La fisión nuclear y la fusión nuclear son dos tipos de reacciones nucleares. Fisión significa dividir y fusión significa combinar. Por lo tanto, en la reacción de fisión, se bombardea un núcleo pesado de un átomo para que se divida y en la reacción de fusión se calientan dos núcleos más ligeros a alta temperatura para que se combinen para formar un núcleo pesado. Sigan leyendo para encontrar mas detalles sobre la fisión y fusión nucleares.
Fisión Nuclear |
Fusión Nuclear |
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| Definición | La fisión se definiría como la división de un solo átomo en múltiples átomos de pequeño tamaño. | La fusión se definiría como la unión de dos o más átomos pequeños para formar un átomo grande. |
| La necesidad de energía | Requiere menos energía para dividir los átomos en dos o más. | Se requiere una gran cantidad de energía para combinar átomos pequeños y formar un átomo grande. |
| La liberación de energía | La cantidad de energía liberada en la fisión es mucho menor que la energía liberada durante la fusión. | La liberación de energía durante la fusión es mucho mayor que la de la reacción de fisión. |
| Producción / Uso de energía | La energía producida en las centrales nucleares utiliza esta tecnología. | Los experimentos en plantas de energía utilizan esta tecnología. |
| Reacciones naturales | Nunca ocurre en la naturaleza en casos normales. | Tiene lugar en las estrellas y el Sol que son fuerzas naturales. |
| Condiciones ideales | Es necesario tener una masa crítica de sustancia y neutrones a alta velocidad. | Los requisitos son una atmósfera de alta densidad y alta temperatura. |
| Resultado de la reacción | La reacción de fisión produce sustancias altamente radiactivas. | Muy pocas sustancias químicas radiactivas salen de esta reacción. |
| Combustible usado | El uranio es uno de los principales combustibles de las centrales nucleares. | Los isótopos de hidrógeno se utilizan como combustible en plantas experimentales. |
Una reacción física que causa un cambio en el núcleo de un átomo se llama reacción nuclear y la energía liberada durante esta reacción se llama energía nuclear. La masa del núcleo sirve como fuente de energía nuclear que se libera principalmente en forma de calor. Hay dos tipos de reacciones nucleares. Son:
- i) Fisión nuclear
- ii) Fusión nuclear
Qué es la fisión nuclear
El núcleo pesado de átomos radiactivos como el uranio, plutonio o torio es bombardeado con neutrones de baja energía que dividen el núcleo en núcleos más pequeños. Este proceso se llama fisión nuclear. Por ejemplo, cuando los átomos de uranio-235 son bombardeados con neutrones, el núcleo de uranio pesado se divide para producir bario-139 y criptón-94 con la emisión de tres neutrones. También se produce mucha energía en esta reacción porque la masa se convierte en energía.
Además, en una reacción de fisión nuclear, los neutrones también se consumen y producen. Los neutrones producidos en la reacción de fisión nuclear conducen a una mayor fisión de núcleos pesados y provocan una reacción en cadena. Si todos los neutrones producidos durante la fisión del uranio-235 producen más fisión, entonces se producirá tanta energía que no se controlará y provocará una explosión llamada bomba atómica. Sin embargo, la reacción de fisión nuclear se puede controlar mediante el uso de barras de boro, ya que el mismo puede absorber neutrones. Las reacciones de fisión nuclear se realizan para generar electricidad en plantas de energía nuclear.
Plantas de energía nuclear
Las centrales nucleares utilizan reacciones de fisión nuclear para generar electricidad y el combustible utilizado para este fin es el uranio-235.
En una planta de energía nuclear, se lleva a cabo una reacción de fisión en un recipiente a presión de acero, y dentro hay un reactor nuclear. En un reactor nuclear, las varillas de uranio-235 se insertan en un núcleo de grafito. Este se llama moderador porque ayuda a reducir la velocidad de los neutrones para que tenga lugar una reacción de fisión adecuada. Entre las barras de uranio-235 se colocan barras de boro, ya que ayudan a absorber el exceso de neutrones y evitan que la reacción de fisión nuclear se salga de control. Estas se denominan barras de control. Las varillas nucleares se pueden levantar dentro o fuera del reactor según sea la demanda. El reactor nuclear está encerrado en una cámara de hormigón que tiene una pared gruesa para que pueda absorber las radiaciones nucleares.
Ahora, el calor producido debido a la reacción de fisión en el reactor se enfría utilizando sodio líquido o gas dióxido de carbono, lo que también ayuda a transferirlo al intercambiador de calor. Aquí con la ayuda de agua refrigerante se convierte en vapor. Este ultimo se utiliza para hacer girar turbinas y hacer funcionar generadores.
Se produce una enorme cantidad de energía térmica cuando tiene lugar una reacción de fisión controlada en un reactor nuclear. Es por eso que el sodio líquido se bombea continuamente a través de las tuberías conectadas al reactor. Este ayuda a absorber el calor producido en el mismo. Luego, a través de las tuberías, el sodio extremadamente caliente pasa a través del agua en el intercambiador de calor. El agua absorbe el calor del sodio caliente y hierve para formar vapor. A continuación, este vapor pasa a alta presión a la cámara de la turbina que , valga la redundancia, tiene una turbina. Este vapor hace que gire, y a su vez, está unida a un eje y al generador. Entonces, cuando la turbina gira, su eje también gira y acciona el generador (lo cual permite crear electricidad).
El vapor gastado que sale de la cámara de la turbina pasa a través del condensador que contiene agua y se enfría. Este vapor luego se convierte en agua y a través de las tuberías se envía nuevamente al intercambiador de calor. El material de desecho producido en la reacción de fisión nuclear del uranio-235 es radiactivo y extremadamente dañino para el medio ambiente.
Bomba nuclear
Una bomba nuclear se basa en la reacción de fisión nuclear del uranio-235 y el plutonio-239. Se permite deliberadamente que la reacción de fisión se salga de control para producir una gran cantidad de energía en muy poco tiempo.
Bombas nucleares basadas en dicha fisión nuclear fueron lanzadas sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en 1945 durante la Segunda Guerra Mundial. Esto provocó una tremenda pérdida de vidas humanas.
Qué es la fusión nuclear
El significado de fusión es unirse o combinar. Por lo tanto, el proceso en el que dos núcleos de electrones ligeros se combinan para formar un núcleo pesado es la fusión nuclear. En el proceso de fusión nuclear también se libera una enorme cantidad de energía.
Los núcleos de los átomos están cargados positivamente y, por lo tanto, se repelen entre sí. Entonces, para combinar o fusionar estos dos núcleos para formar un núcleo pesado, se requiere mucha energía térmica y alta presión. Esto muestra que la fusión nuclear se lleva a cabo calentando átomos más ligeros a una temperatura extremadamente alta a alta presión. También se pierde algo de masa en este proceso, lo que proporciona una enorme cantidad de energía.
Por ejemplo, cuando los átomos de deuterio se calientan a una temperatura extremadamente alta bajo alta presión, dos núcleos de deuterio se combinan para formar helio que tiene un núcleo pesado, se emite un neutrón y se libera mucha energía.
Una reacción de fusión nuclear es opuesta a la reacción de fisión nuclear. La energía producida en esta reacción aún no se ha controlado y es mucho más potente que la reacción de fisión nuclear.
Bomba de hidrógeno
Las reacciones nucleares que ocurren a temperaturas extremadamente altas se denominan reacciones termonucleares. Esta reacción se utiliza para producir bombas de hidrógeno que causan destrucción masiva. Los isótopos de hidrógeno, deuterio (2H) y tritio (3H), junto con un elemento llamado litio-6, se utilizan para fabricar una bomba de hidrógeno. La explosión de la misma se realiza mediante una bomba atómica. Esto se debe a que cuando explota una bomba atómica, su reacción de fisión produce una gran cantidad de calor que eleva la temperatura del deuterio y el tritio en unos pocos microsegundos. Así tiene lugar la reacción de fusión y la bomba de hidrógeno explota produciendo una energía enorme.
Ventajas de la energía nuclear
- Produce una tremenda energía a partir de una pequeña cantidad de combustible (uranio-235).
- No es necesario poner el combustible una y otra vez en un reactor nuclear. Una vez que el combustible (uranio-235) se coloca en el reactor, puede funcionar durante dos o tres años seguidos.
- No produce gases como dióxido de carbono o dióxido de azufre.
Desventajas de la energía nuclear
- Los productos de desecho de los reactores nucleares son radiactivos y siguen emitiendo radiaciones nocivas.
- Riesgo de accidente en reactores nucleares que puede provocar fugas de material radiactivo.
- La disponibilidad de uranio como combustible es limitada.
- El alto costo de instalación de una central nuclear.