Reactores Nucleares: Funcionamiento, Componentes y Aplicaciones

¿Qué es un Reactor Nuclear?

Un reactor nuclear es una instalación donde se producen reacciones nucleares controladas.

Componentes Principales de un Reactor Nuclear

• Barras de Combustible: Contienen uranio, a menudo mezclado con aluminio, permitiendo la circulación del fluido generado.
• Núcleo del Reactor: Constituido por las barras de combustible, se refrigera generalmente con H₂O.
• Barras de Control: Sistema que permite iniciar, controlar o detener las fisiones nucleares en cadena.
• Moderador: Material que reduce la velocidad de los neutrones, asegurando la continuidad de la reacción en cadena.
• Refrigerante: Fluido que extrae el calor generado por las fisiones en el núcleo.
• Blindaje: Barrera que evita la fuga de radiaciones, incluyendo un blindaje biológico.

Uso del Agua en Reactores

El H₂O se utiliza en algunos reactores como refrigerante y moderador simultáneamente.

Diferencia entre H₂O y H₂O Pesada

El agua ligera (H₂O) contiene una baja concentración de deuterio (aproximadamente 6 átomos por millón), mientras que el agua pesada (D₂O o ²H₂O) tiene una concentración mucho mayor (entre 170 y 180 átomos por millón).

Reactor Rápido

Un reactor rápido es un tipo de reactor que utiliza neutrones rápidos para producir combustible, generando más material fisible del que consume.

Conceptos Fundamentales de Física Nuclear

Partes de un Átomo

• Electrones: Carga eléctrica negativa.
• Núcleo: Centro del átomo, compuesto por protones y neutrones.
• Protones: Carga eléctrica positiva.
• Neutrones: Sin carga eléctrica.

Energía Nuclear

La energía nuclear puede obtenerse por fisión o fusión nuclear, liberando una gran cantidad de energía y disminuyendo la masa, según la ecuación de Einstein E=mc².

Radioactividad

Emisión de energía en la desintegración de núcleos de átomos inestables. Puede ser en forma de partículas alfa (α), beta (β), gamma (γ) o neutrones.

• Radiación Alfa (α): Partículas con carga positiva, análogas a un núcleo de helio.
• Radiación Beta (β): Partículas del tamaño de un electrón, con menor ionización que las alfa debido a su pequeña masa.
• Radiación Gamma (γ): Radiación electromagnética muy energética, con un poder de penetración mayor que alfa y beta.
• Neutrones: Partículas que pueden inducir reacciones de fisión.

Radioisótopos

Elementos radioactivos artificiales generados en reactores nucleares y aceleradores de partículas.

Vida Media de los Radioisótopos

Tiempo necesario para que la cantidad de un material radioactivo se reduzca a la mitad.

Fisión Nuclear

Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se divide en dos o más fragmentos, liberando neutrones y energía.

Fusión Nuclear

Reacción nuclear en la que dos átomos ligeros se unen para formar un átomo más pesado, liberando energía.

Uranio

Elemento que contiene núcleos fisionables, constituyendo el material combustible principal de muchos reactores nucleares.

Residuos Radioactivos

Cualquier material contaminado con radionucleidos en concentraciones superiores a los niveles establecidos por las autoridades reguladoras.

Unidades de Medición de Radioactividad

• Curie (Ci): Unidad tradicional de radioactividad (1 Ci = 3.7 x 10¹⁰ desintegraciones por segundo).
• Becquerel (Bq): Unidad del Sistema Internacional (SI) de radioactividad (1 Bq = 1 desintegración por segundo). Por lo tanto, 1 Ci = 3.7 x 10¹⁰ Bq.

Aplicaciones de la Tecnología Nuclear

Medicina

• Radioterapia: Uso de radiación para inhibir el desarrollo o destruir células cancerosas.
• Radioinmunoanálisis: Técnica in vitro que utiliza radioisótopos para analizar sustancias biológicas.
• Radiodiagnóstico: Uso de radioisótopos para detectar enfermedades del corazón, pulmón, riñón, cerebro, etc.

Industria

Optimización de procesos y control de calidad en la producción.

Alimentación

Técnicas de irradiación para aumentar el tiempo de conservación de los alimentos.

Desarrollo de la Energía Nuclear en Chile

La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN) fue creada en 1955 para promover el uso de la energía nuclear con fines pacíficos. Ha logrado avances significativos en medicina, alimentación, hidrología y agricultura, con centros de investigación como Lo Aguirre y La Reina.