Gracias por las preguntas y respuestas. La respuesta a su pregunta depende de muchos parámetros. Esto ha estado en mi caja por un tiempo y esperaba que alguien con más tiempo y acceso a los códigos pueda responderte, pero nadie ha dado un paso adelante. Lo menos que puedo hacer aquí es darte una idea de la complejidad y orientarte en la dirección correcta.
El parámetro principal que controla las transmutaciones en los reactores nucleares es el flujo de neutrones. El flujo es más que solo una intensidad. Tiene un espectro de energía detallado. En los reactores comerciales térmicos (como BWR y PWR) el flujo es térmico (bajas energías 0.25 a 1 Mev). En reactores comerciales rápidos, el flujo de neutrones se desplaza a energías mucho más altas. En los reactores experimentales y militares, el flujo de neutrones y el momento de la extracción del combustible son aún diferentes. Por qué la energía es importante es que la sección transversal de las reacciones es una función muy fuerte de la energía de neutrones. Alrededor del 62% al 73% de las veces cuando Pu239 captura un neutrón se somete a fisión; el resto del tiempo forma Pu240. Cuanto más tiempo permanezca un elemento de combustible nuclear en un reactor nuclear, mayor será el porcentaje relativo de Pu240 en el combustible. Es por eso que en los reactores militares (del tipo utilizado en el proyecto Manhatan) querrías eliminar el combustible rápidamente antes de que una parte significativa del precioso Pu239 se haya convertido en Pu240. En este esquema, el Pu239 producido se elimina mediante reprocesamiento y el uranio se recicla.
En cuanto a su pregunta, si conoce los detalles de su reactor, el código de teoría del reactor calcula fácilmente la cantidad de cada elemento en función del tiempo. Le tomará un poco más de tiempo configurar el código y realizar cálculos estándar de flujo de neutrones y de criticidad del núcleo para extraer la distribución y la cantidad de varios isótopos, incluido Pu240.
Dicho esto, hay algunas suposiciones simplificadoras que puedes hacer para encontrar los valores en condiciones de estado estable. Si haces las suposiciones simplificadoras de que has alcanzado un equilibrio dinámico entre la producción y la destrucción de Pu239 y Pu240, entonces puedes simplificar las ecuaciones y resolverlas. Las concentraciones en estado estacionario hacen un buen conjunto de ecuaciones diferenciales. Inténtalo tú mismo. Apuesto a que lo encuentras divertido.
- ¿Cómo evitan las plantas de energía nuclear contaminar la turbina de vapor con vapor radiactivo?
- ¿Por qué tantos liberales se oponen a la energía nuclear?
- Cómo convencer a mis amigos ecologistas liberales de que la energía nuclear no es tan peligrosa como insisten en que lo es
- ¿Cuántos estados nucleares existen hoy?
- ¿El derrumbe de Chernobyl resultó en una explosión nuclear? ¿Explotó como una bomba nuclear?