El uranio-236 ( 236 U) es un isótopo del uranio que no es fisionable con neutrones térmicos ni un material muy fértil, pero que generalmente se considera un residuo radiactivo molesto y de larga duración . Se encuentra en el combustible nuclear gastado y en el uranio reprocesado elaborado a partir de combustible nuclear gastado.
El isótopo fisible uranio-235 alimenta la mayoría de los reactores nucleares . Cuando el 235 U absorbe un neutrón térmico , pueden ocurrir uno de dos procesos. Aproximadamente el 85,5 % de las veces, se fisionará ; aproximadamente el 14,5 % de las veces, no se fisionará, sino que emitirá radiación gamma y producirá 236 U. [1] [2] Por lo tanto, el rendimiento de 236 U por reacción 235 U+n es de aproximadamente el 14,5 %, y el rendimiento de productos de fisión es de aproximadamente el 85,5 %. En comparación, los rendimientos de los productos de fisión individuales más abundantes, como el cesio-137 , el estroncio-90 y el tecnecio-99 , están entre el 6% y el 7%, y el rendimiento combinado de los productos de fisión de vida media (10 años y más) y de vida larga es de alrededor del 32%, o un pequeño porcentaje menos, ya que algunos se transmutan por captura de neutrones . El cesio-135 es el "producto de fisión ausente" más notable, ya que se encuentra mucho más en la lluvia radiactiva que en el combustible nuclear gastado, ya que su nucleido progenitor , el xenón-135, es el veneno neutrónico más fuerte conocido .
El segundo isótopo fisionable más utilizado, el plutonio-239, también puede fisionarse o no al absorber un neutrón térmico. El producto plutonio-240 constituye una gran proporción del plutonio apto para reactores (plutonio reciclado a partir de combustible gastado que originalmente se fabricó con uranio natural enriquecido y luego se usó una vez en un reactor de agua dulce ). El 240 Pu se desintegra con una vida media de 6561 años en 236 U. En un ciclo de combustible nuclear cerrado , la mayor parte del 240 Pu se fisiona (posiblemente después de más de una captura de neutrones) antes de desintegrarse, pero el 240 Pu descartado como residuo nuclear se desintegrará a lo largo de miles de años.240
El Pu tiene una vida media más corta que239
Pu , el grado de cualquier muestra de plutonio compuesta principalmente por esos dos isótopos aumentará lentamente, mientras que la cantidad total de plutonio en la muestra disminuirá lentamente a lo largo de siglos y milenios. Desintegración alfa de240
El Pu produce uranio-236, mientras que239
El Pu se desintegra en uranio-235.
Aunque la mayor parte del uranio-236 se ha producido mediante captura de neutrones en reactores nucleares, en su mayor parte se almacena en reactores nucleares y depósitos de residuos. La contribución más significativa a la abundancia de uranio-236 en el medio ambiente es la reacción 238 U(n,3n) 236 U por neutrones rápidos en armas termonucleares . Las pruebas de bombas atómicas de los años 1940, 1950 y 1960 han elevado los niveles de abundancia ambiental significativamente por encima de los niveles naturales esperados. [8]
El 236 U, al absorber un neutrón térmico , no sufre fisión, sino que se convierte en 237 U, que sufre rápidamente una desintegración beta a 237 Np . Sin embargo, la sección eficaz de captura de neutrones del 236 U es baja, y este proceso no ocurre rápidamente en un reactor térmico . El combustible nuclear gastado contiene típicamente alrededor de un 0,4 % de 236 U. Con una sección eficaz mucho mayor , el 237 Np puede acabar absorbiendo otro neutrón y convertirse en 238 Np , que sufre una rápida desintegración beta a plutonio-238 (otro isótopo no fisionable).
El 236 U y la mayoría de los demás isótopos actínidos son fisionables por neutrones rápidos en una bomba nuclear o un reactor de neutrones rápidos . Un pequeño número de reactores rápidos se han utilizado en investigación durante décadas, pero su uso generalizado para la producción de energía aún está en el futuro.
El uranio-236 alfa se desintegra con una vida media de 23,420 millones de años en torio-232 . Tiene una vida más larga que cualquier otro actínido artificial o producto de fisión producido en el ciclo del combustible nuclear . ( El plutonio-244 , que tiene una vida media de 80 millones de años, no se produce en cantidades significativas en el ciclo del combustible nuclear , y el uranio-235 , el uranio-238 y el torio-232 , de vida más larga, sí existen en la naturaleza).
A diferencia del plutonio , los actínidos menores , los productos de fisión o los productos de activación , los procesos químicos no pueden separar el 236 U del 238 U , 235 U, 232 U u otros isótopos de uranio. Incluso es difícil eliminarlo con separación isotópica , ya que un bajo enriquecimiento concentrará no solo el deseable 235 U y 233 U sino también el indeseable 236 U, 234 U y 232 U. Por otro lado, el 236 U en el medio ambiente no puede separarse del 238 U y concentrarse por separado, lo que limita su peligro de radiación en un solo lugar.
La vida media del 238 U es aproximadamente 190 veces más larga que la del 236 U; por lo tanto, el 236 U debería tener aproximadamente 190 veces más actividad específica . Es decir, en uranio reprocesado con 0,5% de 236 U, el 236 U y el 238 U producirán aproximadamente el mismo nivel de radiactividad . ( El 235 U contribuye solo con un pequeño porcentaje).
La relación es inferior a 190 cuando se incluyen los productos de desintegración de cada uno. La cadena de desintegración del uranio-238 en uranio-234 y, finalmente, en plomo-206 implica la emisión de ocho partículas alfa en un tiempo (cientos de miles de años) corto en comparación con la vida media del 238 U, de modo que una muestra de 238 U en equilibrio con sus productos de desintegración (como en el mineral de uranio natural ) tendrá ocho veces la actividad alfa del 238 U solo. Incluso el uranio natural purificado en el que se han eliminado los productos de desintegración posteriores al uranio contendrá una cantidad de equilibrio de 234 U y, por lo tanto, aproximadamente el doble de la actividad alfa del 238 U puro. El enriquecimiento para aumentar el contenido de 235 U aumentará el 234 U en un grado aún mayor, y aproximadamente la mitad de este 234 U sobrevivirá en el combustible gastado. Por otra parte, el 236 U se desintegra en torio-232 , que tiene una vida media de 14 mil millones de años, lo que equivale a una tasa de desintegración sólo un 31,4% mayor que la del 238 U.
Se supone que el uranio empobrecido que se utiliza en los penetradores de energía cinética , etc., se fabrica a partir de residuos de enriquecimiento de uranio que nunca han sido irradiados en un reactor nuclear , no de uranio reprocesado . Sin embargo, se ha afirmado que parte del uranio empobrecido contiene pequeñas cantidades de 236 U. [9]