Física Nuclear

La Física Nuclear es la Rama de la Física que se encarga de estudiar los Fenómenos Físicos que conciernen al Núcleo Atómico. Los principales objetos de estudio de la Física Nuclear son la Fusión, la Fisión y la Energía involucrada en estos procesos.

Energía en los procesos Nucleares

Las reacciones químicas van acompañadas de una variación de Energía, generalmente en forma de calor, que se desprende (en reacciones exotérmicas) o se absorbe (reacciones endotérmicas).

Cuando se forma una sustancia a partir de los elementos constituyentes se desprende calor, aunque en algunos casos, como en la obtención del Ozono a partir del Oxigeno molecular, el Calor de Formación es absorbido.

Si esta misma idea la aplicamos a la formación (supuesta, claro) de los núcleos atómicos a partir de protones y neutrones, es evidente que en esta formación se desprenderá energía, y dada la naturaleza de los enlaces puestos en juego, la energía aquí desprendida será considerablemente mayor, tanto, que la pérdida de masa que acompañará a dicha variación de energía es ya ponderable, medible.

Según el Principio de Einstein, la variación de Energía ΔE es igual a la variación de masa Δm, de modo que ΔE = Δm * C², siendo C la velocidad de la luz.

Así, por ejemplo, para el Litio-7 formado por 3 protones y 4 neutrones, en la formación de un átomo-gramo de núcleos de Litio de masa 7, se tendrá:

3 protones = 3*(1.00756) = 3.02268 gr

4 neutrones = 4*(1.00893) = 4.03572 gr

La suma de estos dos valores generan la masa del Litio-7

3.02268 gr + 4.03572 gr = 0.04195 gr

Δm = 0.04195 gr

Este cambio de masa de 0.04195 gr equivale a 9.02*10¹¹ calorías. La reacción imaginaria de formación de núcleos a partir de protones y neutrones desprende una cantidad enorme de energía, millones de veces superior a las de las reacciones químicas ordinarias más exotérmicas.

Cada partícula nuclear o Nucleón (protón o neutrón), por formar parte de un núcleo cualquiera ha experimentado una pérdida de masa, la cual no es constante, sino que presenta un valor máximo para los elementos intermedios del sistema periódico de números atómicos 20 al 51, disminuyendo después lentamente al aumentar el número atómico.

La desintegración total de un núcleo en sus protones y neutrones constituyentes es imposible por requerir cantidades enormes de energía, pero en cambio, como en un átomo pesado un nucleón integrante ha perdido menos masa que cuando se encuentra en el núcleo de un átomo intermedio, se comprende que en la escisión del Uranio y del Plutonio en fragmentos casi iguales, como los nucleones que quedan combinados lo están más fuertemente habrán perdido más masa que antes, y esta diferencia de masa aparecerá en forma de energía desprendida en grandes cantidades.

Fisión Nuclear: La Bomba Atómica

El Uranio U-235 y el Plutonio Pu-239 se escinden mediante el bombardeo con Neutrones, con emisión de cantidades enormes de Energía y quedando en libertad nuevos neutrones. La condición para que se verifique el proceso de multiplicación es que más de un neutrón de los producidos en cada escisión sea capaz de producir una nueva escisión.

En la pila de Uranio, los neutrones producidos en parte escapan a través de la superficie del material y en parte son absorbidos por el Uranio U-238 para formar el isótopo pesado Uranio U-239 que se desintegra sucesivamente en Neptunio y Plutonio.

Las dos bombas lanzadas contra Japón durante la Segunda Guerra Mundial estaban constituidas, la primera por Uranio U-235 y la segunda por Plutonio. Aunque la energía desprendida en la escisión de un núcleo de Uranio se calcula es de unos 200 millones de electrón-volts, es decir, unos 2*10¹⁰ Kilocalorías por Kilogramo de Uranio escindido, tan sólo un 1-5% queda utilizable, lo que corresponde a una energía explosiva disponible por Kilogramo de Uranio U-235 equivalente a la de unas 300 toneladas de TriNitroTolueno (TNT ó trilita).

Fusión Nuclear

En la Fusión Nuclear se genera una reacción en cadena en la que se van agregando núcleos de átomos menores para formar algunos más grandes, de isótopos radiactivos. Se emplea la energía liberada para generar energía Nuclear, la cual es muy limpia y amigable con el ambiente. Sin embargo, es tanta esta cualidad como el riesgo que representa si llega a fugarse esta radiactividad o si el reactor nuclear llega a fallar.

Ejemplos de Aplicaciones de la Física Nuclear

Bombas Atómicas

Fusión Nuclear

Fisión Nuclear

Aceleradores de Partículas

Estudio de las Partículas Subatómicas

Generación de isótopos radiactivos

Creación de nuevos Elementos Químicos

Estudio de la Actividad Nuclear

Exploración de nuevos estados de la Materia

Para mediciones de humedad, espesores, densidades

Para medición de niveles, como en las plantas embotelladoras

En arqueología, para determinar la edad de un articulo descubierto