🥇 [2022] ¿Cuál es la diferencia entre la fisión nuclear y la fusión nuclear?

A medida que continúa la búsqueda de fuentes de energía renovables respetuosas con el medio ambiente, ha resurgido la idea de la energía nuclear como una forma de reducir las emisiones de carbono y abordar los problemas a largo plazo del cambio climático. Afortunadamente, muchas personas, especialmente en los negocios y el gobierno, se están dando cuenta de 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 de los infames desastres nucleares de Three Mile Island y Chernobyl. Históricamente, la energía nuclear en los Estados Unidos y otros países como Francia tiene un excelente historial de generación segura de grandes cantidades de energía limpia.

Es igualmente importante reconocer que ninguna fuente de energía está libre de errores. La energía eólica tiene un potencial limitado y los estudios muestran que los molinos de viento están diezmando algunas poblaciones de aves. A pesar de lo abundante y barata que es la energía solar, las granjas solares producen una enorme cantidad de calor en el medio ambiente, creando nuevos problemas en la gestión ambiental. Además, los paneles solares son caros de fabricar 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 usa actualmente para generar electricidad, la fisión nuclear. La fisión también tiene algunos problemas ambientales muy difíciles de tratar, aunque son menos que las fuentes actuales de producción de carbono, el carbón y el petróleo, que actualmente proporcionan la mayor parte de la energía del mundo.

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 tratar de explicarlo aquí, solo necesita comprender que existe una relación entre la energía (E) y la masa (m). Energía que todos entendemos. La masa no es peso, es la cantidad de materia física que posee un objeto. Tu peso será diferente en la Luna y en la Tierra, pero tu masa será exactamente la misma.

Dado que la fisión es el proceso que se usa para producir energía en los reactores nucleares, primero veremos ese proceso. La palabra fisión significa literalmente «romper». En el lenguaje común, la idea está más estrechamente relacionada con «dividir», pero para nuestros propósitos, cualquier imagen mental funcionará. La fisión nuclear divide átomos individuales, liberando enormes cantidades de energía en forma de calor y luz. Puedes ir a YouTube y ver los efectos de la fisión nuclear por ti mismo al ver explotar una bomba atómica.

Es la teoría de la relatividad en acción. La energía 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 energía calorífica, luminosa y sonora. Usando el ejemplo real de la bomba atómica lanzada sobre la ciudad de Hiroshima en Japón, el peso físico 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 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 descontrolada. Todos los desastres nucleares informados se centran en el nivel de amenaza de la radiactividad que daña a las personas y al medio ambiente.

Si una reacción de fisión controlada parece tener pocos problemas, tienes razón. Pero estos pocos problemas tienen un gran impacto en el medio ambiente y duran literalmente miles de años. La cantidad real de uranio liberado por la explosión atómica sobre Hiroshima fue menos del 2 por ciento de esas 140 libras. El resto del uranio se volvió 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 reacción nuclear continua y controlada. El principal problema de 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. En primer lugar, es altamente cancerígeno.

Esto nos lleva al segundo tipo de proceso central, la fusión. Cuando la fisión separa los átomos en una masa de material, la fusión intenta hacer que dos partículas atómicas se fusionen o se encuentren, lo que da como resultado la producción de energía. Dado que esta no es una clase de química, la mejor manera de pensar en ello es preguntarse cuánto tiempo tomaría encontrar a la persona perfecta para una relación. La respuesta más simple y obvia es «¡Alguien como yo!» Pero la probabilidad de que encuentres a esa persona y luego aceptes la realidad de esa situación es extremadamente escasa. 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 fisible y la cantidad de átomos que intenta dividir. En la fusión, unes dos átomos de un material, creando un átomo más grande. La cantidad de energía generada en este proceso de fusión es 3-4 veces mayor que la de una reacción de fisión, y la mayor ventaja es que el único subproducto de la reacción es helio inofensivo.

Pero llevar la teoría a la 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 necesarios para una reacción de fusión ya están ahí. El primero es un campo gravitatorio lo suficientemente fuerte como para hacer que los dos átomos cooperen, y el segundo es una temperatura extremadamente alta. Estos hechos científicos son fáciles de ver cuando se considera que el sol está a unos 150 millones de kilómetros de distancia, pero logra mantener la tierra en su atracción gravitatoria y generar suficiente calor (y radioactividad) para romper un huevo en la acera, freír o quemar la piel sin protección. .

Por estas razones, crear un reactor de fusión y abordar todos los problemas que implica es un problema mucho más complejo que generar electricidad a través de la fisión nuclear.

Entonces, ¿por qué es importante este conocimiento?

La primera y más importante 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. Probablemente no veamos autos de potencia dividida (la velocidad de esos autos sería asombrosa), pero a medida que la población mundial crece y la tecnología se vuelve común incluso en países del tercer mundo, la demanda de electricidad seguirá creciendo. Los avances tecnológicos han reducido significativamente los riesgos para las personas y el medio ambiente. Incluso después del tsunami japonés de 2011, cuando se dañaron varios reactores nucleares en Fukushima Daiichi, el resultado neto fue un impacto ambiental limitado mientras que ninguna de las plantas de energía nuclear estuvo en riesgo. Hasta el momento, solo se ha atribuido una muerte humana al desastre.

Una segunda lección aquí es que las personas pueden estar mejor informadas y menos temerosas del potencial de la energía nuclear como una solución ambientalmente sostenible para las necesidades energéticas globales. Parece que cualquier solución de energía alternativa afecta directamente al medio ambiente. La mayoría de los problemas causados ​​por un reactor de fisión ocurren durante un período de décadas, no de meses. Independientemente de cómo se vea la amenaza al medio ambiente global, la simple realidad es que cuanto más tiempo tienen los científicos e ingenieros para trabajar en la solución de los problemas existentes, más tiempo tenemos para abordar los problemas futuros. Puede que esto no parezca una solución perfecta, pero es mejor que las alternativas que tienen algunas proyecciones que afectarán irreversiblemente al planeta en unas pocas décadas. Cuanto más sepamos y aprendamos, más podremos seguir un enfoque basado en la ciencia y la tecnología, 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 educación en energía nuclear está la necesidad de graduados en STEM que puedan diseñar nuevas soluciones que aprovechen el poder de la energía nuclear de una manera práctica 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 título principal en STEM, pero más aún para aquellos que tienen la oportunidad de asistir. Si desea ser alguien que continúe sentando las bases para la futura innovación en energías alternativas, puede optar por convertirse en maestro de STEM tanto en la escuela secundaria como en la educación postsecundaria.

Es necesario reconocer el enfoque del potencial de la fusión nuclear. Mientras que los políticos y los gobiernos se enfocan en el aquí y el ahora, las generaciones futuras deben tener fe en que la tecnología creada a través de décadas de innovación será lo suficientemente poderosa para funcionar a diario. Aunque invisible e ignorado por la mayoría de las personas, la cantidad de energía necesaria para mantener Internet vivo y accesible incluye la energía necesaria para hacer funcionar los servidores, el aire acondicionado y el mantenimiento y la construcción de una infraestructura confiable. También cuesta dinero producir toda la electricidad, y la energía nuclear es una fuente de energía muy barata. 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 necesitan menos plantas de energía nuclear, lo que reduce el peligro potencial para los humanos y el medio ambiente.

Quizás te estés haciendo una pregunta que demuestre tu potencial como futuro científico o ingeniero nuclear. ¿Encontraste estas explicaciones fáciles 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 también su ética de trabajo y compromiso para completar su educación formal. A medida que comience a emprender un camino que valide 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 hacen una contribución significativa para resolver el problema actual de la producción de energía. La mayoría de nosotros preferimos conectar nuestro teléfono inteligente a un tomacorriente para cargarlo que tener que cambiar y desechar las baterías constantemente. Esta electricidad 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 eficiente. No tienes que ser un estudiante de STEM o un estudiante de posgrado para entender esto, pero hay…