Tuottokykyisen ytimen muuttuminen halkeamiskelpoiseksi ytimeksi
Uraani-238:n osuus reaktoreiden ytimessä olevasta uraanista on yli 95 %. Se osallistuu ketjureaktioon marginaalisesti, mutta sillä on kuitenkin tärkeä aputehtävä. Sieppaamalla neutronin se muuttuu plutonium-239:n ytimeksi. Myöhemmin tämä plutonium-239-ydin voi halkeilla, jos se taas vangitsee toisen neutronin. Jotenkin uraani-238:n voidaan katsoa halkeavan viiveellä tai välillisesti. Se tuottaa ydinpolttoainetta tarjoamalla halkeamiskelpoisia ytimiä: sitä sanotaan fertiiliksi.
Plutoniumin syntymekanismi sisältää useita vaiheita. Sieppaamalla neutronin uraani-238 muuttuu uraani-239:ksi, joka muuttuu nopeasti beetasäteilyn avulla neptunium-239:ksi. Tämä neptunium muuttuu sitten beetasäteilyn avulla keskimäärin 3 päivän kuluttua uudeksi ytimeksi: plutonium-239:ksi. Tämä radionuklidi on halkeamiskelpoinen, kuten uraani-235.
Uraani-238:n ytimen sieppaama neutroni johtaa muutaman päivän kuluessa fissiokykyisen plutonium-239:n ytimen muodostumiseen. Uraani-239:n ydin, joka syntyy neutronin sieppauksen seurauksena, on radioaktiivinen beeta-miinus. Lähettämällä elektronin ja antineutriinon se muuttuu neptunium-239:ksi, joka on itsessään epävakaa ja muuttuu puolestaan samalla tavalla plutonium-239:ksi.
IN2P3Plutonium-239 on hyvää ydinpolttoainetta: nopeiden neutronien pilkkomana se vapauttaa keskimäärin 2,30 sekundaarineutronia jokaista siepattua neutronia kohti. Näistä sekundaarineutroneista yksi tarvitaan ketjureaktion ylläpitämiseen. Tämän jälkeen 1,30 jää käyttöön.
Jos keskimäärin yksi näistä käytettävissä olevista neutroneista vangitaan uraani-238:n ytimeen muuttamalla se plutonium-239:ksi, reaktori tuottaa yhtä paljon polttoainetta kuin se kuluttaa. Kun useampi kuin yksi neutroni tuottaa plutoniumia (reaktorisydämen sopivalla kokoonpanolla), reaktoria kutsutaan kasvattajaksi. Muussa tapauksessa reaktoria kutsutaan ”aligeneraattoriksi”. Ne kourallinen reaktoreita, jotka ovat toimineet kasvattajina, ovat nopeita neutronireaktoreita.
Hitaita neutroneja käyttävien ydinvoimalaitosten tavanomaisten reaktoreiden regeneroinnin edellytykset ovat hyvin kaukana siitä, että ne täyttyisivät. Niiden säteilytetyssä polttoaineessa syntyy kuitenkin merkittäviä määriä plutoniumia.
Maailmanlaajuisen reaktorilaivaston alkuperästä peräisin olevan plutoniumin määräksi arvioitiin vuonna 2000 1400 tonnia, josta 60 % on plutonium-239:ää. Määrä kasvoi 70 tonnia vuodessa.
Sivulle pääsee ranskaksi
LISÄÄ : Hitaat ja nopeat neutronit
LISÄÄ : Jalostus