¡Ayuda! Un niño de 8 años me preguntó cómo construir una planta de energía nuclear [cerrado]

Todo está hecho de pequeñas cosas llamadas átomos. Todos los átomos tienen una pequeña parte central llamada núcleo. Algunos átomos tienen un tipo inusual de núcleo que, de vez en cuando, explota aleatoriamente, enviando diminutos fragmentos en todas direcciones. Normalmente, esas pequeñas piezas simplemente rebotan hasta que se unen a otro átomo. Sin embargo, si tiene un montón del tipo correcto de núcleos explosivos juntos, las piezas explosivas de un núcleo pueden golpear otros núcleos explosivos y hacerlos explotar inmediatamente, entonces esas piezas golpean aún más núcleos explosivos y se obtiene una reacción en cadena, algo así como fichas de dominó.

Para hacer un reactor nuclear, desentierras un montón de rocas con el tipo correcto de átomos explosivos, y quitas con cuidado muchos de los otros átomos para que los átomos explosivos estén lo suficientemente juntos para hacer una reacción en cadena, luego los pones en agua. *. Todos los núcleos que explotan producen mucho calor, lo que hierve el agua. El vapor hace girar un ventilador, que hace girar un imán, y crea electricidad. Debe tener mucho cuidado de no juntar demasiadas piezas con átomos que explotan, o los átomos explotarán demasiado rápido y el reactor se calentará demasiado.

*Si desea entrar en más detalles, podría explicar que los fragmentos que explotan van tan rápido que, por lo general, atraviesan los otros átomos, al estilo de los dibujos animados, a menos que tenga otros átomos, como los del agua (un moderador) , para que reboten y disminuyan la velocidad. También podría explicar que los reactores usan "barras de control", que están hechas de átomos que absorben fácilmente los fragmentos que explotan y, por lo tanto, ralentizan la reacción en cadena. Entonces, si empujan las barras de control más adentro del reactor, la reacción en cadena se ralentiza más.

Si desea incluir más terminología:

Rocas = mineral de uranio

Eliminando todos los otros átomos = enriquecimiento

Núcleo explotando = fisión nuclear

Explosión de átomos = átomos radiactivos (a menudo uranio)

Piezas explosivas = neutrones (y algunas otras partículas)

Ventilador = turbina

Esto parece incorrecto, o la mina de uranio explotaría cada vez que llueva.

Probablemente existió un "reactor" nuclear natural en Oklo, Gabón

El reactor nuclear natural se formó cuando un depósito mineral rico en uranio se inundó con agua subterránea que actuó como moderador de neutrones y se produjo una reacción nuclear en cadena. El calor generado por la fisión nuclear hizo que el agua subterránea se evaporara, lo que ralentizó o detuvo la reacción.

¿Es necesario modificar primero la roca?

No, solo necesitas suficiente roca del tipo correcto en una proximidad lo suficientemente cercana.

Hoy en día, en nuestro planeta, la mayor parte del tipo correcto de roca (que contiene mucho U235 ) se ha convertido en el tipo incorrecto de roca (principalmente U238 y U234) por el proceso natural de desintegración nuclear.

Por lo tanto, debe separar el tipo correcto de material (combustible nuclear) de su roca. Esto se hace mediante un proceso complicado (centrifugadora de gas).

¿Necesito alguna fuente de neutrones que no sea la propia roca para que comience la reacción?

La roca produce neutrones. Por lo general, necesita un moderador para reducir la velocidad de sus neutrones, el agua servirá.

RTG

El enfoque descrito refleja los dispositivos https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator utilizados para generar energía en, por ejemplo, sondas espaciales: simplemente tome un poco de material radiactivo y extraiga energía de su descomposición, sin necesidad de controlar una reacción en cadena o algo como eso.

Pues si tienes un niño muy aventurero puedes seguir la receta del Radioactive Boy Scout

...y quedó fascinado con la idea de crear un reactor reproductor en su casa. Hahn acumuló diligentemente este material radiactivo recolectando pequeñas cantidades de productos domésticos, como el americio de los detectores de humo, el torio de los mantos de las linternas de campamento, el radio de los relojes y el tritio (un moderador de neutrones) de las miras. Su "reactor" era un bloque de plomo perforado, y usó litio de baterías compradas por valor de $ 1,000 para purificar la ceniza de torio usando un mechero Bunsen.

Hahn se hizo pasar por un científico adulto o un profesor de secundaria para ganarse la confianza de muchos profesionales de las letras, a pesar de la presencia de faltas de ortografía y errores evidentes en sus cartas. Hahn finalmente esperaba crear un reactor reproductor, utilizando isótopos de bajo nivel para transformar muestras de torio y uranio en isótopos fisionables.[4]

Aunque su reactor casero nunca estuvo cerca de alcanzar la masa crítica, terminó emitiendo niveles peligrosos de radiación, probablemente más de 1000 veces la radiación de fondo normal.

Sin embargo, esa parte sobre Tritium parece sospechosa y probablemente esté equivocada.

Es posible que deba explicar el concepto de una reacción en cadena, al menos lo suficiente como para explicar por qué las rocas no explotan. Cada evento de fisión en el uranio genera neutrones. Esto ocurre naturalmente a un ritmo lento, o también puede ser provocado por un átomo de uranio que es golpeado por un neutrón. Cuanto más densamente empaquetado está el uranio, más fisión se produce (esto se simplifica drásticamente, omitiendo los problemas de las velocidades de los neutrones, pero lo suficientemente bueno como para ampliarlo más adelante). Las rocas con una densidad de uranio más baja calientan el agua, pero no al extremo que lo hace el uranio concentrado. Cuanto mayor es el volumen de uranio, más neutrones golpean otros átomos de uranio. Cuanto más uranio hay por volumen, más neutrones golpean otros átomos de uranio. Por eso enriquecemos Uranio para su uso en reactores.

Luego puede mostrarles este ejemplo de cómo son las reacciones en cadena .