Espalación para niños
La espalación es un proceso en el que un objeto suelta pequeños pedazos o fragmentos cuando recibe un golpe fuerte o cuando está bajo mucha presión. Imagina que golpeas una roca con un martillo y se desprenden astillas; eso es un tipo de espalación.
Este fenómeno ocurre en diferentes campos:
- En la física nuclear, la espalación sucede cuando una partícula muy energética golpea el centro de un átomo (el núcleo). Esto hace que el núcleo suelte muchos neutrones y se vuelva más ligero.
- En la física de impactos, se refiere a cuando un objeto golpea una superficie y hace que el material de esa superficie salga disparado o se evapore.
- En la física planetaria, la espalación describe lo que pasa cuando meteoritos chocan contra la superficie de un planeta o cuando el viento solar afecta la atmósfera de un planeta.
- En la minería y la geología, se refiere a los pedazos de roca que se desprenden de las paredes de una mina debido a la presión interna.
- En la antropología, la espalación es una técnica antigua para fabricar herramientas de piedra, como puntas de lanza, golpeando la piedra para darle forma.
Contenido
¿Cómo funciona la espalación en los materiales?
La espalación puede ocurrir cuando una onda de fuerza o tensión viaja a través de un material. Si esta fuerza es mayor que lo que el material puede soportar, se desprenderá un fragmento. Este fragmento, llamado "astilla" o "spall", puede salir disparado como un pequeño proyectil.
Espalación con láser: una herramienta moderna
La espalación inducida por láser es una técnica que se empezó a usar a principios del siglo XXI. Sirve para entender qué tan bien se pegan las láminas delgadas (capas muy finas de material) a una superficie.
Para esto, se usa un láser especial que dispara pulsos de energía muy cortos. Este pulso crea una onda de presión en la superficie. Cuando esta onda rebota, se convierte en una onda de "tirón" que puede desprender la lámina delgada. Al medir la fuerza necesaria para desprenderla, los científicos pueden saber qué tan fuerte es la unión. Esta técnica es muy útil para láminas extremadamente delgadas, de menos de un micrómetro de grosor.
Espalación nuclear: en el espacio y en la Tierra
La espalación nuclear ocurre de forma natural en el espacio. Por ejemplo, cuando los rayos cósmicos (partículas muy energéticas que vienen del espacio) chocan con la atmósfera de la Tierra o con la superficie de meteoritos y lunas.
Las marcas de espalación en los meteoritos nos dicen cuánto tiempo estuvieron expuestos a los rayos cósmicos en el espacio. Además, la composición de los propios rayos cósmicos nos muestra que han sufrido espalación. Esto se debe a que contienen muchos elementos ligeros como el litio, boro y berilio, que se forman cuando elementos más pesados como el oxígeno o el carbono son golpeados por otras partículas en el espacio.
En la Tierra, también se han encontrado isótopos (variantes de un elemento) de aluminio, berilio, cloro, yodo y neón que se formaron por espalación cuando los rayos cósmicos chocaron con elementos de nuestro planeta.
La espalación nuclear también se usa para producir haces de neutrones. Esto se hace en laboratorios usando un acelerador de partículas que dispara partículas de alta energía contra un metal pesado como el mercurio o el tántalo. Cada impacto puede liberar entre 20 y 30 neutrones. Aunque es más costoso que usar un reactor nuclear, la espalación permite crear haces de neutrones en pulsos, lo cual es útil para ciertos experimentos. El concepto de espalación nuclear fue propuesto por el científico Glenn T. Seaborg en 1937.
¿Cómo se producen neutrones con la espalación?
Para producir neutrones por espalación, se necesita un acelerador de partículas muy potente, como un sincrotrón. Por ejemplo, la fuente de neutrones ISIS usa un sincrotrón para generar un haz de protones muy intenso. Estos protones chocan contra un material objetivo, que antes era uranio empobrecido, pero ahora se usa más el tántalo porque dura más.
Cuando los protones golpean el objetivo, se producen neutrones con mucha energía. Luego, estos neutrones pasan por "moderadores" (como hidrógeno líquido o metano líquido) que los frenan hasta que alcanzan la energía adecuada para los experimentos científicos.
Instalaciones importantes de espalación
Existen varias instalaciones en el mundo dedicadas a la espalación para la investigación científica:
- Fuente Europea de Neutrones por Espalación, en Suecia (en construcción).
- Fuente de neutrones ISIS, en Harwell, Reino Unido.
- J-PARC, en Japón.
- LANSCE en Los Álamos, Estados Unidos.
- PSI Spallation Neutron Source (SINQ), en Suiza.
- Spallation Neutron Source de Oak Ridge, Estados Unidos.
- Fuente de neutrones de espalación de China.
Galería de imágenes
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La espalación como resultado de un impacto puede ocurrir con penetración del objeto impactante o sin ella
