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¿Cuál es la diferencia entre fisión nuclear y fusión?

Atom Bomb ¿Cuál es la diferencia entre fisión nuclear y fusión?

A medida que continúa la búsqueda de fuentes de energía renovables que sean ambientalmente seguras, la idea de la energía nuclear ha resurgido como una posibilidad para reducir las emisiones de carbono y abordar los problemas a largo plazo del cambio climático. Afortunadamente, muchas personas, especialmente aquellas en negocios y gobiernos, están reconociendo que la percepción de “nuclear” no significa que la energía resultante tenga que ser destructiva o peligrosa. Atrás quedaron los días de temer las posibilidades del infame desastre de Three Mile Island y las catástrofes de la planta nuclear de Chernobyl. Como cuestión de historia, la energía nuclear tiene un historial estelar de generar enormes cantidades de energía limpia de manera segura en los Estados Unidos y otros países, como Francia.

Es igualmente importante reconocer que ninguna fuente de energía está libre de problemas. La energía eólica tiene un potencial limitado y hay estudios que muestran que los molinos de viento diezman algunas poblaciones de aves. A pesar de lo abundante y de bajo costo que es la energía solar, las granjas solares producen una enorme cantidad de calor en el área circundante, creando nuevos problemas en la gestión del medio ambiente. Además, los paneles solares son costosos de producir y no son adecuados para todas las áreas geográficas.

En cuanto a la energía nuclear, el proceso por el cual se crea aquí en la Tierra es similar al proceso que usa el Sol para crear la abundante cantidad de energía solar que los científicos están tratando de aprovechar. Ese proceso es la fusión, que en realidad es más seguro que el otro proceso que se utiliza actualmente para generar energía, la fisión. La fisión también tiene algunos problemas ambientales muy difíciles de abordar, aunque son menos que las actuales fuentes de generación de carbono de carbón y petróleo que actualmente suministran la mayor parte de la energía mundial.

La base de ambos procesos comienza con el famoso científico alemán Albert Einstein y su igualmente famosa Teoría de la Relatividad, que se condensa en la ecuación científica E = mc2. En lugar de intentar explicarlo aquí, todo lo que es necesario comprender es que existe una relación entre la energía (E) y la masa (m). Energía que todos entendemos. La masa no es el peso, sino la cantidad de materia física que posee un objeto. Tu peso será diferente en la Luna y en la Tierra, pero tu masa es exactamente la misma.

Dado que la fisión es el proceso utilizado para crear energía en los reactores nucleares, veremos este proceso primero. La palabra fisión literalmente significa «romper». En el uso común, la idea está más estrechamente relacionada con la «división», pero para nuestros propósitos, cualquiera de las imágenes mentales funcionará. Lo que hace la fisión nuclear es dividir átomos individuales con el resultado de liberar enormes cantidades de energía en forma de calor y luz. Puede ir a YouTube y observar por sí mismo los efectos de la fisión nuclear observando la explosión de una bomba atómica.

Es la Teoría de la Relatividad en acción. La energía liberada en forma de calor y luz es el resultado de que la masa del objeto, en el caso del elemento uranio, se cambie o se convierta en calor, luz y energía sonora. Usando el ejemplo del mundo real de la bomba atómica lanzada sobre la ciudad de Hiroshima, Japón, el peso físico del uranio era de 140 libras pero su masa era de 9,700 libras. Eso no suena a mucho uranio para crear un efecto tan devastador, y es el mismo proceso básico que tiene lugar en un reactor de fisión nuclear. Por supuesto, la reacción está controlada y existen varias medidas de seguridad para evitar una reacción incontrolada. Todos los desastres nucleares que se han informado se centran en la amenaza del nivel de radiactividad que causa daños a los seres humanos y al medio ambiente.

Si parece que una reacción de fisión controlada tiene pocos problemas, está en lo cierto. Pero esos pocos problemas tienen un gran impacto en el medio ambiente y duran literalmente miles de años. La cantidad real de uranio que creó la explosión atómica sobre Hiroshima fue menos del dos por ciento de esas 140 libras. El resto del uranio se volvió radiactivo y extremadamente peligroso para los seres humanos y el medio ambiente. Desde 1945, la ciencia ha ideado formas de reducir significativamente la cantidad de material fisionable necesario para una reacción nuclear continua y controlada. El principal problema con un reactor de fisión es que un subproducto del proceso es el plutonio radiactivo. Sin ser demasiado técnico, solo sepa que el plutonio es algo realmente malo. Para empezar, es altamente cancerígeno.

Lo que nos lleva al segundo tipo de proceso nuclear, la fusión. Cuando la fisión rompe los átomos en una masa de material, la fusión intenta que dos partículas atómicas se fusionen o se encuentren con el resultado de crear energía. Dado que esta no es una conferencia de química, la mejor manera de pensar en ella es preguntarse cuánto tiempo tomaría encontrar a la persona perfecta para tener una relación contigo. La respuesta más fácil y obvia es «¡Alguien que sea exactamente como yo!» Pero la probabilidad de que encuentres a esa persona y luego aceptes la realidad de esa situación es extremadamente baja. La fusión en un proceso atómico o nuclear encuentra problemas similares.

Uno de los mayores problemas es controlar la reacción cuando los dos se encuentran. En la fisión, puede limitar la cantidad de material fisionable y la cantidad de átomos que está intentando dividir. En la fusión, estás uniendo dos átomos de un material y creando un átomo más grande. La cantidad de energía creada en este proceso de fusión es entre 3 y 4 veces mayor que la de una reacción de fisión, y el mayor beneficio es que el único subproducto de la reacción es el helio inofensivo.

Pero convertir la teoría en práctica es una tarea mucho más difícil. El Sol usa la fusión para crear cantidades masivas de calor y luz, y funciona porque los dos componentes que se requieren para una reacción de fusión ya están presentes. El primero es un campo gravitacional lo suficientemente fuerte como para hacer que los dos átomos cooperen, y el segundo es una temperatura extremadamente alta. Estos hechos científicos se ven fácilmente cuando te das cuenta de que el Sol está a unos 150 millones de kilómetros de distancia, pero logra mantener a la Tierra dentro de su atracción gravitacional y genera suficiente calor (y radiactividad) para freír un huevo en la acera o quemar tu piel desprotegida.

Por estas razones, la creación de un reactor de fusión y la gestión de todos los problemas relacionados con él es un problema mucho más complejo que la creación de electricidad por fisión.

Entonces, ¿por qué es importante este conocimiento?

La primera y más relevante razón es que saber que existe una fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles del carbón y el petróleo ayudará a abordar el problema del cambio climático a largo plazo. No es probable que veamos automóviles alimentados por fisión (la velocidad de esos automóviles sería alucinante), pero a medida que la población mundial crece y la tecnología se vuelve común incluso en los países del tercer mundo, la demanda de electricidad seguirá aumentando. Los avances en la tecnología han reducido significativamente el peligro para los seres humanos y el medio ambiente. Incluso tras el tsunami japonés de 2011, cuando varios reactores nucleares resultaron dañados en Fukushima Daiichi, el resultado neto fue un impacto limitado en el medio ambiente, mientras que ninguna de las plantas nucleares se vio comprometida. Hasta ahora, solo una muerte humana se ha atribuido al desastre.

Un segundo momento de enseñanza aquí es que las personas pueden volverse más informadas y menos temerosas del potencial de la energía nuclear como una solución ambientalmente viable para las necesidades energéticas globales. Parece que cada solución de energía alternativa afecta directamente al medio ambiente circundante. Los problemas que causa un reactor de fisión ocurren en gran medida durante un período de décadas, no meses. Independientemente de cómo vea la amenaza para el medio ambiente global, la simple realidad es que cuanto más tiempo tengan los científicos e ingenieros para trabajar en solucionar los problemas existentes, más tiempo tendremos para abordar los problemas futuros. Puede que esta no parezca una solución perfecta, pero es mejor que las alternativas que algunas proyecciones tienen afectando irreversiblemente al planeta en unas pocas décadas. Cuanto más sabemos y más aprendemos, más podemos seguir un curso de acción basado en el conocimiento científico y tecnológico, no en los viejos estereotipos de todo lo relacionado con la palabra “nuclear” es de temer.

Conectado con el momento de enseñanza de la educación sobre la energía nuclear está la necesidad de graduados de STEM que sean capaces de crear nuevas soluciones que aprovechen el poder de la energía nuclear de manera práctica y segura. En primer lugar, los graduados de STEM casi siempre tienen demanda y se les ofrecen puestos bien remunerados para tener un impacto socialmente positivo en su comunidad y en el mundo. No todo el mundo está calificado para ingresar en un campo de estudio principal de STEM, pero esta es una razón más para aquellos que sí tienen la capacidad de participar. Si desea ser alguien que continúa sentando las bases para la innovación futura de las fuentes de energía alternativas, puede optar por convertirse en un profesor de STEM tanto en la escuela secundaria como en la educación postsecundaria.

Es necesario reconocer el abordaje del potencial de la fusión nuclear. Si bien es cierto que los políticos y los gobiernos se centran en el aquí y el ahora, las generaciones futuras deben confiar en que la tecnología que ha sido creada por décadas de innovación tendrá el poder suficiente para operar a diario. Aunque invisible e ignorado por la mayoría de la gente, la cantidad de energía requerida para mantener vivo y accesible Internet incluye la electricidad necesaria para servidores, unidades de aire acondicionado y mantenimiento y crecimiento de una infraestructura confiable. Producir toda la electricidad también cuesta dinero, y la energía nuclear es una fuente de energía de muy bajo costo. Cuando sabe que un reactor de fusión promete producir de 3 a 4 veces más electricidad que un reactor de fisión, se da cuenta de que se necesitarán menos plantas nucleares, lo que reducirá el peligro potencial para los seres humanos y el medio ambiente.

Puede hacerse una pregunta que probablemente muestre su potencial como futuro científico o ingeniero nuclear. ¿Encontraste estas explicaciones fáciles de entender? Si lo hizo, puede avanzar con confianza sabiendo que tiene el potencial de marcar la diferencia en el futuro del planeta. Estas son explicaciones simplistas de una ciencia muy compleja. No solo es importante su potencial, sino también su ética de trabajo y su compromiso de completar su educación formal. Si comienza a caminar por un camino que confirmará sus habilidades e interés en el potencial de la energía nuclear ahora y en el futuro, nunca olvide que sus compañeros de clase también son sus compañeros de equipo.

Hay otros campos de estudio, como las ciencias ambientales, que no son tan intensivos en tecnología, pero que contribuyen de manera significativa a resolver el problema continuo de la producción de energía. La mayoría de nosotros preferiría enchufarnos a una toma de corriente para cargar nuestros teléfonos inteligentes en lugar de tener que cambiar y desechar continuamente las baterías. Ese poder tiene que generarse en alguna parte. Debemos tener cuidado de no ignorar la realidad de que la mayoría de las cosas que disfrutan los países del primer mundo son el resultado de una red eléctrica viable y capaz. No es necesario ser un estudiante de STEM o un graduado para entender esto, pero hay …

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