Ejercicios: La fisión nuclear y las centrales

Completá la definición de fisión nuclear con las palabras que faltan: «En la fisión, un núcleo $\dots$ como el del uranio-235 absorbe un $\dots$ y se divide en dos núcleos más $\dots$. En el proceso se liberan nuevos neutrones y una gran cantidad de $\dots$».

En un reactor nuclear cada componente cumple una función. Relacioná cada componente con su función:

Componentes: combustible, moderador, barras de control, refrigerante.

Funciones:

1. Absorben neutrones para regular la reacción en cadena.

2. Contiene los núcleos que se fisionan.

3. Frena los neutrones para que puedan provocar nuevas fisiones.

4. Transporta el calor generado hacia el sistema que produce vapor.

Las centrales nucleares Atucha I y Atucha II (en Lima, partido de Zárate, provincia de Buenos Aires) y Embalse (en la provincia de Córdoba) producen electricidad para el país. Ordená correctamente las transformaciones de energía que ocurren en estas centrales: energía eléctrica, energía cinética de la turbina, energía térmica (calor), energía nuclear.

Cada vez que se fisiona un núcleo de uranio-235 se liberan en promedio entre dos y tres neutrones, y cada uno de ellos puede provocar una nueva fisión. Explicá qué es una reacción en cadena y qué pasaría con la cantidad de fisiones si nada controlara los neutrones. Después explicá cómo hacen las barras de control para mantener la reacción bajo control en una central.

En el Gran Buenos Aires funcionan centrales térmicas que queman gas natural para producir electricidad. Compará una de esas centrales con una central nuclear como Embalse. Indicá una semejanza (qué hacen con el calor para obtener electricidad) y dos diferencias (de dónde viene ese calor y qué se libera o no a la atmósfera al producirlo).

Una de las posibles fisiones del uranio-235 se representa con esta ecuación:

$^{235}_{92}\text{U} + {}^{1}_{0}\text{n} \rightarrow {}^{141}_{56}\text{Ba} + {}^{A}_{Z}\text{Kr} + 3\ {}^{1}_{0}\text{n}$

Calculá el número másico $A$ y el número atómico $Z$ del núcleo de kriptón (Kr) que se forma, explicando en qué te basaste para cada uno.

Un grupo de operarios estudia tres situaciones de un reactor. En cada una, miran cuántas fisiones nuevas provoca, en promedio, cada fisión:

• Situación A: cada fisión provoca en promedio 0,9 fisiones nuevas.

• Situación B: cada fisión provoca en promedio 1 fisión nueva.

• Situación C: cada fisión provoca en promedio 1,2 fisiones nuevas.

Para cada situación, indicá qué pasa con el número de fisiones por segundo a medida que pasa el tiempo. Analizá cuál es la situación normal de una central que produce una potencia constante y explicá qué debe hacerse con las barras de control para pasar de la situación A a la B, y para volver de la C a la B.

Atucha I y Embalse funcionan con uranio natural como combustible y agua pesada como moderador. El uranio natural contiene solo alrededor de 0,7 % de átomos de uranio-235, que es el que se fisiona con facilidad. El agua pesada absorbe muy pocos neutrones, mucho menos que el agua común.

1. a) En 10.000 átomos de uranio natural, calculá aproximadamente cuántos son de uranio-235.
2. b) Explicá qué función cumple el moderador en un reactor y argumentá por qué, al haber tan pocos átomos de uranio-235 disponibles, conviene usar un moderador que absorba pocos neutrones.