Зброевы плутоній: прымяненне, вытворчасць, утылізацыя

Чалавецтва заўсёды знаходзілася ў пошуках новых крыніц энергіі, здольных вырашыць мноства праблем. Аднак далёка не заўсёды яны з'яўляюцца бяспечнымі. Так, у прыватнасці, шырока прымяняюцца сёння атамныя рэактары хоць і здольныя выпрацаваць проста каласальная колькасць такой патрэбнай усім электрычнай энергіі, усё ж нясуць у сабе смяротную небяспеку. Але, акрамя выкарыстання ядзернай энергіі ў мірных мэтах, некаторыя краіны нашай планеты навучыліся выкарыстоўваць яе і ў ваенных, асабліва для стварэння ядзерных боегаловак. У дадзеным артыкуле пойдзе гаворка пра аснове такога разбуральнага зброі, назва якой - зброевы плутоній.

Кароткая даведка

У гэтай кампактнай форме металу змяшчаецца мінімум 93,5% ізатопа 239Pu. Зброевы плутоній назвалі так для таго, каб яго было можна адрозніць ад «рэактарнага субрата». У прынцыпе, плутоній заўсёды ўтвараецца ў абсалютна любым ядзерным рэактары, які, у сваю чаргу, працуе на низкообогащённом або прыродным уране, які змяшчае, па большай частцы, ізатоп 238U.

Прымяненне ў ваеннай галіны

Зброевы плутоній 239Pu - аснова ядзернага ўзбраення. Пры гэтым прымяненне ізатопаў з масавымі лікамі 240 і 242 неактуальна, паколькі яны ствараюць вельмі высокі фон нейтронаў, што ў выніку абцяжарвае стварэнне і канструяванне высокаэфектыўных ядзерных боекамплектаў. Акрамя гэтага, ізатопы плутонія 240Pu і 241Pu валодаюць значна меншым перыядам паўраспаду ў параўнанні з 239Pu, таму дэталі з плутонію моцна награваюцца. Менавіта ў сувязі з гэтым у ядзерны боепрыпас інжынеры вымушаныя дадаткова дадаваць элементы для адводу лішняга цяпла. Дарэчы, 239Pu ў чыстым выглядзе цяплей цела чалавека. Нельга таксама не ўлічваць і факт таго, што прадукты працэсу распаду цяжкіх ізатопаў падвяргаюць шкоднасным зменаў крышталічную рашотку металу, а гэта цалкам заканамерна змяняе канфігурацыю дэталяў з плутонію, што, у рэшце рэшт, можа выклікаць поўная адмова ядзернага выбуховага прыстасавання.

Па вялікім рахунку, усе пералічаныя цяжкасці можна пераадолець. І на практыцы ўжо неаднаразова праходзілі выпрабаванні выбуховых прылад на аснове менавіта «рэактарнага» плутонію. Але трэба разумець, што ў ядзерных боепрыпасах далёка не апошнюю пазіцыю займае іх кампактнасць, малая ўласная маса, даўгавечнасць і надзейнасць. У сувязі з гэтым у іх ужываецца выключна зброевы плутоній.

Канструктыўныя асаблівасці вытворчых рэактараў

Практычна ўвесь плутоній ў Расіі быў выпрацаваны ў рэактарах, абсталяваных графітавым запавольнікам. Кожны з рэактараў узведзены вакол цыліндрычных сабраных блокаў з графіту.

У сабраным выглядзе графітавыя блокі маюць паміж сабой адмысловыя шчыліны для забеспячэння бесперапыннай цыркуляцыі ахаладжальніка, у якасці якога выкарыстоўваецца азот. У сабранай канструкцыі маюцца і вертыкальна размешчаныя каналы, створаныя для праходжання па іх вадзянога астуджэння і паліва. Сама па сабе зборка жорстка абапіраецца на структуру з адтулінамі пад каналамі, што выкарыстоўваюцца для адгрузкі ўжо апрамененага паліва. Пры гэтым кожны з каналаў знаходзіцца ў танкасценнай трубе, адлітай з легкаважнага і особопрочного алюмініевага сплаву. Большая частка апісваных каналаў мае 70 паліўных стрыжняў. Вада для астуджэння працякае непасрэдна вакол стрыжняў з палівам, адводзячы ад іх лішкі цяпла.

Павышэнне магутнасці вытворчых рэактараў

Першапачаткова першы рэактар «Маяк» функцыянаваў з магутнасцю 100 цеплавых МВт. Аднак галоўны кіраўнік савецкай праграмы па распрацоўцы ядзернай зброі Ігар Курчатаў ўнёс прапанову, якое заключалася ў тым, каб рэактар у зімовы час працаваў з магутнасцю 170-190 МВт, а ў летні перыяд часу - 140-150 МВт. Такі падыход дазволіў рэактара вырабляць амаль 140 грамаў каштоўнага плутонію у суткі.

У 1952 годзе былі праведзены паўнавартасныя навукова-даследчыя работы, з мэтай павелічэння вытворчай магутнасці функцыянуюць рэактараў такімі метадамі:

• Шляхам павелічэння патоку вады, якая выкарыстоўваецца для астуджэння і якая працякае праз актыўныя зоны ядзернай устаноўкі.
• Пасродкам нарошчвання супраціву з'яве карозіі, якая ўзнікае паблізу ўкладыша каналаў.
• Памяншэннем хуткасці акіслення графіту.
• Нарошчваннем тэмпературы ўнутры паліўных элементаў.

У выніку прапускная здольнасць цыркулявалай вады значна ўзрасла пасля таго, як быў павялічаны зазор паміж палівам і сценкамі канала. Ад карозіі таксама атрымалася пазбавіцца. Для гэтага выбралі найбольш прыдатныя алюмініевыя сплавы і пачалі актыўна дадаваць бихромат натрыю, што, у канчатковым рахунку, павысіла мяккасць астуджальнай вады (рН стаў роўны парадку 6.0-6.2). Акісленне графіту перастала быць актуальнай праблемай пасля таго, як для яго астуджэння сталі ўжываць азот (да гэтага выкарыстоўваўся выключна паветра).

На заходзе 1950-х новаўвядзенні былі цалкам рэалізаваныя на практыцы, што дазволіла паменшыць выкліканае радыяцыяй вельмі непатрэбнае раздзіманне ўрану, значна знізіць цеплавое ўмацаванне стрыжняў з ўрану, палепшыць супраціў абалонкі і павысіць кантроль якасці вытворчасці.

Вытворчасць на «Маяк»

"Чэлябінск-65" - адзін з тых самых сакрэтных заводаў, на якім адбывалася стварэнне зброевага плутонію. На прадпрыемстве было некалькі рэактараў, з кожным з якіх мы пазнаёмімся бліжэй.

рэактар А

Ўстаноўка была спраектаваная і створана пад кіраўніцтвам легендарнага Н. А. Доллежаля. Працавала яна з магутнасцю 100 МВт. У рэактары мелася 1149 вертыкальна размешчаных кіраўнікоў і паліўных каналаў у графітавай блоку. Поўная маса канструкцыі складала парадку 1050 тон. Практычна ўсе каналы (акрамя 25) загружаліся уранам, поўная маса якога складала 120-130 тон. 17 каналаў выкарыстоўваліся для кіруючых стрыжняў, а 8 - для правядзення эксперыментаў. Максімальны паказчык праектнага цеплавыдзялення паліўнага элемента раўнялася 3,45 кВт. На першым часе рэактар вырабляў каля 100 грам плутонію у дзень. Упершыню металічны плутоній быў выраблены 16 красавіка 1949 гады.

тэхналагічныя недахопы

Практычна адразу былі выяўлены даволі сур'ёзныя праблемы, якія складаліся ў карозіі алюмініевых ўкладышаў і пакрыцця паліўных элементаў. Таксама набракае і пашкоджваліся уранавыя стрыжні і выцякала астуджальная вада непасрэдна ў асяродак рэактара. Пасля кожнай працёку рэактар даводзілася спыняць на час да 10 гадзін з мэтай асушыць графіт паветрам. У студзені 1949 году былі замененыя ўкладышы ў каналы. Пасля гэтага запуск ўстаноўкі адбыўся 26 сакавіка 1949 гады.

Зброевы плутоній, вытворчасць якога на рэактары А суправаджалася усялякімі цяжкасцямі, выпрацоўваўся ў перыяд 1950-1954 гадоў пры сярэдняй магутнасці агрэгата 180 МВт. Наступная праца рэактара пачатку суправаджацца больш інтэнсіўным яго выкарыстаннем, што цалкам заканамерна прывяло і да больш частым прыпынкаў (да 165 раз у месяц). У выніку, у кастрычніку 1963 года рэактар быў спынены і аднавіў сваю працу толькі вясной 1964 года. Сваю кампанію ён цалкам скончыў у 1987 годзе і за ўвесь перыяд шматгадовага функцыянавання вырабіў 4,6 тоны плутонію.

рэактары АВ

На прадпрыемстве "Чэлябінск-65" тры рэактара АВ было вырашана пабудаваць восенню 1948 года. Іх вытворчая магутнасць складала 200-250 грам плутонію у дзень. Галоўным канструктарам праекта быў А. Савін. Кожны рэактар налічваў 1996 каналаў, 65 з іх былі кантрольнымі. У устаноўках была выкарыстаная тэхнічная навінка - кожны канал забяспечылі адмысловым дэтэктарам уцечкі астуджальнай вадкасці. Такі ход дазволіў мяняць ўкладышы без спынення працы самога рэактара.

Першы год функцыянавання рэактараў паказаў, што яны выпрацоўвалі каля 260 грамаў плутонію у суткі. Аднак ужо з другога года працы магутнасць паступова нарошчвалі, і ўжо ў 1963 годзе яе паказчык склаў 600 МВт. Пасля другога капітальнага рамонту была цалкам вырашана праблема з ўкладышамі, а магутнасць ужо складзе 1200 МВт з штогадовым вытворчасцю плутонію 270 кілаграм. Гэтыя паказчыкі захаваліся да поўнага закрыцця рэактараў.

Рэактар АІ-ІР

Чэлябінску прадпрыемства выкарыстоўвала дадзеную ўстаноўку ў перыяд з 22 снежня 1951 года да 25 мая 1987 года. Акрамя ўрану, рэактар таксама вырабляў кобальт-60 і палоній-210. Першапачаткова на аб'екце выраблялі трыцій, але пазней пачалі атрымліваць і плутоній.

Таксама завод па перапрацоўцы зброевага плутонію меў у страі рэактары, якія працуюць на цяжкай вадзе і адзіны легководного рэактар (імя яго - «Руслан»).

сібірскі гігант

"Томск-7" - менавіта такую назву насіў завод, на якім размясціліся пяць рэактараў для стварэння плутонію. Кожны з агрэгатаў ўжываў графіт з мэтай запаволіць нейтроны і звычайную ваду для забеспячэння належнага астуджэння.

Рэактар І-1 працаваў з сістэмай астуджэння, у якой вада праходзіла аднойчы. Аднак астатнія чатыры ўстаноўкі былі забяспечаныя замкнёнымі першаснымі контурамі, абсталяванымі цеплаабменнікамі. Такая канструкцыя дазваляла дадаткова выпрацоўваць яшчэ і пар, які ў сваю чаргу дапамагаў у вытворчасці электрычнасці і абагрэву розных жылых памяшканняў.

"Томск-7" меў таксама і рэактар пад назвай ЭИ-2, які, у сваю чаргу, меў падвойнае прызначэнне: вырабляў плутоній і за кошт выпрацоўваемага пара генераваў 100 МВт электраэнергіі, а таксама 200 МВт цеплавой энергіі.

важная інфармацыя

Па запэўненнях навукоўцаў, паўраспад зброевага плутонію складае парадку 24 360 гадоў. Вялізная лічба! У сувязі з гэтым асабліва вострых становіцца пытанне: «Як жа правільна абыйсціся з адходамі вытворчасці дадзенага элемента?» Найбольш аптымальным варыянтам лічыцца пабудова спецыяльных прадпрыемстваў для наступнай перапрацоўкі збройнага плутонію. Тлумачыцца гэта тым, што ў такім выпадку элемент ўжо нельга будзе выкарыстоўваць у ваенных мэтах і будзе падкантрольны чалавеку. Менавіта так праводзіцца утылізацыя зброевага плутонію ў Расіі, аднак Злучаныя Штаты Амерыкі пайшлі іншым шляхам, парушыўшы тым самым свае міжнародныя абавязацельствы.

Так, амерыканскі ўрад прапануе знішчаць высокаўзбагачанага ядзернае паліва ня прамысловым спосабам, а шляхам развядзення плутонію і захоўвання яго ў спецыяльных ёмістасцях на глыбіні роўнай 500 метрам. Само сабой, што ў такім выпадку матэрыял лёгка можна будзе ў любы момант атрымаць з зямлі і зноў пусціць яго на ваенныя мэты. Як сцвярджае прэзідэнт РФ Уладзімір Пуцін, першапачаткова краіны дамаўляліся знішчаць плутоній не такім метадам, а праводзіць утылізацыю на прамысловых аб'ектах.

Асобнай увагі заслугоўвае кошт зброевага плутонію. Паводле ацэнак экспертаў, дзесяткі тон гэтага элемента цалкам могуць каштаваць некалькі мільярдаў амерыканскіх даляраў. А некаторыя спецыялісты мі зусім ацанілі 500 тон зброевага плутонію аж у 8 трыльёнаў долараў. Сума рэальна ўражлівая. Каб было больш зразумела, наколькі гэта вялікія грошы, скажам, што ў апошнія дзесяць гадоў 20 стагоддзя сярэднегадавы паказчык ВУП Расіі складаў 400 мільярдаў даляраў. Гэта значыць, па сутнасці, рэальны кошт зброевага плутонію была роўная дваццаці гадавым ВУП Расійскай Федэрацыі.