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{{fusionar|t=20190108153300|Reactor nuclear}}
[[Archivo:Crocus-p1020491.jpg|miniaturadeimagen|Núcleo de CROCUS, un pequeño reactor nuclear utilizado para investigación en el [[Escuela Politécnica Federal de Lausana|EPFL]] en Suiza]]
Un '''reactor nuclear''', conocido inicialmente como una '''pila atómica''', es un dispositivo utilizado para iniciar y controlar una [[reacción nuclear en cadena]]. Los reactores nucleares son utilizados en [[Central nuclear|plantas de potencia]] para [[Energía nuclear|generar electricidad]] y en [[Propulsión nuclear marina|propulsión de barcos.]] El calor de la [[fisión nuclear]] es transferido a un fluido (agua o gas), el cual se hace pasar a través de [[Turbina de vapor|turbinas de vapor.]] Estas pueden mover las [[Hélice (dispositivo)|hélices]] de un barco como también hacer girar [[Generador eléctrico|generadores eléctricos.]] El vapor generado mediante un reactor nuclear, en principio, puede ser utilizado para calor de proceso industrial o para [[Calefacción urbana|calefacción.]] Algunos reactores suelen usarse para la producción de [[isótopo]]s para uso [[Medicina nuclear|médico]] e industrial, o para producción de armas con base en plutonio. Algunos se usan solo con fines de investigación. Hasta abril de 2014, el IAEA (International Atomic Energy Commission) informó que había 435 reactores de potencia en operación, en 31 países alrededor del mundo.<ref name="Newman2008">{{Cita libro|apellidos=Newman, Jay|título=Physics of the Life Sciences|url=https://books.google.com/books?id=vY5rXC4xlMgC|año=2008|editorial=Springer|isbn=978-0-387-77258-5|página=652}}</ref>
== Mecanismo ==
[[Archivo:Nuclear_fission.svg|miniaturadeimagen|390x390px|Una fisión nuclear inducida. Un neutrón es absorbido por el núcleo de un átomo de uranio-235, el cual se parte en elementos más livianos que se desplazan a gran velocidad (productos de fisión) y neutrones libres. Aunque ambos, reactores y [[Arma nuclear|armas nucleares]] dependen de las reacciones en cadena, la tasa de las reacciones en un reactor ocurre mucho más despacio que en una bomba.]]
Tal como las estaciones convencionales de potencia generan electricidad extrayendo la energía térmica liberada de [[Combustible fósil|combustibles fósiles]], los reactores nucleares convierten la energía calórica liberada por la [[fisión nuclear]] controlada en [[energía térmica]] para convertirlas posteriormente en otras formas de energía como mecánicas o eléctricas.
=== Fisión ===
Cuándo un [[Núcleo atómico|núcleo atómico físil]] como el del [[uranio-235]] o [[plutonio-239]] absorbe un neutrón, puede experimentar una fisión nuclear. El núcleo pesado se parte en dos o más núcleos más ligeros, (los [[Productos de la fisión nuclear|productos de fisión]]), liberando [[energía cinética]], [[Rayos gamma|radiación gamma]], y [[Neutrón|neutrones libres.]] Una porción de estos neutrones más tarde pueden ser absorbidos por otro átomo físil y provocar otras fisiónes, las cuales liberan más [[Neutrón|neutrones]], y así sucesivamente. Esto es conocido como una [[reacción nuclear en cadena]].
Para controlar tal reacción nuclear en cadena, [[Veneno nuclear|venenos de neutrones]] y [[Moderador nuclear|moderadores de neutrones]] pueden cambiar la porción de neutrones que irá a producir más fisiónes. Los reactores nucleares generalmente tienen sistemas automáticos y manuales para detener la reacción de fisión si se detecta condiciones inseguras.<ref>{{Cita web|url=http://www.nucleartourist.com/systems/rp.htm|título=Reactor Protection & Engineered Safety Feature Systems|fechaacceso=25 de septiembre de 2008|sitioweb=The Nuclear Tourist}}
</ref>
Los moderadores comúnmente usados incluyen agua (ligera) (en 74.8% de los reactores del mundo), [[grafito]] sólido (20% de reactores) y [[agua pesada]] (5% de reactores). Algunos reactores experimentales han utilizado [[berilio]], y los [[hidrocarburo]]s han sido sugeridos como otra posibilidad.<ref name="DOE HAND">{{Cita web|url=http://www.hss.energy.gov/NuclearSafety/techstds/standard/hdbk1019/h1019v2.pdf|título=DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory|fechaacceso=24 de septiembre de 2008|editorial=US Department of Energy|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20080423194722/http://www.hss.energy.gov/NuclearSafety/techstds/standard/hdbk1019/h1019v2.pdf|formato=PDF|fechaarchivo=23 de abril de 2008}}
</ref>{{failed verification|reason=covers general theory of moderators. does not discuss specific options or percentages.|date=August 2012}}
=== Generación de calor ===
El núcleo de un reactor genera calor de distintas maneras:
* La [[energía cinética]] de los productos de fisión es convertida en [[energía térmica]] cuándo estos núcleos colisionan con átomos cercanos.
* El reactor absorbe algunos de los [[rayos gamma]] que se produjeron durante la fisión y convierte su energía en calor.
* También calor es producido por el [[Radiactividad|decaimiento radioactivo]] de productos de fisión y materiales que han sido activados por la [[Captura neutrónica|absorción de un neutrón.]] Este calor de decaimiento permanecerá por algún tiempo incluso después de que el reactor esté apagado.
Un kilogramo de uranio-235 (U-235) convertido vía los procesos nucleares libera aproximadamente tres millones de veces más energía que un kilogramo del carbón quemado convencionalmente (7.2 × 1013 joules por kilogramo de [[uranio-235]] versus 2.4 × 107 [[Julio (unidad)|joules]] por kilogramo de carbón).<ref>{{Cita web|url=http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/energy_conv.html|título=Bioenergy Conversion Factors|fechaacceso=18 de marzo de 2011|editorial=Bioenergy.ornl.gov|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20110927181836/http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/energy_conv.html|fechaarchivo=27 de septiembre de 2011}}</ref><ref>{{Cita libro|apellidos=Bernstein, Jeremy|título=Nuclear Weapons: What You Need to Know|url=http://www.cambridge.org/gb/knowledge/isbn/item1174921/?site_locale=en_GB|fechaacceso=17 de marzo de 2011|año=2008|editorial=[[Cambridge University Press]]|isbn=978-0-521-88408-2|página=312}}</ref>
=== Enfriamiento ===
Un refrigerante de reactor nuclear — normalmente agua aunque a veces puede ser un gas o un metal líquido (como [[Sodio|sodio líquido]]) o una sal fundida — la cual circula pasando por el núcleo de reactor para absorber el calor que genera. El calor es extraído fuera del reactor y es entonces utilizado para generar vapor. La mayoría de los sistemas de enfriamiento de los reactores emplean un sistema que es físicamente separado del agua que será calentada para producir vapor presurizado para mover las [[turbina]]s, como el [[reactor de agua a presión]]. Aun así, en algunos reactores el agua para las turbinas de vapor ebulle directamente en el núcleo de reactor; por ejemplo en el reactor de agua en ebullición.<ref name="HSWCOOLANT">{{Cita web|url=http://science.howstuffworks.com/nuclear-power3.htm|título=How nuclear power works|fechaacceso=25 de septiembre de 2008|editorial=HowStuffWorks.com}}</ref>
=== Control de la reactividad ===
La tasa de reacciones de fisión dentro de un núcleo de un reactor pueden ser ajustadas para controlar la cantidad de neutrones que es capaz de inducir nuevas fisiónes. Los reactores nucleares típicamente emplean varios métodos de control de neutrónes para ajustar la potencia del reactor. Algunos de estos métodos que surgen naturalmente de la física de decaimiento radioactivo es considerada para la operación del reactor, mientras otros mecanismos son incorporados en el diseño del reactor para un propósito distinto.
El método más rápido para ajustar los niveles de neutrones que inducen fisión en un reactor es vía el movimiento de las [[barras de control]]. Las barras de control están hechas de [[Veneno nuclear|venenos de neutrónes]] y por tanto tienden a absorber neutrones. Cuándo una barra de control se inserta más profundamente en el reactor, absorbe más neutrones que el material que desplaza—a menudo el moderator. Estos resultados de acción con menos neutrones disponibles para producir fisión, reducen la potencia del reactor. En cambio, extrayendo las barras de control resultará en un aumento de la tasa de fisiones y un aumento de potencia.
La física del decaimiento radioactivo también afecta las poblaciones de neutrones en un reactor. Uno de esos procesos es la emisión de neutrónes retardados por un isotopo rico en neutrones. Estos neutrones retardados dan cuenta del 0.65% aproximadamente de los neutrones totales que se produjeron en la fisión, con el resto (denominados "prompt neutrons ") liberados inmediatamente después de la fisión. Los productos de fisión qué producen neutrones retardados tienen vidas medias para su [[Radiactividad|decaimiento]] por emisión de neutrones que están en el rango de milisegundos a varios minutos, por lo tanto, se requiere un tiempo considerable para determinar exactamente cuándo un reactor logra el punto [[Masa crítica|crítico.]] Manteniendo el reactor en la zona de reactividad-en -cadena donde los neutrones retardados son ''necesarios'' para conseguir un estado de [[masa crítica]] deja dispositivos mecánicos u operadores humanos para controlar una reacción de cadena en "tiempo real"; de otra forma, el tiempo entre [[Masa crítica|criticalidad]] y [[Fusión de núcleo|fusión del núcleo del reactor nuclear]] a raíz de una subida exponencial de potencia que surge de la reacción de cadena nuclear normal, sería demasiado corto para permitir la intervención. Esta última etapa, dónde los neutrones retardados ya no son requeridos para mantener la criticalidad, es conocido como el punto crítico [[Casi crítico|prompt.]] Hay una escala para describir criticalidad en forma numérica, en donde la criticalidad bare es conocida como cero ''dólares'' y el punto crítico puntual es ''un dólar'', y los otros puntos en el proceso se interpolan en céntimos.
== Referencias ==
{{listaref|30em}}
{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Tipos de reactores nucleares]]
[[Categoría:Reactores nucleares]]
[[Categoría:Tecnología nuclear]]
[[Categoría:Tecnología de la central eléctrica]]
[[Categoría:Recipientes a presión]]
*{{jp icon}} [https://drive.google.com/file/d/1zui6mGN5fT0C34rMCQMtG0ygCAu1MEWF/view ソヴィエト連邦における宇宙用原子炉の開発とその実用]
{{fusionar|t=20190108153300|Reactor nuclear}}
[[Archivo:Crocus-p1020491.jpg|miniaturadeimagen|Núcleo de CROCUS, un pequeño reactor nuclear utilizado para investigación en el [[Escuela Politécnica Federal de Lausana|EPFL]] en Suiza]]
Un '''reactor nuclear''', conocido inicialmente como una '''pila atómica''', es un dispositivo utilizado para iniciar y controlar una [[reacción nuclear en cadena]]. Los reactores nucleares son utilizados en [[Central nuclear|plantas de potencia]] para [[Energía nuclear|generar electricidad]] y en [[Propulsión nuclear marina|propulsión de barcos.]] El calor de la [[fisión nuclear]] es transferido a un fluido (agua o gas), el cual se hace pasar a través de [[Turbina de vapor|turbinas de vapor.]] Estas pueden mover las [[Hélice (dispositivo)|hélices]] de un barco como también hacer girar [[Generador eléctrico|generadores eléctricos.]] El vapor generado mediante un reactor nuclear, en principio, puede ser utilizado para calor de proceso industrial o para [[Calefacción urbana|calefacción.]] Algunos reactores suelen usarse para la producción de [[isótopo]]s para uso [[Medicina nuclear|médico]] e industrial, o para producción de armas con base en plutonio. Algunos se usan solo con fines de investigación. Hasta abril de 2014, el IAEA (International Atomic Energy Commission) informó que había 435 reactores de potencia en operación, en 31 países alrededor del mundo.<ref name="Newman2008">{{Cita libro|apellidos=Newman, Jay|título=Physics of the Life Sciences|url=https://books.google.com/books?id=vY5rXC4xlMgC|año=2008|editorial=Springer|isbn=978-0-387-77258-5|página=652}}</ref>
== Mecanismo ==
[[Archivo:Nuclear_fission.svg|miniaturadeimagen|390x390px|Una fisión nuclear inducida. Un neutrón es absorbido por el núcleo de un átomo de uranio-235, el cual se parte en elementos más livianos que se desplazan a gran velocidad (productos de fisión) y neutrones libres. Aunque ambos, reactores y [[Arma nuclear|armas nucleares]] dependen de las reacciones en cadena, la tasa de las reacciones en un reactor ocurre mucho más despacio que en una bomba.]]
Tal como las estaciones convencionales de potencia generan electricidad extrayendo la energía térmica liberada de [[Combustible fósil|combustibles fósiles]], los reactores nucleares convierten la energía calórica liberada por la [[fisión nuclear]] controlada en [[energía térmica]] para convertirlas posteriormente en otras formas de energía como mecánicas o eléctricas.
=== Fisión ===
Cuándo un [[Núcleo atómico|núcleo atómico físil]] como el del [[uranio-235]] o [[plutonio-239]] absorbe un neutrón, puede experimentar una fisión nuclear. El núcleo pesado se parte en dos o más núcleos más ligeros, (los [[Productos de la fisión nuclear|productos de fisión]]), liberando [[energía cinética]], [[Rayos gamma|radiación gamma]], y [[Neutrón|neutrones libres.]] Una porción de estos neutrones más tarde pueden ser absorbidos por otro átomo físil y provocar otras fisiónes, las cuales liberan más [[Neutrón|neutrones]], y así sucesivamente. Esto es conocido como una [[reacción nuclear en cadena]].
Para controlar tal reacción nuclear en cadena, [[Veneno nuclear|venenos de neutrones]] y [[Moderador nuclear|moderadores de neutrones]] pueden cambiar la porción de neutrones que irá a producir más fisiónes. Los reactores nucleares generalmente tienen sistemas automáticos y manuales para detener la reacción de fisión si se detecta condiciones inseguras.<ref>{{Cita web|url=http://www.nucleartourist.com/systems/rp.htm|título=Reactor Protection & Engineered Safety Feature Systems|fechaacceso=25 de septiembre de 2008|sitioweb=The Nuclear Tourist}}
</ref>
Los moderadores comúnmente usados incluyen agua (ligera) (en 74.8% de los reactores del mundo), [[grafito]] sólido (20% de reactores) y [[agua pesada]] (5% de reactores). Algunos reactores experimentales han utilizado [[berilio]], y los [[hidrocarburo]]s han sido sugeridos como otra posibilidad.<ref name="DOE HAND">{{Cita web|url=http://www.hss.energy.gov/NuclearSafety/techstds/standard/hdbk1019/h1019v2.pdf|título=DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory|fechaacceso=24 de septiembre de 2008|editorial=US Department of Energy|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20080423194722/http://www.hss.energy.gov/NuclearSafety/techstds/standard/hdbk1019/h1019v2.pdf|formato=PDF|fechaarchivo=23 de abril de 2008}}
</ref>{{failed verification|reason=covers general theory of moderators. does not discuss specific options or percentages.|date=August 2012}}
=== Generación de calor ===
El núcleo de un reactor genera calor de distintas maneras:
* La [[energía cinética]] de los productos de fisión es convertida en [[energía térmica]] cuándo estos núcleos colisionan con átomos cercanos.
* El reactor absorbe algunos de los [[rayos gamma]] que se produjeron durante la fisión y convierte su energía en calor.
* También calor es producido por el [[Radiactividad|decaimiento radioactivo]] de productos de fisión y materiales que han sido activados por la [[Captura neutrónica|absorción de un neutrón.]] Este calor de decaimiento permanecerá por algún tiempo incluso después de que el reactor esté apagado.
Un kilogramo de uranio-235 (U-235) convertido vía los procesos nucleares libera aproximadamente tres millones de veces más energía que un kilogramo del carbón quemado convencionalmente (7.2 × 1013 joules por kilogramo de [[uranio-235]] versus 2.4 × 107 [[Julio (unidad)|joules]] por kilogramo de carbón).<ref>{{Cita web|url=http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/energy_conv.html|título=Bioenergy Conversion Factors|fechaacceso=18 de marzo de 2011|editorial=Bioenergy.ornl.gov|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20110927181836/http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/energy_conv.html|fechaarchivo=27 de septiembre de 2011}}</ref><ref>{{Cita libro|apellidos=Bernstein, Jeremy|título=Nuclear Weapons: What You Need to Know|url=http://www.cambridge.org/gb/knowledge/isbn/item1174921/?site_locale=en_GB|fechaacceso=17 de marzo de 2011|año=2008|editorial=[[Cambridge University Press]]|isbn=978-0-521-88408-2|página=312}}</ref>
=== Enfriamiento ===
Un refrigerante de reactor nuclear — normalmente agua aunque a veces puede ser un gas o un metal líquido (como [[Sodio|sodio líquido]]) o una sal fundida — la cual circula pasando por el núcleo de reactor para absorber el calor que genera. El calor es extraído fuera del reactor y es entonces utilizado para generar vapor. La mayoría de los sistemas de enfriamiento de los reactores emplean un sistema que es físicamente separado del agua que será calentada para producir vapor presurizado para mover las [[turbina]]s, como el [[reactor de agua a presión]]. Aun así, en algunos reactores el agua para las turbinas de vapor ebulle directamente en el núcleo de reactor; por ejemplo en el reactor de agua en ebullición.<ref name="HSWCOOLANT">{{Cita web|url=http://science.howstuffworks.com/nuclear-power3.htm|título=How nuclear power works|fechaacceso=25 de septiembre de 2008|editorial=HowStuffWorks.com}}</ref>
=== Control de la reactividad ===
La tasa de reacciones de fisión dentro de un núcleo de un reactor pueden ser ajustadas para controlar la cantidad de neutrones que es capaz de inducir nuevas fisiónes. Los reactores nucleares típicamente emplean varios métodos de control de neutrónes para ajustar la potencia del reactor. Algunos de estos métodos que surgen naturalmente de la física de decaimiento radioactivo es considerada para la operación del reactor, mientras otros mecanismos son incorporados en el diseño del reactor para un propósito distinto.
El método más rápido para ajustar los niveles de neutrones que inducen fisión en un reactor es vía el movimiento de las [[barras de control]]. Las barras de control están hechas de [[Veneno nuclear|venenos de neutrónes]] y por tanto tienden a absorber neutrones. Cuándo una barra de control se inserta más profundamente en el reactor, absorbe más neutrones que el material que desplaza—a menudo el moderator. Estos resultados de acción con menos neutrones disponibles para producir fisión, reducen la potencia del reactor. En cambio, extrayendo las barras de control resultará en un aumento de la tasa de fisiones y un aumento de potencia.
La física del decaimiento radioactivo también afecta las poblaciones de neutrones en un reactor. Uno de esos procesos es la emisión de neutrónes retardados por un isotopo rico en neutrones. Estos neutrones retardados dan cuenta del 0.65% aproximadamente de los neutrones totales que se produjeron en la fisión, con el resto (denominados "prompt neutrons ") liberados inmediatamente después de la fisión. Los productos de fisión qué producen neutrones retardados tienen vidas medias para su [[Radiactividad|decaimiento]] por emisión de neutrones que están en el rango de milisegundos a varios minutos, por lo tanto, se requiere un tiempo considerable para determinar exactamente cuándo un reactor logra el punto [[Masa crítica|crítico.]] Manteniendo el reactor en la zona de reactividad-en -cadena donde los neutrones retardados son ''necesarios'' para conseguir un estado de [[masa crítica]] deja dispositivos mecánicos u operadores humanos para controlar una reacción de cadena en "tiempo real"; de otra forma, el tiempo entre [[Masa crítica|criticalidad]] y [[Fusión de núcleo|fusión del núcleo del reactor nuclear]] a raíz de una subida exponencial de potencia que surge de la reacción de cadena nuclear normal, sería demasiado corto para permitir la intervención. Esta última etapa, dónde los neutrones retardados ya no son requeridos para mantener la criticalidad, es conocido como el punto crítico [[Casi crítico|prompt.]] Hay una escala para describir criticalidad en forma numérica, en donde la criticalidad bare es conocida como cero ''dólares'' y el punto crítico puntual es ''un dólar'', y los otros puntos en el proceso se interpolan en céntimos.
== Referencias ==
{{listaref|30em}}
{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Tipos de reactores nucleares]]
[[Categoría:Reactores nucleares]]
[[Categoría:Tecnología nuclear]]
[[Categoría:Tecnología de la central eléctrica]]
[[Categoría:Recipientes a presión]]
*{{jp icon}} [https://drive.google.com/file/d/1zui6mGN5fT0C34rMCQMtG0ygCAu1MEWF/view ソヴィエト連邦における宇宙用原子炉の開発とその実用]