Реакторний плутоній (, RGPu)The categorisation of nuclear material in the context of integrated safeguardsPlutonium Utilization in several MSR Designs. 2016 – це ізотопний вид плутонію, який міститься у відпрацьованому ядерному паливі після згоряння основного палива урану-235, що використовується в ядерному реакторі. Уран-238, з якого більшість ізотопів плутонію утворюються шляхом нейтронного захоплення, міститься разом з U-235 у низькозбагаченому урановому паливі цивільних реакторів.
На відміну від низького вигорання, яке зазвичай триває тижні або місяці, що є необхідним для виробництва плутонію збройового класу (WGPu/239Pu), тривалий час перебування в реакторі, який виробляє плутоній реакторного класу, призводить до трансмутації значної частини ділиться ізотопу 239Pu з відносно довгим періодом напіврозпаду в ряд інших ізотопів плутонію, які є менш ділими або більш радіоактивними.
Коли поглинає нейтрон, він не завжди зазнає ядерного поділу. Іноді поглинання нейтронів натомість утворює за нейтронних температур та паливних складів, що присутні в типових легководних реакторах, з концентрацією Вміст неухильно зростає з тривалішим опроміненням, утворюючи з часом все нижчий і нижчий сорт плутонію.
Реактори на теплових нейтронах другого покоління (найчисленніші на сьогодні атомні електростанції) можуть повторно використовувати плутоній реакторного класу лише обмежено як МОХ-паливо та лише протягом другого циклу. Реактори на швидких нейтронах, яких сьогодні працює кілька, а півдюжини будуються, можуть використовувати плутонієве паливо реакторного класу як засіб зменшення вмісту трансурану у відпрацьованому ядерному паливі/ядерних відходах.
Росія також розробила новий тип ядерного палива REMIX, у якому плутоній реакторного класу з концентрацією 1 % або менше безпосередньо переробляється у свіже або повторно збагачене уранове паливо, відтворюючи приблизно 1-відсотковий вміст плутонію, характерний для палива з високим ступенем вигоряння.
Класифікація за ізотопним складом <1976 >1976 <7% Рівень зброї 7-19% Реакторний клас Марка палива >19% Реакторний клас На початку промислового виробництва плутонію-239 у виробничих реакторах воєнної епохи спочатку спостерігалося слідове забруднення або спільне виробництво з плутонієм-240, і ці слідові кількості призвели до відмови від конструкції зброї «Thin Man» (Тонка Людина) як непрацездатної. Різниця в чистоті, її кількості, продовжує бути важливою для оцінки значущості в контексті розповсюдження ядерної зброї та її придатності для використання.
Визначення плутонію реакторного класу, дане Міністерством енергетики США, змінилося в 1976 році. До цього офіційно визнавалися три категорії. Зміна визначення плутонію реакторного класу (від матеріалу з вмістом ізотопу Pu-240 понад 7%, до 1976 року, до матеріалу, що містить 19% або більше Pu-240) збіглася з оприлюдненням у 1977 році інформації про «ядерне випробування плутонію реакторного класу», проведене у 1962 році. Питання про те, яке саме визначення або класифікація плутонію застосовувалися до матеріалу, використаного під час цього випробування, офіційно не розкривається.
Суперзбройовий клас, менше 3% Pu-240; Збройовий клас, менше 7% Pu-240; Реакторний клас, 7% або більше Pu-240;
З 1976 року було визнано чотири ступені:
Суперзбройовий клас, менше 3% Pu-240; Збройовий клас, менше 7% Pu-240; Паливний клас, від 7% до 19% Pu-240; Реакторний клас, понад 19% Pu-240.
Переробка або рециркуляція відпрацьованого палива з найпоширенішого класу реакторів цивільного призначення для виробництва електроенергії або енергетики, реактор на легкій воді (прикладами є PWR або BWR), дозволяє витягти плутоній реакторного класу (як визначено з 1976 року), а не паливного класуhttp://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Categorization of Used Nuclear Fuel Inventory in Support of a Comprehensive National Nuclear Fuel Cycle Strategy. page 34 figure 20. Discharge isotopic composition of a WE 17×17 assembly with initial enrichment of 4.5 wt % that has accumulated 45 GWd/tU burnup/.
Фізичний склад ізотопів плутонію реакторного класу робить його надзвичайно складним для обробки та виготовлення виробів, що пояснює його непридатність як матеріалу для створення ядерної зброї, на відміну від плутонію збройового класу, з яким можна працювати відносно безпечно, використовуючи товсті захисні рукавички.
Для виробництва плутонію збройового класу уранове ядерне паливо повинно перебувати в активній зоні реактора не більше кількох тижнів, перш ніж його буде видалено, що забезпечить низьке вигоряння палива. Щоб це було здійснено в реакторі з водою під тиском – найпоширенішій конструкції реактора для виробництва електроенергії – реактор повинен передчасно досягти холодної зупинки після нещодавньої заправки паливом, а це означає, що реактору потрібно буде охолодити тепло розпаду, а потім скинути тиск у корпусі реактора, а потім видалити паливо з паливних стрижнів. Якби така операція була проведена, її було б легко виявити і вона вимагала б надзвичайно дорогих модифікацій реактора.
Одним із прикладів того, як цей процес можна виявити в реакторах PWR, є те, що протягом цих періодів відбуватиметься значний час простою, тобто тривалі проміжки часу, коли реактор не виробляє електроенергію в мережу. З іншого боку, сучасне визначення плутонію "реакторного класу" виробляється лише тоді, коли реактор працює з високим вигоранням і, отже, виробляє високий коефіцієнт виробництва електроенергії.
За даними Управління енергетичної інформації США, у 2009 році коефіцієнт виробництва потужності атомних електростанцій США був вищим, ніж у всіх інших форм виробництва енергії, причому ядерні реактори виробляли електроенергію приблизно 90,3% часу, а вугільні теплові електростанції - 63,8%, причому часи простою були пов'язані з простим плановим обслуговуванням та перезаправкою паливаElectric Power Annual 2009 Table 5.2 April 2011.
Ступінь, до якої типовий плутоній реакторного класу, що виробляється з високим рівнем вигорання в реакторах II покоління, є менш корисним, ніж плутоній збройового класу для створення ядерної зброї, є предметом дебатів, причому багато джерел стверджують, що максимальний ймовірний теоретичний вихід буде на межі шиплячого вибуху потужністю від 0,1 до 2 кілотонн у пристрої типу "Товстун". Як показують розрахунки, енергетичний вихід ядерної вибухівки зменшується на один і два порядки величини, якщо вміст 240Pu збільшується з 5% (майже збройовий плутоній) до 15% (2 кт) та 25% (0,2 кт) відповідно. Ці розрахунки є теоретичними та припускають, що нетривіальну проблему утворення тепла від вищого вмісту Pu-238, який не використовується у збройових цілях, можна подолати. Оскільки передчасне ініціювання внаслідок спонтанного поділу Pu-240 забезпечило б низьку вибухову потужність у такому пристрої, подолання обох проблем під час будівництва імпровізованого ядерного пристрою описується як таке, що створює «лякаючі» перешкоди для конструкції імплозійного типу ери Товстуна, а можливість досягнення терористами такої низької вибухової потужності розглядається як «перебільшене» побоювання з урахуванням існуючих запобіжних заходівhttp://www.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.html American Physical Society Bombs, Reprocessing, and Reactor Grade Plutonium Gerald E. Marsh and George S. StanfordNUCLEAR WEAPONS PROLIFERATION: Outspoken Opponents of Plutonium Demilitarization Delays and Missteps in Nuclear Demilitarization: Part 4. Alexander DeVolpi, physicist (retired, Argonne National Laboratory); formerly manager of nuclear diagnostics and technical manager of arms control and nonproliferation program; author of Proliferation, Plutonium and Policy.http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/chapter13.html#1 Cohen. Chapter 13—THE NUCLEAR ENERGY OPTION next=> PLUTONIUM AND BOMBS.
Інші не погоджуються з теоретичними міркуваннями та стверджують, що хоча вони не підходять для накопичення запасів або розміщення на ракеті протягом тривалого часу, можна досягти надійно високого рівня вибухонебезпечностіInternational Panel on Fissile Materials, Global Fissile Material Report 2011: Nuclear Weapon and Fissile Material Stockpiles and Production (see Appendix 1), retrieved on October 1, 2012.https://fas.org/rlg/980826-pu.htm Richard Lawrence Garwin, Senior Fellow for Science and Technology, Council on Foreign Relations, New York, Draft of August 26, 1998Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium, J. Carson Mark, Frank Von Hippel, Edward Lyman. Science and Global Security, 2009 DOI: 10.1080/08929880903368690Victor Gilinsky, Marvin Miller and Harmon Hubbard, “A Fresh Examination of the Proliferation Dangers of Light Water Reactors,” The Nonproliferation Policy Education Center pg 40, стверджуючи, що добре фінансованій організації з доступом до тритію, що стимулює синтез, та досвідом було б «відносно легко» подолати проблему переддетонації, спричинену наявністю Pu-240, і що для складання високорадіоактивних компонентів бомби, що випромінюють гамма-промені, можна було б використовувати дистанційний маніпулятор, у поєднанні із засобами охолодження шахти зброї під час зберігання, щоб запобігти плавленню плутонієвого заряду, що міститься в шахті, та конструкцією, яка запобігала б деградації механізмів імплозії ( бризантної вибухівки) під впливом тепла шахти.
Однак навіть з урахуванням усіх цих основних конструктивних особливостей первинний вузол термоядерного заряду, виготовлений із плутонію реакторного класу, однаково не спрацює, якщо енерговиділення від подільного компонента первинного ступеня не перевищить 0,2 кілотонни — мінімальний рівень, необхідний для ініціювання термоядерного горіння. Імовірність того, що подільний пристрій не досягне цього порогового рівня потужності, зростає зі збільшенням ступеня вигоряння ядерного палива.
Жодна інформація, доступна у відкритому доступі, не свідчить про те, що якась добре фінансована організація коли-небудь серйозно прагнула створити ядерну зброю з ізотопним складом, подібним до сучасного плутонію реакторного класу з високим ступенем вигорання. Усі держави, що володіють ядерною зброєю, обрали більш традиційний шлях до ядерної зброї шляхом збагачення урану або виробництва плутонію з низьким ступенем вигорання, «паливного класу» та збройового класу, у реакторах, здатних працювати як виробничі реактори, при цьому ізотопний склад плутонію реакторного класу, створеного найпоширенішою конструкцією комерційного енергетичного реактора, реактором з водою під тиском, ніколи безпосередньо не розглядався для використання в зброїStates have been willing to make large investments in some cases to acquire weapon-grade rather than reactor-grade plutonium: the United States, for example, in the 1980s, considered spending billions of dollars on the Special Isotope Separation facility to enrich reactor-grade plutonium to weapon-grade.Virtual instruments -- A Los Alamos experiment.Molecular laser isotope separation (MLIS) process in a gaseous plutonium hexafluoride .
Станом на квітень 2012 року тридцять одна країна мала цивільні атомні електростанції, дев'ять з яких мали ядерну зброю, і майже кожна держава, що володіє ядерною зброєю, почала спочатку виробляти зброю, а не комерційні атомні електростанції. Перепрофілювання цивільної ядерної промисловості на військові цілі було б порушенням Договору про нерозповсюдження ядерної зброї.
Оскільки конструкції ядерних реакторів бувають різноманітними та іноді з часом удосконалюються, ізотопне співвідношення того, що вважається «плутонієвим реакторним класом», в одній конструкції може суттєво відрізнятися від іншої. Наприклад, британський реактор Magnox, конструкція газового реактора (GCR) першого покоління, рідко може забезпечити вигоряння палива більше 2-5 ГВт/тU.