Оръжие плутоний: приложение, производство, изхвърляне

Човечеството винаги е било в търсене на нови източници на енергия, които могат да разрешат много проблеми. Но не винаги те са безопасни. Така че, особено, широко използвани днес ядрени реактори макар че са в състояние да произвеждат само огромно количество електрическа енергия, от която се нуждае всеки, те все още носят смъртна опасност. Но освен това използване на ядрената енергия за мирни цели, някои страни от нашата планета са се научили да я използват в армията, особено за създаването на ядрени бойни глави. Тази статия ще разгледа основата на такова разрушително оръжие, чието име е плутоний с оръжие.

Кратка информация

Тази компактна метална форма съдържа минимум 93,5% от изотопа 239Pu. Оръжието плутоний е наречен така, че да може да се разграничи от "колега на реактора". По принцип плутония винаги се образува в абсолютно всеки реактор, който, от своя страна, работи на нискообогатен или естествен уран, съдържащ, в по-голямата си част, изотопа 238U.

Военни приложения

Огнеопорният плутоний 239Pu е основата на ядрените оръжия. В този случай, използването на изотопи с масови числа 240 и 242 е без значение, тъй като те произвеждат много висока неутронна фон, което в крайна сметка пречи на създаването и проектирането на високо-производителни ядрен товар. В допълнение, плутониевите изотопи 240Pu и 241Pu имат значително по-кратък полуживот от 239Pu, така че плутониевите части стават много горещи. В тази връзка в ядрената боеприпаси инженерите са принудени допълнително да добавят елементи за отстраняване на излишната топлина. Между другото, 239Pu в чистата му форма е по-топъл от човешкото тяло. Човек не може да не се вземе под внимание факта, че продуктите на разпада на тежки изотопи е подложена на вредни промени в кристалната решетка на метала, и това е съвсем естествено се променя конфигурацията части на плутоний, които в крайна сметка може да доведе до пълен отказ на ядрено взривно устройство.

Като цяло всички горни трудности могат да бъдат преодолени. И на практика няколко пъти вече са били тествани експлозивни устройства на базата на "реактор" плутоний. Но трябва да се разбере, че в ядрените оръжия тяхната компактност, малка маса, издръжливост и надеждност не са последната. Във връзка с това в тях се използва изключително плутоний с оръжие.

Дизайн на производствените реактори

Почти целият плутоний в Русия е произведен в реактори, оборудвани с графит забавител. Всеки от реакторите е изграден около цилиндрично сглобени блокове от графит.

В сглобената форма графитните блокове имат специални пролуки между тях, за да осигурят непрекъсната циркулация на охладителя, който използва азота като източник. В сглобената конструкция има и вертикално разположени канали, създадени за преминаване през тях чрез водно охлаждане и гориво. Самата конструкция е твърдо поставена върху конструкция с отвори под каналите, използвани за изпращане на вече облъченото гориво. Всеки от каналите е в тръба с тънки стени, излят от лека и изключително здрава алуминиева сплав. Повечето описани канали имат 70 горивни пръти. Водата за охлаждане тече директно около горивните пръти, отстранявайки излишната топлина от тях.

Увеличаване на капацитета на производствените реактори

Първоначално първият реактор "Мааак" е работил с мощност 100 топлинни MW. Въпреки това, главният директор на съветската програма за разработване на ядрени оръжия Игор Курчатов представиха предложение реакторът да работи през зимата с мощност 170-190 MW, а през лятното часово време - 140-150 MW. Този подход позволява на реактора да произвежда почти 140 грама скъп плутоний на ден.

През 1952 г. бяха проведени пълни научни изследвания за увеличаване на производствения капацитет на реакторите, работещи с такива методи:

• Чрез увеличаване на потока вода, използвана за охлаждане и протичане през активните зони на ядрената инсталация.
• Чрез увеличаване на съпротивлението на явлението корозия, което се случва в близост до каналите на облицовката.
• Намаляване скоростта на окисляване на графита.
• Увеличете температурата в горивните клетки.

В резултат на това пропускателната способност на циркулиращата вода се увеличава значително след увеличаване на пропастта между горивото и каналните стени. Корозия също успя да се отърве. За тази цел бяха избрани най-подходящите алуминиеви сплави и активно беше добавен натриев бихромат, което в крайна сметка увеличи мекотата на охлаждащата вода (рН стана около 6.0-6.2). Окисляването на графита престава да бъде реален проблем, след като азотът се използва за охлаждането му (преди това се използва само въздух).

На залез слънце 1950 нововъведения са напълно реализирани на практика, като по този начин намаляване на предизвикани от радиация прииждането на уран изключително ненужно, значително намаляване на топлинните закаляване пръчки уран за повишаване на устойчивостта на лигавиците и подобряване на контрола върху качеството на продукцията.

Производство в Маяк

"Челябинск-65" е една от тайните фабрики, на които се е състояло създаването на плутоний с оръжие. Заводът има няколко реактора, всеки от които ще се опознаем.

Реактор А

Инсталацията е проектирана и създадена под ръководството на легендарния NA Dollezhal. Работи с капацитет от 100 MW. Реакторът имаше 1 149 вертикално разположени контролни и горивни канали в графитен блок. Общата маса на структурата е около 1050 тона. На практика всички канали (с изключение на 25) бяха заредени с уран, чиято обща маса беше 120-130 тона. 17 канала бяха използвани за контролни пръчки и 8 за експерименти. Максималният индикатор за прогнозираното топлинно освобождаване на горивната клетка е 3,45 kW. Първоначално реакторът е произвел около 100 грама плутоний на ден. За първи път на 16 април 1949 г. се произвежда метален плутоний.

Технологични недостатъци

Почти веднага бяха открити доста сериозни проблеми, които се състоят в корозия на алуминиевите облицовки и покриване на горивни клетки. Също така уравните пръчки се надуват и повреждат и охлаждащата вода тече директно в сърцевината на реактора. След всяко изтичане реакторът трябва да бъде спрян до 10 часа, за да се изсуши графитът с въздух. През януари 1949 г. линиите са заменени с канали. След това инсталацията стартира на 26 март 1949 г.

Плутоният на оръжие, чието производство в реактор А е съпътствано от различни трудности, е разработено в периода 1950-1954 г. със среден капацитет 180 MW. Следващата работа на реактора започва да бъде придружена от по-интензивно използване, което естествено води до по-чести спирания (до 165 пъти месечно). В резултат на това през октомври 1963 г. реакторът е спрян и възобновява работата си едва през пролетта на 1964 г. Той завършва кампанията си през 1987 г. и за целия период на многогодишна експлоатация произвежда 4.6 тона плутоний.

Реактори AB

В завода в Челябинск-65 бяха решени да бъдат построени три АВ реактора през есента на 1948 г. Техният производствен капацитет е 200-250 грама плутоний на ден. Основният дизайнер на проекта беше А. Савин. Всеки реактор брои 1996 канали, 65 от които са били контролни. В инсталациите е използвана техническа новост - всеки канал е оборудван със специален детектор за изтичане на охлаждащата течност. Този ход позволява да се променят обвивките без да се прекратява действието на самия реактор.

Първата година от експлоатацията на реакторите показа, че те произвеждат около 260 грама плутоний на ден. След втората година обаче капацитетът постепенно се увеличава и вече през 1963 г. той е 600 MW. След втората ремонт проблемът с облицовката беше напълно решен и капацитетът вече беше 1200 MW, а годишното производство на плутоний от 270 кг. Тези показатели бяха запазени, докато реакторите не бяха напълно затворени.

AI-IR реактор

Предприятието в Челябинск използва тази инсталация между 22 декември 1951 г. и 25 май 1987 г. В допълнение към урана, реакторът също така произвежда кобалт-60 и полоний-210. Първоначално тритият се произвежда на мястото, но по-късно се произвежда плутоний.

Също така, заводът за преработка на плутоний с оръжие имаше реактори, работещи с тежка вода и един лек реактор с лека вода (името му беше Руслан).

Сибирски гигант

"Томск-7" - това е името на завода, в който се помещават пет реактора за създаване на плутоний. Всяка от звената използва графит за забавяне на неутроните и обикновена вода, за да осигури правилното охлаждане.

Реакторът I-1 работи с охладителна система, в която водата минава веднъж. Останалите четири единици обаче са оборудвани със затворени първични вериги, оборудвани с топлообменници. Такава конструкция направи възможно по-нататъшното развитие на пара, което на свой ред спомогна за производството на електричество и отопление на различни жилищни помещения.

"Томск-7", и реакторът се нарича EI-2, който, от своя страна, има двойно предназначение: за производството на плутоний за сметка на произвежда пара, генерирана електрическа мощност от 100 MW и 200 MW на топлинна енергия.

Важна информация

По убежденията на учените, полуразпадът на плутоний с оръжие е около 24 360 години. Огромна фигура! В тази връзка въпросът става особено остър: "Как да се справяме правилно с производствените отпадъци от този елемент?" Най-оптималната опция е изграждането на специални предприятия за последваща обработка на плутоний за оръжие. Това се обяснява с факта, че в този случай елементът вече не може да се използва за военни цели и ще бъде контролиран от човек. По този начин се изхвърля плутонийът от оръжия в Русия, но Съединените американски щати са предприели друг маршрут, като по този начин нарушават международните си задължения.

По този начин правителството на САЩ предлага да унищожи силно обогатеното ядрено гориво не чрез индустриален метод, а чрез разреждане на плутоний и съхраняването му в специални контейнери на дълбочина 500 метра. От само себе си се разбира, че в този случай материалът може лесно да бъде извлечен по всяко време от земята и да бъде възстановен за военни цели. Според руския президент Владимир Путин първоначално страните се договориха да унищожат плутоний не по този начин, а да рециклират в промишлени съоръжения.

Цената на оръжието за плутоний заслужава специално внимание. Експертите смятат, че десетки тонове от този елемент може да струват няколко милиарда щатски долара. И някои експерти на всички оценени 500 тона оръжие клас плутоний, както и 8 трилиона долара. Сумата е наистина впечатляваща. За да стане ясно колко големи са тези пари, да кажем, че през последното десетилетие на 20-ти век средният годишен БВП на Русия е бил 400 млрд. Долара. Всъщност реалната цена на плутония за оръжия е равна на двадесет годишен БВП на Руската федерация.