Plutonio per armi: applicazione, produzione, sm altimento

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'umanità è sempre stata alla ricerca di nuove fonti di energia in grado di risolvere molti problemi. Tuttavia, non sono sempre sicuri. Quindi, in particolare, i reattori nucleari oggi ampiamente utilizzati, sebbene siano in grado di generare semplicemente una quantità colossale di tale energia elettrica di cui tutti hanno bisogno, comportano comunque un pericolo mortale. Ma, oltre all'uso dell'energia nucleare per scopi pacifici, alcuni paesi del nostro pianeta hanno imparato ad utilizzarla in campo militare, soprattutto per creare testate nucleari. Questo articolo discuterà le basi di un'arma così distruttiva, il cui nome è plutonio per armi.

Riferimento rapido

Questa forma compatta del metallo contiene almeno il 93,5% dell'isotopo 239Pu. Il plutonio per armi è stato chiamato così per distinguerlo dal suo "fratello reattore". In linea di principio, il plutonio si forma sempre in qualsiasi reattore nucleare, che, a sua volta, funziona con uranio a basso arricchimento o naturale, che contiene, per la maggior parte, l'isotopo 238U.

Applicazioni militari

Il plutonio 239Pu per armi è la base delle armi nucleari. Allo stesso tempo, l'uso di isotopi con numeri di massa 240 e 242 è irrilevante, poiché creano moltoun elevato background di neutroni, che alla fine rende difficile creare e progettare munizioni nucleari altamente efficaci. Inoltre, gli isotopi di plutonio 240Pu e 241Pu hanno un'emivita molto più breve rispetto a 239Pu, quindi le parti di plutonio diventano molto calde. È in relazione a ciò che gli ingegneri sono costretti ad aggiungere elementi aggiuntivi a un'arma nucleare per rimuovere il calore in eccesso. A proposito, il 239Pu puro è più caldo del corpo umano. È anche impossibile non tenere conto del fatto che i prodotti di decadimento degli isotopi pesanti sottopongono il reticolo cristallino del metallo a cambiamenti dannosi, e questo cambia in modo del tutto naturale la configurazione delle parti di plutonio, che, alla fine, può causare un completo fallimento di un ordigno esplosivo nucleare.

In generale, tutte queste difficoltà possono essere superate. E in pratica, gli ordigni esplosivi a base di plutonio "reattore" sono già stati più volte testati. Ma dovrebbe essere chiaro che nelle munizioni nucleari, la loro compattezza, basso peso proprio, durata e affidabilità sono lontane dall'ultima posizione. A questo proposito, usano esclusivamente plutonio per armi.

Caratteristiche di progettazione dei reattori industriali

Praticamente tutto il plutonio in Russia è stato prodotto in reattori dotati di un moderatore di grafite. Ciascuno dei reattori è costruito attorno a blocchi cilindrici di grafite.

Una volta assemblati, i blocchi di grafite hanno speciali fessure tra loro per garantire la circolazione continua del liquido di raffreddamento, chesi usa l'azoto. Nella struttura assemblata sono presenti anche canali posizionati verticalmente creati per il passaggio dell'acqua di raffreddamento e del carburante attraverso di essi. L'assieme stesso è rigidamente sostenuto da una struttura con fori sotto i canali utilizzati per spedire il combustibile già irraggiato. Inoltre, ciascuno dei canali si trova in un tubo a parete sottile realizzato in una lega di alluminio leggera ed extra resistente. La maggior parte dei canali descritti ha 70 barre di combustibile. L'acqua di raffreddamento scorre direttamente intorno alle barre di combustibile, rimuovendo il calore in eccesso da esse.

Aumento della capacità dei reattori di produzione

Inizialmente, il primo reattore Mayak operava con una capacità di 100 MW termici. Tuttavia, il capo del programma di armi nucleari sovietico, Igor Kurchatov, ha proposto che il reattore dovrebbe funzionare a 170-190 MW in inverno e 140-150 MW in estate. Questo approccio ha permesso al reattore di produrre quasi 140 grammi di prezioso plutonio al giorno.

Nel 1952 fu svolto un vero e proprio lavoro di ricerca per aumentare la capacità di produzione di reattori funzionanti con i seguenti metodi:

• Aumentando il flusso d'acqua utilizzato per il raffreddamento e il flusso attraverso le zone attive di un'installazione nucleare.
• Aumentando la resistenza al fenomeno della corrosione che si verifica in prossimità del rivestimento del canale.
• Ridurre il tasso di ossidazione della grafite.
• Aumento della temperatura all'interno delle celle a combustibile.

Di conseguenza, la portata dell'acqua in circolazione è aumentata in modo significativo dopo che è stato aumentato lo spazio tra il carburante e le pareti del canale. Siamo anche riusciti a eliminare la corrosione. Per fare ciò, abbiamo scelto le leghe di alluminio più adatte e abbiamo iniziato ad aggiungere attivamente bicromato di sodio, che alla fine ha aumentato la morbidezza dell'acqua di raffreddamento (il pH è diventato circa 6,0-6,2). L'ossidazione della grafite ha cessato di essere un problema urgente dopo che è stato utilizzato l'azoto per raffreddarla (in precedenza veniva utilizzata solo l'aria).

Mentre gli anni '50 volgevano al termine, le innovazioni furono completamente messe in pratica, riducendo il gonfiamento altamente non necessario dell'uranio causato dalle radiazioni, riducendo notevolmente l'indurimento termico delle barre di uranio, migliorando la resistenza del rivestimento e migliorando il controllo della qualità della produzione.

Produzione a Mayak

"Chelyabinsk-65" è una di quelle fabbriche molto segrete in cui è stato creato il plutonio per armi. C'erano diversi reattori nell'impresa, li conosceremo meglio ciascuno.

Reattore A

L'unità è stata progettata e costruita sotto la guida del leggendario N. A. Dollezhal. Ha lavorato con una potenza di 100 MW. Il reattore aveva 1149 canali di controllo e carburante disposti verticalmente in un blocco di grafite. La massa totale della struttura era di circa 1050 tonnellate. Quasi tutti i canali (tranne 25) erano carichi di uranio, la cui massa totale era di 120-130 tonnellate. 17 canali sono stati utilizzati per le barre di controllo e 8 percondurre esperimenti. Il massimo rilascio di calore di progetto della cella a combustibile era di 3,45 kW. Inizialmente, il reattore produceva circa 100 grammi di plutonio al giorno. Il plutonio metallico fu prodotto per la prima volta il 16 aprile 1949.

Difetti tecnologici

Problemi abbastanza seri sono stati identificati quasi immediatamente, che consistevano nella corrosione dei rivestimenti in alluminio e dei rivestimenti delle celle a combustibile. Anche le barre di uranio si sono gonfiate e si sono rotte e l'acqua di raffreddamento è fuoriuscita direttamente nel nucleo del reattore. Dopo ogni perdita, il reattore doveva essere fermato per un massimo di 10 ore per asciugare la grafite con aria. Nel gennaio 1949 le navi di linea furono sostituite. Successivamente, il lancio dell'installazione avvenne il 26 marzo 1949.

Il plutonio per armi, la cui produzione al Reattore A fu accompagnata da ogni sorta di difficoltà, fu prodotto nel periodo 1950-1954 con una potenza media unitaria di 180 MW. Il successivo funzionamento del reattore iniziò ad essere accompagnato da un suo utilizzo più intensivo, che naturalmente portava a arresti più frequenti (fino a 165 volte al mese). Di conseguenza, nell'ottobre 1963, il reattore fu spento e riprese il suo funzionamento solo nella primavera del 1964. Ha completato la sua campagna nel 1987 e ha prodotto 4,6 tonnellate di plutonio durante l'intero periodo di molti anni di attività.

Reattori AB

Nell'autunno del 1948 fu deciso di costruire tre reattori AB presso l'impresa Chelyabinsk-65. La loro capacità di produzione era di 200-250 grammi di plutonio al giorno. Il capo progettista del progetto era A. Savin. Ogni reattore aveva 1996 canali, 65 dei quali erano canali di controllo. Nelle installazioni è stata utilizzata una novità tecnica: ogni canale è stato dotato di uno speciale rilevatore di perdite di refrigerante. Tale mossa ha permesso di cambiare le camicie senza interrompere il funzionamento del reattore stesso.

Il primo anno di funzionamento dei reattori ha mostrato che producevano circa 260 grammi di plutonio al giorno. Tuttavia, dal secondo anno di funzionamento, la capacità è stata gradualmente aumentata e già nel 1963 la sua cifra era di 600 MW. Dopo la seconda revisione, il problema delle navi è stato completamente risolto e la capacità era già di 1200 MW con una produzione annua di plutonio di 270 chilogrammi. Questi indicatori sono rimasti fino alla chiusura completa dei reattori.

Reattore AI-IR

L'impresa di Chelyabinsk ha utilizzato questa installazione dal 22 dicembre 1951 al 25 maggio 1987. Oltre all'uranio, il reattore produceva anche cob alto-60 e polonio-210. Inizialmente, il sito produceva trizio, ma in seguito iniziò a ricevere plutonio.

Inoltre, l'impianto per la lavorazione del plutonio per uso militare aveva in funzione reattori ad acqua pesante e l'unico reattore ad acqua leggera (il suo nome è Ruslan).

Gigante siberiano

"Tomsk-7" - questo è il nome dell'impianto, che ospita cinque reattori per la produzione di plutonio. Ciascuna delle unità utilizzava la grafite per rallentare i neutroni e l'acqua normale per fornire un raffreddamento adeguato.

Il reattore I-1 ha funzionato con il sistemaraffreddamento, in cui l'acqua è passata una volta. Tuttavia, le restanti quattro unità erano dotate di circuiti primari chiusi dotati di scambiatori di calore. Questo progetto ha permesso di generare ulteriore vapore, che a sua volta ha aiutato nella produzione di elettricità e riscaldamento di vari locali residenziali.

"Tomsk-7" aveva anche un reattore chiamato EI-2, che, a sua volta, aveva un duplice scopo: produceva plutonio e generava 100 MW di elettricità dal vapore generato, oltre a 200 MW di energia termica energia.

Informazioni importanti

Secondo gli scienziati, l'emivita del plutonio per uso militare è di circa 24.360 anni. Numero enorme! A questo proposito, la domanda diventa particolarmente acuta: "Come affrontare correttamente gli scarti di produzione di questo elemento?" L'opzione più ottimale è la costruzione di imprese speciali per la successiva lavorazione del plutonio per armi. Ciò si spiega con il fatto che in questo caso l'elemento non potrà più essere utilizzato per scopi militari e sarà controllato da una persona. Questo è il modo in cui il plutonio per uso militare viene sm altito in Russia, ma gli Stati Uniti d'America hanno preso una strada diversa, violando così i propri obblighi internazionali.

Così, il governo degli Stati Uniti propone di distruggere il combustibile nucleare altamente arricchito non in modo industriale, ma diluendo il plutonio e immagazzinandolo in contenitori speciali a una profondità di 500 metri. Inutile dire che in questo caso il materiale può essere facilmenteestrarlo da terra e rilanciarlo per scopi militari. Secondo il presidente russo Vladimir Putin, inizialmente i paesi hanno deciso di distruggere il plutonio non con questo metodo, ma di sm altirlo in impianti industriali.

Il costo del plutonio per armi merita un'attenzione speciale. Secondo gli esperti, decine di tonnellate di questo elemento potrebbero costare diversi miliardi di dollari USA. E alcuni esperti hanno persino stimato che 500 tonnellate di plutonio per uso militare arrivino a 8 trilioni di dollari. La quantità è davvero impressionante. Per rendere più chiaro quanto denaro si tratta, diciamo che negli ultimi dieci anni del 20° secolo, il PIL medio annuo della Russia è stato di 400 miliardi di dollari. Cioè, in effetti, il prezzo reale del plutonio per uso militare era pari a venti PIL annuali della Federazione Russa.