Plutonium av våpenkvalitet: påføring, produksjon, avhending

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Menneskeheten har alltid vært på jakt etter nye energikilder som kan løse mange problemer. Imidlertid er de ikke alltid trygge. Så spesielt atomreaktorene som er mye brukt i dag, selv om de er i stand til å generere bare en kolossal mengde slik elektrisk energi som alle trenger, har fortsatt en dødelig fare. Men i tillegg til bruken av atomenergi til fredelige formål, har noen land på planeten vår lært å bruke den i militæret, spesielt for å lage atomstridshoder. Denne artikkelen vil diskutere grunnlaget for et slikt destruktivt våpen, hvis navn er plutonium av våpenkvalitet.

hurtigreferanse

Denne kompakte formen av metallet inneholder minst 93,5 % av 239Pu-isotopen. Plutonium av våpenkvalitet ble navngitt slik for å skille det fra sin "reaktorbror". I prinsippet dannes alltid plutonium i absolutt enhver atomreaktor, som igjen går på lavanriket eller naturlig uran, som for det meste inneholder isotopen 238U.

Militærapplikasjoner

Plutonium 239Pu av våpenkvalitet er grunnlaget for atomvåpen. Samtidig er bruken av isotoper med massetall 240 og 242 irrelevant, siden de skaper sværten høy bakgrunn av nøytroner, som til slutt gjør det vanskelig å lage og designe svært effektiv atomammunisjon. I tillegg har plutoniumisotopene 240Pu og 241Pu en mye kortere halveringstid enn 239Pu, så plutoniumdeler blir veldig varme. Det er i forbindelse med dette at ingeniører blir tvunget til å tilføre ytterligere elementer til et atomvåpen for å fjerne overflødig varme. Forresten, ren 239Pu er varmere enn menneskekroppen. Det er også umulig å ikke ta hensyn til det faktum at nedbrytningsproduktene til tunge isotoper utsetter metallkrystallgitteret for skadelige endringer, og dette endrer helt naturlig konfigurasjonen av plutoniumdeler, som til slutt kan føre til fullstendig svikt i en atomeksplosiv enhet.

I det store og hele kan alle disse vanskelighetene overvinnes. Og i praksis har eksplosive innretninger basert på "reaktor"-plutonium allerede blitt testet gjentatte ganger. Men det skal forstås at i kjernefysisk ammunisjon er deres kompakthet, lave egenvekt, holdbarhet og pålitelighet langt fra den siste posisjonen. I denne forbindelse bruker de utelukkende plutonium av våpenkvalitet.

Designfunksjoner til industrielle reaktorer

Nesten alt plutonium i Russland ble produsert i reaktorer utstyrt med en grafittmoderator. Hver av reaktorene er bygget rundt sylindriske grafittblokker.

Når de er montert, har grafittblokker spesielle slisser mellom seg for å sikre kontinuerlig sirkulasjon av kjølevæsken, somnitrogen brukes. I den sammensatte strukturen er det også vertik alt plasserte kanaler laget for passasje av vannkjøling og drivstoff gjennom dem. Selve enheten er stivt støttet av en struktur med hull under kanalene som brukes til å frakte det allerede bestrålte drivstoffet. I tillegg er hver av kanalene plassert i et tynnvegget rør støpt av en lett og ekstra sterk aluminiumslegering. De fleste av de beskrevne kanalene har 70 drivstoffstaver. Kjølevannet strømmer rett rundt drivstoffstavene og fjerner overflødig varme fra dem.

Øke kapasiteten til produksjonsreaktorer

I utgangspunktet opererte den første Mayak-reaktoren med en kapasitet på 100 termisk MW. Sjefen for det sovjetiske atomvåpenprogrammet, Igor Kurchatov, foreslo imidlertid at reaktoren skulle operere på 170-190 MW om vinteren og 140-150 MW om sommeren. Denne tilnærmingen tillot reaktoren å produsere nesten 140 gram edelt plutonium per dag.

I 1952 ble det utført et fullverdig forskningsarbeid for å øke produksjonskapasiteten til fungerende reaktorer ved hjelp av følgende metoder:

• Ved å øke strømmen av vann som brukes til kjøling og strømme gjennom de aktive sonene i en atominstallasjon.
• Ved å øke motstanden mot fenomenet korrosjon som oppstår nær kanalforingen.
• Reduksjon av grafittoksidasjonshastigheten.
• Øker temperaturen inne i brenselcellene.

Som et resultat har gjennomstrømningen av det sirkulerende vannet økt betydelig etter at gapet mellom drivstoffet og veggene i kanalen er økt. Vi klarte også å kvitte oss med korrosjon. For å gjøre dette valgte vi de best egnede aluminiumslegeringene og begynte aktivt å tilsette natriumbikromat, som til slutt økte mykheten til kjølevannet (pH ble ca. 6,0-6,2). Grafittoksidering sluttet å være et presserende problem etter at nitrogen ble brukt til å avkjøle det (tidligere ble det bare brukt luft).

Da 1950-tallet nærmet seg slutten, ble innovasjoner tatt i bruk fullt ut, og reduserte den høyst unødvendige ballongdannelsen av uran forårsaket av stråling, reduserte varmeherdingen av uranstaver kraftig, forbedret kledningsmotstanden og forbedret kvalitetskontrollen i produksjonen.

Produksjon hos Mayak

"Chelyabinsk-65" er en av de veldig hemmelige fabrikkene der plutonium av våpenkvalitet ble opprettet. Det var flere reaktorer ved bedriften, vi skal bli bedre kjent med hver av dem.

Reactor A

Enheten ble designet og bygget under veiledning av den legendariske N. A. Dollezhal. Hun jobbet med en effekt på 100 MW. Reaktoren hadde 1149 vertik alt anordnede kontroll- og brenselkanaler i en grafittblokk. Den totale massen til strukturen var omtrent 1050 tonn. Nesten alle kanaler (unntatt 25) var lastet med uran, hvis totale masse var 120-130 tonn. 17 kanaler ble brukt til kontrollstenger og 8 forgjennomføre eksperimenter. Maksimal design varmeutgivelse av brenselcellen var 3,45 kW. Til å begynne med produserte reaktoren omtrent 100 gram plutonium per dag. Plutoniummetall ble først produsert 16. april 1949.

Teknologiske feil

Ganske alvorlige problemer ble identifisert nesten umiddelbart, som besto av korrosjon av aluminiumsforinger og brenselcellebelegg. Uranstavene svulmet også opp og brøt, og kjølevann lekket direkte inn i kjernen av reaktoren. Etter hver lekkasje måtte reaktoren stoppes i opptil 10 timer for å tørke grafitten med luft. I januar 1949 ble kanalforingene skiftet ut. Etter det fant lanseringen av installasjonen sted 26. mars 1949.

Plutonium av våpenkvalitet, hvis produksjon ved reaktor A ble ledsaget av alle slags vanskeligheter, ble produsert i perioden 1950-1954 med en gjennomsnittlig enhetseffekt på 180 MW. Den påfølgende driften av reaktoren begynte å bli ledsaget av dens mer intensive bruk, noe som ganske naturlig førte til hyppigere stans (opptil 165 ganger i måneden). Som et resultat, i oktober 1963, ble reaktoren stengt og gjenopptatt driften først våren 1964. Han fullførte sin kampanje i 1987 og produserte 4,6 tonn plutonium over hele perioden med mange års drift.

AB-reaktorer

Det ble besluttet å bygge tre AB-reaktorer ved Chelyabinsk-65-bedriften høsten 1948. Produksjonskapasiteten deres var 200-250 gram plutonium per dag. Hoveddesigneren for prosjektet var A. Savin. Hver reaktor hadde 1996 kanaler, 65 av dem var kontrollkanaler. En teknisk nyhet ble brukt i installasjonene - hver kanal var utstyrt med en spesiell kjølevæskelekkasjedetektor. Et slikt grep gjorde det mulig å bytte foringsrør uten å stoppe driften av selve reaktoren.

Det første driftsåret til reaktorene viste at de produserte rundt 260 gram plutonium per dag. Imidlertid ble kapasiteten gradvis økt fra det andre driftsåret, og allerede i 1963 var tallet 600 MW. Etter den andre overhalingen var linerproblemet fullstendig løst, og kapasiteten var allerede 1200 MW med en årlig plutoniumproduksjon på 270 kilo. Disse indikatorene ble værende til reaktorene var fullstendig stengt.

AI-IR-reaktor

Tjeljabinsk-bedriften brukte denne installasjonen fra 22. desember 1951 til 25. mai 1987. I tillegg til uran produserte reaktoren også kobolt-60 og polonium-210. Opprinnelig produserte nettstedet tritium, men begynte senere å motta plutonium.

Anlegget for prosessering av plutonium av våpenkvalitet hadde også tungtvannsreaktorer i drift og den eneste lettvannsreaktoren (navnet er Ruslan).

sibirsk gigant

«Tomsk-7» – dette er navnet på anlegget, som huser fem reaktorer for produksjon av plutonium. Hver av enhetene brukte grafitt for å bremse nøytroner og vanlig vann for å gi riktig kjøling.

Reactor I-1 jobbet med systemetkjøling, der vannet passerte en gang. De resterende fire enhetene ble imidlertid utstyrt med lukkede primærkretser utstyrt med varmevekslere. Denne utformingen gjorde det mulig i tillegg å generere damp, som igjen bidro til produksjon av elektrisitet og oppvarming av ulike boliger.

"Tomsk-7" hadde også en reaktor k alt EI-2, som igjen hadde et dobbelt formål: den produserte plutonium og genererte 100 MW elektrisitet fra den genererte dampen, samt 200 MW termisk energi.

Viktig informasjon

I følge forskere er halveringstiden til plutonium av våpenkvalitet omtrent 24 360 år. Stort antall! I denne forbindelse blir spørsmålet spesielt akutt: "Hvordan håndtere produksjonsavfallet av dette elementet på riktig måte?" Det mest optimale alternativet er bygging av spesielle bedrifter for påfølgende behandling av våpenplutonium. Dette forklares av det faktum at elementet i dette tilfellet ikke lenger kan brukes til militære formål og vil bli kontrollert av en person. Det er slik plutonium av våpenkvalitet avhendes i Russland, men USA tok en annen vei og brøt dermed sine internasjonale forpliktelser.

Dermed foreslår den amerikanske regjeringen å ødelegge høyt anriket atombrensel ikke på en industriell måte, men ved å fortynne plutonium og lagre det i spesielle beholdere på 500 meters dyp. Det sier seg selv at i dette tilfellet kan materialet lett væretrekke den opp fra bakken og relansere den for militære formål. I følge Russlands president Vladimir Putin ble landene først enige om å ødelegge plutonium ikke ved hjelp av denne metoden, men å utføre deponering ved industrianlegg.

Kostnadene for plutonium av våpenkvalitet fortjener spesiell oppmerksomhet. Ifølge eksperter kan titalls tonn av dette elementet godt koste flere milliarder amerikanske dollar. Og noen eksperter har til og med anslått 500 tonn plutonium av våpenkvalitet så mye som 8 billioner dollar. Mengden er virkelig imponerende. For å gjøre det tydeligere hvor mye penger dette er, la oss si at i de siste ti årene av det 20. århundre var Russlands gjennomsnittlige årlige BNP 400 milliarder dollar. Det vil si at den reelle prisen på plutonium av våpenkvalitet var lik tjue årlige BNP for den russiske føderasjonen.