Historia de la Energia Nuclear Descubrimiento Estructura del Atomo




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HISTORIA DE LA ENERGIA NUCLEAR Y SUS PROTAGONISTAS

Rayos Catódicos Rayos X Radioactividad I Polonio y Radio
Einstein: E=mc² Radiactividad II Fermi: Pila Atómica Bomba Hiroshima

Cuando el hombre primitivo, frotando entre sí dos trozos de madera seca, obtuvo por primera vez pequeñas y amarillentas llamas, hizo el gran descubrimiento que habría de gravitar por los siglos de los siglos en la historia de la humanidad. Instintivamente realizó la primera liberación de energía: la energía química acumulada por el Sol en forma de luz y calor, y echó las bases de la civilización.

Desde entonces, el progreso del hombre ha dependido de su habilidad para desentrañar y superar los secretos de la naturaleza. Pero el hombre jamás se declara satisfecho de sus conquistas. Lo desconocido constituye en todo momento para él un desafío permanente que le apasiona y estimula. Una ambición suya hondamente sentida fue y sigue siendo descifrar la incógnita de lo misterioso. Y nada más misterioso que la materia. Los filósofos de la antigüedad forjaron sobre ésta definiciones diferentes.

Demócrito de Abdera (470-380 a. de J.C.) afirmó que se componía de “átomos”, partículas diminutas, inalterables e indivisibles, y Dalton (1802), fundador de la teoría atómica, sostuvo muchos siglos después lo mismo. A partir de entonces, el átomo se convirtió en la atracción de una legión de investigadores, pero fue Rutherford quien, en 1911, reveló su enigmática arquitectura.

La materia se compone de moléculas cuyo diámetro es de dos diezmillonésimas de milímetro, y átomos tan increíblemente pequeños que diez millones de ellos podrían colocarse en fila dentro del punto con que termina esta oración. Durante muchos siglos se creyó que el átomo era el constituyente último e indivisible de la materia; mas ahora se sabe que semeja a un sistema solar ultraminúsculo y que se compone de un núcleo, correspondiente al Sol, y de electrones que giran alrededor del núcleo como planetas.

Este, que no es sólido o macizo ni uniforme, está formado por “protones”, partículas cargadas de electricidad positiva; “electrones”, partículas de electricidad negativa que giran como un torbellino en torno al protón, y “neutrones” que carecen de carga eléctrica. Hay tantos átomos en una gota de agua que si todos los habitantes del mundo se pusieran a contarlos rápidamente y lo hicieran día y noche sin interrupción, necesitarían 10.000 años para terminar la cuenta. Todos los átomos poseen una misma estructura general, misteriosamente conservada por ciertas fuerzas internas, pues los protones que están en el núcleo, cargados de electricidad positiva, deberían repelerse unos a otros violentamente, y no lo hacen. Prueba de que existe alguna otra energía aún desconocida que los mantiene unidos, dando estabilidad al núcleo.

Los principios relacionados con la misma fueron intuidos por algunos estudiosos de la antigüedad, que contemplando ciertos fenómenos no supieron explicarlos de otra manera que por la acción de esas fuerzas misteriosas. Se lanzaron algunos de ellos en su búsqueda pero, sin los elementos que la técnica incorporó siglos después a la acción de la ciencia, sólo lograron entrever lo que sería privilegio de los científicos modernos: El llegar a descubrir y luego darle aplicación.

La historia de la energía nuclear consta de etapas, al frente de cada una de las cuales figuran, entre otros, estos nombres: Rutherford, los Curie, Becquerel, Soddy, Geiger, Moseley, Chadwick, Aston, Thomson, Bothe, Becker, Anderson, Blachett, Fermi, los Joliot-Curie, Urey, Murphy, Coc-koroft, Walton, Lawrence, Kapitza, Otto Hahn, Lise Meitner, Frisen, Niels Bohr, Szilard, Tronstad, Wigner, Compton, Wheeler, Allison, Oppenhei-mer, Dunning, Smyth, Oliphant. Y como denominador común de tanto esfuerzo, Einstein, profeta y matemático genial, cuya ecuación “E = mc2, la más célebre ecuación científica (la energía es igual a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz), revolucionó la concepción corriente sobre el universo y suministró algo más que la base teórica para la desintegración del átomo.

La nacionalidad de cada uno de esos hombres importa poco, pues la ciencia, para quien las fronteras no existen, es evolucionista y depende de la interasociación de las ideas. La genealogía de los grandes descubrimientos científicos muestra que cada hombre de ciencia hereda un tanto de sus predecesores, al margen de la latitud geográfica en que naciera.

Fue a mediados del siglo XIII cuando aprendió el hombre a transformar la energía liberada de las reacciones químicas en energía mecánica de movimiento: inventó la pólvora. Y resulta irónico que ello tuviera más bien propósitos destructivos que constructivos.

Hacia fines del siglo XVII descubrió la manera de aprovechar la energía de combustión para realizar trabajos mecánicos, transformando agua en vapor, y tuvieron que transcurrir otros des siglos antes de que supiera que la energía liberada de la combustión podía utilizarse directamente, sin los intermediarios de agua y vapor, encendiendo una mezcla de aire y combustible pulverizado, en los cilindres del motor conocido actualmente como de combustión interna.

Este último hallazgo trajo otros muchos tras de sí, el más importante de todos: la liberación de la energía nuclear energía casi inimaginable en la cual radica el secreto del calor solar. Lo indivisible fue dividido y lo imposible fue hecho realidad. Es con la creación del mundo el acontecimierto más extraordinario, porque se descubrió la fórmula para perfeccionarlo o para destruirlo.



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La liberación de la energía nuclear persigue cinco objetivos esenciales:
1) transmutar unos en otros casi todos los cuerpos simples, realizando así el sueño ce los alquimistas medievales;
2) dar a la medicina nuevas y poderosas armas para combatir las enfermedades más rebeldes;
3) suministrar nueves procedimientos de investigación que han conducido a grandes progreses en la fisiología de las plantas y animales, incluso del hombre;
4) crear muchas substancias nuevas y producir artificialmente casi todas las materias que se encuentran en la naturaleza;
5) utilizar la energía almacenada en el átomo para usos prácticos de la especie humana.

DESCUBRIENDO LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO: Los primeros años del siglo XX presenciaron el nacimiento de la física nuclear, una nueva ciencia que tendría profundas consecuencias. La estructura del átomo, con los electrones en torno a un diminuto núcleo central, quedó clara hacia 1911-1913, pero sólo gracias a la comprensión de la estructura del núcleo pudieron los científicos dominar la energía encerrada en el corazón del átomo.

El descubrimiento del núcleo reveló que la mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva están concentradas en una pequeña región central. En 1919, Ernest Rutherford había descubierto que los núcleos de varios elementos contenían partículas con carga positiva idénticas al núcleo de hidrógeno, el átomo más ligero. Postuló entonces que estas partículas eran elementos constituyentes de todos los núcleos y les dio el nombre «protones». Trece años más tarde, la imagen quedó completa cuando el físico británico James Chadwick descubrió el neutrón, una partícula eléctricamente neutra, apenas más pesada que el protón.

Juntos, los protones y los neutrones constituyen los núcleos atómicos de todos los elementos (excepto del hidrógeno, cuyo núcleo se compone solamente de un protón). Los científicos saben actualmente que están ligados por la denominada fuerte fuerza nuclear. En todos los átomos, el número de electrones (que determina las propiedades químicas del elemento) equilibra exactamente el número de protones del núcleo. La función de los neutrones consiste en diluir la fuerza eléctrica repulsiva entre los protones, lo cual contribuye a la estabilidad del núcleo atómico. En los núcleos más grandes, se requieren más neutrones para contrarrestar esta repulsión eléctrica; de esta forma, en los núcleos más pesados, el número de neutrones supera al de protones.

Sin embargo, sólo ciertas configuraciones de protones y neutrones resultan completamente estables. Otras producen núcleos inestables o, en otras palabras, radiactivos. Estos núcleos se transforman en estructuras más estables mediante la emisión espontánea de radiaciones: partículas alfa (núcleos de helio), partículas beta (electrones) y rayos gamma (fotones muy energéticos). En determinadas circunstancias, un núcleo grande, como el de uranio, se puede dividir en dos fragmentos más o menos iguales y unos cuantos neutrones, en un proceso denominado fisión.

La energía liberada en el curso de estas transmutaciones es millones de veces mayor que la que interviene en las reacciones químicas, debido a la fuerza de las uniones nucleares. A fines de los años 30, tras descubrir el fenómeno de fisión en el uranio bombardeado con neutrones, los físicos advirtieron que podían provocar una reacción en cadena, consiguiendo que los neutrones liberados en una fisión provocaran otras, y así sucesivamente. Controlada, esta reacción en cadena constituye una fuente de energía útil; si se descontrola, determina una explosión devastadora.

Los físicos advirtieron muy pronto los potenciales usos y abusos de esta fuente de energía nuclear. Sus sueños se han hecho realidad con la construcción de reactores que generan energía atómica para usos pacíficos; pero también se han hecho realidad sus más terribles pesadillas con la proliferación de armas atómicas.

Utilizando partículas alfa como «proyectiles», los físicos descubrieron que los núcleos contienen protones. En la ilustración, varias partículas alfa dejan su rastro en un detector denominado cámara de nubes, según una fotografía de Patrick Blackett, tomada en Cambridge en 1925. La partícula que está más a la derecha (compuesta por dos neutrones y dos protones) colisiona en el aire del detector con un núcleo de nitrógeno (siete neutrones y siete protones) y es capturada, El núcleo absorbe los dos neutrones y uno de los protones, convirtiéndose así en un núcleo de oxígeno-1718 protones y nueve neutrones), pero rechaza el protón restante. Este sigue su trayectoria, describiendo la ramificación más tenue de la izquierda, mientras que el núcleo de oxígeno avanza muy poco más, dejando un trazo breve y grueso.




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