Reacciones nucleares
La historia de hoy es una continuación de algo sobre el núcleo, que os recomiendo leer antes de continuar por aquí. En futuros artículos contaré algunas anécdotas que están muy relacionadas con el núcleo atómico. Para ello necesito antes dar algunos detalles del mismo. No son demasiado técnicos ni complicados. Creo que os agradarán. Vamos por ello.
No estamos acostumbrados a ver reacciones de estas en nuestro día a día (excepto el caso del Sol, claro) sino que estamos acostumbrados a ver reacciones químicas en las que son los electrones de las capas más externas de los átomos los que se reorganizan. Ahora esos electrones no intervendrán en este proceso, sino que serán los núcleos los que se reorganizarán. Ya no tendremos una reacción química sino una “reacción nuclear”.
Desde que Rutherford descubrió el núcleo atómico los físicos se interesaron rápidamente por conocer más acerca de la estructura nuclear y saber, entre otras cosas, si era posible transformar un elemento en otro (y es que la curiosidad de los científicos es inagotable).
El propio Rutherford bombardeaba elementos con partículas alfa. Recordar que no eran más que núcleos de helio formados por 2 protones y 2 neutrones que hacían de proyectiles contra un blanco. Si daba la casualidad que uno de ellos acertaba de lleno y penetraba en algún núcleo del blanco, dicho núcleo debería reorganizarse para llegar a la situación más estable con los nuevos componentes.
La primera reacción nuclear deliberada de la historia fue hecha de esta manera y la llevó a cabo el propio Rutherford en 1919. Expuso nitrógeno en forma de gas a una fuente radiactiva que emitía partículas alfa. Algunas de estas partículas colisionaban con los núcleos de los átomos de nitrógeno. Como resultado de estas colisiones, los átomos de nitrógeno se transformaban en átomos de oxígeno. ¿Y cómo lo detectaba? Pues resulta que cada vez que se generaba un oxígeno se emitía una partícula positiva que se comprobó más tarde era un protón. Cada protón detectado era una reacción nuclear llevada a cabo.
Habiendo conseguido esto empezó a bombardear otros elementos para lograr otras reacciones.
Pero existe un problema. Las partículas alfa sufren una fuerza eléctrica de repulsión (cargas iguales se repelen) antes de penetrar en el núcleo del blanco. Cuanto mayor sea la carga positiva del núcleo que bombardeamos más fuerte será esa repulsión eléctrica. Ninguna partícula alfa generada por la naturaleza posee suficiente energía para penetrar en un núcleo de potasio (con 19 protones) o con mayor número de protones. La fuerza eléctrica de repulsión es tan potente que la partícula alfa es repelida antes de entrar en los dominios de la interacción nuclear.
Una alternativa era bombardear el blanco con protones como proyectiles, ya que su carga es sólo la mitad de la partícula alfa. Los protones serían repelidos con menos fuerza y a igualdad del resto de condiciones penetrarían con mayor facilidad en el núcleo. Sin embargo, los protones no eran fáciles de obtener.
En 1929 Ernest Orlando Lawrence se sacó de la manga el ciclotrón (este detalle merecerá por sí mismo otra bonita historia) que era capaz de acelerar partículas cargadas dotándolas de mucha más energía. A partir de ahí los experimentos avanzaron mucho.
Nos encontramos con otro nuevo problema. El núcleo es muy pequeño respecto el tamaño del átomo y la probabilidad de acertar en un núcleo es tan pequeña que la mayoría de la energía consumida por el ciclotrón para generar los protones es desperdiciada. O sea tenemos montones de protones pero la probabilidad que acierten un núcleo del blanco es muy pequeña.
Todo esto tuvo un punto de inflexión cuando en 1932 el físico inglés James Chadwick descubrió los neutrones.
Estas partículas tenían dos ventajas muy grandes. La primera es que daban una explicación más coherente a la estructura del núcleo atómico y la segunda es que, si se podían utilizar como proyectiles, no se verían afectados por esas fuerzas eléctricas de repulsión. Los neutrones no tienen carga. De esta manera se acercarían al blanco como si no lo vieran y de pronto, a la que hubieran entrado en los dominios de la interacción nuclear, producirían dicha reacción. Aún quedaba la duda, ¿serían capaces los neutrones de inducir reacciones nucleares? Pues sí, y lo demostró el químico americano William Draper Harkins en 1932.
Aun así, el problema de haber pocas interacciones persistía. Aunque aumentaba el número de blancos, seguía siendo poco. Se invertía más energía en bombardear el blanco que la que se conseguía con el proceso. No parecía que la fuerza nuclear pudiera ser la nueva fuente de energía. Además, como los neutrones no tenían carga, tampoco podían acelerarse en un ciclotrón y la poca energía que poseían era con la que salían del material radiactivo.
Y ahora llega el punto crucial. Enrico Fermi, dos años después descubrió que los neutrones con menos energía (neutrones lentos o térmicos) eran mucho más efectivos que los rápidos para inducir reacciones nucleares. ¿Cómo es ello posible?
Pues se supo recientemente que la mujer de la limpieza del laboratorio contribuyó a que se diera cuenta. Pero me he extendido demasiado y dejaremos esos detalles para otra historia.
Actualización: la continuación está en la siguiente historia.
Fuentes:
“Breve historia de la química”, Isaac Asimov
“Contando los eones”, Isaac Asimov
http://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtml
El día 24 de octubre de 2005 a las 13:20
Esto no se hace, hombre. Me has dejado con la miel en los labios. Como no nos cuentes pronto la historia de la señora de la limpieza empiezo a hacer el troll ;o)
Muy interesante la historia.
El día 24 de octubre de 2005 a las 13:24
Oye, ¿no será que estás aprendiendo de las series de TV que te dejan con la intriga para que veas el siguiente capítulo?
A ver si ahora vamos a tener aquí “Pasión de positrones” o “Nucleón Crest”. XD
El día 24 de octubre de 2005 a las 13:33
Caray!, pues no es mala idea …
Lo que pasa es que tampoco quiero extenderme demasiado.
Saludos
El día 24 de octubre de 2005 a las 14:49
¿Que es esto?. ¿Fin de temporada y quieres asegurarte que estemos ahí para el inicio de la próxima?
Pues todos te odiamos, es importante que lo sepas (el sentimiento es facilmente reversible con la publicación del final de la historia).
El día 24 de octubre de 2005 a las 14:55
Noooo, por favor, no me odiéis
El lunes que viene pongo el post de la mujer de la limpieza, prometido (antes pondré otro de otro clásico). Pero es que tenía dar antes una breve introducción a las reacciones nucleares.
Pensad que empezaré directamente hablando de los neutrones lentos.
El día 24 de octubre de 2005 a las 15:02
Muy bueno el post, que debes continuar YA, porque lo de la señora de la limpieza está interesantísimo, y muy bueno también el comentario de AntonioT (Nucleon Crest, qué bueno
El día 24 de octubre de 2005 a las 15:04
“Desde que Rutherford descubrió el núcleo atómico los físicos se interesaron rápidamente por conocer más acerca de la estructura nuclear y saber, entre otras cosas, si era posible transformar un elemento en otro (y es que la curiosidad de los científicos es inagotable).”
Y adeás de la curiosidad, quien sabe si perseguir el sueño eterno de la alquimia: transformar lo que sea en oro! xD
El día 24 de octubre de 2005 a las 15:56
Hola, Israel. Pues lo que es poder se puede. Lo que pasa es que el proceso es tan caro que saldría más a cuenta buscarlo
Saludos
El día 24 de octubre de 2005 a las 16:06
Gracias, Remo.
Lo de la mujer de la limpieza veo que ha levantado muchas espectativas. Y la verdad es que el día que lo leí me hizo mucha gracia. Insisto, el lunes sin falta os lo pongo.
Y sí, lo de AntonioT de “Nucleon Crest” ha sigo genial, mucho más que la “Pasión de positrones”, aunque este último tampoco desmerece.
Saludos
El día 24 de octubre de 2005 a las 19:44
Más vale que no se me joda la conexión de internet antes de que pongas lo de la sra. de la limpieza.
El día 25 de octubre de 2005 a las 00:57
Bueno, vale, en vista de la espectación la pondré el jueves
El día 25 de octubre de 2005 a las 09:11
O.K. El jueves a partir de las 8:00 AM estaré conectado y espectante.
El día 25 de octubre de 2005 a las 10:36
Dame tiempo, AntonioT, he de llevar antes a mi pequeña tropa al cole. Sobre las 11 de la mañana seguiremos con el último capítulo de Nucleon Crest.
El día 25 de octubre de 2005 a las 12:09
Bueeeeeno, vaaaaale.
Te daré hasta las 12:30 PM, ¡niunminutomás! ;o)
El día 25 de octubre de 2005 a las 17:38
Por fin he tenido tiempo para leerte en condiciones ¡¡y me dejas así!!
ayyyyyyyyy
¡¡Me uno a los espectantes!!
El día 25 de octubre de 2005 a las 17:41
Bienvenido al club. Prometido … el jueves el final de Nucleon Crest
El día 19 de febrero de 2007 a las 12:39
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