Plutoniu de calitate pentru arme: aplicare, producție, eliminare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Omenirea a fost întotdeauna în căutarea unor noi surse de energie care pot rezolva multe probleme. Cu toate acestea, nu sunt întotdeauna în siguranță. Deci, în special, reactoarele nucleare utilizate pe scară largă astăzi, deși sunt capabile să genereze pur și simplu o cantitate colosală de astfel de energie electrică de care toată lumea are nevoie, încă poartă un pericol de moarte. Dar, pe lângă utilizarea energiei nucleare în scopuri pașnice, unele țări ale planetei noastre au învățat să o folosească în armată, în special pentru a crea focoase nucleare. Acest articol va discuta baza unei astfel de arme distructive, al cărei nume este plutoniu pentru arme.

Referință rapidă

Această formă compactă a metalului conține cel puțin 93,5% din izotopul 239Pu. Plutoniul de calitate pentru arme a fost numit astfel pentru a-l deosebi de „fratele său reactor”. În principiu, plutoniul se formează întotdeauna în absolut orice reactor nuclear, care, la rândul său, funcționează cu uraniu slab îmbogățit sau natural, care conține, în cea mai mare parte, izotopul 238U.

Aplicații militare

Plutoniul 239Pu de calitate pentru arme este baza armelor nucleare. În același timp, utilizarea izotopilor cu numere de masă 240 și 242 este irelevantă, deoarece creează foarte multeun fundal ridicat de neutroni, ceea ce în cele din urmă face dificilă crearea și proiectarea muniției nucleare extrem de eficiente. În plus, izotopii de plutoniu 240Pu și 241Pu au un timp de înjumătățire mult mai scurt decât 239Pu, astfel încât părțile de plutoniu devin foarte fierbinți. În legătură cu aceasta, inginerii sunt forțați să adauge elemente suplimentare la o armă nucleară pentru a elimina căldura în exces. Apropo, 239Pu pur este mai cald decât corpul uman. De asemenea, este imposibil să nu ținem cont de faptul că produsele de descompunere ai izotopilor grei supune rețeaua cristalină metalică la modificări dăunătoare, iar acest lucru schimbă în mod destul de natural configurația pieselor de plutoniu, care, în cele din urmă, poate provoca o defecțiune completă a un dispozitiv exploziv nuclear.

În general, toate aceste dificultăți pot fi depășite. Și în practică, dispozitivele explozive pe bază de plutoniu „reactor” au fost deja testate în mod repetat. Dar trebuie înțeles că în munițiile nucleare, compactitatea, greutatea proprie redusă, durabilitatea și fiabilitatea sunt departe de ultima poziție. În acest sens, folosesc exclusiv plutoniu de calitate pentru arme.

Caracteristicile de proiectare ale reactoarelor industriale

Practic tot plutoniul din Rusia a fost produs în reactoare echipate cu un moderator de grafit. Fiecare dintre reactoare este construit în jurul blocurilor cilindrice de grafit.

La asamblare, blocurile de grafit au fante speciale între ele pentru a asigura circulația continuă a lichidului de răcire, carese foloseste azot. În structura asamblată, există și canale amplasate vertical create pentru trecerea apei de răcire și a combustibilului prin ele. Ansamblul în sine este susținut rigid de o structură cu găuri sub canalele utilizate pentru transportul combustibilului deja iradiat. În plus, fiecare dintre canale este amplasat într-o țeavă turnată cu pereți subțiri dintr-un aliaj de aluminiu ușor și foarte puternic. Majoritatea canalelor descrise au 70 de tije de combustibil. Apa de răcire curge direct în jurul barelor de combustibil, eliminând excesul de căldură din acestea.

Creșterea capacității reactoarelor de producție

Inițial, primul reactor Mayak a funcționat cu o capacitate de 100 MW termici. Totuși, șeful programului sovietic de arme nucleare, Igor Kurchatov, a propus ca reactorul să funcționeze la 170-190 MW iarna și 140-150 MW vara. Această abordare a permis reactorului să producă aproape 140 de grame de plutoniu prețios pe zi.

În 1952, au fost efectuate lucrări de cercetare cu drepturi depline pentru a crește capacitatea de producție a reactoarelor funcționale prin următoarele metode:

• Prin creșterea debitului de apă folosit pentru răcire și care curge prin zonele active ale unei instalații nucleare.
• Prin creșterea rezistenței la fenomenul de coroziune care are loc în apropierea căptușelii canalului.
• Reducerea vitezei de oxidare a grafitului.
• Creșterea temperaturii din interiorul celulelor de combustibil.

Ca urmare, debitul de apă în circulație a crescut semnificativ după ce a fost crescut decalajul dintre combustibil și pereții canalului. Am reușit să scăpăm și de coroziune. Pentru a face acest lucru, am ales cele mai potrivite aliaje de aluminiu și am început să adăugăm activ bicromat de sodiu, ceea ce a crescut în cele din urmă moliciunea apei de răcire (pH-ul a devenit aproximativ 6,0-6,2). Oxidarea grafitului a încetat să fie o problemă urgentă după ce azotul a fost folosit pentru a-l răci (anterior se folosea doar aer).

Pe măsură ce anii 1950 se apropiau de sfârșit, inovațiile au fost puse pe deplin în practică, reducând balonarea extrem de inutilă a uraniului cauzată de radiații, reducând foarte mult întărirea termică a tijelor de uraniu, îmbunătățind rezistența placajului și îmbunătățind controlul calității producției.

Producție la Mayak

„Chelyabinsk-65” este una dintre acele fabrici foarte secrete în care a fost creat plutoniul pentru arme. La întreprindere erau mai multe reactoare, pe fiecare dintre ele îi vom cunoaște mai bine.

Reactor A

Unitatea a fost proiectată și construită sub îndrumarea legendarului N. A. Dollezhal. Ea a lucrat cu o putere de 100 MW. Reactorul avea 1149 de canale de comandă și combustibil dispuse vertical într-un bloc de grafit. Masa totală a structurii a fost de aproximativ 1050 de tone. Aproape toate canalele (cu excepția celor 25) erau încărcate cu uraniu, a cărui masă totală era de 120-130 de tone. Pentru tijele de control au fost folosite 17 canale și 8 pentruefectuarea de experimente. Eliberarea maximă de căldură proiectată a celulei de combustibil a fost de 3,45 kW. La început, reactorul producea aproximativ 100 de grame de plutoniu pe zi. Plutoniu metal a fost produs pentru prima dată pe 16 aprilie 1949.

Defecte tehnologice

Au fost identificate aproape imediat probleme destul de grave, care au constat în coroziunea căptușelilor din aluminiu și a acoperirilor pentru celulele de combustibil. De asemenea, tijele de uraniu s-au umflat și s-au rupt, iar apa de răcire s-a scurs direct în miezul reactorului. După fiecare scurgere, reactorul a trebuit oprit până la 10 ore pentru a usca grafitul cu aer. În ianuarie 1949, garniturile de canal au fost înlocuite. După aceea, lansarea instalației a avut loc pe 26 martie 1949.

Plutoniu de calitate pentru arme, a cărui producție la Reactorul A a fost însoțită de tot felul de dificultăți, a fost produs în perioada 1950-1954 cu o putere unitară medie de 180 MW. Funcționarea ulterioară a reactorului a început să fie însoțită de utilizarea sa mai intensivă, ceea ce a dus, în mod natural, la opriri mai dese (de până la 165 de ori pe lună). Ca urmare, în octombrie 1963, reactorul a fost oprit și și-a reluat funcționarea abia în primăvara anului 1964. Și-a încheiat campania în 1987 și a produs 4,6 tone de plutoniu pe toată perioada de mulți ani de funcționare.

Reactoare AB

S-a decis construirea a trei reactoare AB la întreprinderea Chelyabinsk-65 în toamna anului 1948. Capacitatea lor de producție era de 200-250 de grame de plutoniu pe zi. Proiectantul șef al proiectului a fost A. Savin. Fiecare reactor avea 1996 de canale, 65 dintre ele fiind canale de control. O noutate tehnică a fost folosită în instalații - fiecare canal a fost echipat cu un detector special de scurgeri de lichid de răcire. O astfel de mișcare a făcut posibilă schimbarea căptușelilor fără a opri funcționarea reactorului în sine.

Primul an de funcționare al reactoarelor a arătat că acestea produc aproximativ 260 de grame de plutoniu pe zi. Cu toate acestea, din al doilea an de funcționare, capacitatea a fost crescută treptat, iar deja în 1963 cifra sa era de 600 MW. După a doua revizie, problema căptușelilor a fost complet rezolvată, iar capacitatea era deja de 1200 MW cu o producție anuală de plutoniu de 270 de kilograme. Acești indicatori au rămas până la închiderea completă a reactoarelor.

Reactor AI-IR

Întreprinderea Chelyabinsk a folosit această instalație din 22 decembrie 1951 până în 25 mai 1987. Pe lângă uraniu, reactorul a produs și cob alt-60 și poloniu-210. Inițial, site-ul producea tritiu, dar mai târziu a început să primească plutoniu.

De asemenea, uzina de prelucrare a plutoniului de calitate pentru arme avea în funcțiune reactoare cu apă grea și singurul reactor cu apă ușoară (numele său este Ruslan).

gigant siberian

„Tomsk-7” - acesta este numele centralei, care găzduiește cinci reactoare pentru producția de plutoniu. Fiecare dintre unități folosea grafit pentru a încetini neutronii și apa obișnuită pentru a asigura o răcire adecvată.

Reactorul I-1 a funcționat cu sistemulrăcire, în care apa a trecut o dată. Cu toate acestea, restul de patru unități au fost prevăzute cu circuite primare închise echipate cu schimbătoare de căldură. Acest design a făcut posibilă generarea suplimentară de abur, care, la rândul său, a ajutat la producerea de electricitate și încălzire a diferitelor spații rezidențiale.

„Tomsk-7” avea și un reactor numit EI-2, care, la rândul său, avea un dublu scop: producea plutoniu și genera 100 MW de electricitate din aburul generat, precum și 200 MW de energie termică. energie.

Informații importante

Potrivit oamenilor de știință, timpul de înjumătățire al plutoniului pentru arme este de aproximativ 24.360 de ani. Număr mare! În acest sens, întrebarea devine deosebit de acută: „Cum să tratăm corect cu deșeurile de producție ale acestui element?” Cea mai optimă opțiune este construirea de întreprinderi speciale pentru prelucrarea ulterioară a plutoniului de calitate pentru arme. Acest lucru se explică prin faptul că în acest caz elementul nu mai poate fi folosit în scopuri militare și va fi controlat de o persoană. Așa se elimină plutoniul de calitate pentru arme în Rusia, dar Statele Unite ale Americii au luat o cale diferită, încălcându-și obligațiile internaționale.

Astfel, guvernul SUA propune distrugerea combustibilului nuclear foarte îmbogățit nu într-un mod industrial, ci prin diluarea plutoniului și depozitarea lui în containere speciale la o adâncime de 500 de metri. Este de la sine înțeles că în acest caz materialul poate fi ușorextrageți-l din sol și relansați-l în scopuri militare. Potrivit președintelui rus Vladimir Putin, inițial țările au convenit să distrugă plutoniul nu prin această metodă, ci să efectueze eliminarea în instalații industriale.

Costul plutoniului de calitate pentru arme merită o atenție specială. Potrivit experților, zeci de tone din acest element ar putea costa câteva miliarde de dolari. Iar unii experți au estimat chiar la 500 de tone de plutoniu pentru arme, la 8 trilioane de dolari. Suma este cu adevărat impresionantă. Pentru a fi mai clar câți bani sunt aceștia, să presupunem că în ultimii zece ani ai secolului XX, PIB-ul mediu anual al Rusiei a fost de 400 de miliarde de dolari. Adică, de fapt, prețul real al plutoniului de calitate pentru arme a fost egal cu douăzeci de PIB-ul anual al Federației Ruse.