Reacción nuclear en cadena

Fig. 1. Un neutrón golpea un núcleo de ²³⁵U y provoca un evento de fisión. Esto libera más neutrones. Al contrario que en la figura, por término medio se produce un nuevo evento de fisión como resultado de estos neutrones liberados.

Una reacción nuclear en cadena se produce cuando el resultado de una reacción hace que se produzcan más reacciones. Estas reacciones en cadena son casi siempre una serie de eventos de fisión, que emiten un exceso de neutrones. Este exceso de neutrones puede provocar más fisiones, de donde viene el nombre de reacción en cadena. Las reacciones nucleares en cadena son esenciales para el funcionamiento de las centrales nucleares.

Las reacciones químicas implican la recombinación de diferentes especies químicas. Las reacciones nucleares implican la interacción de diferentes tipos de núcleos (llamados especies nucleares). Muchas reacciones químicas son también reacciones en cadena, con muchas similitudes con las reacciones nucleares en cadena. Estas similitudes incluyen:

• Que las reacciones se mantienen cuando hay especies químicas o nucleares disponibles para reaccionar. La reacción en cadena se detiene cuando las especies se eliminan o se agotan.
• Que las reacciones en cadena se controlan (comienzan, se aceleran, se desaceleran y se detienen) añadiendo o eliminando especies químicas o nucleares en esa cadena.
• A menudo se libera energía a medida que se producen las reacciones.
• La energía liberada suele salir en forma de energía térmica, convirtiéndose en calor que puede ser aprovechado por los motores térmicos para realizar un trabajo útil como la producción de electricidad.

Aunque existen estas similitudes, también hay algunas diferencias importantes. Las reacciones nucleares liberan aproximadamente un millón de veces más energía que las reacciones químicas. Esto significa que las reacciones químicas en cadena se producen mucho más fácilmente que las reacciones nucleares. Por ejemplo, el fuego es una reacción química en cadena. Las reacciones nucleares en cadena requieren una cuidadosa ingeniería y, por lo que sabemos, sólo se ha producido una reacción nuclear en cadena de forma natural. Las reacciones nucleares en cadena requieren una abundante y cuidadosa planificación. Cuando se producen, hay mucha más energía disponible, lo que hace que la energía nuclear tenga una densidad energética mucho mayor para su combustible nuclear.

Para mantener una reacción nuclear en cadena, cada evento de fisión debe conducir exactamente a otro evento de fisión. La especie nuclear más conveniente para utilizar en las reacciones nucleares en cadena es un isótopo fisible del uranio, el ²³⁵U. Cuando el ²³⁵U se fisiona, emite, por término medio, ~2.5 neutrones por evento de fisión. Hay que hacer una cuidadosa ingeniería para que esos neutrones sigan creando más eventos de fisión. Al contrario de lo que cabría esperar, las dificultades surgen a la hora de conseguir suficientes neutrones para que se produzca una reacción nuclear sostenida, en lugar de tener demasiadas reacciones nucleares. Si cada evento de fisión conduce exactamente a un evento de fisión más, se dice que la reacción nuclear en cadena es crítica. La fig. 2 muestra una simplificación de la reacción de fisión en cadena.

Fig. 2. Una reacción nuclear en cadena de fisión de átomos de uranio-235. En un reactor nuclear real, la mayoría de los neutrones liberados se pierden, en lugar de dar lugar a otro evento de fisión.

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En el siguiente vídeo, un miembro del equipo de Energy Education explica las reacciones nucleares en cadena:

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