En la radiación natural, los subproductos son muy pequeños en comparación con los núcleos de los que se originan. La fisión nuclear está dividiendo un núcleo en partes aproximadamente iguales y liberando y neutrones en el proceso. Si otro núcleo inestable captura estos neutrones, pueden fisión y conducir a una reacción en cadena. El número promedio de neutrones liberados por núcleo que continúa fisionando otro núcleo se llama k. Los valores ⠀ ⠀ ‹de k más significativo que 1 significan que la reacción de fisión libera más neutrones de los que absorbe y se llama reacción en cadena autosuficiente. Una masa de material fissil lo suficientemente grande como para inducir una reacción en cadena autosuficiente se llama masa crítica.

Cuando un núcleo apropiado captura un neutrón, la fisión puede ocurrir de inmediato, o el núcleo puede persistir en un estado inestable por un corto. Supongamos que hay suficiente descomposición inmediata para continuar la reacción en cadena. En ese caso, la masa es rápidamente crítica, y la liberación de energía aumentará de manera rápida e incontrolable, lo que generalmente resulta en una explosión.

Cuando se descubrió en la víspera de la Segunda Guerra Mundial, esta idea llevó a varios países a lanzar programas sobre la posibilidad de construir un atómico. Esta arma utiliza reacciones de fisión para generar mucha más energía de la que podría crearse con químicos. El Proyecto Manhattan, administrado por los Estados Unidos con la ayuda del Reino Unido y Canadá, desarrolló múltiples armas de fisión utilizadas contra Japón en 1945 en Hiroshima y Nagasaki. Durante el proyecto, también se desarrollaron los primeros reactores de fisión, aunque están destinados principalmente a fabricar armas y no producen.

Sin embargo, si la masa solo es crítica cuando se incluyen los neutrones retrasados, la reacción se puede controlar introduciendo o eliminando los absorbedores de neutrones. Esto es lo que hace posible construir reactores nucleares. Los neutrones rápidos no se capturan fácilmente neutrones rápidos; Deben ralentizarse, generalmente por colisión con los núcleos de un moderador de neutrones, antes de que puedan capturarse fácilmente. Hoy, este tipo de fisión se usa comúnmente para generar electricidad.

La fusión nuclear se siguió primero solo en las etapas teóricas durante la Segunda Guerra Mundial, cuando los científicos del Proyecto Manhattan lo estudiaron para construir una bomba. El proyecto abandonó la fusión después de concluir que se necesitaría una reacción de fisión para explotar. No fue sino hasta 1952 que la primera bomba de hidrógeno completa a ser detonada, llamada porque utilizó reacciones entre Deuterium y Tritium.
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