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馃 [2022] 驴Cu谩l es la diferencia entre la fisi贸n nuclear y la fusi贸n nuclear?

junio 17, 2022
Atom Bomb

A medida que contin煤a la b煤squeda de fuentes de energ铆a renovables respetuosas con el medio ambiente, ha resurgido la idea de la energ铆a nuclear como una forma de reducir las emisiones de carbono y abordar los problemas a largo plazo del cambio clim谩tico. Afortunadamente, muchas personas, especialmente en los negocios y el gobierno, se est谩n dando cuenta de que la percepci贸n de 芦nuclear禄 no significa que la energ铆a resultante tenga que ser destructiva o peligrosa. Atr谩s quedaron los d铆as de temer las posibilidades de los infames desastres nucleares de Three Mile Island y Chernobyl. Hist贸ricamente, la energ铆a nuclear en los Estados Unidos y otros pa铆ses como Francia tiene un excelente historial de generaci贸n segura de grandes cantidades de energ铆a limpia.

Es igualmente importante reconocer que ninguna fuente de energ铆a est谩 libre de errores. La energ铆a e贸lica tiene un potencial limitado y los estudios muestran que los molinos de viento est谩n diezmando algunas poblaciones de aves. A pesar de lo abundante y barata que es la energ铆a solar, las granjas solares producen una enorme cantidad de calor en el medio ambiente, creando nuevos problemas en la gesti贸n ambiental. Adem谩s, los paneles solares son caros de fabricar y no son adecuados para todas las 谩reas geogr谩ficas.

En cuanto a la energ铆a nuclear, el proceso por el cual se crea aqu铆 en la Tierra es similar al proceso que usa el sol para crear la abundante cantidad de energ铆a solar que los cient铆ficos est谩n tratando de aprovechar. Ese proceso es la fusi贸n, que en realidad es m谩s seguro que el otro proceso que se usa actualmente para generar electricidad, la fisi贸n nuclear. La fisi贸n tambi茅n tiene algunos problemas ambientales muy dif铆ciles de tratar, aunque son menos que las fuentes actuales de producci贸n de carbono, el carb贸n y el petr贸leo, que actualmente proporcionan la mayor parte de la energ铆a del mundo.

La base de ambos procesos comienza con el famoso cient铆fico alem谩n Albert Einstein y su igualmente famosa teor铆a de la relatividad, que se condensa en la ecuaci贸n cient铆fica E = mc2. En lugar de tratar de explicarlo aqu铆, solo necesita comprender que existe una relaci贸n entre la energ铆a (E) y la masa (m). Energ铆a que todos entendemos. La masa no es peso, es la cantidad de materia f铆sica que posee un objeto. Tu peso ser谩 diferente en la Luna y en la Tierra, pero tu masa ser谩 exactamente la misma.

Dado que la fisi贸n es el proceso que se usa para producir energ铆a en los reactores nucleares, primero veremos ese proceso. La palabra fisi贸n significa literalmente 芦romper禄. En el lenguaje com煤n, la idea est谩 m谩s estrechamente relacionada con 芦dividir禄, pero para nuestros prop贸sitos, cualquier imagen mental funcionar谩. La fisi贸n nuclear divide 谩tomos individuales, liberando enormes cantidades de energ铆a en forma de calor y luz. Puedes ir a YouTube y ver los efectos de la fisi贸n nuclear por ti mismo al ver explotar una bomba at贸mica.

Es la teor铆a de la relatividad en acci贸n. La energ铆a liberada en forma de calor y luz surge del hecho de que la masa del objeto, en el caso del elemento uranio, se convierte o transforma en energ铆a calor铆fica, luminosa y sonora. Usando el ejemplo real de la bomba at贸mica lanzada sobre la ciudad de Hiroshima en Jap贸n, el peso f铆sico del uranio era de 140 libras pero su masa era de 9,700 libras. Eso no parece mucho uranio para causar un efecto tan devastador, y es el mismo proceso b谩sico que tiene lugar en un reactor de fisi贸n nuclear. Por supuesto, la reacci贸n est谩 controlada y existen varias medidas de seguridad para evitar una reacci贸n descontrolada. Todos los desastres nucleares informados se centran en el nivel de amenaza de la radiactividad que da帽a a las personas y al medio ambiente.

Si una reacci贸n de fisi贸n controlada parece tener pocos problemas, tienes raz贸n. Pero estos pocos problemas tienen un gran impacto en el medio ambiente y duran literalmente miles de a帽os. La cantidad real de uranio liberado por la explosi贸n at贸mica sobre Hiroshima fue menos del 2 por ciento de esas 140 libras. El resto del uranio se volvi贸 radiactivo y extremadamente peligroso para los humanos y el medio ambiente. Desde 1945, la ciencia ha encontrado formas de reducir significativamente la cantidad de material fisionable necesario para una reacci贸n nuclear continua y controlada. El principal problema de un reactor de fisi贸n es que un subproducto del proceso es el plutonio radiactivo. Sin ser demasiado t茅cnico, solo sepa que el plutonio es algo realmente malo. En primer lugar, es altamente cancer铆geno.

Esto nos lleva al segundo tipo de proceso central, la fusi贸n. Cuando la fisi贸n separa los 谩tomos en una masa de material, la fusi贸n intenta hacer que dos part铆culas at贸micas se fusionen o se encuentren, lo que da como resultado la producci贸n de energ铆a. Dado que esta no es una clase de qu铆mica, la mejor manera de pensar en ello es preguntarse cu谩nto tiempo tomar铆a encontrar a la persona perfecta para una relaci贸n. La respuesta m谩s simple y obvia es 芦隆Alguien como yo!禄 Pero la probabilidad de que encuentres a esa persona y luego aceptes la realidad de esa situaci贸n es extremadamente escasa. La fusi贸n en un proceso at贸mico o nuclear encuentra problemas similares.

Uno de los mayores problemas es controlar la reacci贸n cuando los dos se encuentran. En la fisi贸n, puede limitar la cantidad de material fisible y la cantidad de 谩tomos que intenta dividir. En la fusi贸n, unes dos 谩tomos de un material, creando un 谩tomo m谩s grande. La cantidad de energ铆a generada en este proceso de fusi贸n es 3-4 veces mayor que la de una reacci贸n de fisi贸n, y la mayor ventaja es que el 煤nico subproducto de la reacci贸n es helio inofensivo.

Pero llevar la teor铆a a la pr谩ctica es una tarea mucho m谩s dif铆cil. El sol usa la fusi贸n para crear cantidades masivas de calor y luz, y funciona porque los dos componentes necesarios para una reacci贸n de fusi贸n ya est谩n ah铆. El primero es un campo gravitatorio lo suficientemente fuerte como para hacer que los dos 谩tomos cooperen, y el segundo es una temperatura extremadamente alta. Estos hechos cient铆ficos son f谩ciles de ver cuando se considera que el sol est谩 a unos 150 millones de kil贸metros de distancia, pero logra mantener la tierra en su atracci贸n gravitatoria y generar suficiente calor (y radioactividad) para romper un huevo en la acera, fre铆r o quemar la piel sin protecci贸n. .

Por estas razones, crear un reactor de fusi贸n y abordar todos los problemas que implica es un problema mucho m谩s complejo que generar electricidad a trav茅s de la fisi贸n nuclear.

Entonces, 驴por qu茅 es importante este conocimiento?

La primera y m谩s importante raz贸n es que saber que existe una fuente de energ铆a alternativa a los combustibles f贸siles del carb贸n y el petr贸leo ayudar谩 a abordar el problema del cambio clim谩tico a largo plazo. Probablemente no veamos autos de potencia dividida (la velocidad de esos autos ser铆a asombrosa), pero a medida que la poblaci贸n mundial crece y la tecnolog铆a se vuelve com煤n incluso en pa铆ses del tercer mundo, la demanda de electricidad seguir谩 creciendo. Los avances tecnol贸gicos han reducido significativamente los riesgos para las personas y el medio ambiente. Incluso despu茅s del tsunami japon茅s de 2011, cuando se da帽aron varios reactores nucleares en Fukushima Daiichi, el resultado neto fue un impacto ambiental limitado mientras que ninguna de las plantas de energ铆a nuclear estuvo en riesgo. Hasta el momento, solo se ha atribuido una muerte humana al desastre.

Una segunda lecci贸n aqu铆 es que las personas pueden estar mejor informadas y menos temerosas del potencial de la energ铆a nuclear como una soluci贸n ambientalmente sostenible para las necesidades energ茅ticas globales. Parece que cualquier soluci贸n de energ铆a alternativa afecta directamente al medio ambiente. La mayor铆a de los problemas causados 鈥嬧媝or un reactor de fisi贸n ocurren durante un per铆odo de d茅cadas, no de meses. Independientemente de c贸mo se vea la amenaza al medio ambiente global, la simple realidad es que cuanto m谩s tiempo tienen los cient铆ficos e ingenieros para trabajar en la soluci贸n de los problemas existentes, m谩s tiempo tenemos para abordar los problemas futuros. Puede que esto no parezca una soluci贸n perfecta, pero es mejor que las alternativas que tienen algunas proyecciones que afectar谩n irreversiblemente al planeta en unas pocas d茅cadas. Cuanto m谩s sepamos y aprendamos, m谩s podremos seguir un enfoque basado en la ciencia y la tecnolog铆a, en lugar de los viejos estereotipos de que todo lo que tenga que ver con la palabra nuclear da miedo.

Vinculado al momento del aula de la educaci贸n en energ铆a nuclear est谩 la necesidad de graduados en STEM que puedan dise帽ar nuevas soluciones que aprovechen el poder de la energ铆a nuclear de una manera pr谩ctica y segura. Primero, los graduados de STEM casi siempre tienen demanda y ofrecen puestos bien remunerados para tener un impacto social positivo en su comunidad y el mundo. No todos califican para un t铆tulo principal en STEM, pero m谩s a煤n para aquellos que tienen la oportunidad de asistir. Si desea ser alguien que contin煤e sentando las bases para la futura innovaci贸n en energ铆as alternativas, puede optar por convertirse en maestro de STEM tanto en la escuela secundaria como en la educaci贸n postsecundaria.

Es necesario reconocer el enfoque del potencial de la fusi贸n nuclear. Mientras que los pol铆ticos y los gobiernos se enfocan en el aqu铆 y el ahora, las generaciones futuras deben tener fe en que la tecnolog铆a creada a trav茅s de d茅cadas de innovaci贸n ser谩 lo suficientemente poderosa para funcionar a diario. Aunque invisible e ignorado por la mayor铆a de las personas, la cantidad de energ铆a necesaria para mantener Internet vivo y accesible incluye la energ铆a necesaria para hacer funcionar los servidores, el aire acondicionado y el mantenimiento y la construcci贸n de una infraestructura confiable. Tambi茅n cuesta dinero producir toda la electricidad, y la energ铆a nuclear es una fuente de energ铆a muy barata. Cuando sabe que un reactor de fusi贸n promete producir de 3 a 4 veces m谩s electricidad que un reactor de fisi贸n, se da cuenta de que se necesitan menos plantas de energ铆a nuclear, lo que reduce el peligro potencial para los humanos y el medio ambiente.

Quiz谩s te est茅s haciendo una pregunta que demuestre tu potencial como futuro cient铆fico o ingeniero nuclear. 驴Encontraste estas explicaciones f谩ciles de entender? Cuando haya hecho esto, puede avanzar con confianza, sabiendo que tiene el potencial para cambiar el futuro del planeta. Estas son explicaciones simplificadas de una ciencia muy compleja. No solo es importante su potencial, sino tambi茅n su 茅tica de trabajo y compromiso para completar su educaci贸n formal. A medida que comience a emprender un camino que valide sus habilidades e inter茅s en el potencial de la energ铆a nuclear ahora y en el futuro, nunca olvide que sus compa帽eros de clase tambi茅n son sus compa帽eros de equipo.

Hay otros campos de estudio, como las ciencias ambientales, que no son tan intensivos en tecnolog铆a, pero hacen una contribuci贸n significativa para resolver el problema actual de la producci贸n de energ铆a. La mayor铆a de nosotros preferimos conectar nuestro tel茅fono inteligente a un tomacorriente para cargarlo que tener que cambiar y desechar las bater铆as constantemente. Esta electricidad tiene que generarse en alguna parte. Debemos tener cuidado de no ignorar la realidad de que la mayor铆a de las cosas que disfrutan los pa铆ses del primer mundo son el resultado de una red el茅ctrica viable y eficiente. No tienes que ser un estudiante de STEM o un estudiante de posgrado para entender esto, pero hay…

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