Fisica General Burbano

REACCIONES DE FUSIÓN Y DE FISIÓN 749
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Los materiales que sólo sufren fisión por neutrones rápidos no sirven como combustible único
puesto que los neutrones, al perder energía por dispersión, quedan incapacitados para producir fisiones
rápidas.
La finalidad del MODERADOR es transformar los neutrones rápidos en térmicos. Está constituido
por elementos de poco peso atómico para que la pérdida de energía del neutrón sea la mayor posible
en cada choque con uno de sus núcleos; además el material ha de ser poco absorbente de
neutrones para no rebajar el factor de multiplicación. Los moderadores más utilizados son el agua,
el agua pesada (D 2
O, agua con deuterio en lugar de hidrógeno normal) y el carbono en forma de
grafito.
El REFLECTOR es una envoltura de material moderador que rodea al núcleo y tiene como función
devolver la mayor parte de los neutrones que se fugan. Con la instalación del reflector se consigue
disminuir el volumen crítico del reactor.
Las BARRAS DE CONTROL, están constituidas con cadmio o boro, que son grandes absorbentes de
neutrones. Se distinguen: 1) las barras de parada, que durante el funcionamiento normal del reactor
están fuera del núcleo y que se introducen completamente para frenar rápidamente la reacción
en casos de emergencia; 2) las barras de control fino, que sirven para mantener constante la potencia
del reactor mediante un control constante y 3) las barras de control grueso, que se emplean
para compensar los cambios de potencia que se producen a largo plazo, entre otras causas por
quemado del combustible o por su envenenamiento con fragmentos de fisión absorbentes de neutrones.
El BLINDAJE envuelve a los elementos anteriores y tiene como finalidad absorber las radiaciones
ionizantes que se producen en el núcleo.
El CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN extrae el calor generado en las fisiones en el núcleo. Se emplean
para ello agua, gases, metales líquidos, etc. que circulan generalmente en un circuito primario que,
en un intercambiador de calor, transfiere energía térmica a un circuito secundario en el que se produce
vapor de agua, que mueve (energía mecánica) la turbina de un alternador produciendo así
energía eléctrica.
El 2 de diciembre de 1942, en la Universidad de Chicago, Fermi y su equipo consiguieron la
primera reacción automantenida, en su reactor instalado en un laboratorio improvisado bajo las
gradas del estadio universitario. El moderador empleado fue grafito, y el reactor era un enorme esferoide
de 6 metros de altura, construido de ladrillos de grafito (Fig. XXX-33), cada uno de los
cuales contenía fragmentos de uranio. Atravesaban la pila una serie de barras de cadmio que se
podían introducir más o menos y servían de reguladores de la reacción. Aparatos de control indicaban
la energía desprendida.
El inicio de la reacción se realizaba con neutrones obtenidos al bombardear berilio con las
partículas alfa emitidos por polonio. La energía desprendida correspondía a los cálculos realizados.
XXX – 38. Tipos de reactores
Se clasifican en función de la forma de combinar sus elementos. Existen gran cantidad de tipos,
que pueden clasificarse en dos grandes grupos:
1) Reactores homogéneos, en los que el combustible está disuelto en el líquido que hace de
moderador (Fig. XXX-34).
2) Reactores heterogéneos, en los que el combustible está separado físicamente del moderador;
éste puede consistir en un entramado de grafito en cuyos huecos va alojado el combustible
(Fig. XXX-35), aunque en otros tipos el combustible está sumergido en agua, natural o pesada,
que hace de moderador y de refrigerante.
Ambos tipos se clasifican en reactores de investigación, que se emplean como fuente de radiación,
y de potencia, utilizados para la obtención de energía eléctrica.
XXX – 39. Fusión nuclear
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Se denomina FUSIÓN NUCLEAR al proceso en que dos núcleos ligeros se combinan para dar otro más
pesado.
La reacción de fusión más sencilla es la unión de un protón y un neutrón para formar un deuterón
(núcleo de deuterio), p + n = d, en la que se liberan 2,26 MeV de energía.
La observación de la gráfica de la Fig. XXX-1 muestra que la energía de ligadura por nucleón
crece con el número másico para núcleos pequeños, de lo que se deduce que la fusión de dos de
éstos es una reacción exotérmica. Además, el hecho de que la gráfica tenga pendiente mucho mayor
en su parte izquierda indica que este tipo de reacciones son mucho más exotérmicas que las
de fisión, es decir, liberan mucho mayor cantidad de energía que éstas últimas a igualdad de masa
reaccionante.
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Th + n → Th → Pa → U
+ g + b + b
Fig. XXX-33.– La primera pila atómica.
Fig. XXX-34.– Reactor homogéneo.
Fig. XXX-35.– Reactor heterogéneo.