Energía nuclear (atómica). pros y contras nucleares

La energía nuclear es la única forma de satisfacer la creciente necesidad de electricidad de la humanidad.

Ninguna otra fuente de energía es capaz de producir suficiente electricidad. Su consumo global aumentó en un 39% desde 1990 hasta 2008 y aumenta cada año. La energía solar no puede satisfacer las necesidades de electricidad industrial. Las reservas de petróleo y carbón se agotan. En 2016, había 451 unidades de energía nuclear en funcionamiento en el mundo. En total, las unidades eléctricas generaron el 10,7% de la generación eléctrica mundial. El 20% de toda la electricidad generada en Rusia es producida por centrales nucleares.

La energía liberada durante una reacción nuclear supera con creces la cantidad de calor liberado durante la combustión.

1 kg de uranio enriquecido al 4% libera una cantidad de energía equivalente a quemar 60 toneladas de petróleo o 100 toneladas de carbón.

Operación segura de las centrales nucleares en comparación con las térmicas.

Desde la construcción de las primeras instalaciones nucleares se han producido unas tres decenas de accidentes, en cuatro casos se ha producido una liberación de sustancias nocivas a la atmósfera. El número de incidentes asociados a la explosión de metano en minas de carbón es de decenas. Debido a equipos obsoletos, el número de accidentes en las centrales térmicas aumenta cada año. El último gran accidente en Rusia ocurrió en 2016 en Sakhalin. Entonces 20 mil rusos se quedaron sin electricidad. Una explosión en 2013 en la Uglegorsk TPP (región de Donetsk, Ucrania) provocó un incendio que no pudo ser extinguido durante 15 horas. Una gran cantidad de sustancias tóxicas fueron liberadas a la atmósfera.

Independencia de las fuentes de energía fósiles.

Las reservas naturales de combustible se agotan. Los restos de carbón y petróleo se estiman en 0,4 IJ (1 IJ = 10 24 J). Las reservas de uranio superan los 2,5 IJ. Además, el uranio se puede reutilizar. El combustible nuclear es fácil de transportar y los costos de transporte son mínimos.

Compatibilidad ambiental comparativa de las centrales nucleares.

En 2013, las emisiones globales por el uso de combustibles fósiles para generar electricidad ascendieron a 32 gigatoneladas. Esto incluye hidrocarburos y aldehídos, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno. Las centrales nucleares no consumen oxígeno, mientras que las centrales térmicas utilizan oxígeno para oxidar el combustible y producir cientos de miles de toneladas de ceniza al año. Las emisiones de las plantas de energía nuclear ocurren en raras ocasiones. Un efecto secundario de sus actividades es la emisión de radionúclidos, que se descomponen en unas pocas horas.

El "efecto invernadero" alienta a los países a limitar la cantidad de carbón y petróleo quemados. Las centrales nucleares en Europa reducen anualmente las emisiones de CO2 en 700 millones de toneladas.

Impacto positivo en la economía.

La construcción de una planta de energía nuclear crea puestos de trabajo en la planta y en las industrias relacionadas. La central nuclear de Leningrado, por ejemplo, proporciona a las empresas industriales locales calefacción y agua caliente para procesos. La estación es una fuente de oxígeno médico para instituciones médicas y nitrógeno líquido para empresas. El taller hidrotécnico suministra agua potable a los consumidores. El volumen de producción de energía de las centrales nucleares está directamente relacionado con el crecimiento del bienestar de la región.

Una pequeña cantidad de residuos verdaderamente peligrosos.

El combustible nuclear gastado es una fuente de energía. Los residuos radiactivos constituyen el 5% del combustible gastado. De 50 kg de desechos, solo 2 kg necesitan almacenamiento a largo plazo y requieren un aislamiento serio.

Las sustancias radiactivas se mezclan con vidrio líquido y se vierten en recipientes con gruesas paredes de aleación de acero. Los contenedores de hierro están preparados para proporcionar un almacenamiento fiable de sustancias peligrosas durante 200-300 años.

La construcción de plantas de energía nuclear flotantes (FNPP) proporcionará electricidad barata a áreas de difícil acceso, incluidas aquellas en áreas propensas a terremotos.

Las plantas de energía nuclear son vitales en áreas remotas del Lejano Oriente y el Lejano Norte, pero la construcción de estaciones estacionarias no se justifica económicamente en áreas escasamente pobladas. La salida será el uso de pequeñas centrales térmicas nucleares flotantes. El primer FNPP "Akademik Lomonosov" del mundo se lanzará en otoño de 2019 en la costa de la península de Chukotka en Pevek. La construcción de una unidad de energía flotante (FPU) se está llevando a cabo en Baltic Shipyard en San Petersburgo. En total, se prevé poner en funcionamiento 7 FNPP para 2020. Entre las ventajas de utilizar centrales nucleares flotantes:

• suministro de electricidad y calor baratos;
• obtención de 40-240 mil metros cúbicos de agua dulce por día;
• no necesidad de evacuación urgente de la población en caso de accidentes en la FPU;
• mayor resistencia al impacto de las unidades de potencia;
• un salto potencial en el desarrollo de la economía de las regiones con FNPP.

Envía tu hecho

Contras de la energía nuclear

Altos costos para la construcción de centrales nucleares.

La construcción de una planta de energía nuclear moderna se estima en $ 9 mil millones. Según algunos expertos, los costes podrían alcanzar los 20-25 mil millones de euros. El costo de un reactor, dependiendo de su capacidad y proveedor, oscila entre 2 y 5 mil millones de dólares. Esto es 4,4 veces más alto que el costo de la energía eólica y 5 veces más caro que la solar. El período de amortización de la estación es bastante grande.

Las reservas de uranio-235, que utilizan casi todas las centrales nucleares, son limitadas.

Las reservas de uranio-235 durarán 50 años. Cambiar al uso de una combinación de uranio-238 y torio nos permitirá generar energía para la humanidad por otros mil años. El problema es que se necesita uranio-235 para cambiar a uranio-238 y torio. Usar todas las existencias de uranio-235 haría imposible la transición.

Los costes de generar energía nuclear superan los costes de explotación de los parques eólicos.

Los investigadores de Energy Fair han presentado un informe que demuestra la inconveniencia económica del uso de la energía nuclear. 1 MWh producido por una planta de energía nuclear cuesta £ 60 ($ 96) más que una cantidad similar de energía producida por molinos de viento. La operación de estaciones para la división del átomo cuesta 202 libras ($323) por 1 MW / hora, la instalación de energía eólica - 140 libras ($224).

Graves consecuencias de los accidentes en las centrales nucleares.

El riesgo de accidentes en las instalaciones existe durante toda la vida útil de los reactores nucleares. Un ejemplo vívido es el accidente en la planta de energía nuclear de Chernobyl, para cuya eliminación se enviaron 600 mil personas. Dentro de los 20 años posteriores al accidente, murieron 5.000 liquidadores. Los ríos, lagos, tierras forestales, asentamientos pequeños y grandes (5 millones de hectáreas de tierra) se han vuelto inhabitables. Se contaminaron 200 mil km2. El accidente causó miles de muertes, un aumento en el número de pacientes con cáncer de tiroides. En Europa, se registraron posteriormente 10 mil casos de nacimiento de niños con deformidades.

La necesidad de disposición final de los desechos radiactivos.

Cada etapa de la división del átomo está asociada con la formación de desechos peligrosos. Se están construyendo repositorios para aislar sustancias radiactivas hasta que se descompongan por completo, ocupando grandes áreas de la superficie terrestre, ubicadas en lugares remotos de los océanos del mundo. Los 55 millones de toneladas de desechos radiactivos enterrados en un área de 180 hectáreas en Tayikistán corren el riesgo de escapar al medio ambiente. A partir de 2009, solo el 47% de los desechos radiactivos de las empresas rusas se encuentran en un estado seguro.

Creo que en el territorio de los países de la antigua Unión Soviética, cuando se trata de plantas de energía nuclear, muchas personas tienen una idea inmediata de la tragedia de Chernobyl en sus cabezas. Esto no es tan fácil de olvidar y me gustaría entender el principio de funcionamiento de estas estaciones, así como conocer sus pros y sus contras.

El principio de funcionamiento de una central nuclear.

Una central nuclear es una especie de instalación nuclear, frente a la cual el objetivo es producir energía y, posteriormente, electricidad. En general, la década de los cuarenta del siglo pasado puede considerarse el comienzo de la era de las centrales nucleares. En la URSS, se desarrollaron varios proyectos sobre el uso de la energía atómica no para fines militares, sino pacíficos. Uno de esos fines pacíficos era la producción de electricidad. A fines de la década de 1940, el primer trabajo comenzó a dar vida a esta idea. Estas estaciones funcionan con un reactor de agua, desde el cual se libera energía y se transfiere a varios refrigerantes. En el proceso de todo esto, se libera vapor, que se enfría en el condensador. Y luego, a través de los generadores, la corriente va a las casas de los residentes de la ciudad.

Todos los pros y contras de las centrales nucleares.

Comenzaré con la ventaja más básica y audaz: no depende de un gran uso de combustible. Además, el costo de transportar el combustible nuclear será extremadamente bajo, a diferencia del combustible convencional. Quiero señalar que esto es muy importante para Rusia, dado que el mismo carbón se entrega desde Siberia, y esto es extremadamente costoso.

Ahora bien, desde el punto de vista ambiental: la cantidad de emisiones a la atmósfera por año es de aproximadamente 13.000 toneladas y, por muy grande que parezca esta cifra, en comparación con otras empresas, la cifra es bastante pequeña. Otros pros y contras:

• se usa mucha agua, lo que empeora el medio ambiente;
• la generación de electricidad tiene prácticamente el mismo costo que en las centrales térmicas;
• un gran inconveniente son las terribles consecuencias de los accidentes (hay suficientes ejemplos).

También quiero señalar que, después de que la planta de energía nuclear deje de funcionar, debe liquidarse, y esto puede costar casi una cuarta parte del precio de construcción. A pesar de todas las deficiencias, las centrales nucleares son bastante comunes en el mundo.

Las ventajas de la energía nuclear en comparación con otros tipos de producción de energía son evidentes. La alta potencia y el bajo costo total de la energía alguna vez abrieron grandes perspectivas para el desarrollo de la energía nuclear y la construcción de plantas de energía nuclear. En la mayoría de los países del mundo, las ventajas de la energía nuclear se tienen en cuenta incluso hoy en día: se construyen cada vez más unidades de energía nuevas y se firman contratos para la construcción de centrales nucleares en el futuro.

Una de las principales ventajas de la energía nuclear es su rentabilidad. Se compone de muchos factores, y el más importante de ellos es la baja dependencia del transporte de combustible. Comparemos una CHPP con una capacidad de 1 millón de kW y un bloque NPP de igual potencia. Las CHPP requieren de 2 a 5 millones de toneladas de combustible al año, el costo de su transporte puede ser de hasta el 50% del costo de la energía recibida, y se necesitará entregar unas 30 toneladas de uranio a las centrales nucleares, lo que prácticamente no afectará al precio final de la energía.

Además, en las ventajas de la energía nuclear, se puede anotar con seguridad el hecho de que el uso de combustible nuclear no va acompañado de un proceso de combustión y la liberación de sustancias nocivas y gases de efecto invernadero a la atmósfera, lo que significa que la construcción de costosas instalaciones no será necesario limpiar las emisiones a la atmósfera. Una cuarta parte de todas las emisiones nocivas a la atmósfera proceden de las centrales térmicas, lo que tiene un impacto muy negativo en la situación ecológica de las ciudades cercanas a ellas, y en el estado de la atmósfera en general. Las ciudades ubicadas cerca de centrales nucleares que funcionan en modo normal sienten plenamente las ventajas de la energía nuclear y se consideran una de las más respetuosas con el medio ambiente en todos los países del mundo. Supervisan constantemente el estado radiactivo de la tierra, el agua y el aire, así como analizan la flora y la fauna; dicho monitoreo constante le permite evaluar realmente los pros y los contras de la energía nuclear y su impacto en la ecología de la región. Cabe señalar que durante el periodo de observación en las zonas donde se ubica la central nuclear nunca se han registrado desviaciones del fondo radiactivo respecto de lo normal, salvo que se tratara de una emergencia.

Las ventajas de la energía nuclear no acaban ahí. En las condiciones de hambre inminente de energía y agotamiento de las reservas de combustible de carbono, surge naturalmente la cuestión de las reservas de combustible para las plantas de energía nuclear. La respuesta a esta pregunta es muy optimista: las reservas exploradas de uranio y otros elementos radiactivos en la corteza terrestre ascienden a varios millones de toneladas, y al nivel actual de consumo pueden considerarse prácticamente inagotables.

Pero las ventajas de la energía nuclear se extienden no sólo a las centrales nucleares. La energía del átomo se utiliza hoy en día para otros fines, además de abastecer de energía eléctrica a la población ya la industria. Por lo tanto, no se pueden sobrestimar las ventajas de la energía nuclear para la flota de submarinos y los rompehielos nucleares. El uso de motores nucleares les permite existir de forma autónoma durante mucho tiempo, moverse a cualquier distancia y los submarinos pueden permanecer bajo el agua durante meses. Hoy en día, el mundo está desarrollando plantas de energía nuclear subterráneas y flotantes y motores nucleares para naves espaciales.

Teniendo en cuenta las ventajas de la energía nuclear, podemos decir con seguridad que en el futuro la humanidad seguirá utilizando las posibilidades de la energía nuclear que, si se maneja con cuidado, contamina menos el medio ambiente y prácticamente no perturba el equilibrio ecológico de nuestro planeta. Pero las ventajas de la energía nuclear se desvanecieron significativamente a los ojos de la comunidad mundial después de dos accidentes graves: en la central nuclear de Chernobyl en 1986 y en la central nuclear de Fukushima-1 en 2011. La escala de estos incidentes es tal que sus consecuencias pueden abarcar casi todas las ventajas de la energía nuclear conocidas por la humanidad. La tragedia en Japón para varios países fue el ímpetu para la revisión de la estrategia energética y el cambio del énfasis hacia el uso de fuentes de energía alternativas.

El uso de la energía nuclear en el mundo moderno es tan importante que si nos despertáramos mañana y la energía de una reacción nuclear desapareciera, el mundo tal como lo conocemos probablemente dejaría de existir. La paz es la base de la producción industrial y de la vida en países como Francia y Japón, Alemania y Gran Bretaña, Estados Unidos y Rusia. Y si los dos últimos países aún pueden reemplazar las fuentes de energía nuclear con centrales térmicas, entonces para Francia o Japón esto es simplemente imposible.

El uso de la energía nuclear crea muchos problemas. Básicamente, todos estos problemas están relacionados con el hecho de que al usar la energía de enlace del núcleo atómico (que llamamos energía nuclear) para el beneficio propio, una persona recibe un daño significativo en forma de desechos altamente radiactivos que simplemente no pueden desecharse. Los desechos de las fuentes de energía nuclear deben procesarse, transportarse, enterrarse y almacenarse durante mucho tiempo en condiciones seguras.

Pros y contras, beneficios y perjuicios del uso de la energía nuclear

Considere los pros y los contras del uso de la energía atómico-nuclear, sus beneficios, daños y significado en la vida de la Humanidad. Es obvio que solo los países industrializados necesitan energía nuclear hoy. Es decir, la energía nuclear con fines pacíficos encuentra su principal aplicación principalmente en instalaciones tales como fábricas, plantas de procesamiento, etc. Son las industrias intensivas en energía alejadas de fuentes de electricidad barata (como las centrales hidroeléctricas) las que utilizan las centrales nucleares para garantizar y desarrollar sus procesos internos.

Las regiones agrarias y las ciudades no necesitan realmente la energía nuclear. Es bastante posible reemplazarlo con estaciones térmicas y otras. Resulta que el dominio, adquisición, desarrollo, producción y uso de la energía nuclear está en su mayor parte encaminada a satisfacer nuestras necesidades de productos industriales. Veamos qué tipo de industrias son estas: la industria automotriz, las industrias militares, la metalurgia, la industria química, el complejo de petróleo y gas, etc.

¿Una persona moderna quiere conducir un auto nuevo? ¿Quieres vestirte con sintéticos de moda, comer sintéticos y empacar todo en sintéticos? ¿Quiere productos brillantes en diferentes formas y tamaños? ¿Quiere todos los nuevos teléfonos, televisores, computadoras? ¿Quieres comprar mucho, a menudo cambias de equipo a tu alrededor? ¿Quieres comer sabrosos alimentos químicos de paquetes de colores? ¿Quieres vivir en paz? ¿Quieres escuchar dulces discursos desde la pantalla del televisor? ¿Quieres tener muchos tanques, así como misiles y cruceros, así como proyectiles y cañones?

Y lo consigue todo. No importa que al final la discrepancia entre la palabra y el hecho conduzca a la guerra. No importa que también se necesite energía para su eliminación. Hasta ahora, la persona está tranquila. Come, bebe, va a trabajar, vende y compra.

Y todo esto requiere energía. Y esto requiere mucho petróleo, gas, metal, etc. Y todos estos procesos industriales requieren energía atómica. Por lo tanto, digan lo que digan, hasta que no se ponga en serie el primer reactor industrial de fusión termonuclear, la energía nuclear no hará más que desarrollarse.

En las ventajas de la energía nuclear, podemos anotar con seguridad todo lo que estamos acostumbrados. En el lado negativo, la triste perspectiva de una muerte inminente en el colapso del agotamiento de los recursos, los problemas de desechos nucleares, el crecimiento de la población y la degradación de las tierras cultivables. En otras palabras, la energía atómica permitió al hombre comenzar a dominar aún con más fuerza a la naturaleza, obligándola desmesuradamente tanto que en varias décadas superó el umbral de la reproducción de los recursos básicos, iniciándose entre 2000 y 2010 el proceso de colapso del consumo. Este proceso objetivamente ya no depende de la persona.

Todo el mundo tendrá que comer menos, vivir menos y disfrutar menos del entorno natural. Aquí radica otro más o menos de la energía atómica, que radica en el hecho de que los países que han dominado el átomo podrán redistribuir más eficazmente los recursos agotados de aquellos que no han dominado el átomo. Además, solo el desarrollo del programa de fusión termonuclear permitirá que la humanidad simplemente sobreviva. Ahora expliquemos con los dedos qué tipo de "bestia" es: energía atómica (nuclear) y con qué se come.

Masa, materia y energía atómica (nuclear)

A menudo se escucha la afirmación de que “masa y energía son lo mismo”, o juicios tales que la expresión E = mc2 explica la explosión de una bomba atómica (nuclear). Ahora que tiene una primera comprensión de la energía nuclear y sus aplicaciones, sería realmente imprudente confundirlo con afirmaciones como "masa es igual a energía". En cualquier caso, esta forma de interpretar el gran descubrimiento no es la mejor. Aparentemente, esto es solo el ingenio de los jóvenes reformistas, los "galileos del nuevo tiempo". De hecho, la predicción de la teoría, que ha sido verificada por muchos experimentos, dice solo que la energía tiene masa.

Ahora explicaremos el punto de vista moderno y daremos una breve descripción de la historia de su desarrollo.
Cuando la energía de cualquier cuerpo material aumenta, su masa aumenta, y atribuimos esta masa adicional al aumento de energía. Por ejemplo, cuando se absorbe radiación, el absorbedor se calienta y su masa aumenta. Sin embargo, el aumento es tan pequeño que queda fuera de la precisión de la medición en los experimentos convencionales. Por el contrario, si una sustancia emite radiación, entonces pierde una gota de su masa, que es arrastrada por la radiación. Surge una pregunta más amplia: ¿no está toda la masa de materia condicionada por la energía, es decir, no hay una enorme reserva de energía contenida en toda la materia? Hace muchos años, las transformaciones radiactivas respondieron positivamente a esto. Cuando un átomo radiactivo se desintegra, se libera una gran cantidad de energía (principalmente en forma de energía cinética) y una pequeña parte de la masa del átomo desaparece. Las medidas son claras al respecto. Por lo tanto, la energía se lleva la masa consigo, reduciendo así la masa de la materia.

En consecuencia, una parte de la masa de materia es intercambiable con la masa de radiación, energía cinética, etc. Por eso decimos: "energía y materia son parcialmente susceptibles de transformaciones mutuas". Además, ahora podemos crear partículas de materia que tienen masa y pueden transformarse completamente en radiación, que también tiene masa. La energía de esta radiación puede tomar otras formas, transfiriéndoles su masa. Por el contrario, la radiación se puede convertir en partículas de materia. Entonces, en lugar de "la energía tiene masa", podemos decir "las partículas de materia y radiación son interconvertibles y, por lo tanto, capaces de transformaciones mutuas con otras formas de energía". Esta es la creación y destrucción de la materia. Tales eventos destructivos no pueden ocurrir en el ámbito de la física, la química y la tecnología ordinarias, sino que deben buscarse en los procesos microscópicos pero activos que estudia la física nuclear, o en el horno de alta temperatura de las bombas atómicas, en el sol y las estrellas. Sin embargo, no sería razonable decir que "la energía es masa". Decimos: "la energía, como la materia, tiene masa".

Masa de materia ordinaria

Decimos que la masa de materia ordinaria contiene una gran cantidad de energía interna igual al producto de la masa y (la velocidad de la luz)2. Pero esta energía está contenida en la masa y no puede liberarse sin que desaparezca al menos una parte de ella. ¿Cómo surgió una idea tan asombrosa y por qué no se descubrió antes? Se propuso antes (experimento y teoría en diferentes formas), pero hasta el siglo XX no se observó el cambio de energía, porque en los experimentos ordinarios corresponde a un cambio de masa increíblemente pequeño. Sin embargo, ahora estamos seguros de que una bala voladora, debido a su energía cinética, tiene una masa adicional. Incluso a 5.000 m/s, una bala que pesara exactamente 1 g en reposo tendría una masa total de 1,00000000001 g, mientras que el platino al rojo vivo de 1 kg sumaría un total de 0,000000000004 kg y prácticamente ningún pesaje sería capaz de registrar estos cambios. Solo cuando se liberan enormes cantidades de energía del núcleo atómico, o cuando los "proyectiles" atómicos se aceleran a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, se vuelve perceptible una masa de energía.

Por otro lado, incluso una diferencia de masa apenas perceptible marca la posibilidad de liberar una gran cantidad de energía. Así, los átomos de hidrógeno y helio tienen masas relativas de 1,008 y 4,004. Si cuatro núcleos de hidrógeno pudieran combinarse en un núcleo de helio, entonces la masa de 4,032 cambiaría a 4,004. La diferencia es pequeña, solo 0.028 o 0.7%. Pero supondría una gigantesca liberación de energía (principalmente en forma de radiación). 4,032 kg de hidrógeno darían 0,028 kg de radiación, que tendría una energía de unas 600000000000 Cal.

Compare esto con las 140.000 cal liberadas cuando la misma cantidad de hidrógeno se combina con oxígeno en una explosión química.
La energía cinética ordinaria hace una contribución significativa a la masa de protones muy rápidos producidos por ciclotrones, y esto crea dificultades cuando se trabaja con tales máquinas.

¿Por qué seguimos creyendo que E=mc2

Ahora percibimos esto como una consecuencia directa de la teoría de la relatividad, pero las primeras sospechas surgieron ya hacia fines del siglo XIX, en relación con las propiedades de la radiación. Entonces parecía probable que la radiación tuviera masa. Y dado que la radiación lleva, como en las alas, a la velocidad de la energía, más precisamente, es la energía misma, entonces apareció un ejemplo de una masa que pertenece a algo "inmaterial". Las leyes experimentales del electromagnetismo predijeron que las ondas electromagnéticas deben tener "masa". Pero antes de la creación de la teoría de la relatividad, solo la fantasía desenfrenada podía extender la relación m=E/c2 a otras formas de energía.

Todos los tipos de radiación electromagnética (ondas de radio, luz infrarroja, visible y ultravioleta, etc.) tienen algunas características comunes: todas se propagan en el vacío a la misma velocidad y todas transportan energía y cantidad de movimiento. Imaginamos la luz y otras radiaciones en forma de ondas que se propagan a una velocidad alta pero definida c = 3*108 m/seg. Cuando la luz golpea una superficie absorbente, se genera calor, lo que indica que el flujo de luz transporta energía. Esta energía debe propagarse junto con el flujo a la misma velocidad de la luz. De hecho, la velocidad de la luz se mide exactamente de esta manera: por el tiempo de vuelo de una gran distancia por parte de la energía de la luz.

Cuando la luz golpea la superficie de algunos metales, elimina electrones, que salen volando como si fueran golpeados por una bola compacta. , al parecer, se distribuye en porciones concentradas, a las que llamamos "quanta". Esta es la naturaleza cuántica de la radiación, a pesar de que estas porciones, aparentemente, son creadas por ondas. Cada porción de luz con la misma longitud de onda tiene la misma energía, un cierto "quantum" de energía. Tales porciones corren a la velocidad de la luz (de hecho, son luz), transfiriendo energía e impulso (impulso). Todo esto permite atribuir una determinada masa a la radiación: se atribuye una determinada masa a cada porción.

Cuando la luz se refleja en un espejo, no se libera calor, porque el haz reflejado se lleva toda la energía, pero una presión actúa sobre el espejo, similar a la presión de las bolas o moléculas elásticas. Si, en lugar de un espejo, la luz golpea una superficie absorbente negra, la presión se reduce a la mitad. Esto indica que el haz lleva el impulso que gira el espejo. Por lo tanto, la luz se comporta como si tuviera masa. Pero, ¿hay alguna otra forma de saber que algo tiene masa? ¿Existe la masa por derecho propio, como la longitud, el verde o el agua? ¿O es un concepto artificial definido por comportamientos como la Modestia? La Misa, en efecto, nos es conocida en tres manifestaciones:

• A. Una declaración vaga que caracteriza la cantidad de "sustancia" (la masa desde este punto de vista es inherente a la sustancia, una entidad que podemos ver, tocar, empujar).
• B. Ciertas afirmaciones que la relacionan con otras magnitudes físicas.
• B. La masa se conserva.

Queda por definir la masa en términos de cantidad de movimiento y energía. Entonces, cualquier cosa en movimiento con impulso y energía debe tener "masa". Su masa debe ser (momento)/(velocidad).

Teoría de la relatividad

El deseo de vincular una serie de paradojas experimentales sobre el espacio y el tiempo absolutos dio lugar a la teoría de la relatividad. Los dos tipos de experimentos con luz dieron resultados contradictorios, y los experimentos con electricidad exacerbaron aún más este conflicto. Entonces Einstein propuso cambiar las reglas geométricas simples de la suma de vectores. Este cambio es la esencia de su "teoría especial de la relatividad".

Para velocidades bajas (desde el caracol más lento hasta el cohete más rápido), la nueva teoría es consistente con la anterior.
A altas velocidades, comparables a la velocidad de la luz, nuestra medida de longitudes o tiempo es modificada por el movimiento del cuerpo con respecto al observador, en particular, la masa del cuerpo se hace mayor cuanto más rápido se mueve.

Entonces la teoría de la relatividad proclamó que este aumento de masa era de carácter completamente general. A velocidades normales no hay cambios, y solo a una velocidad de 100.000.000 km/h la masa aumenta un 1%. Sin embargo, para electrones y protones emitidos por átomos radiactivos o aceleradores modernos, llega al 10, 100, 1000%…. Los experimentos con tales partículas de alta energía proporcionan una excelente evidencia de la relación entre la masa y la velocidad.

En el otro extremo está la radiación que no tiene masa en reposo. No es una sustancia y no puede mantenerse quieto; simplemente tiene masa y se mueve a una velocidad c, por lo que su energía es mc2. Hablamos de cuantos como fotones cuando queremos observar el comportamiento de la luz como una corriente de partículas. Cada fotón tiene cierta masa m, cierta energía E=mс2 y cierta cantidad de movimiento (momento).

Transformaciones nucleares

En algunos experimentos con núcleos, las masas de los átomos después de violentas explosiones no se suman para dar la misma masa total. La energía liberada se lleva consigo una parte de la masa; la pieza faltante de material atómico parece haber desaparecido. Sin embargo, si asignamos una masa E/c2 a la energía medida, encontramos que la masa se conserva.

Aniquilación de materia

Estamos acostumbrados a pensar en la masa como una propiedad inevitable de la materia, por lo que la transición de la masa de la materia a la radiación, de una lámpara a un rayo de luz volador, parece casi la destrucción de la materia. Un paso más, y nos sorprenderemos al descubrir lo que realmente está sucediendo: los electrones positivos y negativos, las partículas de materia, cuando se combinan, se convierten completamente en radiación. La masa de su materia se convierte en una masa igual de radiación. Este es un caso de desaparición de la materia en el sentido más literal. Como si estuviera enfocado, en un destello de luz.

Las mediciones muestran que (energía, radiación durante la aniquilación) / c2 es igual a la masa total de ambos electrones, positivo y negativo. Un antiprotón, cuando se combina con un protón, se aniquila, generalmente con la liberación de partículas más ligeras con alta energía cinética.

Creación de sustancia

Ahora que hemos aprendido a manejar la radiación de alta energía (rayos X de onda súper corta), podemos preparar partículas de materia a partir de la radiación. Si un objetivo es bombardeado con tales rayos, a veces producen un par de partículas, por ejemplo, electrones positivos y negativos. Y si usamos de nuevo la fórmula m=E/c2 tanto para la radiación como para la energía cinética, entonces se conservará la masa.

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