sol y no genera residuos radiactivos ni gases de efecto invernadero a largo plazo.

Las centrales de fusión funcionan de forma similar a las de fisión, utilizando el calor generado por la reacción atómica para calentar agua, producir vapor, accionar turbinas y generar electricidad, pero ha sido un reto crear las condiciones necesarias en un reactor de fusión sin consumir más energía de la que se produce.

El reactor de fusión, que aún está en fase de desarrollo, utiliza un gas, normalmente un isótopo del hidrógeno que puede extraerse del agua de mar, llamado deuterio. Cuando se somete a un calor y una presión elevados, los electrones son forzados a alejarse de los átomos de deuterio para crear un plasma. Este plasma es un gas sobrecalentado e ionizado que necesita ser contenido por fuertes campos magnéticos ya que puede alcanzar temperaturas de 100.000.000°C o más. Estas temperaturas son diez veces superiores a las del núcleo del Sol, pero son necesarias para el proceso, ya que es imposible crear la presión gravitatoria dentro del Sol.

Las partículas de plasma energizadas chocan y se calientan a medida que los sistemas de calentamiento auxiliares aumentan la temperatura hasta los niveles necesarios para la fusión. Estas condiciones permiten que las partículas altamente energizadas superen su repulsión electromagnética natural al colisionar, fusionándose y liberando enormes cantidades de energía.

Otros reactores alternativos que se están probando utilizan láseres para calentar y comprimir el combustible de hidrógeno para crear la fusión.

¿Cuáles son las principales diferencias?

Aunque tanto la fusión como la fisión utilizan energía atómica, existen varias diferencias clave entre ambos procesos:

  1. La fisión libera energía cuando los átomos se dividen, mientras que la fusión libera energía cuando los átomos se unen
  2. La reacción de fusión libera más energía que la fisión
  3. La fusión no produce residuos radiactivos nocivos a largo plazo como subproducto, como ocurre con la fisión
  4. La fusión necesita más energía para llevarse a cabo que la fisión. La energía necesaria para la fusión ha sido un obstáculo para su uso generalizado para la generación de energía

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Cómo funciona la fisión nuclear

La fisión nuclear es un proceso de la física nuclear en el que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños como productos de fisión, y normalmente en algunas partículas secundarias.

Basándose en la reveladora predicción de Albert Einstein de que la masa podía transformarse en energía y viceversa, Enrico Fermi construyó el primer reactor de fisión nuclear en 1940.

Cuando un núcleo se fisiona, ya sea de forma espontánea (muy rara) o tras un bombardeo controlado de neutrones, se divide en varios fragmentos más pequeños o productos de fisión, que equivalen aproximadamente a la mitad de la masa original. En el proceso también se emiten dos o tres neutrones. La diferencia de masa en reposo, aproximadamente el 0,1% de la masa original, se convierte en energía.

La energía liberada por una reacción de fisión nuclear puede ser tremenda. Por ejemplo, un kilogramo de uranio puede liberar tanta energía como la combustión de 4.000 millones de kilogramos de carbón.

Otro requisito para la reacción en cadena de fisión es una cantidad mínima de materia fisionable. Si hay demasiado poco material, los neutrones pueden salir disparados de la muestra antes de tener la oportunidad de interactuar con un isótopo de U-235, provocando que la reacción se desvanezca. Los científicos nucleares denominan masa crítica a esta cantidad mínima de materia fisionable. Todo lo que esté por debajo de este umbral mínimo se denomina masa subcrítica.

Cómo funciona la fusión nuclear

La fusión se produce cuando dos átomos más pequeños chocan a energías muy altas para fusionarse, creando un átomo más grande y pesado. Este es el proceso nuclear que alimenta el núcleo del sol, que a su vez impulsa la vida en la Tierra.

Como en el caso de la fisión, hay un defecto de masa -la masa fusionada será menor que la suma de las masas de los núcleos individuales- que es la fuente de energía liberada por la reacción. Ese es el secreto de la reacción de fusión.

Las reacciones de fusión tienen una densidad de energía muchas veces superior a la de la fisión nuclear y las reacciones de fusión son en sí mismas millones de veces más energéticas que las reacciones químicas.

La fusión nuclear podría proporcionar algún día a la humanidad cantidades inagotables de energía. Por el momento no está claro cuándo llegará ese día, ya que los avances son lentos, pero eso es comprensible. Aprovechar las mismas fuerzas nucleares que impulsan el sol presenta importantes retos científicos y de ingeniería.

Normalmente, los átomos ligeros como el hidrógeno o el helio no se fusionan espontáneamente porque la carga de sus núcleos hace que se repelan. Sin embargo, en el interior de estrellas calientes como el Sol, la temperatura y la presión extremadamente altas desgarran los átomos hasta convertirlos en protones, electrones y neutrones.

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