Transformación de un núcleo fértil en un núcleo fisible
El uranio-238 representa más del 95% del uranio presente en el núcleo de los reactores. Participa marginalmente en la reacción en cadena, pero desempeña sin embargo un importante papel auxiliar. Al capturar un neutrón, se convierte en un núcleo de plutonio-239. Posteriormente, este núcleo de plutonio-239 puede sufrir una fisión si vuelve a capturar otro neutrón. De alguna manera, el uranio-238 puede considerarse como una fisión con retraso o por delegación. Genera combustible nuclear proporcionando núcleos fisibles: se dice que es fértil.
El mecanismo de generación del plutonio implica varias etapas. Al capturar un neutrón, el uranio-238 se convierte en uranio-239 que se transforma rápidamente por radiación beta en neptunio-239. Este neptunio se transforma luego por radiación beta, al cabo de 3 días por término medio, en un nuevo núcleo: el plutonio-239. Este radionúclido es fisible, como el uranio-235.
La captura de un neutrón por un núcleo de uranio-238 conduce a la formación en pocos días de un núcleo de plutonio-239 fisible. El núcleo de uranio-239 resultante de la captura del neutrón es radiactivo beta-minus. Al emitir un electrón y un antineutrino, se convierte en neptunio-239, que siendo él mismo inestable se transforma a su vez de la misma manera en plutonio-239.
IN2P3El plutonio-239 es un buen combustible nuclear: dividido por neutrones rápidos, libera una media de 2,30 neutrones secundarios por neutrón capturado. De estos neutrones secundarios, uno es necesario para mantener la reacción en cadena. Entonces, 1,30 queda disponible.
Si en promedio, uno de estos neutrones disponibles es capturado por un núcleo de uranio-238 transformándolo en plutonio-239, el reactor produce tanto combustible como el que consume. Cuando más de un neutrón produce plutonio (con una configuración adecuada del núcleo del reactor), el reactor se denomina reproductor. En caso contrario, el reactor se denomina «subgenerador». El puñado de reactores que han funcionado como reproductores son reactores de neutrones rápidos.
Las condiciones de regeneración están muy lejos de cumplirse para los reactores convencionales de las centrales nucleares que utilizan neutrones lentos. Sin embargo, se generan cantidades significativas de plutonio en su combustible irradiado.
La cantidad de plutonio producida desde el origen del parque mundial de reactores se estimó en el año 2000 en 1400 toneladas, de las cuales el 60% es plutonio-239. Esta cantidad crecía a razón de 70 toneladas por año.
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