
	QUÍMICA NUCLEAR FISIÓN NUCLEAR
	Los núcleos muy pesados (Z>104) sufren fisión espontánea, sin embargo, esta ruptura del núcleo se puede provocar artificialmente en núcleos más ligeros como los de uranio-235 (Z=92) o plutonio-239 (Z=94). Para conseguirlo, es necesario bombardear estos núcleos con neutrones lentos (denominados térmicos, que tienen una velocidad comparable a las de las moléculas del aire a temperatura ambiente). Este descubrimiento fue publicado por Otto Hahn y Fritz Strassman en 1939. En él participó también Lise Meitner, que en 1938 tuvo que huir de la Alemania nazi por su condición de judía. Eran los albores de la segunda guerra mundial y anunciaba la posibilidad de producir una bomba atómica. Meitner y Hahn En su exilio en Suecia, Meitner trabajó con Otto Frisch y consiguieron explicar teóricamente el proceso de fisión (es posible que no haya habido otro olvido más evidente de una mujer en la concesión de los premios Nobel que este de Lise Meitner). Cada evento de fisión del U-235 produce dos núcleos hijos de forma asimétrica. Entre los productos del proceso se han detectado bario, lantano, cerio, estroncio, ... En total se han observado más de 50 maneras diferentes de fisión en el U-235 aunque, en general, los números másicos de los fragmentos están en una proporción aproximada de 3:2. La distribución de núcleos hijos obtenida de la fisión del uranio-235 se distribuye de la siguiente manera: La fisión nuclear del U-235 tiene dos características interesantes: desprende una gran cantidad de energía y libera más neutrones de los que consume, pudiendo mantener una reacción en cadena. En cuanto a la energía liberada hay que tener en cuenta que un mol de U-235 pierde casi 0,2 g de masa en el proceso de fisión. Esa enorme pérdida de masa explica que se liberen 1,8·10¹⁰ kJ/molU-235 que es 10 millones de veces mayor que la cantidad de energía liberada en la combustión de la misma masa de carbón. Por otra parte, la fisión de un núcleo de U-235 libera dos o tres neutrones que sirven para provocar la fisión de nuevos núcleos que, a su vez, liberan nuevos neutrones. En definitiva, este proceso podría provocar una reacción en cadena que provocara la fisión de todos los núcleos de la muestra. Para que esto ocurra en la práctica es necesaria una cantidad mínima de U-235. Esto ocurre porque no todos los neutrones liberados provocan una fisión efectiva y otros escapan. A la cantidad mínima de U-235 que es capaz de mantener una reacción nuclear de fisión en cadena se le denomina masa crítica. Si la masa disponible es menor se le denominará subcrítica. La masa crítica depende de diversas variables entre las que se encuentra la pureza del material utilizado, la temperatura, la forma dada al material, etc. En una bomba atómica, el U-235 o el Pu-239 están colocados en dos partes separadas de forma que por separado ninguna de ellas alcance la masa crítica pero juntas sí. Para detonarlas es suficiente con un explosivo químico que junte las dos partes de material fisible. En ese momento, la cantidad de neutrones liberada (aumentada por la suministrada por un detonador) es suficiente como para mantener la reacción en cadena y liberar toda su energía.	INDICE
	REACTORES DE FISIÓN La reacción de fisión puede ser controlada sin que produzca explosión alguna en un reactor nuclear. Los componentes básicos de este tipo de instalación industrial son los siguientes: combustible nuclear que debe ser un material fisionable, un moderador nuclear, un refrigerante del reactor, barras de control y un edificio contenedor. El combustible fisionable está dispuesto en barras de manera que nunca se alcance la masa crítica. Los neutrones emitidos son controlados por un moderador que los absorbe y puede regular la intensidad de la fusión y, por tanto, la liberación de energía. Esta es recogida por el sistema de refrigeración y convertida en corriente eléctrica. Todo este sistema está protegido dentro de un edificio en el que se extreman las condiciones de seguridad. El uranio se encuentra en la naturaleza en forma de óxido U3O8, formando una parte muy pequeña (en torno 0,5 %) de las rocas utilizadas como mena. Por otra parte, el uranio natural es una mezcla de isótopos en la que el componente mayoritario U-238 (99,3 %) no es fisible. El isótopo interesante (fisible) U-235 solo se encuentra en una proporción del 0,7 %. Para que el uranio pueda servir como combustible en una central nuclear debe contener una proporción de U-235 que sea, al menos, del 5 %. Eso obliga a concentrar el isótopo fisible U-235 a través de un complejo trabajo en el que el óxido es convertido en fluoruro UF6 y a continuación es sometido a difusión o a centrifugación para separar los isótopos ligeros de los pesados. Este proceso de enriquecimiento tiene un peligro. Cuando se alcanzan tasas mayores del 20 % en U-235, el uranio es potencialmente utilizable para construir armas nucleares. El moderador nuclear es un material que frena los neutrones emitidos por el U-235 para conseguir que sean suficientemente lentos como para que produzcan eficazmente la reacción de fisión. Entre los moderadores utilizados en los reactores nucleares están: agua, agua pesada, grafito, berilio o dióxido de carbono. En los denominados reactores de agua ligera se utiliza agua como moderador y refrigerante y es el material encargado de extraer la energía de la fisión y convertirla en potencia o calor. Para ello, el agua circula en dos circuitos independientes. El primario recoge la energía del núcleo del reactor y el secundario lo hace del primario, intentando evitar con ello posibles fugas radiactivas que pasaran al sistema primario. Es posible usar otros refrigerantes como sales fundidas o sodio fundido. Los reactores que utilizan agua pesada (D2O) como moderador de neutrones son denominados reactores de agua pesada. Como el deuterio es un moderador menos eficaz que el protio, los reactores de agua pesada son más eficientes y pueden utilizar U-235 menos enriquecido. La posibilidad de evitar el costoso proceso de enriquecimiento es una ventaja evidente pero se utilizan muy poco por el elevado precio que supone la obtención del agua pesada. Además del moderador, en el núcleo del reactor hay barras de control que contienen boro, cadmio o hafnio, todos materiales muy eficaces en la captura de neutrones. Con ello se busca controlar el flujo de neutrones en el reactor y el alcance de la reacción de fisión. Si las barras son extraídas del núcleo aumentará la cantidad de neutrones en el reactor y, por tanto, la liberación de energía. Si se introducen ocurre lo contrario. En la siguiente simulación hay una pestaña en la que podrá cambiar la energía liberada en un reactor nuclear manejando las barras de control. El funcionamiento del reactor es peligroso, incluso apagado el combustible libera radiación. Por otra parte, la temperatura es elevada y las presiones alcanzadas en el circuito primario de refrigeración son elevadas. Todo ello obliga a situar el reactor en un edificio con especiales medidas de seguridad. Por ejemplo, el reactor está construido en acero de 20 cm de grosor y está colocado en un recinto con paredes de uno a tres metros de grosor construidas en hormigón de alta densidad. Además este corazón del reactor está colocado en un edificio con cúpula diseñado para contener cualquier tipo de fugas. El siguiente video describe las instalaciones de una central nuclear
	ACCIDENTES NUCLEARES EEUU (Three Mile Island) Harrisburg, Pensilvania El 28 de marzo de 1979 un problema en la refrigeración del núcleo de uno de sus reactores provocó que este alcanzara temperatura suficiente como para que se fundiera el combustible nuclear y los residuos radiactivos del proceso de fisión. Además, el circonio de las vainas que encapsulan los pellets de combustible reaccionó con el agua del reactor provocando su disociación y liberando hidrógeno (reacción redox). Ante el peligro de explosión del edificio de contención, los gases (hidrógeno y gases nobles radiactivos del combustible agotado) fueron venteados al exterior. Al cabo de unos días se pudo reparar la refrigeración y enfriar el núcleo. La planta estuvo diez años parada en labores de limpieza y en 2019 cerró definitivamente. Chernobyl (Ucrania) En abril de 1986 ocurrió el mayor desastre hasta la fecha en una central nuclear. Fue en Chernobyl (Ucrania), por aquel entonces parte de la Unión Soviética. En este caso los ingenieros hacían una ensayo que les obligaba a desconectar los sistemas de seguridad y uno de los reactores de la central se volvió inestable. La reacción de fisión se descontroló y la presión alcanzada en la vasija del reactor fue suficiente como para reventarlo. La explosión rompió todas las barreras de contención y el material radiactivo fue liberado a la atmósfera, además, el grafito del moderador entró en combustión provocando un incendio. La nube radiactiva formada recorrió toda Europa. Se estima que entre el personal de emergencia que acudió en los primeros días a reparar el desastre hubo más de 400 bajas. Por otra parte, la ciudad cercana de Chernobyl fue abandonada. El reactor ha sido sepultado por un sarcófago que contiene la radiación pero el problema continúa y lo hará durante mucho tiempo. Fukushima (Japón) En 2011, un terremoto de 9 grados en la escala Richter provocó un tsunami que devastó la costa japonesa afectando a la central nuclear de la ciudad de Fukushima que estaba colocada en primera línea. Al entrar el agua en las instalaciones, se desconectaron todos los sistemas de refrigeración de los tres reactores y las temperaturas en los núcleos fueron suficiente para fundir el combustible nuclear y para que el circonio produjera hidrógeno que provocó diversas explosiones. Los gases radiactivos fueron evacuados al medio ambiente y el agua de mar utilizada en la refrigeración de los reactores fue vertida al mar. Dejando a un lado los accidentes, es posible que el principal reto de la energía nuclear sea la gestión de los residuos. Como solo el 0,1 % se convierte en energía, el 99,9 % del combustible nuclear permanece en forma de residuos radiactivos. Entre ellos hay algunos de elevada actividad que necesitan cientos o miles de años para dejar de ser peligrosos. ¿Cómo se gestionan estos residuos?. En algunos casos se colocan en minas o depósitos profundos.