Análisis energético de la formación del núcleo

Al estar compuesto el núcleo de protones y neutrones, la masa del núcleo supuestamente será la suma de las masas de sus constituyentes. Experimentalmente sabemos que las masa de los núcleos estables es siempre un poco menor que la suma de las masas de sus constituyentes. Si la masa de un núcleo es M = M ( Z, A ) y las masas de un protón y un neutrón son respectivamente m_p y m_n, la cantidad Dm = Z. m_p + N. m_n recibe el nombre de defecto másico y es una medida de la estabilidad del núcleo. Conocido es que la teoría de la relatividad equipara masa y energía, relacionándolas mediante la famosa ecuación DE = Dm . c². Así, aplicando el Principio de Conservación de la energía, tenemos que la energía que obtengamos será la diferencia entre la energía del núcleo y la que tendrían todos los nucleones si estuviesen en reposo lo bastante separados para no sentir la fuerza nuclear fuerte entre ellos. Esta importante cantidad se conoce como energía de enlace o de ligadura, E:

                                                                        E = (Z. m_p + N. m_n ) . c²

Ésta es la cantidad de energía que hay que comunicar al núcleo par poder deshacerlo, separando completamente los nucleones, al igual que es la energía que se desprende en la formación de un núcleo. Dividiendo la energía de ligadura entre el número de nucleones del núcleo obtenemos la energía de ligadura por nucleón, que nos da una idea de la estabilidad de los núcleos; cuánto mayor sea, más estable será el núcleo, ya que se requerirá más energía por nucleón para descomponerlo en sus nucleones. La evaluación de esta energía de ligadura de nucleón para los distintos núcleos nos da unos valores prácticamente constantes, de aproximadamente 8,5MeV, en una zona central de valores de A. Sin embargo existen dos zonas de menor estabilidad nuclear, correspondientes a núcleos ligeros y a núcleos pesados, con valores menores de esta energía , valores que sin embargo crecen al acercarse a la zona central. Así las dos formas de ganar energía por nucleón en una reacción nuclear, y por lo tanto pasar a una situación más estable, con el consiguiente desprendimiento de energía, son la fisión de un núcleo pesado en dos más ligeros de la zona central o la fusión de dos núcleos ligeros para dar uno más pesado, más próximo a esa zona central.

De masa a energía.-

La energía ni se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma. El gran "secreto" de la energía atómica es que se obtiene energía de la variación de la masa de los átomos. Esta obtención de energía se basa en la referida fórmula de Einstein E = mc².

Sustituyendo c por su valor tenemos: E = (2´99776 x 10¹⁰)² = 8´9866 x 10²⁰ unidades de energía por cada gramo de masa, lo que equivale a 25 millones de kilowatios/hora (25 Megawatios/hora) de energía por cada gramo de masa transformada.

Sin embargo, no toda la masa se transforma en energía, por lo que siempre habrá cierta pérdida de ésta.

El Mega-electrón-Volt.-

En las reacciones nucleares se expresa la energía en términos de eV (electronVolt), unidad que corresponde a la energía susceptible de adquirir un electrón (carga del electrón = 1´602 x 10^-19 columbios) bajo el campo electrostático de la unidad de medida MKS. Para expresar la energía en unidades de masa atómica (u.m.a)) se aplica la relación: 

1 u.m.a = 9´315 x 10⁸ eV = 931´5 MeV