La teunoloxía nuclear ye la teunoloxía que ta rellacionada coles reacciones de nucleos atómicos de ciertos elementos. Les teunoloxíes nucleares más destacaes son: la enerxía nuclear, la medicina nuclear y les armes nucleares. Desenvolviéronse aplicaciones dende detectores de fumu hasta reactores nucleares, y dende mires d'armes a bombes nucleares.
Historia y contestu científicu
Descubrimientu
La vasta mayoría de los fenómenos naturales más comunes de la Tierra asoceden nel contestu de la gravedá y del electromagnetismu y non de les reacciones nucleares. Esto debe a que los nucleos de los átomos caltiénense separaos porque contienen cargues llétriques positives, y polo tanto se repelen ente sigo.
En 1896, Henri Becquerel taba investigando la fosforescencia en sales d'uraniu cuando él afayó un nuevu fenómenu al que denominó radioactividá.Henri Becquerel Él, Pierre Curie y Marie Curie empezaron a investigar el fenómenu. Nel procesu, ellos aisllaron l'elementu radiu, que ye altamente radiactivu. Ellos afayaron que los materiales radiactivos producen intensos y caltriantes rayos de trés distintes clases, a los cualos denominaron alfa, beta y gamma poles trés primeres lletres del alfabetu griegu. Dalgunos d'estos podíen pasar al traviés de la materia ordinario y toos ellos podíen ser dañibles pa la salú en grandes cantidaes. Tolos primeros investigadores recibieron quemadures por radiación, paecíes a les causaes por quemadures solares y nun s'esmolecíen enforma al respeutu.
El nuevu fenómenu de la radioactividá foi tomáu polos fabricantes de medicines falses (como antes habíenlo fechu tamién cola lletricidá y el magnetismu) y creáronse una gran cantidá de medicines falses y tratamientos qu'usaben la radioactividá.
Gradualmente, diéronse cunta que la radiación producida pola escayencia radiactivu yera radiación per ionización y qu'inclusive cantidaes demasiáu pequeñes pa causar quemadures teníen severa peligrosidá al llargu plazu. Munchos de los científicos que trabayaron con radioactividá morrieron de cáncer como un resultáu de la so esposición a esta. Los primeros tratamientos y medicines qu'usaben radioactividá sumieron pero otres aplicaciones de los materiales radiactivos persistieron, tales como l'usu de sales de radiu pa producir diales autoiluminados en relós y otros preseos.
A la midida que l'átomu entendíase meyor, la naturaleza de la radioactividá conocióse más claramente. Dellos grandes nucleos atómicos yeren inestables y polo tanto tamién el so tasa d'escayencia (lliberación de materia o enerxía) a intervalos aleatorios. Les tres formes de radiación que Becquerel y los Curies afayaron entender de meyor manera. La desintegración o decaimiento Alfa ye cuando un nucleu llibera una partícula alfa, que ye cuando dos protones y dos neutrones, equivalente a un nucleu d'heliu. La desintegración Beta ye la lliberación d'una partícula beta, un electrón d'alta enerxía. La desintegración Gamma llibera rayu gamma, qu'a diferencia de les radiaciones alfa y beta nun ye materia sinón que ye radiación electromagnético de bien alta frecuencia, y polo tanto enerxía. Esti tipu de radiación ye la más peligrosa y ye la más malo de bloquiar. Estos trés tipos de radiación asoceden naturalmente en Llista d'elementos per estabilidá de los isótopos dalgunos elementos específicos.
Llegóse a la conclusión que la fonte orixinal de la mayor parte de la enerxía d'orixe terrestre ye nuclear, yá sía al traviés de la radiación del Sol que ye causada por reacciones termonucleares estelares o pola escayencia radiactivu del uraniu dientro de la Tierra, la principal fonte de la enerxía xeotérmica.
Fisión
Na radiación nuclear natural, los subproductos son bien pequeños cuando se comparen a los nucleos de los cualos aníciense. La fisión nuclear ye'l procesu d'estremar un nucleu en dos partes aproximadamente similares, procesu que llibera enerxía y neutrones. Si estos neutrones son prindaos por otru nucleu inestable, estos tamién pueden fisionarse, lo que puede llevar a una reacción en cadena. La cantidá permediu de neutrones lliberaos por nucleu qu'inflúin na fisión d'otru nucleu llámase k. Los valores de k más grandes que 1 significa que la reacción de fisión ta lliberando más neutrones de los qu'absuerbe, y polo tanto llámase-y como una reacción en cadena auto sostenible. Una masa de material fisible lo suficientemente grande (y nuna configuración fayadiza) pa inducir una reacción en cadena auto sostenible ye llamada una masa crítico.
Cuando un neutrón ye prindáu por un nucleu fayadizu, la fisión puede asoceder de momentu, o'l nucleu puede persistir nun estáu inestable por un curtiu tiempu. Si esisten les abondes escayencies inmediates para soporta la cadena en reacción, dizse sobre esa masa que ye darréu crítica, y la enerxía lliberada va crecer rápida y incontrolablemente, lo que usualmente lleva a una esplosión.
Cuando s'afayó de primeres de la Segunda Guerra Mundial, esta idea llevó a dellos países a empezar programes qu'investigaren la posibilidá de construyir una bomba atómica — una arma qu'utilizara les reacciones de fisión pa xenerar lloñe muncho más enerxía de lo que yera posible llograr con esplosivos químicos. El Proyeutu Manhattan, lleváu a cabu por Estaos Xuníos cola ayuda del Reinu Xuníu y de Canadá, desenvolvió delles armes de fisión que fueron usaes contra Xapón en 1945. Mientres el proyeutu, tamién se desenvolvieron los primeres reactores de fisión, anque ellos fueron usaos principalmente pa la fabricación d'armes y non pa xenerar lletricidá.
Sicasí, si la masa ye crítica namái cuando los neutrones retrasaos tán incluyíos, la reacción puede ser controlada, por casu por aciu la introducción o remoción de materiales qu'absuerben los neutrones. Esto ye lo que dexa que puedan construyise reactores nucleares. Los neutrones rápidos nun son prindaes fácilmente pol nucleu, asina la so velocidá tien de ser menguada (neutrones lentos), xeneralmente por aciu el choque col nucleu d'un moderador de neutrones, primero que puedan ser prindaos con mayor facilidá. Anguaño, esti tipu de fisión ye comúnmente usada pa xenerar lletricidá.
Fusión
Si los nucleos son forzaos a topetar, ellos pueden producir lo que se conoz como fusión nuclear. Esti procesu puede lliberar o absorber enerxía. Cuando'l nucleu resultante ye más llixeru que'l del fierro, de normal llibérase enerxía; cuando'l nucleu ye más pesáu que'l del fierro, xeneralmente absuérbese enerxía. Esti procesu de fusión asocede nes estrelles, que deriven la so enerxía del hidróxenu y del heliu. Ellos formen, al traviés de la nucleosíntesis estelar, elementos llixeros (litiu a calciu) según dalgunos de los elementos más pesaos (más allá del fierro y el níquel, al traviés del procesu-S). Los restantes elementos pesaos, del níquel al uraniu y más allá, ye por cuenta de la nucleosíntesis de supernoves, el procesu-R.
De xacíu, estos procesos naturales d'astrofísica nun son exemplos de la "teunoloxía" nuclear. Por cuenta de la bien fuerte repulsión de los nucleos, la fusión ye malo de llograr d'una forma controlada. La bomba d'hidróxenu llogra'l so enorme poder destructivu de la fusión, pero la so enerxía nun puede ser controlada. La fusión controlada llógrase en aceleradores de partícules; ye d'esta forma como se producen munchos elementos sintéticos. Un fusor tamién puede producir fusión controlada y ye una útil fonte de neutrones. Sicasí, dambos dispositivos funcionen con una perda neta d'enerxía. Una fonte d'enerxía de fusión controlable, vidable probó ser elusiva, a pesar del ocasional engañu de la fusión fría. Les dificultaes téunicu y teóricu estorbaron el desenvolvimientu de teunoloxía de fusión d'usu civil que funcione, anque la investigación sigue anguaño en munches partes nel mundu.
Primeramente la fusión nuclear foi investigada namái teóricamente mientres la Segunda Guerra Mundial, cuando los científicos del Proyeutu Manhattan (lideraos por Edward Teller) investigar como un métodu pa construyir una bomba. El proyeutu foi intennsificado dempués de concluyir que se riquir d'una reacción de fisión pa españala. Recién nel añu 1952 la primer bomba d'hidróxenu pudo ser españada, llamada asina por cuenta de qu'usa les reacciones ente'l deuteriu y el tritiu. les reacciones de fusión son muncho más enerxétiques por unidá de masa de combustible nuclear que les reacciones de fisión, pero empezar una reacción en cadena de fusión ye muncho más difícil.
Armes nucleares
Una arma nuclear ye un dispositivu esplosivu que deriva la so fuercia destructivo de les reacciones nucleares, yá sía por fisión o una combinación de fisión y fusión. Dambos tipos de reacciones lliberen enormes cantidaes d'enerxía a partir de relativamente pequeñes cantidaes de materia. Inclusive dispositivos nucleares pequeños pueden afarar a una ciudá pola onda de choque, fueu y radiación. Les armes nucleares son consideraes como armes de destrucción masiva y el so usu y control fueron un aspeutu principal de la política internacional dende'l so debú.
El diseñu d'armes nucleares ye más complicáu de lo que paez ser. Una arma d'esti tipu tien de contener una o más mases fisibles subcríticas lo suficientemente estables pa ser esplegaes, pa depués inducir o crear una masa crítico pa poder españala. Tamién ye bien difícil asegurar que la reacción en cadena peracaba una fracción significativa del combustible primero que'l dispositivu vuele en cachos. El llogru d'un combustible nuclear tamién ye más difícil de lo que paez ser, una y bones nenguna sustancia d'escurrimientu natural ye lo suficientemente inestable por que esti procesu asoceda.
Un isótopu d'uraniu, l'uraniu-235, asocede naturalmente y ye lo suficientemente inestable, pero siempres s'atopa entemecíu col isótopu más estable uraniu-238. Esti postreru compón más del 99% del pesu del uraniu natural. De siguío métodos de separación d'isótopos basaos nel pesu de trés neutrones tienen de realizase para arriquecer (aisllar) l'uraniu-235.
De forma alternativa, el plutoniu tien un isotopo que ye lo suficientemente inestable pa ser aplicable. El plutoniu nun asocede naturalmente, asina que ten de ser fabricáu nun reactor nuclear.
Eventualmente, el Proyeutu Manhattan fabricó armes nucleares basaes en cada unu d'estos elementos. Ellos españaron la primer arma nuclear nuna prueba denomada "Trinity", cerca d'Alamogordo, Nuevu Méxicu, el 16 de xunetu de 1945. La prueba foi realizada p'asegurase que'l método d'implosión funcionaría pa españar una bomba atómica. Una bomba d'uraniu, la Little Boy (en castellán: Neñín), foi llanzada sobre la ciudá xaponesa de Hiroshima el 6 d'agostu de 1945, siguida tres díes más tarde por una basada en plutoniu denomada Fat Man (en castellán: Gordu) llanzada sobre Nagasaki. Como resultáu de la devastación y muertes ensin precedente provocaos por una sola bomba, el gobiernu xaponés rindióse, terminando cola Segunda Guerra Mundial.
Dende estos bombardeos nenguna arma nuclear foi esplegada ofensivamente. Sicasí, elles provocaron qu'una carrera d'armes desenvolver pa crear bombes cada vez más destructives como una forma de disuasión nuclear. Apenes cuatro años más tarde, el 29 d'agostu de 1949, la Xunión Soviética españó la so primer arma de fisión. El Reinu Xuníu siguir el 2 d'ochobre de 1952, Francia el 13 de febreru de 1960 y China el 16 d'ochobre de 1964. Estos cinco países ye-y dexáu tener armes nucleares sol Tratáu de Non Proliferación Nuclear. Namái cuatro estaos soberanos reconocíos nun son parte del tratáu: India, Israel, Paquistán y Corea del Norte. India, Paquistán y Corea del Norte probaron abiertamente y declararon que tienen armes nucleares. Israel caltuvo una política d'ambigüedá respectu al so propiu programa d'armes nucleares. Corea del Norte aportó al tratáu, violar y retiróse nel añu 2003.