La Energía Nuclear y su aprovechamiento, parte #2

Hola nuevamente mis queridos Steemians, en esta oportunidad, traigo ante ustedes, la segunda parte, de un post que me parece tiene, ademas de mucho potencial, mucha tela que cortar, y es que el tema de la Energía Nuclear, específicamente la fisión Nuclear no es nada sencillo de explicar y de entender, y cuenta con abundante material, que estudiar, también tiene una historia muy rica desde que fue descubierta por Lise Meitner y su colaborador Otto Hahn, en el año de 1938, ademas de comentarles que la fecha que acabo de mencionar, no es la mas antigua, en cuanto a antecedentes históricos, del estudio de esta complicada ciencia. En el año de 1896 el físico francés, Henri Becquerel, descubridor de la radiactividad, se dio cuenta que algunos elementos químicos emitían radiaciones, también descubrió que estas radiaciones eran diferentes a los Rayos X, y ademas poseían propiedades diferentes, a los tres que logro descubrir denomino, rayos Alfa, Beta, Gamma, junto con su colaboradora Marie Curie, pero esto mis queridos amigos es un abre-boca en lo que se refiere a la historia de esta apasionante materia.

Hoy estaremos hablando un poco a lo que se refiere, la Fisión Nuclear.

Fisión Nuclear

Como podemos observar en esta imagen, la Fisión Nuclear, se da cuando se bombardea, el átomo, mas específicamente el núcleo de algún elemento químico, con neutrones, esta acción causa como reacción que el núcleo de dicho átomo, se divida en dos, para el proceso de la fisión, se despiden dos o tres neutrones que pueden seguir interaccionando con mas núcleos, y de esta forma reproduciendo el mismo proceso. A este complejo proceso se le llama, reacción en cadena.

El tema de la fisión nuclear es muy delicado, ya que se tiene que cuidar que, tan solo uno de los neutrones que se liberan, haga su fisión, porque si no logra que ningún otro neutron continué, simplemente la fisión se pierde, pero si hay mas de dos, se pierde el control y ocurre un desastre la, Explosión Nuclear.

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Aquí podemos observar con mayor detalle como es una reacción nuclear en cadena, vemos al lado izquierdo como un neutron, es arrojado contra el núcleo de un átomo de Uranio 235, ante este evento, el núcleo se divide en otros núcleos con menor peso atómico que el elemento original, en este caso U-235, también podemos observar, que se expide como resultado de este evento, tres neutrones que son los responsables de continuar con la reacción en cadena, cabe destacar que en el proceso de la fisión se producen, neutrones, rayos gamma, y grandes cantidades de energía, esta energía es la que se aprovecha para calentar agua y obtener por el vapor de esta electricidad.

Masa Critica

Es la mínima cantidad de material, necesario, para que en el componente, se de una reacción nuclear en cadena, la masa critica de dicho componente, depende mucho de su forma física y de su densidad, ¿y esto por que?, debido a que los neutrones que se dan en una fisión viajan por el espacio en forma libre, para maximizar las posibilidades, dichos neutrones tienen que poder ir mas lejos, para así aumentar las probabilidades de impactar contra un núcleo y así causar una reacción en cadena.

¿Porque la forma física depende?
La mejor forma física para este material, seria entonces una esfera, mientras que la peor, pues una hoja aplanada, pues es mas probable que los neutrones, vuelen del espacio de la hoja sin chocar, con ningún otro, núcleo.

La masa critica puede ser alcanzada, colocando un pedazo de material en el centro de una implosión o incluso lanzando un objeto formado de este material, contra otro del mismo material, así se desencadenaría una reacción en cadena. Veamos un ejemplo de esto.

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Estos son los dibujos de los mecanismos de las dos bombas utilizadas en Japon, una en Hiroshima y la otra en Nagazaki, podemos observar que en la utilizada en en Hiroshima, se arrojaba una porción de Uranio 235 contra otra igual, provocando esto, una reacción en cadena, luego de alcanzar su masa critica, lo que causo la liberación de grandes cantidades de energía, esto se conoce como explosión nuclear, en la de Nagasaki, la forma de alcanzar la masa critica es un poco diferente, ya que a una esfera de plutonio 239, se le hizo detonar una serie de explosivos alrededor de si misma, esto con el fin de que alcanzara su masa critica, y conseguir así, una explosión atómica, luego de la reaccion en cadena.

Como funciona el Reactor Nuclear

Primero debemos entender como se compone una central nuclear:

La central nuclear esta compuesta por:

1.- Reactor Nuclear
2.- Generador de Vapor
3.-Turbina de Vapor
4.-Alternador
5.-Transformadores
6.-Red Eléctrica
7.-Condensador
8.-Bomba
9.-Dispositivo de Contención
10.-Combustible
11.-Torre de Refrigeración

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El funcionamiento del reactor se da partiendo del combustible, este es el Uranio o el Plutonio, después de ser extraído en un proceso de minería, es pasado por una serie de procesos químicos, que lo convierten en uranio enriquecido, a este proceso y valga la redundancia se le llama, enriquecimiento de Uranio, y es el que se lleva a cabo, para hacer fisible o que se puedan fisionar los núcleos del mismo, instalado en forma de barras en el reactor.

El reactor nuclear cuenta con estrictas medidas de seguridad, que tienen que ser cumplidas al pie de la letra por el personal que allí trabaja, la construcción del mismo demanda que este sea muy seguro, al punto que el edificio donde se encuentra el reactor nuclear, y que es llamado edificio de contención, no es otra cosa que una gran bóveda hecha de hormigón extra grueso, sus paredes pueden llegar a medir hasta 3 mts de espesor, la idea de hacer este edificio de esta forma es tratar de evitar derrames radiactivos en el caso de que pase algún accidente.

En un reactor de agua a presión, el recipiente a presión tiene una altura aproximada de 12 mts, dentro de este se encuentran los elementos combustibles, que son aproximadamente 150 de estos, dentro de cada barra hay pastillas de combustible de uranio o plutonio enriquecido, estas barras miden aproximadamente 5 mts de altura.

La fisión nuclear se da dentro del reactor, el combustible esta dispuesto en las barras ya mencionadas, dicho proceso es controlado por, las barras de control, estas suben y bajan dentro de las barras de combustible para controlar el proceso de fisión y evitar que se salga de control, la reacción en cadena tiene que ser controlada ya que recordemos que cuando empieza el proceso de fisión se liberan grandes cantidades de energía, y este proceso no puede dejarse a la suerte. Recordemos que las reacciones de fisión nuclear, en una central nuclear solo pueden mantenerse en determinadas condiciones, por un lado se requiere un isotopo, en este caso es el uranio 235 y por otro lado es el moderador, que puede ser agua, el agua actúa como relentizador de los neutrones, que no pueden viajar a tan alta velocidad porque sino atravezarian el núcleo sin poder lograr la fisión nuclear y a su vez la reacción en cadena, las barras de control, también ayudan a relentizar el proceso y controlar la reacción en cadena ya que al momento de bajarlas y colocarlas entre el combustible, no permiten que los neutrones pasen, pues los absorben y así controlan la reacción en cadena.

Espero les guste este post, próximamente estaré trayendo la tercera parte, agradezco a todos los que dedican de su tiempo para leer este material.

Para mas información visite estas paginas

https://twenergy.com/a/que-es-la-energia-nuclear-384
https://cuentos-cuanticos.com/2016/09/28/1-de-septiembre-de-1939/