پلوتونیوم درجه سلاح: کاربرد، تولید، دفع

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

بشریت همیشه در جستجوی منابع جدید انرژی بوده است که بتواند بسیاری از مشکلات را حل کند. با این حال، آنها همیشه امن نیستند. بنابراین، به طور خاص، راکتورهای هسته ای که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، اگرچه قادر به تولید مقدار عظیمی از چنین انرژی الکتریکی هستند که همه به آن نیاز دارند، اما همچنان یک خطر مرگبار را به همراه دارند. اما، علاوه بر استفاده از انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز، برخی از کشورهای سیاره ما یاد گرفته اند که از آن در ارتش به ویژه برای ساخت کلاهک های هسته ای استفاده کنند. این مقاله اساس چنین سلاح مخربی را مورد بحث قرار خواهد داد که نام آن پلوتونیوم با درجه سلاح است.

مرجع سریع

این شکل فشرده از فلز حاوی حداقل 93.5 درصد از ایزوتوپ 239Pu است. پلوتونیوم با درجه تسلیحات به این نام نامگذاری شد تا آن را از "برادر راکتور" خود متمایز کند. در اصل، پلوتونیوم همیشه در مطلقاً در هر رآکتور هسته‌ای تشکیل می‌شود، که به نوبه خود بر روی اورانیوم با غنای پایین یا طبیعی کار می‌کند که در بیشتر موارد حاوی ایزوتوپ 238U است.

برنامه های نظامی

پلوتونیوم 239Pu با درجه تسلیحات اساس سلاح های هسته ای است. در عین حال، استفاده از ایزوتوپ هایی با اعداد جرمی 240 و 242 بی ربط است، زیرا آنها بسیار ایجاد می کنند.پیشینه بالایی از نوترون ها، که در نهایت ایجاد و طراحی مهمات هسته ای بسیار موثر را دشوار می کند. علاوه بر این، ایزوتوپ های پلوتونیوم 240Pu و 241Pu نیمه عمر بسیار کوتاه تری نسبت به 239Pu دارند، بنابراین قطعات پلوتونیوم بسیار داغ می شوند. در ارتباط با این موضوع است که مهندسان مجبور می شوند برای حذف گرمای اضافی عناصر اضافی را به یک سلاح هسته ای اضافه کنند. به هر حال، 239Pu خالص گرمتر از بدن انسان است. همچنین نمی‌توان این واقعیت را در نظر گرفت که محصولات فروپاشی ایزوتوپ‌های سنگین، شبکه بلوری فلزی را در معرض تغییرات مضر قرار می‌دهند و این امر کاملاً طبیعی پیکربندی قطعات پلوتونیومی را تغییر می‌دهد که در نهایت می‌تواند باعث از کار افتادن کامل شود. یک وسیله انفجاری هسته ای.

به طور کلی، می توان بر همه این مشکلات غلبه کرد. و در عمل، وسایل انفجاری مبتنی بر پلوتونیوم "راکتور" قبلاً بارها آزمایش شده است. اما باید درک کرد که در مهمات هسته ای، فشردگی، وزن کم، دوام و قابلیت اطمینان آنها از آخرین موقعیت بسیار دور است. در این راستا، آنها منحصراً از پلوتونیوم با درجه سلاح استفاده می کنند.

ویژگی های طراحی راکتورهای صنعتی

عملاً تمام پلوتونیوم در روسیه در راکتورهای مجهز به تعدیل کننده گرافیت تولید می شد. هر یک از راکتورها در اطراف بلوک های گرافیتی استوانه ای ساخته شده اند.

هنگام مونتاژ، بلوک های گرافیتی دارای شکاف های ویژه ای بین خود هستند تا از گردش مداوم مایع خنک کننده اطمینان حاصل شود.نیتروژن استفاده می شود. در ساختار مونتاژ شده نیز کانال هایی به صورت عمودی برای عبور آب خنک کننده و سوخت از آنها ایجاد شده است. خود مجموعه به طور سفت و سخت توسط ساختاری با سوراخ‌هایی در زیر کانال‌های مورد استفاده برای ارسال سوخت تابش‌شده از قبل پشتیبانی می‌شود. علاوه بر این، هر یک از کانال ها در یک لوله با دیواره نازک ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم سبک و فوق العاده قوی قرار دارند. اکثر کانال های توصیف شده دارای 70 میله سوخت هستند. آب خنک کننده مستقیماً در اطراف میله های سوخت جریان دارد و گرمای اضافی را از آنها می گیرد.

افزایش ظرفیت راکتورهای تولید

در ابتدا، اولین راکتور مایاک با ظرفیت 100 مگاوات حرارتی کار می کرد. با این حال، رئیس برنامه تسلیحات هسته ای شوروی، ایگور کورچاتوف، پیشنهاد کرد که راکتور باید با قدرت 170-190 مگاوات در زمستان و 140-150 مگاوات در تابستان کار کند. این رویکرد به راکتور اجازه می‌دهد که تقریباً 140 گرم پلوتونیوم گرانبها در روز تولید کند.

در سال 1952، کار تحقیقاتی تمام عیار به منظور افزایش ظرفیت تولید راکتورهای فعال با روش های زیر انجام شد:

• با افزایش جریان آب مورد استفاده برای خنک کردن و عبور از مناطق فعال یک تاسیسات هسته ای.
• با افزایش مقاومت در برابر پدیده خوردگی در نزدیکی لاینر کانال.
• کاهش سرعت اکسیداسیون گرافیت.
• افزایش دمای داخل سلول های سوختی.

در نتیجه، پس از افزایش شکاف بین سوخت و دیواره های کانال، خروجی آب در گردش به طور قابل توجهی افزایش یافته است. ما همچنین توانستیم از شر خوردگی خلاص شویم. برای انجام این کار، ما مناسب ترین آلیاژهای آلومینیوم را انتخاب کردیم و شروع به افزودن فعال بی کرومات سدیم کردیم که در نهایت نرمی آب خنک کننده را افزایش داد (PH حدود 6.0-6.2 شد). اکسیداسیون گرافیت پس از استفاده از نیتروژن برای خنک کردن آن (قبلاً فقط از هوا استفاده می شد) یک مشکل فوری نبود.

با نزدیک شدن به پایان دهه 1950، نوآوری ها به طور کامل عملی شدند و بالون سازی بسیار غیرضروری اورانیوم ناشی از تشعشع را کاهش دادند، سخت شدن حرارتی میله های اورانیوم را تا حد زیادی کاهش دادند، مقاومت روکش را بهبود بخشید و کنترل کیفیت ساخت را بهبود بخشید.

تولید در Mayak

"Chelyabinsk-65" یکی از آن کارخانه های بسیار مخفی است که در آن پلوتونیوم با درجه سلاح ساخته شده است. چندین راکتور در این شرکت وجود داشت، ما با هر یک از آنها بهتر آشنا خواهیم شد.

راکتور A

این واحد تحت هدایت افسانه ای N. A. Dollezhal طراحی و ساخته شد. او با توان 100 مگاوات کار می کرد. این راکتور دارای 1149 کانال کنترل و سوخت به صورت عمودی در یک بلوک گرافیتی بود. جرم کل سازه حدود 1050 تن بود. تقریباً همه کانال ها (به جز 25) با اورانیوم بارگیری می شدند که جرم کل آن 120-130 تن بود. 17 کانال برای میله های کنترل و 8 کانال برایانجام آزمایشات حداکثر انتشار حرارت طراحی پیل سوختی 3.45 کیلو وات بود. در ابتدا راکتور حدود 100 گرم پلوتونیوم در روز تولید می کرد. فلز پلوتونیوم برای اولین بار در 16 آوریل 1949 تولید شد.

نقص فناوری

مشکلات کاملاً جدی تقریباً بلافاصله شناسایی شد که شامل خوردگی آسترهای آلومینیومی و پوشش‌های پیل سوختی بود. میله های اورانیوم نیز متورم و شکسته شدند و آب خنک کننده مستقیماً به هسته راکتور نشت کرد. پس از هر نشتی، راکتور باید تا 10 ساعت متوقف شود تا گرافیت با هوا خشک شود. در ژانویه 1949، لاینرهای کانال جایگزین شدند. پس از آن، راه اندازی نصب در 26 مارس 1949 انجام شد.

پلوتونیوم با درجه تسلیحاتی که تولید آن در راکتور A با انواع مشکلات همراه بود، در دوره 1950-1954 با میانگین توان واحد 180 مگاوات تولید شد. عملیات بعدی راکتور با استفاده فشرده تر از آن همراه شد که به طور طبیعی منجر به خاموش شدن مکرر (تا 165 بار در ماه) شد. در نتیجه، در اکتبر 1963، راکتور تعطیل شد و تنها در بهار 1964 فعالیت خود را از سر گرفت. او مبارزات انتخاباتی خود را در سال 1987 به پایان رساند و 4.6 تن پلوتونیوم در کل دوره چندین سال فعالیت تولید کرد.

راکتورهای AB

تصمیم گرفته شد در پاییز 1948 سه راکتور AB در شرکت چلیابینسک-65 ساخته شود. ظرفیت تولید آنها 200-250 گرم پلوتونیوم در روز بود. طراح ارشد پروژه A. Savin بود.هر رآکتور 1996 کانال داشت که 65 تای آنها کانال کنترل بود. یک تازگی فنی در تاسیسات استفاده شده است - هر کانال به یک آشکارساز نشت خنک کننده مخصوص مجهز شده است. چنین حرکتی امکان تعویض لاینرها را بدون توقف کار خود راکتور فراهم کرد.

سال اول بهره برداری از راکتورها نشان داد که حدود ۲۶۰ گرم پلوتونیوم در روز تولید می کردند. اما از سال دوم بهره برداری به تدریج ظرفیت افزایش یافت و در سال 1963 این رقم به 600 مگاوات رسید. پس از تعمیرات اساسی دوم، مشکل لاینرها به طور کامل حل شد و ظرفیت 1200 مگاوات با تولید سالانه پلوتونیوم 270 کیلوگرم بود. این شاخص ها تا زمان بسته شدن کامل راکتورها باقی ماندند.

راکتور AI-IR

شرکت چلیابینسک از 22 دسامبر 1951 تا 25 مه 1987 از این نصب استفاده کرد. این راکتور علاوه بر اورانیوم، کبالت-60 و پلونیوم-210 را نیز تولید می کرد. در ابتدا، این سایت تریتیوم تولید می کرد، اما بعداً شروع به دریافت پلوتونیوم کرد.

همچنین کارخانه فرآوری پلوتونیوم با درجه سلاح دارای راکتورهای آب سنگین و تنها راکتور آب سبک (نام آن Ruslan) بود.

غول سیبری

"Tomsk-7" - این نام کارخانه ای است که پنج راکتور برای تولید پلوتونیوم را در خود جای داده است. هر یک از واحدها از گرافیت برای کاهش سرعت نوترون‌ها و آب معمولی برای خنک‌سازی مناسب استفاده می‌کردند.

Reactor I-1 با این سیستم کار کردخنک کننده، که در آن آب یک بار عبور کرد. با این حال، چهار واحد باقی مانده با مدارهای اولیه بسته مجهز به مبدل های حرارتی ارائه شد. این طراحی امکان تولید بخار اضافی را فراهم کرد که به نوبه خود به تولید برق و گرمایش مکان‌های مختلف مسکونی کمک کرد.

"Tomsk-7" همچنین دارای راکتوری به نام EI-2 بود که به نوبه خود دارای هدف دوگانه بود: پلوتونیوم تولید می کرد و 100 مگاوات برق از بخار تولید شده و همچنین 200 مگاوات انرژی حرارتی تولید می کرد. انرژی.

اطلاعات مهم

طبق گفته دانشمندان، نیمه عمر پلوتونیوم با درجه تسلیحات حدود 24360 سال است. تعداد زیادی! در این راستا، این سوال به ویژه حاد می شود: "چگونه به درستی با ضایعات تولید این عنصر برخورد کنیم؟" بهینه ترین گزینه ساخت شرکت های ویژه برای پردازش بعدی پلوتونیوم با درجه سلاح است. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در این حالت عنصر دیگر نمی تواند برای اهداف نظامی استفاده شود و توسط یک شخص کنترل می شود. اینگونه است که پلوتونیوم با درجه تسلیحات در روسیه دفع می شود، اما ایالات متحده آمریکا مسیر دیگری را در پیش گرفت و در نتیجه تعهدات بین المللی خود را زیر پا گذاشت.

بنابراین، دولت ایالات متحده پیشنهاد می کند سوخت هسته ای بسیار غنی شده را نه به روش صنعتی، بلکه با رقیق کردن پلوتونیوم و ذخیره آن در ظروف مخصوص در عمق 500 متری نابود کند. ناگفته نماند که در این مورد مواد به راحتی می تواند باشدآن را از زمین خارج کرده و مجدداً برای اهداف نظامی راه اندازی کنید. به گفته ولادیمیر پوتین، رئیس جمهور روسیه، در ابتدا کشورها توافق کردند که پلوتونیوم را نه با این روش، بلکه برای دفع در تأسیسات صنعتی از بین ببرند.

هزینه پلوتونیوم با درجه تسلیحات سزاوار توجه ویژه است. به گفته کارشناسان، ده ها تن از این عنصر ممکن است چندین میلیارد دلار هزینه داشته باشد. و برخی کارشناسان حتی 500 تن پلوتونیوم با درجه تسلیحات را تا 8 تریلیون دلار تخمین زده اند. مقدار واقعاً چشمگیر است. برای روشن تر شدن این موضوع، بیایید بگوییم که در ده سال آخر قرن بیستم، متوسط تولید ناخالص داخلی روسیه 400 میلیارد دلار بوده است. یعنی در واقع قیمت واقعی پلوتونیوم با درجه تسلیحات برابر با بیست تولید ناخالص داخلی سالانه فدراسیون روسیه بود.