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746 EL NÚCLEO ATÓMICO

XXX – 32. Mecanismo de la fisión nuclear
La masa de un núcleo pesado, uranio por ejemplo, es mayor que la suma de las masas de
cualquier par de fragmentos de fisión, con lo que la fisión espontánea es un proceso exotérmico.
Sin embargo, aunque hay evidencia de que se verifica, la proporción de núcleos que se fisionan
espontáneamente es extremadamente pequeña. La inmersa mayoría de los casos de escisión nu-
clear corresponden a fisión inducida de un núcleo excitado.
Se puede construir una imagen razonablemente aproximada del proceso de fisión utilizando el
modelo nuclear de la gota líquida (ver cuestión XXX-10) según el cual se considera al núcleo
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como una gota de fluido incompresible, de densidad del orden de 10 14 g/cm , con una tensión su-
perficial originada por las fuerzas nucleares.
Una gota líquida no excitada tiene forma esférica como resultado del equilibrio entre el efecto
de la tensión superficial y la repulsión electrostática entre protones. Cuando se añade energía a la
gota en la forma, por ejemplo, de la excitación resultante de la captura de un neutrón, aparecen
oscilaciones en la misma que tienden a hacerle perder su esfericidad. La captura del neutrón da
origen a un núcleo compuesto excitado que existe durante 10 –14 s, aproximadamente; durante este
tiempo la energía de excitación se distribuye entre los grados de libertad posibles del núcleo (vi-
braciones y rotaciones), de forma que si se concentra suficiente energía en uno de éstos se puede
llegar a una forma de la gota alargada con un estrechamiento en su parte central (Fig. XXX-28). Si
la separación entre los dos lóbulos es suficiente, las fuerzas de repulsión electrostática, que son de
alcance mayor que las nucleares, pueden provocar la ruptura en dos gotas esféricas de tamaño pa-
recido.
El que la gota se rompa o no, depende de la energía de excitación. Si ésta no es suficiente-
mente elevada, después de la distorsión la gota recupera la forma esférica liberando el exceso de
energía en forma de radiación gamma; en este caso se habrá producido una reacción (n, g) de
captura radiactiva. Para llegar a la fisión la energía de excitación debe superar un valor mínimo,
que se denomina ENERGÍA CRÍTICA o ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, y que se puede definir como la menor
energía que hay que comunicar al núcleo original para que la gota consiga la forma de estrangula-
miento crítico, a partir del cual la repulsión coulombiana pueda vencer las fuerzas de ligadura has-
ta romper el núcleo en dos fragmentos.
Fig. XXX-28.– Fisión nuclear según Por medio de cálculos basados en la expresión de la cuestión XXX-10 de la energía de ligadu-
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el modelo de la gota líquida. ra por nucleón, se llega a la conclusión de que si el cociente Z /A es mayor de 45 no se precisa
energía de activación para que se produzca la fisión. Valores de este cociente son 37,0 para el Pu-
239, 36,0 para el U-235, 35,6 para el U-238, que, a pesar de ser altos, están bastante lejos del lí-
mite teórico, lo que está en buen acuerdo con la observación de la escasez de fisiones espontáneas
en estos núcleos. La bondad del modelo de la gota líquida para explicar el proceso de fisión viene
también ratificada por el acuerdo entre cálculos teóricos y experiencia en las fisiones del U-235 y
del U-238. El modelo proporciona para la energía crítica de ambos los valores de 6,1 MeV y
7,0 MeV, respectivamente; la diferencia de 0,9 MeV está de acuerdo con el hecho de que la fisión
del primero se produzca con neutrones térmicos y la del segundo con neutrones de energía del or-
den del megaelectrón-voltio. MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR

XXX – 33. Energía liberada en la fisión
Consideremos la fisión del U-235 por un neutrón lento. La energía de ligadura por nucleón
para el uranio es de 7,6 MeV, (Fig. XXX-1), mientras que para los productos estables de la fisión si-
tuados hacia el centro de la figura, es de 8,5 MeV.
El núcleo compuesto U-236 tiene por tanto una energía total de 236 ´ 7,6 MeV, y la de los
fragmentos de la fisión es de 236 ´ 8,5 MeV. Así, la fisión va acompañada de una liberación de
energía del orden de 200 MeV. De esta cantidad, el 85%, aproximadamente, corresponde a la
energía cinética de los fragmentos de fisión, que se transforma en calentamiento del material fisio-
nable si el proceso se verifica dentro de un bloque de éste. El 15% restante se invierte en la
energía cinética de los neutrones emitidos en la escisión y en la energía de excitación de los frag-
mentos, la cual se traduce en la emisión de partículas beta, gamma o de nuevos neutrones.
En los núcleos pesados la energía de ligadura por nucleón es menor que en los ligeros debido
al aumento de la repulsión electrostática conforme aumenta el número de protones del núcleo.
Desde el punto de vista eléctrico podemos obtener el valor aproximado de la energía liberada en
la fisión, mediante el cálculo de la energía potencial electrostática de los dos fragmentos en el ins-
tante de la escisión.
1
1
Para la reacción: 235 U + n ® 141 Ba + 92 Kr + 3 n +Q
36
0
56
0
92
suponiendo los radios nucleares del bario y del kripton dados por la expresión (cuestión XXX-3)
R =1,5 ´10 –15 A 1/3 m, y sustituyendo los valores mencionados en la relación
ZZ e 2
U = 1 2
R + R 2
1
obtenemos para la energía potencial el resultado de 3,19 ´10 –11 J =199,1 MeV.