Omzetting van een vruchtbare kern in een splijtbare kern
Uranium-238 maakt meer dan 95% uit van het uranium dat aanwezig is in de kern van reactoren. Het neemt marginaal deel aan de kettingreactie, maar speelt niettemin een belangrijke ondersteunende rol. Door een neutron te vangen, wordt het een kern van plutonium-239. Later kan deze plutonium-239-kern een splijting ondergaan als hij opnieuw een neutron vangt. Op de een of andere manier kan uranium-238 worden gezien als splijtend met een vertraging of bij volmacht. Het genereert splijtstof door splijtbare kernen te leveren: het wordt vruchtbaar genoemd.
Het mechanisme van het genereren van plutonium omvat verschillende fasen. Door het vangen van een neutron wordt uranium-238 omgevormd tot uranium-239 dat door bètastraling snel verandert in neptunium-239. Dit neptunium wordt vervolgens door bètastraling, na gemiddeld 3 dagen, omgezet in een nieuwe kern: plutonium-239. Deze radionuclide is splijtbaar, net als uranium-235.
De vangst van een neutron door een kern van uranium-238 leidt binnen enkele dagen tot de vorming van een kern van splijtbaar plutonium-239. De kern van uranium-239 die het resultaat is van de vangst van het neutron is radioactief bèta-minus. Door het uitzenden van een elektron en een antineutrino wordt het neptunium-239, dat zelf onstabiel is en op dezelfde wijze in plutonium-239 verandert.
IN2P3Plutonium-239 is een goede splijtstof: gesplitst door snelle neutronen komen er gemiddeld 2,30 secundaire neutronen per opgevangen neutron vrij. Van deze secundaire neutronen is er één nodig om de kettingreactie in stand te houden. Dan blijft er 1,30 beschikbaar.
Als gemiddeld één van deze beschikbare neutronen wordt gevangen door een kern van uranium-238 die deze omzet in plutonium-239, produceert de reactor evenveel brandstof als hij verbruikt. Wanneer meer dan één neutron plutonium produceert (bij een adequate configuratie van de reactorkern), wordt de reactor kweekreactor genoemd. Anders wordt de reactor een “subgenerator” genoemd. Het handjevol reactoren dat als kweekreactor heeft gefunctioneerd zijn snelle neutronenreactoren.
De voorwaarden voor regeneratie zijn zeer ver te zoeken voor conventionele reactoren van kerncentrales die langzame neutronen gebruiken. In hun bestraalde splijtstof worden echter aanzienlijke hoeveelheden plutonium gegenereerd.
De hoeveelheid plutonium die afkomstig is van het wereldwijde reactorpark werd in het jaar 2000 geschat op 1400 ton, waarvan 60% plutonium-239 is. Deze hoeveelheid groeide met 70 ton per jaar.
Toegang tot pagina in het frans
MORE : Langzame en snelle neutronen
MORE : Kweek