Weapon-grade plutonium: aplikasyon, produksyon, pagtatapon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang sangkatauhan ay palaging naghahanap ng mga bagong mapagkukunan ng enerhiya na maaaring makalutas ng maraming problema. Gayunpaman, hindi sila palaging ligtas. Kaya, sa partikular, ang mga nuclear reactor na malawakang ginagamit ngayon, bagama't sila ay may kakayahang makabuo lamang ng napakalaking halaga ng naturang elektrikal na enerhiya na kailangan ng lahat, ay nagdadala pa rin ng isang mortal na panganib. Ngunit, bilang karagdagan sa paggamit ng enerhiyang nuklear para sa mapayapang layunin, natutunan ng ilang bansa sa ating planeta na gamitin ito sa militar, lalo na sa paglikha ng mga nuclear warhead. Tatalakayin ng artikulong ito ang batayan ng gayong mapanirang sandata, na ang pangalan ay plutonium na may gradong armas.

Mabilis na sanggunian

Ang compact form na ito ng metal ay naglalaman ng hindi bababa sa 93.5% ng 239Pu isotope. Ang plutonium na may antas ng armas ay pinangalanan upang makilala ito mula sa kanyang "kapatid na reaktor". Sa prinsipyo, ang plutonium ay palaging nabubuo sa ganap na anumang nuclear reactor, na kung saan, ay tumatakbo sa mababang-enriched o natural na uranium, na naglalaman, para sa karamihan, ang isotope 238U.

Mga aplikasyong pangmilitar

Weapon-grade plutonium 239Pu ang batayan ng mga sandatang nuklear. Kasabay nito, ang paggamit ng mga isotopes na may mass number na 240 at 242 ay hindi nauugnay, dahil lumilikha sila ng napakaisang mataas na background ng mga neutron, na sa huli ay nagpapahirap sa paglikha at pagdidisenyo ng napakabisang nuclear ammunition. Bilang karagdagan, ang plutonium isotopes na 240Pu at 241Pu ay may mas maikling kalahating buhay kaysa sa 239Pu, kaya ang mga bahagi ng plutonium ay umiinit nang husto. Kaugnay nito, ang mga inhinyero ay napipilitang magdagdag ng mga karagdagang elemento sa isang sandatang nuklear upang alisin ang sobrang init. Siyanga pala, ang purong 239Pu ay mas mainit kaysa sa katawan ng tao. Imposible ring hindi isaalang-alang ang katotohanan na ang mga nabubulok na produkto ng mabibigat na isotopes ay sumasailalim sa metal na kristal na sala-sala sa mga nakakapinsalang pagbabago, at ito ay natural na nagbabago sa pagsasaayos ng mga bahagi ng plutonium, na, sa huli, ay maaaring maging sanhi ng isang kumpletong kabiguan ng isang nuclear explosive device.

Sa pangkalahatan, lahat ng mga paghihirap na ito ay malalampasan. At sa pagsasagawa, ang mga pampasabog na aparato batay sa "reactor" plutonium ay paulit-ulit na nasubok. Ngunit dapat itong maunawaan na sa mga nuclear munitions, ang kanilang compactness, mababang timbang, tibay at pagiging maaasahan ay malayo sa huling posisyon. Sa pagsasaalang-alang na ito, eksklusibo silang gumagamit ng plutonium na may grade-sa-armas.

Mga tampok ng disenyo ng mga industrial reactor

Sa halos lahat ng plutonium sa Russia ay ginawa sa mga reactor na nilagyan ng graphite moderator. Ang bawat isa sa mga reactor ay binuo sa paligid ng mga cylindrical graphite block.

Kapag binuo, ang mga graphite block ay may mga espesyal na puwang sa pagitan ng mga ito upang matiyak ang tuluy-tuloy na sirkulasyon ng coolant, nanitrogen ang ginagamit. Sa binuong istraktura, mayroon ding mga patayong matatagpuan na mga channel na nilikha para sa pagpasa ng paglamig ng tubig at gasolina sa pamamagitan ng mga ito. Ang pagpupulong mismo ay mahigpit na sinusuportahan ng isang istraktura na may mga butas sa ilalim ng mga channel na ginagamit upang ipadala ang na-irradiated na gasolina. Bilang karagdagan, ang bawat isa sa mga channel ay matatagpuan sa isang manipis na pader na pipe cast mula sa isang magaan at napakalakas na aluminyo na haluang metal. Karamihan sa mga inilarawang channel ay mayroong 70 fuel rods. Direktang dumadaloy ang malamig na tubig sa palibot ng mga fuel rod, na nag-aalis ng sobrang init mula sa mga ito.

Pagtaas ng kapasidad ng mga production reactor

Sa una, ang unang Mayak reactor ay nagpapatakbo na may kapasidad na 100 thermal MW. Gayunpaman, iminungkahi ng punong pinuno ng programa ng sandatang nukleyar ng Sobyet na si Igor Kurchatov na ang reaktor ay dapat gumana sa 170-190 MW sa taglamig at 140-150 MW sa tag-araw. Ang pamamaraang ito ay nagbigay-daan sa reactor na makagawa ng halos 140 gramo ng mahalagang plutonium bawat araw.

Noong 1952, isinagawa ang ganap na gawaing pananaliksik upang mapataas ang kapasidad ng produksyon ng mga gumaganang reactor sa pamamagitan ng mga sumusunod na pamamaraan:

• Sa pamamagitan ng pagtaas ng daloy ng tubig na ginagamit para sa paglamig at pagdaloy sa mga aktibong zone ng isang nuclear installation.
• Sa pamamagitan ng pagtaas ng resistensya sa phenomenon ng corrosion na nagaganap malapit sa channel liner.
• Pagbabawas ng rate ng graphite oxidation.
• Pagtaas ng temperatura sa loob ng mga fuel cell.

Bilang resulta, ang throughput ng nagpapalipat-lipat na tubig ay tumaas nang husto pagkatapos tumaas ang agwat sa pagitan ng gasolina at ng mga dingding ng channel. Nagawa rin naming alisin ang kaagnasan. Upang gawin ito, pinili namin ang pinaka-angkop na mga haluang metal na aluminyo at nagsimulang aktibong magdagdag ng sodium bichromate, na sa huli ay nadagdagan ang lambot ng paglamig ng tubig (pH ay naging mga 6.0-6.2). Ang graphite oxidation ay hindi na naging isang agarang problema pagkatapos gamitin ang nitrogen upang palamig ito (dati ay hangin lang ang ginamit).

Sa pagtatapos ng 1950s, ganap na naisagawa ang mga inobasyon, na binabawasan ang hindi kinakailangang paglobo ng uranium na dulot ng radiation, lubos na binabawasan ang pagtigas ng init ng mga uranium rod, pagpapabuti ng cladding resistance, at pagpapabuti ng kontrol sa kalidad ng pagmamanupaktura.

Production at Mayak

Ang"Chelyabinsk-65" ay isa sa mga napakalihim na pabrika kung saan nilikha ang plutonium na may antas ng armas. Mayroong ilang mga reactor sa enterprise, mas makikilala natin ang bawat isa sa kanila.

Reactor A

Ang unit ay idinisenyo at ginawa sa ilalim ng gabay ng maalamat na N. A. Dollezhal. Nagtrabaho siya sa lakas na 100 MW. Ang reaktor ay mayroong 1149 patayo na nakaayos na kontrol at mga channel ng gasolina sa isang graphite block. Ang kabuuang masa ng istraktura ay halos 1050 tonelada. Halos lahat ng mga channel (maliban sa 25) ay puno ng uranium, ang kabuuang masa nito ay 120-130 tonelada. 17 channel ang ginamit para sa control rods at 8 para sapagsasagawa ng mga eksperimento. Ang maximum na paglabas ng init ng disenyo ng fuel cell ay 3.45 kW. Sa una, ang reactor ay gumagawa ng mga 100 gramo ng plutonium bawat araw. Ang plutonium metal ay unang ginawa noong Abril 16, 1949.

Mga kakulangan sa teknolohiya

Medyo malubhang problema ay natukoy halos kaagad, na binubuo ng kaagnasan ng mga aluminum liner at fuel cell coatings. Ang mga uranium rod ay namamaga at nabasag din, at ang malamig na tubig ay direktang tumagas sa core ng reactor. Pagkatapos ng bawat pagtagas, ang reaktor ay kailangang ihinto ng hanggang 10 oras upang matuyo ang grapayt gamit ang hangin. Noong Enero 1949, pinalitan ang mga channel line. Pagkatapos nito, ang paglulunsad ng pag-install ay naganap noong Marso 26, 1949.

Weapon-grade plutonium, na ang produksyon nito sa Reactor A ay sinamahan ng lahat ng uri ng kahirapan, ay ginawa noong 1950-1954 na may average na unit power na 180 MW. Ang kasunod na operasyon ng reaktor ay nagsimulang sinamahan ng mas masinsinang paggamit nito, na medyo natural na humantong sa mas madalas na pagsara (hanggang sa 165 beses sa isang buwan). Bilang resulta, noong Oktubre 1963, ang reaktor ay isinara at ipinagpatuloy ang operasyon nito noong tagsibol lamang ng 1964. Nakumpleto niya ang kanyang kampanya noong 1987 at gumawa ng 4.6 toneladang plutonium sa buong panahon ng maraming taon ng operasyon.

AB Reactors

Napagpasyahan na magtayo ng tatlong AB reactor sa Chelyabinsk-65 enterprise noong taglagas ng 1948. Ang kanilang kapasidad sa paggawa ay 200-250 gramo ng plutonium bawat araw. Ang punong taga-disenyo ng proyekto ay si A. Savin. Ang bawat reactor ay mayroong 1996 na channel, 65 sa kanila ay mga control channel. Ang isang teknikal na bagong bagay ay ginamit sa mga pag-install - ang bawat channel ay nilagyan ng isang espesyal na coolant leak detector. Ang ganitong hakbang ay naging posible upang mapalitan ang mga liner nang hindi humihinto sa paggana ng mismong reactor.

Ang unang taon ng operasyon ng mga reactor ay nagpakita na sila ay gumagawa ng humigit-kumulang 260 gramo ng plutonium bawat araw. Gayunpaman, mula sa ikalawang taon ng operasyon, ang kapasidad ay unti-unting nadagdagan, at noong 1963 ang figure nito ay 600 MW. Matapos ang pangalawang overhaul, ang problema sa mga liner ay ganap na nalutas, at ang kapasidad ay nasa 1200 MW na may taunang produksyon ng plutonium na 270 kilo. Nanatili ang mga indicator na ito hanggang sa kumpletong pagsasara ng mga reactor.

AI-IR reactor

Ginamit ng kumpanya ng Chelyabinsk ang pag-install na ito mula Disyembre 22, 1951 hanggang Mayo 25, 1987. Bilang karagdagan sa uranium, gumawa din ang reaktor ng cob alt-60 at polonium-210. Sa una, ang site ay gumawa ng tritium, ngunit kalaunan ay nagsimulang tumanggap ng plutonium.

Gayundin, ang planta para sa pagproseso ng mga armas-grade plutonium ay nagkaroon ng operasyon ng mga heavy water reactor at ang tanging light water reactor (ang pangalan nito ay Ruslan).

Siberian giant

"Tomsk-7" - ito ang pangalan ng halaman, na naglalaman ng limang reactor para sa paggawa ng plutonium. Ang bawat isa sa mga unit ay gumamit ng graphite upang pabagalin ang mga neutron at ordinaryong tubig upang magbigay ng tamang paglamig.

Reactor I-1 ay gumana sa systempaglamig, kung saan ang tubig ay dumaan nang isang beses. Gayunpaman, ang natitirang apat na yunit ay binigyan ng mga closed primary circuit na nilagyan ng mga heat exchanger. Ginawang posible ng disenyong ito na makabuo ng singaw, na nakatulong naman sa paggawa ng kuryente at pag-init ng iba't ibang lugar ng tirahan.

Ang "Tomsk-7" ay mayroon ding reactor na tinatawag na EI-2, na, sa turn, ay may dalawang layunin: gumawa ito ng plutonium at nakabuo ng 100 MW ng kuryente mula sa nabuong singaw, pati na rin ang 200 MW ng thermal enerhiya.

Mahalagang impormasyon

Ayon sa mga siyentipiko, ang kalahating buhay ng plutonium na may grade-sa-sandatang ay humigit-kumulang 24,360 taon. Napakalaking numero! Sa pagsasaalang-alang na ito, ang tanong ay nagiging partikular na talamak: "Paano maayos na haharapin ang basura ng produksyon ng elementong ito?" Ang pinakamainam na pagpipilian ay ang pagtatayo ng mga espesyal na negosyo para sa kasunod na pagproseso ng plutonium na may grade na armas. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa kasong ito ang elemento ay hindi na magagamit para sa mga layuning militar at kontrolado ng isang tao. Ganito itinatapon ang plutonium na may gradong armas sa Russia, ngunit ibang landas ang tinahak ng United States of America, kaya nilalabag ang mga obligasyon nito sa internasyonal.

Kaya, iminungkahi ng gobyerno ng US na sirain ang napakayaman na nuclear fuel hindi sa pang-industriya na paraan, ngunit sa pamamagitan ng pagtunaw ng plutonium at pag-iimbak nito sa mga espesyal na lalagyan sa lalim na 500 metro. Hindi sinasabi na sa kasong ito ang materyal ay madaling magingkunin ito mula sa lupa at muling ilunsad para sa layuning militar. Ayon sa Pangulo ng Russia na si Vladimir Putin, noong una ay sumang-ayon ang mga bansa na sirain ang plutonium hindi sa pamamaraang ito, ngunit upang isagawa ang pagtatapon sa mga pasilidad na pang-industriya.

Ang halaga ng plutonium na may antas ng armas ay nararapat na espesyal na pansin. Ayon sa mga eksperto, sampu-sampung tonelada ng elementong ito ay maaaring nagkakahalaga ng ilang bilyong US dollars. At tinantiya pa ng ilang eksperto ang 500 tonelada ng plutonium na may grade-sa-sandatang aabot sa 8 trilyong dolyar. Nakakabilib talaga ang dami. Upang gawing mas malinaw kung magkano ang pera na ito, sabihin natin na sa huling sampung taon ng ika-20 siglo, ang average na taunang GDP ng Russia ay $400 bilyon. Iyon ay, sa katunayan, ang tunay na presyo ng armas-grade plutonium ay katumbas ng dalawampung taunang GDP ng Russian Federation.