Plutonijum za oružje: primjena, proizvodnja, odlaganje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Čovječanstvo je uvijek bilo u potrazi za novim izvorima energije koji mogu riješiti mnoge probleme. Međutim, oni nisu uvijek sigurni. Dakle, konkretno nuklearni reaktori koji se danas široko koriste, iako su u stanju proizvesti jednostavno kolosalnu količinu takve električne energije koja je svima potrebna, i dalje nose smrtnu opasnost. Ali, osim upotrebe nuklearne energije u miroljubive svrhe, neke zemlje naše planete naučile su je koristiti u vojsci, posebno za stvaranje nuklearnih bojevih glava. Ovaj članak će raspravljati o osnovama takvog destruktivnog oružja, čije je ime plutonijum za oružje.

Brza referenca

Ovaj kompaktni oblik metala sadrži najmanje 93,5% izotopa 239Pu. Plutonijum za oružje je nazvan tako da bi se razlikovao od njegovog „reaktorskog brata“. U principu, plutonijum se uvek formira u apsolutno svakom nuklearnom reaktoru, koji zauzvrat radi na nisko obogaćenom ili prirodnom uranijumu, koji uglavnom sadrži izotop 238U.

Vojne aplikacije

Plutonijum 239Pu za oružje je osnova nuklearnog oružja. U isto vrijeme, upotreba izotopa s masenim brojevima 240 i 242 je irelevantna, jer stvaraju vrlovisoka pozadina neutrona, što u konačnici otežava stvaranje i dizajn visoko efikasne nuklearne municije. Pored toga, izotopi plutonijuma 240Pu i 241Pu imaju mnogo kraći poluživot od 239Pu, tako da se delovi plutonijuma veoma zagrevaju. U vezi s tim, inženjeri su prisiljeni dodati dodatne elemente nuklearnom oružju kako bi uklonili višak topline. Inače, čisti 239Pu je topliji od ljudskog tijela. Također je nemoguće ne uzeti u obzir činjenicu da produkti raspada teških izotopa podvrgavaju metalnu kristalnu rešetku štetnim promjenama, a to sasvim prirodno mijenja konfiguraciju plutonijskih dijelova, što na kraju može uzrokovati potpuni kvar nuklearna eksplozivna naprava.

Uglavnom, sve ove poteškoće se mogu prevazići. A u praksi su eksplozivne naprave na bazi "reaktorskog" plutonijuma već više puta testirane. Ali treba shvatiti da su u nuklearnoj municiji njihova kompaktnost, mala vlastita težina, izdržljivost i pouzdanost daleko od posljednje pozicije. U tom smislu, koriste isključivo plutonijum za oružje.

Karakteristike dizajna industrijskih reaktora

Praktično sav plutonijum u Rusiji proizveden je u reaktorima opremljenim grafitnim moderatorom. Svaki od reaktora je izgrađen oko cilindričnih grafitnih blokova.

Kada su sastavljeni, grafitni blokovi imaju posebne proreze između sebe kako bi se osigurala kontinuirana cirkulacija rashladne tekućine, kojakoristi se azot. U montiranoj konstrukciji postoje i vertikalno postavljeni kanali stvoreni za prolaz vodenog hlađenja i goriva kroz njih. Sam sklop je čvrsto poduprt konstrukcijom sa rupama ispod kanala koji se koriste za transport već ozračenog goriva. Osim toga, svaki od kanala nalazi se u cijevi tankih stijenki izlivenoj od lagane i izuzetno čvrste legure aluminija. Većina opisanih kanala ima 70 gorivnih šipki. Rashladna voda struji direktno oko gorivih šipki, uklanjajući višak toplote iz njih.

Povećanje kapaciteta proizvodnih reaktora

U početku je prvi Mayak reaktor radio sa kapacitetom od 100 termalnih MW. Međutim, glavni šef sovjetskog programa nuklearnog oružja Igor Kurčatov predložio je da reaktor radi na 170-190 MW zimi i 140-150 MW ljeti. Ovaj pristup je omogućio reaktoru da proizvodi skoro 140 grama dragocjenog plutonijuma dnevno.

Godine 1952. godine obavljen je potpuni istraživački rad u cilju povećanja proizvodnog kapaciteta funkcionalnih reaktora sljedećim metodama:

• Povećanjem protoka vode koja se koristi za hlađenje i protoka kroz aktivne zone nuklearnog postrojenja.
• Povećanjem otpornosti na pojavu korozije koja se javlja u blizini obloge kanala.
• Smanjenje stope oksidacije grafita.
• Podizanje temperature unutar gorivih ćelija.

Kao rezultat toga, protok cirkulirajuće vode se značajno povećao nakon što se povećao jaz između goriva i zidova kanala. Također smo uspjeli da se riješimo korozije. Da bismo to učinili, odabrali smo najprikladnije legure aluminija i počeli aktivno dodavati natrijev bikromat, što je u konačnici povećalo mekoću rashladne vode (pH je postao oko 6,0-6,2). Oksidacija grafita prestala je biti hitan problem nakon što je dušik korišten za njegovo hlađenje (ranije se koristio samo zrak).

Kako su se 1950-te bližile kraju, inovacije su u potpunosti stavljene u praksu, smanjujući krajnje nepotrebno baloniranje uranijuma uzrokovano zračenjem, uvelike smanjujući toplotno otvrdnjavanje uranijumskih šipki, poboljšavajući otpornost omotača i poboljšavajući kontrolu kvaliteta proizvodnje.

Proizvodnja u Mayaku

"Čeljabinsk-65" je jedna od onih vrlo tajnih fabrika u kojima je stvoren plutonijum za oružje. U preduzeću je bilo nekoliko reaktora, sa svakim ćemo se bolje upoznati.

Reaktor A

Jedinica je dizajnirana i izgrađena pod vodstvom legendarnog N. A. Dollezhala. Radila je sa snagom od 100 MW. Reaktor je imao 1149 vertikalno raspoređenih kanala za upravljanje i gorivo u grafitnom bloku. Ukupna masa konstrukcije bila je oko 1050 tona. Gotovo svi kanali (osim 25) bili su napunjeni uranijumom, čija je ukupna masa iznosila 120-130 tona. 17 kanala je korišteno za upravljačke šipke i 8 zaizvođenje eksperimenata. Maksimalno projektovano oslobađanje toplote gorivne ćelije bilo je 3,45 kW. U početku je reaktor proizvodio oko 100 grama plutonijuma dnevno. Metalni plutonijum je prvi put proizveden 16. aprila 1949.

Tehnološki nedostaci

Dosta ozbiljni problemi su identifikovani skoro odmah, koji su se sastojali od korozije aluminijumskih obloga i premaza gorivnih ćelija. Uranijumske šipke su takođe nabubrile i pukle, a rashladna voda je iscurila direktno u jezgro reaktora. Nakon svakog curenja, reaktor je morao biti zaustavljen do 10 sati kako bi se grafit osušio zrakom. Januara 1949. zamijenjene su obloge kanala. Nakon toga, instalacija je puštena u rad 26. marta 1949.

Plutonijum za oružje, čija je proizvodnja u reaktoru A bila praćena raznim poteškoćama, proizveden je u periodu 1950-1954 sa prosječnom jediničnom snagom od 180 MW. Naknadni rad reaktora počeo je biti praćen njegovom intenzivnijom upotrebom, što je sasvim prirodno dovelo do češćih gašenja (i do 165 puta mjesečno). Kao rezultat toga, u oktobru 1963. reaktor je zatvoren i nastavio je s radom tek u proljeće 1964. godine. Završio je svoju kampanju 1987. i proizveo 4,6 tona plutonijuma tokom čitavog višegodišnjeg perioda rada.

AB Reaktori

Odlučeno je da se izgrade tri AB reaktora u preduzeću Čeljabinsk-65 u jesen 1948. Njihov proizvodni kapacitet je bio 200-250 grama plutonijuma dnevno. Glavni projektant projekta bio je A. Savin. Svaki reaktor je imao 1996 kanala, od kojih je 65 bilo kontrolnih kanala. U instalacijama je korištena tehnička novost - svaki kanal je opremljen posebnim detektorom curenja rashladne tekućine. Takav potez je omogućio promjenu košuljica bez zaustavljanja rada samog reaktora.

Prva godina rada reaktora pokazala je da su proizvodili oko 260 grama plutonijuma dnevno. Međutim, od druge godine rada, kapacitet se postepeno povećavao i već 1963. godine iznosio je 600 MW. Nakon drugog remonta, problem košuljica je u potpunosti riješen, a kapacitet je već bio 1200 MW uz godišnju proizvodnju plutonijuma od 270 kilograma. Ovi pokazatelji su ostali do potpunog zatvaranja reaktora.

AI-IR reaktor

Preduzeće u Čeljabinsku koristilo je ovu instalaciju od 22. decembra 1951. do 25. maja 1987. godine. Osim uranijuma, reaktor je proizvodio i kob alt-60 i polonijum-210. U početku je lokacija proizvodila tricijum, ali je kasnije počela da dobija plutonijum.

Takođe, postrojenje za preradu plutonijuma za oružje imalo je u radu teškovodne reaktore i jedini reaktor na laku vodu (ime mu je Ruslan).

Sibirski gigant

"Tomsk-7" - ovo je naziv fabrike u kojoj se nalazi pet reaktora za proizvodnju plutonijuma. Svaka od jedinica koristila je grafit za usporavanje neutrona i običnu vodu kako bi osigurala pravilno hlađenje.

Reaktor I-1 je radio sa sistemomhlađenje, u kojem je voda jednom prošla. Međutim, preostale četiri jedinice su opremljene zatvorenim primarnim krugovima opremljenim izmjenjivačima topline. Ovaj dizajn je omogućio dodatno stvaranje pare, što je zauzvrat pomoglo u proizvodnji električne energije i grijanju raznih stambenih prostorija.

"Tomsk-7" je takođe imao reaktor pod nazivom EI-2, koji je, zauzvrat, imao dvostruku svrhu: proizvodio je plutonijum i proizvodio 100 MW električne energije iz proizvedene pare, kao i 200 MW toplotne energija.

Važne informacije

Prema naučnicima, poluživot plutonijuma za oružje je oko 24.360 godina. Ogroman broj! S tim u vezi, pitanje postaje posebno akutno: "Kako pravilno postupati s proizvodnim otpadom ovog elementa?" Najoptimalnija opcija je izgradnja posebnih preduzeća za naknadnu preradu plutonijuma za oružje. To se objašnjava činjenicom da se u ovom slučaju element više ne može koristiti u vojne svrhe i da će ga kontrolirati osoba. Ovako se u Rusiji zbrinjava plutonijum za oružje, ali su Sjedinjene Američke Države krenule drugim putem, čime su prekršile svoje međunarodne obaveze.

Tako, američka vlada predlaže da se visoko obogaćeno nuklearno gorivo uništi ne na industrijski način, već razrjeđivanjem plutonijuma i skladištenjem u posebnim kontejnerima na dubini od 500 metara. Podrazumijeva se da u ovom slučaju materijal lako može bitiizvaditi ga iz zemlje i ponovo pokrenuti u vojne svrhe. Prema rečima ruskog predsednika Vladimira Putina, u početku su se zemlje dogovorile da plutonijum unište ne ovim metodom, već da se odlažu u industrijskim postrojenjima.

Cijena plutonijuma za oružje zaslužuje posebnu pažnju. Prema mišljenju stručnjaka, desetine tona ovog elementa mogu koštati nekoliko milijardi američkih dolara. Neki stručnjaci su čak procijenili 500 tona plutonijuma za oružje na čak 8 biliona dolara. Iznos je zaista impresivan. Da bi bilo jasnije koliki je to novac, recimo da je u poslednjih deset godina 20. veka prosečan godišnji BDP Rusije bio 400 milijardi dolara. To jest, u stvari, stvarna cijena plutonijuma za oružje bila je jednaka dvadesetom godišnjem BDP-u Ruske Federacije.