Logística: Matemáticas y Ejército I. - Universidad de Zaragoza

La fisión es una reacción nuclear
en la que un núcleo, que reúne
ciertas características de forma que
luego veremos, absorbe un neutrón
generándose un nuevo núcleo en
un estado excitado,denominado
núcleo compuesto, que se divide
en dos núcleos de menor masa y
libera dos o tres neutrones. Los dos
nuevos núcleos formados se llaman
productos de fisión y son fuertemente
radiactivos, aunque por lo general de
corto periodo (2) . Una reacción típica
en la que Otto Hahn descubrió la
fisión ante la presencia de Bario es:
92U235 + n → U 92 236 → Kr 36 94 + Ba 56 140
+ 2n
En las centrales se ha utilizado
hasta muy recientemente como
combustible únicamente el Uranio
natural enriquecido en U 92 235 desde el
0,7% al 3,00 - 3,5 %. Hoy día se utiliza
también, mezclado con él, el94Pu239
proveniente del desmantelamiento
de armas nucleares y el reproceso
de los elementos combustibles
irradiados.¿Por qué solamente se
utiliza el U 92 235 y el Pu 94 239 y no otros?
La primera condición para que se
pueda producir la fisión es que tiene
que ser energéticamente posible.
Utilizando la formula de Einstein de
equivalencia entre masa y energía, E =
mc2 , en el ejemplo anterior, el núcleo
de U 92 236 tiene que tener
una masa superior a la
de los dos nucleidos
formados, Kr 36 94 +
56Ba140 , y los dos
neutrones. También la
del núcleo compuesto
92U236debe ser menor que
la de los componentes
que lo originaron, el
92U235 y un neutrón, para
que se encuentre en un
estado excitado. Esto
es posible para muchos
núcleos pesados. Para
ello hay que considerar
que los nucleones en
los núcleos están muy
fuertemente ligados
entre si, hasta el punto
que las condiciones
extremas de temperatura
y presión de los centros estelares no
son suficientes para alterar ninguna
de sus características. La energía
de enlace, también llamada energía
de ligadura, es la que se liberó al
formarse el núcleo, o en otras palabras
es la necesaria para liberar a todos sus
componentes, o la energía con que
están ligados sus nucleones, por eso
los núcleos tienen menos masa que
la suma de la de sus componentes.
La energía de enlace es, lógicamente,
mayor cuanto más pesado es el
núcleo, pero no sucede así con la
energía de enlace por nucleón que es
casi constante para todos los núcleos,
alrededor de 8 MeV/nucleón (3) pero
las pequeñas diferencias entre unos
y otros son fundamentales para la
fisión. Esta quasi-constancia de la
energía de enlace por nucleón indica
que los nucleones se encuentran en un
núcleo todo lo “pegados” que pueden
estar, de hecho la materia nuclear es
extraordinariamente densa, alrededor
de 2,3x10 8 Tm/cm 3 y los núcleos, al
contrario que los átomos, aumentan su
volumen linealmente con el número
de nucleones que lo componen, o su
radio varía con arreglo a r =r 0 xA 1/3 ,
siendo r 0 = 1,07x10 -13 cm que da idea
del radio de los núcleos, supuestos
esféricos. Los átomos son todos de
un tamaño similar, esféricos con un
radio de unos 10 -8 cm porque cuanto
Figura 2.- Energía de enlace por nucleón en función del número de nucleones A.
ARMAS Y CUERPOS 85
mayor es el número atómico Z mayor
es la carga eléctrica del núcleo y más
cercanas al núcleo se encuentran las
órbitas electrónicas.
En la figura 2 se puede ver la
gráfica de la energía de enlace por
nucleón para todos los núcleos en
función del número másico A.
La energía es creciente hasta
llegar al Hierro, es decir los nucleones
se van encontrando más ligados
haciendo energéticamente posible
que dos núcleos ligeros se fusionen
formando uno más pesado, proceso
conocido como fusión nuclear y
que es el mecanismo utilizado por
las estrellas para liberar energía.
A partir del Hierro la curva decae,
los nucleones están menos ligados,
haciendo energéticamente posible la
fisión de un núcleo pesado al dividirse
en dos nuevos núcleos más ligeros
cuyos nucleones se encuentran más
ligados.
Para que un núcleo excitado se
divida en dos núcleos más ligeros su
energía de excitación debe ser mayor
que la energía umbral necesaria para
que la fisión se pueda producir, por
ejemplo para el 92 U 236 esta energía
es 5,8 MeV. En otro caso, el núcleo
excitado pierde energía mediante
otros mecanismos, como la emisión
de radiación gamma o alfa o mediante
radiactividad beta.