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Plutonio-240

Plutonio-240 (240
PU
o Pu-240 ) es un isótopo de 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]

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

Propiedades nucleares

Aproximadamente 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 permanezca un elemento combustible nuclear en un reactor nuclear , mayor será 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 vs.269,3 ± 2,9 graneros ), [6] [7] pero sólo una pequeña sección transversal de fisión de neutrones térmicos (0,064 graneros). Cuando el isótopo 240 Pu captura un neutrón, tiene aproximadamente 4.500 veces más probabilidades de convertirse en plutonio-241 que de fisionarse. En general, es más probable que los isótopos con números de masa impares absorban un neutrón y pueden sufrir fisión tras la absorción de neutrones más fácilmente que los isótopos con números de masa pares. Así, incluso los isótopos de masa tienden a acumularse, especialmente en un reactor térmico .

Armas nucleares

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

El problema de la fisión espontánea fue ampliamente estudiado por los científicos del Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial . [9] Bloqueó el uso de plutonio en armas nucleares tipo pistola en las que el ensamblaje de material fisionable en su configuración óptima de masa supercrítica 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 un 12% de posibilidades de que la explosión no alcanzara su rendimiento máximo. [8]

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

Ver 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. ^ Adiós, 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 (plutonio 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 . Medios de ciencia y negocios de Springer. 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 transversales de neutrones térmicos, integrales de resonancia y factores de Westcott". Datos nucleares para salvaguardias . Agencia Internacional de Energía Atómica . Consultado el 11 de septiembre de 2016 .
  8. ^ abcdef Marca, J. Carson; Hippel, Frank von; Lyman, Edward (30 de octubre de 2009). "Propiedades explosivas del plutonio apto para reactores" (PDF) . Ciencia y seguridad global . 17 (2–3): 170–185. Código Bib : 2009S&GS...17..170M. doi :10.1080/08929880903368690. ISSN  0892-9882. S2CID  219716695.
  9. ^ Chamberlain, O.; Adiós, GW; Segré, E. (1954). "Pu-240 y su fisión espontánea". Revisión física . 94 (1): 156. Código bibliográfico : 1954PhRv...94..156C. doi : 10.1103/PhysRev.94.156.
  10. ^ Hoddeson, Lillian (1993). "El descubrimiento de la fisión espontánea del plutonio durante la Segunda Guerra Mundial". Estudios Históricos en 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 sobre 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 sobre la vida útil de los neutrones en explosivos nucleares". Anales de la energía nuclear . 5 (2): 55–58. doi :10.1016/0306-4549(78)90104-4.

enlaces externos