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La energia nuclear de fision

Fisión nuclear frente a fusión

En las reacciones que dan lugar a los diferentes pares de productos de fisión descritos en la reacción (1) se emite un número entero de neutrones, por ejemplo, dos, tres o cuatro. El número medio es de 2,43. Algunos de los neutrones de la reacción (1) pueden utilizarse para inducir la fisión en otro núcleo de 235U, continuando así una reacción nuclear en cadena controlada y autoperpetuada. Una parte de los neutrones restantes de la reacción (1) se utiliza en la reacción (2) para producir 239Pu. El resto se absorbe en otros núcleos sin mayor efecto.

El isótopo 232Th, aunque no es fisionable con neutrones térmicos, es una posible fuente de energía porque absorbe neutrones térmicos para producir 233U de larga vida, que también sufre fisión de neutrones térmicos con una alta probabilidad. Así, los “tres grandes” núcleos fácilmente fisionables son: 235U, 239Pu y 233U.

Un reactor nuclear típico de agua presurizada (o en ebullición) consta de un núcleo de material fisionable (UO2, enriquecido al 3,3% o 4% en 235U) en el que tiene lugar la reacción en cadena. En la Fig. 14-2 se muestra una imagen de un reactor. La energía liberada en el proceso de fisión, que es principalmente en forma de energía cinética de los fragmentos de fisión, calienta el agua. El agua sirve tanto de moderador de neutrones (frena los neutrones de fisión hasta alcanzar energías térmicas), como de fluido de transferencia de calor. La reacción en cadena se controla mediante barras de material absorbente de neutrones insertadas en el núcleo. La energía térmica es retirada del núcleo por el agua hacia un convertidor externo de energía térmica. En el reactor de agua a presión (PWR), la energía térmica produce vapor para la turbina mediante el uso de un intercambiador de calor, mientras que en un reactor de agua en ebullición (BWR), el vapor se produce para su uso directo en la turbina.

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Reactor de fisión

Mire hacia arriba durante el día para ver uno de los ejemplos más potentes de un reactor nuclear: el sol. En el interior del sol, las reacciones de fusión tienen lugar a temperaturas muy elevadas y a enormes presiones gravitatorias.

La base de la energía nuclear es el aprovechamiento de la fuerza de los átomos mediante su separación, un proceso llamado fisión, o su combinación, llamada fusión. Tanto la fisión como la fusión alteran los átomos para crear energía, pero ¿cuál es la diferencia entre ambas?

La fisión, término acuñado por los científicos LIse Meitner y Otto Frisch, recibe su nombre del término “fisión binaria” en biología para describir la división celular. Al igual que las células se dividen, en la fisión un átomo se divide en partículas más pequeñas. La fisión tiene lugar cuando un isótopo grande y algo inestable (átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones) es bombardeado por partículas de alta velocidad, generalmente neutrones. Estos neutrones se aceleran y se estrellan contra el isótopo inestable, provocando su fisión o su ruptura en partículas más pequeñas. Durante el proceso, un neutrón se acelera y golpea el núcleo objetivo, que en la mayoría de los reactores nucleares actuales es el Uranio-235. Esto divide el núcleo objetivo y lo descompone en dos isótopos más pequeños (los productos de fisión), tres neutrones de alta velocidad y una gran cantidad de energía. Esta energía resultante se utiliza para calentar el agua en los reactores nucleares y, finalmente, produce electricidad. Los neutrones de alta velocidad expulsados se convierten en proyectiles que inician otras reacciones de fisión, o reacciones en cadena.

  Que es la energia nuclear

Producción de energía de fusión frente a la de fisión

A diferencia de los libros existentes de física de reactores nucleares, ingeniería nuclear e ingeniería química nuclear, este libro abarca una descripción y evaluación completas de la generación de energía nuclear por fisión. Abarca todo el ciclo del combustible nuclear, desde la extracción del uranio natural de las minas, la conversión y el enriquecimiento del uranio hasta la fabricación de elementos combustibles para los núcleos de los distintos tipos de reactores de fisión. A continuación, se describen las diferentes opciones del ciclo del combustible y el almacenamiento final en depósitos de residuos nucleares. Además, se presenta la liberación de radiactividad en condiciones normales y en posibles accidentes para todas las partes del ciclo del combustible nuclear y, especialmente, para los diferentes tipos de reactores de fisión.

Científico de fisión nuclear

Los protones y los neutrones se mantienen unidos en el núcleo de un átomo gracias a la fuerza fuerte, que sólo actúa en una distancia extremadamente corta. Para inducir la fisión nuclear de forma artificial, se suministra energía al núcleo desde una fuente externa. En los reactores de potencia comerciales, se utilizan neutrones para desencadenar la fisión nuclear.

Los neutrones libres pueden ser capturados por un núcleo. En la mayoría de los reactores nucleares, la alta energía inicial de los neutrones libres liberados durante la fisión se reduce (modera) hasta que hay una alta probabilidad de que sean capturados por un núcleo. Si el neutrón es capturado, se produce un núclido cuyo núcleo se encuentra en un estado excitado, lo que significa que puede dejar de ser estable. El núcleo del átomo puede liberar un exceso de energía. Dependiendo del nucleido, esto puede ocurrir por fisión.

  Formas de energia nuclear

El uranio 235 es un ejemplo de nucleido fisionable. Si un núcleo de uranio-235 absorbe un neutrón térmico (desacelerado), se convierte brevemente en un núcleo excitado de uranio-236. El uranio-236, a su vez, se divide en elementos más ligeros que se mueven rápidamente (productos de fisión) -por ejemplo, cesio 140 y rubidio 92- y se liberan dos o tres neutrones libres (véase la figura anterior). Esto libera 200 megaelectronvoltios (MeV) de energía.

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