¿Cuál es la diferencia entre fusión nuclear y fisión?

La fusión nuclear y la fisión son procesos físicos naturales que liberan energía como resultado de la interacción entre átomos. Estas energías son una magnitud mayor que las de las reacciones químicas. Si bien la fusión y la fisión son fenómenos naturales sin los cuales la vida en la tierra no podría existir, es la aplicación humana de estas fuerzas lo que más a menudo atrae la atención. El uso o mal uso de la energía nuclear ha llegado a definir gran parte de nuestro mundo moderno, creando promesas y amenazas en igual medida.

¿Qué es la fisión nuclear?

En pocas palabras, la fisión nuclear es la división de un átomo en dos o más átomos de menor peso atómico. Cuando la masa total de los átomos más pequeños es menor que la del átomo original, la diferencia de masa se convierte en energía. Como nos enseñó Einstein con su famosa ecuación E = mc2, una pequeña cantidad de masa se convertirá en una gran cantidad de energía. Esto se debe al enorme potencial energético que está ligado a un núcleo atómico.

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Fisión nuclear en la naturaleza

La fisión nuclear ocurre naturalmente todo el tiempo. Los elementos pesados ​​como el uranio y el torio se someten continuamente a una fisión lenta y espontánea que genera radiactividad y calor. Este calor calienta la corteza y el núcleo fundido del planeta. El núcleo giratorio genera el campo magnético que protege a toda la vida de la mortal radiación cósmica y solar. También se cree que el calor de la desintegración radiactiva impulsa la tectónica de placas.

Física atómica temprana

En 1913, el científico danés Niels Bohr conceptualizó el átomo como una especie de sistema solar en miniatura, con electrones orbitando un núcleo en ubicaciones determinadas que describió como capas. Cuando un electrón se movía entre capas, la radiación se emitía o se absorbía. Se llevaron a cabo muchos experimentos en las décadas de 1920 y 1930 para explorar y refinar aún más el modelo atómico.

Proyecto Manhattan

Al darse cuenta de que bombardear el núcleo de un átomo pesado con partículas energéticas podría iniciar una reacción en cadena, la posibilidad de una bomba se hizo real. Estados Unidos inició el Proyecto Manhattan, que culminó con el lanzamiento de la bomba atómica sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.

Uso de la fisión nuclear para generar energía

Si bien el potencial destructivo de una reacción de fisión estaba claro, había aplicaciones más prometedoras para el futuro. Como fuente de energía, la energía nuclear era millones de veces más densa que los combustibles convencionales. La atención se centró en el diseño de reactores de fisión a escala comercial. El primero en conectarse fue en Shippingport, Pennsylvania en 1957 y podría generar 60MWe.

Gestión de residuos nucleares

El entusiasmo por la energía nucleoeléctrica hizo que se pusieran en funcionamiento decenas de reactores durante las décadas siguientes, alcanzando un máximo de 107 reactores en los Estados Unidos en 1990. Si bien tenía muchas ventajas, la experiencia práctica en el funcionamiento de estas instalaciones también puso de relieve problemas graves. Los subproductos de la fisión, en particular los desechos radiactivos de alta actividad, podrían seguir siendo peligrosos durante muchos años. Accidentes nucleares como los de Three Mile Island en 1979 y Chernobyl en 1986, demostraron que incluso la ingeniería avanzada no podía mitigar todos los riesgos involucrados en la generación de energía nuclear a partir de fuentes de fisión.

Una posible respuesta a este problema era la fusión nuclear. En teoría, la fusión podría generar cantidades de energía aún mayores que la fisión sin crear residuos peligrosos.

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¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear es lo opuesto a la fisión, ya que implica la fusión de dos o más átomos para formar un elemento nuevo y más pesado. El átomo recién formado contendrá un poco menos de masa que la suma de los átomos que se usaron para crearlo. La masa faltante se convierte en energía. La producción de energía de la fusión es varias veces mayor que la obtenida en el proceso de fisión. Si bien la fusión produce algunos subproductos radiactivos, estos tienen una vida extremadamente corta en comparación con la fisión.

Fusión nuclear en la naturaleza

El ejemplo natural más obvio de fusión nuclear es nuestro Sol. El tremendo calor y la gravedad en el centro del Sol hacen que los elementos de hidrógeno se fusionen en una serie de interacciones complejas para formar helio, produciendo enormes cantidades de energía en el proceso. El sol ha estado experimentando esta fusión de hidrógeno y helio durante aproximadamente 4.500 millones de años y se espera que continúe durante al menos otros 5.000 millones antes de que se quede sin combustible de hidrógeno.

Esfuerzos para lograr la fusión nuclear

Lograr una reacción de fusión sostenible ha sido un camino mucho más complicado que los esfuerzos de fisión de la década de 1940. Esto se debe a una barrera fundamental que enfrentan los ingenieros, que es cómo superar la repulsión electrostática entre los átomos y obligarlos a fusionarse sin gastar más energía de la que se gana. En la naturaleza, esto se logra en un régimen de temperaturas extremadamente altas, del orden de millones de grados. Se han gastado muchas décadas y miles de millones de dólares en todo el mundo, y todavía no está claro cuándo, si es que alguna vez, entrará en funcionamiento una planta de energía de fusión nuclear en funcionamiento.

El futuro de la energía nuclear

En una era de fuentes de energía neutrales en carbono, la energía nuclear podría tener un papel que desempeñar. Los nuevos diseños de reactores de fisión pueden reprocesar de manera eficiente los desechos radiactivos y utilizarlos para generar más energía. Sin embargo, la fusión nuclear sigue siendo el santo grial de la generación de energía. Si se puede lograr, nuestras preocupaciones energéticas se acabarán.