Energía Nuclear

Fuerza Nuclear Fuerte

Como una de las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza, esta es la que se utiliza para mantener nucleones juntos. Sin la fuerza nuclear fuerte, los nucleones nunca se mantendrían juntos sino que se dispararían en todo tipo de direcciones diferentes.

Energía de Unión

Esta es la cantidad de energía que se necesita para poner en el núcleo para poder romperlo. No debe confundirse con la Fuerza Nuclear Fuerte, que se utiliza para mantener el núcleo unido.

Transmutación

El proceso de convertir un elemento en otro. Siempre lo llaman el sueño del alquimista, poder convertir la tierra en oro. En realidad, este ejemplo no es del todo exacto, pero puede dar una buena idea del proceso.

E=mc²

Originado por nuestro físico favorito, Albert Einstein. Esta ecuación nos muestra que la energía es directamente proporcional a la cantidad de masa que tiene un objeto, y viceversa. Nos ayudará a entender la radiación y la descomposición.

¿Qué es la energía nuclear?

Aunque es una palabra y una frase muy intimidante, la energía nuclear simplemente se refiere a la energía que se utiliza dentro del núcleo de un átomo. Esto lo distingue de la mayoría de las otras interacciones químicas, ya que la mayoría simplemente trata con los electrones de valencia de un átomo y no con las interacciones dentro del núcleo de un átomo.

Entonces, ¿qué mantiene unido a un núcleo?

una tabla que ilustra la energía de enlace
por nucleón

El gráfico anterior se utiliza para ilustrar la cantidad de energía necesaria para separar un núcleo.

Debido a las capacidades reducidas de la Fuerza Nuclear Fuerte sobre núcleos más grandes, se vuelve mucho más fácil romper ese núcleo cuanto más grande se vuelve. Esto es lo que finalmente establece la estabilidad del átomo.

¿Por qué importa esto?

un gráfico que ilustra el número de neutrones para
cada protón

Bueno, una vez que sabemos qué mantiene unido al núcleo, podemos entender mucho más fácilmente cómo separarlos.

El cuadro de arriba ilustra la relación entre el número de protones y neutrones. Como podemos ver, cuanto mayor sea la cantidad de protones, mayor es el número de neutrones que se necesitan para cancelar la fuerza de repulsión del protón.

Esto significa que cuanto más grande es el núcleo, más inestable es y más fácil es que el elemento se descomponga.

¿Qué es la descomposición de un átomo?

Aquí podemos ver la cantidad de poder de penetración de cada
tipo de caries tiene. Alfa es el más débil, luego beta y gamma el más fuerte.

Como sabemos que los núcleos más grandes son más fáciles de desarmar, debemos tener una forma de describir ese proceso.

La descomposición de un átomo es exactamente eso, la forma que tiene el átomo de deshacerse de este exceso de energía y nucleones. Se presenta en tres tipos, Alpha, Beta y Gamma (con sus respectivos puntos fuertes que se muestran arriba).

La energía una vez que combinas todo el núcleo contra a
cada parte individual mente.

¿Cómo calculamos la Energía de Unión?

Primero que nada, U es simplemente una unidad para calcular la masa en rangos microscópicos, llamada Unidad de Masa Atómica Unificada, que es igual a 1.6605 x 10^-27 Kg. La unidad azul en la imagen (arriba) es la masa de todo el núcleo de un átomo de helio. Mientras que la unidad verde (inferior) es la masa de cada nucleón individual sumado. ¿Por qué hay más masa cuando se agrega individualmente que como un todo? Bueno como sabemos que E=mc², podemos asumir racionalmente que el exceso de energía es simplemente energía de Unión.

Descomposición Alfa

Este tipo de desintegración ocurre porque el núcleo padre es demasiado grande y la Fuerza Nuclear Fuerte ya no es lo suficientemente fuerte para mantener unidos a todos los nucleones.

Debido a esta inestabilidad, el núcleo debe intentar hacerse más pequeño. Lo intenta arrojando dos neutrones y dos protones, lo que llamamos una partícula alfa. Esta partícula alfa es en realidad solo un átomo de helio y es la misma partícula que Rutherford disparó a una lámina de oro y descubrió el núcleo del átomo.

También podemos ver que este proceso pasa por Transmutación, donde pasamos de un elemento a otro completamente diferente.

Descomposición Beta

Este tipo de descomposición suele ocurrir cuando un núcleo tiene demasiados protones o neutrones. Aquí, el átomo lanza una partícula beta con carga negativa o positiva (un electrón) y un neutrino con carga negativa o positiva (una partícula con carga neutra). Aunque una combinación de electrones y antineutrinos es mucho más común.

Originalmente, el neutrino no se había incluido en el proceso de Beta Decay. No fue hasta que se midieron los niveles de energía en la descomposición y se encontraron grandes fluctuaciones, lo que llevó a la idea de que otra partícula debe estar llevándose esta energía extra, el neutrino.

Este tipo de Deterioro también pasa por Transmutación.

Se emitió un rayo gamma después de que el
núcleo padre no pudiera manejar ese exceso de energía.

Descomposición Gamma

La descomposición gamma ocurre cuando un núcleo emite fotones de alta potencia, en lo que se conoce como rayos gamma. Esto es diferente de otros tipos de descomposición ya que es una onda (muy energética) y no una partícula.

Esto suele suceder cuando el núcleo se está desintegrando desde una forma más grande y está en un estado excitado, o porque simplemente colisionó con una partícula de muy alta energía, entre otras razones.

La descomposición gamma también es diferente de otros tipos de descomposición, ya que no se produce transmutación. Este tipo de deterioro se ve más en películas debido a su altísimo poder de penetración.

La energía una vez que combinas todo el núcleo frente a cada parte.

¿Y qué es la radiación?

Usando el mismo método que antes para calcular la Energía de Unión, cuando sumamos las masas del núcleo padre y la de los productos solos, tenemos una diferencia y parece que nos falta masa. ¿Qué parece ser esta masa perdida? Bueno, eso es radiación. Es decir, la radiación es simplemente la energía de movimiento de la descomposición de un elemento. Esta energía de moviemito (cinética) es la misma que cosechan los reactores nucleares para poder dar poder a ciudades enteras. ¡Increíble!