Ejercicio resuelto de Física nuclear · Física · 2024

Defina fisión y fusión nuclear e identifique razonadamente cuál de estos dos procesos tiene lugar en cada una de las siguientes reacciones:

a) ${}_{92}^{235}\text{U}+{}_0^1\text{n}\to {}_{36}^{92}\text{Kr}+{}_{56}^{141}\text{Ba}+3{}_0^1\text{n}+170\text{ MeV}$
b) ${}_1^2\text{H}+{}_1^2\text{H}\to {}_2^3\text{He}+{}_0^1\text{n}+\mathrm{3,2}\text{ MeV}$

La FISIÓN nuclear es la ruptura de un núcleo pesado en dos núcleos más ligeros, acompañada normalmente de la emisión de varios neutrones. Se provoca bombardeando el núcleo pesado con un neutrón, y libera energía porque los fragmentos están más cerca del máximo de la curva de energía de enlace por nucleón que el núcleo de partida.

La FUSIÓN nuclear es la unión de dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Exige acercarlos lo bastante como para vencer su repulsión eléctrica, lo que requiere temperaturas altísimas, y también libera energía, por la misma razón: el núcleo resultante está más fuertemente ligado.

$\mathbf{\text{a)}}\mathrm{<mrow><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">92</mn><mn\; mathvariant="bold">235</mn></msubsup><mtext>U</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">0</mn><mn\; mathvariant="bold">1</mn></msubsup><mtext>n</mtext><mo>\to </mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">36</mn><mn\; mathvariant="bold">92</mn></msubsup><mtext>Kr</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">56</mn><mn\; mathvariant="bold">141</mn></msubsup><mtext>Ba</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><mn\; mathvariant="bold">3</mn><mtext>\hspace{0.17em}</mtext><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">0</mn><mn\; mathvariant="bold">1</mn></msubsup><mtext>n</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><mn\; mathvariant="bold">170</mn><mtext> MeV</mtext></mrow>}$



Es una FISIÓN. Un núcleo pesado, el uranio-235, absorbe un neutrón y se rompe en dos fragmentos mucho más ligeros, kriptón y bario, liberando además tres neutrones. Son esos neutrones los que pueden provocar nuevas fisiones y mantener la reacción en cadena.

$\mathbf{\text{b)}}\mathrm{<mrow><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">1</mn><mn\; mathvariant="bold">2</mn></msubsup><mtext>H</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">1</mn><mn\; mathvariant="bold">2</mn></msubsup><mtext>H</mtext><mo>\to </mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">2</mn><mn\; mathvariant="bold">3</mn></msubsup><mtext>He</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><msubsup><mrow></mrow><mn\; mathvariant="bold">0</mn><mn\; mathvariant="bold">1</mn></msubsup><mtext>n</mtext><mo\; mathvariant="bold-italic">+</mo><mn\; mathvariant="bold">3,2</mn><mtext> MeV</mtext></mrow>}$



Es una FUSIÓN. Dos núcleos ligeros de deuterio se unen para dar un núcleo de helio-3, algo más pesado, y un neutrón. Es una de las reacciones que se producen en el interior de las estrellas.

En los dos casos se comprueba que los números másicos y atómicos se conservan, y que la energía liberada por núcleo es mucho mayor en la fisión, aunque por unidad de masa la fusión resulta bastante más rentable.