Alejandro Fanjul

Si nunca te lo habías preguntado, seguramente algún día por la mañana cuando te despiertes, de repente te vendrá una pregunta a tu cabeza de forma fulgurante: ¿qué es eso de la fusión nuclear? más aún, ¿que narices es eso del acelerador de partículas? Incluso podría venirte a la cabeza todas esas películas en las que alguna vez hablan de “energía nuclear limpia” o “fusión fría”. Por suerte no hablo de la fusión fría entre Bankia y Novagalicia, noooo! es un tema un poco más interesante, y nos lo cuenta un usuario de Reddit como si fuéramos niños de 5 años (y seguro que más de uno lo son ^^), yo me he permitido traducirlo al castellano y añadir alguna cosilla más:

¿Cuál es la diferencia entre fusión y fisión nuclear? ¿Por qué es tan dificil conseguir la fusión nuclear?

Primero aclaramos los términos: Fusión: combinar o unir ciertos elementos en uno solo Fisión: separar un elemento dos o más elementos Sin embargo, más allá de las definiciones, uno de los puntos más interesantes es ¿por qué es la fisión relativamente fácil de conseguir, mientras que la fusión es relativamente difícil de lograr?. En otras palabras, ¿por qué tenemos centrales nucleares de “fisión” durante casi 60 años, pero no contamos con plantas nucleares de fusión? En el interior del núcleo atómico hay dos fuerzas en una especie de equilibrio. La fuerza electrostática significa que las cargas positivas repelen otras cargas positivas y las cargas negativas repelen otras cargas negativas. El núcleo en sí mismo tiene una carga neta positiva, porque todos los protones están en su interior. Los protones se repelen entre ellos debido a la fuerza electrostática, de la misma manera que los extremos positivos de dos imanes se repelen entre sí cuando se ponen demasiado cerca. Así que ¿por qué los nucleones (protones y neutrones) se mantinen juntos y pegaditos dentro del núcleo? Esto se debe a que existe otra fuerza mayor, la fuerza nuclear. Esto significa que todos los nucleones -es decir, protones y neutrones- tienen una fuerte atracción el uno al otro. El problema es que si bien esta es una fuerza poderosa, sólo es poderosa en distancias muy pequeñas -más o menos a la par con el radio de un núcleo grande-. Así que es por eso que cualquier núcleo con más de un protón también tiene neutrones dentro de ella, son el “pegamento”, por así decirlo, que ayudan a los núcleos a permanecen juntos, porque no tienen carga electrostática, pero expresan la fuerza nuclear. Así que con esto en mente, vamos a pensar en la fisión. La fisión tiene lugar en núcleos muy, muy pesados – como el famoso uranio-235, que tiene 92 protones y 143 neutrones en el mismo. Esos neutrones ayudan a mantener este núcleo cargado positivamente junto y compacto, pero el tamaño del núcleo de uranio está casi en el límite de la fuerza nuclear. Así que si un neutrón es absorbido por el núcleo, éste se “zarandea”, provocando que se alargue. Y cuando se alarga, la mitad del mismo se mantiene dentro de la fuerza nuclear y la otra mitad justamente fuera. De repente, es como si dos partículas muy cargadas positivamente se encontrasen una al lado de la otra y se repelieran entre sí con gran violencia. (Esto representa la repulsión, por cierto, la mayor parte de la energía liberada durante la fisión.) Así que en cierto sentido, un núcleo de uranio (del isótopo correcto, eso sí) es como un “castillo de naipes” a la espera de que se caiga – sólo se necesita un pequeño empujón para que se convierta en inestable de una manera que daría lugar a la fisión. Ok, vamos ahora a hablar de la fusión. La fusión es cuando dos núcleos se fusionan en uno solo. Tener en cuenta lo que hemos acabamos de hablar sobre las fuerzas electrostáticas y nucleares en el átomo. Si tienes dos nucleones con carga positiva, y empiezas a tratar de acercarlos, van a resistir, porque la fuerza electrostática va a dominar en casi todas las distancias, excepto en las muy muy próximas. Si de alguna forma pudieras empujarlos juntos unos contra otros y superar la resistencia electrostática, la fuerza nuclear haría “click” y de repente se fundirían. El problema es que la resistencia electrostática se hace más grande cuanto más se acercan -esto se conoce como la barrera Coulumb-. Imagínese que en ese gráfico está empujando un nucleón de derecha a izquierda -cuanto más alto sea la curva más poderosa es la fuerza electrostática “empujándote hacia atrás”, hasta que finalmente se consigue superar esa barreara y caer el pequeño y confortable “pozo” de la atracción de la fuerza nuclear. Para conseguir que se produzca la fusión nuclear se requiere un par de cosas:

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1. Que se utilicen átomos con núcleos muy ligeros como el hidrógeno, helio, litio, etc ¿Por qué? Debido a que tienen el menor número de protones (1, 2, y 3, respectivamente) y por lo tanto las fuerzas electrostáticas son débiles.

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• Acelerar las partículas a velocidades muy altas, porque entonces la probabilidad de que dos de ellas se “choquen” la una con la otra es mucho más alta. A bajas velocidades, los nucleones se pueden desviar más fácil y dispersarse el uno del otro. Para explicar esto piensa en los coches de choques, ¿cómo es más fácil que choquen, a baja o alta velocidad? . Las altas velocidades “a nivel atómico y molecular” es lo mismo que decir altas temperaturas -y las temperaturas necesarias para iniciar la fusión son unos 10 millones de grados centígrados-. También se necesita presiones muy altas, ya que desea que los átomos ligeros sean aplastados uno contra el otro.

 

Entonces ¿en qué condiciones vemos esto de la fusión en el mundo real? Uno de ellos es en las estrellas, que utiliza la fuerza gravitatoria de todo el sol para comprimir los núcleos entre sí alcanzar reacciones a muy altas temperaturas en su centro para que consigan reaccionar y no enfriarse. (Si se enfrían, a continuación, la reacción se detiene.) El otro está en bombas de hidrógeno (la famosa bomba H), que utilizan el calor y compresión de una bomba atómica para inducir la fusión en una cantidad relativamente pequeña de material. Ninguna de estas condiciones son fáciles de replicar, pero el ser humano ha estado tratando de hacerlo en contextos no explosivos desde la década de 1950 con un éxito limitado. (Por lo general, se trata de intentar hacer una “botella” magnética para sujetar los materiales fusionables, para calentarla a los millones de grados necesarios para la fusion, una temperatura que no puede soportar ningún material físico conocible a día de hoy. Además la fabricación de botellas magnéticas es muy difícil y por contra es fácil que tengan fugas de calor y por lo tanto se enfrían. El otro método implica el uso de un láser para tratar de exprimir una pequeña, diminuta cápsula de materiales fusionables como en un sol en miniatura. Esto también es muy difícil de lograr en la práctica. Así que a diferencia de la fisión, la fusión es bastante más difícil de realizar, a pesar de las fuerzas que gobiernan tanto son exactamente los mismos. Ver original en inglés.