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Plutonio-240

Plutonio-240 (240
Pu
o Pu-240 ) es un isótopo del plutonio que se forma cuando el plutonio-239 captura un neutrón . La detección de su fisión espontánea condujo a su descubrimiento en 1944 en Los Álamos y tuvo importantes consecuencias para el Proyecto Manhattan . [3]

El 240 Pu sufre fisión espontánea como modo de desintegración secundaria a una tasa pequeña pero significativa. La presencia de 240 Pu limita el uso del plutonio en una bomba nuclear , porque el flujo de neutrones de la fisión espontánea inicia la reacción en cadena prematuramente, lo que provoca una liberación temprana de energía que dispersa físicamente el núcleo antes de que se alcance la implosión completa . [4] [5] Se desintegra por emisión alfa en uranio-236 .

Propiedades nucleares

Entre el 62% y el 73% de las veces, cuando el 239 Pu captura un neutrón , sufre fisión ; el resto del tiempo, forma 240 Pu. Cuanto más tiempo permanece un elemento de combustible nuclear en un reactor nuclear , mayor es el porcentaje relativo de 240 Pu en el combustible.

El isótopo 240 Pu tiene aproximadamente la misma sección transversal de captura de neutrones térmicos que el 239 Pu (289,5 ± 1,4 frente a269,3 ± 2,9 barns ), [6] [7] pero solo una pequeña sección eficaz de fisión de neutrones térmicos (0,064 barns). Cuando el isótopo 240 Pu captura un neutrón, es aproximadamente 4500 veces más probable que se convierta en plutonio-241 que que se fisione. En general, los isótopos de números de masa impares tienen más probabilidades de absorber un neutrón y pueden sufrir fisión tras la absorción de neutrones más fácilmente que los isótopos de número de masa par. Por lo tanto, los isótopos de masa par tienden a acumularse, especialmente en un reactor térmico .

Armas nucleares

La inevitable presencia de alrededor de 240 Pu en el núcleo de una ojiva nuclear basada en plutonio complica su diseño, y se considera que 239 Pu puro es lo óptimo. [8] Esto se debe a varias razones:

El problema de la fisión espontánea fue estudiado extensamente por los científicos del Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial . [9] Bloqueó el uso de plutonio en armas nucleares tipo cañón en las que el ensamblaje de material fisionable en su configuración de masa supercrítica óptima puede tardar hasta un milisegundo en completarse, e hizo necesario desarrollar armas de estilo implosión donde el ensamblaje ocurre en unos pocos microsegundos. [10] Incluso con este diseño, se estimó antes de la prueba Trinity que la impureza de 240 Pu causaría una probabilidad del 12% de que la explosión no alcanzara su rendimiento máximo. [8]

La minimización de la cantidad de240
Pu
, como en el caso del plutonio de grado militar (menos del 7% de 240 Pu), se logra reprocesando el combustible después de solo 90 días de uso. Estos ciclos de combustible rápidos son muy poco prácticos para los reactores de potencia civiles y normalmente solo se llevan a cabo con reactores de producción de plutonio dedicados a las armas. El plutonio del combustible gastado de los reactores de potencia civiles normalmente tiene menos del 70% de 239 Pu y alrededor del 26%240
Pu
, el resto está compuesto de otros isótopos de plutonio, lo que hace más difícil su uso para la fabricación de armas nucleares. [4] [8] [11] [12] Sin embargo, para los diseños de armas nucleares introducidos después de la década de 1940, ha habido un debate considerable sobre el grado en que240
Pu
representa una barrera para la construcción de armas; véase el artículo Plutonio apto para reactores .

Véase también

Referencias

  1. ^ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (diciembre de 2003). "La evaluación Nubase de las propiedades nucleares y de desintegración". Física Nuclear A. 729 (1): 3–128. Código Bib : 2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX  10.1.1.692.8504 . doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  2. ^ ab Audi, Georges; Wapstra, Aaldert Hendrik; Thibault, Catherine (diciembre de 2003). "La evaluación de la masa atómica Ame2003". Física Nuclear A. 729 (1): 337–676. Código Bib : 2003NuPhA.729..337A. doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  3. ^ Farwell, GW (1990). "Emilio Segre, Enrico Fermi, Pu-240 y la bomba atómica". Simposio para conmemorar el 50 aniversario del descubrimiento de los elementos transuránicos .
  4. ^ ab Şahin, Sümer (1981). "Observaciones sobre el problema de preignición inducida por plutonio-240 en un dispositivo nuclear". Tecnología nuclear . 54 (1): 431–432. doi :10.13182/NT81-A32795. El rendimiento energético de un explosivo nuclear disminuye en uno y dos órdenes de magnitud si el contenido de 240 Pu aumenta de 5 (plutón casi apto para armas) a 15 y 25 %, respectivamente.
  5. ^ ab Bodansky, David (2007). "Bombas nucleares, energía nuclear y terrorismo". Energía nuclear: principios, prácticas y perspectivas . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-26931-3.
  6. ^ Mughabghab, SF (2006). Atlas de resonancias de neutrones: parámetros de resonancia y secciones transversales térmicas Z=1-100 . Ámsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-08-046106-9.
  7. ^ "Datos de actínidos: secciones eficaces de neutrones térmicos, integrales de resonancia y factores de Westcott". Datos nucleares para salvaguardias . Organismo Internacional de Energía Atómica . Consultado el 11 de septiembre de 2016 .
  8. ^ abcdef Mark, J. Carson; Hippel, Frank von; Lyman, Edward (30 de octubre de 2009). "Propiedades explosivas del plutonio apto para reactores nucleares" (PDF) . Science & Global Security . 17 (2–3): 170–185. Bibcode :2009S&GS...17..170M. doi :10.1080/08929880903368690. ISSN  0892-9882. S2CID  219716695.
  9. ^ Chamberlain, O.; Farwell, GW; Segrè, E. (1954). "Pu-240 y su fisión espontánea". Physical Review . 94 (1): 156. Bibcode :1954PhRv...94..156C. doi :10.1103/PhysRev.94.156.
  10. ^ Hoddeson, Lillian (1993). "El descubrimiento de la fisión espontánea en el plutonio durante la Segunda Guerra Mundial". Estudios históricos en las ciencias físicas y biológicas . 23 (2): 279–300. doi :10.2307/27757700. JSTOR  27757700.
  11. ^ Şahin, Sümer; Ligou, Jacques (1980). "El efecto de la fisión espontánea del plutonio-240 en la liberación de energía en un explosivo nuclear". Tecnología nuclear . 50 (1): 88. doi :10.13182/NT80-A17072.
  12. ^ Şahi̇n, Sümer (1978). "El efecto del Pu-240 en la vida útil de los neutrones en explosivos nucleares". Anales de energía nuclear . 5 (2): 55–58. doi :10.1016/0306-4549(78)90104-4.

Enlaces externos