Esquema fisión
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Una reacción nuclear consiste en la interacción entre dos núcleos atómicos o entre un núcleo y las partículas elementales.

La primera reacción nuclear desarrollada en el laboratorio la realizó Rutherford, en 1919, bombardeando el isótopo 14 del nitrógeno con partículas alfa (núcleos de helio).

Más tarde, en 1933, Leó Szilárd patentó el concepto de reacción en cadena. En este sentido, puede ocurrir que en una de esas reacciones se produzcan una o varias partículas capaces de interaccionar con otros núcleos, permitiendo que la reacción se mantenga en el tiempo. 

El isotopo 235 del uranio absorbe un protón. El núcleo resultante es inestable y se divide, liberando energía en dos núcleos (kripton y bario) a la vez que emite varios neutrones. Estos inducen otras fisiones, aceleran el proceso y producen una reacción en cadena. El número de neutrones que escapan de una cantidad de uranio depende de su área superficial.

Para que la reacción en cadena de fisión se realice, es necesario adecuar la velocidad de los neutrones libres, ya que si impactan con gran velocidad sobre el núcleo del elemento fisible, puede que simplemente lo atraviese o lo impacte, y que este no lo absorba.

En un reactor nuclear es necesario controlar este proceso para evitar que se libere toda la energía de una vez. Para ello se introducen las barras de control, unos tubos cilíndricos fabricados con un material que absorbe neutrones. Este material puede ser carburo de boro o aleaciones de plata, indio y cadmio.

En las bombas nucleares, por el contrario, la reacción no está controlada, de modo que una vez iniciada prosigue hasta el agotamiento del material, lo que sucede en un tiempo muy corto. Sin embargo, es necesario que se produzca con una cantidad suficiente de combustible denominada masa crítica.