Generación de energía mediante la fisión nuclear, donde átomos pesados se dividen para liberar gran cantidad de energía útil en plantas nucleares y armas.
¿Cómo produce energía la fisión nuclear?
La fisión nuclear es un proceso en el que el núcleo de un átomo pesado se divide en dos o más núcleos más ligeros, liberando una gran cantidad de energía. Este fenómeno es la base de las plantas de energía nuclear y de las armas nucleares, y su comprensión es crucial dentro del campo de la ingeniería térmica.
Principio básico de la fisión nuclear
La fisión nuclear ocurre principalmente en átomos pesados como el uranio-235 (U92235) y el plutonio-239 (Pu94239). Cuando un núcleo de uranio-235 absorbe un neutrón, se vuelve inestable y se divide en dos núcleos más ligeros, conocido como productos de fisión, junto con varios neutrones adicionales y una gran cantidad de energía.
U92235 + n → Kr3692 + Ba56141 + 3n + Energía
Producción de Energía
La energía liberada en la fisión nuclear proviene de la conversión de masa en energía, como expresa la famosa ecuación de Einstein E = mc2. Cuando el núcleo se divide, una pequeña fracción de la masa total de los fragmentos de fisión y los neutrones liberados se convierte en energía.
- El calor generado por la fisión aumenta la temperatura del material dentro del reactor.
- Este calor se usa para calentar agua, convirtiéndola en vapor.
- El vapor producido impulsa turbinas conectadas a generadores que producen electricidad.
Reacción en cadena
Una de las características más cruciales de la fisión nuclear es la posibilidad de una reacción en cadena. Los neutrones liberados por una fisión pueden provocar la fisión de otros núcleos de uranio-235, lo que lleva a más fisiones y más energía. Para que esto ocurra de manera controlada, se deben gestionar adecuadamente los neutrones:
- Materiales moderadores: Se usan para ralentizar los neutrones rápidos, haciendo más probable que causen fisión. Ejemplos incluyen el agua y el grafito.
- Barra de control: Se introducen o eliminan del reactor para absorber neutrones y controlar la tasa de la reacción de fisión.
Aplicaciones de la fisión nuclear
Hay dos tipos principales de aplicaciones para la fisión nuclear:
- Plantas de energía nuclear: Utilizan la fisión para generar electricidad de manera controlada y segura dentro de los reactores nucleares.
- Armas nucleares: Aquí la fisión se produce de manera incontrolada, liberando enormes cantidades de energía en forma de explosiones.
En conclusión, la fisión nuclear es un proceso poderoso y eficiente para producir energía. Su entendimiento y control son fundamentales en la ingeniería térmica y tienen implicaciones tanto beneficiosas como peligrosas para la humanidad.
