Un dólar es una unidad de reactividad de un reactor nuclear , calibrada al intervalo entre las condiciones de criticidad y criticidad inmediata . Una criticidad inmediata dará como resultado un aumento de potencia extremadamente rápido, con la consiguiente destrucción del reactor, a menos que esté diseñado específicamente para tolerar esta condición. Un centavo es 1 ⁄ 100 de un dólar.
Cada fisión nuclear produce varios neutrones que pueden ser absorbidos, escapar del reactor o provocar más fisiones en una reacción en cadena. Cuando un promedio de un neutrón de cada fisión causa otra fisión, el reactor apenas es "crítico" y la reacción en cadena se desarrolla a un nivel de potencia constante.
La mayoría de los neutrones producidos en la fisión son "rápidos", es decir, se crean con los productos de la fisión en menos de unos 10 nanosegundos (una " sacudida " de tiempo), pero ciertos productos de la fisión producen neutrones adicionales cuando se desintegran hasta varios minutos después de su creación por fisión. Estos neutrones de liberación retardada , un pequeño porcentaje del total, son clave para el control estable del reactor nuclear . Sin neutrones retardados, en un reactor que estuviera apenas por encima del nivel crítico, la potencia del reactor aumentaría exponencialmente en escalas de tiempo de milisegundos o incluso microsegundos, demasiado rápido para ser controlado con la tecnología actual o del futuro cercano. Un aumento de potencia tan rápido también puede ocurrir en un reactor real cuando la reacción en cadena se mantiene sin la ayuda de los neutrones retardados. Se trata de criticidad inmediata , cuyo ejemplo más extremo es la explosión de un arma nuclear en la que se dedica un esfuerzo de diseño considerable a mantener el núcleo en una criticidad inmediata durante el mayor tiempo posible hasta que se haya fisionado el mayor porcentaje posible de material. [1]
Por definición, una reactividad de cero dólares está apenas al borde de la criticidad utilizando neutrones tanto rápidos como retardados. Una reactividad inferior a cero dólares es subcrítica; el nivel de potencia disminuirá exponencialmente y no se producirá una reacción en cadena sostenida. Un dólar se define como el umbral entre la criticidad retrasada y la inmediata. En caso de criticidad inmediata, en promedio cada fisión causará exactamente una fisión adicional a través de neutrones rápidos, y los neutrones retardados aumentarán la potencia. Cualquier reactividad por encima de $0 es supercrítica y la potencia aumentará exponencialmente, pero entre $0 y $1 el aumento de potencia será lo suficientemente lento como para controlarlo de manera fácil y segura con barras de control mecánicas porque la reacción en cadena depende en parte de los neutrones retardados. Por lo tanto, un reactor de potencia que funcione en estado estacionario (potencia constante) tendrá una reactividad promedio de $0, con pequeñas fluctuaciones por encima y por debajo de este valor. [2]
La reactividad también se puede expresar en términos relativos, como "5 centavos por encima del valor crítico". [3]
Si bien los reactores de potencia se diseñan y operan cuidadosamente para evitar una criticidad inmediata en todas las circunstancias, muchos reactores pequeños de investigación o de "potencia cero" están diseñados para ser colocados intencionalmente en una criticidad inmediata (reactividad > $1) con total seguridad retirando rápidamente sus barras de control. Sus elementos combustibles están diseñados para que, a medida que se calientan, la reactividad se reduzca automática y rápidamente mediante efectos como el ensanchamiento Doppler y la expansión térmica . Estos reactores pueden ser "impulsados" a niveles de potencia muy altos (por ejemplo, varios GW) durante unos pocos milisegundos, después de lo cual la reactividad cae automáticamente a 0 y se mantiene un nivel de potencia relativamente bajo y constante (por ejemplo, varios cientos de kW) hasta que se apagan manualmente. reinsertando las barras de control. [4]
Los reactores subcríticos , que hasta ahora sólo se han construido a escala de laboratorio, funcionarían constantemente con "dólares negativos" (muy probablemente unos pocos centavos por debajo del valor crítico [retardado]) con los neutrones "faltantes" proporcionados por una fuente de neutrones externa , por ejemplo impulsada por espalación. por un acelerador de partículas en un reactor subcrítico impulsado por un acelerador .
Según Alvin Weinberg y Eugene Wigner , Louis Slotin fue el primero en proponer el nombre de "dólar" para el intervalo de reactividad entre la criticidad apenas crítica y la criticidad inmediata , y "céntimos" para la fracción decimal del dólar. [5]