El material fértil es un material que, aunque no es fisible en sí mismo, puede convertirse en material fisionable mediante absorción de neutrones.
Los materiales fértiles naturales que pueden convertirse en material fisionable mediante irradiación en un reactor incluyen:
Los isótopos artificiales formados en el reactor que pueden convertirse en material fisionable mediante la captura de un neutrón incluyen:
Algunos otros actínidos necesitan más de una captura de neutrones antes de llegar a un isótopo que sea fisible y lo suficientemente duradero como para probablemente poder capturar otro neutrón y fisionarse en lugar de desintegrarse.
Dado que estos requieren un total de 3 o 4 neutrones térmicos para finalmente fisionarse, y una fisión de neutrones térmicos genera sólo alrededor de 2 a 3 neutrones, estos nucleidos representan una pérdida neta de neutrones. Un reactor subcrítico que funcione en el espectro de neutrones térmicos tendría que ajustar la potencia de la fuente de neutrones externa de acuerdo con la acumulación o el consumo de dichos materiales. En un reactor rápido , esos nucleidos pueden requerir menos neutrones para lograr la fisión, además de producir más neutrones cuando se fisionan. Sin embargo, también existe la posibilidad de que se produzcan reacciones de "eliminación" (n,2n) o incluso (n,3n) (un neutrón rápido incidente golpea un núcleo y más de un neutrón sale) con neutrones rápidos que no son posibles con neutrones térmicos.
Un reactor de neutrones rápidos , es decir, uno con poco o ningún moderador de neutrones y, por tanto, que utiliza neutrones rápidos , puede configurarse como un reactor reproductor , produciendo más material fisionable del que consume, utilizando material fértil en una manta alrededor del núcleo, o contenido en un recipiente especial. barras de combustible . Dado que el plutonio-238 , el plutonio-240 y el plutonio-242 son fértiles, la acumulación de estos y otros isótopos no fisibles es un problema menor que en los reactores térmicos , que no pueden quemarlos de manera eficiente. Los reactores reproductores que utilizan neutrones del espectro térmico sólo son prácticos si se utiliza el ciclo del combustible del torio , ya que el uranio-233 se fisiona de manera mucho más confiable con neutrones térmicos que el plutonio-239. Un reactor subcrítico —independientemente del espectro de neutrones— también puede "generar" nucleidos fisionables a partir de material fértil, permitiendo en principio el consumo de actínidos de muy baja calidad (por ejemplo, combustible MOX gastado cuyo contenido de plutonio-240 es demasiado alto para su uso en los actuales reactores térmicos críticos). ) sin la necesidad de material altamente enriquecido como el que se utiliza en un reactor reproductor rápido .
Las aplicaciones propuestas para material fértil incluyen una instalación espacial para la fabricación de material fisionable para la propulsión nuclear de naves espaciales . En teoría, la instalación transportaría materiales fértiles desde la Tierra, de forma segura a través de la atmósfera , y los ubicaría en una instalación espacial en el punto Lagrangiano L1 Tierra-Luna donde se produciría la fabricación de material fisionable, eliminando el riesgo de seguridad del transporte de materiales fisionables desde la Tierra. [2] Si bien el uranio y el torio están presentes en la Luna , parecen tener un suministro más limitado que en la Tierra, especialmente cerca de la superficie. Si se desea utilizar recursos in situ para alimentar plantas de energía nuclear en la Luna, convertir material fértil en material fisionable podría ser una forma de hacer que los recursos duren más y reducir la necesidad de enriquecimiento de uranio , que requiere flúor volátil, químicamente agresivo, para preparar el uranio. hexafluoruro tal como se utiliza en la tecnología de enriquecimiento actual.