Förvandling av en fertil kärna till en klyvbar kärna
Uran-238 utgör mer än 95 % av det uran som finns i reaktorernas kärna. Det deltar marginellt i kedjereaktionen, men spelar ändå en viktig roll som hjälpämne. Genom att fånga en neutron blir det en kärna av plutonium-239. Senare kan denna plutonium-239-kärna genomgå en klyvning om den återigen fångar en neutron. På något sätt kan man betrakta uran-238 som en fördröjd eller ställföreträdande klyvning. Den genererar kärnbränsle genom att tillhandahålla klyvbara kärnor: den sägs vara fertil.
Mekanismen för generering av plutonium omfattar flera steg. Genom att fånga in en neutron blir uran-238 till uran-239 som genom betastrålning snabbt förändras till neptunium-239. Detta neptunium omvandlas sedan genom betastrålning, efter i genomsnitt 3 dagar, till en ny kärna: plutonium-239. Denna radionuklid är klyvbar, precis som uran-235.
Fångsten av en neutron av en kärna av uran-238 leder till att det inom några dagar bildas en kärna av klyvbart plutonium-239. Kärnan av uran-239 som uppstår vid neutronintagningen är radioaktiv beta-minus. Genom att avge en elektron och en antineutrino blir den till neptunium-239, som eftersom det i sig självt är instabilt i sin tur omvandlas på samma sätt till plutonium-239.
IN2P3Plutonium-239 är ett bra kärnbränsle: Splittrat av snabba neutroner frigör det i genomsnitt 2,30 sekundära neutroner per infångad neutron. Av dessa sekundära neutroner behövs en för att upprätthålla kedjereaktionen. Därefter återstår 1,30.
Om i genomsnitt en av dessa tillgängliga neutroner fångas av en kärna av uran-238 som omvandlas till plutonium-239, producerar reaktorn lika mycket bränsle som den förbrukar. När mer än en neutron producerar plutonium (med en lämplig konfiguration av reaktorhärden) kallas reaktorn för bridreaktor. I annat fall kallas reaktorn för en ”subgenerator”. Den handfull reaktorer som har fungerat som förökningsreaktorer är snabba neutronreaktorer.
Villkoren för regenerering är mycket långt ifrån uppfyllda för konventionella reaktorer i kärnkraftverk som använder långsamma neutroner. Däremot genereras betydande mängder plutonium i deras bestrålade bränsle.
Mängden plutonium som produceras från ursprunget i den världsomspännande reaktorflottan uppskattades år 2000 till 1400 ton, varav 60% är plutonium-239. Denna mängd ökade med 70 ton per år.
Access to page in french
MER : Långsamma och snabba neutroner
MER : Odling