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Solución:
Los núcleos más pesados también pueden fusionarse, pero eso no es muy útil para la producción de energía. Una de las razones es, como mencionaste, la energía de enlace por nucleón. Echemos un vistazo a la curva de energía de enlace (imagen tomada de Wikipedia):
El hierro-56 tiene la energía de enlace más alta por nucleón, lo que significa que es el núcleo más estable. En términos generales, los elementos que quedan del hierro-56 en este gráfico pueden liberar energía por fusión. También podría fusionar elementos más pesados que el hierro-56, pero esto solo costo tu energía.
Otra restricción sobre qué reacciones de fusión son útiles para la producción de energía es la barrera de Coulomb. Cuando quieres fusionar dos núcleos, tienes que traerlos muy juntos, dentro del rango de la fuerza nuclear. Recuerde, sin embargo, que los núcleos consisten en neutrones y protones, por lo que están cargados positivamente. Eso significa que para acercar mucho dos núcleos, también debe trabajar contra la fuerza culómbica que intenta separarlos.
Cuando usas núcleos más pesados, estos tendrán más protones, por lo que aumentará la repulsión culómbica entre los núcleos. Lo que significa que necesitas poner más energía para fusionar los núcleos. Debido a que esto solo resta valor a la eficiencia del proceso, es favorable utilizar núcleos más livianos para los reactores de fusión nuclear.
Una analogía: los nucleones se mantienen unidos debido a un pegamento poderoso (porque de lo contrario se separarían, especialmente los protones porque tienen carga positiva y, por lo tanto, se repelen entre sí). Los núcleos más grandes necesitan más pegamento, pero, hasta que alcanzas los 26 protones (es decir, hierro), la cantidad de pegamento por cada nucleón adicional disminuye. Pasado ese punto, comienza a aumentar de nuevo. Hay una especie de peculiaridad estructural que hace que un núcleo de hierro pueda encajar con menos pegamento (por nucleón) que cualquier otro núcleo.
Entonces, si tomas un núcleo pesado y lo rompes, obtienes pegamento extra, porque las piezas, juntas, usan menos pegamento que el que tenías en el núcleo pesado. Esto es fisión: el pegamento extra es energía extra.
De manera similar, si toma núcleos livianos y los aprieta hasta que se pegan, también obtiene pegamento adicional: el producto de fusión usa menos pegamento que el que comenzó con los dos núcleos no fusionados.
Fusión con núcleos no ligeros es posible, pero cada vez más difícil, porque:
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Los núcleos se repelen entre sí, hasta que están lo suficientemente cerca para que la interacción fuerte (el “pegamento”) tome el control. Los núcleos con más protones tienen mayor carga eléctrica, por lo que se repelen con más fuerza. Para lograr que se fusionen, debes golpearlos con más violencia.
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Cuanto más pesados sean los elementos de origen, menos pegamento extra obtendrá de la fusión. Más allá del hierro, el balance es negativo: se necesita energía extra para que funcione la fusión. Así que no solo tienes que presionar más fuerte para que se fusionen, sino que la fusión extraerá tu temperatura, es decir, lo mismo que usas para que se produzca la fusión.
Considere lo que sucede en las estrellas grandes: normalmente fusionan hidrógeno, pero cuando comienzan a quedarse sin hidrógeno, se contraen y su temperatura interna aumenta hasta que la temperatura más alta permite fusionar elementos más pesados. En última instancia, las estrellas muy grandes terminan realizando fusiones no rentables y pueden producir núcleos muy pesados como el uranio, aunque en cantidades muy pequeñas. Así es como podríamos terminar con uranio en la Tierra.
Aplicaciones en la Tierra como la producción de electricidad o la guerra, nos interesan las reacciones que producen energía, no las reacciones que consumen energía, por lo que usamos fusión para núcleos ligeros y fisión para núcleos pesados.
Hay un caso interesante con el helio. El helio usa especialmente poco “pegamento”, menos que el litio más pesado, por lo que vale la pena energéticamente hacer fisión de litio. Un ciclo de fisión de litio convierte dos núcleos de litio-6 en tres núcleos de helio-4, como dos fisiones sucesivas que involucran protones como catalizadores. Esto es muy bueno en el papel porque involucra solo elementos relativamente comunes, parece susceptible a una “reacción en cadena” (ya que recupera los protones del catalizador, con energía adicional) y es aneutrónico, por lo tanto, teóricamente “limpio”. Desafortunadamente, esta fisión de litio resulta no ser sostenible porque los “protones catalizadores” pierden su energía muy rápidamente en cualquier plasma decente: el “efecto de cadena” no funciona bien.
Bueno, todos somos conscientes del hecho de que todo sistema trata de minimizar su energía potencial. Ahora bien, la energía potencial de los núcleos pesados es mayor que la de los núcleos ligeros. Si se encontrara con FUSIÓN, eso daría como resultado una disminución de la energía de enlace SEGÚN LA CURVA DE ENERGÍA DE ENLACE
Por lo tanto, la fisión daría como resultado una mayor energía de enlace, por lo que se prefiere. Sin embargo, para núcleos más livianos, la FISIÓN daría como resultado una disminución de la energía de enlace, por lo que aquí se prefiere la fusión. Puede ocurrir viceversa, pero te costará energía.