Menu

Piscina de combustible nuclear gastat

Plutoni: usos dels seus isòtops i propietats

Plutoni: usos dels seus isòtops i propietats

El plutoni és un element químic que s'utilitza com a combustible nuclear en la fabricació d'armes nuclears. Tot i que es poden trobar traces a la natura, tots els isòtops de plutoni són d'origen artificial.

La primera vegada que es van produir quantitats significatives de plutoni va ser durant la Segona Guerra Mundial dins del Projecte Manhattan. El propòsit del projecte era fabricar una quantitat de material suficient per utilitzar l'energia nuclear per desenvolupar una bomba nuclear.

El plutoni a la taula periòdica

El plutoni (amb símbol Pu) és l'element 93 de la taula periòdica, és a dir, el nombre atòmic és el 94.

És un element químic que pertany a la sèrie dels elements actínids. El plutoni té 16 isòtops, tots ells radioactius. Físicament, el plutoni és un metall platejat i presenta 5 estructures cristal·lines diferents.

Químicament és un material molt actiu que 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 dels àcids.

Massa atòmica

244 u

Estat ordinari

Sòlid

Densitat

19816 kg/m3

Punt de fusió

912,5 K (639 °C)

Punt d'ebullició

3505 K (3232 °C)

Plutoni-239 i altres isòtops

El plutoni-239 és un isòtop fisible del plutoni que està compost per 145 protons i 54 neutrons. És l'isòtop que s'utilitza principalment per a la fabricació d' armes nuclears però també s'utilitza com a combustible nuclear als reactors de potència i en projectes de recerca.

Un altre isòtop important és el plutoni-238 que s'utilitza en fonts de calor per a aplicacions espacials, generadors de calor termoelèctrics i s'ha emprat en marcapassos cardíacs.

D'on s'obté el plutoni?

El plutoni s'obté en cremar el combustible nuclear als 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 a llarg termini:

  • Gestió de cicle obert. Al 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 el combustible gastat a un procés mecànic-químic, conegut com a reelaboració o reprocés, que permet separar l'urani i el plutoni que encara contenen productes de fissió i transurànics. L'urani i plutoni recuperats es fan servir per fabricar nou combustible.

Usos del plutoni, Per a què serveix?

Els principals usos del plutoni són els següents:

  • Combustible nuclear per a les centrals nuclears de potència.

  • Generadors termoelèctrics de radiosòtops. Un generador termoelèctric és un dispositiu que converteix la calor en electricitat. Aquesta tecnologia a gran escala no és pràctica però és útil en determinades aplicacions com per exemple, en marcapassos artificials, sondes espacials i vehicles espacials. En aquesta aplicació es fa servir el plutoni-238 perquè la radiació que emet no representa una amenaça per a la salut de les persones.

  • Fabricació de 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.

Gestió del plutoni recuperat als reactors nuclears

A mesura que es va generat plutoni a l'interior del combustible dels reactors nuclears, també es fisiona, col·laborant amb l'urani en la producció d'energia.

Al combustible gastat queden entre 7 i 8 quilograms per tona de plutoni sense cremar. Aquest plutoni, recuperat en el reprocés, es pot fer servir per substituir l'urani-235 al 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 als reactors nuclears d'aigua lleugera.

Efectes del plutoni sobre la salut

El plutoni és un element químic tòxic i radioactiu. El principal tipus de radiació que emet és la radiació alfa que no pot travessar la pell.

La perillositat del plutoni ve donada per la seva radiotoxicitat. Les partícules alfa ingerides o inhalades poden ser la causa de càncer de pulmó o altres tipus de càncer. En grans quantitats, poden ser la causa d'un enverinament agut per radiació o fins i tot provocar la mort.

Quan el plutoni ha entrat al cos roman durant molt de temps.

La provabilitat que les persones estiguin exposades al plutoni és molt baixa. Si això passa, normalment és degut a la seva manipulació.

Autor:

Data de publicació: 14 de abril de 2014
Última revisió: 15 de novembre de 2021