La materia no es otra cosa que una forma concentrada de energía.
La luz que nos llega de las galaxias y nebulosas, así como el calor producido por nuestro sol, son consecuencia de la interrelación entre la materia y la energía.
Todos los cuerpos del espacio, incluidos los planetas del sistema solar, están compuestos por la misma materia.
El planeta Tierra en el que vivimos, con sus nubes, océanos, montañas y rocas, así como el agua en sus diferentes estados, todo ello está formado por la misma materia básica.
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| el átomo y la energía nuclear |
Esto incluye también a los seres vivos. La corteza de los árboles, la piel y los ojos de los animales, el plumaje de los pájaros, las flores y el resto de los seres vivos están formados por elementos o combinaciones de ellos.
También el hombre está compuesto por los mismos elementos.
Toda la materia está compuesta por unos 100 elementos que se combinan y forman la gran variedad de compuestos presentes en la naturaleza.
Estos elementos tienen características físicas y químicas que los distinguen entre sí, pero también tienen características comunes.
Pocas veces se encuentran en estado puro. Todos están compuestos por pequeños corpúsculos llamados átomos y cada uno de los 100 elementos tiene su propio tipo de átomos.
Unos minúsculos gránulos de azufre miden una décima de milímetro, sin embargo los átomos son todavía un millón de veces más pequeños.
Cada átomo tiene un núcleo y una envoltura electrónica. El núcleo está formado por protones y neutrones, y la envoltura está formada por las trayectorias de unas partículas llamadas electrones, que giran a gran velocidad alrededor del núcleo.
La energía eléctrica se produce entre los protones del núcleo (que tienen carga positiva) y los electrones que giran a su alrededor (que tienen carga negativa).
También hay fuerzas nucleares entre los protones y neutrones del núcleo del átomo. El hombre utiliza la energía que liberan las fuerzas nucleares desde hace relativamente poco tiempo, con fines tanto militares como civiles.
Energía nuclear
Los elementos se diferencian entre sí por el tamaño y la estructura de sus átomos, aunque todos están compuestos por las mismas partículas.
En el núcleo atómico se concentra el 99,9 % de la masa del átomo. Está compuesto por protones con carga eléctrica positiva y neutrones, que tienen casi la misma masa pero sin carga eléctrica alguna.
Alrededor del núcleo giran los electrones, que apenas tienen masa pero que están cargados negativamente.
El núcleo es muy pequeño respecto al átomo, y si consiguiéramos tener un núcleo de un centímetro de diámetro, el átomo entero tendría un diámetro como la longitud de un campo de fútbol.
El átomo es eléctricamente neutro, porque tiene igual número de protones y electrones. Este número igual de electrones y protones se conoce como número atómico, y es distinto para cada elemento.
Por ejemplo el Hidrógeno tiene un número atómico 1, porque sus átomos tienen un protón y un electrón.
El Oxígeno tiene 8 de número atómico, porque sus átomos tienen 8 electrones y 8 protones.
El Uranio, tan difícil de extraer de la naturaleza, tiene 92 de número atómico.
Los protones y los neutrones del núcleo están unidos por una fuerza que se llama fuerza nuclear. Se puede obtener energía dividiendo un núcleo pesado en dos más pequeños.
Este proceso se llama fisión nuclear. El físico Otto Hann cojan produjo la primera ficción de la historia.
Fisión Nuclear
La energía nuclear que se utiliza en la industria sigue el proceso de la fisión nuclear. En este proceso se toma un elemento pesado como el Uranio y se bombardea con neutrones.
Al ser bombardeado este núcleo, se divide en dos más pequeños desapareciendo parte de su masa, que se convierte en energía.
La relación entre masa y energía la enunció Albert Einstein en una de las fórmulas más famosas de la historia: E=mc²
Pero además de energía, en la fisión se liberan dos o tres neutrones que salen despedidos y que pueden golpear nuevos núcleos, provocando nuevas fisiones.
Este fenómeno se llama reacción en cadena. Cuando esto sucede de forma incontrolada, se produce una explosión nuclear.
Estas imágenes que tomaron semanas más tarde de la explosión de Hiroshima en 1945
Esta bomba era unas dos mil veces más potente que cualquier otra arma utilizada hasta entonces.
A pesar del enorme poder de una explosión de fisión, sólo se ha convertido en energía una milésima parte de la masa de uranio.
Para poder regular la energía que se produce en las reacciones de fisión nuclear se necesita un sistema de control del número de divisiones. Esto es lo que sucede en un reactor nuclear.
Reactor nuclear
Un reactor nuclear consiste básicamente en una vasija, en cuyo interior se encuentra el combustible nuclear, que suele ser uranio o plutonio.
Para controlar la reacción, se utilizan unas barras deslizantes de Cadmio, que absorben los neutrones y regulan el proceso.
También dentro del reactor hay un refrigerante, que absorbe el calor liberado por la fisión.
La energía que se libera en la fisión, calienta el líquido o gas refrigerante. Este refrigerante pasa hasta un generador, donde la energía calorífica se transforma en energía eléctrica, que se puede utilizar para el consumo.
El mayor problema que plantea este tipo de proceso, es que los productos de desecho que se producen son radiactivos, y su eliminación es muy complicada.
Es necesario enterrarlos y aislarlos de la forma más hermética y duradera posible, porque muchos de ellos siguen siendo peligrosos incluso después de cientos de años.
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| la fusión nuclear |
Fusión nuclear
Una reacción de fusión nuclear consiste en unir dos núcleos ligeros, como los del Hidrógeno, para formar uno más pesado, como el del Helio. Para ello hay que vencer las fuerzas eléctricas que repelen a los protones.
En esta reacción se libera mucha más energía que en la ficción.
En 1952 se utilizó este proceso con fines militares, y se consiguió la bomba atómica de fusión o Bomba H, que es mucho más destructiva que la bomba de fisión.
Para que comience la fusión nuclear, es necesario calentar el Hidrógeno a enormes temperaturas. Llega un momento en que los átomos de Hidrógeno pierden su electrón. En estas circunstancias los núcleos chocan entre sí, y se produce la fusión.
Esto es lo que ocurre en el núcleo del sol, que actúa como una gigantesca central de fusión.
Allí, el hidrógeno es continuamente transformado en helio y se liberan inmensas cantidades de energía. Esa energía es la que luego llega a nosotros en forma de luz y calor, y crea las condiciones necesarias para el desarrollo de la vida en nuestro planeta.
A pesar de los éxitos europeos, la fusión nuclear plantea serios problemas de explotación, ya que precisa temperaturas de más de 200 millones de grados centígrados.
Las centrales de fusión no serán operativas antes del 2030.
La fusión tendría ventajas decisivas frente a la fisión nuclear, ya que permitiría una mayor producción de energía, y ello con disponibilidad ilimitada de combustible que es el hidrógeno, fácilmente extraíble del agua.
Por otra parte, se eliminaría el grave problema de los desechos radiactivos, que son mucho menores en el proceso de fusión.
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