Plodný materiál - Fertile material

Transmutační tok mezi ²³⁸U a ²⁴⁵Cm dovnitř LWR.^[1] Rychlost transmutace se velmi liší podle nuklidu a procenta se vztahují k celkové transmutaci a rozpadu. Po odstranění paliva z reaktoru bude převládat rozpad u izotopů s kratší životností, jako je např ²³⁸Pu, ²⁴¹Pu, ^242–244Cm; ale ^245–248Všichni jsou dlouhodobí.

Plodný materiál je materiál, který, i když ne sám štěpný podle tepelné neutrony, lze převést na a štěpný materiál absorpcí neutronů a následnými přeměnami jader.

Přirozeně se vyskytující úrodné materiály

Přirozeně se vyskytující úrodné materiály, které lze převést na štěpný materiál ozářením v reaktoru, zahrnují:

thorium-232 který se převádí na uran-233
uran-234 který se převádí na uran-235
uran-238 který se převádí na plutonium-239

V reaktoru vznikají umělé izotopy, které lze převést na štěpný materiál jedním zachycením neutronů zahrnují:

plutonium-238 který se převádí na plutonium-239
plutonium-240 který se převádí na plutonium-241

Nějaký jiný aktinidy potřebují více než jedno zachycení neutronů, než dorazí k izotopu, který je štěpný a dostatečně dlouhý na to, aby pravděpodobně dokázal zachytit další neutron a štěpit místo jeho rozpadu.

plutonium-242 na americium -243 až kurium -244 až kurium -245
uran-236 na neptunium -237 až plutonium-238 na plutonium-239
americium -241 až kurium -242 až kurium -243 (nebo spíše kurium-242 se rozpadá na plutonium-238, což také vyžaduje jeden další neutron k dosažení štěpného nuklidu)

Vzhledem k tomu, že pro konečné štěpení je zapotřebí celkem 3 nebo 4 tepelných neutronů a štěpení tepelných neutronů generuje pouze asi 2 až 3 neutrony, představují tyto nuklidy čistou ztrátu neutronů. V rychlý reaktor mohou k dosažení štěpení vyžadovat méně neutronů a také produkci více neutronů, když štěpí.

Štěpné materiály z úrodných materiálů

A rychlý neutronový reaktor, což znamená jeden s malým nebo žádným moderátor neutronů a tudíž využití rychlé neutrony, lze konfigurovat jako množitelský reaktor, produkující více štěpného materiálu, než kolik spotřebuje, s použitím úrodného materiálu v přikrývce kolem jádra nebo ve speciálním materiálu palivové tyče. Od té doby plutonium-238, plutonium-240 a plutonium-242 jsou plodné, akumulace těchto a jiných nefilních izotopů je menší problém než v tepelné reaktory, které je nemohou efektivně vypálit. Šlechtitelské reaktory využívající neutrony tepelného spektra jsou praktické pouze v případě, že thoriový palivový cyklus se používá jako uran-233 štěpení mnohem spolehlivěji s tepelnými neutrony než plutonium-239.

Aplikace

Mezi navrhované aplikace pro úrodný materiál patří vesmírné zařízení pro výrobu štěpného materiálu pro kosmická loď jaderný pohon. Zařízení pomyslně přepravovalo úrodné materiály ze Země bezpečně přes atmosféra, a vyhledejte je ve vesmírném zařízení v Země – Měsíc L1 Lagrangian místo, kde by došlo k výrobě štěpného materiálu, což eliminuje bezpečnostní riziko transportu štěpných materiálů ze Země.^[2]

Reference

^ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (duben 2004). „Vyhodnocení zdroje neutronů a gama paprsků u vyhořelého paliva LWR s vysokou spotřebou UO2 a MOX“. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10,3327 / jnst.41,448.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}
^ Dodd, Jake; Thangavelu, Madhu (2012). „SNAP-X: The Space Nuclear Activation Plant“. Konference a výstava AIAA SPACE 2012. doi:10.2514/6.2012-5329. ISBN 978-1-60086-940-2.

[1] Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (duben 2004). „Vyhodnocení zdroje neutronů a gama paprsků u vyhořelého paliva LWR s vysokou spotřebou UO2 a MOX“. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10,3327 / jnst.41,448.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}

[dodd2012-2] Dodd, Jake; Thangavelu, Madhu (2012). „SNAP-X: The Space Nuclear Activation Plant“. Konference a výstava AIAA SPACE 2012. doi:10.2514/6.2012-5329. ISBN 978-1-60086-940-2.

[1]

[2]