Fegyverminőségű plutónium: alkalmazás, gyártás, ártalmatlanítás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az emberiség mindig is olyan új energiaforrásokat keresett, amelyek sok problémát megoldhatnak. Ezek azonban nem mindig biztonságosak. Így különösen a manapság széles körben használt atomreaktorok, bár egyszerűen kolosszális mennyiségű elektromos energiát képesek előállítani, amire mindenkinek szüksége van, még mindig halálos veszélyt rejtenek magukban. De a nukleáris energia békés célú felhasználása mellett bolygónk egyes országai megtanulták felhasználni a katonai célokra, különösen nukleáris robbanófejek létrehozására. Ez a cikk egy ilyen pusztító fegyver alapját tárgyalja, amelynek neve fegyveres minőségű plutónium.

Gyors referencia

A fémnek ez a kompakt formája a 239Pu izotóp legalább 93,5%-át tartalmazza. A fegyvertisztaságú plutóniumot azért nevezték el így, hogy megkülönböztessék „reaktortestvérétől”. Elvileg minden atomreaktorban plutónium képződik, amely viszont alacsony dúsítású vagy természetes uránon működik, amely többnyire a 238U izotópot tartalmazza.

Katonai alkalmazások

Fegyverminőségű plutónium 239Pu az atomfegyverek alapja. Ugyanakkor a 240 és 242 tömegszámú izotópok használata irreleváns, mivel ezek nagyonmagas neutronháttér, ami végső soron megnehezíti a rendkívül hatékony nukleáris lőszerek létrehozását és tervezését. Ezenkívül a 240Pu és 241Pu plutónium izotópok felezési ideje sokkal rövidebb, mint a 239Pu, így a plutónium részei nagyon felforrósodnak. Ezzel összefüggésben a mérnökök kénytelenek további elemeket hozzáadni az atomfegyverhez, hogy eltávolítsák a felesleges hőt. Egyébként a tiszta 239Pu melegebb, mint az emberi test. Nem lehet figyelmen kívül hagyni azt a tényt sem, hogy a nehéz izotópok bomlástermékei káros változásoknak teszik ki a fémkristályrácsot, és ez teljesen természetes módon megváltoztatja a plutónium részek konfigurációját, ami végső soron az izotópok teljes meghibásodását okozhatja. nukleáris robbanószerkezet.

Összességében ezek a nehézségek leküzdhetők. A gyakorlatban pedig már többször tesztelték a "reaktor" plutónium alapú robbanószerkezeteket. De meg kell érteni, hogy a nukleáris lőszerekben tömörségük, alacsony saját tömegük, tartósságuk és megbízhatóságuk messze nem az utolsó pozíciótól van. Ebben a tekintetben kizárólag fegyverminőségű plutóniumot használnak.

Ipari reaktorok tervezési jellemzői

Oroszországban gyakorlatilag az összes plutóniumot grafit moderátorral felszerelt reaktorokban állították elő. A reaktorok mindegyike hengeres grafitblokkok köré épül.

Összeszereléskor a grafitblokkok között speciális nyílások vannak, amelyek biztosítják a hűtőfolyadék folyamatos keringését.nitrogént használnak. Az összeszerelt szerkezetben függőlegesen elhelyezkedő csatornák is vannak kialakítva, amelyeken keresztül a vízhűtés és az üzemanyag áthalad. Magát a szerelvényt mereven támasztja alá a már besugárzott tüzelőanyag szállítására szolgáló csatornák alatti lyukakkal ellátott szerkezet. Ezenkívül mindegyik csatorna egy vékony falú csőben található, amely könnyű és extra erős alumíniumötvözetből van öntve. A leírt csatornák többsége 70 üzemanyagrúddal rendelkezik. A hűtővíz közvetlenül a tüzelőanyag-rudak körül áramlik, és eltávolítja belőlük a felesleges hőt.

A termelő reaktorok kapacitásának növelése

Kezdetben az első Mayak reaktor 100 termikus MW teljesítménnyel működött. A szovjet atomfegyver-program vezérigazgatója, Igor Kurcsatov azonban azt javasolta, hogy a reaktor télen 170-190 MW-tal, nyáron 140-150 MW-tal működjön. Ez a megközelítés lehetővé tette a reaktor számára napi 140 gramm értékes plutónium előállítását.

1952-ben teljes körű kutatómunka folyt a működő reaktorok termelési kapacitásának növelése érdekében az alábbi módszerekkel:

• A hűtésre használt víz áramlásának növelésével és a nukleáris létesítmény aktív zónáin való átáramlással.
• A csatornabélés közelében fellépő korrózióval szembeni ellenállás növelésével.
• A grafitoxidáció sebességének csökkentése.
• A hőmérséklet emelkedése az üzemanyagcellák belsejében.

Ennek eredményeként a keringető víz áteresztőképessége jelentősen megnőtt, miután megnőtt a tüzelőanyag és a csatorna falai közötti hézag. A korróziótól is sikerült megszabadulni. Ehhez kiválasztottuk a legmegfelelőbb alumíniumötvözeteket, és elkezdtük aktívan hozzáadni a nátrium-bikromátot, ami végső soron növelte a hűtővíz lágyságát (pH körülbelül 6,0-6,2 lett). A grafit oxidációja megszűnt sürgős probléma lenni, miután nitrogént használtak a hűtésére (korábban csak levegőt használtak).

Az 1950-es évek végéhez közeledve az innovációkat teljes mértékben a gyakorlatba ültették át, csökkentve az urán sugárzás által okozott rendkívül szükségtelen léggömböket, nagymértékben csökkentve az uránrudak hőkeménységét, javítva a burkolat ellenállását és javítva a gyártási minőség-ellenőrzést.

Gyártás a Mayaknál

A "Cseljabinszk-65" egyike azoknak a nagyon titkos gyáraknak, ahol a fegyveres minőségű plutóniumot létrehozták. A vállalkozásnál több reaktor is működött, mindegyiket közelebbről megismerjük.

A reaktor

Az egységet a legendás N. A. Dollezhal irányítása alatt tervezték és építették. 100 MW teljesítménnyel dolgozott. A reaktorban 1149 függőlegesen elhelyezett vezérlő- és üzemanyagcsatorna volt egy grafitblokkban. A szerkezet össztömege körülbelül 1050 tonna volt. Szinte minden csatorna (25 kivételével) uránnal volt megterhelve, amelynek össztömege 120-130 tonna volt. 17 csatornát használtak a vezérlőrudakhoz és 8 csatornátkísérletek végzése. Az üzemanyagcella maximális tervezési hőleadása 3,45 kW volt. Eleinte a reaktor körülbelül 100 gramm plutóniumot termelt naponta. A plutónium fémet először 1949. április 16-án állították elő.

Technológiai hibák

Elég komoly problémákat szinte azonnal azonosítottak, amelyek az alumíniumbetétek és az üzemanyagcella-bevonatok korróziójából álltak. Az uránrudak is megduzzadtak és eltörtek, a hűtővíz pedig közvetlenül a reaktor zónájába szivárgott. Minden egyes szivárgás után a reaktort legfeljebb 10 órára le kellett állítani, hogy a grafitot levegővel megszárítsák. 1949 januárjában a csatornabetéteket kicserélték. Ezt követően az installáció elindítására 1949. március 26-án került sor.

Fegyverminőségű plutóniumot, amelynek előállítása az A reaktorban mindenféle nehézséggel járt, az 1950-1954 közötti időszakban 180 MW átlagos egységteljesítménnyel készült. A reaktor ezt követő működését intenzívebb használata kezdte, ami természetesen gyakoribb (havi 165-ször) leálláshoz vezetett. Ennek eredményeként 1963 októberében a reaktort leállították, és csak 1964 tavaszán kezdte újra működését. Hadjáratát 1987-ben fejezte be, és 4,6 tonna plutóniumot termelt a sokéves működés során.

AB Reactors

1948 őszén elhatározták, hogy három AB reaktort építenek a Cseljabinszk-65 vállalatnál. Termelési kapacitásuk napi 200-250 gramm plutónium volt. A projekt főtervezője A. Savin volt. Mindegyik reaktorban 1996 csatorna volt, ebből 65 vezérlőcsatorna. A telepítés során egy műszaki újdonságot alkalmaztak - minden csatornát speciális hűtőfolyadék-szivárgásérzékelővel szereltek fel. Egy ilyen lépés lehetővé tette a béléscsere anélkül, hogy a reaktor működése leállna.

A reaktorok működésének első éve azt mutatta, hogy körülbelül 260 gramm plutóniumot termeltek naponta. A második üzemévtől azonban fokozatosan növelték a teljesítményt, és már 1963-ban 600 MW volt. A második nagyjavítás után a bélésprobléma teljesen megoldódott, a kapacitás már 1200 MW volt, évi 270 kilogramm plutóniumtermelés mellett. Ezek a mutatók a reaktorok teljes bezárásáig megmaradtak.

AI-IR reaktor

A cseljabinszki vállalat ezt a telepítést 1951. december 22-től 1987. május 25-ig használta. A reaktorban az urán mellett kob alt-60-at és polónium-210-et is gyártottak. Kezdetben a helyszín tríciumot termelt, de később plutóniumot kezdett kapni.

A fegyveres minőségű plutónium feldolgozására szolgáló üzemben nehézvizes reaktorok is működtek, és az egyetlen könnyűvizes reaktor (a neve Ruslan).

szibériai óriás

"Tomsk-7" - ez az üzem neve, amelyben öt plutónium előállítására szolgáló reaktor található. Mindegyik egység grafitot használt a neutronok lassítására, és közönséges vizet a megfelelő hűtés érdekében.

Az I-1 reaktor működött a rendszerrelhűtés, amelyben a víz egyszer áthaladt. A fennmaradó négy blokkot azonban hőcserélővel felszerelt zárt primer körrel látták el. Ez a kialakítás lehetővé tette a további gőztermelést, ami viszont elősegítette a villamosenergia-termelést és a különböző lakóhelyiségek fűtését.

A "Tomsk-7"-nek volt egy EI-2 nevű reaktora is, aminek kettős célja volt: plutóniumot termelt és a keletkező gőzből 100 MW villamos energiát, valamint 200 MW hőenergiát termelt. energia.

Fontos információ

A tudósok szerint a fegyveres minőségű plutónium felezési ideje körülbelül 24 360 év. Hatalmas szám! Ebben a tekintetben különösen élessé válik a kérdés: "Hogyan kell megfelelően kezelni ennek az elemnek a termelési hulladékát?" A legoptimálisabb lehetőség a fegyveres minőségű plutónium későbbi feldolgozására szolgáló speciális vállalkozások építése. Ez azzal magyarázható, hogy ebben az esetben az elemet már nem lehet katonai célokra használni, és egy személy fogja irányítani. Így ártalmatlanítják a fegyveres minőségű plutóniumot Oroszországban, de az Amerikai Egyesült Államok más utat választott, ezzel megszegve nemzetközi kötelezettségeit.

Így az Egyesült Államok kormánya azt javasolja, hogy a nagymértékben dúsított nukleáris üzemanyagot ne ipari módon semmisítsék meg, hanem a plutónium hígításával és speciális konténerekben, 500 méter mélyen történő tárolásával. Magától értetődik, hogy ebben az esetben az anyag könnyen lehetkiemeljük a földből és hadi célokra újra elindítani. Vlagyimir Putyin orosz elnök szerint az országok kezdetben abban állapodtak meg, hogy a plutóniumot nem ezzel a módszerrel semmisítik meg, hanem az ipari létesítményekben történő ártalmatlanításban.

A fegyveres minőségű plutónium ára külön figyelmet érdemel. Szakértők szerint ennek az elemnek több tíz tonnája akár több milliárd dollárba is kerülhet. Egyes szakértők pedig 500 tonna fegyveres minőségű plutóniumot 8 billió dollárra becsültek. Az összeg valóban lenyűgöző. Hogy világosabb legyen, mennyi pénzről van szó, tegyük fel, hogy a 20. század utolsó tíz évében Oroszország átlagos éves GDP-je 400 milliárd dollár volt. Azaz valójában a fegyveres minőségű plutónium valós ára megegyezett az Orosz Föderáció húsz éves GDP-jével.