Fisión nuclear
From Wikipedia, the free encyclopedia
En física nuclear, a fisión (non confundir coa fusión nuclear) é a división dun núcleo en núcleos máis liviáns, [1][2] ademais dalgúns subproductos como neutróns libres, fotóns (xeralmente raios gamma) e outros fragmentos do núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) e beta (electróns e positróns de alta enerxía) ademais de gran cantidade de enerxía.[3] O seu descubrimento débese a Otto Hahn e Lise Meitner, aínda que foi o primeiro o único en recibir o premio Nobel polo mesmo.[4]
A fisión nuclear dos elementos pesados foi descuberta o 17 de decembro de 1938 polo alemán Otto Hahn e o seu axudante Fritz Strassmann a proposta da física austro-sueca Lise Meitner que a explicou teoricamente en xaneiro de 1939 xunto co seu sobriño Otto Robert Frisch. Frisch deu nome ao proceso por analoxía coa fisión binaria das células vivas. No caso dos nucleidos pesados, trátase dunha reacción exotérmica que pode liberar grandes cantidades de enerxía, tanto en forma de radiación electromagnética como de enerxía cinética dos fragmentos. Do mesmo xeito que a fusión nuclear, para que a fisión produza enerxía, a enerxía de ligazón total dos elementos resultantes debe ser maior que a do elemento inicial.
A fisión é unha forma de transmutación nuclear porque os fragmentos resultantes (ou átomos fillos) non son o mesmo elemento que o átomo pai orixinal. Os dous (ou máis) núcleos producidos adoitan ser de tamaños comparables pero lixeiramente diferentes, normalmente cunha relación de masas dos produtos de aproximadamente 3 a 2, para isótopos comúns fisionables.[5][6] A maioría das fisións son binarias (producen dous fragmentos cargados), pero ocasionalmente (de 2 a 4 veces por cada 1000 eventos), prodúcense tres fragmentos cargados positivamente, nunha fisión ternaria. O máis pequeno destes fragmentos nos procesos ternarios varía en tamaño desde un protón ata un núcleo de argon.
Á parte da fisión inducida por un neutrón, aproveitada e explotada polo ser humano, unha forma natural de desintegración radioactiva espontánea (que non require un neutrón) tamén se denomina fisión, e prodúcese especialmente en isótopos de moi alto número de masa. A fisión espontánea foi descuberta en 1940 por Fliórov, Pétrzhak, e Kurchátov[7] en Moscova, nun experimento que pretendía confirmar que, sen bombardeo de neutróns, a taxa de fisión do uranio era desprezable, tal e como predixera Niels Bohr; non era desprezable.[7]
A composición impredicible dos produtos (que varían de forma amplamente probabilística e algo caótica) distingue a fisión dos procesos puramente de efecto túnel como a emisión de protóns, a desintegración alfa e a desintegración en acio, que dan os mesmos produtos cada vez. A fisión nuclear produce enerxía para a enerxía nuclear e impulsa a explosión de armas nucleares. Ambos os usos son posibles porque certas substancias chamadas combustibles nucleares sofren a fisión cando son golpeadas polos neutróns de fisión, e á súa vez emiten neutróns cando rompen. Isto fai posible unha reacción nuclear en cadea autosostida, que libera enerxía a un ritmo controlado nun reactor nuclear ou a un ritmo moi rápido e incontrolado nunha arma nuclear.
A cantidade de enerxía libre contida no combustible nuclear é millóns de veces superior á cantidade de enerxía libre contida nunha masa similar de combustible químico como a gasolina, o que fai da fisión nuclear unha fonte de enerxía moi densa. Con todo, os produtos da fisión nuclear son, máis ou menos, moito máis radioactivos que os elementos pesados que normalmente se fisionan como combustible, e permanecen así durante moito tempo, dando lugar a un problema de residuos nucleares. A preocupación pola acumulación de residuos nucleares e o potencial destrutivo das armas nucleares contraponse ao desexo pacífico de utilizar a fisión como fonte de enerxía.
Cando se calcula a masa total dos produtos da escisión nuclear, verifícase que é menor que a masa orixinal do átomo antes da escisión. A teoría da relatividade de Albert Einstein dá a explicación para esta masa perdida: Einstein demostrou que masa e enerxía son dúas equivalentes. Polo tanto, a masa perdida durante a escisión reaparece baixo a forma de enerxía. Einstein resumía esta equivalencia na famosa ecuación:
Onde E é a enerxía, m a masa e c a velocidade da luz. Dado que c é moi grande (300.000 km/s), ocorre igual con E, que é realmente moi grande, mesmo cando se perde unha moi pequena porción da masa.