Fusión Nuclear
La fusión nuclear es el proceso en el cual núcleos atómicos ligeros, como el hidrógeno, se combinan en núcleos más pesados y liberan una energía enorme, alimentando a las estrellas.
Definition
La fusión nuclear ocurre cuando núcleos atómicos diminutos se juntan para formar un núcleo más grande y liberan una enorme cantidad de energía, lo cual es cómo el Sol y todas las estrellas producen su luz y calor. La energía proviene del hecho de que el núcleo producto tiene ligeramente menos masa que los núcleos iniciales; en el núcleo del Sol cuatro núcleos de hidrógeno se fusionan en un núcleo de helio, y esto requiere temperaturas de millones de grados para que los núcleos se muevan lo bastante rápido como para superar su repulsión eléctrica. La fusión libera energía siempre que la energía de enlace por nucleón del producto exceda la de los reactivos, lo cual se cumple para núcleos más ligeros que el hierro-56. Las estrellas parecidas al Sol usan la cadena protón-protón, las estrellas más masivas usan el ciclo CNO, y la fusión en el núcleo produce todos los elementos desde el helio hasta el hierro, con elementos más pesados forjados en supernovas y fusiones de estrellas de neutrones.
Example
En las profundidades del Sol, el hidrógeno se comprime y calienta hasta convertirse en helio, y la energía liberada es lo que calienta tu cara en un día soleado. Cuando cuatro núcleos de hidrógeno se convierten en un núcleo de helio, cerca del $0.7\%$ de su masa se transforma en energía, y el Sol convierte unas $600$ millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo. La reacción neta $4\,{}^1\text{H} \rightarrow {}^4\text{He} + 2e^+ + 2\nu_e$ libera unos $26.7\ \text{MeV}$ a partir de un déficit de masa de unos $0.029\ \text{u}$, convertido mediante $E = mc^2$.
Key Insight
La fusión necesita un calor y una presión increíbles, razón por la cual ocurre en el centro de una estrella y no en la superficie de la Tierra, y por qué las plantas de energía de fusión aún están en desarrollo. La fusión es lo opuesto a la fisión: la fisión divide átomos pesados como el uranio, la fusión une átomos ligeros, y ambas liberan energía porque los productos están más fuertemente unidos. El núcleo del Sol ni siquiera es lo bastante caliente para que la física clásica permita la fusión; el efecto túnel cuántico permite que los protones atraviesen la barrera de Coulomb que no podrían escalar, y aun así un protón dado espera en promedio miles de millones de años antes de fusionarse.