DE L'ÀTOM A LA FISIÓ I DESPRÉS, A LA FUSIÓ NUCLEAR

 

En temps dels filòsofs grecs, l'home tenia gran interès en saber com eren les coses, tant les visibles, com les invisibles; les racionals i irracionals. Així van interessar-se per la matèria, i es va considerar que l'element més petit en què es podia dividir-se era l'àtom. Una partícula de forma esfèrica que junt amb els altres àtoms formaven les diferents matèries existents. El altres científics posteriors adoptaren la paraula àtom, que en grec significa "no divisible", per a aquestes partícules. Poc a poc però, es va anar descobrint que els àtoms es podien dividir en altres partícules més petites en el seu interior, fins al punt de que actualment no es poc delimitar el límit de divisions d'aquestes.

 

L'àtom es pot dividir en tres partícules bàsiques subatòmiques: els protons, els neutrons i els electrons. Els neutrons i els protons resideixen en el centre de l'àtom en forma de nucli. Els neutrons no tenen càrrega elèctrica, son neutres, i els protons tenen càrrega positiva. Finalment els electrons, amb càrrega elèctrica negativa, giren al voltant del nucli amb una òrbita indeterminada i, gràcies a la diferència de càrregues elèctriques amb els protons, es manté dins de l'àtom. Això vol dir que dins de l'àtom es manté un equilibri de càrregues.

 

Interior d'un àtom

 

Quan analitzem els àtoms, podem veure que cada matèria té un nombre diferent de neutrons, protons i electrons. Segons aquest nombre ens trobarem davant d'un element diferent a un altre. Tant els gasos com l'Hidrogen, com els sòlids o líquids s'especifiquen en la taula periòdica dels elements a on es classifiquen segons la seva quantitat de protons, anomenat nombre atòmic.

 

La investigació també va explicar la creació de les altres molècules a partir de la unió dels elements. Aquestes molècules es basen en l'intercanvi d'electrons entre àtoms, fet que en genera una força que els uneix. Així tenim que dos àtoms d'Hidrogen que s'enllacen amb un d'Oxigen generen una molècula aigua (coneguda com H2O).

 

Quan un element té diferents variants de combinacions possibles en quantitat de neutrons, considerem que són materials isòtops. Es a dir, que són el mateix element però amb aquesta diferència. La seva inestabilitat fa que els àtoms es desintegrin al llarg del temps i que per aquesta raó generin radiació. La radiació ha existit des de sempre en el nostre planeta, i en els rajos provinents de l'univers. Els rajos que crea la radioactivitat es classifiquen en tres tipus: alfa, beta i gamma. Els alfa i beta són de poc abast i són fàcils d'obstaculitzar, però no així els gamma, que només s'aconsegueix parar-los amb gruixudes barreres de plom.

 

La destrucció d'un nucli atòmic s'anomena fisió nuclear, i és el procediment que s'utilitza per a generar energia atòmica. Quan es destrueix el nucli, els neutrons surten llançats a grans velocitats fet que provoca la destrucció d'altres nuclis i una reacció de fisions en cadena. La fisió nuclear d'una bomba atòmica no és controlable i això genera un resultat inestable. Aquest fet s'ha aconseguit controlar en les centrals nuclears per mantenir la seva seguretat.

 

Cadena de fisió de l'urani

 

L'altre generació d'energia amb nuclis atòmics és la fusió nuclear. Aquest procediment encara està en estudi i promet nous descobriments dins de l'energia atòmica. Es basa en generar nous nuclis amb la unió de dos nuclis més lleugers, al que se li unirà un altre nucli i així contínuament . La energia que es desprèn és enormement més potent que la que es genera per la fisió nuclear.

 

En les centrals nuclears es genera energia mitjançant la calor que genera la fisió nuclear. Les centrals nuclears creen electricitat mitjançant la calor de la fisió del nucli del reactor aplicada a aigua que genera vapor d'aigua. Mitjançant substàncies dissoltes a l'aigua o de barres entre el combustible, s'aconsegueix mantenir els efectes de la fisió. L'aigua utilitzada pel reactor es torna a reconduir mitjançant un cicle i el vapor generat mourà les turbines que generaran la energia elèctrica final.

 

La investigació amb partícules subatòmiques està esdevenint un camp d'estudi molt important. Sobretot la tasca que es realitzarà en el CERN (Organització Europea per a la Recerca Nuclear) amb l'accelerador de partícules de forma circular de 27 quilòmetres de llargària i a una profunditat d'entre 50 i 150 metres, anomenat LHC (Gran Col·lisionador d'Hadrons). Aquí es pretén introduir protons i accelerar-los a gairebé la velocitat de la llum. Observant la seva col·lisió es podrà determinar la validesa de les teories de la creació de l'univers i de la matèria. Es necessita un complex sistema de refrigeració que manté els imants conductors del circuit a -271ºC i un estat de buit a l'interior semblant al de l'univers. Va posar-se en funcionament a l'octubre de 2008, i a causa d'un problema actualment s'està reparant. Es considera que es posarà altra vegada en funcionament a finals de setembre de 2009. L'observació de l'estructura de les partícules que col·lisionen i l'estructura de les partícules noves es pot realitzar gràcies al processament de les dades d'un sistema informàtic en el que hi participen onze centres repartits pel món. Entre els quals hi trobem el PIC (Port d'Informació Científica) a on hi participa la UAB (Universitat Autònoma de Barcelona) i el Departament d'Innovació, Universitats i Empresa de la Generalitat de Catalunya (DIUE).

 

Túnel del LHC

 

 

La gran quantitat de teories existents esperen impacients les proves del LHC. Teories sobre altres dimensions o la coneguda teoria del Big Bang, molt acceptada per la comunitat científica que explica la creació de l'univers a partir d'una gran explosió de matèria inicial. Potser passaran a la història després d'observar el xoc d'uns minúsculs protons, bé per ser certes o per acabar essent recordades com una teoria més que la ciència a desestimat. S'espera, aixòo sí, descobrir nous camps de recerca.  Aquesta possibilitat ha aconseguit reanimar l'interès científic, i potser, els seus futurs estudiants.

 

 

 

LINKS

 

http://www.lhc.cat/index.html

 

Amplia informació del CERN i del LHC. Inclou fitxes que expliquen el seu funcionament en l'apartat de material didàctic.

 

 

http://www.mnactec.cat/

 

Exposició del museu de Terrassa que es pot visitar virtualment sobre el CERN, l’LHC i la física de partícules.  Interessant joc del Big Bang per entendre la teoria de la creació de la matèria i l'univers.

 

 

http://www.csn.es/

 

Web del Consell de Seguretat Nuclear.  Interessants infografies en el "canal saber" que expliquen els àtoms, l'energia atòmica i les centrals nuclears.  Gran quantitat d'informació.

 

 

http://www.smartplanet.es/redesblog/

 

Important programa científic presentat per Eduard Punset.  En aquest web es poden visualitzar els programes emesos per televisió.  Recomanem visualitzar el redes 21 (Cómo empezó todo) i 23 (Más allá del átomo) que estan en la secció "Física y Universo".