¿Por qué se usan neutrones para iniciar reacciones de fisión?

Porque son necesarios

Una fisión ocurre cuando la fuerza nuclear fuerte en un núcleo atómico ya no es capaz de mantener todos los nucleones juntos, haciéndolo inestable. El átomo se fragmenta violentamente, liberando energía y algunos de los neutrones, haciéndolo más estable.

Para hacer que los átomos sean inestables, debes sobrecargar su fuerza nuclear fuerte, esto se hace con neutrones.

Imagínese que usted y un grupo de amigos sostienen un montón de tacos. Digamos que cada uno de ustedes puede contener 10 tacos por su cuenta. Con un poco de ayuda agrupando sus tacos, pueden administrar algunos más, pero el arreglo es inestable. La gente sigue agregando más tacos de los que usted y sus amigos pueden contener, y eventualmente uno de esos es el único que hace que todo se desmorone.

Con el material fisionable, está comenzando con un material casi en su límite de taco.

En realidad es un proceso natural. Los neutrones no necesitan ser inyectados o inyectados en bombas de fisión o reactores nucleares para iniciar el proceso. Son liberados por materiales radiactivos durante su proceso de descomposición natural. Esta descomposición ocurre continuamente en cualquier muestra natural de metal radiactivo, constantemente. Una pequeña porción de la muestra siempre se descompone y libera neutrones.

Por ejemplo, si recuerdo mis clases de secundaria correctamente, un átomo de uranio-235 (el tipo utilizado en las bombas nucleares y la mayoría de los reactores) libera tres neutrones a medida que se descompone. En una muestra natural de mineral de uranio, la mayoría de estos neutrones serán demasiado rápidos y volarán inofensivamente. Sin embargo, cuando la muestra se enriquece para tener una alta concentración de uranio-235 y una cantidad suficiente de ella se comprime, los neutrones ya no se van volando. Los capturan otros átomos de U-235. La adición de un neutrón adicional al núcleo de estos nuevos átomos hace que también se vuelvan inestables. Cada uno libera tres neutrones más a medida que se descomponen, o se ‘dividen’, y esos neutrones desestabilizan aún más los átomos de uranio. Así es como funciona una reacción en cadena de fisión.

Los neutrones que inician una reacción de fisión ya estaban allí, siendo liberados por átomos de uranio en descomposición natural. Simplemente aprovechamos este proceso natural asegurándonos de que haya suficiente material fisible comprimido para que los neutrones encuentren su marca.

Eso no quiere decir que las fuentes externas de neutrones no se puedan usar también, pero incluso en ese caso solo complementa el objetivo con una tasa de desintegración más rápida.

Imagínese que es una bola de billar, y todas las otras bolas están alineadas en la mesa. Simplemente golpea una bola, otra bola golpea a otra, y el proceso continúa. Lo mismo aquí en caso de neutrones debido a su neutralidad de carga, puede ser capturado por un núcleo de uranio-235, lo que lo hace inestable hacia la fisión nuclear. Sin embargo, para ser capturado por el U-235 debe ser lento, no se capturará un neutrón rápido, por lo que los neutrones se deben ralentizar con moderación para aumentar su probabilidad de captura en reactores de fisión

Los neutrones pueden “derivar” hacia el núcleo de ciertos átomos. Una vez allí, se produce un desequilibrio de neutrones a protones y el núcleo se divide para lograr una mejor relación de neutrones a protones. Que separarse es fisión.