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LA FISION NUCLEAR La fisión nuclear es la base del desarrollo de la energía nuclear, cuando un núcleo de uranio 235 es bombardeado con neutrones, aun de baja energía, se produce una violenta inestabilidad que hace que el núcleo se divida en dos fragmentos aproximadamente iguales.Una reacción nuclear en cadena es posible porque aparte de los dos fragmentos liberados se emiten neutrones y en este caso particular del uranio 235 los neutrones son suficientes como para causar una nueva fisión.Con otros núcleos es frecuente utilizar gran cantidad de energía para producir la fisión, por ejemplo elementos tal como el radio o el bismuto necesitan ser bombardeados con partículas alfa de gran energía (40 Mev).En el otro extremo,elementos hechos por el hombre tal como el californio 252 produce fisión espontáneamente y no se necesita del bombardeo de neutrones, el californio 252 también emite neutrones durante la fisión. El fenómeno de la fisión del uranio fue descubierto en Berlín por Hahn y Strassmann en 1939,que llevados por una evidencia quimicas, como la produccion de BARIO,sospecharon de la posibilidad de la division del nucleo de uranio en dos partes aproximadamente iguales,ellos comunicaron estos resultados a una colega ,Lise Meitner que se escapa de Alemania a Suecia por las persecuciones,con su sobrino Otto Frisch discuten las implicaciones del experimento y preveen que unas de las consecuencias es la gran cantidad de energia liberada en el proceso de fision,Meitner y Frisch sugirieron que la energia liberada durante la reaccion era del orden de 200 Mev. El fisico italiano Enrico Fermi escapado de Italia llega a duras penas a los Estados Unidos en enero de 1939,al mismo tiempo que las nuevas noticias del descubrimiento de la fision del uranio.Los acontecimientos fueron comunicados a Niels Bohr,que aprecio inmediatamente los fundamentos de la fision,el tambien viajo a los Estados Unidos y transmitio la noticia en forma apurada a la Universidad de Columbia y deseo discutir el tema con Fermi,la reaccion era tan violenta que los neutrones liberados podrian producir otras fisiones y el proceso se repetiria,si las circunstancias son suficientemente faborables una gran cantidad de energia se liberaria. El proceso de la fision se muestra en la siguiente figura:( el lector puede ver una figura describiendo el mismo proceso en FISION (1) ).


El nucleo de uranio 235 absorbe un neutron termico,produciendose un nucleo de uranio 236,este nucleo se fisiona y se separa en dos fragmentos,ademas se emite dos neutrones ,estos fragmentos son de Xe-140(Xenon) y de Sr-94(Estroncio).La ecuacion que describe este proceso,es una igualdad que representa la reaccion nuclear,en el primer miembro se escriben los cuerpos que reaccionan y en el segundo los que se producen,el signo de la igualdad se sustituye a menudo por una flecha cuya direccion indica el resultado obtenido:

La primera ecuacion describe el proceso de absorcion de un neutron por el nucleo de U-235 transformandose en U-236 y la segunda,la fision del U-236 en Xenon,Estroncio y 2 neutrones.Los fragmentos de Xe-140 y Sr-94 son ambos muy inestables,llegando finalmente a productos estables por medio de la emision de particulas beta.


La idea basica de la liberacion de energia nuclear es simple,se colocan los nucleos atomicos proximos unos de otros,de manera que una reaccion en cadena se desarrolle entre ellos,produciendo nuevos nucleos,cuyas masas son menores que los nucleos originales .Los nuevos nucleos se mueven con una enrgia que es igual a la masa que desaparecio durante el cambio. Mientras que el principio es simple,la aplicacion a la practica demanda un gran esfuerzo tecnico y cientifico.El siguiente dibujo refleja en forma muy esquematica,una reaccion en cadena:

En el mismo FF son los fragmentos y N son los neutrones que se originan durante cada fision del U235. Aunque la idea de la liberacion de energia del uranio es simple,la puesta en practica es muy compleja y tiene muchas dificultades,esto llevo a los cientificos y tecnicos a trabajar durante 20 anos para utilizarla, los sistemas utilizados son muy diferentes de los hornos donde se quema carbon o gas. Como sucede con otros elementos el uranio tiene sus propiedades,algunas de las cuales hace que su tratamiento sea dificultoso.El uranio natural consiste en una mezcla de dos isotopos,es decir,dos tipos de atomos con las mismas propiedades quimicas,pero diferentes masas,estos son el uranio 238 y el uranio 235,este ultimo presente en una proposion de 1 parte en 140 y como vimos es el responsable de la fision(la creacion de nuevos elemetos tal como el


plutonio y de un isotopo,el uranio 233,permite utilizarlos como al uranio 235).Cuando se extrae uranio,el U 238 esta presente en gran proporsion y este reacciona con los neutrones absorbiendolos fuertemente,por lo tanto,los neutrones libres en un cuerpo de uranio tienen pocas probabilidades de producir fision por dos razones: en dicho cuerpo el U 235 esta muy diluido y el U 238 presente en gran proporsion,los absorbe,por este motivo una reaccion en cadena no se desarrollara en forma espontanea en un cuerpo de uranio natural puro.Evidentemente una forma de realizar una reaccion en cadena que se mantenga es sacando el U 238 del U 235,la separacion es dificultosa pero posible. El uranio se combina con el fluor,formando un gas que es muy corrosivo y tiene muchas dificultades en tratar,en dicho gas hay moleculas que poseen U 235 y otras U 238 este ultimo al ser mas pesado tiende a quedarse atras,cuando se difunde al gas a traves de una membrana porosa.Si se repite este proceso,reciclandolo,de manera que pase por muchas membranas,las moleculas que poseen U 238 son gradualmente extraidas y U 235 se va purificando.Como la diferencia de masa del U 235 y del U 238 es muy pequena,el gas debe ser reciclado millones de veces,esto requiere una planta purificadora enorme,con canos de grandes distancias y miles de bombas;realizar una membrana porosa muy fina y que resista el ataque del gas hexafluoruro es tecnicamente muy dificultoso. Al trabajar con uranio se corre riesgos de salud,por ser este radiactivo(lo mismo ocurre con el gas, que puede causar danos en el hombre).Una planta de difusion es enorme y requiere la solucion de problemas de metalurgia y de materiales en general,esta debe ser operada en forma automatica por la cantidad de repeticiones y problemas de seguridad(esta planta en si es tan peligrosa como un reactor nuclear,tenga en cuenta el lector que sucederia con el medio ambiente si se produjera una fuga seria,por lo tanto se deben tomar extrictas medidas de seguridad),dimensiones tipicas de tal planta son 122 metros de ancho por 1.6 kilometros(!) de largo.Los plasticos utilizados en la planta son del tipo fluoroteno,el cual es resistente a la corrosion del hexafluoruoro de uranio y se utiliza en bombas y canos,las barreras porosas deben ser finas y fuertes y los poros tener una dimension de 10 milesimas de pulgada,las miles de bombas requieren gran cantidad de energia electrica para su accionamiento y sistemas de muestreo automatico del material a tratar y su posterior analisis por medio de espectrografos de masa.El porcentaje de U 235 en uranio debe ser elevado hasta que el metal consista de casi solo U 235,en un cuerpo esferico de tal material se desarrolla una reaccion en cadena que asegure una cantidad suficiente de neutrones que realicen fisiones antes de escapar fuera del cuerpo,si las dimensiones del cuerpo son menores de la llamada


DIMENSION CRITICA la reaccion en cadena no se mantiene; los neutrones liberados salen a una velocidad de 15000 kilometros por segundo y recorren algunos centimetros en uranio 235 puro antes de ininiciar una nueva fision por lo tanto la reaccion en cadena se desarrolla a enorme velocidad. Este es el principio del reactor rapido,la dimension critica necesaria para desarrollar una reccion en cadena es realmente pequena,el control de una reaccion, en cual los neutrones viajan a tal velocidad parece algo imposible,pero esto se realiza facilmente,tomando ventaja de la propiedad de que en la fision del uranio, los neutrones no se liberan inmediatamente,sino que tardan algunos segundos y esto da suficiente tiempo para prevenir la creacion de un exceso de neutrones,moviendo partes dentro del reactor,esta diposicion se realiza en forma automatica,de manera que una reaccion en cadena pueda ser mantenida a un limite de intensidad exacto por largo tiempo.Los neutrones lentos son mas efectivos que los rapidos en producir una fision y si a estos se les disminuye aun mas esta velocidad producen mas rapidamente fisiones que la resutante de neutrones absorvidos por el U 238,el efecto de los neutrones sobre el U 235 y el U 238 depende de sus velocidades,a determinada velocidad algunos reaccion mas rapidamente que otros y si el nucleo resuena cuando recibe un neutron a dicha velocidad se pone a este en una condicion de facil reaccion. Fermi demostro en 1935 que a los neutrones se les puede disminuir la velocidad,haciendolos chocar contra elementos livianos tal como el hidrogeno,el berilo o el carbon,de las leyes de la mecanica surge que las particulas elasticas pierden mucho menos su momento cuando chocan contra particulas mas pesadas que cuandon lo hacen contra mas livianas,un material usado para disminuir la velocidad se de nomina MODERADOR.Fermi utilizo este descubrimiento del moderador para producir LA PRIMERA REACCION en cadena nuclear en 1942.


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