Πλουτώνιο ποιότητας όπλων: εφαρμογή, παραγωγή, απόρριψη

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η ανθρωπότητα ήταν πάντα σε αναζήτηση νέων πηγών ενέργειας που μπορούν να λύσουν πολλά προβλήματα. Ωστόσο, δεν είναι πάντα ασφαλείς. Έτσι, ειδικότερα, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα, αν και είναι ικανοί να παράγουν απλώς μια κολοσσιαία ποσότητα τέτοιας ηλεκτρικής ενέργειας που χρειάζεται ο καθένας, εξακολουθούν να ενέχουν έναν θανάσιμο κίνδυνο. Όμως, εκτός από τη χρήση της πυρηνικής ενέργειας για ειρηνικούς σκοπούς, ορισμένες χώρες του πλανήτη μας έχουν μάθει να τη χρησιμοποιούν στον στρατό, ειδικά για τη δημιουργία πυρηνικών κεφαλών. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τη βάση ενός τέτοιου καταστροφικού όπλου, το όνομα του οποίου είναι πλουτώνιο όπλων.

Γρήγορη αναφορά

Αυτή η συμπαγής μορφή του μετάλλου περιέχει τουλάχιστον το 93,5% του ισοτόπου 239Pu. Το πλουτώνιο ποιότητας όπλων ονομάστηκε έτσι για να το ξεχωρίσει από τον «αδελφό του αντιδραστήρα». Κατ' αρχήν, το πλουτώνιο σχηματίζεται πάντα σε απολύτως οποιονδήποτε πυρηνικό αντιδραστήρα, ο οποίος, με τη σειρά του, λειτουργεί με χαμηλό εμπλουτισμένο ή φυσικό ουράνιο, το οποίο περιέχει, ως επί το πλείστον, το ισότοπο 238U.

Στρατιωτικές αιτήσεις

Το πλουτώνιο 239Pu για όπλα είναι η βάση των πυρηνικών όπλων. Ταυτόχρονα, η χρήση ισοτόπων με μαζικούς αριθμούς 240 και 242 είναι άσχετη, καθώς δημιουργούν πολύένα υψηλό υπόβαθρο νετρονίων, το οποίο τελικά καθιστά δύσκολη τη δημιουργία και το σχεδιασμό εξαιρετικά αποτελεσματικών πυρηνικών πυρομαχικών. Επιπλέον, τα ισότοπα πλουτωνίου 240Pu και 241Pu έχουν πολύ μικρότερο χρόνο ημιζωής από το 239Pu, επομένως τα μέρη του πλουτωνίου θερμαίνονται πολύ. Σε σχέση με αυτό, οι μηχανικοί αναγκάζονται να προσθέσουν πρόσθετα στοιχεία σε ένα πυρηνικό όπλο για να αφαιρέσουν την υπερβολική θερμότητα. Παρεμπιπτόντως, το καθαρό 239Pu είναι πιο ζεστό από το ανθρώπινο σώμα. Είναι επίσης αδύνατο να μην ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι τα προϊόντα διάσπασης των βαρέων ισοτόπων υποβάλλουν το μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα σε επιβλαβείς αλλαγές, και αυτό φυσικά αλλάζει τη διαμόρφωση των μερών πλουτωνίου, το οποίο, τελικά, μπορεί να προκαλέσει πλήρη αστοχία του ένας πυρηνικός εκρηκτικός μηχανισμός.

Σε γενικές γραμμές, όλες αυτές οι δυσκολίες μπορούν να ξεπεραστούν. Και στην πράξη, εκρηκτικοί μηχανισμοί με βάση το πλουτώνιο του «αντιδραστήρα» έχουν ήδη δοκιμαστεί επανειλημμένα. Αλλά πρέπει να γίνει κατανοητό ότι στα πυρηνικά πυρομαχικά, η συμπαγής τους, το χαμηλό βάρος, η ανθεκτικότητα και η αξιοπιστία τους απέχουν πολύ από την τελευταία θέση. Από αυτή την άποψη, χρησιμοποιούν αποκλειστικά πλουτώνιο για όπλα.

Σχεδιαστικά χαρακτηριστικά βιομηχανικών αντιδραστήρων

Σχεδόν όλο το πλουτώνιο στη Ρωσία παρήχθη σε αντιδραστήρες εξοπλισμένους με συντονιστή γραφίτη. Κάθε ένας από τους αντιδραστήρες είναι χτισμένος γύρω από κυλινδρικούς ογκόλιθους γραφίτη.

Όταν συναρμολογούνται, τα μπλοκ γραφίτη έχουν ειδικές υποδοχές μεταξύ τους για να διασφαλίζουν τη συνεχή κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού, το οποίοχρησιμοποιείται άζωτο. Στη συναρμολογημένη δομή, υπάρχουν επίσης κάθετα τοποθετημένα κανάλια που δημιουργούνται για τη διέλευση της ψύξης του νερού και του καυσίμου μέσα από αυτά. Το ίδιο το συγκρότημα υποστηρίζεται άκαμπτα από μια κατασκευή με οπές κάτω από τα κανάλια που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά του ήδη ακτινοβολημένου καυσίμου. Επιπλέον, καθένα από τα κανάλια βρίσκεται σε σωλήνα με λεπτό τοίχωμα χυτευμένο από ελαφρύ και εξαιρετικά ισχυρό κράμα αλουμινίου. Τα περισσότερα από τα κανάλια που περιγράφονται έχουν 70 ράβδους καυσίμου. Το νερό ψύξης ρέει απευθείας γύρω από τις ράβδους καυσίμου, αφαιρώντας την υπερβολική θερμότητα από αυτές.

Αύξηση της ικανότητας των αντιδραστήρων παραγωγής

Αρχικά, ο πρώτος αντιδραστήρας Mayak λειτουργούσε με ισχύ 100 θερμικών MW. Ωστόσο, ο επικεφαλής του σοβιετικού προγράμματος πυρηνικών όπλων, Ιγκόρ Κουρτσάτοφ, πρότεινε ο αντιδραστήρας να λειτουργεί με ισχύ 170-190 MW το χειμώνα και 140-150 MW το καλοκαίρι. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στον αντιδραστήρα να παράγει σχεδόν 140 γραμμάρια πολύτιμου πλουτωνίου την ημέρα.

Το 1952, πραγματοποιήθηκε πλήρης ερευνητική εργασία προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγική ικανότητα των αντιδραστήρων που λειτουργούσαν με τις ακόλουθες μεθόδους:

• Αυξάνοντας τη ροή του νερού που χρησιμοποιείται για ψύξη και ρέει μέσα από τις ενεργές ζώνες μιας πυρηνικής εγκατάστασης.
• Αυξάνοντας την αντίσταση στο φαινόμενο της διάβρωσης που εμφανίζεται κοντά στην επένδυση καναλιού.
• Μείωση του ρυθμού οξείδωσης γραφίτη.
• Αύξηση της θερμοκρασίας μέσα στις κυψέλες καυσίμου.

Σαν αποτέλεσμα, η παροχή του κυκλοφορούντος νερού έχει αυξηθεί σημαντικά μετά την αύξηση του κενού μεταξύ του καυσίμου και των τοιχωμάτων του καναλιού. Καταφέραμε επίσης να απαλλαγούμε από τη διάβρωση. Για να γίνει αυτό, επιλέξαμε τα πιο κατάλληλα κράματα αλουμινίου και αρχίσαμε να προσθέτουμε ενεργά διχρωμικό νάτριο, το οποίο τελικά αύξησε την απαλότητα του νερού ψύξης (το pH έγινε περίπου 6,0-6,2). Η οξείδωση του γραφίτη έπαψε να είναι επείγον πρόβλημα αφού χρησιμοποιήθηκε άζωτο για την ψύξη του (προηγουμένως χρησιμοποιήθηκε μόνο αέρας).

Καθώς η δεκαετία του 1950 πλησίαζε στο τέλος της, οι καινοτομίες εφαρμόστηκαν πλήρως, μειώνοντας την εξαιρετικά περιττή διοχέτευση ουρανίου που προκαλείται από την ακτινοβολία, μειώνοντας σημαντικά τη θερμική σκλήρυνση των ράβδων ουρανίου, βελτιώνοντας την αντοχή της επένδυσης και βελτιώνοντας τον ποιοτικό έλεγχο της κατασκευής.

Παραγωγή στο Mayak

Το "Chelyabinsk-65" είναι ένα από εκείνα τα πολύ μυστικά εργοστάσια όπου δημιουργήθηκε πλουτώνιο για όπλα. Υπήρχαν αρκετοί αντιδραστήρες στην επιχείρηση, θα τους γνωρίσουμε καλύτερα.

Reactor A

Η μονάδα σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε υπό την καθοδήγηση του θρυλικού N. A. Dollezhal. Δούλευε με ισχύ 100 MW. Ο αντιδραστήρας είχε 1149 κατακόρυφα διατεταγμένα κανάλια ελέγχου και καυσίμου σε ένα μπλοκ γραφίτη. Η συνολική μάζα της κατασκευής ήταν περίπου 1050 τόνοι. Σχεδόν όλα τα κανάλια (εκτός από 25) ήταν φορτωμένα με ουράνιο, η συνολική μάζα του οποίου ήταν 120-130 τόνοι. Χρησιμοποιήθηκαν 17 κανάλια για ράβδους ελέγχου και 8 γιαδιεξαγωγή πειραμάτων. Η μέγιστη σχεδιαστική απελευθέρωση θερμότητας της κυψέλης καυσίμου ήταν 3,45 kW. Αρχικά, ο αντιδραστήρας παρήγαγε περίπου 100 γραμμάρια πλουτωνίου την ημέρα. Το μέταλλο πλουτώνιο κατασκευάστηκε για πρώτη φορά στις 16 Απριλίου 1949.

Τεχνολογικά ελαττώματα

Εντοπίστηκαν σχεδόν αμέσως αρκετά σοβαρά προβλήματα, τα οποία συνίστατο στη διάβρωση των επενδύσεων αλουμινίου και των επικαλύψεων κυψελών καυσίμου. Οι ράβδοι ουρανίου επίσης διογκώθηκαν και έσπασαν, και το νερό ψύξης διέρρευσε απευθείας στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Μετά από κάθε διαρροή, ο αντιδραστήρας έπρεπε να σταματά για έως και 10 ώρες για να στεγνώσει ο γραφίτης με αέρα. Τον Ιανουάριο του 1949, οι επενδύσεις καναλιών αντικαταστάθηκαν. Μετά από αυτό, η έναρξη της εγκατάστασης έγινε στις 26 Μαρτίου 1949.

Πλουτώνιο ποιότητας όπλων, η παραγωγή του οποίου στον αντιδραστήρα Α συνοδεύτηκε από κάθε είδους δυσκολίες, παρήχθη την περίοδο 1950-1954 με μέση μοναδιαία ισχύ 180 MW. Η μετέπειτα λειτουργία του αντιδραστήρα άρχισε να συνοδεύεται από την πιο εντατική χρήση του, η οποία φυσικά οδήγησε σε συχνότερες διακοπές λειτουργίας (έως και 165 φορές το μήνα). Ως αποτέλεσμα, τον Οκτώβριο του 1963, ο αντιδραστήρας έκλεισε και άρχισε ξανά τη λειτουργία του μόνο την άνοιξη του 1964. Ολοκλήρωσε την εκστρατεία του το 1987 και παρήγαγε 4,6 τόνους πλουτωνίου σε όλη την περίοδο πολλών ετών λειτουργίας.

ΑΒ αντιδραστήρες

Αποφασίστηκε να κατασκευαστούν τρεις αντιδραστήρες AB στην επιχείρηση Chelyabinsk-65 το φθινόπωρο του 1948. Η παραγωγική τους ικανότητα ήταν 200-250 γραμμάρια πλουτωνίου την ημέρα. Ο επικεφαλής σχεδιαστής του έργου ήταν ο A. Savin. Κάθε αντιδραστήρας είχε 1996 κανάλια, 65 από αυτά ήταν κανάλια ελέγχου. Στις εγκαταστάσεις χρησιμοποιήθηκε μια τεχνική καινοτομία - κάθε κανάλι ήταν εξοπλισμένο με ειδικό ανιχνευτή διαρροής ψυκτικού. Μια τέτοια κίνηση κατέστησε δυνατή την αλλαγή των επενδύσεων χωρίς διακοπή της λειτουργίας του ίδιου του αντιδραστήρα.

Το πρώτο έτος λειτουργίας των αντιδραστήρων έδειξε ότι παρήγαγαν περίπου 260 γραμμάρια πλουτωνίου την ημέρα. Ωστόσο, από το δεύτερο έτος λειτουργίας, η ισχύς αυξήθηκε σταδιακά και ήδη το 1963 ήταν 600 MW. Μετά τη δεύτερη γενική επισκευή, το πρόβλημα των τακτικών γραμμών λύθηκε πλήρως και η ισχύς ήταν ήδη 1200 MW με ετήσια παραγωγή πλουτωνίου 270 κιλά. Αυτοί οι δείκτες παρέμειναν μέχρι το πλήρες κλείσιμο των αντιδραστήρων.

αντιδραστήρας AI-IR

Η επιχείρηση του Τσελιάμπινσκ χρησιμοποίησε αυτήν την εγκατάσταση από τις 22 Δεκεμβρίου 1951 έως τις 25 Μαΐου 1987. Εκτός από το ουράνιο, ο αντιδραστήρας παρήγαγε επίσης κοβάλτιο-60 και πολώνιο-210. Αρχικά, η τοποθεσία παρήγαγε τρίτιο, αλλά αργότερα άρχισε να λαμβάνει πλουτώνιο.

Επίσης, το εργοστάσιο επεξεργασίας πλουτωνίου οπλικής ποιότητας διέθετε σε λειτουργία αντιδραστήρες βαρέος νερού και τον μοναδικό αντιδραστήρα ελαφρού νερού (το όνομά του είναι Ruslan).

Σιβηρικός γίγαντας

"Tomsk-7" - αυτό είναι το όνομα του εργοστασίου, το οποίο στεγάζει πέντε αντιδραστήρες για την παραγωγή πλουτωνίου. Κάθε μία από τις μονάδες χρησιμοποιούσε γραφίτη για να επιβραδύνει τα νετρόνια και το συνηθισμένο νερό για να παρέχει σωστή ψύξη.

Reactor I-1 δούλεψε με το σύστημαψύξη, στην οποία πέρασε το νερό μια φορά. Ωστόσο, οι υπόλοιπες τέσσερις μονάδες εφοδιάστηκαν με κλειστά πρωτεύοντα κυκλώματα εξοπλισμένα με εναλλάκτες θερμότητας. Αυτός ο σχεδιασμός κατέστησε δυνατή την επιπλέον παραγωγή ατμού, ο οποίος με τη σειρά του βοήθησε στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στη θέρμανση διαφόρων οικιστικών χώρων.

Το "Tomsk-7" είχε επίσης έναν αντιδραστήρα που ονομάζεται EI-2, ο οποίος, με τη σειρά του, είχε διπλό σκοπό: παρήγαγε πλουτώνιο και παρήγαγε 100 MW ηλεκτρική ενέργεια από τον παραγόμενο ατμό, καθώς και 200 MW θερμικής ενέργεια.

Σημαντικές πληροφορίες

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ο χρόνος ημιζωής του πλουτωνίου για όπλα είναι περίπου 24.360 χρόνια. Τεράστιος αριθμός! Από αυτή την άποψη, το ερώτημα γίνεται ιδιαίτερα οξύ: "Πώς να αντιμετωπίσετε σωστά τα απόβλητα παραγωγής αυτού του στοιχείου;" Η βέλτιστη επιλογή είναι η κατασκευή ειδικών επιχειρήσεων για την επακόλουθη επεξεργασία πλουτωνίου όπλων. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι σε αυτή την περίπτωση το στοιχείο δεν μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για στρατιωτικούς σκοπούς και θα ελέγχεται από ένα άτομο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο απορρίπτεται το πλουτώνιο για όπλα στη Ρωσία, αλλά οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής ακολούθησαν διαφορετικό δρόμο, παραβιάζοντας έτσι τις διεθνείς τους υποχρεώσεις.

Έτσι, η κυβέρνηση των ΗΠΑ προτείνει την καταστροφή των πυρηνικών καυσίμων υψηλής εμπλουτισμού όχι με βιομηχανικό τρόπο, αλλά με την αραίωση του πλουτωνίου και την αποθήκευση του σε ειδικά δοχεία σε βάθος 500 μέτρων. Εννοείται ότι σε αυτή την περίπτωση το υλικό μπορεί εύκολα να είναινα το εξαγάγει από το έδαφος και να το εκτοξεύει εκ νέου για στρατιωτικούς σκοπούς. Σύμφωνα με τον Ρώσο πρόεδρο Βλαντιμίρ Πούτιν, αρχικά οι χώρες συμφώνησαν να καταστρέψουν το πλουτώνιο όχι με αυτή τη μέθοδο, αλλά να πραγματοποιήσουν διάθεση σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις.

Το κόστος του πλουτωνίου για όπλα αξίζει ιδιαίτερης προσοχής. Σύμφωνα με τους ειδικούς, δεκάδες τόνοι αυτού του στοιχείου μπορεί να κοστίσουν αρκετά δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Και ορισμένοι ειδικοί έχουν υπολογίσει ακόμη και 500 τόνους πλουτωνίου για όπλα έως και 8 τρισεκατομμύρια δολάρια. Το ποσό είναι πραγματικά εντυπωσιακό. Για να γίνει πιο σαφές πόσα χρήματα είναι αυτά, ας πούμε ότι τα τελευταία δέκα χρόνια του 20ού αιώνα, το μέσο ετήσιο ΑΕΠ της Ρωσίας ήταν 400 δισεκατομμύρια δολάρια. Δηλαδή, στην πραγματικότητα, η πραγματική τιμή του πλουτωνίου για όπλα ήταν ίση με είκοσι ετήσιο ΑΕΠ της Ρωσικής Ομοσπονδίας.