Plutonium gred senjata: aplikasi, pengeluaran, pelupusan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Manusia sentiasa mencari sumber tenaga baharu yang boleh menyelesaikan banyak masalah. Walau bagaimanapun, mereka tidak selalu selamat. Oleh itu, khususnya, reaktor nuklear yang digunakan secara meluas hari ini, walaupun ia mampu menjana sejumlah besar tenaga elektrik yang diperlukan oleh semua orang, masih membawa bahaya maut. Tetapi, sebagai tambahan kepada penggunaan tenaga nuklear untuk tujuan damai, beberapa negara di planet kita telah belajar menggunakannya dalam ketenteraan, terutamanya untuk mencipta kepala peledak nuklear. Artikel ini akan membincangkan asas senjata pemusnah sedemikian, yang namanya plutonium gred senjata.

Rujukan pantas

Bentuk logam padat ini mengandungi sekurang-kurangnya 93.5% daripada isotop 239Pu. Plutonium gred senjata dinamakan demikian untuk membezakannya daripada "saudara reaktor"nya. Pada dasarnya, plutonium sentiasa terbentuk dalam mana-mana reaktor nuklear, yang seterusnya, berjalan pada uranium yang diperkaya rendah atau semula jadi, yang mengandungi, sebahagian besarnya, isotop 238U.

Aplikasi ketenteraan

Plutonium gred senjata 239Pu ialah asas senjata nuklear. Pada masa yang sama, penggunaan isotop dengan nombor jisim 240 dan 242 adalah tidak relevan, kerana ia sangatlatar belakang neutron yang tinggi, yang akhirnya menyukarkan untuk mencipta dan mereka bentuk peluru nuklear yang sangat berkesan. Di samping itu, isotop plutonium 240Pu dan 241Pu mempunyai separuh hayat yang lebih pendek daripada 239Pu, jadi bahagian plutonium menjadi sangat panas. Sehubungan dengan ini, jurutera terpaksa menambah elemen tambahan pada senjata nuklear untuk menghilangkan haba berlebihan. By the way, 239Pu tulen lebih panas daripada badan manusia. Ia juga mustahil untuk tidak mengambil kira hakikat bahawa produk pereputan isotop berat menyebabkan kekisi kristal logam kepada perubahan yang berbahaya, dan ini secara semula jadi mengubah konfigurasi bahagian plutonium, yang, pada akhirnya, boleh menyebabkan kegagalan sepenuhnya alat letupan nuklear.

Secara keseluruhannya, semua kesukaran ini dapat diatasi. Dan dalam praktiknya, alat letupan berdasarkan plutonium "reaktor" telah diuji berulang kali. Tetapi harus difahami bahawa dalam amunisi nuklear, kekompakan mereka, berat sendiri yang rendah, ketahanan dan kebolehpercayaan jauh dari kedudukan terakhir. Dalam hal ini, mereka menggunakan plutonium gred senjata secara eksklusif.

Ciri reka bentuk reaktor industri

Secara praktikal semua plutonium di Rusia dihasilkan dalam reaktor yang dilengkapi dengan penyederhana grafit. Setiap reaktor dibina di sekeliling blok grafit silinder.

Apabila dipasang, blok grafit mempunyai slot khas di antara mereka untuk memastikan peredaran berterusan penyejuk, yangnitrogen digunakan. Dalam struktur yang dipasang, terdapat juga saluran yang terletak secara menegak yang dicipta untuk laluan penyejukan air dan bahan api melaluinya. Pemasangan itu sendiri disokong tegar oleh struktur dengan lubang di bawah saluran yang digunakan untuk menghantar bahan api yang telah disinari. Di samping itu, setiap saluran terletak dalam tuangan paip berdinding nipis daripada aloi aluminium yang ringan dan lebih kuat. Kebanyakan saluran yang diterangkan mempunyai 70 batang bahan api. Air penyejuk mengalir terus di sekeliling rod bahan api, mengeluarkan haba berlebihan daripadanya.

Meningkatkan kapasiti reaktor pengeluaran

Pada mulanya, reaktor Mayak pertama beroperasi dengan kapasiti 100 MW terma. Bagaimanapun, ketua ketua program senjata nuklear Soviet, Igor Kurchatov, mencadangkan agar reaktor itu beroperasi pada 170-190 MW pada musim sejuk dan 140-150 MW pada musim panas. Pendekatan ini membolehkan reaktor menghasilkan hampir 140 gram plutonium berharga setiap hari.

Pada tahun 1952, kerja penyelidikan sepenuhnya telah dijalankan untuk meningkatkan kapasiti pengeluaran reaktor berfungsi dengan kaedah berikut:

• Dengan meningkatkan aliran air yang digunakan untuk menyejukkan dan mengalir melalui zon aktif pemasangan nuklear.
• Dengan meningkatkan daya tahan terhadap fenomena kakisan yang berlaku berhampiran pelapik saluran.
• Mengurangkan kadar pengoksidaan grafit.
• Meningkatkan suhu di dalam sel bahan api.

Akibatnya, daya tampung air yang beredar telah meningkat dengan ketara selepas jurang antara bahan api dan dinding saluran telah meningkat. Kami juga berjaya menghilangkan kakisan. Untuk melakukan ini, kami memilih aloi aluminium yang paling sesuai dan mula aktif menambah natrium bichromate, yang akhirnya meningkatkan kelembutan air penyejuk (pH menjadi kira-kira 6.0-6.2). Pengoksidaan grafit tidak lagi menjadi masalah mendesak selepas nitrogen digunakan untuk menyejukkannya (sebelum ini hanya udara digunakan).

Memandangkan tahun 1950-an semakin hampir, inovasi telah dilaksanakan sepenuhnya, mengurangkan belon uranium yang sangat tidak perlu yang disebabkan oleh sinaran, mengurangkan pengerasan haba rod uranium, meningkatkan rintangan pelapisan, dan meningkatkan kawalan kualiti pembuatan.

Pengeluaran di Mayak

"Chelyabinsk-65" ialah salah satu kilang yang sangat rahsia di mana plutonium gred senjata dicipta. Terdapat beberapa reaktor di perusahaan, kami akan mengenali setiap satu daripadanya dengan lebih baik.

Reaktor A

Unit ini direka dan dibina di bawah bimbingan N. A. Dollezhal yang legenda. Dia bekerja dengan kuasa 100 MW. Reaktor itu mempunyai 1149 saluran kawalan dan bahan api tersusun menegak dalam blok grafit. Jumlah jisim struktur adalah kira-kira 1050 tan. Hampir semua saluran (kecuali 25) dimuatkan dengan uranium, jumlah jisimnya ialah 120-130 tan. 17 saluran telah digunakan untuk rod kawalan dan 8 untukmenjalankan eksperimen. Pelepasan haba reka bentuk maksimum sel bahan api ialah 3.45 kW. Pada mulanya, reaktor menghasilkan kira-kira 100 gram plutonium setiap hari. Logam plutonium pertama kali dihasilkan pada 16 April 1949.

Kecacatan teknologi

Masalah yang agak serius dikenal pasti serta-merta, yang terdiri daripada kakisan pelapik aluminium dan salutan sel bahan api. Batang uranium juga membengkak dan pecah, dan air penyejuk bocor terus ke dalam teras reaktor. Selepas setiap kebocoran, reaktor perlu dihentikan sehingga 10 jam untuk mengeringkan grafit dengan udara. Pada Januari 1949, pelapik saluran telah diganti. Selepas itu, pelancaran pemasangan berlaku pada 26 Mac 1949.

Plutonium gred senjata, yang pengeluarannya di Reaktor A disertai dengan pelbagai jenis kesukaran, telah dihasilkan dalam tempoh 1950-1954 dengan purata kuasa unit 180 MW. Operasi reaktor berikutnya mula disertai dengan penggunaannya yang lebih intensif, yang secara semula jadi membawa kepada penutupan yang lebih kerap (sehingga 165 kali sebulan). Akibatnya, pada Oktober 1963, reaktor itu ditutup dan menyambung semula operasinya hanya pada musim bunga tahun 1964. Beliau menamatkan kempennya pada tahun 1987 dan menghasilkan 4.6 tan plutonium sepanjang tempoh operasi bertahun-tahun.

Reaktor AB

Telah diputuskan untuk membina tiga reaktor AB di perusahaan Chelyabinsk-65 pada musim luruh tahun 1948. Kapasiti pengeluaran mereka ialah 200-250 gram plutonium setiap hari. Ketua pereka projek itu ialah A. Savin. Setiap reaktor mempunyai 1996 saluran, 65 daripadanya adalah saluran kawalan. Kebaharuan teknikal digunakan dalam pemasangan - setiap saluran dilengkapi dengan pengesan kebocoran penyejuk khas. Tindakan sedemikian membolehkan anda menukar pelapik tanpa menghentikan operasi reaktor itu sendiri.

Tahun pertama operasi reaktor menunjukkan bahawa ia menghasilkan kira-kira 260 gram plutonium setiap hari. Walau bagaimanapun, dari tahun kedua operasi, kapasiti meningkat secara beransur-ansur, dan sudah pada tahun 1963 angkanya adalah 600 MW. Selepas baik pulih kedua, masalah pelapik telah diselesaikan sepenuhnya, dan kapasiti sudah 1200 MW dengan pengeluaran plutonium tahunan sebanyak 270 kilogram. Penunjuk ini kekal sehingga penutupan sepenuhnya reaktor.

reaktor AI-IR

Perusahaan Chelyabinsk menggunakan pemasangan ini dari 22 Disember 1951 hingga 25 Mei 1987. Selain uranium, reaktor itu juga menghasilkan kob alt-60 dan polonium-210. Pada mulanya, tapak tersebut menghasilkan tritium, tetapi kemudiannya mula menerima plutonium.

Selain itu, loji pemprosesan plutonium gred senjata telah beroperasi reaktor air berat dan satu-satunya reaktor air ringan (namanya Ruslan).

gergasi Siberia

"Tomsk-7" - ini adalah nama kilang, yang menempatkan lima reaktor untuk pengeluaran plutonium. Setiap unit menggunakan grafit untuk memperlahankan neutron dan air biasa untuk memberikan penyejukan yang betul.

Reaktor I-1 berfungsi dengan sistempenyejukan, di mana air melepasi sekali. Walau bagaimanapun, baki empat unit telah disediakan dengan litar primer tertutup yang dilengkapi dengan penukar haba. Reka bentuk ini memungkinkan untuk menjana wap tambahan, yang seterusnya membantu dalam pengeluaran elektrik dan pemanasan pelbagai premis kediaman.

"Tomsk-7" juga mempunyai reaktor yang dipanggil EI-2, yang, pada gilirannya, mempunyai dua tujuan: ia menghasilkan plutonium dan menjana 100 MW elektrik daripada stim yang dijana, serta 200 MW haba tenaga.

Maklumat penting

Menurut saintis, separuh hayat plutonium gred senjata adalah kira-kira 24,360 tahun. Jumlah yang besar! Dalam hal ini, persoalannya menjadi sangat akut: "Bagaimana untuk menangani sisa pengeluaran unsur ini dengan betul?" Pilihan yang paling optimum ialah pembinaan perusahaan khas untuk pemprosesan seterusnya plutonium gred senjata. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa dalam kes ini unsur itu tidak lagi boleh digunakan untuk tujuan ketenteraan dan akan dikawal oleh seseorang. Beginilah cara plutonium gred senjata dilupuskan di Rusia, tetapi Amerika Syarikat mengambil jalan yang berbeza, sekali gus melanggar kewajipan antarabangsanya.

Oleh itu, kerajaan AS bercadang untuk memusnahkan bahan api nuklear yang sangat diperkaya bukan dengan cara perindustrian, tetapi dengan mencairkan plutonium dan menyimpannya dalam bekas khas pada kedalaman 500 meter. Ia tidak perlu dikatakan bahawa dalam kes ini bahan itu boleh dengan mudahmengeluarkannya dari tanah dan melancarkannya semula untuk tujuan ketenteraan. Menurut Presiden Rusia Vladimir Putin, pada mulanya negara-negara bersetuju untuk memusnahkan plutonium bukan dengan kaedah ini, tetapi untuk menjalankan pelupusan di kemudahan perindustrian.

Kos plutonium gred senjata patut diberi perhatian khusus. Menurut pakar, berpuluh-puluh tan elemen ini mungkin menelan belanja beberapa bilion dolar AS. Dan sesetengah pakar telah menganggarkan 500 tan plutonium gred senjata sebanyak 8 trilion dolar. Jumlahnya sungguh mengagumkan. Untuk menjelaskan dengan lebih jelas berapa banyak wang ini, katakan bahawa dalam sepuluh tahun terakhir abad ke-20, purata KDNK tahunan Rusia ialah $400 bilion. Iaitu, sebenarnya, harga sebenar plutonium gred senjata adalah sama dengan dua puluh KDNK tahunan Persekutuan Rusia.