Materiale fissile

In ingegneria nucleare un materiale fissile è un materiale che è in grado di sviluppare una reazione a catena di fissione nucleare.

Descrizione

Tutti i materiali fissili sono equamente in grado di sostenere una reazione a catena in cui dominano o i neutroni termici o i neutroni veloci. Cioè possono essere usati come carburante di:

un reattore nucleare con moderatore di neutroni
un reattore veloce, senza moderatore
un esplosivo nucleare

"Fissile" è da distinguere da "Fissionabile": si dice "Fissionabile" di tutti quei materiali con atomi che possono essere posti in fissione mentre "Fissile" significa che sviluppa una reazione a catena con neutroni lenti. "Fissile" inoltre, è più restrittivo di "Fissionabile": sebbene tutti i materiali fissili siano fissionabili, non tutti i materiali fissionabili sono fissili. Alcune autorità spesso utilizzano il termine "fissionabile" per indicare solo materiali non fissili.

In particolare, l'uranio-238 è fissionabile ma non fissile. La rapida fissione dell'uranio-238 nel terzo stadio delle armi fissione - fusione - fissione contribuisce fortemente al loro rendimento e al loro potere distruttivo. La veloce fissione dell'uranio-238 genera anche un contributo importante per la potenza in uscita di alcuni reattori chiamati reattori a neutroni veloci. Comunque, l'uranio-238 non può realizzare la criticità da sé, quindi gli usi precedentemente descritti sono entrambi dipendenti dalla quantità di materiale fissile presente per sostenere la catena di reazioni.

I materiali fissili più importanti

Tutti questi sono usati con successo come combustibile nucleare. Anche il Plutonio-241 e il Nettunio-237 sono importanti elementi fissili, ma non sono usati direttamente come combustibile nucleare, bensì rimangono mischiati agli altri isotopi dopo il riprocessamento. Anche altri isotopi transuranici sono fissili, tutti questi hanno numero atomico pari e numero di massa dispari. Questi sono:

Curio-244^[1]
Americio-241

Per essere usato come combustibile per una reazione di fissione a catena, il materiale deve:

Essere nella regione della curva dell'energia di legame dove una catena di fissione è possibile (cioè sopra il radio)
Avere un'alta probabilità di fissione da cattura di neutroni
Rilasciare due o più neutroni in media per fissione
Avere una vita media ragionevolmente lunga
Essere disponibile in quantità adatte

I materiali fissili possono essere categorizzati [1]:

Classe fissile I: nessun controllo
Classe fissile II: limite sulla quantità di materiali trasportati
Classe fissile III: trasporti speciali sono necessari

Materiali fissili a basso arricchimento

I comuni materiali fissili ad alto arricchimento espongono al rischio di contaminazione il personale coinvolto e, in caso di incidente nucleare, le popolazioni che risiedono vicino alle centrali. Inoltre, possono essere utilizzati per sviluppare armi atomiche.

Presso il reattore di ricerca BR2 del Centro di Ricerca Nucleare belga sono in fase di studio materiali fissili a basso arricchimento come uranio-molibdeno (U-Mo) e siliciuro di uranio (U2Si3). I materiali devono essere irraggiati a 500 watt/cm² per periodi compresi tra 55 e 75 giorni, al fine di garantirne sicurezza e affidabilità.^[2]

Note

^ Copia archiviata, su packages.llnl.gov. URL consultato il 24 marzo 2007 (archiviato dall'url originale il 1º marzo 2007).
^ HDblog.it, L'UE punta su nuovi combustibili nucleari a basso arricchimento, su HDblog.it, 10 febbraio 2025. URL consultato il 14 febbraio 2025 (archiviato il 14 febbraio 2025).