Energía de Enlace Nuclear

Los núcleos están formados por protones y neutrones, pero la masa de un núcleo es siempre menor que la suma de las masas individuales de los protones y neutrones que lo constituyen. La diferencia es una medida de la energía de enlace nuclear que mantiene unido el núcleo. Esta energía de enlace se puede calcular a partir de la fórmula de Einstein:

Para la partícula alfa Δm = 0,0304 u, lo que da una energía de enlace de 28,3 MeV.

La enormidad de la energía de enlace nuclear tal vez se aprecie mejor comparándola con la energía de enlace de un electrón en un átomo. A continuación se muestra la comparación de la energía de enlace de la partícula alfa, con la energía de enlace del electrón en un átomo de hidrógeno. Las energías de enlace nucleares son del orden de un millón de veces mayor, que las energías de enlace de los electrones de los átomos.

La Fisión y la Fusión pueden Producir Energía

Curva de la Energía de Enlace Nuclear

La curva de energía de enlace se obtiene dividiendo la energía de enlace nuclear total, por el número de nucleones. El hecho de que haya un pico en la curva de energía de enlace en la región de estabilidad cerca de hierro, significa que o bien la desintegración de núcleos más pesados (fisión,) o la combinación de núcleos más ligeros (fusión), producirán núcleos que están más fuertemente unido (menos masa por nucleón).

Las energías de enlace de los nucleones están en el rango de millones de electrón-voltios, en comparación con decenas de eV de los electrones atómicos. Mientras una transición atómica podría emitir un fotón, con un rango de unos pocos electrón voltios posiblemente en la región de luz visible, las transiciones nucleares pueden emitir rayos gamma, con energías cuánticas en el rango de MeV.

La producción de elementos más pesados en los procesos de fusión nuclear en las estrellas, está limitado a los elementos por debajo del hierro, ya que la fusión del hierro resta energía en lugar de proporcionarla. El hierro-56 es abundante en los procesos estelares, y con una energía de enlace por nucleón de 8,8 MeV, es el tercer nucléido más estrechamente unido. Su energía de enlace media por nucleón, sólo es superada por ⁵⁸Fe y el ⁶²Ni, siendo el isótopo de niquel el nucléido más fuertemente unido.

Producción por Fisión y Fusión

Se comparan la fusión de deuterio-tritio y la fisión del uranio-235 en términos de rendimiento energético. Se comparan tanto la energía de evento simple como la energía por kilogramo de combustible. Luego se expresan en términos del valor nominal de consumo de energía per cápita de EE.UU.: 5 x 10¹¹ julios. Esta cifra es anticuada y probablemente alta, pero nos da una base para la comparación. Los valores anteriores son, el rendimiento energético total, no la energía entregada al consumidor.