Bahan subur

Laluan transmutasi antara ²³⁸U dan ²⁴⁵Cm dalamReaktor air ringan.^[1] Kelajuan transmutasi berbeza mengikut nuklid, dan peratusan adalah relatif kepada jumlah transmutasi dan pereputan. Selepas mengeluarkan bahan api dari reaktor, pereputan akan menguasai untuk isotop hayat pendek seperti ²³⁸Pu, ²⁴¹Pu, ^242–244Cm; namun ^245–248Cm kesemuanya mempunayai separuh hayat panjang.

Bahan subur ialah bahan yang walaupun tidak boleh dibelah oleh neutron terma, mampu ditukarkan kepada bahan boleh belah melalui penangkapan neutron dan penukaran nukleus yang menyusul.

Bahan subur semulajadi

Bahan subur semulajadi yang boleh ditukarkan kepada bahan boleh belah melalui penyinaran dalam reaktor termasuk:

torium-232 yang bertukar kepada uranium-233
uranium-234 yang bertukar kepada uranium-235
uranium-238 yang bertukar kepada plutonium-239

Isotop buatan yang terbentuk dalam reaktor yang boleh ditukarkan menjadi bahan boleh belah melalui penangkapan satu neutron termasuk:

plutonium-238 yang bertukar kepada plutonium-239
plutonium-240 yang bertukar kepada plutonium-241

Beberapa jenis aktinida memerlukan lebih dari satu penangkapan neutron sebelum isotop boleh belah yang mempunyai separuh hayat cukup panjang untuk menangkap satu lagi neutron supaya mengalami pembelahan. Antaranya ialah:

plutonium-242 ke americium-243 ke curium-244 ke curium-245
uranium-236 ke neptunium-237 ke plutonium-238 ke plutonium-239
americium-241 ke curium-242 ke curium-243 (atau curium-242 mereput ke plutonium-238, yang juga memerlukan satu neutron tambahan untuk mencapai nuklid boleh belah)

Disebabkan isotop ini memerlukan 3 atau 4 neutron terman sehingga akhirnya mencapai pembelahan nuklear, dan pembelahan neutron terma hanya menjana 2 ke 3 neutron, isotop-isotop ini menunjukkan kerugian neutron bersih. Dalam reaktor pantas, isotop-isotop ini mungkin memerlukan neutron yang lebih sedikit untuk mencapai pembelahan, dan juga menjana lebih banyak neutron apabila melalukan pembelahan.

Bahan boleh belah dari bahan subur

Reaktor neutron pantas hanya mempunyai satu atau sedikit moderator neutron, lalu menggunakan neutron pantas boleh dibina sebagai reaktor pembiak yang menghasilkan lebih banyak bahan boleh belah berbanding penggunaanya, samada menyelimuti teras reaktor dengan bahan subur atau diletakkan dalam rod bahan api khas. Kerana plutonium-238, plutonium-240 dan plutonium-242 ialah subur, pengumpulan unsur-unsur ini dan unsur-unsur lain yang tidak boleh dibelah bukanlah masalah besar berbanding dalam reaktor terma yang tidak dapat membakarnya dengan efisen. Reaktor pembiak yang menggunakan neutron terma hanya praktikal jika kitaran torium digunakan, kerana uranium-233 membelah dengan lebih efisen menggunakan neutron terma berbanding plutonium-239. Reaktor subkritikal, tidak kira jenis neutron yang digunakan boleh membiak isotop boleh belah dari bahan subur. Ini secara teorinya membenarkan penggunaan aktinida gred rendah seperti sisa bahan api MOX yang mempunyai kandungan ²⁴⁰Pu yang terlalu tinggi untuk digunakan dalam reaktor terma tanpa memperkayakannya dengan peratusan tinggi seperti yang digunakan dalam reaktor pembiak pantas.

Penggunaan

Kegunaan yang dicadangkan bagi bahan subur termasuk fasiliti di angkasa lepas untuk penghasilan bahan boleh belah bagi pendorongan nuklear angkasa. Fasiliti tersebut akan mengangkut bahan subur dari bumi dengan selamat melalui atmosfera ke fasiliti angkasa di Titik Lagrange L1 bumi-bulan dimana penghasilan bahan boleh belah berlaku, lalu menghapuskan risiko pengangkutan bahan boleh belah dari bumi.^[2] Walaupun uranium dan torium wujud di bulan, bekalannya lebih terhad berbanding di bumi. Jika penggunaan bahan in situ dikehendaki untuk membekalkan bahan api nuklear di atas bulan, penukaran bahan subur kepada bahan boleh belah boleh menjadi satu kaedah untuk memastikan sumber bertahan dengan lebih lama dan mengurangkan keperluan pemerkayaan uranium yang memerlukan fluorin untuk menyediakan uranium heksafluorida yang digunakan dalam proses pemerkayaan.

References

^ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). "Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels". Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10.3327/jnst.41.448.
^ Dodd, Jake; Thangavelu, Madhu (2012). "SNAP-X: The Space Nuclear Activation Plant". AIAA SPACE 2012 Conference & Exposition. doi:10.2514/6.2012-5329. ISBN 978-1-60086-940-2.

Teknologi nuklear

Sains	Kimia \| Kejuruteraan \| Fizik \| Nukleus atom\| Pembelahan \|Pelakuran \| Sinaran \| Mengion \|Bremstrahlung \| Cherenkov \|Neutron
Bahan api	Tritium \| Deuterium \| Helium-3 \| Bahan subur \| Bahan boleh belah \| Pengasingan isotop \| Bahan nuklear \| Uranium \| diperkaya \| susut \| Plutonium \| Torium
Neutron	Pengaktifan neutron \| Tangkapan neutron \| Racun neutron \| Keratan rentas neutron \|Penjana neutron \|Sinaran neutron \| Pemantul neutron \| Suhu neutron \|Neutron cepat
Kuasa	Kuasa nuklear mengikut negara \| Loji kuasa nuklear \| Kemalangan dan insiden \| Pelakuran \| Penjana termoelektrik radioisotop \| Pendorongan nuklear\|Roket terma nuklear \| Keselamatan Nuklear
Perubatan nuklear	(PET) \| Terapi proton \| Tomoterapi \| Brakiterapi \| Terapi sinaran
Kitar bahan api nuklear	Sisa radioaktif \| uranium diproses semula \| plutonium gred senjata \| Bahan api nuklear terpakai \| Kolam storan bahan api \| Transmutasi nuklear \| Pemprosesan semula nuklear
Senjata nuklear	Kesan letupan nuklear \| Peperangan nuklear \| Percambahan senjata nuklear \| Perlumbaan senjata nuklear \| Reka bentuk senjata nuklear \| Sejarah senjata nuklear \| Senarai negara bersenjata nuklear \| Senarai ujian nuklear
Reaktor nuklear

[1] Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). "Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels". Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10.3327/jnst.41.448.

[dodd2012-2] Dodd, Jake; Thangavelu, Madhu (2012). "SNAP-X: The Space Nuclear Activation Plant". AIAA SPACE 2012 Conference & Exposition. doi:10.2514/6.2012-5329. ISBN 978-1-60086-940-2.

[1]

[2]