反應爐級鈽

反應爐級鈽是指在反應爐中經過若干年燃燒後由鈾-238經中子捕獲和兩次連續的β衰變生成的鈽-239，再被嬗變成其它鈽的同位素之後形成的混合物。

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23,5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }$

目前的核電站一般使用的熱中子反應爐只能在有限程度上使用反應爐級鈽，比如混合氧化物核燃料。這種燃料產生的乏燃料中的次錒系元素和含有偶數個中子的鈽同位素含量較高，因此使用一次後就只能作為核廢料處理。快中子反應爐現在還沒有商業化，但在理論上可以直接使用反應爐級鈽。

根據美國能源部的定義，反應爐級鈽主要由鈽-240的含量來決定。傳統上認爲，鈽-240含量越高，用於裂變核武器的可能性就越小。但是近年來，這種看法越來越受到苛責。雖然含大量鈽-240的鈽不能用作裂變武器，可是隨著技術進步，只要使用聚變增強，反應爐級鈽便可以用於熱核武器。^[1]比如在迄今爲止當量最大的沙皇炸彈裏面，包覆融合芯（tamper）採用的材料是鉛。如果使用貧化鈾或者反應爐級鈽，該彈的當量會進一步提高。^[2][3]

按同位素組成分類

鈽-240含量	<1976年	>1976年
<7%	武器級
7-19%	反應爐級	燃料級
>19%		反應爐級

輕水堆中各種核素占縂嬗變率的百分比。

1976年美國能源部對鈽的定義發生了改變。在1976年前祇有兩種分類：武器級鈽（鈽-240含量少於7%）和反應爐級鈽（鈽-240含量超過7%）。1976年之後，又增加了一個分類：燃料級鈽。武器級鈽的定義仍然不變。燃料級鈽的鈽-240含量在7-19%之間，而反應爐級鈽含有超過19%的鈽-240。根據這個定義，目前輕水堆或者沸水堆乏燃料再處理中得到的鈽均屬於反應爐級鈽，而不是燃料級鈽。厤史上，鈽的同位素組成分類對於控制核擴散曾非常重要。

使用"反應爐級"鈽的核試驗

1962年，美國在內華達試驗場進行了一次使用反應爐級鈽的地下核試驗，當量低於二萬噸TNT。^[4]1977年7月，卡特政府將部分關於該核試驗的文件解密，並以此作為禁止在美國進行乏燃料的核燃料再處理的依據。

據信這次核試驗的鈽來自英國。其同位素組成未知，外界僅知道這種燃料被稱為「反應爐級」。^[4]這些鈽有可能來自英國軍方的鎂諾克斯反應爐。據猜測，核試驗中的鈽-239的含量至少為85%，大大超出現今一般反應爐乏燃料中的鈽-239含量。^[5]

在反應爐中再次使用

快中子反應爐可以使用鈽做燃料，不論其同位素組成如何。1960年代，美國曾計劃提煉鈽，原因是有人猜測到隨著核電的發展，鈾的價格會攀升。爲了充分利用鈾，就必須快中子增殖反應爐。結果鈾的供應增加，電的需求量下降，快中子堆的商業化被推遲了。

第二代的熱中子反應爐（當今數量最多的核電站）只能在有限程度上使用反應爐級鈽，比如將它製成混合氧化物核燃料(MOX燃料)。鈽的同位素中，只有質量數為奇數的才能在吸收熱中子後裂變，質量數為偶數的鈽同位素會在反應爐中積累下來。鈽-240和鈾-238一樣是一種可增殖材料。鈽-240俘獲一個中子後變成鈽-241。但是鈽-242的中子俘獲截面低，還必須俘獲三個中子才能成爲可裂變核素。這些特質無疑都影響了鈽的廣範應用。

外部連結

• Reactor-Grade Plutonium Can be Used to Make Powerful and Reliable Nuclear Weapons（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, FAS, Richard Garwin, CFR, Congressional testimony, 1998

• Reactor-Grade and Weapons-Grade Plutonium in Nuclear Explosives（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Canadian Coalition for Nuclear Responsibility

• Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Amory B. Lovins, February 28, 1980, Nature, Vol. 283, No. 5750, pp. 817–823

• Garwin, Richard L. The Nuclear Fuel Cycle: Does Reprocessing Make Sense?. B. van der Zwaan (編). Nuclear energy. World Scientific. 1999-06-15: 144. ISBN 978-981-02-4011-0. But there is no doubt that the reactor-grade plutonium obtained from reprocessing LWR spent fuel can readily be used to make high-performance, high-reliability nuclear weaponry, as explained in the 1994 Committee on International Security and Arms Control (CISAC) publication.

• Additional Information Concerning Underground Nuclear Weapon Test of Reactor-Grade Plutonium（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

• Why You Can’t Build a Bomb From Spent Fuel

• Plutonium Isotopics - Non-Proliferation And Safeguards Issues（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）