Ginklams tinkamas plutonis: panaudojimas, gamyba, šalinimas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Žmonija visada ieškojo naujų energijos š altinių, galinčių išspręsti daugybę problemų. Tačiau jie ne visada yra saugūs. Taigi, visų pirma, šiandien plačiai naudojami branduoliniai reaktoriai, nors jie gali generuoti tiesiog milžinišką kiekį tokios elektros energijos, kurios reikia visiems, vis dar kelia mirtiną pavojų. Tačiau, be branduolinės energijos panaudojimo taikiems tikslams, kai kurios mūsų planetos šalys išmoko ją panaudoti kariuomenėje, ypač kurdamos branduolines galvutes. Šiame straipsnyje bus aptariamas tokio destruktyvaus ginklo, kurio pavadinimas yra ginklų klasės plutonis, pagrindas.

Greita nuoroda

Šioje kompaktiškoje metalo formoje yra mažiausiai 93,5 % 239Pu izotopo. Ginklams tinkamas plutonis buvo pavadintas taip, siekiant atskirti jį nuo „reaktoriaus brolio“. Iš esmės plutonis visada susidaro absoliučiai bet kuriame branduoliniame reaktoriuje, kuris, savo ruožtu, veikia mažai prisodrintu arba natūraliu uranu, kurio didžioji dalis yra izotopas 238U.

Karinės programos

Ginklams tinkamas plutonis 239Pu yra branduolinių ginklų pagrindas. Tuo pačiu metu izotopų, kurių masės skaičiai 240 ir 242, naudojimas nėra svarbus, nes jie sukuria labaididelis neutronų fonas, dėl kurio galiausiai sunku sukurti ir suprojektuoti labai efektyvią branduolinę amuniciją. Be to, plutonio izotopų 240Pu ir 241Pu pusinės eliminacijos laikas yra daug trumpesnis nei 239Pu, todėl plutonio dalys labai įkaista. Būtent dėl šios priežasties inžinieriai yra priversti pridėti papildomų elementų į branduolinį ginklą, kad pašalintų šilumos perteklių. Beje, grynas 239Pu yra šiltesnis nei žmogaus kūnas. Neįmanoma neatsižvelgti ir į tai, kad sunkiųjų izotopų skilimo produktai veikia metalo kristalinę gardelę žalingiems pokyčiams, o tai visiškai natūraliai keičia plutonio dalių konfigūraciją, o tai galiausiai gali visiškai sugesti. branduolinis sprogstamasis įtaisas.

Iš esmės visus šiuos sunkumus galima įveikti. O praktikoje „reaktoriaus“plutonio pagrindu pagaminti sprogstamieji įtaisai jau buvo ne kartą išbandyti. Tačiau reikia suprasti, kad branduolinėje amunicijoje jų kompaktiškumas, mažas svoris, ilgaamžiškumas ir patikimumas yra toli gražu ne paskutinėje vietoje. Šiuo atžvilgiu jie naudoja tik ginklams skirtą plutonį.

Pramoninių reaktorių dizaino ypatybės

Praktiškai visas plutonis Rusijoje buvo gaminamas reaktoriuose su grafito reguliatoriumi. Kiekvienas reaktorius yra pastatytas aplink cilindrinius grafito blokus.

Surinkus grafito blokelius, tarp jų yra specialios angos, užtikrinančios nuolatinę aušinimo skysčio cirkuliaciją, kurinaudojamas azotas. Surinktoje konstrukcijoje taip pat yra vertikaliai išdėstyti kanalai, sukurti vandens aušinimui ir kurui praeiti per juos. Pats mazgas yra tvirtai paremtas konstrukcija su skylutėmis po kanalais, naudojamais jau apšvitintam kurui gabenti. Be to, kiekvienas kanalas yra plonasieniame vamzdyje, išlietame iš lengvo ir ypač tvirto aliuminio lydinio. Daugumoje aprašytų kanalų yra 70 kuro strypų. Aušinimo vanduo teka tiesiai aplink kuro strypus, pašalindamas iš jų šilumos perteklių.

Gamybinių reaktorių pajėgumų didinimas

Iš pradžių pirmasis Mayak reaktorius veikė 100 MW šiluminės galios. Tačiau vyriausiasis sovietinės branduolinių ginklų programos vadovas Igoris Kurchatovas pasiūlė, kad reaktorius žiemą veiktų 170–190 MW, o vasarą – 140–150 MW. Šis metodas leido reaktoriui pagaminti beveik 140 gramų brangaus plutonio per dieną.

1952 m. buvo atliktas visavertis tiriamasis darbas, siekiant padidinti veikiančių reaktorių gamybos pajėgumus šiais metodais:

• Padidinus vandens, naudojamo aušinimui ir tekėjimo per aktyviąsias branduolinio įrenginio zonas, srautą.
• Didinant atsparumą korozijos reiškiniui, atsirandančiam šalia kanalo įdėklo.
• Grafito oksidacijos greičio mažinimas.
• Kyla temperatūra kuro elementų viduje.

Dėl to žymiai padidėjo cirkuliuojančio vandens pralaidumas, padidinus tarpą tarp kuro ir kanalo sienelių. Taip pat pavyko atsikratyti korozijos. Tam pasirinkome tinkamiausius aliuminio lydinius ir pradėjome aktyviai pilti natrio bichromatą, kuris galiausiai padidino aušinimo vandens minkštumą (pH tapo apie 6,0-6,2). Grafito oksidacija nustojo būti neatidėliotina problema po to, kai aušinti buvo naudojamas azotas (anksčiau buvo naudojamas tik oras).

Jau šeštojo dešimtmečio pabaiga, naujovės buvo visiškai pritaikytos praktikoje, sumažindamos labai nereikalingą urano balioną dėl radiacijos, labai sumažindamos urano strypų kietėjimą karščiu, pagerindamos apvalkalo atsparumą ir pagerindamos gamybos kokybės kontrolę.

Gamyba Mayak

„Čeliabinskas-65“yra viena iš tų labai slaptų gamyklų, kuriose buvo sukurtas ginklams tinkamas plutonis. Įmonėje buvo keli reaktoriai, su kiekvienu susipažinsime geriau.

Reaktorius A

Įrenginys buvo suprojektuotas ir pastatytas vadovaujant legendiniam N. A. Dollezhalui. Ji dirbo su 100 MW galia. Reaktorius turėjo 1149 vertikaliai išdėstytus valdymo ir kuro kanalus grafito bloke. Bendra konstrukcijos masė buvo apie 1050 tonų. Beveik visi kanalai (išskyrus 25) buvo apkrauti uranu, kurio bendra masė siekė 120-130 tonų. 17 kanalų buvo naudojami valdymo strypams ir 8 -atliekant eksperimentus. Maksimalus projektinis kuro elemento šilumos išsiskyrimas buvo 3,45 kW. Iš pradžių reaktorius pagamino apie 100 gramų plutonio per dieną. Plutonio metalas pirmą kartą buvo pagamintas 1949 m. balandžio 16 d.

Technologiniai trūkumai

Beveik iš karto buvo nustatytos gana rimtos problemos, kurias sudarė aliuminio įdėklų ir kuro elementų dangų korozija. Urano strypai taip pat išsipūtė ir sulūžo, o aušinimo vanduo nutekėjo tiesiai į reaktoriaus aktyvią zoną. Po kiekvieno nuotėkio reaktorius turėjo būti sustabdytas iki 10 valandų, kad grafitas būtų išdžiovintas oru. 1949 m. sausio mėn. kanalų įdėklai buvo pakeisti. Po to instaliacijos paleidimas įvyko 1949 m. kovo 26 d.

Ginklams tinkamas plutonis, kurio gamyba A reaktoriuje buvo lydima įvairiausių sunkumų, buvo gaminamas 1950–1954 m., kai vidutinė vieneto galia buvo 180 MW. Tolesnį reaktoriaus eksploatavimą ėmė lydėti intensyvesnis jo naudojimas, o tai visiškai natūraliai lėmė dažnesnius išjungimus (iki 165 kartų per mėnesį). Dėl to 1963 metų spalį reaktorius buvo uždarytas ir atnaujintas tik 1964 metų pavasarį. Savo kampaniją jis baigė 1987 m. ir per daugelį veiklos metų pagamino 4,6 tonos plutonio.

AB Reactors

1948 m. rudenį įmonėje Čeliabinskas-65 buvo nuspręsta pastatyti tris AB reaktorius. Jų gamybos pajėgumai siekė 200-250 gramų plutonio per dieną. Projekto vyriausiasis dizaineris buvo A. Savinas. Kiekvienas reaktorius turėjo 1996 kanalus, iš jų 65 buvo valdymo kanalai. Instaliacijose panaudota techninė naujovė – kiekviename kanale buvo įrengtas specialus aušinimo skysčio nuotėkio detektorius. Toks žingsnis leido pakeisti įdėklus nestabdant paties reaktoriaus veikimo.

Pirmieji reaktorių eksploatavimo metai parodė, kad jie pagamino apie 260 gramų plutonio per dieną. Tačiau nuo antrųjų eksploatavimo metų galia buvo palaipsniui didinama ir jau 1963 metais jos rodiklis siekė 600 MW. Po antrojo kapitalinio remonto įdėklų problema buvo visiškai išspręsta, o galia jau buvo 1200 MW, o per metus pagaminama 270 kilogramų plutonio. Šie rodikliai išliko iki visiško reaktorių uždarymo.

AI-IR reaktorius

Čeliabinsko įmonė naudojo šį įrenginį nuo 1951 m. gruodžio 22 d. iki 1987 m. gegužės 25 d. Be urano, reaktoriuje taip pat buvo gaminamas kob altas-60 ir polonis-210. Iš pradžių ši vieta gamino tritį, bet vėliau pradėjo gauti plutonio.

Be to, ginklams skirto plutonio perdirbimo gamykloje veikė sunkiojo vandens reaktoriai ir vienintelis lengvojo vandens reaktorius (jo pavadinimas Ruslanas).

Sibiro milžinas

„Tomskas-7“– taip vadinasi gamykla, kurioje yra penki plutonio gamybos reaktoriai. Kiekvienas įrenginys naudojo grafitą neutronams sulėtinti, o įprastą vandenį, kad užtikrintų tinkamą aušinimą.

Reaktorius I-1 veikė su sistemaaušinimas, kuriame vieną kartą praėjo vanduo. Tačiau likusiuose keturiuose įrenginiuose buvo įrengtos uždaros pirminės grandinės su šilumokaičiais. Ši konstrukcija leido papildomai generuoti garą, o tai savo ruožtu padėjo gaminti elektrą ir šildyti įvairias gyvenamąsias patalpas.

„Tomsk-7“taip pat turėjo reaktorių EI-2, kuris, savo ruožtu, turėjo dvejopą paskirtį: gamino plutonį ir iš generuojamo garo pagamino 100 MW elektros energijos, taip pat 200 MW šiluminės. energija.

Svarbi informacija

Mokslininkų teigimu, ginklų klasės plutonio pusinės eliminacijos laikas yra apie 24 360 metų. Didžiulis skaičius! Šiuo atžvilgiu ypač aktualus tampa klausimas: „Kaip tinkamai elgtis su šio elemento gamybos atliekomis? Optimaliausias variantas yra specialių įmonių, skirtų tolesniam ginklų klasės plutonio perdirbimui, statyba. Tai paaiškinama tuo, kad tokiu atveju elementas nebegali būti naudojamas kariniams tikslams ir bus valdomas žmogaus. Taip Rusijoje šalinamas ginklams tinkamas plutonis, tačiau Jungtinės Amerikos Valstijos pasuko kitu keliu, taip pažeisdamos savo tarptautinius įsipareigojimus.

Taigi JAV vyriausybė siūlo labai prisodrintą branduolinį kurą naikinti ne pramoniniu būdu, o skiedžiant plutonį ir sandėliuojant specialiuose konteineriuose 500 metrų gylyje. Savaime suprantama, kad šiuo atveju medžiaga gali būti lengvaiištraukti jį iš žemės ir vėl paleisti kariniams tikslams. Pasak Rusijos prezidento Vladimiro Putino, iš pradžių šalys susitarė sunaikinti plutonį ne šiuo būdu, o sunaikinti pramoniniuose objektuose.

Ginklinio plutonio kaina nusipelno ypatingo dėmesio. Pasak ekspertų, dešimtys tonų šio elemento gali kainuoti kelis milijardus JAV dolerių. Kai kurie ekspertai net apskaičiavo, kad 500 tonų ginklams tinkamo plutonio yra net 8 trilijonai dolerių. Suma tikrai įspūdinga. Kad būtų aiškiau, kiek tai yra pinigai, tarkime, kad per pastaruosius dešimt XX amžiaus metų vidutinis metinis Rusijos BVP siekė 400 mlrd. Tai yra, iš tikrųjų tikroji ginklų klasės plutonio kaina buvo lygi dvidešimties metinių Rusijos Federacijos BVP.