¿Por qué no hay una explosión como una bomba atómica en reactores nucleares?

Answer 1

Aquí estoy con Link of Lists de desastres nucleares e incidentes radiactivos. https://en.wikipedia.org/wiki/Li… basado en la experiencia y la historia Los reactores nucleares nunca se exponen como una bomba atómica.

Si crees que la explosión de la energía nuclear de Chernobyl es una explosión como una bomba atómica, entonces podrías estar equivocado, no se parecía en nada a una bomba nuclear.

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Una razón por la que muchas personas se oponen a la energía nuclear es porque piensan que las plantas nucleares son como enormes bombas nucleares, que solo esperan explotar y destruir la civilización. Es cierto que las plantas nucleares y las bombas nucleares se basan en reacciones nucleares en las que los átomos se separan, pero generalmente es donde comienza y termina la similitud.

Para empezar, se utilizan grados muy diferentes de uranio en las centrales eléctricas y las bombas nucleares (algunas bombas usan plutonio, pero esa es otra historia). Las bombas necesitan uranio 235 extremadamente puro (enriquecido), que se fabrica mediante la eliminación de contaminantes (en particular, otro isótopo de uranio, uranio-238) del uranio natural. A menos que se eliminen los contaminantes, detienen una reacción en cadena nuclear. Las centrales eléctricas pueden trabajar con uranio menos purificado y mucho más ordinario, siempre que agreguen otra sustancia llamada moderador. El moderador, típicamente hecho de carbono o agua, “convierte” efectivamente el uranio menos puro, por lo que permitirá que ocurra una reacción en cadena. (No entraré en detalles aquí, pero funciona ralentizando los neutrones para que sean menos fácilmente absorbidos por las impurezas de uranio-238 y tengan una mayor probabilidad de causar fisión en el importantísimo uranio-235). Todos nosotros Lo que realmente necesita saber sobre el moderador es que hace posible una reacción en cadena en uranio relativamente impuro, y sin él la reacción se detiene.

Entonces, ¿qué sucede si la reacción dentro de una central eléctrica comienza a descontrolarse? Si eso sucede, se libera tanta energía que el reactor se sobrecalienta e incluso puede explotar, pero en una explosión relativamente pequeña y completamente convencional, no en una bomba nuclear apocalíptica. En esa situación, el moderador se quema o se derrite, el reactor se destruye y la reacción nuclear se detiene; no hay reacción en cadena desbocada. La peor situación se llama fusión: el reactor se derrite en un líquido, produciendo un globo radiactivo caliente que cae profundamente en el suelo, contaminando potencialmente los suministros de agua.

Existen otras diferencias importantes que impiden que las centrales nucleares se conviertan en bombas nucleares. En particular, las bombas nucleares deben ensamblarse de una manera muy precisa y detonarse para que exploten (empujando el material nuclear para que reaccione correctamente). Estas condiciones no ocurren en una planta de energía nuclear.

Un tipo diferente de planta de energía llamada reactor de reproducción rápida funciona de manera diferente, produciendo su propio combustible de plutonio en un proceso autosustentable. Su reacción en cadena está mucho más cerca de lo que sucede en una bomba nuclear y no funciona a través de un moderador. Es por eso que un reactor de reproducción rápida podría, en teoría, quedarse sin control y causar una explosión nuclear.

Nota:

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Answer 2

Porque no es físicamente posible. Un reactor nuclear está construido de manera totalmente diferente a una bomba nuclear, del mismo modo que un automóvil está construido de manera totalmente diferente a una bomba de combustible y aire, aunque ambos queman gasolina.

A los científicos e ingenieros del Proyecto Manhattan les llevó años descubrir cómo ensamblar una masa supercrítica lo suficientemente rápido como para que una fracción significativa de ella pudiera fisión antes de explotar.

Se decidieron por dos técnicas, cada una utilizada en una bomba (Little Boy en Hiroshima, Fat Man en Nagasaki). Little Boy reunió una masa crítica de U-235 disparando una pieza en un cañón contra un objetivo incorporado hecho de la otra pieza. Tan rápido como fue, solo alrededor del 1.5% del uranio se fisionó.

Esto no habría funcionado en absoluto con el plutonio 239. Para eso, se decidieron por un método de “implosión” aún más rápido utilizando explosivos. Aun así, solo alrededor del 17% del plutonio se fisionó.

Ambos métodos usaban combustibles metálicos, cada uno tan enriquecido (puro) como se podía hacer en ese momento. Y nuevamente, fueron diseñados específicamente como bombas.

Un reactor nuclear civil es totalmente diferente, diseñado para liberar energía mucho más lentamente (pero mucho más en total). Para empezar, el combustible tiene un nivel de enriquecimiento mucho más bajo, típicamente solo un pequeño porcentaje, y está en forma de óxido (cerámica), no de metal. Está en haces de tubos rodeados de agua de enfriamiento y barras de control que ralentizan o absorben, respectivamente, los neutrones que mantienen la reacción en cadena. Se requieren neutrones “moderados” lentos para mantener la reacción en cadena en la cantidad de material presente. Las bombas dependen de neutrones rápidos o “no moderados” que en realidad son menos efectivos para causar fisión, por lo que el combustible debe ser mucho más puro y denso.

Como señaló Joseph Boyle, algunos de los neutrones se emiten algún tiempo después de que se produce una fisión. La reacción es “crítica” ya que eventualmente se producen suficientes neutrones para mantener la reacción en cadena, pero no es “inmediata crítica”; Se necesitan tanto los neutrones rápidos como los retrasados. Una bomba explosiva, por otro lado, es muy rápida, varias veces.

Obviamente, esto es algo que los diseñadores de reactores trabajan duro para evitar, por ejemplo, con barras de control automático. Pero muchos están diseñados para que, incluso si se produce una pronta crítica, el reactor limitaría automáticamente su potencia a través de otros mecanismos. Uno es la expansión y / o ebullición del refrigerante, que generalmente también es el moderador. Otra es que cuando el combustible se calienta inmediatamente, sus átomos comienzan a vibrar más rápido y un fenómeno llamado “ampliación Doppler” reduce automáticamente la probabilidad de que un neutrón provoque fisión.

Al reactor de Chernobyl le faltaban muchas de estas características (por ejemplo, usaba grafito, no su refrigerante de agua, para moderación y el personal anuló varios otros mecanismos automáticos) y entiendo que probablemente se volvió brevemente crítico. La potencia se disparó a un nivel muy alto, vaporizando el refrigerante en vapor y soplando la parte superior del reactor. Sin embargo, todavía no explotó como un arma nuclear porque eso simplemente no es posible.

Answer 3

Una bomba atómica es un reactor nuclear no controlado muy cuidadosamente diseñado. Está específicamente diseñado para que la reacción comience en un momento determinado y proceda de manera incontrolada para convertir la mayor cantidad de material fisible en energía en el menor tiempo posible. En una bomba atómica, esto es extraordinariamente ineficiente pero aún resulta en una destrucción increíble debido a la gran cantidad de energía en el material fisionable que se libera en un período de tiempo muy corto.

Un reactor nuclear, por otro lado, está diseñado para liberar lentamente la energía que se encuentra en el material fisionable de una manera muy controlada para que la energía pueda ser recolectada y utilizada de manera eficiente. Tiene una variedad de formas de evitar una liberación incontrolada de energía, incluidas las barras de control y el flujo de agua. La energía liberada generalmente se recolecta con agua que se convierte en vapor para hacer funcionar un generador de vapor. En pequeños generadores eléctricos, el calor se puede utilizar para generar electricidad directamente con un generador termoeléctrico Peltier-Seebeck.

Puedes hacer una similitud con el fuego y el cuerpo humano. Al igual que una bomba atómica, un incendio se quema sin control y libera calor proporcional a la cantidad de combustible disponible. Se quema lo más rápido posible. Por otro lado, un cuerpo humano se parece más a un reactor nuclear porque utiliza el combustible disponible como alimento de una manera muy controlada, manteniendo el cuerpo a una temperatura muy cercana a 98.6F.

Answer 4

No es físicamente posible que un reactor nuclear explote a la manera de un dispositivo nuclear. Un dispositivo nuclear requiere material extremadamente enriquecido, que el combustible del reactor no tiene, en una geometría específica, que el núcleo del reactor no tiene, con lentes altamente explosivas, que no se permitirían en ninguna parte cerca del núcleo del reactor. Incluso una reacción en cadena desbocada solo puede derretir el núcleo y potencialmente causar una explosión de vapor o hidrógeno, pero una explosión nuclear es imposible.

Answer 5

Se necesitan dos cosas para una detonación nuclear: uranio o plutonio altamente enriquecido (90% o más de U-235 o Pu-239), y un mecanismo para crear una masa supercrítica de cualquiera de esos dos elementos en muy poco tiempo ( supercrítico significa que la reacción en cadena crece exponencialmente. Si usas U-235, puedes golpear dos masas críticas juntas y crear una supercrítica – esto fue usado en la bomba de Hiroshima – o comprimir una sola masa crítica y hacer que se vaya supercrítico: si prefiere Pu-239, solo puede usar el segundo método, es decir, la compresión; esto se usó en la bomba lanzada sobre Nagasaki y en casi todos los demás diseños de bombas desde entonces).

Los reactores nucleares carecen de cualquiera de estas dos condiciones, usan uranio enriquecido del 3 al 5%: el porcentaje es ligeramente mayor en algunos de ellos, pero incluso eso está muy por debajo de la cantidad necesaria para un arma nuclear. Y, obviamente, no alojan ni utilizan los mecanismos que acabo de mencionar, porque no los necesitan de ninguna manera. Entonces, pase lo que pase, nunca puede tener una detonación nuclear dentro de una planta de energía nuclear.

Answer 6

El término “Reactor nuclear” se utiliza para referirse a un dispositivo en el que se puede mantener una reacción en cadena de fisión nuclear controlada. En dicho dispositivo, los neutrones se usan para inducir la fisión nuclear de manera controlada. Este control se puede lograr mediante el uso de un tipo especial de materiales como “Boro” en el núcleo del reactor en forma de barra de control. Y también se adopta un esquema de enfoque de barrera múltiple en los reactores. Esto ayuda a prevenir el material radiactivo en la atmósfera en condiciones severas. Y cuando ocurre un accidente, estas barras de control caen automáticamente en el núcleo y detiene la reacción de fisión. Por lo tanto, los reactores nucleares son dispositivos inherentemente seguros.
Mientras que en la bomba nuclear, la fisión se utiliza de forma incontrolada con fines destructivos. En la bomba, se libera un poder enorme durante muy poco tiempo.
Pero en los reactores hay un control sobre el poder, por lo que puede producir energía con fines pacíficos.

Answer 7

• Retroalimentación negativa. En los reactores de agua, la gran mayoría, hervir el agua reduce la densidad del moderador de neutrones, lo que reduce la tasa de fisión.
• Neutrones retrasados. Un pequeño porcentaje de neutrones de la fisión no se produce inmediatamente, sino que se emite de uno de los dos fragmentos de fisión unos microsegundos más tarde. Esto reduce la velocidad de crecimiento de la reacción en cadena, a un nivel donde la retroalimentación negativa natural y el ajuste del control humano pueden afectarlo lo suficientemente rápido.

Answer 8

No explota porque está diseñado para no explotar. Un reactor nuclear está diseñado para producir electricidad. Si explotara, eso iría en contra de los objetivos de diseño y le daría al departamento de relaciones públicas un momento difícil.

Answer 9

La bomba atómica requiere una serie compleja de eventos para suceder en secuencia perfecta (gracias a Dios). No es probable que ocurra una secuencia en el caso de fusión del núcleo del reactor.