Transmutación

Definición de transmutación

Empecemos por la definición de transmutación.

Básicamente, "transmutación" es cuando un elemento se convierte en otro mediante algún tipo de proceso nuclear.

Causas de la transmutación

Existen dos tipos principales de transmutación:

1. Reacciones nucleares

2. Desintegración radiactiva

Existen dos "causas" principales de la transmutación: la natural y la artificial. Vamos a desglosarlas.

Transmutación natural

Centrémonos primero en la transmutación natural.

Desintegración radiactiva

La desintegración radiactiva se produce de forma natural cuando un núcleo se vuelve demasiado inestable. Para estabilizarse, emite radiaciones en forma de partículas, como neutrones o partículas alfa (núcleo de helio).

Por ejemplo, he aquí el proceso del radio-226 emitiendo una partícula alfa para convertirse en radón-222:

Fig.1-Desintegración radiactiva del radio-226

El número de arriba a la izquierda es la masa atómica, que equivale al número de protones + neutrones. El número de abajo a la izquierda es el número atómico, que es igual al número de protones. Cada elemento tiene un número atómico único, por lo que un cambio en los protones da lugar a un cambio de elemento.

En este caso, el radio pierde dos protones cuando emite la partícula alfa, lo que hace que se convierta en radón.

Reacciones nucleares

La principal reacción nuclear natural es la nucleosíntesis estelar.

Fig.2-El proceso de fusión solar

Básicamente, diferentes núcleos de hidrógeno chocaron entre sí hasta que tuvieron suficientes protones y neutrones para formar un átomo de helio estable.

Transmutación artificial

Hablemos ahora de la transmutación artificial.

Cuando las partículas de un acelerador lineal, ciclotrón o sincrotrón chocan con átomos de un elemento, el átomo cambia de alguna manera. Esto se llama transmutación "artificial" o "inducida". Todos los elementos con números atómicos superiores a 92, como el plutonio, son fabricados por el ser humano mediante un proceso llamado transmutación. La mayoría de las reacciones nucleares implican la transmutación artificial de elementos, pero suelen llamarse "fisión", "fusión" o "irradiación" en lugar de "transmutación".

Fig.3-Un acelerador lineal

Utilizando aceleradores de partículas que bombardean elementos con partículas alfa, deuterones o núcleos pequeños, es posible transformar un elemento en otro. Algunos protones de las partículas bombardeadoras se quedan atrapados en el núcleo del elemento objetivo, lo que acelera el cambio. En un reactor nuclear, los neutrones golpean el núcleo objetivo, lo que hace que los núcleos se separen.

En las primeras pruebas, se golpeó un núcleo con partículas alfa de bismuto-214 (^214Bi) que se movían muy rápidamente. Rutherford realizó la primera reacción nuclear con estas partículas alfa y nitrógeno en 1919. En esta reacción, un núcleo de helio de movimiento rápido reaccionó con un núcleo de nitrógeno de movimiento lento para formar dos nuevos núcleos y un protón. Esto demostró que los elementos pueden transformarse en otras cosas.

Ejemplos de transmutación artificial

He aquí algunos ejemplos de transmutación artificial:

1-Destruyendo una partícula alfa en el núcleo del nitrógeno, puedes convertirlo en oxígeno. Como parte del cambio, se forma un único átomo de hidrógeno.

$$^{14}_7Ne + ^4_2He πrightarrow ^{17}_8O + ^1_1H$$

2-Añadir una partícula alfa al núcleo del aluminio lo transforma en fósforo. Como resultado del cambio, se produce un neutrón.

$$^{27}_{13}Al + ^4_2He πrightarrow ^{30}_{15}P + ^1_0n$$

Es importante recordar que las tres "leyes de conservación" se aplican a las reacciones nucleares:

• La carga permanece igual, lo que significa que el total de las cargas de la izquierda es el mismo que el total de las cargas de la derecha.
• En una reacción nuclear, no cambia el número de nucleones.
• La relación entre masa y energía es estable.

Fisión nuclear

Antes hemos hablado de la fusión nuclear, pero también existe la reacción "opuesta" llamada fisión nuclear

Por ejemplo, a continuación se muestra la escisión del uranio debido a la colisión con un neutrón:

Fig.4-Fisión nuclear del uranio

Cuando un neutrón choca contra un átomo mayor, hace que el átomo mayor se excite y se divida en dos átomos más pequeños. Estos átomos más pequeños se denominan productos de fisión. También se desprenden neutrones, lo que puede desencadenar una reacción en cadena. Cuando cada átomo se rompe, desprende una enorme cantidad de energía.

El uranio y el plutonio se utilizan sobre todo en los reactores nucleares de potencia para las reacciones de fisión, porque son fáciles de poner en marcha y mantener bajo control. En estos reactores, la fisión desprende energía que calienta el agua para producir vapor. El vapor hace girar una turbina para producir electricidad que no contiene carbono.