Plutonium ya kiwango cha silaha: matumizi, uzalishaji, utupaji

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Ubinadamu daima umekuwa ukitafuta vyanzo vipya vya nishati ambavyo vinaweza kutatua matatizo mengi. Walakini, sio salama kila wakati. Kwa hivyo, haswa, vinu vya nyuklia vinavyotumiwa sana leo, ingawa vina uwezo wa kutoa kiwango kikubwa cha nishati ya umeme ambayo kila mtu anahitaji, bado ina hatari ya kufa. Lakini, pamoja na matumizi ya nishati ya nyuklia kwa madhumuni ya amani, baadhi ya nchi za sayari yetu zimejifunza kuitumia katika kijeshi, hasa kuunda vita vya nyuklia. Makala haya yatajadili msingi wa silaha hiyo haribifu, ambayo jina lake ni plutonium ya kiwango cha silaha.

Rejea ya haraka

Muundo huu wa kushikana wa chuma una angalau 93.5% ya isotopu ya 239Pu. Plutonium ya kiwango cha silaha iliitwa hivyo ili kuitofautisha na "ndugu yake ya kinu". Kimsingi, plutonium daima huundwa katika kinu chochote cha nyuklia, ambacho, kwa upande wake, hutumia uranium isiyo na utajiri au asilia, ambayo ina, kwa sehemu kubwa, isotopu 238U.

Maombi ya kijeshi

Plutonium 239Pu ya kiwango cha silaha ndiyo msingi wa silaha za nyuklia. Wakati huo huo, utumiaji wa isotopu zilizo na nambari 240 na 242 hazina maana, kwani zinaunda sana.asili ya juu ya nyutroni, ambayo hatimaye inafanya kuwa vigumu kuunda na kubuni risasi za nyuklia zenye ufanisi sana. Zaidi ya hayo, isotopu za plutonium 240Pu na 241Pu zina maisha mafupi zaidi ya 239Pu, kwa hivyo sehemu za plutonium hupata joto sana. Ni kuhusiana na hili kwamba wahandisi wanalazimika kuongeza vipengele vya ziada kwenye silaha ya nyuklia ili kuondoa joto la ziada. Kwa njia, 239Pu safi ni joto zaidi kuliko mwili wa binadamu. Pia haiwezekani kuzingatia ukweli kwamba bidhaa za kuoza za isotopu nzito huweka kimiani ya kioo ya chuma kwa mabadiliko mabaya, na hii kwa kawaida hubadilisha usanidi wa sehemu za plutonium, ambayo, mwishowe, inaweza kusababisha kutofaulu kabisa. kifaa cha kulipuka cha nyuklia.

Kwa ujumla, matatizo haya yote yanaweza kushinda. Na katika mazoezi, vifaa vya kulipuka kulingana na "reactor" plutonium tayari vimejaribiwa mara kwa mara. Lakini inapaswa kueleweka kuwa katika mabomu ya nyuklia, kuunganishwa kwao, uzito wa chini, uimara na kuegemea ni mbali na nafasi ya mwisho. Katika suala hili, wanatumia plutonium ya kiwango cha silaha pekee.

Vipengele vya muundo wa vinu vya viwandani

Kwa kweli plutonium yote nchini Urusi ilitolewa katika vinu vilivyo na kidhibiti cha grafiti. Kila kinu kimejengwa kuzunguka vizuizi vya silinda vya grafiti.

Zinapounganishwa, vitalu vya grafiti huwa na nafasi maalum kati yake ili kuhakikisha mzunguko unaoendelea wa kupozea, ambayonitrojeni hutumiwa. Katika muundo uliokusanyika, pia kuna njia za wima zilizoundwa kwa ajili ya kifungu cha baridi ya maji na mafuta kupitia kwao. Mkutano yenyewe unaungwa mkono kwa ukali na muundo na mashimo chini ya njia zinazotumiwa kusafirisha mafuta tayari yamewashwa. Kwa kuongeza, kila moja ya njia ziko kwenye bomba lenye kuta nyembamba kutoka kwa aloi ya alumini nyepesi na yenye nguvu zaidi. Njia nyingi zilizoelezewa zina vijiti 70 vya mafuta. Maji ya kupoeza hutiririka moja kwa moja kuzunguka vijiti vya mafuta, na kuondoa joto la ziada kutoka kwao.

Kuongeza uwezo wa vinu vya uzalishaji

Hapo awali, kinu cha kwanza cha Mayak kilifanya kazi na uwezo wa MW 100 wa mafuta. Walakini, mkuu mkuu wa mpango wa silaha za nyuklia wa Soviet, Igor Kurchatov, alipendekeza kwamba kinu hicho kifanye kazi kwa MW 170-190 wakati wa msimu wa baridi na 140-150 MW katika msimu wa joto. Mbinu hii iliruhusu kinu kuzalisha takriban gramu 140 za plutonium ya thamani kwa siku.

Mnamo 1952, kazi kamili ya utafiti ilifanywa ili kuongeza uwezo wa uzalishaji wa vinu kufanya kazi kwa mbinu zifuatazo:

• Kwa kuongeza mtiririko wa maji yanayotumika kupoeza na kutiririka kupitia maeneo amilifu ya usakinishaji wa nyuklia.
• Kwa kuongeza upinzani dhidi ya hali ya kutu inayotokea karibu na mjengo wa chaneli.
• Kupunguza kasi ya oksidi ya grafiti.
• Kupanda halijoto ndani ya seli za mafuta.

Kwa sababu hiyo, upitishaji wa maji yanayozunguka umeongezeka kwa kiasi kikubwa baada ya pengo kati ya mafuta na kuta za chaneli kuongezeka. Pia tuliweza kuondoa kutu. Ili kufanya hivyo, tulichagua aloi za alumini zinazofaa zaidi na kuanza kuongeza kikamilifu bichromate ya sodiamu, ambayo hatimaye iliongeza upole wa maji ya baridi (pH ikawa kuhusu 6.0-6.2). Uoksidishaji wa grafiti ulikoma kuwa tatizo la dharura baada ya nitrojeni kutumiwa kuipoza (hapo awali hewa pekee ndiyo ilitumika).

Miaka ya 1950 ilipokuwa ikikaribia, ubunifu ulianza kutumika kikamilifu, kupunguza uwekaji puto usio wa lazima wa urani unaosababishwa na mionzi, kupunguza kwa kiasi kikubwa ugumu wa joto wa vijiti vya urani, kuboresha upinzani wa kufunika, na kuboresha udhibiti wa ubora wa utengenezaji.

Production at Mayak

"Chelyabinsk-65" ni mojawapo ya viwanda vya siri sana ambapo plutonium ya kiwango cha silaha iliundwa. Kulikuwa na vitendawili kadhaa kwenye biashara, tutavifahamu vyema kila kimoja.

Reactor A

Kitengo kilibuniwa na kujengwa chini ya uongozi wa magwiji N. A. Dollezhal. Alifanya kazi na nguvu ya MW 100. Reactor ilikuwa na udhibiti uliopangwa wima 1149 na njia za mafuta kwenye kizuizi cha grafiti. Uzito wa jumla wa muundo ulikuwa karibu tani 1050. Karibu chaneli zote (isipokuwa 25) zilipakiwa na urani, jumla ya tani 120-130. Chaneli 17 zilitumika kwa vijiti vya kudhibiti na 8 kwakufanya majaribio. Upeo wa kutolewa kwa joto la muundo wa seli ya mafuta ilikuwa 3.45 kW. Mara ya kwanza, reactor ilizalisha kuhusu gramu 100 za plutonium kwa siku. Metali ya Plutonium ilitolewa kwa mara ya kwanza Aprili 16, 1949.

Dosari za kiteknolojia

Matatizo makubwa kabisa yalitambuliwa mara moja, ambayo yalijumuisha ulikaji wa laini za alumini na mipako ya seli za mafuta. Vijiti vya urani pia vilivimba na kuvunjika, na maji ya kupoeza yalivuja moja kwa moja kwenye msingi wa kinu. Baada ya kila uvujaji, reactor ilibidi kusimamishwa kwa hadi saa 10 ili kukausha grafiti na hewa. Mnamo Januari 1949, laini za chaneli zilibadilishwa. Baada ya hapo, uzinduzi wa usakinishaji ulifanyika Machi 26, 1949.

Plutonium ya kiwango cha silaha, ambayo uzalishaji wake katika Reactor A uliambatana na matatizo ya kila aina, ilitolewa katika kipindi cha 1950-1954 ikiwa na wastani wa nguvu ya uniti ya 180 MW. Operesheni iliyofuata ya reactor ilianza kuambatana na matumizi yake makubwa zaidi, ambayo kwa kawaida yalisababisha kuzima mara kwa mara (hadi mara 165 kwa mwezi). Kama matokeo, mnamo Oktoba 1963, Reactor ilifungwa na kuanza tena operesheni yake katika chemchemi ya 1964. Alikamilisha kampeni yake mwaka wa 1987 na kuzalisha tani 4.6 za plutonium katika kipindi chote cha miaka mingi ya kazi.

Vimemeo vya AB

Iliamuliwa kujenga vinu vitatu vya AB katika biashara ya Chelyabinsk-65 katika vuli ya 1948. Uwezo wao wa uzalishaji ulikuwa gramu 200-250 za plutonium kwa siku. Mbuni mkuu wa mradi huo alikuwa A. Savin. Kila Reactor ilikuwa na chaneli 1996, 65 kati yao zilikuwa chaneli za kudhibiti. Riwaya ya kiufundi ilitumika katika usakinishaji - kila chaneli ilikuwa na kifaa maalum cha kugundua uvujaji wa baridi. Hatua kama hiyo ilifanya iwezekane kubadilisha laini bila kusimamisha utendakazi wa kinu yenyewe.

Mwaka wa kwanza wa uendeshaji wa vinu vya mitambo vilionyesha kuwa vilizalisha takriban gramu 260 za plutonium kwa siku. Walakini, kutoka mwaka wa pili wa operesheni, uwezo uliongezeka polepole, na tayari mnamo 1963 takwimu yake ilikuwa 600 MW. Baada ya marekebisho ya pili, shida ya laini ilitatuliwa kabisa, na uwezo ulikuwa tayari 1200 MW na uzalishaji wa plutonium wa kila mwaka wa kilo 270. Viashirio hivi vilibakia hadi kufungwa kamili kwa vinu.

AI-IR reactor

Biashara ya Chelyabinsk ilitumia usakinishaji huu kuanzia tarehe 22 Desemba 1951 hadi Mei 25, 1987. Mbali na uranium, reactor pia ilizalisha cob alt-60 na polonium-210. Hapo awali, tovuti ilitoa tritium, lakini baadaye ilianza kupokea plutonium.

Pia, mtambo wa kuchakata plutonium ya kiwango cha silaha ulikuwa na viyeyusho vizito vya maji na kinu pekee cha maji mepesi (jina lake ni Ruslan).

jitu la Siberia

"Tomsk-7" - hili ni jina la mmea, ambao huweka vinu vya tano vya uzalishaji wa plutonium. Kila sehemu ilitumia grafiti kupunguza kasi ya neutroni na maji ya kawaida ili kutoa upoaji ufaao.

Reactor I-1 ilifanya kazi na mfumobaridi, ambayo maji yalipita mara moja. Hata hivyo, vitengo vinne vilivyobaki vilitolewa kwa nyaya za msingi zilizofungwa zilizo na vifaa vya kubadilishana joto. Muundo huu ulifanya iwezekane kuongeza mvuke, ambao ulisaidia katika uzalishaji wa umeme na upashaji joto wa majengo mbalimbali ya makazi.

"Tomsk-7" pia ilikuwa na kinu inayoitwa EI-2, ambayo, kwa upande wake, ilikuwa na madhumuni mawili: ilizalisha plutonium na kuzalisha MW 100 za umeme kutoka kwa mvuke inayozalishwa, pamoja na MW 200 za mafuta. nishati.

Taarifa muhimu

Kulingana na wanasayansi, nusu ya maisha ya plutonium ya kiwango cha silaha ni takriban miaka 24,360. Idadi kubwa! Katika suala hili, swali linakuwa la papo hapo: "Jinsi ya kukabiliana vizuri na upotevu wa uzalishaji wa kipengele hiki?" Chaguo bora zaidi ni ujenzi wa biashara maalum kwa usindikaji unaofuata wa plutonium ya kiwango cha silaha. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katika kesi hii kipengele hakiwezi kutumika tena kwa madhumuni ya kijeshi na kitadhibitiwa na mtu. Hivi ndivyo plutonium ya kiwango cha silaha inavyotupwa nchini Urusi, lakini Marekani ilichukua njia tofauti, hivyo kukiuka wajibu wake wa kimataifa.

Kwa hivyo, serikali ya Marekani inapendekeza kuharibu mafuta ya nyuklia yaliyorutubishwa sana si kwa njia ya viwandani, bali kwa kuyeyusha plutonium na kuihifadhi katika makontena maalum kwa kina cha mita 500. Inakwenda bila kusema kwamba katika kesi hii nyenzo zinaweza kuwa rahisikuitoa ardhini na kuizindua upya kwa madhumuni ya kijeshi. Kwa mujibu wa Rais wa Urusi Vladimir Putin, awali nchi hizo zilikubali kuharibu plutonium si kwa njia hii, bali kutekeleza ovyo katika viwanda.

Gharama ya plutonium ya kiwango cha silaha inastahili kuangaliwa mahususi. Kulingana na wataalamu, makumi ya tani za kipengele hiki zinaweza kugharimu dola bilioni kadhaa za Kimarekani. Na wataalamu fulani wamekadiria tani 500 za plutonium ya kiwango cha juu kama dola trilioni 8. Kiasi hicho kinavutia sana. Ili kuifanya iwe wazi zaidi ni pesa ngapi hii, hebu sema kwamba katika miaka kumi iliyopita ya karne ya 20, wastani wa Pato la Taifa la Urusi lilikuwa dola bilioni 400. Hiyo ni, kwa kweli, bei halisi ya plutonium ya kiwango cha silaha ilikuwa sawa na Pato la Taifa ishirini la kila mwaka la Shirikisho la Urusi.