Identificación de las reacciones nucleares

Una reacción nuclear es una reacción en la que se alterna la configuración electrónica y el núcleo de los átomos. Por eso las sustancias y los elementos son diferentes y después de la reacción aparecen átomos que no estaban presentes en las sustancias originales. Estas se clasifican en: fisiones nucleares en que un núcleo se parte en dos o más partes por acción de ciertas partículas y genera dos o más elementos nuevos. Las reacciones nucleares presentan isotopos que son aquellos elementos con átomos que tienen núcleos con igual carga positiva, pero combinada con diferentes números de neutrones y protones.

Fisión nuclear 

El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones.
Son aquellas reacciones donde el núcleo de un elemento se divide en dos o varios pedazos y de esta manera genera nuevos elementos. Se puede decir que los núcleos se dividen y forman nuevos elementos.
La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión inducida), o cuando sucede espontáneamente debido a la inestabilidad del isotopo (fisión espontánea).

Reacción en cadena 

Secuencia de reacciones en las que un producto o subproducto reactivo produce reacciones adicionales, mediante este proceso los neutrones que se han liberado en una primera fisión nuclear producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones y el proceso se repite. Este tipo de reacciones pueden ser controladas (reacciones nucleares producidas en centrales nucleares con objetivo de generar energía eléctrica constante) o incontroladas (armas nucleares).
El concepto de reacción nuclear en cadena lo utilizó el científico húngaro Leó Szilárd (en 1933), quien el año siguiente patento su idea de realizar un reactor nuclear sencillo.

Reactores nucleares 

Dispositivos donde se producen reacciones en cadena mayormente utilizados para obtener energía en centrales nucleares, existen reactores nucleares de fisión y fusión.
La potencia de un reactor de fisión puede variar desde unos pocos KW términos a unos 4500 MW térmicos. Deben ser instalados en zonas cercanas al agua, como cualquier central térmica, para refrigerar el circuito, y deben ser emplazados en zonas sísmicamente estables para evitar accidentes. Poseen grandes medidas de seguridad. No emiten gases que dañen la atmósfera pero producen residuos radiactivos que duran decenas de miles de años y que deben ser almacenados para su posterior uso en reactores avanzados y así reducir su tiempo de vida a unos cuántos cientos de años.

Elemento de un reactor nuclear 

• El combustible: Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotopica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fusionables, como por ejemplo el plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio. En la naturaleza existe poca cantidad de uranio fisionable , es alrededor del del 0,7%, por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible "enriquecido", es decir, combustible donde se aumenta la cantidad de uranio 235.

• Barras de combustible: Son el lugar físico donde se confina el combustible nuclear. Algunas barras de combustible contienen el uranio mezclado en aluminio bajo la forma de láminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las láminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.

• Núcleo del reactor: Esta constituido por las barras de combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.

• Barras de control: Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las barras de control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del uranio. Generalmente, las barras de control se fabrican de Cadmio o Boro.

• Moderador: Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los "nuevos neutrones" sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rápidos mediante choques con átomos de otro material adecuado, llamado moderador. Se utiliza como moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada (deuterada), el carbono (grafito), etc.

• Refrigerante: El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc.

• Blindaje: Es un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado "blindaje biológico" que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, con a los menos 1,5 metros de espesor.

Tipos de reactores nucleares 

Los rectores de investigación 

Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisotopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.

- Los reactores de potencia 

Estos utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:

- Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos.

- Según el combustible utilizado. Hay reactores de uranio natural (la proporción de uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de uranio enriquecido (se aumenta la proporción de uranio en el combustible).

- Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.

- Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua(ligera o pesada), un gas (anhidrico carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.

Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el reactor de agua en ebullición y el reactor de agua a presión. 

Fusión nuclear (síntesis nuclear)

Son reacciones donde se unen núcleos y forman un núcleo más complejo. Es decir los núcleos se unen y forman un núcleo más complejo.

Proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (en este elemento y en el níquel ocurre la mayor energía de enlace nuclear por nucleón) libera energía en general. Por el contrario, la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía. En el proceso inverso, la fisión nuclear, estos fenómenos suceden en sentidos opuestos. La fusión nuclear produce de forma natural en las estrellas. La fusión artificial también se ha logrado en varias empresas, aunque todavía no ha sido totalmente controlada.