Si las reacciones en cadena en un reactor nuclear son incontrolables, ¿explotará como lo hace una bomba nuclear?

Answer 1

Hola amigo. Ese es un error común sobre los reactores nucleares. Es físicamente imposible que un reactor nuclear explote como lo hace en una bomba nuclear. Los procesos físicos que permiten mantener una reacción en cadena lo hacen imposible. La explicación puede ser muy técnica, pero en términos muy simplificados, estas son las razones:

1. Los reactores nucleares, ya sean reactores de neutrones rápidos o térmicos, están diseñados para alcanzar la criticidad con la ayuda de neutrones retardados de lo que se conoce como “precursores de neutrones retardados”.
2. Todos los reactores, ya sean reactores térmicos o rápidos, están diseñados para alcanzar un pico en una porción determinada del espectro de sección transversal de fisión microscópica (que depende de la energía). Estos tipos son mutuamente excluyentes, un reactor no es térmico y rápido crítico al mismo tiempo.
3. El ensanchamiento Doppler de sección transversal causa retroalimentación negativa.
4. Venenos de neutrones. Hay un montón de material sobre esto, búsquelo en wikipedia para empezar, le dará una buena idea inicial.

El primero significa que la energía requerida para la rápida acumulación de energía se retrasa y, por lo tanto, no es compatible con el efecto de multiplicación de neutrones requerido para mantener una acumulación rápida de neutrones (y, por lo tanto, la liberación de energía). Una bomba nuclear está diseñada para que la energía se libere muy rápido antes de que la transferencia de energía de la onda de choque que viaja hacia afuera destruya el material nuclear y, por lo tanto, mate la reacción. Es una competencia de dos procesos opuestos: la liberación de energía que quiere destrozar la bomba y la necesidad de mantenerla unida para utilizar todo el material nuclear disponible para obtener el máximo rendimiento.

Los artículos segundo y tercero están relacionados. Si el núcleo del reactor nuclear se calienta, el parámetro físico llamado espectro de sección microscópica se amplía Doppler disminuyendo la velocidad de reacción de neutrones y haciendo que disminuya la reacción de fisión. Este parámetro de diseño se cuantifica en el “coeficiente de temperatura de reactividad” (consulta).

El último artículo es suficiente para que un reactor explote de manera imposible en el sentido de bomba nuclear. Una bomba nuclear es como un niño muy muy hambriento, siempre quiere más neutrones y necesita todos los neutrones posibles para que explote. Las escalas de tiempo de los reactores nucleares inevitablemente producen y acumulan otros elementos atómicos que son muy buenos para absorber neutrones, eliminando neutrones invaluables de la reacción que “hipotéticamente” terminaría en una explosión ya imposible (llamados venenos de neutrones).

Lo que sucedió en Chernobyl fue una explosión de sobrepresión líquida. El agua se calentó, se expandió más allá de los límites de las capacidades estructurales del edificio de contención del reactor y se liberaron radiaciones en forma de desechos y aerosoles de partículas y no una explosión nuclear. En el accidente de Fukushima, lo que sucedió es que el núcleo del reactor se fundió principalmente en lo que los ingenieros nucleares llamamos “corium”, una mezcla de todos los materiales que conformaban el núcleo. Esto todavía produjo la liberación de aerosoles, pero permaneció confinado principalmente a muchos pies debajo del edificio del reactor con fugas menores (dada la magnitud del daño).

Así que ya ves: no hay explosiones nucleares del reactor nuclear.
Perdón por mi inglés: no soy hablante nativo.
Los reactores nucleares son seguros, confiables y ecológicos. Apoye la energía nuclear 🙂

Answer 2

Ninguna reacción en cadena de fisión nuclear puede continuar multiplicando su población de neutrones infinitamente. Cada reacción tiene múltiples fuentes de retroalimentación, y generalmente hay una fuente principal de retroalimentación que puede explicar el cambio de la reactividad de positiva a negativa. Los diferentes tipos de núcleos supercríticos estarán sujetos a diferentes comentarios dominantes, y eso constituye la respuesta final a su pregunta.

Intentaré enumerar esos comentarios, y seguiré en orden. La primera fuente de retroalimentación es la más restrictiva, luego, bajando la lista, las retroalimentaciones se vuelven menos restrictivas hasta que al final de la lista, se puede liberar suficiente calor para vaporizar, luego combustible y la masa a su alrededor.

• Retroalimentación de la temperatura del moderador: esto se aplica a las reacciones que solo son sostenibles en presencia de un moderador, y a temperaturas más altas los moderadores reducen la velocidad de los neutrones menos de modo que golpeen el combustible en secciones transversales menos efectivas para que sea más probable que sean absorbido sin causar una fisión. Esto puede ser importante para transitorios lentos en muchos tipos de reactores comerciales.
• Retroalimentación de la temperatura del combustible: esto también solo se aplica a los reactores térmicos, y esto sucede debido a la ampliación Doppler de las secciones transversales en el espectro de desaceleración de las energías de neutrones. No necesitas entender todo eso. Solo sepa que este es un efecto rápido y solo depende de la temperatura del combustible, lo que hace que los reactores térmicos sean incapaces de aumentar aún más la potencia. Cuando los operadores “pulsan” un reactor, esta es la retroalimentación en la que confían para no morir. Afortunadamente, es muy confiable.
• Retroalimentación de expansión térmica de la geometría: los reactores rápidos carecen de los dos efectos anteriores, pero en el funcionamiento normal de un reactor de factor, los márgenes de reactividad están estrechamente equilibrados, de modo que la expansión térmica (debido al calentamiento del combustible) causará que salgan más neutrones del reactor , haciendo que el equilibrio de reactividad se vuelva negativo. Este efecto se ha probado en reactores reales, pero los transitorios mal planificados o los cálculos incorrectos pueden hacer que este efecto sea insuficiente, genere demasiado calor y daños en el núcleo y un accidente nuclear importante.
• Cambio y distribución de la fase de combustible: si todos esos factores no están presentes, la reacción puede aumentar en intensidad hasta que ocurra algo dramático en el material dentro del núcleo. Con una reactividad positiva, se depositará más y más calor, y la siguiente parada a lo largo de nuestro viaje físico será la fusión y la vaporización del combustible y los materiales del núcleo.

Hay otras reacciones, como la producción de venenos de neutrones, pero participan en interacciones complejas y no reducen la velocidad de reacción en todas las circunstancias.

El final del juego de cambio de fase es posible en algunos reactores con un diseño y funcionamiento únicos, la mayoría de los cuales ya no existen. Para ser realmente “como” una bomba nuclear, esperaría ver una vaporización total del combustible debido a la reacción desbocada, no solo debido a los impactos posteriores del calor de descomposición. Incluso los peores accidentes registrados no se ajustan bien a esta historia, ya que tiende a ser el refrigerante, no el combustible, el que se vaporiza primero y se cae del techo (incluso retrocediendo a la era soviética de los años ochenta). Sin embargo, todavía es físicamente posible construir un reactor rápido que gane tanta reactividad adicional debido a la eliminación de las varillas, posiblemente un coeficiente de reactividad moderador positivo, tal vez incluso un poco de quema de veneno, que podría explotar su propio combustible en su contención , dejando que parte de ella flote en la atmósfera. Eso no significa que tal reactor haya sido construido, aunque podría haberlo sido. Es una noción especulativa, y muy difícil de probar de una forma u otra. Pero las posibilidades de que ocurra hoy son escasas o nulas. Incluso la mala gestión del accidente de Tokai-mura solo creó una configuración líquida que se basaba en la limitación de la retroalimentación de ampliación Doppler.

En pocas palabras, es mucho más fácil causar estragos a través de la radiación de un reactor nuclear que causar estragos a través de su calor. Es por eso que los desastres nucleares modernos carecen de una explosión nuclear al 100%.

Answer 3

Además del problema de la forma que mencionó Tim, el combustible utilizado en los reactores comerciales está mucho, mucho menos enriquecido que los elementos fisibles en las armas nucleares: el combustible del reactor está entre el 2% y el 20% de U-235, mientras que el material de grado de armas es plutonio ( no se usa comúnmente directamente como combustible, aunque indirectamente parte se produce y se quema durante la operación) o 85% o más U-235.

Answer 4

Larga historia corta, sí.

En general, el peor accidente posible que puede ocurrir en un reactor nuclear es el LOCA, que significa accidente de pérdida de refrigerante.
El corazón de un reactor nuclear siempre debe enfriarse con un refrigerante (el agua o agua pesada son algunos de los refrigerantes populares), luego el agua se calienta y el calor se usa para producir electricidad.

Si, en cualquier caso, el corazón del reactor nuclear no se enfría, la temperatura aumenta muy rápidamente y el agua en el sistema de enfriamiento se evaporará, lo que hará que el combustible se descubra y comience a calentar, eventualmente se derretirá y se mezclará con los materiales de La estructura, forma un magma y perfora el vaso del corazón.
Al mismo tiempo, el agua que se evapora y se convierte en vapor se llena con elementos radiactivos (como yodo, cesio, criptón, xenón, etc.) e hidrógeno. Cuando el hidrógeno se mezcla con el aire, se incendia y explota.

Answer 5

Los reactores nucleares no pueden producir explosiones nucleares. Los elementos combustibles en los reactores no pueden formar la forma compacta necesaria para producir una explosión. Incluso una excursión de poder masiva, como la que destruyó la Unidad 4 de Chernobyl, no puede provocar una explosión nuclear. El núcleo del reactor se derretiría o se volaría en pedazos por explosiones convencionales, como explosiones de vapor o gas hidrógeno.

Answer 6

No, el combustible es demasiado difuso para explotar en circunstancias y circunstancias.