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776 Capítulo 39 La física nuclear y el núcleo
Blindaje contra
la radiación
Figura 39.11 Diagrama esquemático de un reactor nuclear. El agua calentada bajo presión en el núcleo del
reactor se bombea hacia el intercambiador de calor, y allí se produce vapor que sirve para operar una turbina.
Un diagrama esquemático de un reactor típico se muestra en la figura 39.11. Los componentes
básicos son: ( 1) un núcleo para el combustible nuclear, (2 ) un moderador para reducir
la velocidad de los neutrones rápidos, (3) las barras de control u otros medios para regular el
proceso de fisión, (4) un intercambiador de calor para extraer el calor generado en el núcleo,
y (5) blindaje para evitar la salida de radiación. El vapor que se produce por medio del reactor
se usa para impulsar una turbina que genera electricidad. El vapor gastado se transforma en
agua en un condensador y se bombea para que vuelva al intercambiador de calor con el fin de
utilizarlo en un nuevo ciclo.
El ingrediente esencial en los reactores es el material fisionable, o combustible nuclear.
El único material fisionable que se encuentra en forma natural es el ^ U , el cual constituye
aproximadamente el 0.7 por ciento del uranio natural disponible. El 99.3 por ciento restante
es 29?U. Por fortuna, el 2gf U es un material fértil, lo cual significa que se puede transformar en
material fisionable cuando es bombardeado con neutrones. El plutonio ^ P u que se produce
en esta forma puede proporcionar nuevo combustible para el reactor.
La producción de combustible adicional como parte del funcionamiento del reactor ha
conducido al diseño de reactores reproductores o generadores en los cuales hay un incremento
neto de material fisionable. En otras palabras, el reactor produce más combustible del que
consume. Esto no viola la ley de conservación de la energía, sino que simplemente es capaz
de producir material fisionable a partir de materiales fértiles.
El combustible fisionable que se usa en la mayoría de los reactores depende de la disponibilidad
de neutrones lentos, los cuales son más aptos para producir el proceso de fisión.
Por tanto, los neutrones rápidos liberados mediante la fisión deben reducir su velocidad. Por
esta razón, el combustible del reactor debe sumergirse en una sustancia adecuada llamada
moderador. La función de esta sustancia es volver más lentos a los neutrones sin llegar a
capturarlos.
Los neutrones tienen una masa casi igual a la de un átomo de hidrógeno. Por consiguiente,
es lógico suponer que las sustancias que contienen átomos de hidrógeno pueden ser moderadores
eficaces de los neutrones. El neutrón es análogo a una canica en movimiento, la cual
podría frenarse mediante una colisión con otra canica, pero rebotaría si chocara contra una
bala de cañón debido a la gran diferencia de ambas masas. El agua ( H20 ) y el agua pesada,
que contienen yH en lugar de |H , se utilizan a menudo como moderadores. Otros materiales
disponibles son el grafito y el berilio.
Para controlar el horno nuclear es necesario regular el número de neutrones que inician
el proceso de fisión. Ciertas sustancias, como el boro y el cadmio, capturan neutrones efi­