Оръжеен плутоний: приложение, производство, изхвърляне

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Човечеството винаги е било в търсене на нови източници на енергия, които могат да решат много проблеми. Те обаче не винаги са безопасни. Така че, по-специално, ядрените реактори, широко използвани днес, въпреки че са способни да генерират просто колосално количество такава електрическа енергия, от която всеки се нуждае, все още носят смъртна опасност. Но освен използването на ядрената енергия за мирни цели, някои страни от нашата планета са се научили да я използват в армията, особено за създаване на ядрени бойни глави. Тази статия ще обсъди основата на такова разрушително оръжие, чието име е оръжеен плутоний.

Бърза справка

Тази компактна форма на метала съдържа най-малко 93,5% от изотопа 239Pu. Оръжейният плутоний е наречен така, за да се разграничи от неговия „брат на реактора“. По принцип плутоният винаги се образува в абсолютно всеки ядрен реактор, който от своя страна работи с нискообогатен или естествен уран, който съдържа в по-голямата си част изотопа 238U.

Военни приложения

Оръжеен плутоний 239Pu е основата на ядрените оръжия. В същото време използването на изотопи с масови числа 240 и 242 е без значение, тъй като те създават многовисок фон на неутрони, което в крайна сметка затруднява създаването и проектирането на високоефективни ядрени боеприпаси. Освен това плутониевите изотопи 240Pu и 241Pu имат много по-кратък период на полуразпад от 239Pu, така че части от плутоний стават много горещи. Именно във връзка с това инженерите са принудени да добавят допълнителни елементи към ядреното оръжие, за да отстранят излишната топлина. Между другото, чистият 239Pu е по-топъл от човешкото тяло. Също така е невъзможно да не се вземе предвид фактът, че продуктите от разпада на тежките изотопи подлагат металната кристална решетка на вредни промени и това съвсем естествено променя конфигурацията на плутониеви части, което в крайна сметка може да доведе до пълна повреда на ядрено взривно устройство.

Като цяло всички тези трудности могат да бъдат преодолени. И на практика взривните устройства на базата на "реакторен" плутоний вече са били многократно тествани. Но трябва да се разбере, че в ядрените боеприпаси тяхната компактност, ниско собствено тегло, издръжливост и надеждност са далеч от последната позиция. В това отношение те използват изключително оръжеен плутоний.

Дизайн характеристики на индустриални реактори

Практически целият плутоний в Русия е произведен в реактори, оборудвани с графитен модератор. Всеки от реакторите е изграден около цилиндрични графитни блокове.

Когато са сглобени, графитните блокове имат специални прорези между тях, за да осигурят непрекъсната циркулация на охлаждащата течност, коятосе използва азот. В сглобената конструкция има и вертикално разположени канали, създадени за преминаване на водно охлаждане и гориво през тях. Самият монтаж се поддържа неподвижно от конструкция с дупки под каналите, използвани за транспортиране на вече облъченото гориво. Освен това всеки от каналите е разположен в тънкостенна тръба, отлята от лека и изключително здрава алуминиева сплав. Повечето от описаните канали имат 70 горивни пръта. Охлаждащата вода протича директно около горивните пръти, като отстранява излишната топлина от тях.

Увеличаване на капацитета на производствените реактори

Първоначално първият реактор Маяк работеше с мощност от 100 топлинни MW. Главният ръководител на съветската програма за ядрени оръжия Игор Курчатов обаче предложи реакторът да работи при 170-190 MW през зимата и 140-150 MW през лятото. Този подход позволи на реактора да произвежда почти 140 грама ценен плутоний на ден.

През 1952 г. е извършена пълноценна изследователска работа с цел увеличаване на производствения капацитет на работещите реактори по следните методи:

• Чрез увеличаване на потока на водата, използвана за охлаждане и преминаваща през активните зони на ядрена инсталация.
• Чрез увеличаване на устойчивостта на явлението корозия, възникващо в близост до обшивката на канала.
• Намаляване на скоростта на окисляване на графита.
• Повишаване на температурата вътре в горивните клетки.

В резултат на това пропускателната способност на циркулиращата вода се е увеличила значително след увеличаване на пролуката между горивото и стените на канала. Успяхме да се отървем и от корозия. За да направим това, избрахме най-подходящите алуминиеви сплави и започнахме активно да добавяме натриев бихромат, което в крайна сметка увеличи мекотата на охлаждащата вода (рН стана около 6,0-6,2). Окисляването на графита престана да бъде спешен проблем, след като азотът беше използван за охлаждането му (преди това се използваше само въздух).

С наближаването на 50-те години на миналия век иновациите бяха напълно приложени на практика, намалявайки крайно ненужното балониране на урана, причинено от радиация, значително намалявайки топлинното втвърдяване на урановите пръти, подобрявайки устойчивостта на облицовката и подобрявайки контрола на качеството на производството.

Производство в Mayak

"Челябинск-65" е една от онези много секретни фабрики, където е създаден оръжеен плутоний. В предприятието имаше няколко реактора, ще опознаем всеки от тях по-добре.

Реактор A

Уредът е проектиран и построен под ръководството на легендарния Н. А. Доллежал. Тя работеше с мощност 100 MW. Реакторът имаше 1149 вертикално разположени канала за управление и гориво в графитен блок. Общата маса на конструкцията е около 1050 тона. Почти всички канали (с изключение на 25) бяха натоварени с уран, чиято обща маса беше 120-130 тона. Използвани са 17 канала за контролни пръти и 8 запровеждане на експерименти. Максималното проектно отделяне на топлина от горивната клетка е 3,45 kW. Първоначално реакторът произвежда около 100 грама плутоний на ден. Металният плутоний е произведен за първи път на 16 април 1949 г.

Технологични недостатъци

Доста сериозни проблеми бяха идентифицирани почти веднага, които се състояха в корозия на алуминиевите облицовки и покритията на горивните клетки. Урановите пръти също набъбнаха и се счупиха, а охлаждащата вода изтече директно в активната зона на реактора. След всяко изтичане реакторът трябваше да бъде спрян за до 10 часа, за да се изсуши графитът с въздух. През януари 1949 г. каналите са сменени. След това стартирането на инсталацията става на 26 март 1949 г.

Оръжеен плутоний, чието производство в реактор А беше придружено от всякакви трудности, беше произведен в периода 1950-1954 г. със средна единична мощност от 180 MW. Последващата експлоатация на реактора започна да се съпътства от по-интензивното му използване, което съвсем естествено доведе до по-чести спирания (до 165 пъти месечно). В резултат на това през октомври 1963 г. реакторът е спрян и възобновява работата си едва през пролетта на 1964 г. Той завърши кампанията си през 1987 г. и произведе 4,6 тона плутоний за целия период от много години на експлоатация.

AB реактори

Беше решено да се построят три АВ реактора в предприятието Челябинск-65 през есента на 1948 г. Техният производствен капацитет е бил 200-250 грама плутоний на ден. Главен проектант на проекта е А. Савин. Всеки реактор имаше 1996 канала, 65 от които бяха контролни. В инсталациите е използвана техническа новост - всеки канал е оборудван със специален детектор за теч на охлаждаща течност. Подобен ход направи възможно смяната на облицовките, без да се спира работата на самия реактор.

Първата година на работа на реакторите показа, че те произвеждат около 260 грама плутоний на ден. Въпреки това от втората година на експлоатация капацитетът постепенно се увеличава и вече през 1963 г. цифрата му е 600 MW. След втория основен ремонт проблемът с лайнерите беше напълно решен и мощността вече беше 1200 MW с годишно производство на плутоний от 270 килограма. Тези показатели останаха до пълното затваряне на реакторите.

AI-IR реактор

Предприятието в Челябинск използва тази инсталация от 22 декември 1951 г. до 25 май 1987 г. Освен уран, реакторът произвежда още кобалт-60 и полоний-210. Първоначално обектът произвежда тритий, но по-късно започва да получава плутоний.

Също така, заводът за преработка на оръжеен плутоний имаше в действие тежководни реактори и единствения реактор с лека вода (името му е Руслан).

Сибирски гигант

"Томск-7" - това е името на централата, в която се помещават пет реактора за производство на плутоний. Всеки от модулите използва графит за забавяне на неутроните и обикновена вода за осигуряване на правилно охлаждане.

Реактор I-1 работи със систематаохлаждане, при което водата е преминала еднократно. Останалите четири блока обаче бяха снабдени със затворени първични вериги, оборудвани с топлообменници. Този дизайн направи възможно допълнително генериране на пара, което от своя страна спомогна за производството на електричество и отопление на различни жилищни помещения.

"Томск-7" също имаше реактор, наречен EI-2, който от своя страна имаше двойно предназначение: произвежда плутоний и генерира 100 MW електроенергия от генерираната пара, както и 200 MW топлинна енергия енергия.

Важна информация

Според учените, полуживотът на оръжейния плутоний е около 24 360 години. Огромен брой! В тази връзка въпросът става особено остър: „Как правилно да се справяме с производствените отпадъци на този елемент?“Най-оптималният вариант е изграждането на специални предприятия за последваща преработка на оръжеен плутоний. Това се обяснява с факта, че в този случай елементът вече не може да се използва за военни цели и ще бъде контролиран от лице. Ето как оръжейният плутоний се обезврежда в Русия, но Съединените американски щати поеха по различен път, нарушавайки по този начин международните си задължения.

По този начин правителството на САЩ предлага да се унищожи силно обогатено ядрено гориво не по индустриален начин, а чрез разреждане на плутоний и съхраняването му в специални контейнери на дълбочина от 500 метра. От само себе си се разбира, че в този случай материалът може лесно да бъдеизвадете го от земята и го пуснете отново за военни цели. Според руския президент Владимир Путин първоначално страните са се договорили да унищожават плутония не по този метод, а да извършват обезвреждане в промишлени съоръжения.

Цената на оръжейния плутоний заслужава специално внимание. Според експерти десетки тонове от този елемент може да струват няколко милиарда щатски долара. А някои експерти дори оценяват 500 тона оръжеен плутоний на 8 трилиона долара. Сумата е наистина впечатляваща. За да стане по-ясно колко пари са това, да кажем, че през последните десет години на 20-ти век средният годишен БВП на Русия е бил 400 милиарда долара. Това всъщност означава, че реалната цена на оръжейния плутоний беше равна на двадесет годишен БВП на Руската федерация.