Қару плутонийі: қолдану, өндіру, жою

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Адамзат әрқашан көптеген мәселелерді шеше алатын жаңа энергия көздерін іздеуде. Дегенмен, олар әрқашан қауіпсіз бола бермейді. Атап айтқанда, бүгінде кеңінен қолданылып жүрген ядролық реакторлар барлығына қажет электр энергиясының орасан зор мөлшерін өндіруге қабілетті болғанымен, әлі де өлім қаупін төндіреді. Бірақ, ядролық энергияны бейбіт мақсатта пайдаланудан басқа, планетамыздың кейбір елдері оны әскери салада, әсіресе ядролық оқтұмсықтар жасауда пайдалануды үйренді. Бұл мақалада аты қаруға жарамды плутоний болып табылатын осындай жойқын қарудың негізі талқыланады.

Жылдам анықтама

Металлдың бұл ықшам пішінінде кем дегенде 93,5% 239Pu изотопы бар. Қару-жарақ плутонийі оны «реактор ағасынан» ажырату үшін осылай аталды. Негізінде плутоний әрқашан кез келген ядролық реакторда түзіледі, ол өз кезегінде төмен байытылған немесе табиғи уранда жұмыс істейді, оның құрамында негізінен 238U изотопы бар.

Әскери қолданбалар

Қаруға жарамды плутоний 239Пу ядролық қарудың негізі болып табылады. Сонымен бірге массалық сандары 240 және 242 болатын изотоптарды қолдану маңызды емес, өйткені оларнейтрондардың жоғары фоны, бұл сайып келгенде, жоғары тиімді ядролық оқ-дәрілерді жасауды және жобалауды қиындатады. Сонымен қатар, 240Pu және 241Pu плутоний изотоптарының жартылай ыдырау периоды 239Пу-ға қарағанда әлдеқайда қысқа, сондықтан плутоний бөліктері қатты қызады. Осыған байланысты инженерлер артық жылуды кетіру үшін ядролық қаруға қосымша элементтер қосуға мәжбүр. Айтпақшы, таза 239Пу адам ағзасына қарағанда жылырақ. Сондай-ақ ауыр изотоптардың ыдырау өнімдері металдың кристалдық торын зиянды өзгерістерге ұшырататынын және бұл плутоний бөліктерінің конфигурациясын табиғи түрде өзгертетінін ескермеу мүмкін емес, бұл, сайып келгенде, толық істен шығуға әкелуі мүмкін. ядролық жарылғыш құрылғы.

Жалпы, бұл қиындықтардың барлығын жеңуге болады. Ал іс жүзінде «реакторлық» плутоний негізіндегі жарылғыш құрылғылар бірнеше рет сынақтан өткен. Бірақ ядролық оқ-дәрілерде олардың жинақылығы, төмен салмағы, беріктігі мен сенімділігі соңғы позициядан алыс екенін түсіну керек. Осыған байланысты олар тек қаруға арналған плутонийді пайдаланады.

Өнеркәсіптік реакторлардың дизайн ерекшеліктері

Ресейдегі іс жүзінде барлық плутоний графит модераторымен жабдықталған реакторларда өндірілген. Реакторлардың әрқайсысы цилиндрлік графит блоктарының айналасына салынған.

Графит блоктары құрастырылған кезде салқындатқыштың үздіксіз айналымын қамтамасыз ету үшін олардың арасында арнайы ойықтар болады.азот пайдаланылады. Жиналған құрылымда сонымен қатар олар арқылы суды салқындату мен отынның өтуі үшін жасалған тігінен орналасқан арналар бар. Құрастырудың өзі қазірдің өзінде сәулеленген отынды жөнелту үшін пайдаланылатын арналардың астындағы тесіктері бар құрылыммен қатаң түрде бекітіледі. Сонымен қатар, арналардың әрқайсысы жеңіл және өте берік алюминий қорытпасынан құйылған жұқа қабырғалы құбырда орналасқан. Сипатталған арналардың көпшілігінде 70 жанармай штангалары бар. Салқындату суы жанармай өзектерінің айналасына тікелей ағып, олардан артық жылуды кетіреді.

Өндірістік реакторлардың қуаттылығын арттыру

Бастапқыда бірінші Маяк реакторы 100 термиялық МВт қуатымен жұмыс істеді. Дегенмен, кеңестік ядролық қару бағдарламасының бас басшысы Игорь Курчатов реактор қыста 170-190 МВт, ал жазда 140-150 МВт жұмыс істеуді ұсынды. Бұл тәсіл реакторға тәулігіне 140 грамм дерлік бағалы плутоний шығаруға мүмкіндік берді.

1952 жылы жұмыс істеп тұрған реакторлардың өндірістік қуатын келесі әдістермен арттыру мақсатында толыққанды зерттеу жұмыстары жүргізілді:

• Суыту үшін пайдаланылатын су ағынын арттыру және ядролық қондырғының белсенді аймақтары арқылы ағу арқылы.
• Арна лайнерінің жанында пайда болатын коррозия құбылысына төзімділікті арттыру арқылы.
• Графиттің тотығу жылдамдығын төмендету.
• Отын ұяшықтарының ішіндегі температураны көтеру.

Нәтижесінде, жанармай мен арна қабырғалары арасындағы алшақтық ұлғайғаннан кейін айналымдағы судың өткізу қабілеті айтарлықтай артты. Коррозиядан да құтылдық. Ол үшін біз ең қолайлы алюминий қорытпаларын таңдадық және натрий бихроматын белсенді түрде қоса бастадық, бұл ақыр соңында салқындатқыш судың жұмсақтығын арттырды (рН шамамен 6,0-6,2 болды). Графиттің тотығуы азотты салқындату үшін қолданылғаннан кейін өзекті мәселе болудан қалды (бұрын тек ауа ғана пайдаланылды).

1950 жылдар аяқталуға жақын, инновациялар толығымен іске қосылды, бұл радиацияның әсерінен уранның аса қажетсіз шарлануын азайтты, уран таяқшаларының жылумен қатаюын айтарлықтай азайтты, қаптамаға төзімділікті жақсартты және өндіріс сапасын бақылауды жақсартты.

Маяктағы өндіріс

«Челябинск-65» - қару-жарақ плутонийі жасалған өте құпия зауыттардың бірі. Кәсіпорында бірнеше реактор болды, біз олардың әрқайсысымен жақынырақ танысамыз.

Реактор A

Құрылғы аты аңызға айналған Н. А. Доллежалдың басшылығымен жобаланып, салынған. Ол 100 МВт қуатпен жұмыс істеді. Реакторда графит блоктағы 1149 тігінен реттелген басқару және отын арналары болды. Құрылымның жалпы массасы шамамен 1050 тоннаны құрады. Барлық дерлік арналар (25-тен басқа) уранмен жүктелді, оның жалпы массасы 120-130 тонна болды. Басқару штангалары үшін 17 арна және 8 арна пайдаланылдыэксперименттер жүргізу. Отын ұяшығының максималды жобалық жылу шығаруы 3,45 кВт болды. Алғашында реактор тәулігіне шамамен 100 грамм плутоний өндірді. Плутоний металы алғаш рет 1949 жылы 16 сәуірде өндірілді.

Технологиялық кемшіліктер

Алюминий лайнерлері мен отын ұяшықтары жабындарының коррозиясынан тұратын өте маңызды мәселелер дерлік дерлік анықталды. Уран таяқшалары да ісініп, сынып, салқындатқыш су реактордың өзегіне тікелей ағып кетті. Әрбір ағып кетуден кейін графитті ауамен кептіру үшін реакторды 10 сағатқа дейін тоқтатуға тура келді. 1949 жылдың қаңтарында арна лайнерлері ауыстырылды. Осыдан кейін қондырғының іске қосылуы 1949 жылдың 26 наурызында болды.

А реакторында өндірісі барлық қиындықтармен қатар жүретін қару-жарақ плутонийі 1950-1954 жылдар аралығында орташа бірлік қуаты 180 МВт өндірілген. Реактордың кейінгі жұмысы оны қарқынды пайдаланумен қатар жүре бастады, бұл табиғи түрде жиі тоқтауларға әкелді (айына 165 ретке дейін). Нәтижесінде 1963 жылдың қазан айында реактор тоқтатылып, тек 1964 жылдың көктемінде ғана жұмысын қайта бастады. Ол 1987 жылы науқанды аяқтап, көп жылдық жұмысының бүкіл кезеңінде 4,6 тонна плутоний өндірді.

AB реакторлары

1948 жылдың күзінде Челябинск-65 кәсіпорнында үш АВ реакторын салу туралы шешім қабылданды. Олардың өндірістік қуаты тәулігіне 200-250 грамм плутоний болды. Жобаның бас дизайнері А. Савин болды. Әрбір реакторда 1996 арна болды, оның 65-і басқару арнасы болды. Қондырғыларда техникалық жаңалық қолданылды - әрбір арна арнайы салқындатқыш сұйықтықтың ағып кетуін анықтағышпен жабдықталған. Мұндай қадам реактордың жұмысын тоқтатпай, лайнерлерді өзгертуге мүмкіндік берді.

Реакторлар жұмыс істеген бірінші жылы олар тәулігіне 260 грамм плутоний өндіретінін көрсетті. Алайда, екінші жылдан бастап қуаттылық біртіндеп ұлғайып, 1963 жылы оның көрсеткіші 600 МВт болды. Екінші күрделі жөндеуден кейін лайнерлердің мәселесі толығымен шешіліп, қуаттылығы 1200 МВт, жылдық плутоний өндірісі 270 килограмды құрады. Бұл көрсеткіштер реакторлар толығымен жабылғанға дейін сақталды.

AI-IR реакторы

Челябі кәсіпорны бұл қондырғыны 1951 жылдың 22 желтоқсанынан 1987 жылдың 25 мамырына дейін пайдаланды. Реактор ураннан басқа кобальт-60 және полоний-210 өндірді. Бастапқыда бұл учаске тритий өндірді, бірақ кейін плутоний ала бастады.

Сонымен қатар қару-жарақ плутонийін өңдейтін зауытта ауыр су реакторлары және жалғыз жеңіл су реакторы (оның аты Руслан) жұмыс істеп тұрды.

Сібір алыбы

«Томск-7» - плутоний өндіруге арналған бес реактор орналасқан зауыт осылай аталады. Құрылғылардың әрқайсысы нейтрондарды баяулату үшін графитті және дұрыс салқындату үшін қарапайым суды пайдаланды.

I-1 реакторы жүйемен жұмыс істедісалқындату, онда су бір рет өтті. Дегенмен, қалған төрт блок жылу алмастырғыштармен жабдықталған жабық бастапқы тізбектермен қамтамасыз етілді. Бұл дизайн қосымша буды өндіруге мүмкіндік берді, бұл өз кезегінде электр энергиясын өндіруге және әртүрлі тұрғын үй-жайларды жылытуға көмектесті.

«Томск-7де» сондай-ақ EI-2 деп аталатын реакторы болды, ол өз кезегінде екі мақсатқа ие болды: плутоний өндірді және өндірілген будан 100 МВт электр энергиясын, сондай-ақ 200 МВт жылу энергиясын өндірді. энергия.

Маңызды ақпарат

Ғалымдардың пікірінше, қаруға арналған плутонийдің жартылай ыдырау периоды шамамен 24360 жыл. Үлкен сан! Осыған байланысты «Осы элементтің өндіріс қалдықтарымен қалай дұрыс күресуге болады?» Деген сұрақ әсіресе өткір болады. Ең оңтайлы нұсқа - қару-жарақ деңгейіндегі плутонийді кейіннен өңдеу үшін арнайы кәсіпорындар салу. Бұл бұл жағдайда элементті бұдан былай әскери мақсатта қолдануға болмайтындығымен түсіндіріледі және оны адам басқарады. Ресейде қаруға жарамды плутоний осылай жойылады, бірақ Америка Құрама Штаттары басқа жолды таңдап, халықаралық міндеттемелерін бұзды.

Осылайша, АҚШ үкіметі жоғары байытылған ядролық отынды өнеркәсіптік жолмен емес, плутонийді сұйылту және оны 500 метр тереңдікте арнайы контейнерлерде сақтау арқылы жоюды ұсынып отыр. Бұл жағдайда материал оңай болуы мүмкін екені айтпаса да түсініктіоны жерден шығарып, оны әскери мақсатта қайта іске қосыңыз. Ресей президенті Владимир Путиннің айтуынша, елдер бастапқыда плутонийді бұл әдіспен емес, өнеркәсіптік нысандарда кәдеге жаратуға келісті.

Қару плутонийінің құны ерекше назар аударуға тұрарлық. Сарапшылардың пікірінше, бұл элементтің ондаған тоннасы бірнеше миллиард АҚШ долларын құрауы мүмкін. Кейбір сарапшылар тіпті 500 тонна қару-жарақ плутонийін 8 триллион долларға бағалады. Сома шынымен де әсерлі. Мұның қанша ақша екенін түсіну үшін, 20-ғасырдың соңғы он жылында Ресейдің орташа жылдық жалпы ішкі өнімі 400 миллиард доллар болды делік. Яғни, шын мәнінде, қару-жарақ плутонийінің нақты бағасы Ресей Федерациясының жиырма жылдық ЖІӨ-ге тең болды.