Plutoni-240
El plutoni-240 (240Pu o Pu-240) és un isòtop del plutoni que es forma quan el plutoni-239 captura un neutró. La detecció de la seua fissió espontànea va conduir al seu descobriment en 1944 en Els Àlbers i va tindre conseqüències importants per al Proyecte Manhattan.[1]
El plutoni-240 sofrix fissió espontànea com a modo de desintegració secundària a una taxa chicoteta pero significativa. La presència d'est llimita l'us del plutoni en una bomba nuclear, perque el fluix de neutrons de la fissió espontànea inicia la reacció en cadena de forma prematura, lo que provoca una lliberació primerenca d'energia que dispersa físicament el núcleu ans que s'alcance l'implosió completa.[2][3] Es desintegra per emissió alfa en urani-236.
Propietats
Entre el 62% i el 73% de les voltes que 239Pu captura un neutró, sofrix fissió; el restant del temps, forma 240Pu. Quant més temps permaneix un element de combustible nuclear en un reactor nuclear, major és el percentage relatiu de 240Pu en el combustible.
L'isòtop 240Pu té aproximadament la mateixa secció travessera de captura de neutrons tèrmics que 239Pu (289.5 ± 1.4 front a 269.3 ± 2.9 barns),[4][5] pero solament una chicoteta secció eficaç de fissió de neutrons tèrmics (0.064 barns). Quan l'isòtop 240Pu captura un neutró, és aproximadament 4500 voltes més provable que es convertixca en 241Pu a que es fisione. En general, els isòtops de número impar tenen més provabilitats d'absorbir un neutró i poden sofrir fissió despuix de l'absorció de neutrons en major facilitat que els isòtops de número parell. Per lo tant, inclús els isòtops més massius tendixen a acumular-se, especialment en un reactor tèrmic.
Us en armes nuclears
L'inevitable presència de 240Pu en un núcleu d'una bomba atòmica basat en plutoni complica el seu disseny, i el 239Pu pur es considera òptim.[6] Açò es deu a vàries raons:
- 240Pu té una alta taxa de fissió espontànea. Un sol neutró perdut que s'introduïx mentres el núcleu està en un estat supercrítico farà que detone casi immediatament, inclús ans que s'haja esclafat fins a una configuració òptima. La presència de 240Pu causaria aixina fissura aleatòria, en un rendiment explosiu molt per baix del rendiment potencial.[6][3]
- Els isòtops fòra de 239Pu lliberen significativament més radiació, lo que complica el seu maneig per part dels treballadors.[6]
- Els isòtops a banda de 239Pu produïxen més calor de desintegració, que pot causar distorsió de canvi de fase del núcleu de precisió si es permet que s'acumule.[6]
El problema de la fissió espontànea va ser estudiat àmpliament pels científics del Proyecte Manhattan durant la Segona Guerra Mundial.[7] Va bloquejar l'us de plutoni en armes nuclears de tipo canó en les que l'ensamblage del material fisible en la seua configuració de massa supercrítica òptima pot tardar fins a un milisegon en completar-se, i va fer necessari desenrollar armes de tipo implosió a on l'ensamblage ocorre en uns pocs microsegons.[8] Inclús en este disseny, es va estimar abans de la prova Trinity que l'impurea de 240Pu causaria una provabilitat del 12% de que l'explosió no alcançara el seu rendiment màxim.[6]
La minimisació de la cantitat de 240Pu, com en el plutoni de grau armamentístico (menys del 7% de 240Pu) es conseguix reprocesando el combustible despuix de sol 90 dies d'us. Estos cicles de combustible ràpits són altament imprácticos per als reactors de potència civils i normalment solament es porten a terme en reactors dedicats a la producció de plutoni per a armes. El plutoni del combustible gastat dels reactors de potència civils normalment conté menys del 70 % de 239Pu i al voltant del 26 % de 240Pu, i el restant està compost per atres isòtops de plutoni, lo que dificulta el seu us per a la fabricació d'armes nuclears.[2][6][9][10] No obstant, en el cas dels dissenys d'armes nuclears introduïts despuix de la década de 1940, hi ha hagut un debat considerable sobre el grau en el que el 240Pu supon una barrera per a la construcció d'armes.
Referències
- ↑ «Emilio Segre, Enrico Fermi, Pu-240, and the atomic bomb».Consultat el 2025-02-26.
- ↑ 2,0 2,1 «Journals -- ANS / Publications». www.ans.org. Consultat el 2025-02-26.
- ↑ 3,0 3,1 Bodansky, David (2007-06-25). Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects (en en), Springer Science & Business Mija. ISBN 978-0-387-26931-3.
- ↑ Mughabghab, Said F. (2006). Atles of Neutron Resonances: Resonance Parameters and Thermal Cross Sections. Z=1-100, Elsevier Science & Technology Books. ISBN 978-0-08-046106-9.
- ↑ «Nuclear Data for Safeguards». www-nds.iaea.org. Consultat el 2025-02-26.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 «Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium».Science & Global Security.17(2-3)
- 170–185.ISSN 0892-9882.doi:10.1080/08929880903368690.Consultat el 2025-02-26.
- ↑ «$_{94}mathrm{Pu}^{240}$ and Its Spontaneous Fission».Physical Review.94(1)
- 156–156.doi:10.1103/PhysRev.94.156.Consultat el 2025-02-26.
- ↑ «The Discovery of Spontaneous Fission in Plutonium during World War II».Historical Studies in the Physical and Biological Sciences.23(2)
- 279–300.ISSN 0890-9997.doi:10.2307/27757700.Consultat el 2025-02-26.
- ↑ «Nuclear Technology -- ANS / Publications / Journals / Nuclear Technology» (en en). www.ans.org. Consultat el 2025-02-26.
- ↑ «The effect of Pu-240 on neutron lifetime in nuclear explosives».Annals of Nuclear Energy.5(2)
- 55–58.ISSN 0306-4549.doi:10.1016/0306-4549(78)90104-4.Consultat el 2025-02-26.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Plutonio-240» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.