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Neutrones en reactores nucleares: ¿cómo promueven reacciones de fisión?
La radiación de neutrones es una forma de radiación ionizante de neutrones libres en reacciones nucleares. Se produce durante la fisión nuclear y la fusión nuclear y posteriormente reacciona con los núcleos de otros átomos para formar nuevos nucleidos y puede desencadenar más neutrones. Los propios neutrones no están cargados y, por lo tanto, tienen mayores capacidades de penetración que otros tipos de radiación durante la propagación, lo que hace que su aplicación en la generación de energía nuclear y campos relacionados sea particularmente importante.
Fuente de neutrones
Los neutrones pueden liberarse a partir de la fisión nuclear, la fusión nuclear, la desintegración radiactiva e incluso la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre. Entre estas fuentes, los reactores nucleares y los aceleradores de partículas son fuentes comunes de neutrones a gran escala.
Una de las fuentes típicas de neutrones son los neutrones libres que se producen en la colisión de los rayos gamma de bario y los núcleos de berilio.
Neutrones en fisión
En los reactores nucleares, los neutrones generalmente se dividen en neutrones lentos (térmicos) y neutrones rápidos. Los neutrones térmicos exhiben una distribución de Maxwell-Boltzmann similar a la distribución de energía de los gases y pueden ser capturados fácilmente por los núcleos atómicos, que es la forma principal de producir reacciones en cadena de fisión. Para mantener una reacción en cadena de fisión eficaz, los neutrones producidos por la fisión deben ser capturados por un núcleo fisionable, que luego se somete a fisión para liberar más neutrones.
Para reducir la velocidad de los neutrones rápidos a neutrones térmicos, a menudo se introducen en el reactor moderadores de neutrones, como grafito o agua ligera, para aumentar la eficiencia de captura.
Neutrones climáticos
Los neutrones climáticos son producidos por la radiación cósmica en la superficie y la atmósfera de la Tierra y normalmente tienen energías más altas que los neutrones en los reactores nucleares. Estos neutrones pueden convertirse en carbono-14 cuando interactúan con el nitrógeno-14, una característica que se utiliza ampliamente en la datación por radiocarbono.
Aplicaciones de los neutrones
La radiación de neutrones fríos, calientes y térmicos se utiliza ampliamente en experimentos de dispersión y difracción para ayudar a evaluar las propiedades de los materiales en campos como las ciencias físicas, la cristalografía y la biología. Para tratar el cáncer, la terapia de captura de neutrones con boro también aprovecha la naturaleza altamente penetrante y dañina de los neutrones, con el objetivo de atacar las células tumorales. Además, los neutrones también se pueden utilizar para obtener imágenes de componentes industriales, lo que es de gran importancia para industrias como la energía nuclear, la aeroespacial y los explosivos de alta confiabilidad.
Mecanismo de ionización y características de los neutrones
Debido a que los neutrones no están cargados, su mecanismo de ionización es diferente al de las partículas cargadas. Cuando la absorción de neutrones da como resultado la emisión de rayos gamma, estos rayos gamma eliminan electrones de los átomos, provocando una ionización indirecta. La radiación de neutrones es extremadamente penetrante y, en algunos casos, puede incluso superar a los rayos gamma.
Peligros y protección para la salud
El principal riesgo para la salud de la radiación de neutrones proviene de la activación de los materiales radiactivos que puede causar, lo que hace que muchos materiales se vuelvan radiactivos, incluido el tejido humano. Los neutrones son un tipo de radiación peligrosa debido a sus propiedades de alta energía. En el caso de fuentes de radiación externas, las medidas de protección se basan principalmente en materiales de protección contra la radiación, como agua o materiales ricos en hidrógeno, para bloquear eficazmente los efectos de la radiación de neutrones.
El impacto de los materiales
Los neutrones de alta energía pueden dañar y degradar materiales con el tiempo. A medida que el material es bombardeado con neutrones, las reacciones de choque reaccionan con los núcleos atómicos, provocando la formación de dislocaciones y defectos. Este proceso reduce la confiabilidad y la vida útil de los materiales, especialmente en los recipientes a presión de los reactores nucleares.
Conclusión
A medida que aumenta la demanda de utilización de la energía nuclear, la investigación sobre neutrones continúa buscando mejores medidas de protección y tecnologías de aplicación. Deberíamos pensar más profundamente: ¿Qué papel e impacto juegan estas fuerzas invisibles en nuestra vida diaria?
