Plutónium na úrovni zbraní: aplikácia, výroba, likvidácia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Ľudstvo vždy hľadalo nové zdroje energie, ktoré dokážu vyriešiť mnohé problémy. Nie sú však vždy bezpečné. Najmä dnes široko používané jadrové reaktory, hoci sú schopné generovať jednoducho obrovské množstvo takej elektrickej energie, ktorú každý potrebuje, stále predstavujú smrteľné nebezpečenstvo. Okrem využívania jadrovej energie na mierové účely sa však niektoré krajiny našej planéty naučili používať ju aj v armáde, najmä na výrobu jadrových hlavíc. Tento článok sa bude zaoberať základom takejto ničivej zbrane, ktorej názov je plutónium na úrovni zbraní.

Rýchla referencia

Táto kompaktná forma kovu obsahuje najmenej 93,5 % izotopu 239Pu. Plutónium na výrobu zbraní bolo pomenované tak, aby sa odlíšilo od jeho „reaktorového brata“. V zásade sa plutónium vždy tvorí v absolútne akomkoľvek jadrovom reaktore, ktorý zase beží na nízko obohatenom alebo prírodnom uráne, ktorý obsahuje z väčšej časti izotop 238U.

Vojenské aplikácie

Zbraňové plutónium 239Pu je základom jadrových zbraní. Súčasne je použitie izotopov s hmotnostnými číslami 240 a 242 irelevantné, pretože vytvárajú veľmivysoké pozadie neutrónov, čo v konečnom dôsledku sťažuje vytváranie a navrhovanie vysoko účinnej jadrovej munície. Okrem toho izotopy plutónia 240Pu a 241Pu majú oveľa kratší polčas rozpadu ako 239Pu, takže časti plutónia sú veľmi horúce. Práve v súvislosti s tým sú inžinieri nútení pridať do jadrovej zbrane ďalšie prvky na odstránenie prebytočného tepla. Mimochodom, čistý 239Pu je teplejší ako ľudské telo. Nemožno tiež nebrať do úvahy skutočnosť, že produkty rozpadu ťažkých izotopov vystavujú kryštálovú mriežku kovu škodlivým zmenám, čo celkom prirodzene mení konfiguráciu častí plutónia, čo môže v konečnom dôsledku spôsobiť úplné zlyhanie jadrové výbušné zariadenie.

V podstate všetky tieto ťažkosti možno prekonať. A v praxi už boli opakovane testované výbušné zariadenia na báze „reaktorového“plutónia. Malo by sa však chápať, že v jadrovej munícii ich kompaktnosť, nízka vlastná hmotnosť, životnosť a spoľahlivosť nie sú ani zďaleka posledné. V tomto ohľade používajú výlučne plutónium na zbrane.

Konštrukčné prvky priemyselných reaktorov

Prakticky všetko plutónium v Rusku bolo vyrobené v reaktoroch vybavených grafitovým moderátorom. Každý z reaktorov je postavený okolo valcových grafitových blokov.

Po zostavení majú grafitové bloky medzi sebou špeciálne štrbiny na zabezpečenie nepretržitej cirkulácie chladiacej kvapaliny, ktorápoužíva sa dusík. V zmontovanej konštrukcii sú vytvorené aj vertikálne umiestnené kanály na prechod vodného chladenia a paliva cez ne. Samotná zostava je pevne podopretá konštrukciou s otvormi pod kanálmi používanými na prepravu už ožiareného paliva. Každý z kanálov je navyše umiestnený v tenkostennej rúrke odliatej z ľahkej a extra pevnej hliníkovej zliatiny. Väčšina opísaných kanálov má 70 palivových tyčí. Chladiaca voda prúdi priamo okolo palivových tyčí a odvádza z nich prebytočné teplo.

Zvýšenie kapacity výrobných reaktorov

Prvý reaktor Mayak spočiatku fungoval s kapacitou 100 tepelných MW. Hlavný šéf sovietskeho programu jadrových zbraní Igor Kurčatov však navrhol, aby reaktor pracoval pri výkone 170-190 MW v zime a 140-150 MW v lete. Tento prístup umožnil reaktoru produkovať takmer 140 gramov vzácneho plutónia denne.

V roku 1952 sa uskutočnili plnohodnotné výskumné práce s cieľom zvýšiť výrobnú kapacitu fungujúcich reaktorov nasledujúcimi metódami:

• Zvýšením prietoku vody používanej na chladenie a prúdenia cez aktívne zóny jadrového zariadenia.
• Zvýšením odolnosti voči javu korózie vyskytujúci sa v blízkosti vložky kanála.
• Zníženie rýchlosti oxidácie grafitu.
• Zvýšenie teploty vo vnútri palivových článkov.

V dôsledku toho sa po zväčšení medzery medzi palivom a stenami kanála výrazne zvýšila priepustnosť cirkulujúcej vody. Podarilo sa nám zbaviť aj korózie. Aby sme to dosiahli, vybrali sme najvhodnejšie hliníkové zliatiny a začali sme aktívne pridávať bichróman sodný, čo v konečnom dôsledku zvýšilo mäkkosť chladiacej vody (pH sa stalo asi 6,0-6,2). Oxidácia grafitu prestala byť naliehavým problémom po použití dusíka na jeho chladenie (predtým sa používal iba vzduch).

Keď sa 50. roky 20. storočia chýlili ku koncu, inovácie sa naplno uviedli do praxe, čím sa obmedzilo veľmi zbytočné nafukovanie uránu spôsobené žiarením, výrazne sa znížilo tepelné vytvrdzovanie uránových tyčí, zlepšila sa odolnosť plášťa a zlepšila sa kontrola kvality výroby.

Produkcia v Mayaku

"Čeljabinsk-65" je jednou z tých veľmi tajných tovární, kde sa vyrábalo plutónium na zbrane. V podniku bolo niekoľko reaktorov, každý z nich spoznáme bližšie.

Reaktor A

Jednotka bola navrhnutá a vyrobená pod vedením legendárneho N. A. Dollezhala. Pracovala s výkonom 100 MW. Reaktor mal 1149 vertikálne usporiadaných riadiacich a palivových kanálov v grafitovom bloku. Celková hmotnosť konštrukcie bola asi 1050 ton. Takmer všetky kanály (okrem 25) boli zaťažené uránom, ktorého celková hmotnosť bola 120-130 ton. 17 kanálov bolo použitých pre riadiace tyče a 8 prevykonávanie experimentov. Maximálne konštrukčné uvoľnenie tepla palivového článku bolo 3,45 kW. Najprv reaktor produkoval asi 100 gramov plutónia denne. Kovové plutónium bolo prvýkrát vyrobené 16. apríla 1949.

Technologické nedostatky

Pomerne okamžite boli zistené celkom vážne problémy, ktoré pozostávali z korózie hliníkových vložiek a povlakov palivových článkov. Uránové tyče sa tiež nafúkli a zlomili a chladiaca voda unikla priamo do aktívnej zóny reaktora. Po každom úniku sa musel reaktor zastaviť až na 10 hodín, aby sa grafit vysušil vzduchom. V januári 1949 boli vložky kanálov vymenené. Potom sa spustenie inštalácie uskutočnilo 26. marca 1949.

Zbraňové plutónium, ktorého výrobu v reaktore A sprevádzali najrôznejšie ťažkosti, sa vyrábalo v rokoch 1950-1954 s priemerným jednotkovým výkonom 180 MW. Následnú prevádzku reaktora začalo sprevádzať aj jeho intenzívnejšie využívanie, čo celkom prirodzene viedlo k častejším odstávkam (až 165-krát za mesiac). Výsledkom bolo, že v októbri 1963 bol reaktor odstavený a jeho prevádzka bola obnovená až na jar 1964. Svoju kampaň dokončil v roku 1987 a za celé obdobie mnohých rokov prevádzky vyprodukoval 4,6 tony plutónia.

AB Reactors

Na jeseň roku 1948 bolo rozhodnuté postaviť tri AB reaktory v podniku Čeľabinsk-65. Ich výrobná kapacita bola 200-250 gramov plutónia denne. Hlavným projektantom projektu bol A. Savin. Každý reaktor mal 1996 kanálov, z ktorých 65 bolo riadiacich. V inštaláciách bola použitá technická novinka - každý kanál bol vybavený špeciálnym detektorom úniku chladiacej kvapaliny. Takýto krok umožnil výmenu vložiek bez zastavenia prevádzky samotného reaktora.

Prvý rok prevádzky reaktorov ukázal, že vyprodukovali asi 260 gramov plutónia denne. Od druhého roku prevádzky sa však kapacita postupne zvyšovala a už v roku 1963 bola jej hodnota 600 MW. Po druhej generálnej oprave bol problém vložiek úplne vyriešený a kapacita už bola 1200 MW s ročnou produkciou plutónia 270 kilogramov. Tieto ukazovatele zostali až do úplného zatvorenia reaktorov.

AI-IR reaktor

Čeljabinský podnik používal túto inštaláciu od 22. decembra 1951 do 25. mája 1987. Okrem uránu sa v reaktore vyrábal aj kob alt-60 a polónium-210. Pôvodne sa v tejto lokalite vyrábalo trícium, ale neskôr začalo prijímať plutónium.

Tiež závod na spracovanie plutónia na zbrane malo v prevádzke ťažkovodné reaktory a jediný ľahkovodný reaktor (názov je Ruslan).

Sibírsky gigant

„Tomsk-7“– to je názov závodu, v ktorom sa nachádza päť reaktorov na výrobu plutónia. Každá z jednotiek používala grafit na spomalenie neutrónov a obyčajnú vodu na zabezpečenie správneho chladenia.

Reaktor I-1 spolupracoval so systémomchladenie, pri ktorom voda raz prešla. Zvyšné štyri bloky však mali uzavreté primárne okruhy vybavené výmenníkmi tepla. Tento dizajn umožnil dodatočnú výrobu pary, ktorá zase pomohla pri výrobe elektriny a vykurovaní rôznych obytných priestorov.

„Tomsk-7“mal aj reaktor s názvom EI-2, ktorý mal zase dvojaký účel: produkoval plutónium a generoval 100 MW elektriny z vyrobenej pary, ako aj 200 MW tepelnej energie. energia.

Dôležité informácie

Podľa vedcov je polčas rozpadu plutónia na zbrane približne 24 360 rokov. Obrovské číslo! V tejto súvislosti sa otázka stáva obzvlášť akútnou: „Ako správne naložiť s výrobným odpadom tohto prvku? Najoptimálnejšou možnosťou je výstavba špeciálnych podnikov na následné spracovanie plutónia na výrobu zbraní. Vysvetľuje to skutočnosť, že v tomto prípade už prvok nemožno použiť na vojenské účely a bude ho ovládať osoba. Takto sa likviduje plutónium na zbrane v Rusku, ale Spojené štáty americké sa vydali inou cestou, čím porušili svoje medzinárodné záväzky.

Americká vláda teda navrhuje zničiť vysoko obohatené jadrové palivo nie priemyselným spôsobom, ale zriedením plutónia a jeho uskladnením v špeciálnych nádobách v hĺbke 500 metrov. Je samozrejmé, že v tomto prípade materiál ľahko môže byťextrahovať ho zo zeme a znova spustiť na vojenské účely. Podľa ruského prezidenta Vladimira Putina sa krajiny pôvodne dohodli, že plutónium zničia nie týmto spôsobom, ale že ho zneškodnia v priemyselných zariadeniach.

Cena plutónia na výrobu zbraní si zaslúži osobitnú pozornosť. Podľa odborníkov môžu desiatky ton tohto prvku stáť niekoľko miliárd amerických dolárov. Niektorí odborníci dokonca odhadujú, že 500 ton plutónia na zbrane až na 8 biliónov dolárov. Suma je naozaj pôsobivá. Aby bolo jasnejšie, o koľko peňazí ide, povedzme, že za posledných desať rokov 20. storočia bol priemerný ročný HDP Ruska 400 miliárd dolárov. To znamená, že skutočná cena plutónia na zbrane sa rovnala dvadsaťročnému HDP Ruskej federácie.