Piscina de combustible nuclear gastat

Plutoni

Plutoni

El plutoni és un element químic, generalment d'origen artificial, que s'utilitza com a combustible nuclear a la fabricació d'armes nuclears.

El símbol d'aquest element químic és Pu i el seu nombre atòmic és el 94. Es tracta d'un element que pertany a la sèrie dels elements actínids. El plutoni té 16 isòtops, tots ells radioactius. L'element és un metall platejat i presenta 5 estructures cristal·lines diferents.

Químicament el plutoni és un material molt actiu. Pot formar compostos amb tots els elements no metàl·lics, excepte els gasos nobles. El metall es dissol en àcids i reacciona amb aigua, encara que moderadament en comparació amb els àcids.

Encara que es poden trobar traces en la naturalesa, tots els isòtops de plutoni són d'origen artificial.

Isòtops del plutoni

L'isòtop amb major interès químic és el plutoni-239. Es forma en els reactors nuclears. És un isòtop fissionable però pot capturar també neutrons per formar isòtops superiors. En el camp de l'energia nuclear, l'plutionio-239 s'empra com a combustible nuclear en la producció d'isòtops radioactius per a la investigació i com a agent fissionable en armes nuclears.

El plutoni-238 s'utilitza en fonts de calor per a aplicacions espacials, generadors de calor termoelèctrics i s'ha emprat en marcapassos cardíacs.

Una característica important de molts dels isòtops del plutoni és que presenten el fenomen de la fissió espontània, en el qual es pot dividir el nucli atòmic de forma espontània sense necessitat de ser bombardejat per cap neutró.

Origen i obtenció

El plutoni s'obté en cremar el combustible nuclear es crema en els reactors nuclears convencionals. El combustible irradiat procedent dels reactors nuclears està format fonamentalment per urani (amb un percentatge del 96%, aproximadament) i plutoni (amb un percentatge una mica inferior a l'1%).

El combustible gastat es pot gestionar de dues maneres diferents en el llarg termini:

  • Gestió de cicle obert. En el cicle obert es considera que el combustible gastat és un residu radioactiu d'alta activitat des del moment de la seva descàrrega del reactor i s'emmagatzema de manera definitiva.
  • Gestió de cicle tancat. El cicle tancat consisteix a sotmetre al combustible gastat a un procés mecànic-químic, conegut com reelaboració o reprocessament, que permet separar l'urani i plutoni que encara contenen productes de fissió i transurànics. L'urani i plutoni recuperats s'empren per fabricar nou combustible i els productes de fissió i els transurànics constitueixen el residu nuclear d'alta activitat.

Úsos del plutoni

Els usos més importants del plutoni depenen de dues de les seves propietats. Primer, la radiació emesa genera molta calor, energia tèrmica. De fet, el plutoni emet tanta calor que el metall se sent càlid quan es toca. Si es col·loca una gran peça de plutoni a l'aigua, la calor alliberada pot fer que l'aigua bulli.

El plutoni proporciona energia elèctrica en sondes espacials i vehicles espacials.

La capacitat del plutoni per generar calor el converteix en un material idoni per a utilitzar-lo en aplicacions de generadors termoelèctrics. Un generador termoelèctric és un dispositiu que converteix la calor en electricitat. Generar electricitat a través d'un generador d'aquest tipus no resulta pràctic a gran escala. De tota manera, resulten molt interessants en determinades condicions. Aquests generadors termoelèctrics s'han utilitzat en marcapassos artificials per a persones amb afeccions cardíaques. L'isòtop més utilitzat per a aquesta aplicació és el plutoni-238 perquè la radiació que emet no representa una amenaça per a la salut de les persones.

El plutoni també s'usa com a combustible en plantes d'energia nuclear i en la fabricació d'armes nuclears ( "bombes atòmiques"). L'isòtop utilitzat per a aquest propòsit és el plutoni-239. S'utilitza perquè patirà fissió nuclear. Molt pocs isòtops patiran fissió nuclear.

Funció del plutoni en els reactors nuclears

A mesura que es va generat plutoni a l'interior del combustible dels reactors nuclears, també es fissiona, col·laborant amb l'urani en la producció d'energia. Durant el procés, també s'originen altres isòtops; alguns són absorbents de neutrons i altres són isòtops fissionables.

Depenent del temps d'irradiació o del o grau de cremat a què s'arribi la proporció d'aquests isòtops de plutoni en el combustible. A cremats reduïts la proporció dels isòtops físsils és molt alta, mentre que a cremats alts aquesta proporció es redueix.

En els reactors nuclears comercials, els elements combustibles romanen al reactor llargs temps fins que l'acumulació de productes de fissió i el consum del material fissionable anul·len la seva contribució al funcionament del reactor.

Gestió del plutoni recuperat en els reactors nuclears

En el combustible gastat queden entre 7 i 8 quilograms per tona de plutoni sense cremar. Aquest plutoni, recuperat al reprocessament, es pot usar per substituir el urani 235 en el combustible nuclear, fabricant pastilles d'òxid d'urani i òxid de plutoni barrejats, (combustible MOX).

El combustible MOX pot substituir el combustible d'urani enriquit en els reactors nuclears d'aigua lleugera.

Perillositat sobre la salut

El plutoni és radioactiu i tòxic. Però, encara que de vegades s'ha descrit en els mitjans com la substància més tòxica coneguda pels humans hi ha substàncies que els són molt més. El radi d'ocurrència natural és al voltant de 200 vegades més radiotòxic, i algunes toxines orgàniques com la toxina botulínica són bilions de vegades més tòxiques.

El principal tipus de radiació que emet (radiació alfa) no travessa un full de paper, és a dir, una fina capa d'un material pot aturar la radiació. No pot travessar la pell.

El que fa realment perillós al plutoni és la seva radiotoxicitat. La radiació que emet (radiació alfa) quan s'ha ingerit o inhalat, pot produir càncer de pulmó o càncers d'altres tipus segons on estigui dipositat en el cos. En quantitats considerablement majors poden causar enverinament agut per radiació i mort si són ingerits o inhalats.

Aquest material ha estat usat per a la fabricació d'armes nuclears i explosius durant un llarg temps. En les proves atmosfèriques de bombes atòmiques s'han alliberat grans quantitats de material radioactiu que posteriorment cauen i es dipositen a terra.

No és probable que els éssers humans es vegin exposats al plutoni, però de vegades té lloc com a resultat de fuites accidentals durant el seu ús, transport o abocament.

Quan es respira, el plutoni pot romandre en els pulmons o moure fins als ossos o altres òrgans. Generalment roman en el cos durant molt de temps i exposa als teixits del cos contínuament a radiació. Després d'uns pocs anys això podria resultar en el desenvolupament de càncer.

El plutoni pot afectar l'habilitat de resistir malalties i la seva radioactivitat pot causar fallada reproductiu.

Efectes ambientals

El plutoni es troba present de forma natural en quantitats molt petites. No obstant això, l'element té altres vies d'entrada al medi ambient a través de fuites de reactors nuclears, plantes de producció d'armes atòmiques, i instal·lacions d'investigació. Especialment en les proves d'armes nuclears.

El plutoni pot entrar en les aigües superficials per fuites accidentals i abocaments de deixalles radioactives. El sòl pot contaminar-se amb el material radioactiu a través de la pluja radioactiva durant les proves d'armes nuclears. El material es mou lentament cap avall a terra, fins a les aigües subterrànies. Les plantes absorbeixen baixos nivells d'aquest material, però aquests nivells no són prou alts com per provocar biomagnificació del plutoni en la cadena alimentària, o acumulació en els cossos d'animals. 

valoración: 3.1 - votos 7

Referències

Yosoynuclear - Preguntas y respuestas sobre el plutonio

Lenntech - Plutonio - Pu

Última revisió: 1 de agost de 2019