Energía

energía nuclear - combustible :
El plutonio-239 (²³⁹Pu) es un isótopo fisible del plutonio. Este isótopo es el principalmente usado en la producción de armas nucleares. Aunque el uranio-235también se ha utilizado, es actualmente considerado un isótopo secundario. El plutonio-239 es también uno de los tres principales isótopos utilizados como combustible enreactores nucleares, junto con el uranio-235 y el uranio-233. La bomba atómica "Fat Man" que se utilizó para bombardear Nagasaki tenía un núcleo de plutonio-239. El ²³⁹Pu tiene un periodo de semidesintegración de 24 200 años.- .........................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=d8fca70c076ee7244c217ec1253848acbb5eeec9&writer=rdf2latex&return_to=Plutonio-239

Características físicas

En un entorno libre de oxígeno, el uranio tiene un aspecto de color gris plateado metálico; al aire en cambio desarrolla una oscura capa de óxido en polvo. El plutonio también se oxida en el aire, lo que le da normalmente una apariencia de color blanco plateado de un tinte ligeramente amarillo. Ambos metales son más densos que el plomo, con una masa de 74 y 68 por ciento más por volumen para el plutonio y el uranio, respectivamente. En forma de polvo fino, el uranio es pirofórico, lo que significa que se quema espontáneamente en el aire.

Fuente

El uranio se encuentra naturalmente en la corteza de la Tierra. Se presenta en tres formas llamadas isótopos: U-238, U-235 y U-234. De estos tres, el U-238 es, por lejos, el más común, representando más del 99 por ciento del uranio presente en la tierra, mientras que el U-235 representa el 0,72 por ciento. Para hacer una pieza importante de U-235 se deben refinar muchas toneladas de la mezcla de uranio natural, eliminando el U-238 y el U-234. Muy poco plutonio existe en la naturaleza, sin embargo, mediante la exposición del U-238 a la radiación de neutrones en un reactor nuclear, gradualmente logras convertir algo de él en plutonio.

Radioactividad

Los átomos en los elementos radiactivos se descomponen en diferentes proporciones. El uranio 235 tiene una vida media de unos 700 millones de años, es decir, se necesita ese tiempo para que decaiga la mitad de los átomos de cualquier muestra de U-235. El plutonio 239 tiene una vida media de 24.000 años, de modo que un gramo emite casi 30.000 veces más radiación que un gramo de U-235. Ambos metales emiten el mismo género de radiación, conocida como partículas alfa. Si bien las partículas alfa tienen un poder de penetración pobre y sólo se necesita un blindaje de cartón, una fuente alfa en el interior del cuerpo humano se transforma en algo muy peligroso, ya que destruye los órganos internos a través del contacto directo. Esto hace que el polvo de plutonio inhalado sea un riesgo grave para la salud.

Núcleo

A medida que avanzas de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en la tabla periódica, los núcleos de los átomos se hacen más pesados. Hacia la parte inferior de la tabla periódica, también se vuelven muy inestables. El uranio 235 tiene 92 protones y 143 neutrones en su núcleo. El plutonio 239 contiene 94 protones y 145 neutrones. El número de protones determina qué elemento tienes y el recuento de neutrones te dice algo sobre su estabilidad.

El plutonio-239 es un isótopo de plutonio. El plutonio-239 es el isótopo fisible primaria utilizada para la producción de armas nucleares, aunque uranio-235 también se ha utilizado y es actualmente el isótopo secundaria. El plutonio-239 es también uno de los tres isótopos principales demostrado utilizable como combustible en los reactores nucleares, junto con el uranio-235 y uranio-233. El plutonio-239 tiene una vida media de 24.100 años.

Propiedades nucleares

Las propiedades nucleares de plutonio-239, así como la capacidad de producir grandes cantidades de casi puro Pu-239 más barato que altamente enriquecido para armamento de uranio-235, llevado a su uso en armas nucleares y centrales nucleares. La fisión de un átomo de uranio-235 en el reactor de una planta de energía nuclear produce dos y cincuenta y ocho neutrones, y estos neutrones pueden ser absorbidos por el uranio-238 para producir plutonio-239 y otros isótopos. El plutonio-239 también puede absorber neutrones de fisión y junto con el uranio-235 en un reactor.

De todos los combustibles nucleares comunes, Pu-239 tiene la masa crítica más pequeño. Una masa crítica untampered esférica es de unos 11 kg, 10,2 cm de diámetro. Uso de activadores apropiados, reflectores de neutrones, la geometría implosión y pisones, esta masa crítica se puede reducir en más del doble. Esta optimización general requiere una gran organización de desarrollo nuclear con el apoyo de una nación soberana.

La fisión de un átomo de Pu-239 genera 207,1 MeV = 3,318 10-11 J, es decir, 19,98 TJ/mol = 83,61 TJ/kg.

Fabricación

Pu-239 se crea normalmente en los reactores nucleares de transmutación de los átomos individuales de uno de los isótopos de uranio presente en las barras de combustible. De vez en cuando, cuando un átomo de U-238 se expone a la radiación de neutrones, su núcleo capturará un neutrón, cambiándolo a U-239. Esto ocurre con mayor facilidad con menor energía cinética. El U-239 y luego se somete a dos desintegraciones beta rápidamente. Después de la 238U absorbe un neutrón para convertirse en 239U que a continuación emite un electrón y un antineutrino por - decaimiento para convertirse en neptunio-239 y luego emite otro electrón y anti-neutrinos por un segundo - decaimiento para convertirse en 239Pu:

Actividad de fisión es relativamente poco frecuente, por lo que incluso después de la exposición significativa, el Pu-239 todavía está mezclado con una gran cantidad de U-238, oxígeno, otros componentes del material original, y los productos de fisión. Sólo si el combustible ha sido expuesto por unos pocos días en el reactor, puede el Pu-239 puede separar químicamente a partir de el resto del material para producir alta pureza Pu-239 de metal.

Pu-239 tiene una mayor probabilidad de fisión de U-235 y un mayor número de neutrones producidos por fisión evento, por lo que tiene una masa crítica más pequeño. Puro Pu-239 también tiene una tasa de razonablemente bajo de emisión de neutrones debido a la fisión espontánea, por lo que es factible para montar una masa que es altamente supercrítico antes de que comience una reacción en cadena de la detonación.

En la práctica, sin embargo, el plutonio del reactor de raza produce invariablemente contener una cierta cantidad de Pu-240 debido a la tendencia de Pu-239 para absorber un neutrón adicional durante la producción. Pu-240 tiene una alta tasa de eventos de fisión espontánea, por lo que es un contaminante indeseable. Como resultado, el plutonio que contiene una fracción significativa de Pu-240 no es muy adecuado para su uso en armas nucleares, sino que emite la radiación de neutrones, lo que hace más difícil el manejo, y su presencia puede conducir a una "fallará" en el que se produce una pequeña explosión , destruyendo el arma, pero no causar la fisión de una fracción significativa del combustible. Es debido a esta limitación de que las armas basadas en plutonio deben ser de tipo implosión, más bien que de tipo pistola. Por otra parte, Pu-239 y Pu-240 no se pueden distinguir químicamente, sería necesario separar ellos tan caro y difícil de separación de isótopos. Armas de plutonio se define como que contiene no más de 7% de Pu-240; esto se logra sólo por la exposición de U-238 a fuentes de neutrones por períodos cortos de tiempo para reducir al mínimo el Pu-240 producido. Pu-240 expuestas a las partículas alfa se incite a la fisión nuclear.

El plutonio se clasifica de acuerdo con el porcentaje del contaminante plutonio-240 que contiene:

• Supergrade 2-3%
• Grado Armas menos de 7%
• Calidad de combustible 7-18%
• Reactor de grado 18% o más

Por consiguiente, un reactor nuclear que se utiliza para producir plutonio para armas generalmente tiene un medio para la exposición de U-238 a la radiación de neutrones y con frecuencia para reemplazar la irradiado U-238 con el nuevo T-238 - Un reactor que se ejecuta en no enriquecido o uranio enriquecido moderadamente contiene un gran cantidad de U-238 - Sin embargo, los diseños de reactores de energía nuclear más comerciales requieren todo el reactor a cerrar, a menudo por semana, con el fin de cambiar los elementos de combustible. Por lo tanto, producen plutonio en una mezcla de isótopos que no se adapta bien a la construcción arma. Un reactor podría haber añadido maquinaria que permita U-238 babosas que se colocarán cerca del núcleo y se cambian con frecuencia, o podría ser cerrados con frecuencia, por lo que la proliferación es una preocupación, por esta razón, la Agencia Internacional de la Energía Atómica inspecciona reactores licencia menudo. Algunos diseños de reactores de potencia comerciales, como el Reaktor bolshoy moshchnosti kanalniy y reactor de agua pesada a presión, no permiten repostar sin paradas, y pueden suponer un riesgo de proliferación. Por el contrario, el CANDU de agua pesada canadiense moderado de uranio natural alimentado reactor también puede ser reabastecidos de combustible durante el funcionamiento, pero normalmente consume la mayor parte de la PU-239 se produce in situ, por lo tanto, no es sólo inherentemente menos proliferativa que la mayoría de los reactores, sino que incluso puede funcionar como un "incinerador de actínidos." El IFR estadounidense también puede funcionar en un modo "incineración", que tiene algunas ventajas en la no construcción de la PU-242 isótopos o los actínidos de larga duración, o bien de que no puede ser fácilmente quemado salvo en un reactor rápido. También IFR combustible tiene una alta proporción de isótopos consumible, mientras que en CANDU se necesita un material inerte para diluir el combustible; esto significa que la IFR puede quemar una mayor fracción de su combustible antes de necesitar reprocesamiento. La mayoría de plutonio se produce en reactores de investigación o reactores de producción de plutonio llamados reactores reproductores, ya que producen más plutonio de la que consumen combustible, en principio, tales reactores hacen uso extremadamente eficiente de uranio natural. En la práctica, su construcción y funcionamiento es suficientemente difícil que por lo general sólo se utilizan para producir plutonio. Reactores reproductores suelen ser los reactores rápidos, ya que los neutrones rápidos son algo más eficientes en la producción de plutonio.

Plutonio Supergrade

El "supergrade" combustible de fisión, que tiene menos radiactividad, se utiliza en la etapa primaria de los Estados Unidos las armas nucleares de la Armada en lugar de la convencional de plutonio utilizado en las versiones de la Fuerza Aérea. "Supergrade" es jerga de la industria de la aleación de plutonio que lleva una excepcionalmente alta fracción de Pu-239, dejando una muy baja cantidad de Pu-240, que es un isótopo de alta fisión espontánea. Tal plutonio se produce a partir de barras de combustible que han sido irradiados un tiempo muy corto, medido en MW-Day/Ton grado de quemado. Tales tiempos bajos de irradiación limitan la cantidad de captura de neutrones adicional y por lo tanto la acumulación de productos de isótopos alternativos tales como Pu-240 en la varilla, y por consecuencia también es considerablemente más caro de producir, necesitando mucho más barras irradiado y se procesaron para una cantidad dada de plutonio.

El plutonio-240, además de ser un emisor de neutrones después de la fisión, es un emisor gamma en ese proceso, así, y por lo tanto es responsable de una gran fracción de la radiación de las armas nucleares almacenados. Los miembros de la tripulación de submarinos habitualmente operan en las proximidades de las armas almacenadas en las salas de torpedos, a diferencia de los misiles de la Fuerza Aérea donde las exposiciones son relativamente breves, por lo tanto, justificar los costos adicionales de la aleación supergrade prima utilizada en muchas de las armas nucleares de torpedos navales. Plutonio Supergrade se utiliza en ojivas W80.

El plutonio-239 en los reactores nucleares

En cualquier reactor nuclear operativo que contiene T-238, un poco de plutonio-239 se acumulará en el combustible nuclear. A diferencia de los reactores utilizados para producir plutonio, reactores nucleares comerciales funcionan típicamente en un alto grado de quemado que permite que una cantidad significativa de plutonio que se acumule en el combustible del reactor irradiado. El plutonio-239 estarán presentes tanto en el núcleo del reactor durante la operación y en el combustible nuclear gastado que ha sido eliminado del reactor al final de la vida de servicio de combustible assemblys. El combustible nuclear gastado contiene normalmente alrededor de 0,8% de plutonio-239.

El plutonio-239 en el combustible del reactor puede absorber neutrones de fisión y simplemente como el uranio-235 puede. Desde plutonio-239 constantemente está siendo creado en el núcleo del reactor durante la operación, el uso de plutonio-239 como combustible nuclear en plantas de energía puede ocurrir sin reprocesamiento del combustible gastado; el plutonio-239 se fisiona en las mismas barras de combustible en los que está producido. Fisión de plutonio-239 proporciona alrededor de un tercio de la energía total producida en una planta de energía nuclear comercial típico. Combustible en los reactores se acumularía mucho más que el 0,8% de plutonio-239 durante su vida útil si algunos de plutonio-239 no estaban siendo constantemente "quemado" por fisión.

Un pequeño porcentaje de plutonio-239 se puede añadir deliberadamente al combustible nuclear fresco. Tal combustible se llama combustible MOX, ya que contiene una mezcla de óxido de uranio y óxido de plutonio. La adición de plutonio-239 reduce o elimina la necesidad de enriquecer el uranio en el combustible.