Ieroču klases plutonijs: pielietojums, ražošana, iznīcināšana

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Cilvēce vienmēr ir meklējusi jaunus enerģijas avotus, kas var atrisināt daudzas problēmas. Tomēr tie ne vienmēr ir droši. Tātad jo īpaši mūsdienās plaši izmantotie kodolreaktori, lai gan tie spēj saražot vienkārši milzīgu daudzumu tādas elektroenerģijas, kas nepieciešama ikvienam, joprojām rada nāvējošus draudus. Bet papildus kodolenerģijas izmantošanai miermīlīgiem nolūkiem dažas mūsu planētas valstis ir iemācījušies to izmantot militārajā jomā, it īpaši kodolgalviņu radīšanai. Šajā rakstā tiks apspriests šāda destruktīva ieroča pamats, kura nosaukums ir ieroču kvalitātes plutonijs.

Ātrā uzziņa

Šī kompaktā metāla forma satur vismaz 93,5% 239Pu izotopa. Ieroču klases plutonijs tika nosaukts šādi, lai atšķirtu to no tā "reaktora brāļa". Principā plutonijs vienmēr veidojas pilnīgi jebkurā kodolreaktorā, kas savukārt darbojas ar mazbagātinātu vai dabisko urānu, kas lielākoties satur izotopu 238U.

Militārie pielietojumi

Ieroču kvalitātes plutonijs 239Pu ir kodolieroču pamats. Tajā pašā laikā izotopu ar masas skaitļiem 240 un 242 izmantošanai nav nozīmes, jo tie rada ļotiaugsts neitronu fons, kas galu galā apgrūtina ļoti efektīvas kodolmunīcijas izveidi un projektēšanu. Turklāt plutonija izotopiem 240Pu un 241Pu ir daudz īsāks pussabrukšanas periods nekā 239Pu, tāpēc plutonija daļas kļūst ļoti karstas. Tieši saistībā ar to inženieri ir spiesti pievienot papildu elementus kodolieročam, lai noņemtu lieko siltumu. Starp citu, tīrs 239Pu ir siltāks nekā cilvēka ķermenis. Nevar arī neņemt vērā to, ka smago izotopu sabrukšanas produkti pakļauj metāla kristālisko režģi kaitīgām izmaiņām, un tas gluži dabiski maina plutonija daļu konfigurāciju, kas galu galā var izraisīt pilnīgu izotopu atteici. kodolsprādzienbīstama ierīce.

Kopumā visas šīs grūtības var pārvarēt. Un praksē sprāgstvielas, kuru pamatā ir "reaktora" plutonijs, jau ir atkārtoti pārbaudītas. Bet jāsaprot, ka kodolmunīcijā to kompaktums, mazais svars, izturība un uzticamība ir tālu no pēdējās pozīcijas. Šajā sakarā viņi izmanto tikai ieročiem paredzētu plutoniju.

Rūpniecisko reaktoru dizaina iezīmes

Praktiski viss plutonijs Krievijā tika ražots reaktoros, kas aprīkoti ar grafīta regulētāju. Katrs no reaktoriem ir veidots ap cilindriskiem grafīta blokiem.

Samontējot grafīta blokus, starp tiem ir speciālas spraugas, lai nodrošinātu nepārtrauktu dzesēšanas šķidruma cirkulāciju, kastiek izmantots slāpeklis. Samontētajā konstrukcijā ir arī vertikāli izvietoti kanāli, kas izveidoti ūdens dzesēšanas un degvielas izvadīšanai caur tiem. Pats mezgls ir stingri atbalstīts ar konstrukciju ar caurumiem zem kanāliem, ko izmanto jau apstarotās degvielas transportēšanai. Turklāt katrs no kanāliem atrodas plānsienu caurulē, kas atlieta no viegla un īpaši izturīga alumīnija sakausējuma. Lielākajai daļai aprakstīto kanālu ir 70 degvielas stieņi. Dzesēšanas ūdens plūst tieši ap degvielas stieņiem, noņemot no tiem lieko siltumu.

Ražošanas reaktoru jaudas palielināšana

Sākotnēji pirmais Mayak reaktors darbojās ar 100 termisko MW jaudu. Tomēr padomju kodolieroču programmas galvenais vadītājs Igors Kurčatovs ierosināja, ka reaktoram jādarbojas ar 170-190 MW ziemā un 140-150 MW vasarā. Šī pieeja ļāva reaktoram dienā saražot gandrīz 140 gramus vērtīgā plutonija.

1952. gadā tika veikts pilnvērtīgs pētniecības darbs, lai palielinātu strādājošo reaktoru ražošanas jaudu ar šādām metodēm:

• Palielinot dzesēšanai izmantotā ūdens plūsmu un plūstot caur kodoliekārtas aktīvajām zonām.
• Palielinot izturību pret koroziju, kas rodas kanāla starplikas tuvumā.
• Grafīta oksidācijas ātruma samazināšana.
• Temperatūras paaugstināšanās degvielas elementu iekšienē.

Tā rezultātā cirkulējošā ūdens caurlaidspēja ir ievērojami palielinājusies pēc tam, kad ir palielināta sprauga starp degvielu un kanāla sienām. Arī no korozijas izdevās tikt vaļā. Lai to izdarītu, mēs izvēlējāmies vispiemērotākos alumīnija sakausējumus un sākām aktīvi pievienot nātrija bihromātu, kas galu galā palielināja dzesēšanas ūdens maigumu (pH kļuva aptuveni 6,0-6,2). Grafīta oksidēšanās vairs nebija aktuāla problēma pēc tam, kad tā dzesēšanai tika izmantots slāpeklis (iepriekš tika izmantots tikai gaiss).

Tuvojoties 1950. gadu beigām, inovācijas tika pilnībā ieviestas praksē, samazinot radiācijas izraisīto ļoti nevajadzīgo urāna gaisa balonu, ievērojami samazinot urāna stieņu karstuma sacietēšanu, uzlabojot apšuvuma pretestību un uzlabojot ražošanas kvalitātes kontroli.

Ražošana uzņēmumā Mayak

"Čeļabinska-65" ir viena no tām ļoti slepenajām rūpnīcām, kur tika radīts ieroču klases plutonijs. Uzņēmumā bija vairāki reaktori, mēs ar katru no tiem iepazīsim tuvāk.

Reaktors A

Ierīce tika projektēta un uzbūvēta leģendārā N. A. Dolležala vadībā. Viņa strādāja ar 100 MW jaudu. Reaktoram bija 1149 vertikāli izvietoti vadības un degvielas kanāli grafīta blokā. Konstrukcijas kopējā masa bija aptuveni 1050 tonnas. Gandrīz visi kanāli (izņemot 25) bija noslogoti ar urānu, kura kopējā masa bija 120-130 tonnas. 17 kanāli tika izmantoti vadības stieņiem un 8 kanāliemeksperimentu veikšana. Kurināmā elementa maksimālā projektētā siltuma atdeve bija 3,45 kW. Sākumā reaktors dienā saražoja aptuveni 100 gramus plutonija. Plutonija metāls pirmo reizi tika ražots 1949. gada 16. aprīlī.

Tehnoloģiskās nepilnības

Gandrīz uzreiz tika konstatētas diezgan nopietnas problēmas, kas sastāvēja no alumīnija uzliku un kurināmā elementu pārklājumu korozijas. Urāna stieņi arī uzbriest un salūza, un dzesēšanas ūdens noplūda tieši reaktora aktīvās atpūtas zonā. Pēc katras noplūdes reaktors bija jāaptur līdz 10 stundām, lai grafītu izžāvētu ar gaisu. 1949. gada janvārī kanālu starplikas tika nomainītas. Pēc tam instalācijas palaišana notika 1949. gada 26. martā.

Ieroču klases plutonijs, kura ražošanu reaktorā A pavadīja visdažādākās grūtības, tika ražots laika posmā no 1950. līdz 1954. gadam ar vidējo vienības jaudu 180 MW. Turpmāko reaktora darbību sāka pavadīt tā intensīvāka izmantošana, kas gluži dabiski izraisīja biežākas izslēgšanas (līdz 165 reizēm mēnesī). Rezultātā 1963. gada oktobrī reaktors tika apturēts un darbu atsāka tikai 1964. gada pavasarī. Viņš pabeidza savu kampaņu 1987. gadā un daudzu gadu darbības laikā saražoja 4,6 tonnas plutonija.

AB Reactors

Trīs AB reaktorus tika nolemts būvēt uzņēmumā Čeļabinska-65 1948. gada rudenī. Viņu ražošanas jauda bija 200-250 grami plutonija dienā. Projekta galvenais projektētājs bija A. Savins. Katrā reaktorā bija 1996 kanāli, no tiem 65 bija vadības kanāli. Instalācijās tika izmantots tehniskais jaunums - katrs kanāls bija aprīkots ar speciālu dzesēšanas šķidruma noplūdes detektoru. Šāda kustība ļāva nomainīt starplikas, neapturot paša reaktora darbību.

Pirmais reaktoru darbības gads liecināja, ka tie saražoja aptuveni 260 gramus plutonija dienā. Taču jau no otrā darbības gada pakāpeniski tika palielināta jauda, un jau 1963. gadā tās rādītājs bija 600 MW. Pēc otrā kapitālā remonta oderējumu problēma tika pilnībā atrisināta, un jauda bija jau 1200 MW ar gada plutonija produkciju 270 kilogramiem. Šie rādītāji saglabājās līdz pilnīgai reaktoru slēgšanai.

AI-IR reaktors

Čeļabinskas uzņēmums izmantoja šo instalāciju no 1951. gada 22. decembra līdz 1987. gada 25. maijam. Papildus urānam reaktorā tika ražots arī kob alts-60 un polonijs-210. Sākotnēji vietne ražoja tritiju, bet vēlāk sāka saņemt plutoniju.

Arī ieroču plutonija pārstrādes rūpnīcā darbojās smagā ūdens reaktori un vienīgais vieglā ūdens reaktors (tās nosaukums ir Ruslans).

Sibīrijas milzis

"Tomsk-7" - tā sauc rūpnīcu, kurā atrodas pieci reaktori plutonija ražošanai. Katrā no vienībām tika izmantots grafīts, lai palēninātu neitronu darbību, un parasts ūdens, lai nodrošinātu pareizu dzesēšanu.

Reactor I-1 darbojās ar sistēmudzesēšana, kurā ūdens vienreiz pagāja. Tomēr atlikušās četras vienības tika aprīkotas ar slēgtām primārajām ķēdēm, kas aprīkotas ar siltummaiņiem. Šis dizains ļāva papildus ražot tvaiku, kas savukārt palīdzēja elektroenerģijas ražošanā un dažādu dzīvojamo telpu apkurē.

"Tomsk-7" bija arī reaktors ar nosaukumu EI-2, kuram, savukārt, bija divi mērķi: tas ražoja plutoniju un ģenerēja 100 MW elektroenerģijas no saražotā tvaika, kā arī 200 MW siltuma. enerģija.

Svarīga informācija

Pēc zinātnieku domām, ieroču kvalitātes plutonija pussabrukšanas periods ir aptuveni 24 360 gadi. Milzīgs skaits! Šajā sakarā īpaši aktuāls kļūst jautājums: "Kā pareizi rīkoties ar šī elementa ražošanas atkritumiem?" Optimālākais variants ir īpašu uzņēmumu celtniecība turpmākai ieroču kvalitātes plutonija apstrādei. Tas izskaidrojams ar to, ka šajā gadījumā elementu vairs nevarēs izmantot militārām vajadzībām un to kontrolēs cilvēks. Šādi Krievijā tiek iznīcināts ieroču kvalitātes plutonijs, bet Amerikas Savienotās Valstis izvēlējās citu ceļu, tādējādi pārkāpjot savas starptautiskās saistības.

Tādējādi ASV valdība ierosina augsti bagātinātu kodoldegvielu iznīcināt nevis rūpnieciskā veidā, bet gan atšķaidot plutoniju un uzglabājot speciālos konteineros 500 metru dziļumā. Pats par sevi saprotams, ka šajā gadījumā materiāls var viegli būtizvilkt to no zemes un no jauna palaist militāriem nolūkiem. Pēc Krievijas prezidenta Vladimira Putina teiktā, sākotnēji valstis vienojās iznīcināt plutoniju nevis ar šo metodi, bet gan veikt apglabāšanu rūpniecības objektos.

Ieroču kvalitātes plutonija izmaksas ir pelnījušas īpašu uzmanību. Pēc ekspertu domām, desmitiem tonnu šī elementa var maksāt vairākus miljardus ASV dolāru. Un daži eksperti pat ir novērtējuši, ka 500 tonnas ieroču kvalitātes plutonija sasniedz 8 triljonus dolāru. Summa tiešām iespaidīga. Lai būtu skaidrāk, cik tā ir nauda, pieņemsim, ka 20. gadsimta pēdējos desmit gados Krievijas vidējais IKP gadā bija 400 miljardi dolāru. Tas ir, patiesībā ieroču kvalitātes plutonija reālā cena bija vienāda ar divdesmit Krievijas Federācijas gada IKP.