Fisica General Burbano

748 EL NÚCLEO ATÓMICO
ese número es de 2,47, 2,91 y 2,55 respectivamente. La energía de la mayoría de estos neutrones
se encuentra entre 1 y 2 MeV.
XXX – 36. Reacción de fisión en cadena
Fig. XXX-31.– Fisión en cadena del
U-235.
El estudio de la fisión ha conducido al desarrollo de dos dispositivos de aplicaciones bien distintas,
los reactores nucleares y la bomba atómica. Ambos se basan en el fenómeno de la reacción
de fisión en cadena.
En el proceso de fisión del U-235, este núcleo, además de escindirse en otros dos de masa intermedia,
libera en promedio 2,47 neutrones rápidos que, convenientemente frenados, pueden
dar lugar a otros tantos procesos de fisión. Se originará así un enorme desprendimiento de energía
que se liberará de forma explosiva si el proceso es incontrolado. Sin embargo, los neutrones productos
de una fisión son rápidos, tienen una energía cinética demasiado alta, y, antes de ser capaces
de provocar una nueva fisión, han de perder velocidad por choques dentro del dispositivo en
el que se verifica la reacción. En este proceso algunos serán absorbidos sin producir fisión y otros
escaparán a través de la superficie, con el resultado final de que el número de fisiones secundarias
será menor que el de neutrones primarios emitidos.
La condición para que una reacción de fisión se automantenga es que al menos uno de los
neutrones liberados produzca una nueva fisión. El número de los que en promedio producen la
nueva fisión se denomina factor de multiplicación, k, y según sea su valor, la reacción puede extinguirse
(k < 1), automantenerse (k = 1) o desarrollarse multiplicativamente (k > 1).
Uno de los factores que determina el valor de k es el volumen, o lo que es lo mismo, la masa,
del material fisionable.
En efecto, si suponemos una esfera de uranio, el número de núcleos fisionables y, por tanto, la
probabilidad de una fisión, aumenta con el cubo del radio mientras que la probabilidad de escape
por la superficie lo hace con su cuadrado; así, para volúmenes pequeños predomina el escape sobre
la captura y fisión. Se denomina VOLUMEN CRÍTICO (O MASA CRÍTICA) al menor valor del volumen
(de la masa) de material fisionable capaz de soportar una reacción automantenida.
En el uranio natural la proporción de U-235 fisible es del 0,715%, siendo el resto U-238, de
modo que en una masa del mineral lo más probable es que los neutrones sean captados por el U-
238 y la cadena de reacciones no prosiga; ahora bien, si el uranio ha sido enriquecido en su isótopo
235, la presencia de U-238 no llega a impedir la reacción en cadena, y, además, al capturar
neutrones da lugar a Pu-239, que también es fisionable, a través de la cadena de reacciones:
238
92
1
0
La figura XXX-31 representa el proceso de fisión en cadena, con captura de algunos neutrones
por el U-238.
XXX – 37. Reactores nucleares
Una pila nuclear o reactor nuclear es un sistema capaz de provocar y automantener una reacción
en cadena con un control de su velocidad.
El valor del factor de multiplicación del reactor viene determinado por la probabilidad de que
se produzcan cada uno de los cuatro procesos neutrónicos siguientes: 1) Pérdida de neutrones por
fuga al exterior del sistema, 2) captura de neutrones por el combustible
sin producir fisión, llamada absorción resonante, 3) captura por
otros materiales distintos del combustible (moderador, estructuras,
fragmentos de fisión, etc.), 4) fisión de núcleos de combustible.
Únicamente el último proceso es el que alimenta la reacción, y si
en él se producen los suficientes neutrones para mantener el factor de
multiplicación en k = 1 el reactor es crítico; si es k < 1 el número de
neutrones, disminuye con el tiempo, el régimen de funcionamiento es
subcrítico y la reacción se extingue; si k > 1 el número de neutrones y
de fisiones aumenta con el tiempo y el reactor es supercrítico.
Un reactor consta esencialmente de las siguientes partes: el núcleo,
constituido por el combustible y el moderador, el reflector, las barras
de control, el blindaje y el circuito de refrigeración (Fig. XXX-32).
Como MATERIALES COMBUSTIBLES para alimentar el reactor sirven
exclusivamente aquellos en que la energía de ligadura de un neutrón
es suficiente para provocar la fisión. Los utilizados actualmente son el
U-235 obtenido por enriquecimiento del uranio natural, el Pu-239 que
se obtiene en reactores de uranio por captura neutrónica del U-238
como ya se ha mencionado, y el U-233 que se produce también en reactores
por captura neutrónica del Th-232 según las Fig. XXX-32.– Esquema de una central eléctrica de fisión.
reacciones:
239
92
239
93
239
94
U + n → U → Np → Pu
+ g + b + b
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