Plutonij za orožje: uporaba, proizvodnja, odstranjevanje

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Človeštvo je vedno iskalo nove vire energije, ki lahko rešijo številne težave. Vendar pa niso vedno varni. Torej, zlasti jedrski reaktorji, ki se danes pogosto uporabljajo, kljub temu, da so sposobni ustvariti preprosto ogromno takšne električne energije, ki jo vsi potrebujejo, še vedno predstavljajo smrtno nevarnost. Toda poleg uporabe jedrske energije v miroljubne namene so se nekatere države našega planeta naučile uporabljati v vojski, zlasti za ustvarjanje jedrskih bojnih glav. Ta članek bo obravnaval osnovo takšnega uničujočega orožja, katerega ime je orožni plutonij.

Hitra referenca

Ta kompaktna oblika kovine vsebuje vsaj 93,5 % izotopa 239Pu. Plutonij za orožje so poimenovali tako, da bi ga razlikovali od njegovega "reaktorskega brata". Načeloma se plutonij vedno tvori v popolnoma vsakem jedrskem reaktorju, ki pa deluje na nizko obogatenem ali naravnem uranu, ki večinoma vsebuje izotop 238U.

Vojaške aplikacije

Plutonij 239Pu za orožje je osnova jedrskega orožja. Hkrati je uporaba izotopov z masnimi številkama 240 in 242 nepomembna, saj ustvarjajo zelovisoko ozadje nevtronov, kar na koncu oteži ustvarjanje in načrtovanje visoko učinkovitega jedrskega streliva. Poleg tega imata izotopa plutonija 240Pu in 241Pu veliko krajšo razpolovno dobo kot 239Pu, zato se deli plutonija zelo segrejejo. V zvezi s tem so inženirji prisiljeni dodati dodatne elemente jedrskemu orožju za odstranitev odvečne toplote. Mimogrede, čisti 239Pu je toplejši od človeškega telesa. Prav tako je nemogoče ne upoštevati dejstva, da produkti razpada težkih izotopov izpostavljajo kovinsko kristalno mrežo škodljivim spremembam, kar povsem naravno spremeni konfiguracijo plutonijevih delov, kar lahko na koncu povzroči popolno odpoved jedrska eksplozivna naprava.

Na splošno je vse te težave mogoče premagati. In v praksi so bile eksplozivne naprave na osnovi "reaktorskega" plutonija že večkrat preizkušene. Vendar je treba razumeti, da so pri jedrskem strelivu njihova kompaktnost, majhna lastna teža, vzdržljivost in zanesljivost daleč od zadnjega položaja. V zvezi s tem uporabljajo izključno orožni plutonij.

Konstrukcijske značilnosti industrijskih reaktorjev

Praktično ves plutonij v Rusiji je bil proizveden v reaktorjih, opremljenih z grafitnim moderatorjem. Vsak od reaktorjev je zgrajen okoli valjastih grafitnih blokov.

Ko so sestavljeni, imajo grafitni bloki med seboj posebne reže, ki zagotavljajo neprekinjeno kroženje hladilne tekočine, kiuporablja se dušik. V sestavljeni konstrukciji so tudi navpično nameščeni kanali, ustvarjeni za prehod vodnega hlajenja in goriva skozi njih. Sam sklop je togo podprt s konstrukcijo z luknjami pod kanali, ki se uporabljajo za transport že obsevanega goriva. Poleg tega je vsak od kanalov nameščen v tankostenski cevi, uliti iz lahke in izjemno močne aluminijeve zlitine. Večina opisanih kanalov ima 70 gorivnih palic. Hladilna voda teče neposredno okoli gorivnih palic in odstranjuje odvečno toploto iz njih.

Povečanje zmogljivosti proizvodnih reaktorjev

Sprva je prvi reaktor Mayak deloval z zmogljivostjo 100 toplotnih MW. Vendar je glavni vodja sovjetskega programa jedrskega orožja Igor Kurčatov predlagal, da bi reaktor deloval s 170-190 MW pozimi in 140-150 MW poleti. Ta pristop je reaktorju omogočil, da proizvede skoraj 140 gramov dragocenega plutonija na dan.

Leta 1952 je bilo izvedeno polno raziskovalno delo za povečanje proizvodne zmogljivosti delujočih reaktorjev z naslednjimi metodami:

• S povečanjem pretoka vode, ki se uporablja za hlajenje in pretoka skozi aktivna območja jedrske naprave.
• S povečanjem odpornosti proti pojavu korozije, ki se pojavlja v bližini obloge kanala.
• Zmanjšanje stopnje oksidacije grafita.
• Dvig temperature v gorivnih celicah.

Kot rezultat, se je pretok krožeče vode znatno povečal, potem ko se je povečala vrzel med gorivom in stenami kanala. Uspeli smo se tudi znebiti korozije. Za to smo izbrali najprimernejše aluminijeve zlitine in začeli aktivno dodajati natrijev bikromat, kar je na koncu povečalo mehkobo hladilne vode (pH je postal približno 6,0-6,2). Oksidacija grafita je prenehala biti nujna težava po uporabi dušika za hlajenje (prej je bil uporabljen samo zrak).

Ko so se petdeseta leta 20. stoletja bližala koncu, so bile inovacije v celoti uporabljene v praksi, ki so zmanjšale zelo nepotrebno baloniranje urana zaradi sevanja, močno zmanjšale toplotno utrjevanje uranovih palic, izboljšale odpornost obloge in izboljšale nadzor kakovosti proizvodnje.

Proizvodnja v Mayaku

"Čeljabinsk-65" je ena tistih zelo skrivnih tovarn, kjer je bil ustvarjen plutonij za orožje. V podjetju je bilo več reaktorjev, vsakega od njih bomo bolje spoznali.

Reaktor A

Enota je bila zasnovana in izdelana pod vodstvom legendarnega N. A. Dollezhala. Delala je z močjo 100 MW. Reaktor je imel 1149 navpično razporejenih krmilnih in gorivnih kanalov v grafitnem bloku. Skupna masa konstrukcije je bila približno 1050 ton. Skoraj vsi kanali (razen 25) so bili obremenjeni z uranom, katerega skupna masa je bila 120-130 ton. 17 kanalov je bilo uporabljenih za krmilne palice in 8 zaizvajanje eksperimentov. Največja konstrukcijska moč gorivne celice je bila 3,45 kW. Sprva je reaktor proizvedel približno 100 gramov plutonija na dan. Kovinski plutonij je bil prvič proizveden 16. aprila 1949.

Tehnološke napake

Precej resne težave so bile odkrite skoraj takoj, ki so bile sestavljene iz korozije aluminijastih oblog in premazov gorivnih celic. Tudi uranove palice so nabrekle in se zlomile, hladilna voda pa je uhajala neposredno v sredico reaktorja. Po vsakem puščanju je bilo treba reaktor ustaviti za največ 10 ur, da se grafit posuši z zrakom. Januarja 1949 so zamenjali kanalske obloge. Po tem se je instalacija začela 26. marca 1949.

Plutonij za orožje, katerega proizvodnjo v reaktorju A so spremljale vse vrste težav, so v obdobju 1950-1954 proizvajali s povprečno močjo na enoto 180 MW. Naknadno obratovanje reaktorja je začela spremljati njegova intenzivnejša uporaba, kar je seveda povzročilo pogostejše zaustavitve (do 165-krat na mesec). Posledično je bil oktobra 1963 reaktor ugasnjen in je nadaljeval z delovanjem šele spomladi 1964. Svojo akcijo je zaključil leta 1987 in v celotnem obdobju dolgoletnega delovanja proizvedel 4,6 tone plutonija.

AB reaktorji

Jeseni 1948 je bilo odločeno, da se v podjetju Chelyabinsk-65 zgradijo trije AB reaktorji. Njihova proizvodna zmogljivost je bila 200-250 gramov plutonija na dan. Glavni oblikovalec projekta je bil A. Savin. Vsak reaktor je imel 1996 kanalov, od tega 65 kontrolnih kanalov. Pri inštalacijah je bila uporabljena tehnična novost - vsak kanal je bil opremljen s posebnim detektorjem puščanja hladilne tekočine. Takšna poteza je omogočila menjavo oblog, ne da bi ustavili delovanje samega reaktorja.

Prvo leto delovanja reaktorjev je pokazalo, da so proizvedli približno 260 gramov plutonija na dan. Od drugega leta delovanja pa se je zmogljivost postopoma povečevala in že leta 1963 je znašala 600 MW. Po drugem remontu je bil problem oblog popolnoma rešen, zmogljivost pa je bila že 1200 MW z letno proizvodnjo plutonija 270 kilogramov. Ti kazalniki so ostali do popolnega zaprtja reaktorjev.

AI-IR reaktor

Čeljabinsko podjetje je to namestitev uporabljalo od 22. decembra 1951 do 25. maja 1987. Poleg urana je reaktor proizvajal tudi kob alt-60 in polonij-210. Sprva so na lokaciji proizvajali tritij, kasneje pa so začeli prejemati plutonij.

Prav tako je obrat za predelavo orožnega plutonija imel v uporabi težke vodne reaktorje in edini lahko vodni reaktor (ime mu je Ruslan).

sibirski velikan

"Tomsk-7" - to je ime elektrarne, v kateri je pet reaktorjev za proizvodnjo plutonija. Vsaka od enot je uporabljala grafit za upočasnitev nevtronov in navadno vodo za ustrezno hlajenje.

Reaktor I-1 je deloval s sistemomhlajenje, pri katerem je voda enkrat prešla. Preostale štiri enote pa so bile opremljene z zaprtimi primarnimi krogi, opremljenimi s toplotnimi izmenjevalniki. Ta zasnova je omogočila dodatno proizvodnjo pare, ki je pomagala pri proizvodnji električne energije in ogrevanju različnih stanovanjskih prostorov.

"Tomsk-7" je imel tudi reaktor z imenom EI-2, ki pa je imel dvojni namen: proizvajal je plutonij in iz proizvedene pare proizvedel 100 MW električne energije ter 200 MW toplotne energija.

Pomembne informacije

Po mnenju znanstvenikov je razpolovna doba orožnega plutonija približno 24.360 let. Ogromno število! V zvezi s tem postane vprašanje še posebej pereče: "Kako pravilno ravnati s proizvodnimi odpadki tega elementa?" Najbolj optimalna možnost je gradnja posebnih podjetij za naknadno predelavo orožnega plutonija. To je razloženo z dejstvom, da v tem primeru elementa ni več mogoče uporabljati v vojaške namene in ga bo nadzorovala oseba. Tako se v Rusiji odlaga orožni plutonij, a so Združene države Amerike ubrale drugo pot in s tem kršile svoje mednarodne obveznosti.

Tako ameriška vlada predlaga uničenje visoko obogatenega jedrskega goriva ne na industrijski način, ampak z redčenjem plutonija in shranjevanjem v posebnih posodah na globini 500 metrov. Samoumevno je, da je v tem primeru material zlahkaizvleči ga iz tal in ga znova zagnati v vojaške namene. Po besedah ruskega predsednika Vladimirja Putina sta se sprva države dogovorile, da plutonija ne uničijo s to metodo, ampak da se odlagajo v industrijskih obratih.

Stroški plutonija za orožje si zaslužijo posebno pozornost. Po mnenju strokovnjakov lahko desetine ton tega elementa stanejo več milijard ameriških dolarjev. Nekateri strokovnjaki so celo ocenili 500 ton orožnega plutonija na 8 bilijonov dolarjev. Količina je res impresivna. Da bo bolj jasno, koliko denarja je to, recimo, da je bil v zadnjih desetih letih 20. stoletja povprečni letni BDP Rusije 400 milijard dolarjev. To pomeni, da je bila dejanska cena orožnega plutonija enaka dvajsetemu letnemu BDP Ruske federacije.