Sedam promila

Neutron koji izleti iz fisije putuje otprilike dvadeset tisuća kilometara u sekundi. Neutron koji najlakše cijepa uranij-235 putuje dva kilometra u sekundi. Razlika je gotovo deset tisuća puta, i sve što u raktorskoj jezgri stoji između dvije gorivne šipke postoji zato da se premosti.

Barn

Koliko sporost pomaže mjeri se u barnima. Barn je jedinica površine, 10⁻²⁴ kvadratnih centimetara, i opisuje koliku metu jezgra predstavlja neutronu određene energije. Za uranij-235 ta meta ovisi o tome koliko neutron žuri. Brzom neutronu od milijun elektronvolta nudi nešto više od jednog barna. Termalnom neutronu nudi pet stotina osamdeset i pet. Jezgra je ista, neutron je isti, razlika je samo u brzini, a vjerojatnost pogotka naraste gotovo petsto puta.

Dvadeset sudara

Usporava se sudarima. Neutron nema naboj i ne može se skrenuti poljem; jedini način da izgubi energiju je da udari u jezgru i odbije se. Koliko izgubi ovisi o tome u što je udario. Vodikova jezgra je gotovo iste mase kao neutron pa mu u jednom sudaru može uzeti gotovo sve; ugljikova je dvanaest puta teža i uzima puno manje. Zato je od dva megaelektronvolta do termalne energije potrebno oko dvadeset sudara u običnoj vodi, tridesetak u teškoj i stotinjak i nešto u grafitu. Niže se ne ide: na 0,025 eV neutron je u toplinskoj ravnoteži s materijalom kroz koji putuje i odatle nadalje samo prati njegovu temperaturu.

Put nije prazan. Negdje na sredini spuštanja uranij-238 ima uske energetske pojaseve u kojima neutrone apsorbira bez fisije. Zato gorivo stoji u odvojenim šipkama umjesto da bude izmiješano s moderatorom: neutron koji usporava u vodi između šipaka prođe kroz te pojaseve prije nego se vrati u gorivo. Raspored jezgre nije stvar pakiranja nego posljedica jednog uskog energetskog pojasa.

Tri riječi, ne dvije

Nazivlje ovdje radi razliku koja se lako previdi. Fisibilan je materijal koji se može pobuditi na fisiju neutronom, svejedno niske ili visoke energije. Fisilan je uži pojam: materijal koji se cijepa već sporim, termalnim neutronom, bez energetskog praga. Plodan je nešto treće: materijal koji se sam ne cijepa korisno, ali pod neutronom prelazi u fisilni.

U-235 je fisilan. U-238 je fisibilan, ali ne i fisilan; njega treba pogoditi brzim neutronom iznad otprilike jednog megaelektronvolta. Takvih u termalnom reaktoru ima dovoljno da U-238 doprinese s nekoliko postotaka snage, ali daleko premalo da bi lančana reakcija stajala na njemu. U-238 je ujedno i plodan, kao i torij-232: prvi pod neutronom prelazi u plutonij-239, drugi u uranij-233. Torija u kori ima tri do četiri puta više nego uranija, i cijeli je plodan. Nijedna zemlja ne pogoni flotu na njemu, a jedna na tome radi šezdeset godina.

U-235 nije jedini fisilni izotop. Plutonij-239 i plutonij-241 cijepaju se jednako lako, uranij-233 isto. Razlika je u porijeklu: U-235 je jedini koji priroda nudi gotovog, ostale treba prvo proizvesti iz plodnog materijala.

The Workaround

Moderator nije u reaktoru zato što su spori neutroni bolji. Tu je zato što je gorivo razrijeđeno.

U jezgri s pet posto U-235 na svaki atom koji se cijepa dolazi devetnaest onih koji se ne cijepaju. Spori neutron tu manjinu čini petsto puta većom metom, i to je jedino što reakciju drži na životu. Nabiješ li fisilnog materijala dovoljno, moderator ne treba: brzi reaktor radi bez ijednog grama grafita ili teške vode.

Stotine tona grafita, pogoni za tešku vodu, dvadeset sudara umjesto nijednog. Sve to nadoknađuje ono što u prirodnom uraniju čini sedam tisućinki.

Zbijenog i bogatog goriva danas ima u dva reaktora na svijetu. Sve ostalo usporava.

Priroda nudi jedan fisilni izotop i razrjeđuje ga sto četrdeset puta.