Entonces, esta es una pregunta que me ha estado desconcertando por numerosas razones. Ya sea por defender la energía nuclear, o tener un poco de ira nerd al ver un trabajo de ciencia ficción, o tener una discusión con alguien.
Prácticamente todo el mundo sabe que se necesita la mayor cantidad de U235 que se pueda obtener en una determinada concentración de uranio para fabricar una bomba que sea factible y práctica, ya que la presencia de U238 ralentiza la reacción. Entonces, trabajando al revés, ¿hay una concentración de U238 a U235 donde es imposible que se vuelva supercrítica porque hay demasiados átomos de U238 que absorben los neutrones y, por lo tanto, no pueden desencadenar una detonación nuclear?
Lo busqué en la wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Enriched_uranium#Highly_enriched_uranium_.28HEU.29
Si estoy leyendo correctamente desde la penúltima oración del primer párrafo, eso significaría que cualquier uranio que tenga un enriquecimiento inferior a 5,4 sería físicamente incapaz de sufrir una detonación nuclear, independientemente de la masa de uranio involucrada. Pero no estoy seguro de estar interpretando correctamente lo que tienen que decir, así que pido aquí más aclaraciones.
Dado que el uranio de grado de reactor solo está enriquecido en un 3-4%, eso debería significar que es imposible que ese grado de uranio logre alguna vez la detonación nuclear, incluso si lo intentara. También hay una propaganda sobre esta noción (¿realidad?) en este metraje de Chernobyl, pero dada su antigüedad y la falta de explicación de por qué, no estoy seguro de que sea una fuente válida. https://youtu.be/Cc-vvhWXL9Q?t=14m50s
Entonces, si tengo todo mi pato en una fila y entiendo esto correctamente, asumiendo que se está usando uranio enriquecido al 3-4%, ¿sería correcto decir que los reactores nucleares (de los parámetros anteriores) no pueden y nunca lo harán ? explotar en el sentido de una bomba atómica?
Sí, el uranio de grado nuclear nunca puede explotar en el sentido de una bomba atómica por varias razones
1) Solo el uranio 235 es capaz de sostener reacciones nucleares en cadena y, como dijiste, el uranio de grado de reactor tiene solo el 3-4% de eso mientras que la bomba cayó sobre Hiroshima tenía más del 80%
2) Masa crítica : el término simplemente significa que hay suficiente material fisible presente para sostener una reacción en cadena, y una masa supercrítica es donde hay suficiente material presente para que aumente la tasa de fisión.
Un arma nuclear está diseñada para liberar toda su energía en una explosión increíblemente destructiva, lo que significa que el material quiere estar tan densamente lleno de material fisible como sea posible en una esfera homogénea (casi)
Mientras que los núcleos de los reactores están destinados a producir una liberación constante y controlada de energía, e incluso el tipo de acumulación de energía necesaria para producir una fusión nunca puede alcanzar la velocidad y la intensidad necesarias para una liberación explosiva de energía nuclear. Básicamente, la disposición geométrica del uranio-235 en un reactor nuclear no es propicia para la disposición esférica necesaria para una reacción en cadena explosiva, y la cantidad de uranio-238 no fisionable en el uranio apto para reactores también detiene cualquier reacción fuera de control.
Para agregar a la respuesta correcta de Prabhdeep Singh , hay otra razón fundamental por la cual un reactor nunca explotaría como una bomba, incluso si usa uranio altamente enriquecido. Y eso es simplemente que una masa crítica explosiva está, bueno, explotando, por lo que se está dispersando y apagando así la reacción. Además, los aumentos de temperatura también tienden a extinguir la reacción. Las masas críticas, a menos que se diseñen con mucho cuidado, no tienden a provocar grandes explosiones nucleares : tienden a explotar solas.
Si debe fabricar una bomba, debe diseñar cosas para que el material fisible permanezca unido en una masa supercrítica el tiempo suficiente para que una fracción considerable se fusione. En un arma de fisión de tipo implosión, se debe establecer una enorme onda esférica acústica que aplaste el material fisionable de manera perfectamente simétrica para que el impulso entrante del material lo mantenga unido el tiempo suficiente antes de que la reacción explosiva de extinción ponga fin a todo el proceso.
Ha habido algunos accidentes famosos donde masas críticas de U235 se ensamblaron accidentalmente con resultados espantosos, pero ninguno de estos resultados fue una explosión. Vea mi respuesta aquí para más detalles.
Por supuesto, un reactor nuclear libera una gran cantidad de calor, por lo que, si bien no puede terminar en una explosión nuclear, si los operadores pierden el control de la reacción, la pura producción de calor puede provocar explosiones catastróficas (generalmente por vaporización repentina de agua, como ocurrido en Chernobyl) o destrucción de la planta y escape de material radiactivo.
Un reactor térmico usa combustible con un enriquecimiento de alrededor del 4% y requiere que un moderador sea crítico; el tiempo de vida de la pronta generación de neutrones es demasiado largo para que un combustible tan poco enriquecido se utilice como arma nuclear.
Un reactor rápido usa combustible más enriquecido (alrededor del 20%) y no requiere un moderador para ser crítico; tiene una vida útil de neutrones rápidos lo suficientemente corta como para que sea posible tomar el combustible del reactor rápido y configurarlo en un explosivo nuclear (consulte Willrich y Taylor, Nuclear Theft Risks and Safeguards). Sin embargo, el enriquecimiento no es tan alto como el uranio (altamente enriquecido) utilizado en un arma nuclear. Actualmente, EE. UU. utiliza plutonio, no uranio muy enriquecido (alrededor del 90 %), como material primario de fisión para las armas nucleares en el arsenal.
La necesidad de uranio alto/altamente enriquecido para un arma de fisión nuclear efectiva es la razón por la que se presta toda la atención al nivel en el que Irán está enriqueciendo uranio usando centrífugas.
La discusión anterior aborda tomar el combustible del reactor y tratar de configurarlo como un arma, no usar el reactor como arma. Un reactor nuclear no puede explotar como un arma nuclear. En el reactor (rápido o térmico) no existe ningún mecanismo para crear y mantener un conjunto crítico superrápido durante el tiempo suficiente para una liberación significativa de energía de fisión. Tienes que trabajar muy duro para ensamblar el material correcto para crear un arma nuclear; necesita crear un sistema que sea súper rápido y crítico utilizando neutrones rápidos y que permanezca lo suficientemente largo para que la reacción en cadena produzca suficiente energía antes de que la presión provoque el desmontaje en una configuración no crítica. Por supercrítico rápido se entiende supercrítico en los neutrones rápidos solos sin tener que esperar a que contribuyan los neutrones retrasados. En la operación, los reactores son críticos pero no pronto críticos; Se requieren neutrones retardados para la criticidad.
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Selene Routley