פלוטוניום בדרגת נשק: יישום, ייצור, סילוק

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

האנושות תמיד חיפשה מקורות אנרגיה חדשים שיכולים לפתור בעיות רבות. עם זאת, הם לא תמיד בטוחים. אז, במיוחד, הכורים הגרעיניים בשימוש נרחב כיום, למרות שהם מסוגלים לייצר פשוט כמות עצומה של אנרגיה חשמלית כזו שכולם צריכים, עדיין טומנים בחובם סכנת חיים. אבל, בנוסף לשימוש באנרגיה גרעינית למטרות שלום, כמה מדינות על הפלנטה שלנו למדו להשתמש בה בצבא, במיוחד כדי ליצור ראשי נפץ גרעיניים. מאמר זה ידון בבסיס של נשק הרסני שכזה, ששמו הוא פלוטוניום בדרגת נשק.

הפניה מהירה

צורה קומפקטית זו של המתכת מכילה לפחות 93.5% מהאיזוטופ 239Pu. פלוטוניום בדרגת נשק נקרא כך על מנת להבדיל אותו מ"אחיו בכור". באופן עקרוני, פלוטוניום נוצר תמיד בכל כור גרעיני לחלוטין, אשר, בתורו, פועל על אורניום מועשר נמוך או טבעי, המכיל, ברובו, את האיזוטופ 238U.

יישומים צבאיים

פלוטוניום 239Pu בדרגת נשק הוא הבסיס לנשק גרעיני. יחד עם זאת, השימוש באיזוטופים בעלי המסה 240 ו-242 אינו רלוונטי, מכיוון שהם יוצרים מאודרקע גבוה של נויטרונים, מה שבסופו של דבר מקשה על יצירה ותכנון של תחמושת גרעינית יעילה ביותר. בנוסף, לאיזוטופי הפלוטוניום 240Pu ו-241Pu זמן מחצית חיים קצר בהרבה מ-239Pu, כך שחלקי פלוטוניום מתחממים מאוד. בקשר לכך נאלצים המהנדסים להוסיף אלמנטים נוספים לנשק גרעיני כדי להסיר עודפי חום. אגב, 239Pu טהור חם יותר מגוף האדם. אי אפשר גם שלא לקחת בחשבון את העובדה שתוצרי ההתפרקות של איזוטופים כבדים מכניסים את סריג הגביש המתכת לשינויים מזיקים, וזה משנה באופן טבעי את התצורה של חלקי פלוטוניום, מה שבסופו של דבר עלול לגרום לכשל מוחלט של מטען גרעיני.

בגדול, ניתן להתגבר על כל הקשיים הללו. ובפועל, מטעני חבלה המבוססים על פלוטוניום "כור" כבר נבדקו שוב ושוב. אבל צריך להבין שבתחמושת גרעינית, הקומפקטיות, המשקל הנמוך, העמידות והאמינות שלהם רחוקים מהעמדה האחרונה. בהקשר זה, הם משתמשים אך ורק בפלוטוניום בדרגת נשק.

מאפייני עיצוב של כורים תעשייתיים

כמעט כל הפלוטוניום ברוסיה הופק בכורים המצוידים במנחה גרפיט. כל אחד מהכורים בנוי סביב גושי גרפיט גליליים.

כאשר הם מורכבים, לגושי גרפיט יש חריצים מיוחדים ביניהם כדי להבטיח מחזור רציף של נוזל הקירור, אשרנעשה שימוש בחנקן. במבנה המורכב ישנן גם תעלות הממוקמות אנכית שנוצרו למעבר של קירור מים ודלק דרכן. המכלול עצמו נתמך בקשיחות על ידי מבנה עם חורים מתחת לתעלות המשמשות למשלוח הדלק שכבר הוקרן. בנוסף, כל אחד מהערוצים ממוקם בצנרת דקה יצוקה מסגסוגת אלומיניום קלת משקל וחזקה במיוחד. לרוב הערוצים המתוארים יש 70 מוטות דלק. מי הקירור זורמים ישירות מסביב למוטות הדלק, ומסירים מהם עודפי חום.

הגדלת הקיבולת של כורי ייצור

בתחילה, הכור הראשון של Mayak פעל בהספק של 100 מגוואט תרמי. עם זאת, ראש תוכנית הנשק הגרעיני הסובייטית, איגור קורצ'טוב, הציע שהכור יפעל בעוצמה של 170-190 מגה-וואט בחורף ו-140-150 מגה-וואט בקיץ. גישה זו אפשרה לכור לייצר כמעט 140 גרם פלוטוניום יקר ליום.

בשנת 1952 בוצעה עבודת מחקר מלאה במטרה להגדיל את כושר הייצור של כורים מתפקדים בשיטות הבאות:

• על ידי הגדלת זרימת המים המשמשים לקירור וזרימה דרך האזורים הפעילים של מתקן גרעיני.
• על ידי הגברת ההתנגדות לתופעת הקורוזיה המתרחשת בסמוך לאוניית התעלה.
• הפחתת קצב חמצון הגרפיט.
• עליית הטמפרטורה בתוך תאי הדלק.

כתוצאה מכך, התפוקה של המים המסתובבים גדלה משמעותית לאחר הגדלת הפער בין הדלק לדפנות התעלה. הצלחנו גם להיפטר מהקורוזיה. לשם כך, בחרנו את סגסוגות האלומיניום המתאימות ביותר והתחלנו להוסיף באופן פעיל נתרן ביכרומט, שבסופו של דבר הגביר את רכות מי הקירור (pH הפך לכ-6.0-6.2). חמצון גרפיט הפסיק להיות בעיה דחופה לאחר שימוש בחנקן לקירור (בעבר השתמשו רק באוויר).

כששנות ה-50 התקרבו לקיצו, החידושים יושמו במלואם בפועל, והפחיתו את הבלון המיותר ביותר של אורניום הנגרם מקרינה, הפחיתו מאוד את התקשות החום של מוטות אורניום, שיפור עמידות החיפוי ושיפור בקרת איכות הייצור.

הפקה ב-Mayak

"Chelyabinsk-65" הוא אחד מאותם מפעלים סודיים מאוד שבהם נוצר פלוטוניום בדרגת נשק. היו כמה כורים במפעל, נכיר כל אחד מהם טוב יותר.

Reactor A

היחידה תוכננה ונבנתה בהדרכתו של N. A. Dollezhal האגדי. היא עבדה בהספק של 100 מגוואט. לכור היו 1149 ערוצי בקרה ודלק מסודרים אנכית בגוש גרפיט. המסה הכוללת של המבנה הייתה כ-1050 טון. כמעט כל הערוצים (למעט 25) היו עמוסים באורניום, שהמסה הכוללת שלהם הייתה 120-130 טון. 17 תעלות שימשו למוטות בקרה ו-8 עבורעריכת ניסויים. שחרור החום המרבי בתכנון של תא הדלק היה 3.45 קילוואט. תחילה ייצר הכור כ-100 גרם פלוטוניום ליום. מתכת פלוטוניום הופקה לראשונה ב-16 באפריל 1949.

פגמים טכנולוגיים

בעיות חמורות למדי זוהו כמעט מיד, שכללו קורוזיה של ספינות אלומיניום וציפוי תאי דלק. גם מוטות האורניום התנפחו ונשברו, ומי קירור דלפו ישירות לליבת הכור. לאחר כל דליפה, היה צורך לעצור את הכור עד 10 שעות על מנת לייבש את הגרפיט באוויר. בינואר 1949 הוחלפו ספינות הערוצים. לאחר מכן, השקת המתקן התקיימה ב-26 במרץ 1949.

פלוטוניום בדרגת נשק, שייצורו בכור A היה מלווה בכל מיני קשיים, הופק בתקופה 1950-1954 בהספק יחידה ממוצע של 180 מגה וואט. ההפעלה שלאחר מכן של הכור החלה להיות מלווה בשימוש אינטנסיבי יותר שלו, מה שהוביל באופן טבעי להשבתות תכופות יותר (עד 165 פעמים בחודש). כתוצאה מכך, באוקטובר 1963 הושבת הכור וחזר לפעול רק באביב 1964. הוא השלים את מסע הפרסום שלו ב-1987 ויצר 4.6 טון פלוטוניום לאורך כל התקופה של שנות פעילות רבות.

AB Reactors

הוחלט לבנות שלושה כורי AB במפעל צ'ליאבינסק-65 בסתיו 1948. כושר הייצור שלהם היה 200-250 גרם פלוטוניום ליום. המעצב הראשי של הפרויקט היה A. Savin.לכל כור היו 1996 ערוצים, 65 מהם היו ערוצי בקרה. במתקנים נעשה שימוש בחידוש טכני - כל ערוץ צויד בגלאי דליפות נוזל קירור מיוחד. מהלך כזה איפשר להחליף את הספינות מבלי להפסיק את פעולת הכור עצמו.

שנת הפעילות הראשונה של הכורים הראתה שהם הפיקו כ-260 גרם פלוטוניום ליום. עם זאת, משנת הפעילות השנייה, ההספק הוגדל בהדרגה, וכבר ב-1963 עמד נתונה על 600 מגוואט. לאחר השיפוץ השני, בעיית הספינות נפתרה לחלוטין, וההספק היה כבר 1200 MW עם ייצור פלוטוניום שנתי של 270 קילוגרם. אינדיקטורים אלה נשארו עד לסגירה מוחלטת של הכורים.

כור AI-IR

מפעל צ'ליאבינסק השתמש בהתקנה זו מ-22 בדצמבר 1951 עד 25 במאי 1987. בנוסף לאורניום, הכור ייצר גם קובלט-60 ופולוניום-210. בתחילה, האתר ייצר טריטיום, אך מאוחר יותר החל לקלוט פלוטוניום.

כמו כן, במפעל לעיבוד פלוטוניום בדרגת נשק היו פועלים כורי מים כבדים וכור המים הקל היחיד (שמו Ruslan).

ענק סיבירי

"Tomsk-7" - זהו שמו של המפעל, המאכלס חמישה כורים לייצור פלוטוניום. כל אחת מהיחידות השתמשה בגרפיט להאטת נויטרונים ומים רגילים כדי לספק קירור מתאים.

Reactor I-1 עבד עם המערכתקירור, שבו המים עברו פעם אחת. עם זאת, ארבע היחידות הנותרות סופקו עם מעגלים ראשוניים סגורים המצוידים במחלפי חום. תכנון זה איפשר לייצר בנוסף קיטור, אשר בתורו סייע בייצור חשמל וחימום של מגורים שונים.

ל-"Tomsk-7" היה גם כור בשם EI-2, אשר, בתורו, היה לו מטרה כפולה: הוא ייצר פלוטוניום ויצר 100 MW של חשמל מהקיטור שנוצר, כמו גם 200 MW של תרמי. אנרגיה.

מידע חשוב

לפי מדענים, זמן מחצית החיים של פלוטוניום בדרגת נשק הוא כ-24,360 שנים. מספר ענק! בהקשר זה, השאלה הופכת חריפה במיוחד: "כיצד להתמודד נכון עם פסולת הייצור של אלמנט זה?" האפשרות האופטימלית ביותר היא בניית מפעלים מיוחדים לעיבוד שלאחר מכן של פלוטוניום בדרגת נשק. זה מוסבר על ידי העובדה שבמקרה זה האלמנט לא יכול לשמש עוד למטרות צבאיות והוא יהיה בשליטת אדם. כך נפטר פלוטוניום בדרגת נשק ברוסיה, אבל ארצות הברית של אמריקה נקטה בדרך אחרת, ובכך הפרה את התחייבויותיה הבינלאומיות.

לכן, ממשלת ארה ב מציעה להשמיד דלק גרעיני מועשר מאוד לא בדרך תעשייתית, אלא על ידי דילול פלוטוניום ואחסונו במיכלים מיוחדים בעומק של 500 מטר. מובן מאליו שבמקרה זה החומר יכול להיות בקלותלחלץ אותו מהקרקע ולהשיק אותו מחדש למטרות צבאיות. לדברי נשיא רוסיה ולדימיר פוטין, בתחילה הסכימו המדינות להשמיד פלוטוניום לא בשיטה זו, אלא לבצע סילוק במתקנים תעשייתיים.

העלות של פלוטוניום בדרגת נשק ראויה לתשומת לב מיוחדת. לדברי מומחים, עשרות טונות של אלמנט זה עשויות בהחלט לעלות כמה מיליארדי דולרים. וכמה מומחים אפילו העריכו 500 טונות של פלוטוניום בדרגת נשק עד 8 טריליון דולר. הכמות ממש מרשימה. כדי להבהיר יותר בכמה כסף מדובר, נניח שבעשר השנים האחרונות של המאה ה-20, התמ"ג השנתי הממוצע של רוסיה היה 400 מיליארד דולר. כלומר, למעשה, המחיר האמיתי של פלוטוניום בדרגת נשק היה שווה לעשרים תמ"ג שנתי של הפדרציה הרוסית.