Orožje plutonij: uporaba, proizvodnja, odstranjevanje

Človeštvo je vedno iskalo nove vire energije, ki lahko rešujejo številne težave. Vendar niso vedno varni. Torej, še posebej, danes se pogosto uporablja jedrski reaktorji čeprav lahko proizvedejo le ogromno količino takšne električne energije, ki jo vsakdo potrebuje, pa še vedno nosijo smrtno nevarnost. Toda, poleg tega uporaba jedrske energije v miroljubne namene so se nekatere države našega planeta naučile, da jo uporabljajo v vojski, zlasti za oblikovanje jedrskih bojnih glav. Ta članek bo obravnaval osnovo takšnega uničevalnega orožja, katerega ime je plutonij z orožjem.

Kratke informacije

V tej kompaktni obliki kovine, da vsebuje najmanj 93,5% 239Pu izotop. Orožje plutonija, je bil imenovan, tako da bi bilo mogoče razlikovati od "brata reaktorja." Načeloma je plutonij vedno oblikujejo v absolutno koli jedrskega reaktorja, ki v zameno, deluje na nizko obogatenega ali naravni uran, ki vsebuje, v večjem delu, izotopa 238U.

Vojaške aplikacije

Orožje plutonija 239Pu - osnova za izdelavo jedrskega orožja. V tem primeru je uporaba izotopov z množičnimi številkami 240 in 242, ni pomembno, saj proizvajajo zelo visoko nevtronov ozadje, ki v končni fazi ovira ustvarjanje in oblikovanje visoko zmogljivih jedrskega tovora. Poleg tega plutonija izotopi 240Pu in 241Pu so bistveno manjši razpolovna doba v primerjavi z 239Pu pa plutonij močno ogrevanih delov. To je v zvezi s tem v inženirjev jedrskega orožja, so prisiljeni, da dodate dodatne elemente za odstranjevanje odvečne toplote. Mimogrede, 239Pu čista toplejše telo. Eden ne more, ampak upoštevati dejstvo, da se izdelki razpad težkih izotopov izpostavljen škodljivih sprememb v kristalno mrežo kovine, in je povsem naravna preoblikuje dele plutonija, ki lahko na koncu povzročijo popoln izpad jedrske eksplozivne naprave.

Na splošno lahko odpravimo vse zgoraj navedene težave. V praksi so že večkrat že testirane eksplozivne naprave, ki temeljijo na "reaktorju" plutonija. Vendar je treba razumeti, da v jedrskem orožju, njihova kompaktnost, njihova majhna masa, trpežnost in zanesljivost niso zadnji. V zvezi s tem se v njih uporablja izključno orožni plutonij.

Konstrukcijske značilnosti proizvodnih reaktorjev

Praktično vsa plutonija v Rusiji je bila proizvedena v reaktorjih, opremljenih z grafitnim retarderjem. Vsak od reaktorjev je zgrajen okoli cilindrično sestavljenih blokov grafita.

V sestavljeni obliki imajo grafitni bloki posebne reže med njimi, da zagotovijo neprekinjeno kroženje hladilnika, ki za svoj vir uporablja dušik. V sestavljeni strukturi so narejeni tudi vertikalno razporejeni kanali, ki vodijo skozi vodno hlajenje in gorivo. Sama montaža je trdno oprijeta na konstrukcijo z luknjami pod kanalizacijo, ki se uporablja za oddajanje že obsevanega goriva. Vsak od kanalov je v tankoslojni cevi iz litega in izjemno močnega aluminijaste zlitine. Večina opisanih kanalov ima 70 gorivnih palic. Voda za hlajenje teče neposredno okoli gorivnih palic, s čimer odstranjuje presežne toplote.

Povečanje zmogljivosti proizvodnih reaktorjev

Na začetku je prvi reaktor "Mayak" upravljal s kapaciteto 100 toplotnih MW. Vendar pa je glavni direktor sovjetskega programa za razvoj jedrskega orožja Igor Kurchatov je predlagal, naj reaktor deluje pozimi s kapaciteto 170-190 MW, v poletnem času pa 140-150 MW. Ta pristop je reaktorju omogočil, da na dan proizvede skoraj 140 gramov dragocenega plutonija.

Leta 1952 so bile izvedene polnopravne znanstvene raziskave za povečanje proizvodne zmogljivosti obratovalnih reaktorjev s takšnimi metodami:

• S povečanjem pretoka vode, uporabljene za hlajenje in pretakanje skozi aktivne cone jedrske naprave.
• S povečanjem odpornosti na pojav korozije, ki se pojavlja v bližini linijskih kanalov.
• Zmanjšanje stopnje oksidacije grafita.
• Povečajte temperaturo v gorivnih celicah.

Zaradi tega se je pretok krožne vode znatno povečal, ko se je povečala razlika med gorivom in stenami kanala. Prav tako se je uspelo znebiti korozije. V ta namen smo izbrali najprimernejše aluminijeve zlitine in aktivno dodali natrijev dikromat, kar je na koncu povečalo mehkobo hladilne vode (pH je postal približno 6,0-6,2). Oksidacija grafita je postala resnična težava po uporabi dušika za hlajenje (pred tem je bil uporabljen samo zrak).

Na sončni zahod bilo 1950 inovacije celoti realiziran v praksi, s čimer se zmanjša oteklino-sevanja inducirano urana izredno nepotrebno, močno zmanjša termičnemu utrjevanju palice urana za izboljšanje odpornosti membrane in izboljšati kontrolo kakovosti proizvodnje.

Proizvodnja v Mayaku

"Chelyabinsk-65" je ena od tajnih tovarn, na katerih je potekalo izdelovanje plutonija z orožjem. V tovarni je bilo več reaktorjev, od katerih se bomo spoznali.

Reaktor A

Namestitev je bila zasnovana in izdelana pod vodstvom legendarnega NA Dollezhala. Deloval je s kapaciteto 100 MW. V grafitnem bloku je imel reaktor 1,149 navpično razporejenih krmilnih in gorivnih kanalov. Skupna masa konstrukcije je bila okoli 1050 ton. Skoraj vsi kanali (razen 25) so bili natovorjeni z uranom, katerih skupna masa je bila 120-130 ton. Za krmilne palice smo uporabili 17 kanalov in 8 za eksperimente. Največji indikator predvidenega toplotnega izpusta gorivne celice je 3,45 kW. Na začetku je reaktor proizvedel približno 100 gramov plutonija na dan. Prvi kovinski plutonij je bil prvič izdelan 16. aprila 1949.

Tehnološke pomanjkljivosti

Skoraj takoj so bile ugotovljene zelo resne težave, ki so bile sestavljene iz korozije aluminijastih oblog in prevlek gorivnih celic. Poleg tega so se uranove palice zvišale in poškodovale, hladilna voda pa je tekla neposredno v jedro reaktorja. Po vsakem uhajanju je treba reaktor ustaviti do 10 ur, da se suši grafit z zrakom. Januarja 1949 so linije nadomestili kanali. Po tem se je namestitev začela 26. marca 1949.

Orožni plutonij, katerega proizvodnjo v reaktorju A je spremljalo različne težave, je bil razvit v obdobju 1950-1954 s povprečno zmogljivostjo 180 MW. Nadaljnje delovanje reaktorja je začelo spremljati njena intenzivnejša uporaba, kar je seveda privedlo do pogostejših ustavitev (do 165-krat na mesec). Kot rezultat, oktobra 1963 je bil reaktor ustavljen in nadaljeval svoje delo le spomladi leta 1964. Leta 1987 je zaključil svojo kampanjo in za celotno obdobje več let delovanja proizvedel 4,6 ton plutonija.

Reaktorji AB

V tovarni Chelyabinsk-65 so bili trije reaktorji AB sklenjeni zgrajeni jeseni leta 1948. Njihova proizvodna zmogljivost je bila 200-250 gramov plutonija na dan. Glavni oblikovalec projekta je bil A. Savin. Vsak reaktor je prešteval kanale iz leta 1996, 65 jih je bilo kontroliranih. V napravah je bila uporabljena tehnična novost - vsak kanal je bil opremljen s posebnim detektorjem za puščanje hladilne tekočine. Ta poteza je omogočila zamenjavo oblog, ne da bi končala delovanje reaktorja.

Prvo leto delovanja reaktorjev je pokazalo, da proizvede približno 260 gramov plutonija na dan. Vendar pa se od drugega leta delovanja postopoma povečuje zmogljivost in že leta 1963 je znašala 600 MW. Po drugem remontu je bil problem z oblogami popolnoma rešen, zmogljivost pa je bila že 1200 MW, letna proizvodnja 270 kg plutonija. Ti kazalci so bili ohranjeni, dokler niso bili popolnoma zaprti reaktorji.

AI-IR reaktor

Podjetje Chelyabinsk je to napravo uporabljalo med 22. decembrom 1951 in 25. majem 1987. Poleg urana je reaktor proizvedel tudi kobalt-60 in polonij-210. Prvotno je bil na mestu izdelan tritij, kasneje pa je bil proizveden tudi plutonij.

Poleg tega je obrat za predelavo plutonija z orožjem imel reaktorje, ki delujejo na težki vodi in en sam lahki vodni reaktor (z imenom Ruslan).

Sibirski velikan

"Tomsk-7" - to je ime rastlin, ki je imel pet reaktorjev za ustvarjanje plutonija. Vsaka od enot je uporabila grafit, da bi upočasnila nevtroni in navadno vodo, da bi zagotovila pravilno hlajenje.

Reaktor I-1 je deloval s hladilnim sistemom, v katerem je voda minila enkrat. Preostale štiri enote pa so bile opremljene z zaprtimi primarnimi tokokrogi, opremljenimi s toplotnimi izmenjevalniki. Takšen dizajn je omogočil nadaljnji razvoj pare, kar je pomagalo pri proizvodnji električne energije in ogrevanju različnih stanovanj.

"Tomsk-7", in reaktor je bil imenovan tudi EI-2, ki v zameno imelo dvojni namen: proizvodnjo plutonij na račun proizvedene pare generira električno močjo 100 MW in 200 MW toplotne energije.

Pomembne informacije

Po zagotovilih znanstvenikov je pol-razpad orožnega plutonija približno 24 360 let. Ogromna številka! V zvezi s tem postane vprašanje še posebej aktualno: "Kako pravilno ravnati s proizvodnimi odpadki tega elementa?" Najbolj optimalna možnost je gradnja posebnih podjetij za naknadno obdelavo orožnega plutonija. To je razloženo z dejstvom, da v tem primeru elementa ni več mogoče uporabljati v vojaške namene in ga bo nadzorovala oseba. Tako je v Rusiji odstranjen orožni plutonij, vendar so Združene države Amerike zavzele drugačno pot in s tem kršile svoje mednarodne obveznosti.

Tako vlada ZDA predlaga, da se uniči zelo obogateno jedrsko gorivo ne z industrijsko metodo, ampak z redčenjem plutonija in shranjevanjem v posebne posode na globini 500 metrov. Samoumevno je, da je v tem primeru material mogoče zlahka iztisniti kadarkoli iz tal in ponovno zagnati v vojaške namene. Po mnenju ruskega predsednika Vladimirja Putina so se države najprej dogovorile, da ne bodo uničile plutonija po tej metodi, temveč za recikliranje na industrijskih objektih.

Posebno pozornost si zasluži strošek plutonija, ki temelji na orožju. Strokovnjaki ocenjujejo, da lahko desetine ton tega elementa stane več milijard ameriških dolarjev. In nekateri strokovnjaki so po ocenah ocenili 500 ton orožnega plutonija v višini 8 milijard dolarjev. Znesek je resnično impresiven. Da bi bilo jasno, kako velik je ta denar, recimo, da je v zadnjem desetletju 20. stoletja povprečni letni BDP v Rusiji znašal 400 milijard USD. Dejansko je bila dejanska cena orožnega plutonija enaka dvajsetim letnim BDP Ruske federacije.