Física de neutrones
Páginas: 16 (3784 palabras)
Publicado: 19 de noviembre de 2013
FISICA BASICA DE NEUTRONES
7.1.- INTRODUCCION
El objetivo primario en el diseño y operación de un reactor nuclear es la utilización de la energía cedida en la reacción de fisión en cadena controlada, que definiremos en una sección posterior. La reacción de fisión se logra gracias al neutrón y en este capítulo estudiaremos la Física de los neutrones y la influencia de losneutrones en la producción y control de potencia de un reactor nuclear.
7.2. PRODUCCION Y FUENTE DE NEUTRONES
Para iniciar la reacción de fisión debemos tener neutrones en el reactor nuclear. Los neutrones los obtenemos por reacciones nucleares llamadas caminos regulares para la producción de neutrones. Entre estos caminos o reacciones, tenemos los siguientes
N14 (n,2n) N13
B11 (p,n)C11
B10 (,n) N13
C12 (d,n) N13
En estas reacciones se debe tener una partícula (n, p, , d) para bombardear el núcleo blanco y efectuar la reacción nuclear. Notemos que el proyectil y el núcleo blanco son diferentes, en cada caso, pero siempre obtenemos neutrones.
Otra reacción más utilizada, es la Be9 (,n) Be8. Tiene la ventaja de que el núcleo resultante, Be8, se rompeespontáneamente en dos partículas alfa que dan lugar a la reacción Be9 (,n) C12. Como vemos, el Be9 nos proporciona neutrones por dos caminos y lo único que necesita son gammas para efectuar dichas reacciones.
En el arranque de un reactor nuclear los neutrones son suministrados por fuentes. Estas son construidas de una pieza tubular de berilio, encapsulando algún radionúclido que decaiga porgammas tales como Ra226 y Pu240 y Sb124. El Radio resulta demasiado caro, el Plutonio se funde a temperaturas relativamente bajas, esto hace que los descartemos para construir una fuente de neutrones. El Antimonio es barato y no se funde a la temperatura de operación del reactor y se puede usar para construir la fuente de un BWR. En la naturaleza existe Sb123 que es estable; sin embargo, tiene unasección eficaz de absorción de 3 barns para formar el Sb124 que decae por gammas, ¡justo lo que se requiere para la fuente! ¿Cómo se activa el Sb123?. Una manera, de uso frecuente, es someter una barra de Sb123 al flujo de neutrones de un reactor que esté operando a potencia
En el decaimiento el Sb124 emite gammas
Esta gamma es la que se aprovecha para irradiar al Be9 y producirneutrones. Se acopla la barra de Antimonio con el encamisado de Berilio al iniciar la operación del reactor, produciendo la reacción, ya conocida:
Una vez que el reactor ha estado funcionando a potencia y es apagado por algún tiempo, los productos de fisión formados proporcionarán suficientes gammas para llevar a cabo la reacción (,n) que producirá los neutrones necesarios para volver ainiciar el proceso de fisión.
Hay otra forma de producir neutrones, esta es, mediante la reacción de fisión. En ella se produce energía, dos núcleos pesados (llamados fragmentos de fisión), 2 o 3 neutrones y gammas.
La producción promedio de neutrones por fisión varia con el isótopo fisionado. En la Tabla 7.1 se muestra el promedio de neutrones emitidos por fisión térmica ().Elemento
Producción ()
U235
2.44
Pu239
2.88
U233
2.54
TABLA 7.1.- PRODUCCION PROMEDIO DE NEUTRONES DE NUCLIDOS FISILES
En función del tiempo de aparición de los neutrones, respecto al evento de fisión, se tienen neutrones prontos y neutrones retardados. Los primeros aparecen en un tiempo aproximado de 10-17 segundos, después de la fisión. Los segundos tienen un tiempopromedio de aparición de un minuto.
Los neutrones retardados son emitidos en el decaimiento de algunos fragmentos de fisión, que llamamos Precursores de Neutrones; además tienen gran importancia en el control del reactor, como veremos en el siguiente capítulo.
Cabe hacer notar que los promedios reportados en la Tabla 7.1 incluyen a los neutrones prontos y retardados.
7.3.- PRODUCTOS...
7.1.- INTRODUCCION
El objetivo primario en el diseño y operación de un reactor nuclear es la utilización de la energía cedida en la reacción de fisión en cadena controlada, que definiremos en una sección posterior. La reacción de fisión se logra gracias al neutrón y en este capítulo estudiaremos la Física de los neutrones y la influencia de losneutrones en la producción y control de potencia de un reactor nuclear.
7.2. PRODUCCION Y FUENTE DE NEUTRONES
Para iniciar la reacción de fisión debemos tener neutrones en el reactor nuclear. Los neutrones los obtenemos por reacciones nucleares llamadas caminos regulares para la producción de neutrones. Entre estos caminos o reacciones, tenemos los siguientes
N14 (n,2n) N13
B11 (p,n)C11
B10 (,n) N13
C12 (d,n) N13
En estas reacciones se debe tener una partícula (n, p, , d) para bombardear el núcleo blanco y efectuar la reacción nuclear. Notemos que el proyectil y el núcleo blanco son diferentes, en cada caso, pero siempre obtenemos neutrones.
Otra reacción más utilizada, es la Be9 (,n) Be8. Tiene la ventaja de que el núcleo resultante, Be8, se rompeespontáneamente en dos partículas alfa que dan lugar a la reacción Be9 (,n) C12. Como vemos, el Be9 nos proporciona neutrones por dos caminos y lo único que necesita son gammas para efectuar dichas reacciones.
En el arranque de un reactor nuclear los neutrones son suministrados por fuentes. Estas son construidas de una pieza tubular de berilio, encapsulando algún radionúclido que decaiga porgammas tales como Ra226 y Pu240 y Sb124. El Radio resulta demasiado caro, el Plutonio se funde a temperaturas relativamente bajas, esto hace que los descartemos para construir una fuente de neutrones. El Antimonio es barato y no se funde a la temperatura de operación del reactor y se puede usar para construir la fuente de un BWR. En la naturaleza existe Sb123 que es estable; sin embargo, tiene unasección eficaz de absorción de 3 barns para formar el Sb124 que decae por gammas, ¡justo lo que se requiere para la fuente! ¿Cómo se activa el Sb123?. Una manera, de uso frecuente, es someter una barra de Sb123 al flujo de neutrones de un reactor que esté operando a potencia
En el decaimiento el Sb124 emite gammas
Esta gamma es la que se aprovecha para irradiar al Be9 y producirneutrones. Se acopla la barra de Antimonio con el encamisado de Berilio al iniciar la operación del reactor, produciendo la reacción, ya conocida:
Una vez que el reactor ha estado funcionando a potencia y es apagado por algún tiempo, los productos de fisión formados proporcionarán suficientes gammas para llevar a cabo la reacción (,n) que producirá los neutrones necesarios para volver ainiciar el proceso de fisión.
Hay otra forma de producir neutrones, esta es, mediante la reacción de fisión. En ella se produce energía, dos núcleos pesados (llamados fragmentos de fisión), 2 o 3 neutrones y gammas.
La producción promedio de neutrones por fisión varia con el isótopo fisionado. En la Tabla 7.1 se muestra el promedio de neutrones emitidos por fisión térmica ().Elemento
Producción ()
U235
2.44
Pu239
2.88
U233
2.54
TABLA 7.1.- PRODUCCION PROMEDIO DE NEUTRONES DE NUCLIDOS FISILES
En función del tiempo de aparición de los neutrones, respecto al evento de fisión, se tienen neutrones prontos y neutrones retardados. Los primeros aparecen en un tiempo aproximado de 10-17 segundos, después de la fisión. Los segundos tienen un tiempopromedio de aparición de un minuto.
Los neutrones retardados son emitidos en el decaimiento de algunos fragmentos de fisión, que llamamos Precursores de Neutrones; además tienen gran importancia en el control del reactor, como veremos en el siguiente capítulo.
Cabe hacer notar que los promedios reportados en la Tabla 7.1 incluyen a los neutrones prontos y retardados.
7.3.- PRODUCTOS...
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