Núcleo atómico y reacciones nucleares

a) En la fisión, un núcleo pesado (uranio, plutonio) se rompe, normalmente al capturar un neutrón, en dos núcleos de masa intermedia más varios neutrones. En la fusión, dos núcleos muy ligeros (isótopos del hidrógeno) se unen para formar uno mayor.

En ambos casos los núcleos resultantes tienen mayor energía de enlace por nucleón que los de partida: la curva de estabilidad tiene su máximo hacia el hierro ($A \approx 56$), de modo que conviene subir hacia él tanto desde la izquierda (fusión) como desde la derecha (fisión). Eso significa que la masa de los productos es menor que la de los reactivos,$$\Delta m = \sum m_{\text{reactivos}} - \sum m_{\text{productos}} > 0$$y esa masa que "falta" se libera como energía:$$E = \Delta m\,c^2$$El origen de la energía es, por tanto, la energía de enlace nuclear, asociada a la interacción nuclear fuerte, y no una reacción química.

b) La reacción de la bomba de hidrógeno (fusión deuterio-tritio) es$$^{2}_{1}\text{H} + \,^{3}_{1}\text{H} \;\longrightarrow\; ^{4}_{2}\text{He} + \,^{1}_{0}\text{n}$$Comprobamos el ajuste: números másicos $2+3 = 4+1$; números atómicos $1+1 = 2+0$.

Defecto de masa:$$\Delta m = (2{,}0141 + 3{,}0170) - (4{,}0026 + 1{,}0086) = 5{,}0311 - 5{,}0112 = 0{,}0199\,\text{u}$$En kilogramos:$$\Delta m = 0{,}0199 \cdot 1{,}67\cdot 10^{-27} = 3{,}32\cdot 10^{-29}\,\text{kg}$$Energía liberada por cada núcleo de helio formado:$$E = \Delta m\,c^2 = 3{,}32\cdot 10^{-29}\cdot (3\cdot 10^{8})^2 = 2{,}99\cdot 10^{-12}\,\text{J}$$En electronvoltios: $E = 2{,}99\cdot 10^{-12} / 1{,}6\cdot 10^{-19} \approx 1{,}87\cdot 10^{7}\,\text{eV} = 18{,}7\,\text{MeV}$.