Burnup
Nella fisica dei reattori nucleari, il burnup o bruciamento è l'energia prodotta da un certo numero di atomi di combustibile che hanno subito fissione in una unità di combustibile nucleare, e che quindi hanno generato energia principalmente sotto forma di calore. L'unità di misura è infatti stabilita in megawatt-giorno per tonnellata metrica di uranio (o suo equivalente), che espresso in simboli è MWd/MTU, si può anche usare per semplicità il gigawatt-giorno, diventando quindi l'unità di misura, espressa come GWd/MTU, e tenendo presente che 24GWh=1GWd.
Ad esempio, considerando una tonnellata di uranio immessa in un reattore nucleare, se allo scaricamento avrà prodotto 240GWh di energia (che poi verrà trasformata in più o meno elettricità in funzione del rendimento dell'impianto), avrà un burnup di 10GWd/MTU . Da questa misura di può risalire al numero di atomi fissionati, considerando che una fissione di un nucleo di uranio produce all'incirca 200MeV di energia (o equivalentemente 1 g di U235 completamente fissionato produce circa 1 MWd).
I reattori LWR di I generazione avevano dei burnup fino a circa 30GWd, quelli attualmente in funzione di II sono sui 45GWd, mentre i reattori attuali di III Generazione hanno burnup che vanno dai 60 ai 70GWd. Considerando però reattori autofertilizzanti che possono trasformare tutto l'uranio in combustibile per reattori, si ha quindi una produzione di energia che arriva a circa 1000GWd.
In una centrale nucleare un alto burnup comporta diverse conseguenze, infatti nei reattori PWR e BWR, tutto l'impianto deve essere fermato per la ricarica del combustibile, quindi un alto burnup diminuisce il numero di fermate dell'impianto e permette di aumentare il fattore di carico della centrale, attualmente a circa il 90% (92% negli USA e 93% in Finlandia). Si riduce, quindi, anche il numero di elementi di combustibile da riprocessare o altrimenti da smaltire come scorie in un dato lasso di tempo, ma aumenta di contro la presenza di prodotti di fissione, plutonio ed attinidi per ciascun elemento di combustibile estratto, rendendo più radiotossiche le scorie e dunque più difficile il trattamento e/o lo stoccaggio. A parità di energia prodotta valori differenti di burnup non cambiano, però, la quantità totale di prodotti di fissione generati, visto che l'energia è direttamente proporzionale al numero di fissioni avvenute.
Come ultimo vantaggio all'aumentare del burnup vi è una minore possibilità di proliferazione nucleare, visto che il plutonio prodotto nel reattore è in gran parte consumato già durante il funzionamento (circa 1/3 negli attuali LWR e circa la metà nei CANDU), e quello che esce è troppo ricco dell'isotopo Pu240 (che tende a fissionarsi spontaneamente prima di raggiungere la massa critica, e deve essere in quantità inferiore all'8%) e successivi per essere usato direttamente come ordigno nucleare. Reattori utilizzati per produrre plutonio per le bombe hanno, infatti, bassissimi burnup (circa 100MWd) per non consentire al Pu239 direttamente prodotto dalla cattura neutronica da parte dell'U238 di catturare altri neutroni e trasformarsi negli isotopi del plutonio più pesanti. Il plutonio uscente da un reattore commerciale è molto meno "puro", ad esempio, da un PWR con 53GWd di burnup, è composto dal 50.3% di Pu239 ed il 24.1% di Pu240, rendendolo quindi non usabile per ordigni nucleari[1].
