Fusión y fisión 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 _® ¹⁴¹₅₆Ba + 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 + ²₁D _®³₁T + ¹₁H + 4.03 MeV ²₁D + ²₁D _® ³₂ He + n + 3.27 MeV ²₁D + ³₁T _®⁴₂He + n + 17.6 MeV

| Se acerca la era de los reactores de Fusión Nuclear

Se acerca la era de los reactores de Fusión Nuclear

Por Abdias Basto 04/01/2011 10:25:00

La posibilidad de energía limpia a partir de Fusion Nuclear obtiene cada día mayores adeptos.

Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.
Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina "modo" de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.
La mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear del mundo, como el del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del MIT, son del tipo tokamak, en los que se usan poderosos campos magnéticos para retener el plasma caliente dentro de una cámara en forma de donut (o toroidal). El término tokamak proviene del nombre ruso del primer reactor de esta clase, desarrollado en Rusia en la década de 1960.

Por regla general, dependiendo de cómo se configuren la fuerza y la forma del campo magnético, tanto el calor como las partículas pueden escaparse (en una configuración llamada modo-L) o bien pueden ser retenidos con firmeza en el plasma (en una configuración llamada modo-H).

Ahora, después de unos 30 años de pruebas usando la serie de reactores Alcator (que con los años ha evolucionado), unos investigadores del MIT, incluyendo al profesor Dennis Whyte, han descubierto otro modo de funcionamiento, al cual han llamado modo-I, en el que el calor permanece firmemente retenido mientras que las partículas, incluyendo las contaminantes, pueden escapar. Este modo de funcionamiento debería ser capaz de evitar que esos agentes contaminantes "envenenen" la reacción de fusión.
Datos via web.