Resumen de Conceptos Clave de Física y Energía

## Introducción La **energía nuclear** es la energía almacenada en el núcleo de los átomos. Se libera mediante procesos que cambian la estructura del núcleo: **fisión nuclear** (división de núcleos pesados) y **fusión nuclear** (unión de núcleos ligeros). En este material veremos cómo funcionan estos procesos, cómo se aprovecha la energía nuclear para generar electricidad, sus ventajas, desventajas y ejemplos prácticos. > Definición: La energía nuclear es la energía asociada a las fuerzas que mantienen unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico. ## 1. Conceptos básicos del núcleo atómico ### Partículas nucleares - **Protón**: carga positiva. - **Neutrón**: sin carga eléctrica. - **Electrón**: carga negativa, orbita alrededor del núcleo (no participa directamente en la energía nuclear). > Definición: Un isótopo es una variante de un elemento químico que tiene el mismo número de protones y distinto número de neutrones. ### Energía de enlace - La estabilidad del núcleo depende de la **energía de enlace** por nucleón. Núcleos con mayor energía de enlace por nucleón son más estables. Did you know que la mayor estabilidad por nucleón se encuentra en el hierro y elementos próximos en la tabla periódica? ## 2. Fisión nuclear ### ¿Qué es? - La **fisión nuclear** es la división de un núcleo pesado (por ejemplo, uranio-235) en dos núcleos más ligeros, acompañada de liberación de energía y neutrones. > Definición: Fisión nuclear es el proceso en el que un núcleo atómico inestable se divide en dos o más núcleos menores, liberando energía y neutrones. ### Proceso básico (pasos) 1. Un neutrón incide sobre un núcleo fisionable. 2. El núcleo se vuelve inestable y se divide. 3. Se liberan energía térmica y nuevos neutrones que pueden inducir más fisiones (reacción en cadena). ### Aplicación práctica: reactor nuclear (centrales eléctricas) - Combustible: normalmente uranio enriquecido (isótopos como $\ce{^{235}U}$). - En el reactor se controla la reacción en cadena para producir calor de forma constante. - El calor convierte agua en vapor; el vapor mueve una turbina conectada a un generador eléctrico. > Definición: Reacción en cadena es una secuencia de reacciones nucleares donde los neutrones liberados por una fisión inducen nuevas fisiones. ### Transferencias de energía en una central nuclear - Energía nuclear (almacenada en núcleos) \rightarrow Energía térmica \rightarrow Energía cinética del vapor \rightarrow Energía mecánica de la turbina \rightarrow Energía eléctrica por el generador. ### Seguridad y control - Barras de control absorben neutrones para regular la reacción. - Sistemas de refrigeración extraen el calor del núcleo. - Contención física para evitar liberación de radioactividad. ## 3. Fusión nuclear (breve descripción) - La **fusión** es la unión de núcleos ligeros (por ejemplo, dos núcleos de hidrógeno) para formar un núcleo más pesado, liberando gran cantidad de energía. - Ocurre naturalmente en estrellas, pero en la Tierra su control técnico aún está en desarrollo para producir electricidad de manera práctica. > Definición: Fusión nuclear es la unión de dos núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado, liberando energía debido a la diferencia en energía de enlace. ## 4. Comparación: fisión vs fusión | Aspecto | Fisión | Fusión | |---|---:|---:| | Material principal | $\ce{^{235}U}$, $\ce{^{239}Pu}$ | Isótopos de hidrógeno ($\ce{^2H}$, $\ce{^3H}$) | | Energía liberada por reacción | Alta | Muy alta por masa unida | | Residuos radiactivos | Sí, de larga vida | Mucho menores (pero hay neutrones y activación) | | Estado de la tecnología | Comercial y en operación | Experimental, en desarrollo | | Riesgo de reacción incontrolada | Reacción en cadena requiere gestión | No hay reacción en cadena auto-sostenida del mismo tipo | ## 5. Residuos radiactivos y gestión - Tipos: residuos de baja, media y alta actividad. - Los residuos de alta actividad (combustible gastado) requieren almac