¿Cuál es la diferencia entre fusión y fisión nuclear?

La fusión y la fisión nuclear son dos procesos muy relacionados pero que han tenido una historia y un desarrollo increíblemente diferente. Aunque la fusión se descubrió y consiguió antes, la fisión ha transformado nuestro mundo por completo.

Desde que el filósofo griego Demócrito hablara por primera vez de átomos, aquellos entes indivisibles que debían constituir la unidad mínima de materia, ha pasado mucho tiempo. Unos 2 500 años concretamente. Y desde entonces hemos aprendido mucho, especialmente en los últimos dos siglos. Hacia finales del siglo XIX nos dimos cuenta de que los átomos no hacían honor a su nombre y sí eran divisibles. Tenían un núcleo, que acumulaba la mayor parte de su masa, y una nube de electrones a su alrededor. Durante las primeras décadas del siglo XX se harían una serie de descubrimientos relacionados que no solo redefinirían la física de lo más pequeño, sino que tendrían consecuencias importantísimas para nuestra sociedad.

Estos son los procesos de fusión y fisión nuclear. Básicamente estos procesos son opuestos. En la fusión nuclear dos núcleos atómicos se combinan para crear uno más grande, mientras que en la fisión nuclear un núcleo atómico de gran tamaño se rompe en al menos dos pedazos más pequeños. Sin embargo, esa es la única similitud que tienen porque todo lo que los rodea es completamente diferente.

La fusión nuclear fue propuesta por primera vez en 1915 por el químico estadounidense William Harkins. Tan solo unos años después, en 1921, Arthur Eddington sugeriría que los procesos de fusión que involucran al hidrógeno y al helio podrían ser la principal fuente de energía del Sol. Esta propuesta vino por un lado del hecho de que estos elementos constituían la composición principal de la estrella. Además, no se conocía ningún proceso químico capaz de generar tanta energía como para mantener a una estrella durante suficiente tiempo, por lo que debía tratarse de un tipo de reacción más fundamental y energético. Apenas 17 años después de aquella primera propuesta de Harkins, pudimos conseguir fusionar los primeros núcleos atómicos de forma intencionada. Mark Oliphant, a partir de los experimentos de Patrick Blacket consiguió fusionar isótopos de hidrógeno en 1932. Resulta paradójico que se consiguiera antes experimentalmente la fusión nuclear que la fisión, dado el estado actual de las tecnologías asociadas a ambas.

Durante aquella década de los 30 se harían los mayores avances teóricos en ambos procesos. Hans Bethe desarrollaría la base de la teoría que explica el ciclo de fusión nuclear que hace brillar al Sol y al resto de estrellas del universo. En el Sol este proceso involucra principalmente a cuatro núcleos de hidrógeno que, tras varios pasos intermedios y emitiendo algunas partículas como neutrinos y fotones, acaban creando un núcleo de helio.

El descubrimiento de la fisión vino tras avances experimentales más lentos pero firmes. A finales del siglo XIX Henri Becquerel había descubierto la radiactividad al observar la radiación emitida por núcleos de uranio, capaz de desvelar placas fotográficas. Este fenómeno fue ampliamente estudiado por él mismo así como por Marie y Pierre Curie, además de por Ernest Rutherford. Esta radiactividad que habían estudiado ocurría de forma natural, pero en la década de 1910 se consiguió por primera vez un proceso relacionado, la transmutación. Concretamente un átomo de nitrógeno se transformó en uno de oxígeno al bombardearlo con una partícula alfa, un núcleo de helio.

Años más tarde se haría experimentos en la misma línea pero con núcleos más grandes, como el de uranio. La esperanza era crear elementos nuevos, todavía más pesados que el uranio. Tras unos resultados un poco confusos del italiano Enrico Fermi, un equipo alemán investigó el tema a fondo. Otto Hahn y Fritz Strassmann descubrieron el 19 de diciembre de 1938 que al bombardear núcleos de uranio con neutrones muy energéticos se obtenía bario entre los productos. Esto no tenía ningún sentido para ellos, pues el bario contaba con 36 protones menos en el núcleo y por tanto era considerablemente más ligero. Lise Meitner, una científica austriaca que había tenido que exiliarse a Suecia por el ascenso del nazismo, consiguió explicar este proceso apenas un mes después, en 1939. La noticia de este descubrimiento se extendió por todo el mundo y motivó la creación del proyecto Manhattan y de las bombas nucleares que Estados Unidos lanzó sobre Japón en 1945.

Aunque esta tecnología tuviera unos orígenes oscuros, convirtiéndose en el arma más mortífera jamás usada por los humanos, a día de hoy tiene un uso muy importante, como fuente de energía baja en gases de efecto invernadero. El desarrollo de la energía nuclear, que utiliza la fisión de uranio para calentar vapor de agua y con ello generar electricidad empezó justo después del desarrollo para fines bélicos y en parte como consecuencia de este. La energía nuclear tiene una imagen negativa en el imaginario colectivo aunque la realidad es que, incluso tras desastres tan graves como el de Chernobyl, de 1986, no se ha cobrado ni un mínimo porcentaje de vidas en comparación a las cobradas por la contaminación derivada de la quema de combustibles fósiles. Según la OMS, esta contaminación es responsable cada año de millones de muertes prematuras en todo el mundo.

La fusión nuclear por otro lado aún no ha podido ser controlada completamente. Para poder utilizarla como fuente de energía, necesitamos que esta fusión nuclear se mantenga en el tiempo, retroalimentándose. Aunque se han conseguido logros parciales, como extraer más energía de la que se había introducido en el sistema, aún estamos lejos de que este proceso alimente nuestro mundo. De conseguirlo, esto supondría una auténtica revolución pues con apenas unos gramos de hidrógeno (que puede conseguirse por ejemplo del agua) podríamos obtener tanta energía como con toneladas y toneladas de combustibles fósiles y además sin emitir gases de efecto invernadero en el proceso.