¿Qué es una reacción nuclear en química? - Comportamiento de elementos químicos peligrosos

En química y física, se toma como una reacción nuclear a aquel procedimiento en el que se combinan los núcleos atómicos, provocando así a un neutrón a la fisión o la fusión. Estas son reacciones muy complejas, ya que intervienen compuestos radiactivos. Si quieres saber más sobre qué es una reacción nuclear, cómo funciona, cuáles son sus características, por qué es tan empleada en la tecnología de punta, aquí te mostramos.

Significado y definición de reacción nuclear

Cuando dos núcleos atómicos o un solo núcleo y una partícula elemental interactúan entre sí, se dice que estamos ante una reacción nuclear. Por definición, esta se trata de un procedimiento donde se combinan y modifican los núcleos y las partículas subatómicas. Obteniendo de esta manera la energía nuclear, cuya intensidad variará según si se absorben o se liberan las partículas que intervienen para su formación.

Las reacciones nucleares, dependiendo de la derivación que formen una vez se combinen los elementos, pueden dar como resultado una fisión o una fusión.

La fisión nuclear sucede en el caso de la fragmentación de los núcleos, puesto que en esta actúa un átomo pesado que, al obtener un neutrón incidente, se divide en diversas partes. En algunos casos, incluso puede llegar a generar un nuevo neutrón que esté sensible a la fisión y causar una reacción nuclear en cadena.

Por otro lado, la fusión nuclear se puede definir como el proceso en que dos núcleos se someten a las temperaturas elevadas, provocando así, que se unan y formen un solo núcleo de menor tamaño y con un peso mayor. Este tipo de reacción tiende a liberar mucha energía, razón por la cual se emplea como fuente energética.

Este concepto se utilizó por primera vez en 1933 por el físico Leó Szilárd, quien mediante sus estudios planteó la idea de hacer reactores nucleares sencillos. Sin embargo, fue en 1934 que se puso en práctica esta definición a mano de Nikolái Semiónov, puesto que mientras que formulaba la teoría de las reacciones en cadena, desarrolló la base de la incineración de los gases.

El estudio de las reacciones nucleares ha presentado muchas ventajas, como el uso de la energía que expulsan para generar electricidad. Sin embargo, uno de sus usos más resaltantes fue el de las bombas atómicas, las cuales poseen un poder destructivo masivo.

¿Qué es una reacción nuclear en cadena?

Una reacción en cadena es aquella reacción nuclear que se mantiene por un tiempo determinado al provocar un neutrón a la fisión. Este es un proceso que hace una división de un núcleo a uno más liviano. Generando así diversos subproductos.

Para que se realice una reacción en cadena es necesario que dicho neutrón sea parte de un átomo fisible. De esta forma, se liberan varios neutrones, los cuales a su vez generarán nuevas fisiones. Convirtiéndose de esta manera en un ciclo que solo se terminará una vez no exista más materia que agotar.

En otras palabras, se formula como la consistencia de una amplia colección de etapas que irán consumiéndose a medida que regeneran un amplio conjunto de intermedios. Los cuales tienden a ser radicales libres. Provocando que a partir de ella, se hagan más reacciones.

Todas las reacciones en cadena deberán tener al menos dos intermediarios, los cuales tienen que ser reactivos (ya sean átomos o radicales). Estos se conocerán bajo el nombre de acarreadores, permitiendo así que se puedan hacer las ecuaciones cinéticas complejas para su estudio, teniendo un orden fraccionario.

Gracias a ello, se conoce que las reacciones en cadena pasan por tres etapas elementales, siendo estas la iniciación, la propagación y la terminación respectivamente. Sin embargo, en algunos casos, dependiendo de los átomos o partículas que allí se encuentren presentes, puede pasar por una cuarta etapa, la de inhibición.

¿Cómo se forman las reacciones nucleares?

Las reacciones nucleares se forman cuando un neutrón se provoca a la fisión o, en algunos casos, a la fusión. En este proceso, un átomo pesado deberá tomar en captura a un neutrón incidente. Este se puede dividir en fragmentos que serán mucho más ligeros que el original.

El resultado de la fisión no solo provocará más reacciones al emitir una mayor dosis de neutrones. Si no que, también, emitirán rayos gamma e inmensa cantidad de energía.

Mientras que, si se hace uso de la fusión nuclear, los átomos se unirán hasta generar uno más pesado y pequeño. Este incluso se representa como una ventaja. Por el hecho de que, al funcionar de manera menos riesgosa y contaminante, se considera como una alternativa para crear energía inagotable limpia a base de reacciones nucleares. Esto se está comenzando a utilizar mucho para el desarrollo de la tecnología limpia y de punta.

¿Qué características tiene una reacción nuclear?

• Surgen mediante la combinación y/o modificación de los núcleos atómicos y de las partículas subatómicas.
• Cuando se producen, siempre absorberán o liberarán grandes cantidades de energía nuclear.
• Pueden ser endotérmicas o exotérmica. Lo cual depende de que si necesitan absorber o expulsar energía.
• Las reacciones nucleares son los principales causantes de la transmutación de los elementos. Hecho que provoca que los átomos se conviertan en otros.
• Para realizar una reacción nuclear es necesario que se encuentre un elemento que tenga cierta reactividad. Este puede ejecutarse sin importar de que esté libre o sea parte de otro compuesto. Razón por la cual, dichas reacciones son independientes de las condiciones ambientales en la cual se encuentre.
• Existen dos tipos de reacciones: las que se dan por fisión y las que surgen por la fusión.

Tipos de reacciones nucleares

Dependiendo de cómo surja la reacción química, encontramos dos tipos de ellas: las que son en cadena por fisión y las que son descontroladas.

Reacción nuclear en cadena por fisión

Las reacciones en cadena por fisión son aquellas que se producen por la interacción de varios neutrones con isótopos, los cuales deben ser fisionables. Para ello, se requiere que se pueda liberar de los neutrones de los isótopos a través de someterlos a una fisión nuclear. Proceso en el cual los núcleos deberán fragmentarse. De esta forma, obtendrán la absorción parcial de algunos de los mencionados neutrones con los isótopos.

Reacción nuclear descontrolada

Una reacción nuclear descontrolada es aquella que se emplean dentro de las bombas nucleares, ya que en ellas se busca que siga manteniéndose la reacción hasta que se agote todo el material. Una vez se comienza este proceso, seguirá hasta que no encuentre con qué más mezclarse y generar nuevas reacciones.

Este tipo de reacción ocurre en un periodo de tiempo muy corto, puesto que es necesario que para que funcione haya una cantidad de combustible fisible, provocando que sea volátil. Este combustible para que pueda usarse es necesario que el mismo pueda generar energía nuclear. Por esta razón, se hace uso de elementos fisibles como es el caso del uranio. Aunque también se podría utilizar algunos isótopos ligeros como el deuterio y el tritio.

El combustible nuclear deberá mezclarse con una masa crítica para que surja la reacción descontrolada. Esta masa dependerá de manera estricta de sus propiedades físicas, en especial por su densidad volumétrica y si se encuentra rodeada de neutrones. En su mayoría, se usan esferas de plutonio, uranio y otros elementos que sean explosivos.

El uso de estas reacciones nucleares suele enfocarse en el diseño de explosivos o de bombas atómicas. Sin embargo, estas son prácticas riesgosas. Aunque ambos pueden mantenerse con una configuración subcrítica. Por lo que será el operante quien determinará cuál es el mejor momento para detonarla. Sin embargo, esto no está sujeto a que puedan ocurrir accidentes y que alguna se active, causando de tal forma una reacción descontrolada.