Plutonium er et grunnstoff som bare i svært små mengder forekommer i naturen. Likevel bidrar plutonium med en betydelig andel av energien som produseres i en kjernereaktor. Plutonium blir nemlig dannet under driften av kjernereaktoren som et biprodukt. Dette representerer et sikkerhetsproblem da stoffet både er svært giftig og kan brukes i kjernevåpen.

Som andre tunge grunnstoffer kan plutonium opptre i mange isotoper som skiller seg fra hverandre i antall nøytroner i atomkjernen. Alle isotopene er radioaktive da de er ustabile og tilbøyelige til radioaktivt henfall (se desintegrasjon), men bare to av dem er fissile (med langsomme nøytroner).

Den mest vanlige isotopen som dannes i en kjernereaktor er  239Pu som oppstår når uran (238U) gjennomgår en nøytroninnfanging som etterfølges av et beta-henfall. Isotopen er fissil og cirka halvparten av denne brennes opp (fisjoneres) og bidrar med nærmere 1/3 av produsert varme i reaktoren.

Den nest viktigste isotopen er 240Pu som dannes når 239Pu fanger inn en nøytron. Andelen 240Pu i plutoniumet øker suksessivt siden den ikke gjennomgår noen fisjon, mens 239Pu brennes opp. Innslaget av isotopen 240Pu er kritisk for å avgjøre om plutoniumet er egnet som våpenmateriale. 240Pu er karakterisert som et fertilt stoff med en tilbøyelighet til å gjennomgå en spontan fisjon med påfølgende utsending av nøytroner. Dessuten har isotopen en kort halveringstid og avgir dermed mye varme. Et høyt innhold av denne isotopen vil dermed gjøre det brukte brenselet uegnet til bombeformål. Forsøk på å redusere andelen 240Pu ved å skille ut isotopen fra 239Pu anses ikke som praktisk gjennomførbart.

For at plutoniumet skal graderes til å ha våpenkvalitet må innholdet av 240Pu være mindre enn 8 prosent. Dette krever at reaktoren kjøres med en svært lav brenselutnyttelse, det vil si at prosessen avbrytes før andelen 240Pu får tid til å bygge seg opp. I en ordinær lettvannsreaktor som har nådd en brenselutnyttelse på 42 GWd/t, vil cirka 53 prosent være 239Pu, 25 prosent 240Pu og resten fordelt på andre isotoper. Plutonium som dannes i normal drift med en høy grad av brenselutnyttelse blir dermed uegnet for bombeformål.

For å lage plutonium egnet til våpenbruk er det vanlig å benytte naturlig uran og begrense brenselutnyttelsen til 0,1 GWd/t før brenslet skiftes ut. Det kreves nærmere 10 kilogram med nesten rent 239Pu for å lage en plutoniumbombe. For å oppnå dette kvantumet må driften av en reaktor utgjøre cirka 30 megawattår med hyppig utskifting av brenselet og gjenvinning av det brukte brenselet.

Driften av en 1000 MWe lettvannsreaktor vil avstedkomme cirka 25 tonn med brukt brensel per år. Av dette vil opptil 290 kg (1,15 %) være plutonium – egnet for drift av reaktorer, men ikke for produksjon av bomber. Hvis plutoniumet trekkes ut av det brukte brenselet, kan det brukes på nytt ved å blande det inn i et ordinært uranbrensel (reprosessering). Plutonium kan også brukes i en hurtigreaktor der alle plutoniumisotopene vil bli fisjonert og slik fungere som brensel. I en hurtigreaktorer blir plutoniumet dermed mer effektivt utnyttet enn i en lettvannsreaktor.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.