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武器钚：應用，生產，處置

人類一直在尋找能夠解決許多問題的新能源。但是，並不總是安全的。因此，特別是今天廣泛使用的原子反應堆雖然能夠生產出大量的這種每一個人都需要的電能仍然具有致命危險。但是，除了為和平目的使用核能外，我們這個星球上的一些國家已經學會了在軍事上使用核能，特別是用於製造核彈頭。在這篇文章中，我們將討論這種破壞性武器的基礎，其名稱是武器級钚。

簡要資料

這種緊湊形式的金屬含有至少93.5％的同位素239Pu。武器钚被命名為可以與“反應堆同事”區分開來。原則上，钚總是在絕對任何的核反應堆中形成，反應堆反過來運行在大部分為238U同位素的低濃度或天然鈾上。

軍事應用

武器級钚239Pu是核武器的基礎。在這種情況下，使用質量數為240和242的同位素是無關緊要的，因為它們產生了非常高的中子背景，這最終使得難以設計和構建高效的核彈藥。此外，钚同位素240Pu和241Pu 的半衰期比239Pu短得多，因此钚部分變得非常熱。正是在這一點上，在核彈藥中，工程師們被迫額外添加去除多餘熱量的元素。順便說一句，239Pu的純粹形式比人體溫暖。我們不能忽視重金屬同位素衰變的產物在金屬晶格中發生有害變化，這很自然地改變了钚部件的結構，最終可能導致核爆炸裝置完全失效。

總的來說，上述所有困難都可以克服。而在實踐中，已經有幾次已經對基於“反應堆”钚的爆炸裝置進行了測試。但應該明白的是，在核武器中，其緊湊性，質量，質量，耐久性和可靠性不是最後的。與此相關，專門用武器級钚。

生產反應堆的設計特點

幾乎所有在俄羅斯的钚是在裝有石墨緩凝劑的反應堆中生產的。每個反應器圍繞圓柱形組裝的石墨塊構建。

在組裝形式中，石墨塊在它們之間具有特殊的間隙，以確保使用氮氣作為其來源的冷卻器的連續循環。在組裝結構中，還有垂直排列的通道，用於通過水冷卻和燃料。組件本身剛性地擱置在具有用於運送已經輻射的燃料的通道下方的孔的結構上。每個通道都在一個薄壁管中，由輕質和超強的鋁合金鑄造而成。所描述的大多數通道具有70個燃料棒。用於冷卻的水直接在燃料棒周圍流動，從而從其中除去多餘的熱量。

提高生產反應堆的能力

最初，第一台“馬雅克”反應堆的運行容量為100 MW。然而，蘇維埃核武器發展計劃負責人伊戈爾·科恰托夫（Igor Kurchatov）則提出，反應堆應在冬季工作在170-190兆瓦，夏季應為140-150兆瓦。這種方法允許反應堆每天生產近140克的貴重钚。

1952年，全面科學研究開展了通過以下方式提高了反應堆生產能力：

通過增加用於冷卻和流過核設施的活動區域的水流。
通過增加對襯套通道附近發生的腐蝕現象的抵抗力。
降低石墨的氧化速率。
增加燃料電池內的溫度。

結果，在燃料和通道壁之間的間隙增加之後，循環水的生產量顯著增加。腐蝕也設法擺脫。為此，選擇最合適的鋁合金，積極添加重鉻酸鈉，最終提高冷卻水的柔軟度（pH值約為6.0-6.2）。使用氮氣進行冷卻後，石墨的氧化不再是實際的問題（之前只使用空氣）。

20世紀50年代末，實踐中充分實現創新，有可能減少輻射引起的極度不必要的鈾膨脹，顯著降低鈾棒的熱硬化，提高殼抗性，提高生產質量。

馬哈克生產

“車里雅賓斯克65”是製造武器級钚的秘密工廠之一。該廠有幾座反應堆，我們將彼此認識。

反應堆A

該裝置是在傳奇的NA Dollezhal的指導下設計和製作的。它的容量為100兆瓦。反應堆在石墨塊中有1149個垂直排列的控制和燃料通道。結構總重約1050噸。幾乎所有渠道（25個除外）都裝有鈾，總質量為120-130噸。控制棒使用17個通道，實驗用8個。燃料電池預計放熱量的最大指標為3.45 kW。起初，反應堆每天生產約100克钚。金屬钚首次在1949年4月16日生產。

技術缺點

幾乎立即，確定了相當嚴重的問題，其中包括鋁襯裡的腐蝕和燃料電池的塗層。此外，鈾棒膨脹並損壞，冷卻水直接流入反應堆的核心。每次洩漏後，反應器必須停止長達10小時才能用空氣乾燥石墨。 1949年1月，內襯被運河取代。之後，該裝置於1949年3月26日發射。

1950年至1995年期間，在反應堆A生產的武器級钚伴隨著各種困難而開發，平均容量為180兆瓦。反應堆隨後的運行開始伴隨著更加密集的使用，這自然導致了更頻繁的停站（每月高達165次）。因此，在1963年10月，反應堆停止，並在1964年春季恢復工作。他的競選活動在1987年完成，多年的整個運營期間產生了4.6噸钚。

反應堆AB

在車里雅賓斯克65工廠，決定在1948年秋季建成三座反應堆。其生產能力為每天200-250克钚。該項目的主要設計師是A. Savin。每個反應堆計數了1996個渠道，其中65個是對照。在安裝中，使用了一種技術新穎性 - 每個通道配有專用的檢測器，用於冷卻液體的洩漏。這一舉措使得可以在不終止反應堆本身的操作的情況下更換襯墊。

反應堆運行的第一年表明，他們每天生產約260克钚。但是，自運營第二年以來，能力逐步提高，1963年已經達到600兆瓦。二次檢修完成後，全線解決了問題，電力已達1200兆瓦，年產钚270公斤。這些指標保持到反應器完全關閉為止。

AI-IR反應器

車里雅賓斯克企業在1951年12月22日至1987年5月25日期間使用這種設施。除了鈾外，反應器還生產了鈷-60和onium 210。原來氚是在設備生產的，但後來的钚也被生產。

另外，用於加工武器級钚的工廠還有反應堆在重水和單一的輕水反應堆（名稱是Ruslan）。

西伯利亞巨人

“托木斯克7號” - 這是植物的名稱，它安置了五座反應堆來生產钚。每個聚集體使用石墨來緩慢中子和普通水以確保適當的冷卻。

反應堆I-1與冷卻系統一起工作，其中水通過一次。然而，剩下的四個單元裝備有裝有熱交換器的封閉的初級迴路。這樣的設計使得有可能進一步開發蒸汽，這又有助於生產各種生活區的電力和供暖。

Tomsk-7還有一個稱為EI-2的反應堆，反過來，它具有雙重目的：它產生钚，從產生的蒸汽產生100兆瓦的電力以及200兆瓦的熱能。

重要信息

在科學家的保證下，武器級钚的半衰期約為二千四百三十八年。一個巨大的身材！在這方面，這個問題變得特別尖銳：“如何正確地處理這一要素的生產浪費？”最優選的辦法是為後續加工武器級钚建造專門企業。這是因為在這種情況下，該元素不能再用於軍事目的，而是由一個人控制。這是俄羅斯如何處置武器級钚，但是美國採取了不同的路線，從而違反了國際義務。

因此，美國政府建議不以工業方式銷毀高濃縮的核燃料，而是通過稀釋钚並將其儲存在500米深的特殊集裝箱內。不用說，在這種情況下，材料可以隨時從地面上取出，並重新用於軍事目的。正如俄羅斯聯邦總統弗拉基米爾·普京所說，最初，各國同意以不採用這種方式銷毀钚，而是在工業設施進行回收利用。

武器級钚的費用值得特別注意。據專家介紹，這個元素的數十噸可能會花費數十億美元。一些專家估計有500噸武器級钚達8萬億美元。數量真是令人印象深刻。為了更清楚這筆錢是多少，讓我們說，在20世紀的最後十年，俄羅斯的年均GDP是4000億美元。事實上，武器級钚的實際價格與俄羅斯聯邦的二十年國內生產總值相等。