Plutonium i shkallës së armëve: aplikimi, prodhimi, asgjësimi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Njerëzimi ka qenë gjithmonë në kërkim të burimeve të reja të energjisë që mund të zgjidhin shumë probleme. Megjithatë, ato nuk janë gjithmonë të sigurta. Pra, në veçanti, reaktorët bërthamorë të përdorur gjerësisht sot, megjithëse janë të aftë të gjenerojnë thjesht një sasi kolosale të një energjie të tillë elektrike për të cilën gjithkush ka nevojë, megjithatë mbartin një rrezik vdekjeprurës. Por, përveç përdorimit të energjisë bërthamore për qëllime paqësore, disa vende të planetit tonë kanë mësuar ta përdorin atë në ushtri, veçanërisht për të krijuar koka bërthamore. Ky artikull do të diskutojë bazën e një arme të tillë shkatërruese, emri i së cilës është plutonium i shkallës së armëve.

Referencë e shpejtë

Kjo formë kompakte e metalit përmban të paktën 93,5% të izotopit 239Pu. Plutoniumi i shkallës së armëve u emërua kështu për ta dalluar atë nga "vëllai i tij reaktor". Në parim, plutoniumi formohet gjithmonë në absolutisht çdo reaktor bërthamor, i cili, nga ana tjetër, punon me uranium të pasuruar pak ose natyror, i cili përmban, në pjesën më të madhe, izotopin 238U.

Aplikime ushtarake

Plutoniumi 239Pu i shkallës së armëve është baza e armëve bërthamore. Në të njëjtën kohë, përdorimi i izotopeve me numra masiv 240 dhe 242 është i parëndësishëm, pasi ato krijojnë shumënjë sfond i lartë i neutroneve, gjë që përfundimisht e bën të vështirë krijimin dhe projektimin e municioneve bërthamore shumë efektive. Përveç kësaj, izotopet e plutoniumit 240Pu dhe 241Pu kanë një gjysmë jetëgjatësi shumë më të shkurtër se 239Pu, kështu që pjesët e plutoniumit nxehen shumë. Është në lidhje me këtë që inxhinierët janë të detyruar të shtojnë elementë shtesë në një armë bërthamore për të hequr nxehtësinë e tepërt. Nga rruga, 239Pu i pastër është më i ngrohtë se trupi i njeriut. Është gjithashtu e pamundur të mos merret parasysh fakti që produktet e kalbjes së izotopeve të rënda i nënshtrohen ndryshimeve të dëmshme rrjetën kristalore metalike, dhe kjo në mënyrë krejt të natyrshme ndryshon konfigurimin e pjesëve të plutoniumit, të cilat, në fund, mund të shkaktojnë një dështim të plotë të një pajisje shpërthyese bërthamore.

Në përgjithësi, të gjitha këto vështirësi mund të kapërcehen. Dhe në praktikë, pajisjet shpërthyese të bazuara në plutonium "reaktor" tashmë janë testuar vazhdimisht. Por duhet të kuptohet se në municionet bërthamore, kompaktësia e tyre, pesha e tyre e ulët, qëndrueshmëria dhe besueshmëria janë larg pozicionit të fundit. Në këtë drejtim, ata përdorin ekskluzivisht plutonium të shkallës së armëve.

Veçoritë e projektimit të reaktorëve industrial

Praktikisht i gjithë plutoniumi në Rusi prodhohej në reaktorë të pajisur me një moderator grafiti. Secili prej reaktorëve është ndërtuar rreth blloqeve cilindrike të grafitit.

Kur montohen, blloqet e grafitit kanë çarje të veçanta midis tyre për të siguruar qarkullimin e vazhdueshëm të ftohësit, i cilipërdoret azoti. Në strukturën e montuar ka edhe kanale vertikalisht të krijuara për kalimin e ftohjes së ujit dhe karburantit përmes tyre. Vetë montimi mbështetet në mënyrë të ngurtë nga një strukturë me vrima nën kanalet e përdorura për të transportuar karburantin tashmë të rrezatuar. Përveç kësaj, secili prej kanaleve është i vendosur në një tub me mure të hollë të derdhur nga një aliazh alumini i lehtë dhe tepër i fortë. Shumica e kanaleve të përshkruara kanë 70 shufra karburanti. Uji ftohës rrjedh direkt rreth shufrave të karburantit, duke hequr nxehtësinë e tepërt prej tyre.

Rritja e kapacitetit të reaktorëve të prodhimit

Fillimisht, reaktori i parë Mayak funksionoi me një kapacitet prej 100 MW termike. Megjithatë, shefi i programit të armëve bërthamore sovjetike, Igor Kurchatov, propozoi që reaktori të funksiononte në 170-190 MW në dimër dhe 140-150 MW në verë. Kjo qasje i lejoi reaktorit të prodhonte pothuajse 140 gram plutonium të çmuar në ditë.

Në vitin 1952, u krye një punë kërkimore e plotë për të rritur kapacitetin e prodhimit të reaktorëve funksionalë me metodat e mëposhtme:

• Duke rritur rrjedhën e ujit që përdoret për ftohje dhe rrjedh nëpër zonat aktive të një instalimi bërthamor.
• Duke rritur rezistencën ndaj fenomenit të korrozionit që ndodh pranë rreshtimit të kanalit.
• Reduktimi i shkallës së oksidimit të grafitit.
• Rritja e temperaturës brenda qelizave të karburantit.

Si rezultat, qarkullimi i ujit qarkullues është rritur ndjeshëm pasi është rritur hendeku midis karburantit dhe mureve të kanalit. Ne gjithashtu arritëm të shpëtojmë nga korrozioni. Për ta bërë këtë, ne zgjodhëm lidhjet më të përshtatshme të aluminit dhe filluam të shtonim në mënyrë aktive bikromat natriumi, i cili në fund rriti butësinë e ujit ftohës (pH u bë rreth 6.0-6.2). Oksidimi i grafitit pushoi së qeni një problem urgjent pasi azoti u përdor për ta ftohur atë (më parë përdorej vetëm ajri).

Me afrimin e fundit të viteve 1950, risitë u vunë plotësisht në praktikë, duke reduktuar balonimin shumë të panevojshëm të uraniumit të shkaktuar nga rrezatimi, duke reduktuar në masë të madhe forcimin e nxehtësisë së shufrave të uraniumit, duke përmirësuar rezistencën e veshjes dhe duke përmirësuar kontrollin e cilësisë së prodhimit.

Prodhimi në Mayak

"Chelyabinsk-65" është një nga ato fabrika shumë sekrete ku u krijua plutoniumi i shkallës së armëve. Në ndërmarrje kishte disa reaktorë, secilin prej tyre do ta njohim më mirë.

Reaktor A

Njësia u projektua dhe u ndërtua nën drejtimin e legjendarit N. A. Dollezhal. Ajo punonte me fuqi 100 MW. Reaktori kishte 1149 kanale kontrolli dhe karburanti të rregulluar vertikalisht në një bllok grafiti. Masa totale e strukturës ishte rreth 1050 ton. Pothuajse të gjitha kanalet (përveç 25) ishin të ngarkuar me uranium, masa totale e të cilit ishte 120-130 tonë. 17 kanale u përdorën për shufrat e kontrollit dhe 8 përkryerjen e eksperimenteve. Lëshimi maksimal i nxehtësisë së projektimit të qelizës së karburantit ishte 3.45 kW. Në fillim, reaktori prodhonte rreth 100 gram plutonium në ditë. Metali plutonium u prodhua për herë të parë më 16 prill 1949.

Difekte teknologjike

Thuajse menjëherë u identifikuan probleme mjaft serioze, të cilat konsistonin në korrozionin e veshjeve të aluminit dhe veshjeve të qelizave të karburantit. Shufrat e uraniumit gjithashtu u frynë dhe u thyen, dhe uji ftohës rrjedh direkt në thelbin e reaktorit. Pas çdo rrjedhjeje, reaktori duhej të ndalohej deri në 10 orë në mënyrë që të thahej grafiti me ajër. Në janar 1949, rreshtat e kanaleve u zëvendësuan. Pas kësaj, nisja e instalimit u bë më 26 mars 1949.

Plutoniumi i shkallës së armëve, prodhimi i të cilit në reaktorin A u shoqërua me lloj-lloj vështirësish, u prodhua në periudhën 1950-1954 me një fuqi mesatare njësi prej 180 MW. Funksionimi i mëpasshëm i reaktorit filloi të shoqërohej me përdorimin më intensiv të tij, gjë që natyrshëm çoi në mbyllje më të shpeshta (deri në 165 herë në muaj). Si rezultat, në tetor 1963, reaktori u mbyll dhe rifilloi funksionimin e tij vetëm në pranverën e vitit 1964. Ai përfundoi fushatën e tij në 1987 dhe prodhoi 4,6 ton plutonium gjatë gjithë periudhës së shumë viteve të funksionimit.

Reaktorët AB

U vendos që të ndërtoheshin tre reaktorë AB në ndërmarrjen Chelyabinsk-65 në vjeshtën e vitit 1948. Kapaciteti i tyre prodhues ishte 200-250 gram plutonium në ditë. Projektuesi kryesor i projektit ishte A. Savin. Çdo reaktor kishte 1996 kanale, 65 prej tyre ishin kanale kontrolli. Në instalime u përdor një risi teknike - secili kanal ishte i pajisur me një detektor të veçantë të rrjedhjes së ftohësit. Një lëvizje e tillë bëri të mundur ndryshimin e rreshtave pa ndërprerë funksionimin e vetë reaktorit.

Viti i parë i funksionimit të reaktorëve tregoi se ata prodhonin rreth 260 gram plutonium në ditë. Megjithatë, nga viti i dytë i funksionimit, kapaciteti u rrit gradualisht, dhe tashmë në vitin 1963 shifra e tij ishte 600 MW. Pas riparimit të dytë, problemi i linjave u zgjidh plotësisht dhe kapaciteti ishte tashmë 1200 MW me një prodhim vjetor të plutoniumit prej 270 kilogramësh. Këta tregues qëndruan deri në mbylljen e plotë të reaktorëve.

reaktor AI-IR

Ndërmarrja Chelyabinsk e përdori këtë instalim nga 22 dhjetor 1951 deri më 25 maj 1987. Përveç uraniumit, reaktori prodhoi edhe kob alt-60 dhe polonium-210. Fillimisht, vendi prodhoi tritium, por më vonë filloi të marrë plutonium.

Gjithashtu, uzina për përpunimin e plutoniumit të shkallës së armëve kishte në funksion reaktorë të ujit të rëndë dhe të vetmin reaktor të ujit të lehtë (emri i tij është Ruslan).

gjiganti siberian

"Tomsk-7" - ky është emri i uzinës, e cila strehon pesë reaktorë për prodhimin e plutoniumit. Secila nga njësitë përdori grafit për të ngadalësuar neutronet dhe ujin e zakonshëm për të siguruar ftohjen e duhur.

Reactor I-1 ka punuar me sisteminftohje, në të cilën uji ka kaluar një herë. Megjithatë, katër njësitë e mbetura u pajisën me qarqe parësore të mbyllura të pajisura me shkëmbyes nxehtësie. Ky dizajn bëri të mundur gjenerimin shtesë të avullit, i cili nga ana e tij ndihmoi në prodhimin e energjisë elektrike dhe ngrohjen e ambienteve të ndryshme të banimit.

"Tomsk-7" kishte gjithashtu një reaktor të quajtur EI-2, i cili, nga ana tjetër, kishte një qëllim të dyfishtë: prodhonte plutonium dhe gjeneronte 100 MW energji elektrike nga avulli i prodhuar, si dhe 200 MW termike. energji.

Informacion i rëndësishëm

Sipas shkencëtarëve, gjysma e jetës së plutoniumit të shkallës së armëve është rreth 24,360 vjet. Numër i madh! Në këtë drejtim, pyetja bëhet veçanërisht e mprehtë: "Si të trajtojmë siç duhet mbetjet e prodhimit të këtij elementi?" Opsioni më optimal është ndërtimi i ndërmarrjeve speciale për përpunimin e mëvonshëm të plutoniumit të shkallës së armëve. Kjo shpjegohet me faktin se në këtë rast elementi nuk mund të përdoret më për qëllime ushtarake dhe do të kontrollohet nga një person. Kështu asgjësohet në Rusi plutoniumi i shkallës së armëve, por Shtetet e Bashkuara të Amerikës morën një rrugë tjetër, duke shkelur kështu detyrimet e tyre ndërkombëtare.

Kështu, qeveria amerikane propozon shkatërrimin e karburantit bërthamor shumë të pasuruar jo në mënyrë industriale, por duke holluar plutoniumin dhe ruajtjen e tij në kontejnerë të veçantë në një thellësi prej 500 metrash. Vetëkuptohet që në këtë rast materiali mund të jetë lehtësishte nxjerrin nga toka dhe e rinisin për qëllime ushtarake. Sipas presidentit rus Vladimir Putin, fillimisht vendet ranë dakord të shkatërrojnë plutoniumin jo me këtë metodë, por të kryejnë asgjësimin në objektet industriale.

Kostoja e plutoniumit të shkallës së armëve meriton vëmendje të veçantë. Sipas ekspertëve, dhjetëra tonë të këtij elementi mund të kushtojnë disa miliardë dollarë amerikanë. Dhe disa ekspertë madje kanë vlerësuar 500 ton plutonium të shkallës së armëve deri në 8 trilion dollarë. Shuma është vërtet mbresëlënëse. Për ta bërë më të qartë se sa para janë këto, le të themi se në dhjetë vitet e fundit të shekullit të 20-të, PBB-ja mesatare vjetore e Rusisë ishte 400 miliardë dollarë. Kjo është, në fakt, çmimi real i plutoniumit të kategorisë së armëve ishte i barabartë me njëzet PBB vjetore të Federatës Ruse.