FÍSICA ATÓMICA Y NUCLEAR .-
Descubrimiento de la física nuclear
Enrico Fermi recibe el premio Nobel de Física en 1938 por sus trabajos relacionados con la producción de elementos radioactivos transuránicos (elementos mayores que el uranio) mediante el bombardeo de neutrones.
Enrico Fermi había comprobado que los neutrones eran absorbidos por los núcleos atómicos cuando un átomo era bombardeado con neutrones.
En 1934, Fermi bombardea urania con neutrones (partículas sin carga eléctrica) con la esperanza de obtener átomos del elemento 93. Ocurrió la absorción de neutrones y la sustancia formada emitió varias partículas beta, pero no logro identificar la presencia del átomo del elemento 93.
Después de que Fermi publicó el informe de sus trabajos, Otto Hahn y Lise Meitner, realizaron pruebas para tratar de identificar el átomo y encontraron que el isótopo que producía la radioactividad pertenecía a un elemento químicamente similar al bario.
Lise Meitner que era judía tuvo que salir de Alemania por el régimen antisemita de los nazis y establecrse en Estocolmo, Suecia.
Hahn se quedó en Alemania y siguió trabajando con el físico – químico Fritz Stranssmann pero no lograron identificar el átomo del elemento 93 sólo la radioactividad emitida por un átomo parecido al bario.
Lise Meitner luego de recibir los informes de Hahn y después de meditarlo profundamente llegó a la conclusión de que el núcleo de uranio se había partido en dos. Una de las formas más comunes de fragmentación del uranio es en dos átomos: el bario y el kripton.
Más tarde, Meitner y su sobrino Otto Frisch escribieron un artículo en el que sugerían que este era el proceso que ocurría, el trabajo fue publicado en enero de 1939. Cuando Otto Frisch le comunicó los resultados a Willian Arnold quien también trabajaba en experimentos radioactivos, este propuso llamar fisión a esa fragmentación del núcleo de uranio en dos mitades, término que se utilizó para designar en Biología la división de células vivas.
En 1944, Otto Hahn recibe el premio Nobel en Química sin reconocerle a Lise Meitner su participación en la investigación.
Durante la segunda guerra mundial, Fermi fue comisionado para diseñar y construir una estructura llamada pila atómica en la cual ocurriría una reacción en cadena autosostenible (Proyecto Manhattan).
La pila automática contenía uranio en combinación con bloques de grafito para frenar los neutrones hasta velocidades térmicas. También contenía barra de cadmio insertadas en la pila, para absorber neutrones y controlar la velocidad de reacción.
La creación del primer reactor nuclear del mundo marcó el inicio de la era atómica.
El poder de la pila atómica quedó demostrado cuando se utilizó militarmente en Hiroshima y Nagasaki.
Para comprender que es la fisión nuclear es importante considerar los siguientes hechos:
- El núcleo de un átomo no es un objeto rígido.
- Los neutrones y protones dentro del núcleo se mueven a grandes velocidades.
- Cuando un núcleo de un elemento pesado es bombardeado por un neutrón, el núcleo cambia de forma y rápidamente se divide en dos núcleos livianos y libera gran cantidad de energía y varios neutrones.
- Cada núcleo fisionado emite dos o tres neutrones que provocan el fenómeno de reacciones en cadena.
La fusión nuclear es la unión de dos núcleos ligeros en uno mas pesado, obteniéndose cuatro veces mas energía que en la fisión nuclear.
Mientras que la fisión se puede controlar, la fusión plantea algunos inconvenientes que están en estudio y que se piensa resolver en el siglo XXI.
- Para que la fusión sea posible hay que vencer la repulsión electrostática entre dos núcleos igualmente cargados y en virtud del principio que dice que cargas iguales se repelen hay que aplicar una gran cantidad de energía para conseguir su unión.
Esto se logra gracias al calor que se aplica y está relacionada con millones de grados de temperaturas.
Ningún reactor alcanza esta temperatura ni soporta tanto calor. Este proceso ocurre en ele Sol y en las estrellas.
Teoría de la relatividad de Einstein.
Uno de los grandes aportes de Albert Einstein es la relación que estableció entre materia y energía en la teoría de la relatividad.
De acuerdo con esta ley, la materia y la energía son dos formas distintas de representar una misma magnitud física.
La materia se puede transformar en energía y la energía en materia de acuerdo con la siguiente ecuación:
La fusión y la fisión nuclear se comportan tal como se predice la teoría de la relatividad. Cuando el núcleo de un átomo pesado se bombardea con neutrones, este es fragmentado en dos núcleos livianos cuyas masas totales son menores que la masa del átomo pesado. La masa perdida se convierte n energía de acuerdo con la teoría de la relatividad especial de Einstein.
Aunque la diferencia de masa es muy pequeña y la ganancia por átomos es también pequeña, en un gramo de materia hay millones de átomo donde con poca cantidad de combustible se obtiene mucha energía.
La energía que recibimos del Sol en forma de luz, calor y otros tipos de radiaciones es la energía liberada en la fusión nuclear. Actualmente hay una gran cantidad de trabajos de investigación tendientes a producir energía de fusión en forma controlada.
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