Plutonij za oružje: primjena, proizvodnja, zbrinjavanje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Čovječanstvo je oduvijek bilo u potrazi za novim izvorima energije koji mogu riješiti mnoge probleme. Međutim, nisu uvijek sigurni. Tako, konkretno, nuklearni reaktori koji se danas široko koriste, iako su sposobni generirati jednostavno kolosalnu količinu takve električne energije koja je svima potrebna, i dalje nose smrtnu opasnost. No, osim korištenja nuklearne energije u miroljubive svrhe, neke zemlje našeg planeta naučile su je koristiti u vojsci, posebno za stvaranje nuklearnih bojnih glava. Ovaj članak će raspravljati o osnovi takvog razornog oružja, čije je ime plutonij za oružje.

Brza referenca

Ovaj kompaktni oblik metala sadrži najmanje 93,5% izotopa 239Pu. Plutonij za oružje nazvan je tako kako bi se razlikovao od njegovog "reaktorskog brata". U principu, plutonij se uvijek stvara u apsolutno svakom nuklearnom reaktoru, koji zauzvrat radi na nisko obogaćenom ili prirodnom uraniju, koji većinom sadrži izotop 238U.

Vojne primjene

Plutonij 239Pu za oružje je osnova nuklearnog oružja. Istovremeno, upotreba izotopa s masenim brojevima 240 i 242 je irelevantna, jer stvaraju vrlovisoka pozadina neutrona, što u konačnici otežava stvaranje i dizajn visokoučinkovitog nuklearnog streljiva. Osim toga, izotopi plutonija 240Pu i 241Pu imaju puno kraći poluživot od 239Pu, pa se dijelovi plutonija jako zagrijavaju. U vezi s tim inženjeri su prisiljeni dodati dodatne elemente nuklearnom oružju kako bi uklonili višak topline. Inače, čisti 239Pu topliji je 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 plutonijevih dijelova, što na kraju može uzrokovati potpuni kvar nuklearna eksplozivna naprava.

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

Obilježja dizajna industrijskih reaktora

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

Kada su sastavljeni, grafitni blokovi imaju posebne proreze između sebe kako bi se osigurala kontinuirana cirkulacija rashladne tekućine, kojakoristi se dušik. U sastavljenoj konstrukciji postoje i okomito smješteni kanali stvoreni za prolaz vodenog hlađenja i goriva kroz njih. Sam sklop je čvrsto poduprt konstrukcijom s rupama ispod kanala koji služe za transport već ozračenog goriva. Osim toga, svaki od kanala nalazi se u cijevi tankih stijenki izlivenoj od lagane i iznimno čvrste aluminijske legure. Većina opisanih kanala ima 70 gorivih šipki. Rashladna voda struji izravno oko gorivih šipki, uklanjajući višak topline iz njih.

Povećanje kapaciteta proizvodnih reaktora

U početku je prvi Mayak reaktor radio s kapacitetom od 100 toplinskih MW. Međutim, glavni voditelj sovjetskog programa nuklearnog oružja Igor Kurchatov predložio je da reaktor radi na 170-190 MW zimi i 140-150 MW ljeti. Ovaj pristup omogućio je reaktoru da proizvede gotovo 140 grama dragocjenog plutonija dnevno.

Godine 1952. proveden je potpuni istraživački rad kako bi se povećao proizvodni kapacitet 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.
• Povećanje temperature unutar gorivnih ćelija.

Kao rezultat toga, propusnost cirkulirajuće vode značajno se povećala nakon što se povećao jaz između goriva i stijenki kanala. Uspjeli smo se riješiti i korozije. Da bismo to učinili, odabrali smo najprikladnije aluminijske legure 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 (prije se koristio samo zrak).

Kako su se 1950-e bližile kraju, inovacije su u potpunosti provedene u praksi, smanjujući krajnje nepotrebno baloniranje urana uzrokovano zračenjem, uvelike smanjujući toplinsko stvrdnjavanje uranovih šipki, poboljšavajući otpornost obloge i poboljšavajući kontrolu kvalitete proizvodnje.

Proizvodnja u Mayaku

"Čeljabinsk-65" jedna je od onih vrlo tajnih tvornica u kojima je stvoren plutonij za oružje. U poduzeću je bilo nekoliko reaktora, svaki ćemo pobliže 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 okomito raspoređenih kanala za upravljanje i gorivo u grafitnom bloku. Ukupna masa konstrukcije bila je oko 1050 tona. Gotovo svi kanali (osim 25) bili su opterećeni uranom čija je ukupna masa bila 120-130 tona. Za upravljačke šipke korišteno je 17 kanala i 8 zaprovođenje eksperimenata. Maksimalno projektirano oslobađanje topline gorivne ćelije bilo je 3,45 kW. U početku je reaktor proizvodio oko 100 grama plutonija dnevno. Metalni plutonij prvi je put proizveden 16. travnja 1949.

Tehnološki nedostaci

Dosta ozbiljni problemi su uočeni gotovo odmah, koji su se sastojali od korozije aluminijskih obloga i premaza gorivnih ćelija. Uranske šipke su također nabubrile i lomile, a rashladna je voda iscurila izravno u jezgru reaktora. Nakon svakog curenja, reaktor je morao biti zaustavljen do 10 sati kako bi se grafit osušio zrakom. U siječnju 1949. zamijenjene su obloge kanala. Nakon toga, 26. ožujka 1949. instalacija je puštena u rad.

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

AB reaktori

Odlučeno je izgraditi tri AB reaktora u poduzeću Čeljabinsk-65 u jesen 1948. Proizvodni kapacitet im je bio 200-250 grama plutonija dnevno. Glavni projektant projekta bio je A. Savin. Svaki reaktor imao je 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 omogućio je promjenu košuljica bez zaustavljanja rada samog reaktora.

Prva godina rada reaktora pokazala je da su proizvodili oko 260 grama plutonija dnevno. No, od druge godine rada kapacitet se postupno 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 plutonija od 270 kilograma. Ovi pokazatelji ostali su do potpunog zatvaranja reaktora.

AI-IR reaktor

Poduzeće u Čeljabinsku koristilo je ovu instalaciju od 22. prosinca 1951. do 25. svibnja 1987. Osim urana, reaktor je proizvodio i kob alt-60 i polonij-210. U početku je mjesto proizvodilo tricij, ali je kasnije počelo primati plutonij.

Također, postrojenje za preradu plutonija za oružje imalo je u pogon teškovodne reaktore i jedini reaktor na laku vodu (ime mu je Ruslan).

sibirski div

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

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

"Tomsk-7" je također imao reaktor pod nazivom EI-2, koji je, pak, imao dvostruku svrhu: proizvodio je plutonij i generirao 100 MW električne energije iz proizvedene pare, kao i 200 MW toplinske energija.

Važne informacije

Prema znanstvenicima, poluživot plutonija za oružje je oko 24.360 godina. Ogroman broj! U tom smislu, pitanje postaje posebno akutno: "Kako pravilno postupati s proizvodnim otpadom ovog elementa?" Najoptimalnija opcija je izgradnja posebnih poduzeća za naknadnu preradu plutonija 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 plutonij za oružje, ali Sjedinjene Američke Države krenule su drugim putem, čime su prekršile svoje međunarodne obveze.

Tako, američka vlada predlaže uništavanje visoko obogaćenog nuklearnog goriva ne na industrijski način, već razrjeđivanjem plutonija i skladištenjem u posebnim spremnicima na dubini od 500 metara. Podrazumijeva se da se u ovom slučaju materijal lako možeizvaditi ga iz zemlje i ponovno pokrenuti u vojne svrhe. Prema riječima ruskog predsjednika Vladimira Putina, u početku su se zemlje dogovorile da plutonij uništavaju ne ovom metodom, već da se zbrinjava u industrijskim postrojenjima.

Cijena plutonija za oružje zaslužuje posebnu pozornost. Prema riječima stručnjaka, deseci tona ovog elementa mogu koštati nekoliko milijardi američkih dolara. Neki stručnjaci čak su procijenili 500 tona plutonija za oružje na čak 8 bilijuna dolara. Iznos je stvarno impresivan. Da bi bilo jasnije o kolikom se novcu radi, recimo da je u posljednjih deset godina 20. stoljeća prosječni godišnji BDP Rusije bio 400 milijardi dolara. To jest, u stvari, stvarna cijena plutonija za oružje bila je jednaka dvadesetom godišnjem BDP-u Ruske Federacije.