Hodowla plutonu-239 — kalkulator reaktorowy

Przejdź do artykułów: Pluton-239 — produkcja i właściwości ↗  |  Pluton-240 — izotop "trujący" ↗
Ten kalkulator pokazuje zasadę hodowli plutonu-239 z uranu-238 w strumieniu neutronów. Pu-239 nie musi występować w materiale początkowym, lecz może powstawać przez wychwyt neutronu i kolejne rozpady beta. Narzędzie szacuje, ile U-238 i jakiego czasu napromieniania potrzeba, aby uzyskać zadaną masę Pu-239 w prostym modelu reaktorowym. Pokazuje także narastanie Pu-240, które jest ważne dla zrozumienia różnicy między składem plutonu po krótkim i długim napromienianiu. Model nie opisuje konkretnego reaktora, przepływów technologicznych ani pełnego widma neutronów.

Masa Pu-239, którą chcesz uzyskać. Masa krytyczna metalicznego plutonu-239 wynosi ok. 10 kg (naga kula), mniej przy reflektorze. Bomba Fat Man (1945) zawierała ok. 6,4 kg Pu-239 w kulistym rdzeniu z reflektorem ze złota/uranu.

Uran-238 to 99,3% uranu naturalnego. Pochłania neutrony (σ_c = 2,7 barn) i przemienia się w Pu-239. Ograniczenie: więcej U-238 = więcej Pu-239, ale też więcej odpadu i dłuższy czas transportu chłodzenia.

Kluczowy kompromis: wyższy strumień → szybsza produkcja Pu-239, ale też szybszy wzrost zawartości Pu-240 (izotopu „trującego"). Pu-240 powoduje spontaniczne rozszczepienia (~410 000/kg/s), co uniemożliwia budowę prostej bomby „gun-type" — zmusza do trudniejszej implozji. Reaktory Hanford celowo pracowały z wysokim φ i krótko, by ograniczyć Pu-240 do ~1%.

Po wyjęciu z reaktora strumień neutronów zanika, więc nie rośnie już Pu-240. Nadal zachodzą jednak rozpady beta: krótkotrwały U-239 przechodzi w Np-239, a ten w Pu-239. Wykres profilu pokazuje, ile materiału pojawia się dopiero podczas chłodzenia.

Resetuj

Audyt modelu: Hodowla plutonu-239

Kalkulator szacuje narastanie plutonu z U-238 przy zadanym strumieniu neutronów i czasie. Profil czasowy rozdziela U-239, Np-239, Pu-239 i Pu-240 oraz uwzględnia chłodzenie po napromienianiu.

Najważniejsze uproszczenia

  • Model używa efektywnych przekrojów i stałego strumienia neutronów.
  • Nie liczy wypalenia U-238 jako przestrzennego profilu w tarczy ani samoochrony rezonansowej.
  • Dalsze izotopy plutonu poza Pu-240 są poza profilem hodowli.

Co można liczyć dokładniej

  • Dodać zależność przekrojów od widma neutronów i temperatury moderatora.
  • Dodać Pu-241/Pu-242 oraz sprzężenie z kalkulatorem wektora plutonu.
  • Dodać geometrię tarczy, samoochronę i spadek strumienia w materiale.
  • Presety widma i przekrojów efektywnych można trzymać w nowej bazie pomocniczej.