La fusión nuclear se produce debido a la unión de dos o mas núcleos de átomos ligeros en un solo núcleo de mas a mas elevada. Siempre que dos núcleos ligeros se unen para formar otro mas pesado, la masa de este es menos a la suma de los primeros. La diferencia de masa, es decir, la parte de materia faltante se ha convertido en energía.
Por ejemplo: cuando se une un átomo de deuterio, isótopo del hidrógeno que tiene un protón y un neutrón en el núcleo, con un átomo de tritio, otro isótopo de hidrógeno conteniendo un protón y dos neutrones en el núcleo, se produce un átomo de helio mas la emisión de un neutrón y liberación de energía equivalente a la masa perdida al producirse la reacción. La fusión nuclear entre el deuterio 1H² y el tritio 2H³ se presenta la siguiente manera: 1H² + 2H³ Δ→ 2H⁴ + n´ + energía.
En virtud de que el hidrógeno y sus isótopos (el deuterio y el tritio) constituyen la mayor parte del agua, podemos decir que los océanos son inagotables fuentes de energía. No obstante, la fusión de los núcleos átomos no se lleva a cabo con facilidad, pues por ser los núcleos de carga eléctrica positiva hay una natural fuerza de repulsión entre ellos.
Para vencer esta fuerza se requieren altas temperaturas, de tal manera que una gran energía ayude a los núcleos a entrar en un contacto y se produzca la fusión. Las reacciones de fusión son las que mas energía pueden desprender, se producen en el sol y las estrellas en donde la energía necesaria para la fusión se obtiene como resultado de la agitación térmica provocada por las temperaturas de millones de grados a las cuales se encuentra sometida la materia.
En los últimos 30 años se han invertido miles de millones de dólares tan solo en los Estados Unidos de América en las investigaciones que se realizan para tratar de dominar la fusión que debe realizarse a temperaturas de millones de grados, pues no existe aun ningún material apropiado para construir un recipiente que no se funda. Por esta razón los científicos tratan de producir la fusión en maquinas construidas con magnetos súper conductores que permitan confinar el combustible usado en el centro de recipientes, de tal manera que no puedan alcanzar las paredes de los mismos y fundirlas.
Fusión en frio, ¿mito o realidad?
A principios de 1989, el mundo científico se estremeció ante el anuncio hecho por la Universidad de Utah, en los Estados Unidos, de que había logrado la fusion nuclear en frio, es decir, a la temperatura ambiente.
El experimento que realizaron requirió de cuatro pequeñas botellas de plástico, cada una de ellas contenía electrodos de platino y de paladio sumergidos en agua pesada (agua en la cual el hidrogeno esta sustituido por su isótopo deuterio).
Los científicos de Utah reportaron que la fusión nuclear se presento en el electrodo de paladio, al pasar electricidad a través de la celda electrónica. Así pues, los descubridores de la fusión en frio asegurando haber alcanzado este objetivo tan perseguido con un simple aparato de laboratorio y sobre todo trabajando a temperatura ambiente.
Después del anuncio hecho de la fusión en frio, cientos de laboratorios de todo el mundo tratan de reproducir el experimento para comprobar o refutar los reportes de la universidad de Utah. En caso de que dicho experimento fuera una realidad, entraríamos a un mundo completamente nuevo, porque se tendría una fuente inagotable de energía a muy bajo costo, lo cual revolucionaria la industria, los viajes espaciales, las estrategias de armas, los proyectos de defensa militar y el rompimiento de las diferencias entre los países que tienen energéticos y los que carecen de ellos.
Sin embargo, aun hay serias dudas de la existencia de la fusión en frio, pues los pocos neutrones generadores al reproducir el experimento provocan que los detectores sean fácilmente engañados por la radiación parasita de los rayos cósmicos o de cualquier otra radiación presente. Inclusive, Peter L. Hagelstein, investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en su reporte sobre la fusión en frio postuló: la energía proveniente de la fusión del núcleo del deuterio no se convierte en radiación o en partículas subatómicas, sino que de marca directa entra en la estructura cristalina del electrodo de paladio, eventualmente manifestándose como calor.
¿Es un mito o una realidad la fusión en frio?
La respuesta la sabremos con el tiempo, después de que los científicos determinen si es una maravillosa realidad o sólo se trato de una simple ilusión.
Fisión nuclear.
La fisión nuclear se produce cuando un núcleo de un átomo pesado es bombardeado por una partícula incidente, especialmente por un neutrón, provocando su ruptura en dos fragmentos y muy rara vez en tres.
Como se sabe, los núcleos atómicos están constituidos por protones y neutrones que se mantienen unidos a través de fuerzas de intercambio en dichos nucleones.
Estas fuerzas apenas son suficientes para mantener la cohesión del núcleo cuando este es muy pesado debido a su gran cantidad de neutrones. Es por ellos que si un neutrón se impacta en un núcleo pesado este se deforma y se alarga hasta romperse generalmente en dos fragmentos, pues muy rara vez se rompe en tres, cada fragmento constituye el núcleo de un elemento mas ligero.
Durante la desintegración se produce la emisión de varios neutrones libres que se encuentran en exceso en los núcleos nuevamente formados, y la liberación de energía por medio de radiaciones; estas, al irradiar la materia cercana, engendran calor aprovechable y equivalente a la energía que mantenía unido al nucleó pesado, así como a la perdida de masa original transformada en energía. Dicho fenómeno puede compararse con una gota de agua muy grande a la cual al agregarle mas agua se parte en dos o mas gotas pequeñas e independientes que adoptan la misma forma esférica de la gota original.
Los elementos mas usados para producir fisión nuclear son: uranio 235, cuenta con 92 protones y 143 neutrones y plutonio 239, con 94 protones y 145 neutrones.
Durante la fisión del uranio no siempre se producirá bario y criptón, sino que los pares producidos pueden ser bromo y lantano, estroncio y xenón, rubidio y cesio, cerio y selenio, yodo e iridio, entre otros; sin embargo, la suma de los protones de cada par, es decir, la suma de sus números atómicos será de 92. Muchos de estos números son isótopos radiactivos, por eso sufren desintegraciones hasta que, según su vida media, se transforma en núcleos de algún elemento estable.
Actualmente, las fisiones presentes en los reactores nucleares se logran mediante el uso de neutrones lentos, porque son los mas apropiados para multiplicar las fisiones del uranio 235 o plutonio 239. No obstante, como los neutrones que se liberan de la fisión son rápidos, pues viajan a unos 4 mil km/s, se requiere frenarlos hasta una rapidez de 2 km/s para poder mantener una reacción en cadena, ya que de otra manera atravesarían las barras de uranio sin ser absorbidas.
Para ello se interponen en las barras de uranio sustancias llamadas moderadores, las mas usadas son el grafito y el agua pesada formada por el deuterio, (isótopo del hidrógeno), y el oxigeno. Así pues, los neutrones rápidos al chocar con los núcleos del moderador pierden parte de su energía cinética, y al ser desviado se produce una nueva colisión siendo frenado nuevamente hasta que después de varios impactos alcanza la velocidad deseada con la cual puede provocar la fisión en el núcleo pesado del átomo.
Una reacción en cadena se produce después de que un neutrón ha bombardeado un núcleo pesado provocando su ruptura en dos fragmentos y la emisión de tres neutrones como máximo, estos a su vez inciden en otros núcleos pesados fraccionándolos de tal manera que una vez iniciada la reacción se desarrollara en cadena hasta que el ultimo núcleo pesado haya sido dividido.
En un reactor nuclear es importante controlar las reacciones de fisión, por eso se debe mantener un numero constantes de desintegraciones. Para ello, se utilizan barras de control construidas de cadmio, boro o hafnio, que al ser absorbentes de neutrones reducen el número de desintegraciones.
