Fisión nuclear

Cuando se combinan elementos en cantidades fijas obtenemos moléculas o compuestos. Todos los elementos se representan mediante una o dos letras que representan su nombre en latín y alrededor se escribe cuatro números con el siguiente significado:

• Z: numero atómico, es el numero de protones del núcleo
• A: numero másico: es la sima de protones y neutrones en el núcleo  también es la masa en gramos de 1 mol (6,023·1023 átomos) del elemento.
• Q: es la cantidad de electrones de valencia que a cedido o captado.
• E: número de átomos que forman parte de una molécula.

En la naturaleza se encuentran átomos con el mismo numero de protones pero diferente número de neutrones. A dichos átomos se les llaman isótopos.
Algunos isótopos se transforman espontáneamente en otro elementos, emitiendo partículas o energía que pueden provocar reacciones químicas  destruir o modificar el ADN de células vivas. A este fenómeno de liberación se le conoce como radiactividad natural y pueden durar miles de millones de años.
La radiactividad puede ser de cuatro tipos:

• Radiación alfa: son núcleos de helio (24He) de gran energía  son expulsadas a 20000 km/s pero pueden ser detenidos por una hoja de papel.
• Radiación beta: son elementos emitidos a velocidad próxima a la de la luz, son detenidas por una placa de metal.
• Radiación gamma: son ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz y llegan a atravesar placas de acero de 5 a 15 cm de grosor.
• Neutrones: partículas procedentes del núcleo, que alcanzan 16000 Km/s, pero se pueden frenar y detener con agua.

Las reacciones nucleares consisten en provocas artificialmente la transformación de elementos, energía cinética y calor, pues siempre se desintegran una parte de masa que se transforma en energía segun la ecuación de Einstein: E=m·c2

En las reacciones nucleares de fisión se aprovecha la energía liberada al romper átomos  de núcleos pesados, como el uranio-235 o el plutonio-239. Para ello se bombardean los núcleos de átomos con neutrones de baja velocidad, liberando radicción beta y dos o tras neutrones rápidos. En este proceso hay una perdida rápida de masa de 3,57·10-25 gramos.

Cuando no se detiene a estos neutrones rápidos  pueden chocar con otros átomos de uranio y se produce una reacción en cadena que da lugar a una explosión  Para ello es necesaria una cantidad de sustancia conocida como masa crítica, suficiente como para que los neutrones encuentran un núcleo antes de que salga fueara de la masa de uranio.
Para evitar que se produzca una explosión, el proceso se realiza dentro de un moderador que frena la velocidad de los neutrones. Ademas, para limitar el numero de neutrones se dispone de unas barras de boro o cadmio que se introduce entre el combustible, pues estos materiales absorben neutrones. Son las barras de control.
Después de ser frenados, los neutrones ya van a velocidades lentas y pueden ser absorbidas por las barras de control, chocar con átomo de 238U, o con un átomo de 235U, produciendo una nueva fisión y generando calor. Para aprovechar el calor generado se hace pasar un refrigerante como gas o sodio fundido, o con mayor frecuencia agua, que actúan no solo como refrigerante, sino también como moderador.
El combustible es mezcla de 238U enriquecido artificialmente hasta en 5% de 235U, que se introduce en vainas de acero sujetas a un armazón  metálico de sección cuadrada llamada elemento combustible.


CENTRALES NUCLEARES

Son instalaciones similares a las centrales termoeléctricas clásicas de combustible fósil  El reactor esta enterrado dentro de una vasija  de acero de 20 cm de grosor. El refrigerante se introduce por la parte inferior y calor que recoge se aprovecha para hacer girar turbinas de vapor que impulsan a un alternador para producir energía eléctrica.
La vasija esta en el interior de un edificio de contención, recubiertas interiormente por un revestimiento de acero. Dentro de ese edificio se alberga todo el material que tenga contacto con la reactividad incluso se mantiene una ligera depresión del aire en el interior para que no haya escapes y hay unas piscinas para almacenamiento de combustible nuevo y gastado. Otro edificio contiguo alberga las instalaciones auxiliares de control y generación. Estas centrales se denominan centrales de neutrones lentos o térmicos y existen dos tipos, dependiendo de que el circuito de agua que pasa por el reactor pase o no por la turbina.
Centrales de agua a presión(PWR)
El circuito primario de agua que pasa por el reactor y se usa para evaporar agua de un circuito secundario, y esta vapor es el que pasa por la turbina. Un circuito terciario condensa el agua del circuito secundario.
Las nuevas investigaciones avanzan en el campo de centrales de neutrones rápidos  en las cuales no hay moderador y el combustible es plutonio-239. Además, se aprovecha el plutonio procedente de la desmantelación de armamento nuclear. Aunque se utilizan tecnologías muy avanzadas los rendimientos de las centrales termonucleares tienen valores alrededor del 0,08%. En climas muy fríos se aprovecha el calor residual como calefacción, con lo que el rendimiento de la congelación alcanza hasta el 2,5%.