¿Cómo puede la fisión nuclear conducir a una reacción en cadena?

Answer 1

La reacción de fisión inducida por neutrones es la reacción, en la cual el neutrón incidente ingresa al núcleo objetivo pesado (núcleo fisionable), formando un núcleo compuesto que se excita a un nivel de energía tan alto (Eexcitación> Ecrítico) que el núcleo se divide en dos grandes fragmentos de fisión. Se libera una gran cantidad de energía en forma de radiación y fragmenta la energía cinética. Además, y lo que es crucial para este capítulo, el proceso de fisión puede producir 2, 3 o más neutrones libres que son capaces de inducir nuevas fisión, etc. Esta secuencia de eventos de fisión se conoce como la reacción en cadena de fisión y es importante en la física de los reactores nucleares.

La reacción en cadena puede tener lugar solo en el entorno de multiplicación adecuado y solo en condiciones adecuadas . Es obvio que si un neutrón causa dos fisión adicionales, el número de neutrones en el sistema de multiplicación aumentará con el tiempo y la potencia del reactor (velocidad de reacción) también aumentará con el tiempo. Para estabilizar dicho entorno de multiplicación, es necesario aumentar la absorción de neutrones sin fisión en el sistema (por ejemplo, para insertar barras de control ). Además, este entorno de multiplicación (el reactor nuclear) se comporta como el sistema exponencial, lo que significa que el aumento de potencia no es lineal, sino exponencial .

Por otro lado, si un neutrón causa menos de una fisión adicional, el número de neutrones en el sistema de multiplicación disminuirá en el tiempo y la potencia del reactor (velocidad de reacción) también disminuirá en el tiempo. Para mantener la reacción en cadena , es necesario disminuir la absorción de neutrones sin fisión en el sistema (por ejemplo, retirar las barras de control ).

Fuente: nuclear-power.net

Answer 2

Ciertos elementos pesados ​​sufren un tipo de desintegración nuclear llamada Fisión espontánea (SF), por ejemplo, uranio-236. La descomposición del uranio-236 por SF produce dos núcleos más ligeros y algunos neutrones energéticos, a menudo más de uno. Si uno de estos neutrones en descomposición golpea un átomo de uranio-235, puede ser absorbido para formar uranio-236, que luego sufrirá una SF bastante rápida.
Si las condiciones son correctas en el combustible nuclear, por ejemplo, una concentración suficiente de uranio-235 y un medio para “moderar” la energía de los neutrones de descomposición a la velocidad óptima, entonces, mientras se produzca más de un neutrón de descomposición para golpear a otro uranio -235 átomos, se producirá una reacción en cadena.
Algunas de las posibles desintegraciones de uranio-236 SF producen hasta 3 neutrones, por lo que la probabilidad de “más de uno” es suficiente para causar la reacción en cadena. En un escenario simple donde se producen tres neutrones por SF, y los tres llegan a otros átomos de uranio-235, la cantidad de fisión espontánea crecerá de 1 a 3 a 9 a 27 y así sucesivamente, es decir, en n ^ 3 . Por lo tanto, es fácil seguir que se producirá una reacción de desintegración en cadena o de escape.
La fisión de un átomo de uranio-235 resulta en la liberación de 202.5 MeV de energía. En un reactor nuclear, las condiciones reales no darán lugar a tasas de decadencia teóricas máximas. A medida que el combustible se convierte en productos de descomposición, estos comienzan a acumularse y reducen la cantidad de fisión causada por neutrones emitidos.
Claramente, el objetivo de un reactor nuclear es eliminar la energía causada por el número creciente de desintegraciones nucleares y evitar la acumulación de energía (en última instancia, calor) hasta el punto donde ocurre la fusión del reactor. Es por eso que el rendimiento óptimo de los moderadores de flujo de neutrones y los sistemas de transferencia de calor es tan importante para la seguridad del reactor.