2.5 Reacciones nucleares
Una reacción nuclear es cualquier proceso en el que intervienen núcleos atómicos transformándose en otros diferentes.
Los procesos de emisión de partículas α y β son dos ejemplos de reacción nuclear pero, desde luego, no son los únicos. El ser humano es capaz de provocar reacciones nucleares "bombardeando" núcleos con alguna partícula.
Por ejemplo, cuando se bombardean núcleos de N-14 con partículas α (He-4) se obtiene, como núcleo residual, O-17 y se libera un protón. Podemos representar el proceso así:
o así
Actividad
Debes recordar que, en todas las reacciones nucleares, se conserva:
- La masa-energía
- La carga
- El momento lineal (o cantidad de movimiento)
- El número de nucleones
La conservación de la carga la puedes comprobar a simple vista notando que la suma de los números inferiores es la misma a la izquierda y derecha de la reacción.
La conservación del número de nucleones implica que las sumas de los números superiores a izquierda y derecha de la reacción también deben coincidir.
Vamos ahora a estudiar un fenómeno que seguro que te resulta familiar. Observa el siguiente vídeo:
| Vídeo de atomcentral alojado en Youtube |
¿De dónde sale tanta energía? La respuesta se encuentra en el interior del núcleo atómico. Ya hemos comentado que la fuerza que mantiene unidos a los nucleones (interacción fuerte) es muy intensa. Esta energía se libera en los procesos que vamos a ver a continuación:
1) La fisión nuclear es una reacción que se produce cuando un núcleo pesado se divide en dos más pequeños al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y una gran cantidad de energía.
Por ejemplo, si bombardeamos con neutrones el U-235 en ciertas condiciones, este se fisiona obteniéndose Ba-141 y Kr-92. Además en este proceso se liberan tres neutrones que quedan disponibles para seguir fisionando núcleos de U-235 en una reacción en cadena. La reacción nuclear la simbolizamos así:
El vídeo siguiente presenta una simulación del proceso en 24 segundos
| Vídeo de Despuésdelbigbang alojado en Youtube |
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2) La fusión nuclear es un proceso por el cual dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado. En el proceso se libera una gran cantidad de energía.
Generalmente los núcleos ligeros que se fusionan son isótopos del Hidrógeno. Por ejemplo, un núcleo de Deuterio (H-2) puede fusionarse con otro de Tritio (H-3) para formar He-4.
En esta reacción se obtiene una enorme cantidad de energía, mayor que la que se obtiene en los procesos de fisión.
Entonces, ¿por qué no utilizar esta reacción como fuente de energía?. La razón está en que la reacción no es en absoluto espontánea, se requiere una gran energía de activación para conseguir fusionar los núcleos: sería necesario alcanzar temperaturas de millones de grados, difícil conseguir en un laboratorio.
Estas temperaturas se alcanzan en el centro de las estrellas.La fusión nuclear es la causa de la enorme producción de energía solar.
Caso práctico
Una de las reacciones de fisión posibles del 
es la formación de 
y , 
liberándose dos neutrones.
a. Formular la reacción y hacer un análisis cualitativo del balance de masa.
b. Calcular la energía liberada por 20 mg de uranio.
mU = 234,9943 u ; mSr = 93,9754 u ; mXe = 139,9196 u ; mn = 1,0086 u ; NA = 6,02·1023 mol-1 ; 1 u = 1.67·10-27 kg ;
c=3·108 m/s
Caso práctico
Calcula la energía liberada en la reacción de fusión de 20 mg de H-2 con H-3 suficiente. Compara los resultados con los obtenidos en el ejercicio resuelto en el que se fisionaba Uranio.
mH-2 = 2,0136 u ; mH-3 = 3,0161 u ; mHe-4 = 4,0026 u ; mn = 1,0086 u ; 1 u = 1,66·10-27 kg ; c = 3·108 m s-1 ; mp = 1.0073 u