反应堆级钚

反应堆级钚是指在反应堆中经过若干年燃烧后由铀-238经中子俘获和两次连续的β衰变生成的钚-239，再被嬗变成其它钚的同位素之后形成的混合物。目前的核电站一般使用的热中子堆只能在有限程度上使用反应堆级钚，比如混合氧化物核燃料。这种燃料产生的乏燃料中的次锕系元素和含有偶数个中子的钚同位素含量较高，因此使用一次后就只能作为核废料处理。快中子反应堆现在还没有商业化，但在理论上可以直接使用反应堆级钚。根据美国能源部的定义，反应堆级钚主要由钚-240的含量来决定。传统上认为，钚-240含量越高，用于裂变核武器的可能性就越小。但是近年来，这种看法越来越受到苛责。虽然含大量钚-240的钚不能用作裂变武器，可是随着技术进步，只要使用聚变增强，反应堆级钚便可以用于热核武器。比如在迄今为止当量最大的沙皇炸弹里面，包覆融合芯（tamper）采用的材料是铅。如果使用贫化铀或者反应堆级钚，该弹的当量会进一步提高。1976年美国能源部对钚的定义发生了改变。在1976年前祇有两种分类：武器级钚（钚-240含量少于7%）和反应堆级钚（钚-240含量超过7%）。1976年之后，又增加了一个分类：燃料级钚。武器级钚的定义仍然不变。燃料级钚的钚-240含量在7-19%之间，而反应堆级钚含有超过19%的钚-240。根据这个定义，目前轻水堆或者沸水堆乏燃料再处理中得到的钚均属于反应堆级钚，而不是燃料级钚。历史上，钚的同位素组成分类对于控制核扩散曾非常重要。1962年，美国在内华达试验场进行了一次使用反应堆级钚的地下核试验，当量低于二万吨TNT。1977年7月，卡特政府将部分关于该核试验的文件解密，并以此作为禁止在美国进行乏燃料再处理的依据。据信这次核试验的钚来自英国。其同位素组成未知，外界仅知道这种燃料被称为“反应堆级”。这些钚有可能来自英国军方的镁诺克斯反应堆。据猜测，核试验中的钚-239的含量至少为85%，大大超出现今一般反应堆乏燃料中的钚-239含量。快中子反应堆可以使用钚做燃料，不论其同位素组成如何。1960年代，美国曾计划提炼钚，原因是有人猜测到随着核电的发展，铀的价格会攀升。为了充分利用铀，就必须快中子增殖反应堆。结果铀的供应增加，电的需求量下降，快中子堆的商业化被推迟了。当今的热中子堆只能在有限程度上使用反应堆级钚，比如将它制成镁诺克斯燃料。钚的同位素中，只有质量数为奇数的才能在吸收热中子后裂变，质量数为偶数的钚同位素会在反应堆中积累下来。钚-240和铀-238一样是一种可增殖材料。钚-240俘获一个中子后变成钚-241。但是钚-242的中子俘获截面低，还必须俘获三个中子才能成为可裂变核素。这些特质无疑都影响了钚的广范应用。