La fissió nuclear és un fenomen poderós i versàtil que ha deixat una empremta indeleble a la ciència i la tecnologia moderna. Des de la generació d'energia elèctrica fins a la medicina i l'exploració espacial, la fissió nuclear ha demostrat que és un motor clau per a la innovació.
A continuació us mostro diferents aplicacions que utilitzen la fissió nuclear amb alguns exemples de cadascuna:
Exemple 1: Generació denergia elèctrica
Un dels exemples més notables de fissió nuclear és el seu ús en la generació denergia elèctrica en plantes nuclears. Aquestes instal·lacions aprofiten la immensa quantitat denergia alliberada durant la fissió per produir electricitat de manera eficient i contínua.
En una planta nuclear, s'utilitza un combustible nuclear, com l'urani-235 o el plutoni-239, com a material fissible. Quan aquests nuclis capturen neutrons, es tornen inestables i es divideixen en dos o més fragments més petits.
Aquest procés allibera una gran quantitat d'energia en forma de calor. Aquesta calor s'utilitza per escalfar aigua i produir vapor, que alhora impulsa turbines connectades a generadors elèctrics. El resultat és la producció delectricitat a gran escala.
Exemple
La planta nuclear de Fukushima Daiichi al Japó, abans del tràgic accident el 2011, generava aproximadament el 30% de l'electricitat de la regió de Tohoku. Aquest exemple il·lustra la importància crítica de la fissió nuclear en la generació denergia a gran escala.
Exemple 2: Propulsió espacial
La fissió nuclear també s'ha explorat com a opció prometedora per a la propulsió de naus espacials. L'alta energia alliberada per la fissió podria permetre que les naus espacials viatgin a velocitats molt més grans i explorin destinacions distants a l'espai.
La propulsió nuclear a l'espai es basa en la idea d'utilitzar un reactor nuclear a bord d'una nau espacial per escalfar i expulsar propulsant, com a hidrogen, mitjançant un motor de propulsió. L'energia alliberada per la fissió s'utilitza per escalfar aquest propulsant a temperatures extremadament altes, creant un raig d'escapament d'alta velocitat que impulsa la nau cap endavant.
Exemple
El projecte Orion de la NASA és un exemple clau d'un sistema de propulsió nuclear que podria escurçar significativament els temps de viatge interplanetari. Aquesta tecnologia podria aplanar el camí per a missions tripulades a Mart i més enllà.
Exemple 3: Producció de radioisòtops
La fissió nuclear es fa servir per produir radioisòtops, que tenen una varietat d'aplicacions mèdiques, industrials i científiques. Per exemple, el radioisòtop tecneci-99m s'utilitza en medicina nuclear per fer imatges diagnòstiques.
Els radioisòtops són àtoms inestables que emeten radiació ionitzant. Aquesta radiació es fa servir en aplicacions mèdiques per diagnosticar malalties i en teràpies per tractar certs tipus de càncer. La producció controlada de radioisòtops en reactors nuclears és fonamental per garantir un subministrament constant i fiable d'aquests materials vitals.
Exemple
El tecneci-99m és essencial per a procediments mèdics com les gammagrafies òssies, que ajuden els metges a diagnosticar malalties òssies i avaluar la funció de la glàndula tiroide.
Exemple 4: Armes nuclears
Tot i que aquest és un exemple controvertit, la fissió nuclear també s'ha utilitzat en la fabricació d'armes nuclears. Aquestes armes aprofiten lalliberament denergia extremadament poderosa que ocorre durant la fissió per causar explosions devastadores.
Les armes nuclears basades en la fissió funcionen mitjançant la creació d'una reacció en cadena incontrolable on una sèrie de nuclis d'urani-235 o plutoni-239 es divideixen i alliberen una quantitat massiva d'energia en forma d'una explosió nuclear. Aquest tipus d'arma té un poder destructiu devastador i ha portat esforços internacionals per limitar-ne la proliferació.
Exemple
El desenvolupament de la bomba atòmica dins del Projecte Manhattan que va liderar el físic Robert Oppenheimer va ser el primer exemple en què es va fer servir la fissió nuclear per crear una bomba. El bombardeig atòmic d'Hiroshima i Nagasaki durant la Segona Guerra Mundial il·lustra tràgicament l'impacte destructiu de les armes nuclears basades en la fissió.
Detonació d'una bomba atòmica
Les bombes atòmiques utilitzen fissió nuclear per alliberar una enorme quantitat denergia en un curt període de temps. L'urani-235 o el plutoni-239 es fissionen, alliberant neutrons que alhora indueixen més fissions, creant una reacció en cadena incontrolada i alliberant una explosió devastadora.
Exemple 5: Reaccions nuclears naturals a la Terra
A certs llocs de la Terra, com al jaciment d'Oklo a Gabon, es va descobrir una reacció nuclear espontània natural que va passar fa aproximadament 2.000 milions d'anys.
Aquest tipus de fissió natural es produeix quan les condicions geològiques permeten que un reactor nuclear es mantingui de manera autosostinguda durant molt de temps.
Exemple 6: Investigació nuclear
La fissió nuclear també té un paper crucial en la investigació científica. Els acceleradors de partícules i els reactors de recerca fan servir la fissió per estudiar l'estructura de la matèria i fer experiments nuclears controlats.
Els reactors de recerca són instal·lacions dissenyades específicament per dur a terme experiments nuclears controlats. Aquests reactors es fan servir en una àmplia varietat de camps, des de la física de partícules fins a la investigació mèdica i la generació d'isòtops per a aplicacions industrials i mèdiques.
Exemple
El Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) al CERN utilitza acceleradors que aprofiten principis de fissió nuclear per col·lisionar partícules subatòmiques i estudiar la física fonamental.
Exemple 7: Obtenció de plutoni a partir d'urani
En un reactor nuclear, l'urani-238 (U-238), que constitueix la major part de l'urani natural, no és fissionable per si mateix. Tanmateix, quan l'urani-238 captura un neutró durant el procés de fissió nuclear, es transforma en urani-239. Aquest isòtop és inestable i, a través d'una sèrie de desintegracions beta, es converteix en neptuni-239 i després en plutoni-239 (Pu-239), un isòtop fissionable.
Aquest procés passa de forma contínua al reactor, i el plutoni-239 generat pot participar en reaccions de fissió, alliberant una gran quantitat d'energia.
El plutoni-239 obtingut així és crucial tant per a reactors nuclears com per a la producció d'armament nuclear. En els reactors, el plutoni-239 pot ser utilitzat com a combustible nuclear, ja que també és fissionable, permetent generar més energia. A nivell militar, aquest isòtop és valuós perquè s'utilitza en la fabricació d'armes nuclears a causa de la seva capacitat per alliberar energia en una reacció nuclear en cadena.