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Energía nuclear

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Marie Curie

La radioactividad, un término acuñado hacia 1898 por Pierre Curie es un fenómeno físico natural en el que se descomponen los núcleos atómicos inestables mediante la emisión de energía en forma de radiaciones diversas. También se habla de radiación.

La radiactividad fue observada por los científicos más destacados de finales del siglo XIX Henri Becquerel, Marie Curie (derecha) y Pierre Curie.

¿Qué es un átomo inestable?[editar · editar código]

Un átomo está formado por un núcleo y varios electrones que giran a su alrededor. Este núcleo se compone de lo que se llaman nucleones: los protones y neutrones.
Este núcleo es estable, no puede haber cualquier número de neutrones y protones. Si el número de protones y neutrones tiende a ser igual para los núcleos de los elementos más ligeros, esto es menos cierto cuando aumenta la masa de los núcleos.

Diagrama de un átomo: (electrones en negro, protones en rojo y neutrones en azul)

Cuanto más pesado es el núcleo, mayor carga eléctrica posee. Dado que estas cargas eléctricas son ​​todas del mismo signo (el protón tiene una carga positiva), la repulsión entre protones se incrementa.
La estabilidad de un núcleo es siempre el resultado de un equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión. Si la repulsión eléctrica aumenta en los elementos químicos con elevadas masas, es necesario que las fuerzas de atracción aumenten. Esta atracción se debe a la fuerza nuclear fuerte. Así, la fuerza nuclear entre dos protones, dos neutrones o un protón y un neutrón, es prácticamente la misma. La diferencia entre estos dos tipos de partículas es, pues, su carga eléctrica.
Los protones interactúan "de forma nuclear," pero también "de forma eléctrica". Los neutrones interactúan sólo de manera nuclear. Si la fuerza eléctrica entre los protones es siempre de repulsión, la fuerza nuclear es siempre de atracción en las distancias características que existen en el núcleo del átomo. Y los núcleos más pesados ​​son los que más tienen un exceso de neutrones sobre protones. Los neutrones tienen la ventaja de proporcionar la atracción, sin repulsión. Además de que se sumarán a la carga eléctrica y habrá un exceso de neutrones. Si para el núcleo del oxígeno el más abundante (isótopo, el (oxígeno) 16, el número de protones iguala al número de neutrones (8 protones y 8 neutrones, o 16 nucleones ) esto no es cierto para el más abundante de los núcleos de los átomos de plomo, el isótopo 208 de plomo (82 protones y 126 neutrones, o sea 208 nucleones).

Cuanto mayor sea la masa del núcleo, más difícil para él es tener una configuración estable. Así, el elemento más pesado que se sabe que es estable es el bismuto209 (83 protones y 126 neutrones). Más allá de esta masa todos los elementos conocidos son inestables. Los más abundantes en la naturaleza son el torio232 (90 protones y los neutrones 142) y uranio 238 (92 protones y 146 neutrones). Aunque inestables, están presentes en nuestra Tierra pues la duración de su vida es alta (14 millones de años para el torio y 4500 millones para el uranio).

La carga eléctrica del núcleo es un factor de inestabilidad. Para los núcleos pesados, una manera de restaurar la estabilidad es la de deshacerse de parte de esta carga eléctrica. En la práctica estos núcleos emiten dos protones y dos neutrones, constituyendo un núcleo de átomo de helio. Esta es la radioactividad alfa.

Hay otra fuerza dentro del núcleo, la fuerza nuclear débil. Esta fuerza tiene la característica de cambiar un protón en un neutrón o viceversa. Algunos núcleos inestables se "benefician" de esta oportunidad para transformarse en una configuración más estable. Este es el caso del núcleo de carbono 14 (6 protones y 8 neutrones) que se convierte en N 14 (7 protones y 7 neutrones). En la práctica, esta transformación se acompaña de la emisión de dos partículas (un electrón y un antineutrino o un positrón y un neutrino). Esto se conoce como radiación beta.

A menudo, el núcleo formado por la radiación (también llamada descomposición) alfa o beta produce un pequeño exceso de energía que tiene que evacuar. Uno de los medios de que disponen es la emisión de una radiación electromagnética. Esta radiación es de naturaleza similar a las ondas de radio, o de los microondas de nuestros hornos. Esta radiación tiene, sin embargo, una energía mucho mayor y es conocida como radiación gamma. Este es el fenómeno de la radioactividad gamma.

La energía nuclear[editar · editar código]

Ilustración de una reacción de fisión en cadena del uranio 235

La energía que se produce en una central nuclear o en una bomba nuclear es de la misma naturaleza que la liberada en la radioactividad alfa. Puede ser liberada sólo por grandes núcleos (de uranio 235 en la práctica y de plutonio 239). Estos grandes núcleos en lugar de formar una partícula alfa (núcleo de helio), pueden dividirse en dos partes, de masas casi iguales. Este es el fenómeno de la fisión nuclear.
En la naturaleza, esto pasa desapercibido, y en una central, es artificialmente favorecido sobre la radiactividad alfa, debida a los neutrones.

Los neutrones fácilmente provocan la fisión de núcleos de uranio 235. La fisión va acompañada por la emisión de tres neutrones, la mayoría de las veces, se pueden mantener las reacciones de fisión. También se puede controlar la cantidad de neutrones existentes para controlar el número de fisiones en el reactor y por lo tanto, la energía liberada. La energía liberada durante una fisión es mucho mayor que en la radioactividad alfa, beta o gamma. Es increíblemente mayor que la liberada en una reacción química (reacción entre los átomos). Proviene en gran parte de la repulsión eléctrica entre los dos núcleos resultantes de la fisión.