¿Qué es una reacción en cadena nuclear?

Una reacción de fisión nuclear tiene lugar cuando los átomos de un elemento inestable son bombardeados con neutrones, dividiendo el núcleo de cada átomo en partes más pequeñas. Si la división de cada núcleo libera varios neutrones de alta velocidad que luego pueden dividir más núcleos del elemento, se produce una reacción en cadena. A medida que los neutrones adicionales dividen más núcleos, se libera más energía y la reacción en cadena puede resultar en una explosión como la de una bomba nuclear. Si la reacción en cadena se controla eliminando algunos de los neutrones adicionales, aún se libera energía en forma de calor, pero se puede evitar una explosión. La reacción en cadena nuclear es uno de los tres tipos de reacciones nucleares que tienen diferentes características y se pueden utilizar de diferentes formas.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

Una reacción en cadena nuclear es una reacción de fisión que libera neutrones adicionales. Los neutrones dividen átomos adicionales liberando aún más neutrones. A medida que el número de neutrones emitidos y el número de átomos divididos aumentan exponencialmente, puede producirse una explosión nuclear.

El núcleo de un átomo almacena mucha energía que puede servir para propósitos útiles. Los tres tipos de reacciones nucleares que utilizan la energía nuclear son la radiación, la fisión y la fusión. Las máquinas de rayos X médicos e industriales utilizan radiación de elementos radiactivos para crear imágenes del cuerpo o en materiales de prueba. Las centrales eléctricas y las armas nucleares utilizan la fisión nuclear para producir energía. La fusión nuclear alimenta el sol, pero los científicos no han podido crear una reacción de fusión nuclear a largo plazo en la Tierra, aunque los esfuerzos continúan. De estos tres tipos de reacciones nucleares, solo la fisión puede crear una reacción en cadena.

La clave de una reacción en cadena nuclear es asegurarse de que la reacción genere neutrones adicionales y que los neutrones dividan más átomos. Debido a que el elemento uranio-235 produce varios neutrones por cada átomo dividido, este isótopo de uranio se usa en reactores de energía nuclear y en armas nucleares.

La forma y la masa del uranio influyen en la posibilidad de que se produzca una reacción en cadena. Si la masa de uranio es demasiado pequeña, muchos de los neutrones se emiten fuera del uranio y se pierden en la reacción. Si el uranio tiene la forma incorrecta, por ejemplo, una hoja plana, también se pierden demasiados neutrones. La forma ideal es una masa sólida lo suficientemente grande como para iniciar la reacción en cadena. En este caso, los neutrones adicionales golpean a otros átomos y el efecto de multiplicación conduce a la reacción en cadena.

La única forma de controlar o detener una reacción en cadena nuclear es evitar que los neutrones dividan más átomos. Las barras de control hechas de un elemento absorbente de neutrones como el boro reducen el número de neutrones libres y los eliminan de la reacción. Este método se utiliza para controlar la cantidad de energía producida por un reactor y para asegurar que la reacción nuclear permanezca bajo control.

En una planta de energía nuclear, las barras de control se suben y bajan en el combustible de uranio. Cuando están completamente bajadas, todas las barras están rodeadas de combustible y absorben la mayoría de los neutrones. En ese caso, la reacción en cadena se detiene. A medida que se elevan las barras, menos de cada barra absorbe neutrones y la reacción en cadena se acelera. De esta forma, los operadores de la central nuclear pueden controlar y detener la reacción en cadena nuclear.

Aunque las reacciones nucleares en cadena en las plantas de energía de todo el mundo entregan cantidades sustanciales de energía eléctrica, las plantas de energía nuclear tienen dos problemas principales. Primero, siempre existe el riesgo de que el sistema de control basado en barras de control no funcione debido a fallas técnicas, error humano o sabotaje. En ese caso, podría producirse una explosión o una liberación de radiación. En segundo lugar, el combustible usado es altamente radiactivo y debe almacenarse de forma segura durante miles de años. Este problema aún no está resuelto y, en la mayoría de los casos, el combustible usado permanece en varias centrales nucleares. Como resultado, los usos prácticos de las reacciones nucleares en cadena han disminuido en muchos países, incluido Estados Unidos.