Plutoni de qualitat per a armes: aplicació, producció, eliminació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

La humanitat sempre ha estat a la recerca de noves fonts d'energia que puguin resoldre molts problemes. Tanmateix, no sempre són segurs. Així, en particular, els reactors nuclears àmpliament utilitzats avui dia, encara que són capaços de generar simplement una quantitat colossal d'energia elèctrica que tothom necessita, encara comporten un perill mortal. Però, a més de l'ús de l'energia nuclear amb finalitats pacífices, alguns països del nostre planeta han après a utilitzar-la en l'exèrcit, especialment per crear ogives nuclears. En aquest article es parlarà de la base d'una arma destructiva d'aquest tipus, el nom de la qual és plutoni de grau militar.

Referència ràpida

Aquesta forma compacta del metall conté almenys el 93,5% de l'isòtop 239Pu. El plutoni de qualitat per a armes es va anomenar així per distingir-lo del seu "germà reactor". En principi, el plutoni sempre es forma en absolutament qualsevol reactor nuclear, que, al seu torn, funciona amb urani poc enriquit o natural, que conté, en la seva majoria, l'isòtop 238U.

Aplicacions militars

El plutoni 239Pu apte per a les armes és la base de les armes nuclears. Al mateix temps, l'ús d'isòtops amb nombres de massa 240 i 242 és irrellevant, ja que creen moltun alt fons de neutrons, que en última instància dificulta la creació i el disseny de munició nuclear altament eficaç. A més, els isòtops del plutoni 240Pu i 241Pu tenen una vida mitjana molt més curta que el 239Pu, de manera que les parts del plutoni s'escalfen molt. És en relació amb això que els enginyers es veuen obligats a afegir elements addicionals a una arma nuclear per eliminar l'excés de calor. Per cert, el 239Pu pur és més càlid que el cos humà. També és impossible no tenir en compte el fet que els productes de desintegració dels isòtops pesats sotmeten la xarxa cristal·lina metàl·lica a canvis nocius, i això canvia de manera molt natural la configuració de les peces de plutoni, que, al final, pot provocar una fallada completa de un artefacte explosiu nuclear.

En general, totes aquestes dificultats es poden superar. I a la pràctica, ja s'han provat repetidament dispositius explosius basats en plutoni "reactor". Però cal entendre que en les municions nuclears, la seva compacitat, baix pes propi, durabilitat i fiabilitat estan lluny de l'última posició. En aquest sentit, utilitzen exclusivament plutoni de qualitat per a armes.

Característiques de disseny dels reactors industrials

Pràcticament tot el plutoni a Rússia es va produir en reactors equipats amb un moderador de grafit. Cadascun dels reactors està construït al voltant de blocs de grafit cilíndrics.

Quan es munten, els blocs de grafit tenen ranures especials entre ells per garantir la circulació contínua del refrigerant, ques'utilitza nitrogen. A l'estructura muntada, també hi ha canals situats verticalment creats per al pas de l'aigua de refrigeració i el combustible a través d'ells. El conjunt en si està suportat rígidament per una estructura amb forats sota els canals utilitzats per enviar el combustible ja irradiat. A més, cadascun dels canals es troba en una canonada de parets primes fosa d'un aliatge d'alumini lleuger i extrafort. La majoria dels canals descrits tenen 70 barres de combustible. L'aigua de refrigeració flueix directament al voltant de les barres de combustible, eliminant-ne l'excés de calor.

Augment de la capacitat dels reactors de producció

Inicialment, el primer reactor Mayak va funcionar amb una capacitat de 100 MW tèrmics. No obstant això, el cap del programa d'armes nuclears soviètic, Igor Kurtxatov, va proposar que el reactor funcionés a 170-190 MW a l'hivern i 140-150 MW a l'estiu. Aquest enfocament va permetre que el reactor produís gairebé 140 grams de plutoni preciós per dia.

L'any 1952 es va dur a terme un treball d'investigació complet per augmentar la capacitat de producció de reactors en funcionament mitjançant els mètodes següents:

• Amb l'augment del cabal d'aigua utilitzat per a la refrigeració i que flueix per les zones actives d'una instal·lació nuclear.
• Amb l'augment de la resistència al fenomen de la corrosió que es produeix a prop del revestiment del canal.
• Reducció de la taxa d'oxidació del grafit.
• Augment de la temperatura dins de les piles de combustible.

Com a resultat, el rendiment de l'aigua circulant ha augmentat significativament després d'haver augmentat la bretxa entre el combustible i les parets del canal. També hem aconseguit desfer-nos de la corrosió. Per fer-ho, vam triar els aliatges d'alumini més adequats i vam començar a afegir activament bicromat de sodi, que finalment va augmentar la suavitat de l'aigua de refrigeració (el pH es va convertir en uns 6,0-6,2). L'oxidació del grafit va deixar de ser un problema urgent després que s'utilitzi nitrogen per refredar-lo (abans només s'utilitzava aire).

A mesura que la dècada de 1950 s'acostava, les innovacions es van posar en pràctica completament, reduint l'inflamació innecessària de l'urani causada per la radiació, reduint molt l'enduriment per calor de les barres d'urani, millorant la resistència del revestiment i millorant el control de qualitat de fabricació.

Producció a Mayak

"Chelyabinsk-65" és una d'aquelles fàbriques molt secretes on es va crear plutoni per a armes. A l'empresa hi havia diversos reactors, els coneixerem millor.

Reactor A

La unitat va ser dissenyada i construïda sota la direcció del llegendari N. A. Dollezhal. Va treballar amb una potència de 100 MW. El reactor tenia 1149 canals de control i combustible disposats verticalment en un bloc de grafit. La massa total de l'estructura era d'unes 1050 tones. Gairebé tots els canals (excepte 25) estaven carregats d'urani, la massa total del qual era de 120-130 tones. Es van utilitzar 17 canals per a les barres de control i 8 perrealitzant experiments. L'alliberament màxim de calor de disseny de la pila de combustible va ser de 3,45 kW. Al principi, el reactor produïa uns 100 grams de plutoni al dia. El plutoni metall es va produir per primera vegada el 16 d'abril de 1949.

Defectes tecnològics

Es van identificar gairebé immediatament problemes força greus, que consistien en la corrosió de revestiments d'alumini i recobriments de piles de combustible. Les barres d'urani també es van inflar i es van trencar, i l'aigua de refrigeració es va filtrar directament al nucli del reactor. Després de cada fuga, el reactor s'havia d'aturar fins a 10 hores per assecar el grafit amb aire. El gener de 1949 es van substituir els revestiments del canal. Després d'això, el llançament de la instal·lació va tenir lloc el 26 de març de 1949.

El plutoni de grau militar, la producció del qual al Reactor A va anar acompanyada de tot tipus de dificultats, es va produir durant el període 1950-1954 amb una potència unitat mitjana de 180 MW. L'explotació posterior del reactor va començar a anar acompanyada d'un ús més intensiu, la qual cosa va provocar, de manera natural, parades més freqüents (fins a 165 vegades al mes). Com a resultat, l'octubre de 1963, el reactor va ser tancat i va reprendre el seu funcionament només a la primavera de 1964. Va completar la seva campanya el 1987 i va produir 4,6 tones de plutoni durant tot el període de molts anys de funcionament.

Reactors AB

La tardor de 1948 es va decidir construir tres reactors AB a l'empresa Chelyabinsk-65. La seva capacitat de producció era de 200-250 grams de plutoni per dia. El dissenyador en cap del projecte va ser A. Savin. Cada reactor tenia 1996 canals, 65 d'ells eren canals de control. A les instal·lacions es va utilitzar una novetat tècnica: cada canal estava equipat amb un detector de fuites de refrigerant especial. Aquest moviment va permetre canviar els revestiments sense aturar el funcionament del propi reactor.

El primer any de funcionament dels reactors va demostrar que produïen uns 260 grams de plutoni al dia. Tanmateix, a partir del segon any de funcionament, la capacitat es va anar augmentant gradualment, i ja el 1963 la seva xifra era de 600 MW. Després de la segona revisió, el problema dels revestiments es va resoldre completament i la capacitat ja era de 1200 MW amb una producció anual de plutoni de 270 quilograms. Aquests indicadors es van mantenir fins al tancament complet dels reactors.

Reactor AI-IR

L'empresa Chelyabinsk va utilitzar aquesta instal·lació des del 22 de desembre de 1951 fins al 25 de maig de 1987. A més de l'urani, el reactor també va produir cob alt-60 i poloni-210. Inicialment, el lloc produïa triti, però més tard va començar a rebre plutoni.

A més, la planta de processament de plutoni de qualitat per a armes tenia en funcionament reactors d'aigua pesada i l'únic reactor d'aigua lleugera (el seu nom és Ruslan).

Gegant siberià

"Tomsk-7": aquest és el nom de la planta, que acull cinc reactors per a la producció de plutoni. Cadascuna de les unitats utilitzava grafit per frenar els neutrons i aigua normal per proporcionar una refrigeració adequada.

Reactor I-1 funcionava amb el sistemarefredament, en el qual l'aigua passava una vegada. Tanmateix, les quatre unitats restants estaven proveïdes de circuits primaris tancats equipats amb intercanviadors de calor. Aquest disseny va permetre generar també vapor, que al seu torn va ajudar a la producció d'electricitat i calefacció de diversos locals residencials.

"Tomsk-7" també tenia un reactor anomenat EI-2, que, al seu torn, tenia una doble finalitat: produir plutoni i generar 100 MW d'electricitat a partir del vapor generat, així com 200 MW de tèrmica. energia.

Informació important

Segons els científics, la vida mitjana del plutoni per a armes és d'uns 24.360 anys. Gran nombre! En aquest sentit, la pregunta es torna especialment aguda: "Com tractar adequadament els residus de producció d'aquest element?" L'opció més òptima és la construcció d'empreses especials per al processament posterior de plutoni de qualitat per a armes. Això s'explica pel fet que en aquest cas l'element ja no es pot utilitzar amb finalitats militars i serà controlat per una persona. Així és com s'elimina el plutoni per a armes a Rússia, però els Estats Units d'Amèrica van prendre un camí diferent, violant així les seves obligacions internacionals.

Per tant, el govern dels EUA proposa destruir el combustible nuclear molt enriquit no de manera industrial, sinó diluint el plutoni i emmagatzemant-lo en contenidors especials a una profunditat de 500 metres. No cal dir que en aquest cas el material pot ser fàcilmentextreu-lo del sòl i torneu-lo a llançar amb finalitats militars. Segons el president rus Vladimir Putin, inicialment els països van acordar destruir el plutoni no per aquest mètode, sinó per dur a terme l'eliminació a les instal·lacions industrials.

El cost del plutoni de qualitat per a les armes mereix una atenció especial. Segons els experts, desenes de tones d'aquest element poden costar diversos milers de milions de dòlars. I alguns experts fins i tot han estimat 500 tones de plutoni per a armes fins a 8 bilions de dòlars. La quantitat és realment impressionant. Per aclarir quants diners són, diguem que en els darrers deu anys del segle XX, el PIB anual mitjà de Rússia va ser de 400.000 milions de dòlars. És a dir, de fet, el preu real del plutoni de qualitat per a les armes era igual a vint PIB anual de la Federació Russa.