La “capacidad para realizar un trabajo”, es el enunciado utilizado por la Física para definir de modo simple el término Energía. Cuando este “trabajo” se trata de la división o unión de núcleos atómicos, de manera espontánea o provocada, estamos ante lo que llamamos energía atómica o nuclear.

¿Qué es el átomo?
Sabemos en la actualidad que un átomo es la mínima expresión de un elemento químico, que incluye un núcleo conformado por protones y neutrones, rodeado a su vez de electrones orbitales, en una cantidad característica para cada elemento.

Ya en la antigua Grecia se hablaba de una “partícula fundamental” presente en la materia. Tras sus estudios y deliberaciones, los filósofos griegos concluyeron que la materia no podía ser divida indefinidamente. Así, con Demócrito y los Epicúreos a la cabeza, se sentó una teoría que señalaba que dicha materia estaba compuesta por partículas indivisibles a las que llamaron átomos, at?µ?? en griego, luego atomum en latín; significado: “indivisible”.

Durante los siglos siguientes el estudio del átomo no despertó interés, hasta principios del XIX cuando John Dalton expuso una nueva teoría acerca de la constitución de la materia. El químico inglés propuso dos grupos: elementos y compuestos. Los primeros incluirían unidades fundamentales, que en honor a Demócrito llamó “átomos”, mientras que los últimos se formarían de moléculas, originada cada una de ellas a partir de una unión precisa y constante de átomos. Esta tesis de Dalton continuó considerando al átomo como una partícula indivisible.

Pocas décadas después, el investigador Sir Joseph Thomson, también de origen inglés, descubre el electrón como una de las partículas que componen el átomo. El hallazgo, logrado en 1897, vale al británico el Premio Nobel de Física en 1906. Por su parte, el japonés Hantaro Nagaoka plantea que lo electrones descubiertos por Thomson se mantendrían en órbitas alrededor de un ente central de carga positiva, simulando las órbitas de los planetas alrededor del Sol.

Hacia finales de la primera década del siglo XX, el neozelandés Ernest Rutherford encabeza una serie de trabajos en la Universidad de Manchester que permiten concluir la distribución de la carga eléctrica en el núcleo de los átomos. En 1919, Rutherford descubre los protones y su presencia en el núcleo de todo átomo. Finalmente, en 1932, el físico británico James Chadwick develó la otra partícula presente en el núcleo del átomo: el neutrón.

Tras los distintos postulados, tenemos que la concepción elemental del átomo señala la presencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamadas electrones, girando en órbitas en torno a un núcleo conformado por protones, de carga eléctrica positiva, y los neutrones, que no poseen carga eléctrica. Esta composición da lugar a un conjunto eléctricamente neutro.

Cada átomo contiene un número igual de protones y de electrones. Dicho número es el que conocemos con el nombre de número atómico, que se expresa con el subíndice "Z". La sumatoria de protones y neutrones del núcleo atómico se denomina número másico y se expresa con el superíndice "A".

En el caso del Hidrógeno tendríamos la siguiente presentación: 1H1

Además de los estudios señalados en los párrafos anteriores, han surgido a lo largo de la historia otros modelos atómicos que han aportado nuevos detalles e impulsado el desarrollo de la física en distintos ámbitos, entre ellos, el modelo del físico danés Niels Bohr, Premio Nobel de Física en 1922 y el modelo Mecano – Cuántico, a partir de los estudios del francés Luis De Broglie, Premio Nobel de Física en 1929.

La energía atómica o nuclear puede producirse de manera espontánea en el caso de algunos elementos y, además, puede provocarse de manera controlada a través la fisión y la fusión nuclear, mediante el bombardeo neutrónico, entre otras técnicas.

Fisión Nuclear
Al bombardear con neutrones un núcleo pesado, por ejemplo los núcleos atómicos de Uranio 235, éste se divide en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación. Esta reacción nuclear puede liberar dos o tres nuevos neutrones y una gran cantidad de energía transformada en calor.

El proceso de fisión fue llevado a cabo por primera vez en el año 1934 por el físico de origen italiano Enrico Fermi, pero no fue reconocido hasta 1939 cuando los alemanes Otto Hahn, Fritz Strassmann y Lisa Meitner dieron a conocer los resultados de un experimentó que consistió en bombardear con neutrones núcleos de uranio.

La energía originada a partir de la fisión puede originar una reacción en cadena incontrolada como en el caso de la explosión de una bomba atómica. Por el contrario, las reacciones controladas pueden utilizarse para producir calor con el fin de generar energía eléctrica. Este último es el principio utilizado en los reactores nucleares que actualmente se encuentran operativos en distintas localidades del mundo.

Fusión Nuclear
Cuando dos núcleos atómicos livianos se unen forman un tercer núcleo de mayor peso. En estos casos la reacción nuclear puede originar enormes e incontrolables cantidades de energía.

Para separar los núcleos de átomos de los neutrones que se encuentran en órbita a su alrededor se recurre a gases sobrecalentados, con el fin de producir un proceso similar al ocurrido con el Sol y las estrellas, gases calientes atrapados por una fuerza, en esos casos la gravedad estelar.

Mediante el uso de energía térmica o de aceleradores de partículas se lograr la unión de los núcleos al vencer las fuerzas electrostáticas generadas al momento del choque entre los átomos necesario para la fusión.

Al igual que en la fisión nuclear, una reacción incontrolada mediante la fusión termonuclear genera una enorme fuente de energía como es el caso de la explosión de una bomba de hidrógeno.






Enlaces

• Asociación Nuclear Mundial
http://www.world-nuclear.org/

• Agencia Internacional de Energía Atómica
http://www.iaea.org/

• Instituto de Energía Nuclear
http://www.nei.org/