¿Cómo se logra la fisión nuclear?

Answer 1

Para lograr la fisión, los isótopos de uranio o plutonio se utilizan como combustible, ya que tienen un núcleo relativamente grande que puede dividirse mediante el bombardeo de neutrones. Cuando un neutrón golpea un núcleo de uranio-235 o de plutonio-239, se divide en 2 núcleos más pequeños mientras libera energía y más neutrones en el proceso. Los neutrones adicionales liberados pueden afectar a otros átomos de uranio o plutonio para producir aún más neutrones, lo que conduce a una reacción en cadena con mayores tasas de fisión nuclear. La siguiente es una imagen que representa el proceso descrito anteriormente.

Ahora supongo que quieres saber cómo se logra esta fisión en los reactores nucleares de manera artificial. Los reactores nucleares están destinados principalmente a realizar el proceso anterior de manera controlada. El proceso descrito anteriormente ocurre todo el tiempo en la naturaleza, pero a un ritmo muy lento porque la probabilidad de la interacción de un neutrón en rápido movimiento con un núcleo pesado es minúscula. Los reactores nucleares aumentan la probabilidad de este proceso al desacelerar los neutrones por medio de moderadores, lo que eventualmente conduce a una reacción en cadena sostenida. Además de esto, las barras de control también se introducen en el proceso para controlar el proceso de fisión cuando sea necesario mediante la absorción del exceso de neutrones. También circula un refrigerante a través del reactor para absorber y transferir la energía producida por la reacción de fisión, que finalmente se utiliza para generar electricidad. Un esquema simplificado de un reactor nuclear puede verse así:
Las barras de combustible contienen el combustible nuclear (que puede ser de uranio o de plutonio) alternadas por barras de moderador que aumentan la probabilidad de que se inicie una reacción en cadena sostenida. Las barras de control pueden introducirse en el medio del reactor, siempre que sea necesario para controlar la reacción de fisión. La sustancia en azul es el refrigerante que circula para lograr la transferencia de energía desde el núcleo del reactor. La parte amarilla del diagrama es un contenedor blindado que evita que la radiación dispersa se filtre al medio ambiente.

Espero que esta pregunta responda a lo que pretendías preguntar.

Answer 2

De todos los elementos en la tabla periódica, y hablando con pinceladas amplias, el hierro (Fe) es el cuyo núcleo es el más estable (en la medida en que implica la menor energía de unión para mantenerlo unido). Se puede persuadir a los núcleos que son más pequeños que el hierro para que se fusionen con otros y se conviertan en elementos más pesados; y aquellos que son más grandes que el hierro pueden ser persuadidos para que se dividan y se conviertan en una colección de elementos más ligeros.

El efecto es más fuerte, lo más lejos que puedes alejarte de Iron. Por lo tanto, la fusión nuclear generalmente se intenta (en reacciones artificiales) con hidrógeno, y la fisión nuclear generalmente se intenta con uranio o plutonio.

Si toma un bulto de uranio, todo lo que necesita hacer (de manera simplista) es golpear uno de esos núcleos con mucha fuerza, y se fragmentará. En la práctica, debes ser selectivo con lo que intentas golpearlo. Las partículas cargadas tienen el problema de ser repelidas por las capas protectoras de electrones o por la carga positiva en el núcleo. Por lo tanto, una partícula neutra se acepta generalmente como el proyectil de elección, de los cuales el neutrón es el mejor ejemplo.

Entonces, disparas un neutrón a un bulto de uranio y esperas que golpee uno de los núcleos. Esto luego se dividirá, tal vez en los dos núcleos más pequeños de Ba y Kr. Pero estos núcleos más pequeños no necesitan tantos neutrones como el núcleo original de uranio, por lo que también se liberan, y la mayor parte de la energía de enlace excedente se manifiesta como energía cinética. Un cálculo rápido sugiere que debería haber aproximadamente 27 de estos, pero en la práctica la mayoría de ellos simplemente salen del material, y solo alrededor de 3 (en promedio) tienen la energía y la trayectoria correctas para chocar con otros núcleos.

Esto, en esencia, es el comienzo de la reacción en cadena, con 3 núcleos sometidos a fisión, seguidos por otros 9, seguidos por otros 27, etc.

La idea es insertar algún tipo de material absorbente de neutrones (como Cd, en forma de barras de control) para controlar la reacción en cadena, de modo que solo un neutrón (en promedio) de cada evento de fisión se inicie. próximo evento de fisión.