Fisión y fusión del átomo

¿Qué es la fusión nuclear?

Los átomos son los bloques constructores de toda la materia identificados en esta Tierra, sino también en el universo. No hay presente un átomo en el espacio que no está aquí en la Tierra, y viceversa.
La fusión nuclear es un proceso en el cual dos núcleos atómicos se unen para formar un núcleo más pesado. La fusión es la fuente de energía natural del Sol y las estrellas. La fusión de núcleos ligeros genera enormes cantidades de energía, que es el punto de fusión nuclear, que teóricamente puede producir energía 3 y 4 veces más que la fisión, la misma masa de combustible. Una reacción de fusión nuclear por lo tanto requiere que dos núcleos se unen y esto es muy costoso en energía porque los granos tienden a repeler a causa de sus cargas eléctricas, tanto positivos.
La energía necesaria para las temperaturas de fusión son decenas enorme, de millones de grados, como en el corazón de las estrellas.
Cuando núcleos ligeros se fusionan, el núcleo creado así termina en un estado inestable y trata de encontrar un estado estable de menor energía. Para eso, expulsa una o más partículas (fotones, neutrones, protones, núcleos de helio, según tipo de reacción).

La generación de electricidad mediante la fisión nuclear durante mucho tiempo, pero la fusión nuclear sigue siendo controlada por los investigadores que están experimentando desde la década de 1950. Es en Francia en 2018 en Cadarache, se encargará de la mayor máquina jamás nuclear es el ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional).
La investigación de la fusión es demostrar que esta fuente de energía puede ser utilizada para generar electricidad en un ambiente seguro y agradable, con abundantes recursos de combustibles, para satisfacer las necesidades de una población mundial cada vez mayor.
Estas máquinas son probablemente antes del final del siglo 21, si para entonces, ningún grandes catástrofes en las instalaciones existentes de fisión nuclear, podrían limitar los programas.

Imagen: Accidentes nucleares, 11 de marzo de 2011 en Fukushima, Japón

¿Qué es la fisión nuclear?

Con la fisión nuclear, los científicos están trabajando con núcleos pesados.
Los productos de fisión son los restos de un núcleo pesado de uranio o plutonio que se fragmentó tras la captura de un neutrón.
El núcleo de uranio o plutonio es generalmente fragmentado en dos piezas de tamaños desiguales, una base ligera con 80 a 110 nucleones y un núcleo más pesado de 130 a 155 nucleones.
La distribución de los productos de fisión del núcleo depende poco de que la fisión del uranio-235 o plutonio-239. Ambos fragmentos son altamente radiactivos inestables en el momento de su creación. Un núcleo de uranio-235 que contiene 143 neutrones y protones, 92, 61% de los neutrones, mientras que para los fragmentos estable, ligera y pesada debe contener menos de 57%.
Estabilidad será a costa de una cascada de decaimiento beta, que se convierten en protones neutrones. La fisión nuclear es la desintegración de un núcleo en dos núcleos más ligeros. Esto va acompañado de una ráfaga de calor, es decir, la energía.

La fisión libera une gigante energía, como una forma de radiación, en comparación, un gramo de uranio 235 libera tanta energía como la quema de varias toneladas de carbón, y 69 000 veces más energía que un gramo de aceite.
Los neutrones liberados por fisión son de alta energía y si no se frenan, se puede inducir nuevas fisiones y la reacción continúa y se acelera.
Esto es lo que ocurre en los reactores nucleares, la reacción auto-sostenible. Pero, si se le permite aumentar el número de neutrones presentes, la reacción puede ser explosiva, en el caso de la bomba atómica (bomba A).
Tiempo para volver a la estabilidad es muy variable. Algunos días son suficientes para un producto de fisión a 140 nucleones, mientras que un fragmento de 137 nucleones a otros 30 años a 99 nucleones, 210 000 años.
El combustible gastado de un reactor de alta después de dos o tres años de funcionamiento todavía contiene una fracción importante de fragmentos de fisión inestable.

¿Dónde estamos nosotros en la energía nuclear?

En 2009, hay 59 reactores en Francia los reactores a presión de segunda generación de agua (PWR) en 19 sitios. La edad promedio de la energía nuclear en Francia en 2009, tiene 22 años.
Todo el mundo hay 439 reactores nucleares. La producción de energía nuclear en Francia en 2007 fue de 419 TWh (Tera = 10¹²).
La producción mundial es de 2600 TWh, que suministran alrededor del 15% de la electricidad. En Francia, la producción de energía eléctrica se distribuye de la siguiente manera : 77% es nuclear, el 11,5% proviene de la energía hidroeléctrica, el 10% es original de hidrocarburos (gas) es de 1,5% de RES, la mitad de los cuales proviene de la energía eólica. En cuanto a la energía a nivel mundial, es decir, toda la energía que consumen (gas, petróleo, electricidad, solar...), el desglose es el siguiente : 42% proviene de la electricidad, el 33% de aceite, el 14,6% de gas, el 4,7% de energías renovables (solar, eólica). Los reactores de tercera generación que reemplazará a la segunda generación en 2020, están en construcción (EPR).
Con la misma cantidad de combustible, un reactor de tercera generación será la producción de electricidad un 15% más que la segunda generación de reactores.

También es más potente, 1600 megavatios, en comparación con 900 a 1.300 megavatios para la segunda generación.
Y la cuarta generación?
La energía siempre se obtendrá a través de la fisión.
Los reactores de cuarta generación será mucho más potente, ya que los neutrones acelerado para romper los átomos, y por lo tanto será más rápido como el uranio y el plutonio se quemará mejor. La energía producida será 50 veces más grande. La industrialización está prevista para la década de 2040. De Francia a construir un prototipo en 2020.
No fue sino hasta la década de 2040 que la energía producida por la fusión de núcleos ligeros (como en las reacciones nucleares en el interior del Sol), se hará cargo.
La fusión nuclear en teoría podría producir energía 3 y 4 veces más que la fisión, la misma masa de combustible.

Imagen: Las centrales nucleares en el mundo

Imagen: Distribución de la energía nuclear en Europa.
Crédito : OIEA (Organismo Internacional de Energía Atómica).