Fusión nuclear

Todo lo que hay que saber de la fusión nuclear

La fusión nuclear sucede cuando dos núcleos atómicos de hidrógeno se unen para formar un núcleo mas pesado de helio,en este proceso se libera mucha energía.Para que se produzca la fusión nuclear hay que elevar la temperatura del hidrógeno mucho, alrededor de decenas de millones de grados en el caso del sol,esto se debe porque para fusionar núcleos atómicos hay que superar una barrera electrostática una de las 4 fuerzas fundamentales del universo,electromagnética,los protones o núcleos tienen carga positiva en su núcleo por lo tanto cuando otro núcleo se le va a acercar se repelen por el principio de cargas,para lograr la fusión y evitar esto hay que levantar la temperatura aumentando la energía cinética de las partículas contra mas rápido se muevan mas probabilidades tendrán de superar esta barrera y unirse,en el momento de la unión se producirá la fusión liberando mucha energía,obviamente la fusión es una reacción nuclear rentable porque se obtiene mayor energía de la reacción que la que hay que inyectar para que se produzca,se me olvida hablar de la fuerza nuclear fuerte otra de las 4 leyes del universo cuando superan los átomos la barrera culombiana después de la fusión lo que los mantiene pegados es la fuerza la fuerza nuclear fuerte,es un pegamento que mantiene unidos a los núcleos atómicos es 100 veces mas fuerte que la fuerza electromagnética repulsiva de los protones ,si no fuera así, los átomos no podrían formar elementos mas pesados y todo seria hidrógeno ya que por el principio de repulsión de cargas los protones no se quedarían y juntos en el núcleo atómico,no existiría la vida ni el planeta ni nada,solo nubes de gas de hidrógeno.

Aquí el ejemplo de las barreras electrostáticas de dos núcleos uno de deuterio y otro de tritio.

Estas reacciones nucleares ocurren en el sol,el sol posee miles de millones de toneladas de hidrógeno que cada día quema para producir energía luz y calor que llega hasta nuestro planeta ,digamos que el sol es un reactor nuclear gigante de fusión perfectamente echo y equilibrado que dura miles de millones de años ,cuando el sol agote su combustible (hidrógeno y helio) empezara a fusionar carbono boro litio oxigeno producto de la fusión del hidrógeno y el helio ,aumentando así los elementos hasta que llegue al hierro-56.

Imaginen dos núcleos atómicos ,uno de deuterio y otro de tritio,sus masas atómicas son: Deuterio: 2,01345 UMA mas Tritio: 3,01550 UMA = 5,02895 UMA El producto de la union entre deuterio y tritio es helio-4 y un neutron. Neutron: 4,00150 UMA mas Helio4: 1,00867 UMA = 5,01017 UMA 5,02895 UMA - 5,01017 UMA = (0,01878 UMA) esto sera la diferencia de masas entre el deuterio y tritio sin unirse y el deuterio y tritio unido que da un neutron y helio-4. 0,01878 multiplicado por la masa atomica de un proton 932MEV = 17,5029MEV es la energía exacta que libera la reaccion. UMA: unidad de masa atomica.

La masa atómica de el deuterio y el tritio separado es menor que el producto de su unión que dara helio-4 y el neutron, por lo tanto al unirse en la fusión liberaran este "exceso de energía",así funcionaria.

Y ahora os preguntareis ¿y si fusionáramos dos núcleos atómicos de oxigeno?,pues liberaría energía ya que no llega el producto de la reacción al hierro,el producto daría silicio como elemento liberando gran cantidad de energía pero hay que tener en cuenta que contra mas elevado sea el numero de nucleones de un elemento para fusionar mas energía necesitaremos para unirlos y menos energía liberara hasta llegar al hierro-56.

También os preguntareis como se han formado los demás elementos en el universo si el limite de fusión es el hierro,pues veréis cuando las supernovas contienen grandes cantidades de elementos también poseen neutrones libres y al enfriarse estos neutrones interaccionan con el hierro y otros elementos de modo que empiezan a capturar neutrones y aumentan su masa atómica,cuando el hierro es inestable por su masividad de neutrones decae transformando un neutron en un proton de modo que daria un escalon mas en el siguiente elemento y así atrapando mas y mas irían formando los elementos de la tabla periódica que conocemos hasta llegar a los actinidos ya que ese seria el limite de estabilidad nuclear en elementos de alto peso atómico,si siguieran atrapando neutrones fisionarian debido a que la estabilidad nuclear no permitirá mas capturas y produciría decaimientos constantemente.

El único átomo que no tiene un neutron es el protio,el isotopo mas básico del hidrogeno,un isotopo es un núcleo atómico con diferente numero de neutrones y el mismo numero de protones,el numero de protones establece el elemento que es y el numero de neutrones su estabilidad nuclear,la estabilidad nuclear puede ser variable,si sobrecargamos al nucleo con muchos neutrones producirá lo que llamamos un decaimiento radiactivo y emitirá radiactividad para transmutar en otro núcleo atómico.

Los electrones son 1860 veces aproximadamente mas pequeños que un proton y los neutrones tienen un tamaño casi igual al proton.

El resultado de la fusión no da núcleos atómicos que superen la masa atómica del hierro exactamente el isotopo-56 del hierro liberaran energía,si por el contrario superan la masa del hierro-56 consumirán energía y la reacción nuclear no sera rentable energeticamente,y eso no es lo que busca la especie humana.

De echo la reacción nuclear de fusión que emite mas energía y es mas rentable es la de dos isotopos del hidrógeno ligeros,deuterio y tritio liberando 17MEV ,también la fusión de helio con helio libera gran cantidad de energía mas que la del deuterio y tritio unos 18,6MEV

MEV= megaelectronvoltio es una unidad de medida para que lo entendamos haré el siguiente ejemplo.