Reactor nuclear

Principales conceptos

Para comprender qué es un reactor nuclear, antes hay que tener en claro varios conceptos. La fisión nuclear es una clase de reacción en la cual el núcleo de un átomo pasado se fragmenta en al menos dos núcleos de átomos más ligeros (que se conocen como productos de fisión). Esta división es causada por la captura de un neutrón incidente; como consecuencia del proceso, se emiten rayos gamma, neutrones y enormes cantidades de energía nuclear.

Se considera que un átomo es la unidad esencial de un elemento químico. Se compone de un núcleo (que alberga neutrones y protones, mencionados en este marco como nucleones) con electrones adosados a él. Los protones atraen a los electrones por la fuerza electromagnética, mientras que los protones y los neutrones que se ubican en el núcleo experimentan atracción entre sí por la fuerza nuclear. Aquel átomo que alberga más de 150 nucleones es calificado como un átomo pesado.

Retomando la idea de fisión nuclear, es una reacción que implica la división del núcleo de un átomo pesado por la captura de un neutrón, surgiendo núcleos de átomos menos pesados que resultan más estables. Como parte de la reacción, asimismo se generan más neutrones que, con incidencia en otros núcleos fisionables, provocan nuevas reacciones de fisión y así sucesivamente. Por eso se habla de reacción en cadena.

La reacción en cadena requiere una determinada configuración geométrica del material fisible o fisionable (es decir, que puede experimentar la reacción de fisión) y que se supere la llamada masa crítica: la cantidad mínima de material que se necesita para el mantenimiento de la reacción en cuestión. Si bien es posible que la fisión nuclear se produzca de un modo espontáneo, siempre se necesita la intervención de neutrones con la energía apropiada.

En este punto, podemos retomar el concepto de reactor nuclear: un artefacto que está en condiciones de provocar, mantener y controlar reacciones de fisión en cadena. Para esto apelan a un combustible nuclear formado por elementos fisibles (como isótopos de uranio o plutonio) para que, en el interior del reactor, se desarrolle la fisión nuclear sin que haga falta otra fuente de neutrones.

Componentes de un reactor nuclear

Un reactor nuclear consta de varias partes y componentes que intervienen en su funcionamiento. Presenta una estructura de acero que contiene las barras de combustible nuclear de acuerdo a un patrón geométrico específico para posibilitar la reacción en cadena.

Para favorecer la reacción en cadena se suele emplear un moderador nuclear, cuya función es reducir la velocidad de los neutrones que se producen para que así puedan propiciar nuevas reacciones. El agua es el moderador más empleado. También se usan reflectores que minimizan la salida de neutrones e incrementan la eficiencia del dispositivo.

El refrigerante nuclear, en tanto, se encarga de la conducción del calor que se produce con el proceso hasta una turbina que genera energía eléctrica o hacia un intercambiador de calor.

Por otro lado, cada reactor nuclear cuenta con barras o varillas de control formadas por material con capacidad para absorber los neutrones. De este modo, si se necesita interrumpir la reacción en cadena, se insertan barras de boro o cadmio en la vasija de acero.

Cabe destacar que en torno al reactor nuclear se desarrolla un blindaje para impedir la salida de rayos gamma. Dicho blindaje suele hacerse con hormigón, evitando la fuga de radiación y contribuyendo a la seguridad nuclear.