Relvaklassi plutoonium: pealekandmine, tootmine, kõrvaldamine

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Inimkond on alati otsinud uusi energiaallikaid, mis suudavad lahendada paljusid probleeme. Kuid need ei ole alati ohutud. Nii et eelkõige tänapäeval laialdaselt kasutatavad tuumareaktorid, mis on võimelised tootma lihts alt kolossaalses koguses sellist elektrienergiat, mida igaüks vajab, on siiski surmaohuga. Kuid lisaks tuumaenergia kasutamisele rahumeelsetel eesmärkidel on mõned meie planeedi riigid õppinud seda kasutama sõjaväes, eriti tuumalõhkepeade loomisel. Selles artiklis käsitletakse sellise hävitava relva aluseid, mille nimi on relvade kvaliteediga plutoonium.

Kiirviide

See metalli kompaktne vorm sisaldab vähem alt 93,5% 239Pu isotoobist. Relvaklassi plutoonium nimetati nii, et eristada seda "reaktorivennast". Põhimõtteliselt tekib plutoonium alati absoluutselt igas tuumareaktoris, mis omakorda töötab väherikastatud või looduslikul uraanil, mis sisaldab suures osas isotoopi 238U.

Sõjalised rakendused

Relvakvaliteediga plutoonium 239Pu on tuumarelvade alus. Samal ajal on isotoopide kasutamine massinumbritega 240 ja 242 ebaoluline, kuna need tekitavadkõrge neutronite taust, mis teeb lõppkokkuvõttes keeruliseks ülitõhusa tuumalaskemoona loomise ja projekteerimise. Lisaks on plutooniumi isotoopide 240Pu ja 241Pu poolestusaeg palju lühem kui 239Pu, mistõttu plutooniumi osad lähevad väga kuumaks. Just sellega seoses on insenerid sunnitud lisama tuumarelvale täiendavaid elemente liigse kuumuse eemaldamiseks. Muide, puhas 239Pu on soojem kui inimkeha. Samuti ei saa arvestamata jätta tõsiasjaga, et raskete isotoopide lagunemissaadused allutavad metallkristallvõre kahjulikele muutustele ja see muudab üsna loomulikult plutooniumiosade konfiguratsiooni, mis võib lõpuks põhjustada täieliku rikke. tuumalõhkeseade.

Üldiselt on kõik need raskused ületatavad. Ja praktikas on "reaktori" plutooniumil põhinevaid lõhkekehi juba korduv alt katsetatud. Kuid tuleb mõista, et tuumarelvade puhul on nende kompaktsus, väike omakaal, vastupidavus ja töökindlus kaugel viimasest positsioonist. Sellega seoses kasutavad nad ainult relvade kvaliteediga plutooniumi.

Tööstuslike reaktorite disainifunktsioonid

Praktiliselt kogu plutoonium Venemaal toodeti grafiitmoderaatoriga varustatud reaktorites. Kõik reaktorid on ehitatud silindriliste grafiitplokkide ümber.

Kokkupanemisel on grafiitplokkidel spetsiaalsed pilud nende vahel, et tagada jahutusvedeliku pidev ringlus, miskasutatakse lämmastikku. Kokkupandud konstruktsioonis on ka vertikaalselt asetsevad kanalid, mis on loodud vesijahutuse ja kütuse läbilaskmiseks. Agregaat ise on jäig alt toestatud konstruktsioonile, mille kanalite all on augud, mida kasutatakse juba kiiritatud kütuse transportimiseks. Lisaks asuvad kõik kanalid õhukeseseinalises torus, mis on valatud kergest ja eriti tugevast alumiiniumisulamist. Enamikul kirjeldatud kanalitel on 70 kütusevarrast. Jahutusvesi voolab otse kütusevarraste ümber, eemaldades neilt liigse soojuse.

Tootmisreaktorite võimsuse suurendamine

Esialgu töötas esimene Mayaki reaktor võimsusega 100 MW. Nõukogude tuumarelvaprogrammi juht Igor Kurtšatov tegi aga ettepaneku, et reaktor peaks talvel töötama 170-190 MW ja suvel 140-150 MW. See lähenemisviis võimaldas reaktoril toota peaaegu 140 grammi väärtuslikku plutooniumi päevas.

1952. aastal viidi läbi täiemahuline uurimistöö, et suurendada toimivate reaktorite tootmisvõimsust järgmiste meetoditega:

• Suurendades jahutamiseks kasutatava vee voolu ja voolamist läbi tuumarajatise aktiivsete tsoonide.
• Suurendades vastupanuvõimet kanali vooderdise läheduses toimuvale korrosioonile.
• Grafiidi oksüdatsioonikiiruse vähendamine.
• Kütuseelementide sees temperatuuri tõus.

Selle tulemusena on tsirkuleeriva vee läbilaskevõime pärast kütuse ja kanali seinte vahe suurendamist oluliselt suurenenud. Samuti õnnestus korrosioonist lahti saada. Selleks valisime välja sobivaimad alumiiniumsulamid ja hakkasime aktiivselt lisama naatriumbikromaati, mis lõpuks suurendas jahutusvee pehmust (pH sai umbes 6,0-6,2). Grafiidi oksüdatsioon lakkas olemast pakiline probleem pärast seda, kui selle jahutamiseks kasutati lämmastikku (varem kasutati ainult õhku).

Kui 1950. aastad hakkasid lõppema, rakendati uuendusi täielikult praktikas, vähendades kiirgusest põhjustatud ülivajalikku uraani õhupallitamist, vähendades oluliselt uraanivarraste kuumuskõvenemist, parandades katte vastupidavust ja parandades tootmiskvaliteedi kontrolli.

Tootmine Mayakis

"Tšeljabinsk-65" on üks neist väga salajastest tehastest, kus valmistati relvade kvaliteediga plutoonium. Ettevõttes oli mitu reaktorit, saame igaühega neist lähem alt tuttavaks.

Reaktor A

Üksus projekteeriti ja ehitati legendaarse N. A. Dollezhali juhendamisel. Ta töötas 100 MW võimsusega. Reaktoril oli grafiitplokis 1149 vertikaalselt paigutatud juhtimis- ja kütusekanalit. Konstruktsiooni kogumass oli umbes 1050 tonni. Peaaegu kõik kanalid (v.a 25) olid koormatud uraaniga, mille kogumass oli 120-130 tonni. Juhtvarraste jaoks kasutati 17 ja 8 kanaliteksperimentide läbiviimine. Kütuseelemendi maksimaalne projekteeritud soojuseraldus oli 3,45 kW. Alguses tootis reaktor umbes 100 grammi plutooniumi päevas. Plutooniumi metalli toodeti esmakordselt 16. aprillil 1949.

Tehnoloogilised vead

Peaaegu kohe tuvastati üsna tõsised probleemid, mis seisnesid alumiiniumvooderdiste ja kütuseelementide katete korrosioonis. Samuti paisusid ja purunesid uraanivardad ning jahutusvesi lekkis otse reaktori südamikusse. Pärast iga leket tuli reaktor kuni 10 tunniks seisata, et grafiit õhuga kuivatada. Jaanuaris 1949 vahetati kanalivoodrid. Pärast seda toimus installatsiooni käivitamine 26. märtsil 1949.

Relvaklassi plutooniumi, mille tootmisega A-reaktoris kaasnesid kõikvõimalikud raskused, toodeti perioodil 1950-1954 keskmise ühikuvõimsusega 180 MW. Järgneva reaktori tööga hakkas kaasnema selle intensiivsem kasutamine, mis tõi üsna loomulikult kaasa sagedasemad seisakud (kuni 165 korda kuus). Selle tulemusena suleti 1963. aasta oktoobris reaktor ja see jätkas tööd alles 1964. aasta kevadel. Ta lõpetas oma kampaania 1987. aastal ja tootis kogu paljude aastate jooksul 4,6 tonni plutooniumi.

AB Reactors

Tšeljabinsk-65 ettevõttes otsustati 1948. aasta sügisel ehitada kolm AB reaktorit. Nende tootmisvõimsus oli 200-250 grammi plutooniumi päevas. Projekti peaprojekteerija oli A. Savin. Igal reaktoril oli 1996 kanalit, neist 65 olid juhtkanalid. Paigaldustes kasutati tehnilist uudsust - iga kanal oli varustatud spetsiaalse jahutusvedeliku lekkedetektoriga. Selline käik võimaldas vooderdisi vahetada ilma reaktori enda tööd peatamata.

Reaktorite esimene tööaasta näitas, et nad tootsid umbes 260 grammi plutooniumi päevas. Alates teisest tööaastast hakati aga võimsust järk-järgult suurendama ja juba 1963. aastal oli selle näitajaks 600 MW. Pärast teist kapitaalremonti lahenes vooderdiste probleem täielikult ja võimsus oli juba 1200 MW aastase plutooniumitoodanguga 270 kilogrammi. Need näitajad püsisid kuni reaktorite täieliku sulgemiseni.

AI-IR reaktor

Tšeljabinski ettevõte kasutas seda installatsiooni 22. detsembrist 1951 kuni 25. maini 1987. Lisaks uraanile toodeti reaktoris ka koob alt-60 ja poloonium-210. Algselt toodeti kohapeal triitiumi, kuid hiljem hakati saama plutooniumi.

Samuti töötasid relvade kvaliteediga plutooniumi töötlemise tehases raskeveereaktorid ja ainus kerge vee reaktor (selle nimi on Ruslan).

Siberi hiiglane

"Tomsk-7" - see on tehase nimi, milles on viis plutooniumi tootmiseks mõeldud reaktorit. Kõik seadmed kasutasid neutronite aeglustamiseks grafiiti ja korraliku jahutuse tagamiseks tavalist vett.

Reactor I-1 töötas süsteemigajahutus, milles vesi läbis korra. Ülejäänud neli seadet varustati aga suletud primaarahelatega, mis olid varustatud soojusvahetitega. See disain võimaldas täiendav alt toota auru, mis omakorda aitas kaasa elektrienergia tootmisele ja erinevate eluruumide kütmisele.

"Tomsk-7"-l oli ka reaktor nimega EI-2, millel oli omakorda kaks eesmärki: see tootis plutooniumi ja genereeris toodetud aurust 100 MW elektrit ning 200 MW soojusenergiat. energiat.

Oluline teave

Teadlaste sõnul on relvade kvaliteediga plutooniumi poolestusaeg umbes 24 360 aastat. Tohutu arv! Sellega seoses muutub eriti teravaks küsimus: "Kuidas õigesti toime tulla selle elemendi tootmisjäätmetega?" Kõige optimaalsem variant on spetsiaalsete ettevõtete ehitamine relvade kvaliteediga plutooniumi hilisemaks töötlemiseks. Seda seletatakse asjaoluga, et sel juhul ei saa elementi enam sõjalistel eesmärkidel kasutada ja seda kontrollib inimene. Nii hävitatakse Venemaal relvade kvaliteediga plutooniumi, kuid Ameerika Ühendriigid valisid teistsuguse tee, rikkudes sellega oma rahvusvahelisi kohustusi.

Seega teeb USA valitsus ettepaneku hävitada kõrgrikastatud tuumakütus mitte tööstuslikul viisil, vaid lahjendades plutooniumi ja hoides seda spetsiaalsetes konteinerites 500 meetri sügavusel. Ütlematagi selge, et sellisel juhul võib materjal kergesti ollakaevandama see maapinnast välja ja taaskäivitama sõjalistel eesmärkidel. Venemaa presidendi Vladimir Putini sõnul leppisid riigid algselt kokku, et hävitatakse plutoonium mitte sel meetodil, vaid hävitatakse tööstusrajatistes.

Relvakvaliteediga plutooniumi hind väärib erilist tähelepanu. Ekspertide hinnangul võivad kümned tonnid seda elementi maksta mitu miljardit USA dollarit. Ja mõned eksperdid on isegi hinnanud 500 tonni relvade kvaliteediga plutooniumi koguni 8 triljonit dollarit. Summa on tõesti muljetavaldav. Et oleks selgem, kui palju see raha on, oletame, et 20. sajandi viimasel kümnel aastal oli Venemaa keskmine aastane SKT 400 miljardit dollarit. See tähendab, et tegelikult oli relvade kvaliteediga plutooniumi tegelik hind võrdne kahekümne Vene Föderatsiooni aastase SKTga.