¿Puede el plutonio-238 volverse crítico y detonar?

Pu-238 es fisible, en principio capaz de criticidad nuclear. Pero sería un explosivo nuclear pobre porque su rendimiento espontáneo de neutrones por fisión es alto, lo que prácticamente garantiza rendimientos de “chisporroteo” antes del disparador durante los intentos de comprimirlo explosivamente. También tiene una alta actividad específica, creando una gran cantidad de calor de descomposición que impediría los usos nucleares más prácticos, y muchos (a, n) neutrones si se usa como óxido u otro compuesto refractario.

El documento vinculado aquí modela varios escenarios para la criticidad Pu-238 en base a datos conocidos de sección transversal de neutrones:
WSRC-MS-99-00313

La masa crítica de la esfera desnuda es de aproximadamente 10 kg, cayendo a aproximadamente 7,5 kg con reflejo de agua. (La masa crítica sería aún menor si el Pu-238 se distribuyera homogéneamente en agua u otro moderador en una concentración óptima). Solo para poner esto en perspectiva, la carga de calor de descomposición de este Pu-238 es de aproximadamente 5 kW y estaría emitiendo alrededor de 30 millones de neutrones por segundo solo por fisión espontánea.

Necesitamos ver si Pu 238 puede existir en primer lugar. U 238 existe.

Actualmente solo se conocen 4 elementos fisibles. 92U233, 92U235, 94Pu239 y 92Pu241.

Tenga en cuenta que el número nuclear es par y el número de masa (o número de neutrones) es impar.

El plutonio 238 no es fisionable y, por lo tanto, no se volverá crítico ni detonará.

Si.

Pu-238 se puede hacer rápido crítico y puede detonar. La pronta masa crítica de una esfera metálica de Pu-238 a una densidad normal es de aproximadamente 9,5 kg. Con un reflector de neutrones de acero, esto podría hacerse tan pequeño como aproximadamente 4,7 kg.

Pu-238 no es una buena opción para una bomba debido a su calor de descomposición muy alto y su radiactividad muy fuerte. Incluso las muestras bastante pequeñas deben enfriarse: pueden calentarse de manera muy significativa.

También hay una tasa de fisión espontánea significativa para Pu-238, lo que será más problemático que para Pu-239, que generalmente está contaminado por alguna fracción de Pu-240, cuya tasa de fisión espontánea ya es lo suficientemente alta como para proporcionar un significativo Fondo de neutrones. Pu-240 tiene una vida media de fisión espontánea que es aproximadamente 1/10 de la de Pu-238. [1] [2]

El calor de descomposición es la razón por la cual Pu-238 se usa en RTG en su lugar [3].

Notas al pie

[1] Vida media de fisión espontánea de $ {\ mathrm {Pu}} ^ {240} $

[2] La vida media de fisión espontánea de 238Pu

[3] Generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG)