Cómo funciona un reactor nuclear ?

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Para entender sobre el funcionamiento de un reactor nuclear debemos saber que es la fisión nuclear: los protones en el núcleo de un átomo están muy cercanos unos de otro y se mantienen unidos por una fuerza o interacción (como hoy quieren verla muchos teóricos de la física) que es denominada fuerza nuclear que se opone a la fuerza eléctrica que debería separarlos ya que los protones tienen carga positiva y por ello se repelen.

En realidad hay dos fuerzas nucleares: la débil y la fuerte. Ambas son muy intensas pero actúan a distancias muy pequeñas y esto hace que se vuelvan muy inestables los núcleos atómicos relativamente grandes pues la fuerza disminuye con la distancia que hay entre los neutrones y protones. Un núcleo muy grande se vuelve muy inestable y termino “desintegrándose” para formar otro núcleo más pequeño y más estable. Esta “desintegración” no significa que algo va a desaparecer sino que los núcleos “expulsan” algunas partículas, como cuando las personas en un globo aerostático lanzan “lastre” para elevarse más si comparamos la altura a la que el globo aerostático puede llegar con la estabilidad que núcleo puede alcanzar. Durante esa desintegración del núcleo salen partículas y energía de él y en conjunto son llamadas “radiación”. La energía es la que se quiere aprovechar y las partículas son las no deseables pues destruyen muchas de la moléculas del cuerpo al punto que la muerte puede llegar muy rápidamente o muy lentamente además pueden modificar el material genético causando mutaciones que en su mayoría son letales o que causan graves daños en la generación siguiente.

Ahora bien cuando un neutrón impacta en ciertos núcleos estos se dividen como si se hubiera producido naturalmente, lo que se denomina una fisión. En un reactor nuclear se lleva a cabo una fisión controlada de los átomos pues una fisión sin control produce una bomba nuclear o atómica. Hay otro detalle interesante, para que se produzca una fisión tanto controlada como sin control debe haber cierta cantidad de neutrones por unidad de volumen lo que se conoce como densidad de neutrones y esto solo se puede lograr si se puede reunir una cantidad de material fisionable o combustible nuclear, como aclaración diré que los científicos denominan así a la sustancia química que contiene el elemento cuyos átomos pueden ser divididos por este método. A esa cantidad de combustible nuclear se le llama masa crítica.

Otro punto fundamental para comprender cómo funciona el reactor nuclear, es que debe existir una manera de controlar la reacción y se hace por medio de dos elementos: agua enriquecida en deutero o agua pesada como la conocen casi todos y el grafito. Los neutrones salen de los núcleos a velocidades tan grandes que la mayoría sufre un efecto relativista que les impide golpear otros núcleos y por tanto deben ser “frenados” de alguna manera, esa manera es el agua pesada que sirve como una especie de barrera que disminuye su velocidad. Ahora bien el grafito lo que impide es que la densidad de neutrones llegue al punto de que cause una fisión descontrolada pues los átomos de carbono asimilan los neutrones. El calor liberado calienta el agua pesada y el cómo se usa este calor marca la diferencia básica entre los dos tipos de reactores que hay: Los reactores de agua a presión cuyas siglas son RAP o PWR (Pressurized Water Reactor) por sus siglas en inglés tienen una protección que a parte de evitar que la radiación cause daños resiste altas presiones, esto permite calentar al agua pesada a temperaturas muy superiores al punto de ebullición. Esta agua se lleva a un generador de vapor donde calienta agua a presión atmosférica que hierbe y luego es usada para mover una turbina; una vez enfriada el agua pesada es llevada al reactor nuevamente usando una bomba. Los reactores de agua en ebullición, RAE o BWR (Boiling Water Reactor) por sus siglas en inglés, no están presurizados y el agua pesada entra en ebullición y es usada directamente para mover la turbina, luego es enfriada para volver al reactor.

A partir de este momento los reactores se pueden clasificar por su uso: de tipo civil, científico o militar. Los civiles son los que se usan para la generación de electricidad o para locomoción como en barcos. Los de investigación científica tienen grandes aplicaciones y son los responsables de la obtención de combustibles más seguros. Los de uso militar van desde los que se usan para obtener nuevas armas hasta los que mueven portaaviones y submarinos nucleares. También hay otros tipos de reactores que varían su estructura y por ejemplo sustituyen el grafito por dióxido de carbono que es más económico o que no usan agua pesada y la sustituyen por plomo, sodio u otros metales en estado líquido. Por último también se pueden considerar como reactores nucleares a los que en teoría pueden usar la fusión de núcleos atómicos livianos para obtener núcleos más pesados, básicamente lo que ocurre dentro del sol y que se supone libera más energía y menos radiación. Sin embargo a pesar de que se ha podido fusionar algunos núcleos, al parecer todavía estamos lejos de construir un reactor de fusión funcional y viable económicamente.

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