El boro es uno de los mejores absorbentes de neutrones que se emplean en la industria nuclear, y esta propiedad lo hace extremadamente valioso en ese ámbito. Se usan barras de boro para controlar la reacción de fisión nuclear en las centrales nucleares. Para ello se introducen por unos huecos entre las vainas del combustible nuclear de un reactor y de esta forma se consigue absorber neutrones y así poder controlar e incluso detener el reactor.
Es así porque el isótopo boro-10 (10B) (20 % del boro natural) que tiene una alta sección transversal para la captura de neutrones térmicos. La reacción principal es:
10B + n ⟶ 7Li + α + γ
Esta reacción libera una partícula alfa y un ion litio-7, absorbiendo efectivamente al neutrón.
La eficiencia del proceso es muy alta porque el boro-10 tiene una sección transversal de captura de neutrones de aproximadamente 3837 barns, una de las más altas entre todos los isótopos.
Aplicaciones en reactores nucleares
Por eso este metal es utilizado en barras de control de reactores nucleares para regular la tasa de fusión nuclear. También se emplea en blindajes de radiación y en materiales de seguridad para proteger contra la radiación de neutrones. Se usa extensamente en reactores de agua ligera y en reactores de investigación.
En particular el boro se usa en estas formas:
- Carburo de boro (B₄C), utilizado en las barras de control debido a su alta capacidad de absorción de neutrones y su estabilidad térmica.
- Óxido de boro (B₂O₃), también utilizado en blindajes y otros materiales absorbentes de neutrones.
- Boratos, que son compuestos que contienen boro y oxígeno, utilizados en la producción de vidrios y cerámicas con propiedades de absorción de neutrones.
El boro y sus compuestos son químicamente estables y pueden ser manejados con relativa seguridad en comparación con otros materiales absorbentes de neutrones. No son radiactivos por sí mismos, lo que simplifica su manejo y almacenamiento.
Otros absorbentes
Aunque no es el material más barato, su eficacia y las propiedades únicas de absorción de neutrones justifican su uso en aplicaciones críticas de seguridad nuclear. Es muy preferido en la industria nuclear por sus propiedades excepcionales, pero su uso o el de otros absorbentes puede depender del contexto específico y de los requisitos particulares de la aplicación.
Otro buen absorbente es el cadmio (Cd) tiene una alta sección transversal de captura de neutrones térmicos (~2450 barns), pero es menos eficiente que el boro en términos de capturar neutrones y tiene problemas de toxicidad y manejo ambiental.
El hafnio (Hf) también se utilizado en reactores nucleares debido a su alta sección transversal para neutrones térmicos (~104 barns) y excelente estabilidad térmica. Sin embargo, su disponibilidad es más limitada y es más costoso.
Asimismo, el gadolinio (Gd) tiene una sección transversal extremadamente alta (hasta 49 000 barns para el isótopo 157Gd, pero es menos utilizado en grandes volúmenes debido a su alto costo y a la complicación de manejo químico y físico. Igualmente, el samario (Sm) tiene una sección transversal alta para neutrones térmicos, pero es menos común en la industria debido a problemas de disponibilidad y costo.
