La clave para generar energía significativa a partir de una reacción nuclear (fisión o fusión) es que la reacción debe:
1. Sea exotérmico: implica que debería generar energía en lugar de usarla.
2. Ser autosuficiente: lo que implica que los catalizadores y las materias primas necesarias para esta reacción se deben generar como subproductos de la reacción misma.
Como un ejemplo concreto, piense en cómo debe encender un montón de leña inicialmente y cómo se mantiene funcionando y extendiéndose a otros troncos y ramas de madera por sí solo.
Como tl; dr, la clave es seleccionar los materiales correctos para la fisión o fusión, lo que generaría de manera sostenible (y no consumiría) energía durante la fisión / fusión.
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La condición uno generalmente se cumple para todas las reacciones nucleares comercialmente viables, de lo contrario, en un sentido neto, estaríamos bombeando energía para causar fisión o fusión continuamente en lugar de dibujarla. (debe esforzarse para encender un fuego, pero eso es mínimo en comparación con el calor que le da)
La condición 2 (la propagación del fuego de un registro a otro) se cumple de manera diferente para Fisión y Fusión.
En las reacciones de fisión, se toman núcleos pesados e inestables que tienden a dividirse en núcleos más ligeros más partículas (positrones, neutrones o núcleos más pequeños como átomos de helio cargados positivamente). Estas partículas reaccionan con otras moléculas de este elemento inestable y llevan la reacción hacia adelante. En cierto sentido, la reacción se vuelve autosuficiente. Sin embargo, si el número de reacciones en cadena posteriores es demasiado bajo, puede imaginar cómo esta reacción se extinguirá, al igual que un swing pierde impulso una vez que deja de empujarlo activamente.
Ciertas variedades del elemento uranio satisfacen estas condiciones y nos permiten generar una salida de energía positiva neta de las reacciones de fisión mientras somos autosuficientes.
Las reacciones de fusión también deben cumplir las condiciones 1 y 2 para ser candidatos para reacciones generadoras de energía comercialmente viables. Aquí, en lugar de núcleos grandes, los núcleos más pequeños son nuestros materiales de partida. Estos se combinan, dado que se les proporciona una cierta energía inicial, para formar núcleos más grandes más partículas (electrones o positrones), que luego forman materia prima para la próxima ronda de reacciones para el resto de las moléculas. La producción de energía, una vez que la reacción en cadena comienza a funcionar, es mucho mayor que el costo de energía inicial y, por lo tanto, es neta positiva. Las partículas generadas en cada ronda mantienen la reacción en marcha.
Tenga en cuenta que los núcleos “estables” producidos en ambos casos son los materiales “de desecho”. La fisión produce desechos radiactivos no reutilizables (más estables que el uranio 235 o el plutonio, pero lo suficientemente inestables como para seguir liberando partículas elementales, infectando así su entorno; esa es también una definición esquemática de ‘radiactivo’). La fusión, por otro lado, produciría núcleos más estables (típicamente agua) que no son radiactivos.
Por lo tanto, en lugar de comenzar por “por qué / cómo pueden producir energía tanto la fisión como la fusión”, la pregunta es “qué reacciones pueden ser candidatos netos positivos y sostenibles para la fisión / fusión”