Material fertil

Nuclidii care, după absorbția unui neutron , sunt transmutați într-un radionuclid care se descompune într-un nuclid care poate furniza fisiune sau energie de fuziune nucleară sunt indicați ca nuclizi fertili sau materiale fertile .

Fertil destinat fisiunii

Cel mai răspândit nuclid fertil este cu siguranță izotopul uraniului cu masa atomică 238 (U238), care reprezintă mai mult de 99% în masă de uraniu natural ^[1] , acest nuclid, având în vedere amestecul său intim cu nuclidul fisil U235, a fost utilizat din moment ce primele reactoare nucleare care produc plutoniu cu reacții (timpul de înjumătățire pentru U239 și Np239 este respectiv 23,5 min și 2,36 d ^[1] )

{}_{92}^{238}{\mbox{U}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}\rightarrow {}_{92}^{239}{\mbox{U}}

{\ displaystyle {} _ {92} ^ {238} {\ mbox {U}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {92} ^ {239} {\ mbox {U}}}

{\ displaystyle {} _ {92} ^ {238} {\ mbox {U}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {92} ^ {239} {\ mbox {U}}}

{}_{92}^{239}{\mbox{U}}\rightarrow {}_{93}^{239}{\mbox{Np}}+{}_{-1}^{0}{\mbox{e}}

{\ displaystyle {} _ {92} ^ {239} {\ mbox {U}} \ rightarrow {} _ {93} ^ {239} {\ mbox {Np}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{\ displaystyle {} _ {92} ^ {239} {\ mbox {U}} \ rightarrow {} _ {93} ^ {239} {\ mbox {Np}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{}_{93}^{239}{\mbox{Np}}\rightarrow {}_{94}^{239}{\mbox{Pu}}+{}_{-1}^{0}{\mbox{e}}

{\ displaystyle {} _ {93} ^ {239} {\ mbox {Np}} \ rightarrow {} _ {94} ^ {239} {\ mbox {Pu}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{\ displaystyle {} _ {93} ^ {239} {\ mbox {Np}} \ rightarrow {} _ {94} ^ {239} {\ mbox {Pu}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

Ciclul U238 Pu a fost utilizat în primele reactoare nucleare pentru a produce plutoniul folosit ulterior în bomba atomică care a fost aruncată pe Nagasaki . Ciclul U238 Pu a fost ulterior utilizat în FBR-uri , în special în Franța în cadrul proiectului Phénix , în Italia în 1997 se construia un FBR pentru testarea elementelor combustibile pentru lanțul de aprovizionare, lucrările au fost suspendate după retragerea de la energia nucleară.

Comportamentul similar cu U238 are izotopul de toriu de masa atomică 232 (Th232) (timpul de înjumătățire pentru Th233 și Pa233 sunt , respectiv , 22,1 min și 27 d ^[1] )

{}_{90}^{232}{\mbox{Th}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}\rightarrow {}_{90}^{233}{\mbox{Th}}

{\ displaystyle {} _ {90} ^ {232} {\ mbox {Th}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {90} ^ {233} {\ mbox {Th}}}

{\ displaystyle {} _ {90} ^ {232} {\ mbox {Th}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {90} ^ {233} {\ mbox {Th}}}

{}_{90}^{233}{\mbox{Th}}\rightarrow {}_{91}^{233}{\mbox{Pa}}+{}_{-1}^{0}{\mbox{e}}

{\ displaystyle {} _ {90} ^ {233} {\ mbox {Th}} \ rightarrow {} _ {91} ^ {233} {\ mbox {Pa}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{\ displaystyle {} _ {90} ^ {233} {\ mbox {Th}} \ rightarrow {} _ {91} ^ {233} {\ mbox {Pa}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{}_{91}^{233}{\mbox{Pa}}\rightarrow {}_{92}^{233}{\mbox{U}}+{}_{-1}^{0}{\mbox{e}}

{\ displaystyle {} _ {91} ^ {233} {\ mbox {Pa}} \ rightarrow {} _ {92} ^ {233} {\ mbox {U}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

{\ displaystyle {} _ {91} ^ {233} {\ mbox {Pa}} \ rightarrow {} _ {92} ^ {233} {\ mbox {U}} + {} _ {- 1} ^ {0 } {\ mbox {e}}}

În acest caz, elementul fisibil este U233.

Factorul de conversie

Factorul de conversie (C) este indicat ca raportul dintre numărul de nuclee fisibile produse de materialul fertil și numărul de nuclee fisibile consumate în reacțiile de fisiune și fertilizare, valoarea maximă a C poate fi obținută presupunând că scăpările de neutroni și capturile parazitare sunt zero (ipoteza evident nu este fezabilă în cazuri practice). Valoarea C, în funcție de secțiunea transversală a reacției de fertilizare, depinde puternic de energia neutronilor, în cazul reacției U238 Pu există un C _max de 1,10 pentru neutroni termici și 1,64 pentru neutroni rapid , aceste valori Pentru reacția Th232 U233 sunt respectiv 1,28 și 1,49 ^[2] . Din aceste cifre se poate observa că, în cazul reactoarelor termice, ciclul Th232 U233 este mai favorizat, în timp ce în reactoarele rapide este favorizat ciclul U238 Pu.

Fertil destinat fuziunii

Cea mai promițătoare reacție de fuziune nucleară pentru următoarele câteva decenii este cea dintre deuteriu și tritiu

{}_{1}^{2}{\mbox{H}}+{}_{1}^{3}{\mbox{H}}\rightarrow {}_{2}^{4}{\mbox{He}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}+17.6{\mbox{ MeV}}

{\ displaystyle {} _ {1} ^ {2} {\ mbox {H}} + {} _ {1} ^ {3} {\ mbox {H}} \ rightarrow {} _ {2} ^ {4} {\ mbox {He}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} + 17,6 {\ mbox {MeV}}}

{} _ {{1}} ^ {{2}} {\ mbox {H}} + {} _ {{1}} ^ {{3}} {\ mbox {H}} \ rightarrow {} _ {{ 2}} ^ {{4}} {\ mbox {He}} + {} _ {{0}} ^ {{1}} {\ mbox {n}} + 17,6 {\ mbox {MeV}}

Această reacție necesită prezența tritiului (H ³ ) care are o perioadă de descompunere de aproximativ 12 ani și, prin urmare, nu este disponibilă în natură. Deci, singura modalitate de a produce tritiu necesar pentru a susține reacția de fuziune este de a-l produce într-o pătură fertilă, care conține litiu , care reacționează cu neutronii formați de reacția de fuziune.

{}_{3}^{6}{\mbox{Li}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}\rightarrow {}_{2}^{4}{\mbox{He}}+{}_{1}^{3}{\mbox{H}}

{\ displaystyle {} _ {3} ^ {6} {\ mbox {Li}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {2} ^ {4} {\ mbox {He}} + {} _ {1} ^ {3} {\ mbox {H}}}

{\ displaystyle {} _ {3} ^ {6} {\ mbox {Li}} + {} _ {0} ^ {1} {\ mbox {n}} \ rightarrow {} _ {2} ^ {4} {\ mbox {He}} + {} _ {1} ^ {3} {\ mbox {H}}}

Litiul poate fi prezent în pătură fie sub formă solidă (compus din litiu ceramic), fie sub formă de lichid (litiu pur sau eutectoid Pb17Li) ^[3] .

Referințe

Marco Caira, Maurizio Cumo, Ingineria reactorului de fuziune , publicația ENEA, februarie 1991
( EN ) MM El-Wakil, Nuclear Power Engineering , McGraw-Hill, New York 1962

Notă

^ ^a ^b ^c El-Wakil, op. cit. pagina 507
^ El-Wakil, op. cit. pagina 147 Tabelul 6-4
^ Caira, Cumo, op. cit la paginile 207-217

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Material fertil , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei

Portalul Energiei Nucleare

[EW-1] El-Wakil, op. cit. pagina 507

[2] El-Wakil, op. cit. pagina 147 Tabelul 6-4

[3] Caira, Cumo, op. cit la paginile 207-217

[1]

[2]

[3]