Plutonium van wapengraad: toediening, produksie, wegdoening

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Die mensdom was nog altyd op soek na nuwe energiebronne wat baie probleme kan oplos. Hulle is egter nie altyd veilig nie. So, veral, die kernreaktors wat vandag wyd gebruik word, hoewel hulle in staat is om bloot 'n kolossale hoeveelheid sulke elektriese energie op te wek wat almal nodig het, hou steeds 'n dodelike gevaar in. Maar, benewens die gebruik van kernenergie vir vreedsame doeleindes, het sommige lande van ons planeet geleer om dit in die weermag te gebruik, veral om kernplofkoppe te skep. Hierdie artikel sal die basis van so 'n vernietigende wapen bespreek, waarvan die naam wapengraad-plutonium is.

Kitsverwysing

Hierdie kompakte vorm van die metaal bevat ten minste 93,5% van die 239Pu-isotoop. Wapengraad-plutonium is so genoem om dit van sy "reaktorbroer" te onderskei. In beginsel word plutonium altyd gevorm in absoluut enige kernreaktor, wat op sy beurt op laag-verrykte of natuurlike uraan loop, wat hoofsaaklik die isotoop 238U bevat.

Militêre aansoeke

Wapengraad-plutonium 239Pu is die basis van kernwapens. Terselfdertyd is die gebruik van isotope met massagetalle 240 en 242 irrelevant, aangesien hulle baie'n hoë agtergrond van neutrone, wat dit uiteindelik moeilik maak om hoogs effektiewe kernammunisie te skep en te ontwerp. Boonop het die plutoniumisotope 240Pu en 241Pu 'n baie korter halfleeftyd as 239Pu, dus word plutoniumdele baie warm. Dit is in verband hiermee dat ingenieurs gedwing word om bykomende elemente by 'n kernwapen te voeg om oortollige hitte te verwyder. Terloops, suiwer 239Pu is warmer as die menslike liggaam. Dit is ook onmoontlik om nie die feit in ag te neem dat die vervalprodukte van swaar isotope die metaalkristalrooster aan skadelike veranderinge onderwerp nie, en dit verander heel natuurlik die konfigurasie van plutoniumdele, wat uiteindelik 'n volledige mislukking van 'n kernploftoestel.

Al hierdie probleme kan oor die algemeen oorkom word. En in die praktyk is ploftoestelle wat op "reaktor"-plutonium gebaseer is, reeds herhaaldelik getoets. Maar dit moet verstaan word dat in kernmunisie, hul kompaktheid, lae eie gewig, duursaamheid en betroubaarheid ver van die laaste posisie is. In hierdie verband gebruik hulle uitsluitlik wapengraad-plutonium.

Ontwerpkenmerke van industriële reaktore

Feitlik alle plutonium in Rusland is vervaardig in reaktore wat toegerus is met 'n grafiet-moderator. Elkeen van die reaktors is gebou rondom silindriese grafietblokke.

Wanneer dit saamgestel is, het grafietblokke spesiale gleuwe tussen hulle om deurlopende sirkulasie van die koelmiddel te verseker, watstikstof gebruik word. In die saamgestelde struktuur is daar ook vertikaal geleë kanale wat geskep is vir die deurgang van waterverkoeling en brandstof daardeur. Die samestelling self word styf ondersteun deur 'n struktuur met gate onder die kanale wat gebruik word om die reeds bestraalde brandstof te vervoer. Daarbenewens is elkeen van die kanale geleë in 'n dunwandige pyp wat van 'n liggewig en ekstra sterk aluminiumlegering gegiet is. Die meeste van die beskryfde kanale het 70 brandstofstawe. Die verkoelingswater vloei direk om die brandstofstawe en verwyder oortollige hitte van hulle.

Verhoog die kapasiteit van produksiereaktore

Aanvanklik het die eerste Mayak-reaktor met 'n kapasiteit van 100 termiese MW bedryf. Die hoofhoof van die Sowjet-kernwapenprogram, Igor Kurchatov, het egter voorgestel dat die reaktor op 170-190 MW in die winter en 140-150 MW in die somer moet werk. Hierdie benadering het die reaktor in staat gestel om byna 140 gram kosbare plutonium per dag te produseer.

In 1952 is volwaardige navorsingswerk gedoen om die produksievermoë van funksionerende reaktore te verhoog deur die volgende metodes:

• Deur die vloei van water wat gebruik word vir verkoeling te verhoog en deur die aktiewe sones van 'n kerninstallasie te vloei.
• Deur weerstand teen die verskynsel van korrosie wat naby die kanaalvoering voorkom, te verhoog.
• Vermindering van die tempo van grafietoksidasie.
• Verhoog die temperatuur binne die brandstofselle.

Gevolglik het die deurset van die sirkulerende water aansienlik toegeneem nadat die gaping tussen die brandstof en die wande van die kanaal vergroot is. Ons het ook daarin geslaag om van korrosie ontslae te raak. Om dit te doen, het ons die geskikste aluminiumlegerings gekies en aktief begin om natriumbichromaat by te voeg, wat uiteindelik die sagtheid van die koelwater verhoog het (pH het ongeveer 6,0-6,2 geword). Grafietoksidasie het opgehou om 'n dringende probleem te wees nadat stikstof gebruik is om dit af te koel (voorheen is net lug gebruik).

Toe die 1950's tot 'n einde gekom het, is innovasies ten volle in die praktyk toegepas, wat die hoogs onnodige ballonverskuiwing van uraan wat deur bestraling veroorsaak word, verminder, die hitteverharding van uraanstawe aansienlik verminder, bekledingsweerstand verbeter en vervaardigingsgeh altebeheer verbeter.

Produksie by Mayak

"Chelyabinsk-65" is een van daardie baie geheime fabrieke waar wapengraad-plutonium geskep is. Daar was verskeie reaktors by die onderneming, ons sal elkeen van hulle beter leer ken.

Reactor A

Die eenheid is ontwerp en gebou onder leiding van die legendariese N. A. Dollezhal. Sy het met 'n krag van 100 MW gewerk. Die reaktor het 1149 vertikaal gerangskik beheer- en brandstofkanale in 'n grafietblok gehad. Die totale massa van die struktuur was ongeveer 1050 ton. Byna alle kanale (behalwe 25) was met uraan gelaai, waarvan die totale massa 120-130 ton was. 17 kanale is vir beheerstawe gebruik en 8 vireksperimente uit te voer. Die maksimum ontwerp-hittevrystelling van die brandstofsel was 3,45 kW. Aanvanklik het die reaktor ongeveer 100 gram plutonium per dag geproduseer. Plutoniummetaal is die eerste keer op 16 April 1949 vervaardig.

Tegnologiese foute

Baie ernstige probleme is feitlik onmiddellik geïdentifiseer, wat bestaan het uit korrosie van aluminiumvoerings en brandstofselbedekkings. Die uraanstawe het ook geswel en gebreek, en koelwater het direk in die kern van die reaktor gelek. Na elke lekkasie moes die reaktor vir tot 10 uur gestop word om die grafiet met lug te droog. In Januarie 1949 is die kanaalvoerings vervang. Daarna het die bekendstelling van die installasie op 26 Maart 1949 plaasgevind.

Wapengraad-plutonium, waarvan die produksie by Reaktor A met allerhande probleme gepaard gegaan het, is in die tydperk 1950-1954 met 'n gemiddelde eenheidskrag van 180 MW vervaardig. Die daaropvolgende werking van die reaktor het begin gepaard gaan met die meer intensiewe gebruik daarvan, wat natuurlik gelei het tot meer gereelde stilstand (tot 165 keer per maand). Gevolglik is die reaktor in Oktober 1963 gesluit en het sy werking eers in die lente van 1964 hervat. Hy het sy veldtog in 1987 voltooi en 4,6 ton plutonium geproduseer oor die hele tydperk van baie jare van bedryf.

AB-reaktors

Daar is besluit om drie AB-reaktors by die Chelyabinsk-65-onderneming in die herfs van 1948 te bou. Hul produksievermoë was 200-250 gram plutonium per dag. Die hoofontwerper van die projek was A. Savin. Elke reaktor het 1996 kanale gehad, 65 van hulle was beheerkanale. 'n Tegniese nuwigheid is in die installasies gebruik - elke kanaal was toegerus met 'n spesiale koelmiddellekdetektor. So 'n skuif het dit moontlik gemaak om die voerings te verander sonder om die werking van die reaktor self te stop.

Die eerste jaar van werking van die reaktore het getoon dat hulle ongeveer 260 gram plutonium per dag vervaardig het. Vanaf die tweede bedryfsjaar is die kapasiteit egter geleidelik verhoog, en reeds in 1963 was sy syfer 600 MW. Na die tweede opknapping was die voeringsprobleem heeltemal opgelos, en die kapasiteit was reeds 1200 MW met 'n jaarlikse plutoniumproduksie van 270 kilogram. Hierdie aanwysers het gebly tot die volledige sluiting van die reaktors.

AI-IR-reaktor

Die Chelyabinsk-onderneming het hierdie installasie vanaf 22 Desember 1951 tot 25 Mei 1987 gebruik. Benewens uraan het die reaktor ook kob alt-60 en polonium-210 geproduseer. Aanvanklik het die terrein tritium geproduseer, maar het later plutonium begin ontvang.

Die aanleg vir die verwerking van wapengraad-plutonium het ook swaarwaterreaktors en die enigste ligtewaterreaktor (sy naam is Ruslan) in werking gehad.

Siberiese reus

"Tomsk-7" - dit is die naam van die aanleg, wat vyf reaktors vir die vervaardiging van plutonium huisves. Elkeen van die eenhede het grafiet gebruik om neutrone en gewone water te vertraag om behoorlike verkoeling te verskaf.

Reactor I-1 het met die stelsel gewerkverkoeling, waarin die water een keer verbygegaan het. Die oorblywende vier eenhede is egter voorsien van geslote primêre stroombane toegerus met hitteruilers. Hierdie ontwerp het dit moontlik gemaak om bykomend stoom op te wek, wat op sy beurt gehelp het met die vervaardiging van elektrisiteit en verhitting van verskeie residensiële persele.

"Tomsk-7" het ook 'n reaktor genaamd EI-2 gehad, wat op sy beurt 'n dubbele doel gehad het: dit het plutonium vervaardig en 100 MW elektrisiteit uit die opgewekte stoom opgewek, sowel as 200 MW termiese energie.

Belangrike inligting

Volgens wetenskaplikes is die halfleeftyd van wapengraad-plutonium ongeveer 24 360 jaar. Groot getal! In hierdie verband word die vraag veral akuut: "Hoe om die produksieafval van hierdie element behoorlik te hanteer?" Die mees optimale opsie is die bou van spesiale ondernemings vir die daaropvolgende verwerking van wapen-graad plutonium. Dit word verklaar deur die feit dat die element in hierdie geval nie meer vir militêre doeleindes gebruik kan word nie en deur 'n persoon beheer sal word. Dit is hoe wapengraad-plutonium in Rusland ontslae geraak word, maar die Verenigde State van Amerika het 'n ander pad ingeslaan en sodoende sy internasionale verpligtinge oortree.

Daarom stel die Amerikaanse regering voor om hoogs verrykte kernbrandstof nie op 'n industriële manier te vernietig nie, maar deur plutonium te verdun en dit in spesiale houers op 'n diepte van 500 meter te berg. Dit spreek vanself dat in hierdie geval die materiaal maklik kan weeshaal dit uit die grond en herlaai dit vir militêre doeleindes. Volgens die Russiese president Vladimir Poetin het die lande aanvanklik ingestem om plutonium nie deur hierdie metode te vernietig nie, maar om wegdoening by industriële fasiliteite uit te voer.

Die koste van wapengraad-plutonium verdien spesiale aandag. Volgens kenners kan tientalle tonne van hierdie element moontlik etlike miljarde Amerikaanse dollars kos. En sommige kenners het selfs 500 ton wapengraad-plutonium tot soveel as 8 biljoen dollar geraam. Die bedrag is regtig indrukwekkend. Om dit duideliker te maak hoeveel geld dit is, kom ons sê dat die gemiddelde jaarlikse BBP van Rusland in die laaste tien jaar van die 20ste eeu $400 miljard was. Dit wil sê, die werklike prys van wapengraad-plutonium was gelyk aan twintig jaarlikse BBP van die Russiese Federasie.