La pregunta describe un sistema de reproducción impulsado por el acelerador con un material objetivo fértil que inicialmente es subcrítico. A medida que se capturan neutrones en este material, crece un producto fisible. La pregunta se refiere a si el objetivo podría alcanzar la criticidad nuclear y, de ser así, cuándo.
Las respuestas no son obvias y dependen mucho de la naturaleza del conjunto de destino. Ciertamente es posible diseñar un ensamblaje objetivo que se volverá crítico si se le dan suficientes neutrones principalmente para superar la tasa de descomposición radiactiva del producto fisible y la reactividad negativa de la descomposición acumulada y los productos de fisión. Esa es una barra bastante baja, pero no es difícil imaginar situaciones en las que no podríamos cumplirla. Por ejemplo, tome la fuente de neutrones de 8E + 10 n / s como lo especifica el problema y permita que estos neutrones entren en una pequeña pieza altamente áspera de uranio natural o empobrecido. Con la multiplicación subcrítica M = 1 / (1-k_eff) esencialmente en la unidad, el principio de continuidad pone una barra superior en una tasa de producción de 8E + 10 núcleos fisibles producidos por segundo (obviamente, esto es demasiado optimista dado que los neutrones también se pierden por fugas, reacciones competitivas, etc.). El producto, Pu-239, por lo tanto, tiene una actividad limitante de 8E + 10 Bq, o alrededor de 35 gramos, lo que no es suficiente para hacer un ensamblaje crítico incluso por purificación y reordenamiento físico. Bajo el supuesto de M = ~ 1, es sencillo calcular cuánto tiempo tomaría acercarse arbitrariamente a la actividad limitante, ¡y es suficiente decir que este aficionado no será feliz! En general, un reactor reproductor impulsado por un acelerador diseñado específicamente comenzaría con una carga fértil y fisionable que da un generoso impulso de multiplicación subcrítica a la población de neutrones disponible desde la fuente. La intensidad de la fuente dicta qué tan cerca de crítico debe ser el objetivo inicial para lograr la criticidad en algún momento posterior. En principio, un ensamblador de reproductores subcríticos podría tener un comportamiento interesante por el cual sería incapaz de alcanzar la criticidad cuando es impulsado por una fuente de neutrones sostenida, pero si la fuente de neutrones se eliminara por un momento en un momento determinado, podría volverse momentáneamente crítico. Esto refleja el hecho de que la reproducción se realiza a través de nucleidos intermedios que pueden sufrir la eliminación neutrónica por sí mismos.
Entonces, en resumen: esto tendría que ser modelado, y las respuestas sobre el si y cuándo de la criticidad dependerán en gran medida del diseño del conjunto objetivo. Es posible lograr la criticidad en un sistema de destino diseñado adecuadamente. Si el material en el objetivo puede eliminarse, tratarse y reorganizarse de forma continua o periódica, existen más oportunidades para lograr la criticidad con los productos. Una fuente de 1E + 09 n / s es bastante débil, y los únicos enfoques prácticos y razonables involucrarán objetivos subcríticos fuertemente multiplicadores como puntos de partida. El aficionado también podría diseñar una pila crítica dado que el ensamblaje subcrítico necesario para el enfoque de mejoramiento impulsado por el acelerador será arbitrariamente similar en diseño en cuanto a materiales y construcción. De cualquier manera, el programa del aficionado seguramente se notará, salvo su “pitufo” extremadamente juicioso de los materiales moderadores requeridos y la extracción artesanal encubierta de los materiales fuente; y a menos que sea multimillonario, no sucederá. ¡Eso debería cortar cualquier naciente megalomanía de raíz!
