stringtranslate.com

Plutonio apto para reactores

El plutonio de grado de reactor (RGPu) [1] [2] es el grado isotópico de plutonio que se encuentra en el combustible nuclear gastado después de que se haya quemado el combustible primario de uranio-235 que utiliza un reactor de energía nuclear . El uranio-238, del que se derivan la mayoría de los isótopos de plutonio mediante captura de neutrones, se encuentra junto con el U-235 en el combustible de uranio poco enriquecido de los reactores civiles.

En contraste con el bajo consumo de semanas o meses que comúnmente se requiere para producir plutonio apto para armas (WGPu/ 239 Pu ), el largo tiempo en el reactor que produce plutonio apto para reactores conduce a la transmutación de gran parte del material fisionable , relativamente largo. isótopo de vida media 239 Pu en otros isótopos de plutonio que son menos fisibles o más radiactivos. Cuando239
El Pu
absorbe un neutrón, no siempre sufre fisión nuclear . A veces, la absorción de neutrones producirá en cambio240
Pu
a las temperaturas de neutrones y composiciones de combustible presentes en los reactores de agua ligera típicos , con la concentración de240
El Pu
aumenta constantemente con una irradiación más prolongada, produciendo plutonio de grado cada vez menor a medida que pasa el tiempo.

Los reactores de neutrones térmicos de segunda generación ( las centrales nucleares más numerosas de la actualidad ) pueden reutilizar el plutonio apto para reactores sólo de forma limitada como combustible MOX , y sólo para un segundo ciclo. Los reactores de neutrones rápidos , de los cuales hay unos pocos en funcionamiento hoy en día y media docena en construcción, pueden utilizar combustible de plutonio apto para reactores como medio para reducir el contenido de transuranio del combustible nuclear gastado y de los desechos nucleares. Rusia también ha producido un nuevo tipo de combustible Remix que recicla directamente plutonio apto para reactores a una concentración del 1% o menos en combustible de uranio nuevo o reenriquecido, imitando el nivel de plutonio del 1% del combustible de alto quemado.

Clasificación por composición isotópica.

Al comienzo de la producción a escala industrial de plutonio-239 en los reactores de producción de la era de la guerra, inicialmente se observó contaminación traza o coproducción con plutonio-240 , y estas cantidades traza resultaron en la eliminación del diseño del arma Thin Man por considerarlo inviable. [3] La diferencia en pureza, de cuánto, sigue siendo importante a la hora de evaluar la importancia en el contexto de la proliferación nuclear y la utilizabilidad de las armas.

Los porcentajes corresponden a la tasa de transmutación total de cada nucleido en un LWR , que es baja para muchos actínidos no fisibles . Después de abandonar el reactor sólo se produce la desintegración.

La definición del DOE de plutonio de calidad para reactores cambió en 1976. Antes de esto, se reconocían tres grados. El cambio en la definición de grado de reactor , de describir plutonio con un contenido superior al 7% de Pu-240 antes de 1976, a que el grado de reactor se defina como aquel que contiene 19% o más de Pu-240, coincide con la publicación en 1977 de información sobre un grado de reactor de 1962. " prueba nuclear de grado reactor ". La cuestión de qué definición o designación se aplica, si del esquema antiguo o nuevo, a la prueba de "grado de reactor" de 1962, no se ha revelado oficialmente.

A partir de 1976 se reconocieron cuatro grados:

El reprocesamiento o reciclaje del combustible gastado de la clase más común de diseño de reactor civil de generación de electricidad o de reactor de potencia , el LWR (con ejemplos como PWR o BWR ) recupera plutonio de calidad de reactor (como se define desde 1976), no de calidad de combustible . [5] [6]

La mezcla física de isótopos en el plutonio apto para reactores hace que sea extremadamente difícil de manipular y formar y, por tanto, explica su indeseabilidad como sustancia para la fabricación de armas, a diferencia del plutonio apto para armas, que puede manipularse de forma relativamente segura con guantes gruesos. [4]

Para producir plutonio apto para armas , el combustible nuclear de uranio no debe pasar más de varias semanas en el núcleo del reactor antes de ser retirado, lo que genera un bajo consumo de combustible . Para que esto se lleve a cabo en un reactor de agua a presión -el diseño de reactor más común para la generación de electricidad- el reactor tendría que llegar prematuramente a una parada en frío después de haber sido alimentado recientemente, lo que significa que el reactor necesitaría enfriar el calor de desintegración y luego tener se despresurizará la vasija de presión del reactor, seguido de un vaciado de las barras de combustible . Si se llevara a cabo una operación de este tipo, sería fácilmente detectable [4] [1] y requeriría modificaciones del reactor prohibitivamente costosas. [7]

Un ejemplo de cómo se podría detectar este proceso en los PWR es que durante estos períodos, habría una cantidad considerable de tiempo de inactividad, es decir, grandes períodos de tiempo en los que el reactor no está produciendo electricidad para la red. [8] Por otro lado, la definición moderna de plutonio "grado de reactor" se produce sólo cuando el reactor funciona con altos quemados y, por lo tanto, produce un alto factor de capacidad de generación de electricidad . Según la Administración de Información Energética (EIA) de EE.UU., en 2009 el factor de capacidad de las centrales nucleares estadounidenses era superior al de todas las demás formas de generación de energía: los reactores nucleares producían energía aproximadamente el 90,3% del tiempo y las centrales térmicas de carbón el 63,8% del tiempo. , y los tiempos de inactividad se destinan a simples tareas de mantenimiento rutinario y reabastecimiento de combustible. [9]

Una fotografía aérea del cráter Trinity (prueba nuclear) poco después de la prueba. Con un diseño casi idéntico a la bomba Fat Man utilizada en Nagasaki, ambas usaron lo que ahora se definiría como plutonio de grado súper arma , [10] [11] Empleó un manipulador de uranio natural que aportó aproximadamente 1/4 de la energía explosiva final. y en total liberó una energía estimada de 22 kilotones o 22.000 toneladas de TNT equivalente . [nota 1] El cráter más pequeño en la esquina sureste proviene de la explosión de prueba de calibración anterior , que utilizó una masa convencional de explosivos de alta potencia de 0,1 kilotones o 108 toneladas de TNT (450 GJ).

El grado en que el plutonio de grado reactor producido con alto quemado típico de un reactor de Generación II es menos útil que el plutonio de grado armamentista para construir armas nucleares es un tanto debatido, y muchas fuentes argumentan que el rendimiento teórico máximo probable estaría al borde de una explosión . del rango de 0,1 a 2 kilotones en un dispositivo tipo Fat Man . Como los cálculos indican que el rendimiento energético de un explosivo nuclear disminuye en uno y dos órdenes de magnitud si el contenido de 240 Pu aumenta del 5% (plutonio casi apto para armas) al 15% (2 kt) y al 25% (0,2 kt). respectivamente. [12] Estos cálculos son teóricos y asumen la cuestión no trivial de abordar la generación de calor a partir del mayor contenido de Pu-238 no utilizable para armas que podría superarse). Como lo haría la iniciación prematura de la fisión espontánea de Pu-240 Para garantizar un bajo rendimiento explosivo en un dispositivo de este tipo, la superación de ambos problemas en la construcción de un dispositivo nuclear improvisado se describe como un obstáculo "enorme" para un diseño de implosión de la era de Fat Man , y se descarta la posibilidad de que los terroristas logren este rendimiento fallido . considerado como una aprensión "exagerada" con las salvaguardias existentes. [13] [7] [14] [15] [16] [17]

Otros no están de acuerdo por motivos teóricos y afirman que, si bien no serían adecuados para almacenarlos o emplazarlos en un misil durante largos períodos de tiempo, se pueden lograr rendimientos confiablemente altos y sin fallas , [18] [19] [20] [21 ] [22] [23] argumentando que sería "relativamente fácil" para una entidad bien financiada con acceso al tritio que impulsa la fusión y experiencia para superar el problema de la predetonación creado por la presencia de Pu-240, y que un control remoto La instalación de manipulación podría utilizarse en el ensamblaje de los componentes de la bomba que emite rayos gamma altamente radiactivos , junto con un medio para enfriar el pozo del arma durante el almacenamiento para evitar que la carga de plutonio contenida en el pozo se derrita, y un diseño que mantuviera altos los mecanismos de implosión . los explosivos sean degradados por el calor del pozo. Sin embargo, con todas estas importantes consideraciones de diseño incluidas, este primario de plutonio de grado reactor impulsado por fusión aún fracasará si el componente de fisión del primario no entrega más de 0,2 kilotones de rendimiento, que se considera la energía mínima necesaria para iniciar una quema de fusión. . [24] La probabilidad de que un dispositivo de fisión no logre alcanzar este umbral de rendimiento aumenta a medida que aumenta el valor de quemado del combustible. [18]

Prueba de la Torre del Resultado-Knothole Ruth . Durante el desarrollo inicial de los dispositivos explosivos nucleares, se probaron materiales fisibles disponibles que diferían de las formas convencionales de materiales nucleares especiales . En la foto se muestran los resultados de un dispositivo de hidruro de uranio . Los daños estructurales limitados posteriores al disparo causados ​​por la  explosión , estimados como equivalentes a la misma energía nuclear emitida que 200 toneladas de energía química en TNT (0,2 kilotones), no lograron demoler la torre de pruebas, solo la dañaron ligeramente.

Ninguna información disponible en el dominio público sugiere que alguna entidad bien financiada haya intentado seriamente crear un arma nuclear con una composición isotópica similar al plutonio moderno, de alto quemado y apto para reactores. Todos los estados con armas nucleares han tomado el camino más convencional hacia las armas nucleares, ya sea enriqueciendo uranio o produciendo plutonio de bajo quemado, "de calidad para combustible" y apto para armas, en reactores capaces de operar como reactores de producción , el contenido isotópico del plutonio de calidad para reactores , creado por el diseño de reactor de energía comercial más común, el reactor de agua a presión , que nunca fue considerado directamente para uso armamentístico. [25] [26]

En abril de 2012, había treinta y un países que tenían plantas de energía nuclear civiles, [27] de los cuales nueve tenían armas nucleares , y casi todos los estados con armas nucleares comenzaron a producir armas primero en lugar de plantas de energía nuclear comerciales. La reutilización de industrias nucleares civiles para fines militares sería una violación del Tratado de No Proliferación .

Como los diseños de reactores nucleares son muy variados y en ocasiones se mejoran con el tiempo, la proporción isotópica de lo que se considera "plutonio de calidad para reactor" en un diseño, en comparación con otro, puede diferir sustancialmente. Por ejemplo, el reactor británico Magnox , un diseño de reactor refrigerado por gas (GCR) de Generación I, rara vez puede producir un consumo de combustible de más de 2-5  GWd / t U. [28] [29] Por lo tanto, el "plutonio de grado reactor" y la pureza del Pu-239 de los reactores magnox descargados es aproximadamente del 80%, dependiendo del valor de quemado. [30] Por el contrario, el reactor de agua presurizada civil genérico produce habitualmente (típico del reactor de Generación II de 2015 ) 45  GWd /tU de quemado , lo que da como resultado una pureza de Pu-239 del 50,5 %, junto con un contenido de Pu-240 de 25,2 %. %, [5] [6] La porción restante incluye mucho más isótopos de Pu-238 y Pu-241 que generan calor que los que se encuentran en el "plutonio de grado reactor" de un reactor Magnox.

Pruebas nucleares de plutonio "apto para reactores"

La prueba nuclear de plutonio apto para reactor fue una prueba nuclear subterránea de "bajo rendimiento (menos de 20 kilotones)" utilizando plutonio no apto para armas, realizada en el sitio de pruebas de Nevada , EE. UU., en 1962. [31] [32] Alguna información sobre esta prueba fue desclasificado en julio de 1977, bajo instrucciones del presidente Jimmy Carter , como antecedente de su decisión de prohibir el reprocesamiento nuclear en Estados Unidos.

El plutonio utilizado para el dispositivo de prueba de 1962 fue producido por el Reino Unido y proporcionado a los EE. UU. en virtud del Acuerdo de Defensa Mutua entre los EE. UU. y el Reino Unido de 1958 . [31]

El nombre en clave inicial para el diseño del reactor Magnox entre la agencia gubernamental que lo encargó, la UKAEA , era Pila Presurizada Productora de Energía y Plutonio (PIPPA) y, como sugiere este nombre en clave, el reactor fue diseñado como una planta de energía y, cuando se operaba con bajo "quemado" de combustible; como productor de plutonio-239 para el naciente programa de armas nucleares de Gran Bretaña. [33] Este enfoque intencional de doble uso para construir reactores de energía eléctrica que pudieran funcionar como reactores de producción a principios de la era de la Guerra Fría , era típico de los reactores de Generación I de muchas naciones . [34] Todos estos diseños se centran en dar acceso al combustible después de un breve quemado, lo que se conoce como repostaje en línea .

También se dice que la prueba nuclear norcoreana de 2006 , la primera realizada por la RPDC, tuvo como fuente raíz de su plutonio un reactor Magnox, operado en el Centro de Investigación Científica Nuclear de Yongbyon en Corea del Norte. Esta detonación de prueba resultó en la creación de una explosión de bajo rendimiento, produciendo un rendimiento estimado de aproximadamente 0,48 kilotones, [35] a partir de una composición isotópica no revelada. La prueba nuclear norcoreana de 2009 también se basó en plutonio. [36] Ambos produjeron un rendimiento de 0,48 a 2,3 kilotones de equivalente de TNT respectivamente y ambos fueron descritos como eventos de fracaso debido a su bajo rendimiento, y algunos comentaristas incluso especularon si, con las estimaciones de rendimiento más bajas para la prueba de 2006, la explosión pudo haber equivalente a 100.000 dólares estadounidenses en nitrato de amonio . [37] [38]

De manera similar, no se ha revelado la composición isotópica de la prueba de 1962 entre Estados Unidos y el Reino Unido, aparte de la descripción de grado de reactor , y no se ha revelado qué definición se utilizó al describir el material para esta prueba como grado de reactor . [31] Según Alexander DeVolpi, la composición isotópica del plutonio utilizado en la prueba entre Estados Unidos y el Reino Unido de 1962 no podría haber sido lo que ahora consideramos grado de reactor, y el DOE ahora implica, pero no afirma, que la El plutonio era apto para combustible. [14] Asimismo, la Asociación Nuclear Mundial sugiere que la prueba entre Estados Unidos y el Reino Unido de 1962 tenía al menos un 85% de plutonio-239 , una concentración isotópica mucho más alta que la que normalmente está presente en el combustible gastado de la mayoría de los reactores civiles en funcionamiento. [39]

En 2002, el exdirector general adjunto de la OIEA, Bruno Pelaud, afirmó que la declaración del Departamento de Energía era engañosa y que la prueba tendría la definición moderna de grado de combustible con un contenido de Pu-240 de sólo el 12% [40].

En 1997, el analista político Matthew Bunn y el asesor tecnológico presidencial John Holdren , ambos del Centro Belfer para la Ciencia y Asuntos Internacionales , citaron una evaluación oficial estadounidense de la década de 1990 sobre alternativas programáticas para la eliminación del plutonio. Si bien no especifica a qué definición de RGPu se hace referencia, afirma que "el plutonio apto para reactores (con una composición isotópica no especificada) puede usarse para producir armas nucleares en todos los niveles de sofisticación técnica", y "los estados con armas nucleares avanzadas como Estados Unidos y Rusia, utilizando diseños modernos, podrían producir armas a partir de "plutonio apto para reactores" con rendimiento explosivo fiable, peso y otras características generalmente comparables a las de las armas fabricadas con plutonio apto para armas" [41]

En un artículo de 2008, Kessler et al. utilizó un análisis térmico para concluir que un hipotético dispositivo explosivo nuclear era "técnicamente inviable" utilizando plutonio de grado reactor de un reactor que tenía un valor de quemado de 30 GWd/t utilizando diseños de "baja tecnología" similares a Fat Man con lentes explosivas esféricas, o 55 GWd/t para diseños de "tecnología media". [42]

Según Kessler et al. Según los criterios, los hipotéticos dispositivos explosivos nucleares (HNED) de "alta tecnología", que podrían ser producidos por los Estados con experiencia en armas nucleares (NWS), serían técnicamente inviables con plutonio apto para reactores que contiene más de aproximadamente el 9% del calor que genera Pu-238. isótopo. [43] [44]

Composición isotópica típica del plutonio apto para reactores.

El reactor británico Magnox, un diseño de reactor refrigerado por gas (GCR) de Generación I, rara vez puede producir un consumo de combustible de más de 2-5  GWd / t U. [45] [29] El diseño del reactor Magnox recibió el nombre en código PIPPA (pila presurizada que produce energía y plutonio) por la UKAEA para denotar el doble papel comercial ( reactor de potencia ) y militar ( reactor de producción ) de la planta. La pureza del Pu-239 de los reactores magnox descargados es de aproximadamente el 80%, dependiendo del valor de quemado. [30]

En contraste, por ejemplo, la composición isotópica del combustible nuclear gastado de un reactor de agua a presión civil genérico , después de un reactor típico de Generación II de 45  GWd /tU de quemado , es 1,11% de plutonio, del cual 0,56% es Pu-239 y 0,28% es Pu-240, que corresponde a un contenido de Pu-239 del 50,5% y un contenido de Pu-240 del 25,2%. [46] Para una tasa de quemado genérica inferior de 43.000 MWd /t, publicada en 1989, el contenido de plutonio-239 era el 53% de todos los isótopos de plutonio en el combustible nuclear gastado del reactor . [6] La NRC de EE. UU. ha declarado que la flota comercial de LWR que actualmente alimentan hogares tuvo un consumo promedio de aproximadamente 35 GWd/MTU en 1995, mientras que en 2015, el promedio había mejorado a 45 GWd/MTU. [47]

Los isótopos de plutonio fisible impares presentes en el combustible nuclear gastado, como el Pu-239, disminuyen significativamente como porcentaje de la composición total de todos los isótopos de plutonio (que era del 1,11% en el primer ejemplo anterior) a medida que se queman cada vez más. mientras que los isótopos pares de plutonio no fisible (por ejemplo, Pu-238 , Pu-240 y Pu-242 ) se acumulan cada vez más en el combustible con el tiempo. [48]

A medida que se desarrolla la tecnología de los reactores de potencia, uno de los objetivos es reducir el volumen de combustible nuclear gastado aumentando la eficiencia del combustible y simultáneamente reduciendo los tiempos de inactividad tanto como sea posible para aumentar la viabilidad económica de la electricidad generada a partir de centrales eléctricas de fisión . Con este fin, los reactores en Estados Unidos han duplicado sus tasas promedio de quemado de 20 a 25 GWd/ MT U en la década de 1970 a más de 45 GWd/ MT U en la década de 2000. [29] [49] Los reactores de Generación III en construcción tienen una tasa de quemado diseñada en el rango de 60 GWd/tU y una necesidad de reabastecimiento de combustible una vez cada 2 años aproximadamente. Por ejemplo, el reactor presurizado europeo tiene un diseño de 65 GWd/t, [50] y el AP1000 tiene un diseño de quemado de descarga promedio de 52,8 GWd/t y un máximo de 59,5 GWd/t. [50] Los reactores de generación IV en diseño tendrán tasas de quemado aún mayores.

Reutilización en reactores

Separación de uranio y plutonio del combustible nuclear gastado mediante el método PUREX de química húmeda de las décadas de 1940 y 1950 . [51] Este proceso químico es controvertido ya que también es el camino que produce WGPu químicamente puro.
Los más de 200 GWd/TU del ciclo del combustible quemado, [52] propuesto en el concepto de reactor rápido integral (IFR) de la década de 1990 (color), también está disponible una animación de la tecnología de piroprocesamiento . [53] A diferencia de la práctica estándar mundial de separación PUREX , el plutonio no se separa por sí solo en este ciclo de reprocesamiento a escala piloto, sino que todos los actínidos se " obtienen electrónicamente " o se "refinan" a partir del "verdadero desperdicio" de Productos de fisión en el combustible gastado. Por lo tanto, el plutonio se mezcla con todos los actínidos emisores gamma y alfa , especies que se "autoprotegen" en numerosos escenarios posibles de robo. Para que un reactor funcione con una carga completa de este combustible mixto de actínidos, los reactores de espectro de neutrones rápidos son, sin excepción, la única variante que se considera posible.
Concepto IFR (Blanco y Negro con texto más claro). El ciclo de piroprocesamiento no se limita a reactores rápidos de sodio como el IFR representado; muchos otros reactores conceptuales, como el reactor de sal estable, están diseñados para depender de su combustible, en lugar de PUREX.

Los reactores térmicos /moderados actuales funcionan principalmente con el ciclo de combustible de una sola etapa, aunque pueden reutilizar plutonio de una sola etapa, apto para reactores, hasta un grado limitado en forma de combustible de óxidos mixtos o MOX , lo cual es una práctica comercial rutinaria en la mayoría de los países fuera de ella. Estados Unidos, ya que aumenta la sostenibilidad de la fisión nuclear y reduce el volumen de desechos nucleares de alta actividad. [54]

Un tercio de la energía/fisiones al final de la vida útil práctica del combustible en un reactor térmico provienen del plutonio, el final del ciclo ocurre cuando cae el porcentaje de U-235 , el combustible primario que impulsa la economía de neutrones dentro del reactor y la caída. requiere que se requiera combustible nuevo, por lo que, sin cambios de diseño, un tercio del combustible fisionable en una nueva carga de combustible puede ser plutonio fisible apto para reactor y es necesario agregar un tercio menos de uranio poco enriquecido para continuar las reacciones en cadena de nuevo, logrando así un reciclaje parcial. [55]

Un típico haz de combustible MOX de plutonio de grado reactor al 5,3% se transmuta cuando se vuelve a quemar, una práctica típica en los reactores térmicos franceses, en plutonio de grado reactor de doble paso, con una composición isotópica del 40,8%.239
PU
y 30,6%240
PU
al final del ciclo (EOC). [56] [nota 2] El plutonio de grado MOX (MGPu) generalmente se define como aquel que tiene más del 30%240
PU
. [1]

En los reactores térmicos existe una limitación en el número de reciclados , a diferencia de lo que ocurre en los reactores rápidos, ya que en el espectro de neutrones térmicos sólo los isótopos de plutonio de masa impar son fisibles , por lo que los isótopos de masa par se acumulan, en todos los reactores de alta temperatura. -escenarios de quemado de espectro. El plutonio-240 , un isótopo de masa uniforme, es, dentro del espectro de neutrones térmicos, un material fértil como el uranio-238 , convirtiéndose en plutonio-241 fisible al ser capturado por neutrones; sin embargo, el plutonio-242, de masa uniforme, no sólo tiene una sección transversal de captura de neutrones baja dentro del espectro térmico, sino que también requiere 3 capturas de neutrones antes de convertirse en un nucleido fisionable. [55]

Si bien la mayoría de los reactores de neutrones térmicos deben limitar el combustible MOX a menos de la mitad de la carga total de combustible por razones de estabilidad nuclear, debido al diseño del reactor que opera dentro de las limitaciones de un espectro térmico de neutrones, los reactores de neutrones rápidos , por otro lado, pueden usar plutonio de cualquier composición isotópica, funcionan con plutonio completamente reciclado y en el modo de " quemador " rápido, o ciclo del combustible, fisión y eliminan así todo el plutonio presente en las reservas mundiales de combustible gastado de un solo uso. [57] El diseño IFR modernizado, conocido como concepto S-PRISM y concepto de reactor de sal estable , son dos de esos reactores rápidos que se proponen para quemar/eliminar las reservas de plutonio en Gran Bretaña que se produjeron al operar su flota de Magnox. reactores que generan la mayor reserva civil de plutonio apto para combustible/"plutonio apto para reactores" del mundo. [58]

En la ecuación de Bathke sobre el "nivel de atractivo" del material nuclear apto para armas , la Figura de Mérito (FOM) que genera el cálculo arroja la sugerencia de que es poco probable que los reactores reproductores rápidos de sodio alcancen el nivel deseado de resistencia a la proliferación, mientras que los reactores reproductores de sales fundidas tienen más probabilidades de hacerlo. [59]

En el ciclo del reactor reproductor rápido , o modo reproductor rápido, a diferencia del de quemador rápido, el reactor francés Phénix demostró de manera única el reciclaje múltiple y la reutilización de su plutonio apto para reactor. [60] Conceptos de reactores y ciclos de combustible similares, siendo el más conocido el Reactor Rápido Integral , se consideran uno de los pocos que pueden lograr de manera realista una "sostenibilidad a escala planetaria", alimentando a un mundo de 10 mil millones de habitantes, manteniendo al mismo tiempo un pequeño impacto ambiental. huella. [61] Por lo tanto, en modo reproductor, los reactores rápidos a menudo se proponen como una forma de energía nuclear renovable o sostenible . Aunque la " economía del plutonio [de grado de reactor] " que generaría, actualmente vuelve a generar disgusto social y diversos argumentos sobre el potencial de proliferación en la mentalidad pública.

Como suele ocurrir en los reactores térmicos civiles europeos, un haz de combustible MOX con un 5,3% de plutonio, producido mediante reprocesamiento convencional con productos químicos húmedos/PUREX de un conjunto combustible inicial que generó 33 GWd/t antes de convertirse en combustible nuclear gastado , crea, cuando él mismo En el reactor térmico se quema un combustible nuclear gastado con una composición isotópica de plutonio del 40,8%.239
PU
y 30,6%240
PU
. [56] [nota 2]

Un conjunto nuevo de barras de combustible nuclear , inspeccionado antes de ingresar a un reactor

Los cálculos establecen que el rendimiento energético de un explosivo nuclear disminuye en dos órdenes de magnitud si el240
PU
el contenido aumenta al 25% (0,2 kt). [12]

El reprocesamiento , que consiste principalmente en reciclar plutonio apto para reactores en el mismo parque de reactores o en uno más avanzado, se planificó en Estados Unidos en la década de 1960. En aquel momento se preveía que el mercado del uranio se saturaría y los suministros serían escasos, por lo que, junto con el reciclaje de combustible, se consideraba que los reactores reproductores rápidos más eficientes eran inmediatamente necesarios para utilizar eficientemente los limitados suministros de uranio conocidos. Esto se volvió menos urgente a medida que pasó el tiempo, con pronósticos de demanda reducida y mayores descubrimientos de mineral de uranio; por estas razones económicas, el combustible nuevo y la dependencia únicamente del combustible nuevo siguieron siendo más baratos en términos comerciales que el reciclado.

En 1977, la administración Carter prohibió el reprocesamiento del combustible gastado, en un esfuerzo por dar ejemplo internacional, ya que en Estados Unidos existe la percepción de que conduciría a la proliferación de armas nucleares. [62] Esta decisión ha seguido siendo controvertida y muchos físicos e ingenieros estadounidenses la consideran fundamentalmente errónea, ya que ha costado al contribuyente estadounidense y al fondo generado por los operadores de servicios públicos de reactores estadounidenses , con programas cancelados y la inversión de más de mil millones de dólares en el plan propuesto. alternativa, la del depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain, que terminó en protestas, demandas y repetidas decisiones de parar y seguir dependiendo de las opiniones de los nuevos presidentes entrantes. [63] [64]

Después del almacenamiento provisional en una piscina de combustible gastado , los paquetes de conjuntos de combustible usados ​​de una central nuclear típica suelen almacenarse in situ en ocho recipientes de almacenamiento en barriles secos que se muestran arriba. [65] En la central nuclear Yankee Rowe , que generó 44 mil millones de kilovatios hora de electricidad durante su vida en los EE. UU., su inventario completo de combustible gastado está contenido en dieciséis barriles. [66] Ahora están esperando una decisión sobre el envío a un depósito geológico o a una instalación de reprocesamiento nacional o extranjera.

Como contaminante "indeseable" desde el punto de vista de la fabricación de armas,240
PU
, decae más rápido que el239
PU
, con vidas medias de 6.500 y 24.000 años respectivamente, la calidad del grado de plutonio aumenta con el tiempo (aunque su cantidad total también disminuye durante ese tiempo). Así, físicos e ingenieros han señalado, a medida que pasan cientos/miles de años, la alternativa a la "quema" de reactores rápidos o al reciclaje del plutonio de la flota mundial de reactores hasta que se queme por completo, la alternativa a la quema más frecuentemente propuesta. Los depósitos geológicos profundos , como el depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo , tienen el potencial de convertirse en "minas de plutonio", de las cuales se podría adquirir material apto para armas nucleares mediante una simple extracción PUREX , en los siglos o milenios siguientes. venir. [67] [22] [68]

Objetivo del terrorismo nuclear

Se considera que Aum Shinrikyo , que logró desarrollar el gas nervioso sarín y VX, carecía de la experiencia técnica para desarrollar o robar un arma nuclear. De manera similar, Al Qaeda estuvo expuesta a numerosas estafas relacionadas con la venta de desechos radiológicos y otros materiales no aptos para armas. La corporación RAND sugirió que su experiencia repetida de fracaso y estafa posiblemente haya llevado a los terroristas a concluir que la adquisición nuclear es demasiado difícil y costosa para que valga la pena intentarlo. [69]

Ver también

Referencias

  1. ^ abc La categorización del material nuclear en el contexto de las salvaguardias integradas.
  2. ^ Utilización de plutonio en varios diseños de MSR. 2016
  3. ^ "Química nuclear: las primeras bombas atómicas". Archivado desde el original el 1 de marzo de 2012.
  4. ^ abc "Producción de plutonio: armas nucleares". Archivado desde el original el 1 de julio de 2013 . Consultado el 3 de julio de 2013 .
  5. ^ ab http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Categorización del inventario de combustible nuclear usado en apoyo de una estrategia nacional integral del ciclo del combustible nuclear. página 34 figura 20. Composición isotópica de descarga de un conjunto WE 17×17 con enriquecimiento inicial de 4,5 % en peso que ha acumulado 45 GWd/tU de quemado/
  6. ^ abc https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Archivado el 3 de febrero de 2009 en Wayback Machine Fuente: Plutonium Fuel - Informe de la OCDE, 1989
  7. ^ ab "Copia archivada". Archivado desde el original el 20 de mayo de 2012 . Consultado el 21 de julio de 2012 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )
  8. ^ "Explorando los requisitos de defensa antimisiles de EE. UU. en 2010 | Capítulo cuatro | IFPA".
  9. ^ Energía Eléctrica Anual 2009 Cuadro 5.2 Abril 2011
  10. ^ 8.0 Las primeras armas nucleares Versión 2.17: 1 de agosto de 2002. CAREY SUBLETTE
  11. ^ Fabricación y fabricación de plutonio
  12. ^ 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 (plutonio casi apto para armas) a 15 y 25%, respectivamente.
  13. ^ http://www.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.html Bombas, reprocesamiento y plutonio grado reactor de la Sociedad Estadounidense de Física Gerald E. Marsh y George S. Stanford
  14. ^ ab "Sociedad Estadounidense de Física Volumen 25, Número 4 ARTÍCULOS de octubre de 1996, ¿Un encubrimiento de información sobre pruebas nucleares? A. DeVolpi".
  15. ^ "Una carta (inédita) de A. DeVolpi a Física y Sociedad. Publicada aquí con el permiso del Dr. DeVolpi. Respuesta a" Usabilidad del plutonio de grado reactor en armas nucleares: una respuesta a Alex DeVolpi "en Física y Sociedad, Vol. 26 (3) (10 de julio de 1997): por A. DeVolpi, Woodridge, IL".
  16. ^ PROLIFERACIÓN DE ARMAS NUCLEARES: Opositores abiertos de los retrasos en la desmilitarización del plutonio y los pasos en falso en la desmilitarización nuclear: Parte 4. Alexander DeVolpi, físico (retirado, Laboratorio Nacional Argonne); ex director de diagnóstico nuclear y director técnico del programa de control de armas y no proliferación; autor de Proliferación, Plutonio y Política.
  17. ^ http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/chapter13.html#1 Cohen. Capítulo 13—LA OPCIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR siguiente=> EL PLUTONIO Y LAS BOMBAS
  18. ^ ab J. Carson Mark (agosto de 1990). "Propiedades explosivas del plutonio de grado reactor" (PDF) . Instituto de Control Nuclear. Archivado desde el original (PDF) el 8 de mayo de 2010 . Consultado el 10 de mayo de 2010 .
  19. ^ Panel Internacional sobre Materiales Fisibles, Informe global sobre materiales fisibles 2011: Producción y reservas de armas nucleares y materiales fisibles (ver Apéndice 1), consultado el 1 de octubre de 2012.
  20. ^ https://fas.org/rlg/980826-pu.htm Richard Lawrence Garwin , investigador principal de ciencia y tecnología, Consejo de Relaciones Exteriores, Nueva York, borrador del 26 de agosto de 1998
  21. ^ Propiedades explosivas del plutonio apto para reactores, J. Carson Mark, Frank Von Hippel, Edward Lyman. Ciencia y seguridad global, 2009 DOI: 10.1080/08929880903368690
  22. ^ ab http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_3.pdf [ URL básica PDF ]
  23. ^ Victor Gilinsky, Marvin Miller y Harmon Hubbard, "Un nuevo examen de los peligros de proliferación de los reactores de agua ligera", The Nonproliferation Policy Education Center, página 40
  24. ^ "Operación Hardtack, disparo de prueba Juniper, 0,2 kt es aproximadamente el rendimiento de una primaria impulsada que no logra impulsarse".
  25. ^ Los Estados han estado dispuestos a realizar grandes inversiones en algunos casos para adquirir plutonio apto para armas en lugar de plutonio apto para reactores: Estados Unidos, por ejemplo, en la década de 1980, consideró gastar miles de millones de dólares en la instalación de separación especial de isótopos para enriquecer reactores. desde plutonio hasta grado armamentista.
  26. ^ Instrumentos virtuales: un experimento de Los Álamos. Proceso de separación de isótopos por láser molecular (MLIS) en un hexafluoruro de plutonio gaseoso.
  27. ^ "La energía nuclear en el mundo actual". World-nuclear.org . Consultado el 22 de junio de 2013 .
  28. ^ "Revista Forbes. Nuevas y elegantes tapas para contenedores de desechos nucleares, a medida que el contenido se calienta". Estado de la energía nuclear: una visión global OIEA 2005 ". Forbes .
  29. ^ abc "Estado de la energía nuclear: una visión global YA Sokolov Director General Adjunto. OIEA" (PDF) .
  30. ^ ab página 19, tabla 1
  31. ^ abc "Información adicional sobre la prueba de plutonio apto para reactores con armas nucleares subterráneas". Departamento de Energía de EE. UU . Junio ​​de 1994 . Consultado el 15 de marzo de 2007 .
  32. ^ Jones, Greg (6 de mayo de 2013). "Revisión de la prueba estadounidense de armas de plutonio apto para reactores de 1962" . Consultado el 22 de diciembre de 2021 .
  33. ^ "Desarrollo nuclear en el Reino Unido | Desarrollo de la energía nuclear en el Reino Unido - Asociación Nuclear Mundial".
  34. ^ Knott, J. (2014). "Centrales de energía nuclear: tipos, componentes y requisitos de materiales". Aleaciones estructurales para centrales eléctricas . págs. 69-101. doi :10.1533/9780857097552.1.69. ISBN 9780857092380.
  35. ^ Lian-Feng Zhao, Xiao-Bi Xie, Wei-Min Wang y Zhen-Xing Yao, "Características sísmicas regionales de la prueba nuclear de Corea del Norte del 9 de octubre de 2006 Archivado el 23 de septiembre de 2015 en Wayback Machine , Boletín de la Sociedad Sismológica de América , diciembre de 2008 98:2571-2589; doi:10.1785/0120080128
  36. ^ Combustible norcoreano identificado como plutonio Archivado el 19 de diciembre de 2016 en Wayback Machine , Thom Shanker y David E. Sanger, New York Times , 17 de octubre de 2006
  37. ^ Seitz, Russel (13 de octubre de 2006). "Comentario - ¿Paquete de física de parodia?". Wall Street Journal . Archivado desde el original el 11 de enero de 2009 . Consultado el 13 de octubre de 2006 .
  38. ^ Broad, William, "Un país reservado ofrece a los expertos pocas pistas para juzgar su programa nuclear", New York Times , 12 de febrero de 2013. "Como suele ocurrir con las pruebas realizadas por el reservado Norte, ni siquiera estaba claro si la prueba subterránea era nuclear , en lugar de explosiones de bombas convencionales destinadas a imitar una prueba nuclear subterránea;"
  39. ^ Colaboradores de la WNA (marzo de 2009). "Plutonio". Asociación Nuclear Mundial. Archivado desde el original el 30 de marzo de 2010 . Consultado el 28 de febrero de 2010 . {{cite web}}: |author=tiene nombre genérico ( ayuda )
  40. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_8.pdf [ URL básica PDF ]
  41. ^ Gestión del uranio y el plutonio militares en los Estados Unidos y la ex Unión Soviética, Matthew Bunn y John P. Holdren, Annu. Rev. Medio Ambiente Energía. 1997. 22:403–86
  42. ^ Kessler, G.; Höbel, W.; Goel, B.; Seifritz, W. (2008). "Posible rendimiento explosivo nuclear de plutonio apto para reactor utilizando la teoría del desmontaje del análisis temprano de la seguridad del reactor". Ingeniería y Diseño Nuclear . 238 (12): 3475–3499. doi :10.1016/j.nucengdes.2008.08.014.
  43. ^ Lloyd, Cody; Goddard, Braden (2018). "Plutonio resistente a la proliferación: un análisis actualizado". Ingeniería y Diseño Nuclear . 330 : 297–302. doi :10.1016/j.nucengdes.2018.02.012.
  44. ^ "Una consideración sobre la resistencia a la proliferación de un diseño central de FBR. JAEA" (PDF) . {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
  45. ^ "Revista Forbes. Nuevas y elegantes tapas para contenedores de desechos nucleares, a medida que el contenido se calienta". Estado de la energía nuclear: una visión global OIEA 2005 ". Forbes .
  46. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Categorización del inventario de combustible nuclear usado en apoyo de una estrategia nacional integral del ciclo del combustible nuclear. página 34 figura 20. Composición isotópica de descarga de un conjunto WE 17×17 con enriquecimiento inicial de 4,5 % en peso que ha acumulado 45 GWd/tU de quemado/
  47. ^ "Antecedentes sobre el combustible nuclear gastado de alto quemado". Archivado desde el original el 26 de febrero de 2017.
  48. ^ Categorización del inventario de combustible nuclear usado en apoyo de una estrategia nacional integral sobre el ciclo del combustible nuclear. página 35 figura 21. Composición isotópica de la descarga de un conjunto con enriquecimiento inicial en U-235 del 4,5 % en peso que ha acumulado un quemado de 45 GWd/tU. Composición isotópica del combustible nuclear usado en función del quemado de un conjunto combustible PWR genérico
  49. ^ "Nuevas y elegantes tapas para contenedores de desechos nucleares, a medida que el contenido se calienta". Estado de la energía nuclear: una visión global OIEA 2005 ". Forbes .
  50. ^ ab "Reactores de energía nuclear avanzados | Reactores nucleares de generación III+ - Asociación Nuclear Mundial". Archivado desde el original el 27 de agosto de 2014 . Consultado el 2 de julio de 2013 .
  51. ^ Greenwood, págs. 1255, 1261
  52. ^ LC Walters (18 de septiembre de 1998). "Treinta años de información sobre combustibles y materiales de EBR-II". Revista de materiales nucleares . 270 (1–2). Elsevier: 39–48. Código Bib : 1999JNuM..270...39W. doi :10.1016/S0022-3115(98)00760-0.
  53. ^ "Video histórico sobre el concepto de reactor rápido integral (IFR). Subido por - Ingeniería nuclear en Argonne". YouTube . Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2021.
  54. ^ Poinssot, cap.; Bourg, S.; Ouvrier, N.; Combernoux, N.; Rostaing, C.; Vargas-González, M.; Bruno, J. (2014). "Evaluación de la huella ambiental de los sistemas de energía nuclear. Comparación entre ciclos de combustible cerrados y abiertos". Energía . 69 : 199–211. doi : 10.1016/j.energy.2014.02.069 .
  55. ^ ab "Quema de plutonio para la eliminación de plutonio puro, Universidad de Harvard Richard Wilson". Archivado desde el original el 7 de octubre de 2017 . Consultado el 15 de mayo de 2018 .
  56. ^ ab http://www.oecd-nea.org/pt/docs/1999/neastatus99/AnnexE.pdf Véase la tabla B "Combustibles MOX".
  57. ^ Natarajan, R. (2015). "Reprocesamiento de combustibles nucleares gastados de reactores rápidos". Reprocesamiento y Reciclaje de Combustible Nuclear Gastado . págs. 213–243. doi :10.1016/B978-1-78242-212-9.00009-5. ISBN 9781782422129.
  58. ^ Connor, Steve (28 de octubre de 2011). "Nueva vida para una vieja idea que podría disolver nuestros residuos nucleares". El independiente . Londres . Consultado el 30 de octubre de 2011 .
  59. ^ Una consideración sobre la resistencia a la proliferación de un diseño central de FBR. JAEA
  60. ^ PHENIX UN EXPERIMENTO DE REPROCESAMIENTO Y RECICLAJE MÚLTIPLE ÚNICO EN EL MUNDO
  61. ^ Energía de fisión nuclear sostenible y de alcance total a escala planetaria. Sostenibilidad 2012, 4(11), 3088-3123; https://doi.org/10.3390/su4113088
  62. ^ ¿Por qué Estados Unidos no recicla el combustible nuclear?
  63. ^ "Quema de plutonio para la eliminación de plutonio puro, Richard Wilson Universidad de Harvard". El uso de reactores europeos o japoneses para quemar plutonio, si bien es el medio más rápido para realizar la tarea de quemar plutonio para armas, enviaría una señal (no deseada por este grupo de personas). ) que el enfoque europeo y japonés (que se parece más al enfoque de Eisenhower que al de Carter) tiene mérito. Pero lo contrario también podría ser cierto. Una negativa a pedir ayuda al resto del mundo para quemar plutonio puede ser, y en algunos círculos, una señal de que Estados Unidos no se toma en serio la destrucción de sus reservas de armas. "". Archivado desde el original el 7 de octubre de 2017 . Consultado el 15 de mayo de 2018 .
  64. ^ Cohen. Capítulo 13—LA OPCIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR siguiente=> EL PLUTONIO Y LAS BOMBAS
  65. ^ "NRC: almacenamiento en barricas secas". Nrc.gov. 2013-03-26 . Consultado el 22 de junio de 2013 .
  66. ^ "Planta de energía nuclear yanqui". Yankeerowe.com . Consultado el 22 de junio de 2013 .
  67. ^ Lyman, Edwin S. (diciembre de 1994). "Una perspectiva sobre los riesgos de proliferación de las minas de plutonio". Instituto de Control Nuclear . Archivado desde el original el 25 de noviembre de 2015 . Consultado el 25 de noviembre de 2015 .
  68. ^ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs07lyman.pdf [ URL básica PDF ]
  69. ^ https://www.rand.org/pubs/research_briefs/RB165/index1.html Lecciones de lucha contra el terrorismo nuclear de Aum Shinrikyo, Al Quaeda y el reactor [de investigación] de Kinshasa.

enlaces externos

  1. ^ La energía de la onda expansiva fue equivalente a la de 10 kilotones de TNT , mientras que los ~12 kilotones restantes de energía se emitieron en forma de radiaciones nucleares: rayos X, gamma, beta, lluvia nuclear, etc.
  2. ^ ab siendo el resto 14,9%241
    PU
    , 10,6%242
    PU
    y 3,1%238
    PU