fisión y fusión nuclear mapa conceptual

Comprender el tema

La fisión y la fusión son procesos nucleares en los que se transforma el núcleo de un átomo, liberando grandes cantidades de energía. La fisión consiste en la división de núcleos pesados como el uranio-235, mientras que la fusión une núcleos ligeros como el hidrógeno, tal como ocurre en el Sol. Este recurso organiza los mecanismos, las condiciones necesarias, las aplicaciones energéticas y las diferencias clave entre ambos procesos.

Diferencia esencial entre fisión y fusión
La fisión y la fusión son procesos opuestos, pero ambos liberan energía porque el producto final tiene mayor energía de enlace por nucleón que los núcleos iniciales. En la fisión, un núcleo pesado como el uranio-235 absorbe un neutrón, se vuelve inestable y se parte en dos fragmentos, liberando además neutrones y energía. En la fusión, dos núcleos ligeros se combinan para formar uno más pesado, como ocurre cuando el hidrógeno se convierte en helio en las estrellas. La fisión ocurre de forma relativamente fácil en condiciones normales de presión, mientras que la fusión exige vencer la repulsión eléctrica entre núcleos positivos, lo que requiere temperaturas extremadamente altas o presiones enormes.

El papel de la energía de enlace
La energía liberada en ambos procesos se explica con la curva de energía de enlace por nucleón, que alcanza su máximo en torno al hierro-56. Los núcleos situados a la izquierda de ese máximo, es decir, los ligeros, ganan estabilidad al fusionarse y por tanto liberan energía en ese proceso. Los núcleos más pesados que el hierro ganan estabilidad al dividirse, de modo que la fisión es su vía de liberación energética. Esta diferencia de energía de enlace se traduce en un defecto másico: la masa final es ligeramente menor que la inicial, y esa masa desaparecida se convierte en energía según la relación E=mc² de Einstein, publicada en 1905. Por eso ambos procesos liberan millones de veces más energía que las reacciones químicas.

Control de la reacción en cadena en los reactores
En una central nuclear de fisión, la reacción en cadena debe mantenerse estable, ni acelerarse ni extinguirse. Los neutrones liberados en cada división pueden provocar nuevas fisiones, y su comportamiento se gestiona con varios elementos. Las barras de control, fabricadas con materiales que absorben neutrones como el boro o el cadmio, se introducen más o menos en el reactor para regular la potencia. El moderador, normalmente agua, ralentiza los neutrones porque los neutrones lentos fisionan el uranio-235 con mayor probabilidad. Además, el uranio natural contiene poco uranio-235, por lo que el combustible se enriquece previamente. Si el equilibrio se pierde, el reactor puede sobrecalentarse, como ocurrió en Chernóbil en 1986.

El estado actual de la fusión
La fusión controlada con fines energéticos lleva décadas en investigación y todavía no es una fuente comercial de electricidad. Los principales enfoques son el confinamiento magnético, con dispositivos como los tokamaks, entre ellos el proyecto internacional ITER en construcción en Francia, y el confinamiento inercial, que usa láseres potentes para comprimir pequeñas cápsulas de combustible. En 2022, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore logró por primera vez que una reacción de fusión liberara más energía que la entregada directamente al blanco, aunque el balance energético total del sistema sigue siendo negativo. Los retos principales son mantener el plasma estable a temperaturas de millones de grados y conseguir un rendimiento neto útil a escala industrial.