Silah dereceli plütonyum: uygulama, üretim, bertaraf

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

İnsanlık her zaman birçok sorunu çözebilecek yeni enerji kaynaklarının arayışı içinde olmuştur. Ancak, her zaman güvenli değildirler. Bu nedenle, özellikle, günümüzde yaygın olarak kullanılan nükleer reaktörler, herkesin ihtiyaç duyduğu devasa miktarda elektrik enerjisi üretebilmelerine rağmen, hala ölümcül bir tehlike taşımaktadır. Ancak, nükleer enerjinin barışçıl amaçlarla kullanılmasına ek olarak, gezegenimizin bazı ülkeleri onu askeriyede kullanmayı, özellikle nükleer savaş başlıkları oluşturmayı öğrendi. Bu makale, adı silah sınıfı plütonyum olan böylesine yıkıcı bir silahın temelini tartışacak.

Hızlı başvuru

Metalin bu kompakt formu, 239Pu izotopunun en az %93,5'ini içerir. Silah dereceli plütonyum, onu “reaktör kardeşi”nden ayırmak için böyle adlandırıldı. Prensipte, plütonyum her zaman kesinlikle herhangi bir nükleer reaktörde oluşur ve bu reaktör de çoğunlukla 238U izotopunu içeren düşük zenginleştirilmiş veya doğal uranyumla çalışır.

Askeri uygulamalar

Silah dereceli plütonyum 239Pu, nükleer silahların temelidir. Aynı zamanda, kütle numaraları 240 ve 242 olan izotopların kullanımı, çok fazla oluşturdukları için önemsizdir.yüksek bir nötron arka planı, bu da sonuçta oldukça etkili nükleer mühimmat yaratmayı ve tasarlamayı zorlaştırıyor. Ek olarak, plütonyum izotopları 240Pu ve 241Pu, 239Pu'dan çok daha kısa bir yarı ömre sahiptir, bu nedenle plütonyum parçaları çok ısınır. Bununla bağlantılı olarak, mühendisler aşırı ısıyı gidermek için bir nükleer silaha ek unsurlar eklemek zorunda kalıyorlar. Bu arada, saf 239Pu insan vücudundan daha sıcaktır. Ağır izotopların bozunma ürünlerinin metal kristal kafesini zararlı değişikliklere maruz bıraktığı gerçeğini hesaba katmamak da imkansızdır ve bu, sonunda tamamen başarısızlığa neden olabilecek plütonyum parçalarının konfigürasyonunu oldukça doğal bir şekilde değiştirir. bir nükleer patlayıcı cihaz.

Genel olarak, tüm bu zorlukların üstesinden gelinebilir. Ve pratikte, "reaktör" plütonyum bazlı patlayıcı cihazlar zaten defalarca test edildi. Ancak nükleer mühimmatlarda kompaktlıklarının, düşük kendi ağırlıklarının, dayanıklılıklarının ve güvenilirliklerinin son konumdan uzak olduğu anlaşılmalıdır. Bu bağlamda, yalnızca silah sınıfı plütonyum kullanırlar.

Endüstriyel reaktörlerin tasarım özellikleri

Neredeyse Rusya'daki tüm plütonyum, bir grafit moderatörle donatılmış reaktörlerde üretildi. Reaktörlerin her biri silindirik grafit blokların etrafına inşa edilmiştir.

Birleştirildiğinde, grafit bloklar, soğutucunun sürekli sirkülasyonunu sağlamak için aralarında özel yuvalara sahiptir.nitrojen kullanılır. Birleştirilmiş yapıda ayrıca su soğutma ve yakıtın geçişi için oluşturulmuş dikey olarak yerleştirilmiş kanallar vardır. Düzeneğin kendisi, halihazırda ışınlanmış yakıtı sevk etmek için kullanılan kanalların altında delikler bulunan bir yapı tarafından sağlam bir şekilde desteklenmektedir. Ek olarak, kanalların her biri, hafif ve ekstra güçlü alüminyum alaşımından dökülen ince duvarlı bir boruya yerleştirilmiştir. Açıklanan kanalların çoğunda 70 yakıt çubuğu bulunur. Soğutma suyu doğrudan yakıt çubuklarının etrafından akar ve onlardan fazla ısıyı uzaklaştırır.

Üretim reaktörlerinin kapasitesini artırma

Başlangıçta, ilk Mayak reaktörü 100 termal MW kapasiteyle çalışıyordu. Bununla birlikte, Sovyet nükleer silah programının baş başkanı Igor Kurchatov, reaktörün kışın 170-190 MW ve yazın 140-150 MW'da çalışmasını önerdi. Bu yaklaşım, reaktörün günde yaklaşık 140 gram değerli plütonyum üretmesini sağladı.

1952'de, işleyen reaktörlerin üretim kapasitesini aşağıdaki yöntemlerle artırmak için tam teşekküllü araştırma çalışmaları yapıldı:

• Soğutma için kullanılan ve bir nükleer tesisin aktif bölgelerinden geçen suyun akışını artırarak.
• Kanal kaplamasının yakınında meydana gelen korozyon olgusuna karşı direnci artırarak.
• Grafit oksidasyon oranını az altmak.
• Yakıt hücrelerinin içindeki sıcaklığın artması.

Sonuç olarak, yakıt ile kanal duvarları arasındaki boşluk artırıldıktan sonra dolaşımdaki suyun verimi önemli ölçüde arttı. Korozyondan da kurtulmayı başardık. Bunu yapmak için en uygun alüminyum alaşımlarını seçtik ve nihayetinde soğutma suyunun yumuşaklığını artıran sodyum bikromat aktif olarak eklemeye başladık (pH yaklaşık 6.0-6.2 oldu). Grafit oksidasyonu, onu soğutmak için nitrojen kullanıldıktan sonra acil bir sorun olmaktan çıktı (önceden sadece hava kullanıldı).

1950'ler sona ererken, radyasyonun neden olduğu son derece gereksiz uranyum balonlaşmasını az altan, uranyum çubuklarının ısıyla sertleşmesini büyük ölçüde az altan, kaplama direncini artıran ve üretim kalite kontrolünü iyileştiren yenilikler tamamen uygulamaya konuldu.

Mayak'ta Üretim

"Chelyabinsk-65", silah sınıfı plütonyumun yaratıldığı çok gizli fabrikalardan biridir. İşletmede birkaç reaktör vardı, her birini daha iyi tanıyacağız.

Reaktör A

Birim efsanevi N. A. Dollezhal'ın rehberliğinde tasarlanmış ve inşa edilmiştir. 100 MW'lık bir güçle çalıştı. Reaktör, bir grafit blokta dikey olarak düzenlenmiş 1149 kontrol ve yakıt kanalına sahipti. Yapının toplam kütlesi yaklaşık 1050 ton idi. Neredeyse tüm kanallar (25 hariç), toplam kütlesi 120-130 ton olan uranyum ile yüklendi. Kontrol çubukları için 17 kanal ve kontrol çubukları için 8 kanal kullanıldı.deneyler yapmak. Yakıt hücresinin maksimum tasarım ısı salınımı 3,45 kW idi. İlk başta, reaktör günde yaklaşık 100 gram plütonyum üretti. Plütonyum metali ilk olarak 16 Nisan 1949'da üretildi.

Teknolojik kusurlar

Alüminyum gömleklerin ve yakıt hücresi kaplamalarının korozyonundan oluşan oldukça ciddi sorunlar hemen tespit edildi. Uranyum çubukları da şişip kırıldı ve soğutma suyu doğrudan reaktörün çekirdeğine sızdı. Her sızıntıdan sonra, grafiti hava ile kurutmak için reaktörün 10 saate kadar durdurulması gerekiyordu. Ocak 1949'da kanal gömlekleri değiştirildi. Bundan sonra 26 Mart 1949'da kurulumun lansmanı gerçekleşti.

A Reaktöründe üretimi her türlü zorluğun eşlik ettiği silah kalitesinde plütonyum, 1950-1954 döneminde ortalama 180 MW birim güçle üretildi. Reaktörün müteakip çalışmasına, daha yoğun kullanımı eşlik etmeye başladı ve bu da doğal olarak daha sık kapanmalara (ayda 165 defaya kadar) yol açtı. Sonuç olarak, Ekim 1963'te reaktör kapatıldı ve yalnızca 1964 baharında çalışmaya devam etti. Kampanyasını 1987'de tamamladı ve uzun yıllar boyunca çalıştığı tüm süre boyunca 4,6 ton plütonyum üretti.

AB Reaktörleri

1948 sonbaharında Chelyabinsk-65 işletmesinde üç AB reaktörü inşa etmeye karar verildi. Üretim kapasiteleri günde 200-250 gram plütonyumdu. Projenin baş tasarımcısı A. Savin'di. Her reaktörde 1996 kanalı vardı, bunların 65'i kontrol kanalıydı. Kurulumlarda teknik bir yenilik kullanıldı - her kanal özel bir soğutucu sızıntı dedektörü ile donatıldı. Böyle bir hareket, reaktörün çalışmasını durdurmadan gömlekleri değiştirmeyi mümkün kıldı.

Reaktörlerin çalıştırıldığı ilk yıl, günde yaklaşık 260 gram plütonyum ürettiklerini gösterdi. Bununla birlikte, ikinci işletme yılından itibaren kapasite kademeli olarak artırıldı ve 1963'te zaten rakamı 600 MW idi. İkinci revizyondan sonra, gömlek sorunu tamamen çözüldü ve kapasite zaten 1200 MW ve yıllık 270 kilogram plütonyum üretimi oldu. Bu göstergeler reaktörlerin tamamen kapanmasına kadar kaldı.

AI-IR reaktörü

Chelyabinsk işletmesi bu kurulumu 22 Aralık 1951'den 25 Mayıs 1987'ye kadar kullandı. Uranyuma ek olarak, reaktör ayrıca kob alt-60 ve polonyum-210 da üretti. Başlangıçta, site trityum üretti, ancak daha sonra plütonyum almaya başladı.

Ayrıca, silah sınıfı plütonyum işleme tesisi, ağır su reaktörlerine ve tek hafif su reaktörüne (adı Ruslan) sahipti.

Sibirya devi

"Tomsk-7" - bu, plütonyum üretimi için beş reaktör barındıran tesisin adıdır. Ünitelerin her biri, nötronları yavaşlatmak için grafit ve uygun soğutma sağlamak için normal su kullandı.

Reactor I-1 sistemle çalıştısuyun bir kez geçtiği soğutma. Bununla birlikte, kalan dört ünite, ısı eşanjörleri ile donatılmış kapalı birincil devrelerle sağlandı. Bu tasarım ek olarak buhar üretmeyi mümkün kıldı ve bu da elektrik üretimine ve çeşitli konutların ısıtılmasına yardımcı oldu.

"Tomsk-7" ayrıca EI-2 adında bir reaktöre sahipti ve bu reaktör çift bir amaca sahipti: plütonyum üretti ve üretilen buhardan 100 MW elektrik ve 200 MW termal enerji üretti. enerji.

Önemli bilgiler

Bilim adamlarına göre, silah sınıfı plütonyumun yarı ömrü yaklaşık 24.360 yıldır. Büyük sayı! Bu bağlamda, soru özellikle keskinleşiyor: “Bu elementin üretim atıkları ile nasıl düzgün bir şekilde başa çıkılır?” En uygun seçenek, silah sınıfı plütonyumun müteakip işlenmesi için özel işletmelerin inşasıdır. Bu, bu durumda unsurun artık askeri amaçlarla kullanılamayacağı ve bir kişi tarafından kontrol edileceği gerçeğiyle açıklanmaktadır. Rusya'da silah sınıfı plütonyum bu şekilde bertaraf ediliyor, ancak Amerika Birleşik Devletleri farklı bir yol izleyerek uluslararası yükümlülüklerini ihlal ediyor.

Böylece ABD hükümeti, yüksek oranda zenginleştirilmiş nükleer yakıtı endüstriyel bir şekilde değil, plütonyumu seyrelterek ve 500 metre derinlikte özel kaplarda depolayarak imha etmeyi teklif ediyor. Bu durumda malzemenin kolayca değiştirilebileceğini söylemeye gerek yok. Yerden çıkarın ve askeri amaçlar için yeniden başlatın. Rusya Devlet Başkanı Vladimir Putin'e göre, ülkeler başlangıçta plütonyumu bu yöntemle değil, endüstriyel tesislerde bertaraf etmeyi kabul ettiler.

Silah sınıfı plütonyumun maliyeti özel ilgiyi hak ediyor. Uzmanlara göre, bu elementin onlarca tonu birkaç milyar ABD dolarına mal olabilir. Hatta bazı uzmanlar, 8 trilyon dolar kadar 500 ton silah sınıfı plütonyumu tahmin ettiler. Miktar gerçekten etkileyici. Bunun ne kadar para olduğunu daha açık hale getirmek için, diyelim ki 20. yüzyılın son on yılında Rusya'nın yıllık ortalama GSYİH'si 400 milyar dolardı. Yani, aslında, silah sınıfı plütonyumun gerçek fiyatı, Rusya Federasyonu'nun yirmi yıllık GSYİH'sine eşitti.