Influência do vetor isotópico do plutônio na distribuição de temperatura no interior de um hipotético explosivo visando à análise para a não proliferação nuclear

Abstract

Este trabalho estuda a influência do vetor isotópico do plutônio na distribuição de temperatura no interior de hipotéticos explosivos nucleares do tipo implosão. O objetivo principal é determinar a distribuição de temperatura devido ao calor gerado pelo decaimento alfa dos diversos isótopos do plutônio utilizado no explosivo, bem como fazer uma análise da influência das temperaturas geradas nos outros componentes do explosivo, particularmente no alto-explosivo químico usado para a implosão da massa físsil e cuja temperatura de fusão não pode ser ultrapassada. Duas composições isotópicas típicas são consideradas: uma, característica do plutônio usado em explosivos nucleares (weapon-grade plutonium), com alta porcentagem do isótopo Pu239, e outras, características do plutônio produzido em reatores nucleares de potência (reactor-grade plutonium), com altas porcentagens dos isótopos pares Pu238 e Pu240, os quais contribuem mais significativamente para a geração de calor devido ao decaimento alfa. Neste intuito, primeiramente serão definidas configurações de hipotéticos explosivos nucleares, consistindo basicamente de uma massa físsil (plutônio), de uma cobertura ou refletor de nêutrons (urânio-natural ou Berílio) e de um alto-explosivo químico (Composto B ou PBX-9404), respeitando-se a condição de que os hipotéticos explosivos nucleares sejam inicialmente subcríticos nas suas configurações pré-montagem supercrítica. Os cálculos de criticalidade serão realizados pelo código de transporte ANISN e usando-se as seções de choque de Hansen-Roach, a 16 grupos de energia. Uma vez definidas as configurações dos hipotéticos explosivos nucleares, foi feita a análise térmica por meio de um programa de computador, desenvolvido nesta dissertação, em linguagem FORTRAN, o qual soluciona numericamente a equação estática de condutividade térmica considerando simetria esférica e, como condições de contorno, a convecção natural e a emissão de radiação térmica. Com os resultados obtidos, foram feitas considerações sobre a possibilidade de fabricação de explosivos nucleares usando o plutônio proveniente de reatores nucleares de potência, portanto com altas porcentagens de isótopos pares, os quais geram mais altas quantidades de calor e, portanto, mais altas temperaturas no interior do explosivo nuclear, podendo inviabilizar completamente a fabricação do mesmo. Tal análise, evidentemente, tem implicações e grande importância nas discussões gerais sobre o uso da energia nuclear e o problema associado da proliferação de armas nucleares.