พลูโทเนียมเกรดอาวุธ: การใช้งาน การผลิต การกำจัด

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

มนุษย์แสวงหาแหล่งพลังงานใหม่ๆ ที่สามารถแก้ปัญหาได้มากมายเสมอมา อย่างไรก็ตาม มันไม่ปลอดภัยเสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน แม้ว่าจะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ในปริมาณมหาศาลที่ทุกคนต้องการ แต่ก็ยังมีอันตรายถึงตายได้ แต่นอกเหนือจากการใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อสันติภาพแล้ว บางประเทศในโลกของเราได้เรียนรู้ที่จะใช้มันในการทหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างหัวรบนิวเคลียร์ บทความนี้จะกล่าวถึงพื้นฐานของอาวุธทำลายล้าง ซึ่งมีชื่อเป็นพลูโทเนียมเกรดอาวุธ

อ้างอิงด่วน

โลหะรูปทรงกะทัดรัดนี้มีไอโซโทป 239Pu อย่างน้อย 93.5% พลูโทเนียมเกรดอาวุธจึงถูกตั้งชื่อเพื่อแยกพลูโทเนียมออกจาก "พี่น้องเครื่องปฏิกรณ์" โดยหลักการแล้ว พลูโทเนียมจะก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใดๆ ก็ตาม ซึ่งในทางกลับกัน ก็ใช้ยูเรเนียมที่มีสมรรถนะต่ำหรือเป็นธรรมชาติ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอโซโทป 238U

การสมัครทหาร

พลูโทเนียมเกรดอาวุธ 239Pu เป็นพื้นฐานของอาวุธนิวเคลียร์ ในเวลาเดียวกัน การใช้ไอโซโทปที่มีเลขมวล 240 และ 242 นั้นไม่เกี่ยวข้อง เนื่องจากพวกมันสร้างพื้นหลังสูงของนิวตรอน ซึ่งทำให้ยากต่อการสร้างและออกแบบกระสุนนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสูงในที่สุด นอกจากนี้ ไอโซโทปพลูโทเนียม 240Pu และ 241Pu มีครึ่งชีวิตที่สั้นกว่า 239Pu มาก ดังนั้นชิ้นส่วนพลูโทเนียมจึงร้อนมาก เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ที่วิศวกรถูกบังคับให้เพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมในอาวุธนิวเคลียร์เพื่อขจัดความร้อนส่วนเกิน อย่างไรก็ตาม 239Pu บริสุทธิ์นั้นอบอุ่นกว่าร่างกายมนุษย์ นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะไม่คำนึงถึงความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของไอโซโทปหนักทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เป็นอันตรายของโครงผลึกโลหะและสิ่งนี้ค่อนข้างเป็นธรรมชาติเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของชิ้นส่วนพลูโทเนียมซึ่งในที่สุดอาจทำให้ความล้มเหลวของ อุปกรณ์ระเบิดนิวเคลียร์

โดยมาก ปัญหาเหล่านี้สามารถเอาชนะได้ และในทางปฏิบัติ อุปกรณ์ระเบิดที่ใช้พลูโทเนียม "เครื่องปฏิกรณ์" ได้รับการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่ควรเข้าใจว่าในอาวุธนิวเคลียร์ ความกะทัดรัด น้ำหนักเบา ความทนทานและความน่าเชื่อถือนั้นอยู่ไกลจากตำแหน่งสุดท้าย ในเรื่องนี้พวกเขาใช้พลูโทเนียมเกรดอาวุธโดยเฉพาะ

คุณสมบัติการออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรม

ในทางปฏิบัติแล้วพลูโทเนียมทั้งหมดในรัสเซียผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ที่ติดตั้งเครื่องกลั่นกราไฟท์ เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องถูกสร้างขึ้นรอบๆ บล็อกกราไฟท์ทรงกระบอก

เมื่อประกอบแล้ว บล็อกกราไฟท์จะมีช่องพิเศษระหว่างกันเพื่อให้น้ำหล่อเย็นไหลเวียนอย่างต่อเนื่องใช้ไนโตรเจน ในโครงสร้างที่ประกอบขึ้นแล้วยังมีช่องในแนวตั้งที่สร้างขึ้นเพื่อให้น้ำหล่อเย็นและเชื้อเพลิงไหลผ่าน ตัวประกอบเองได้รับการสนับสนุนอย่างแน่นหนาโดยโครงสร้างที่มีรูใต้ช่องสำหรับส่งเชื้อเพลิงที่ฉายรังสีแล้ว นอกจากนี้ แต่ละช่องยังตั้งอยู่ในท่อผนังบางที่หล่อจากโลหะผสมอะลูมิเนียมน้ำหนักเบาและแข็งแรงเป็นพิเศษ ช่องที่อธิบายส่วนใหญ่มีแท่งเชื้อเพลิง 70 แท่ง น้ำหล่อเย็นจะไหลไปรอบๆ แท่งเชื้อเพลิงโดยตรง ขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากแท่งเชื้อเพลิง

เพิ่มกำลังการผลิตเครื่องปฏิกรณ์

ในขั้นต้น เครื่องปฏิกรณ์ Mayak เครื่องแรกดำเนินการด้วยความจุ 100 MW ความร้อน อย่างไรก็ตาม Igor Kurchatov หัวหน้าโครงการอาวุธนิวเคลียร์ของสหภาพโซเวียต เสนอว่าเครื่องปฏิกรณ์ควรทำงานที่ 170-190 MW ในฤดูหนาว และ 140-150 MW ในฤดูร้อน วิธีการนี้ทำให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถผลิตพลูโทเนียมล้ำค่าได้เกือบ 140 กรัมต่อวัน

ในปี พ.ศ. 2495 ได้มีการดำเนินการวิจัยอย่างเต็มรูปแบบเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตของเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานด้วยวิธีการดังต่อไปนี้:

• โดยการเพิ่มการไหลของน้ำที่ใช้สำหรับระบายความร้อนและไหลผ่านโซนแอคทีฟของการติดตั้งนิวเคลียร์
• โดยเพิ่มการต้านทานต่อปรากฏการณ์การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นใกล้ซับช่อง
• ลดอัตราการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์
• อุณหภูมิภายในเซลล์เชื้อเพลิงสูงขึ้น

เป็นผลให้ปริมาณน้ำหมุนเวียนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากช่องว่างระหว่างเชื้อเพลิงและผนังของช่องทางเพิ่มขึ้น นอกจากนี้เรายังจัดการเพื่อกำจัดการกัดกร่อน ในการทำเช่นนี้ เราเลือกอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่เหมาะสมที่สุด และเริ่มเพิ่มโซเดียมไบโครเมตอย่างแข็งขัน ซึ่งในที่สุดเพิ่มความนุ่มนวลของน้ำหล่อเย็น (pH กลายเป็นประมาณ 6.0-6.2) การเกิดออกซิเดชันของกราไฟต์หยุดเป็นปัญหาเร่งด่วนหลังจากใช้ไนโตรเจนเพื่อทำให้เย็นลง (ก่อนหน้านี้ใช้เฉพาะอากาศเท่านั้น)

ใกล้จะถึงจุดสิ้นสุดในปี 1950 นวัตกรรมต่างๆ ได้ถูกนำมาใช้อย่างเต็มที่ ลดการพองตัวของยูเรเนียมที่ไม่จำเป็นอย่างมากซึ่งเกิดจากการแผ่รังสี ลดการชุบแข็งด้วยความร้อนของแท่งยูเรเนียมอย่างมาก ปรับปรุงความต้านทานการหุ้ม และปรับปรุงการควบคุมคุณภาพการผลิต

ผลิตที่ Mayak

"เชเลียบินสค์-65" เป็นหนึ่งในโรงงานลับๆ ที่มีการผลิตพลูโทเนียมเกรดอาวุธ มีเครื่องปฏิกรณ์หลายเครื่องในองค์กร เราจะมาทำความรู้จักกับแต่ละเครื่องให้มากขึ้น

เครื่องปฏิกรณ์ A

หน่วยได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นภายใต้การแนะนำของ N. A. Dollezhal ในตำนาน เธอทำงานด้วยกำลังไฟฟ้า 100 เมกะวัตต์ เครื่องปฏิกรณ์มี 1149 ช่องควบคุมและช่องเชื้อเพลิงที่จัดเรียงในแนวตั้งในบล็อกกราไฟท์ มวลรวมของโครงสร้างประมาณ 1050 ตัน ยูเรเนียมเกือบทุกช่อง (ยกเว้น 25) มีมวลรวม 120-130 ตัน ใช้ 17 ช่องสำหรับแท่งควบคุมและ 8 ช่องสำหรับการทดลอง การออกแบบการปล่อยความร้อนสูงสุดของเซลล์เชื้อเพลิงคือ 3.45 กิโลวัตต์ ในตอนแรก เครื่องปฏิกรณ์ผลิตพลูโทเนียมได้ประมาณ 100 กรัมต่อวัน โลหะพลูโทเนียมถูกผลิตขึ้นครั้งแรกเมื่อวันที่ 16 เมษายน พ.ศ. 2492

ข้อบกพร่องทางเทคโนโลยี

ปัญหาค่อนข้างร้ายแรงถูกระบุเกือบจะในทันที ซึ่งประกอบด้วยการสึกกร่อนของซับอะลูมิเนียมและการเคลือบเซลล์เชื้อเพลิง แท่งยูเรเนียมก็บวมและแตกเช่นกัน และน้ำหล่อเย็นก็รั่วไหลเข้าสู่แกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์โดยตรง หลังจากการรั่วไหลแต่ละครั้ง ต้องหยุดเครื่องปฏิกรณ์นานถึง 10 ชั่วโมงเพื่อทำให้กราไฟท์แห้งด้วยอากาศ ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2492 ได้มีการเปลี่ยนแผ่นปิดช่อง หลังจากนั้น การติดตั้งเริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2492

พลูโทเนียมเกรดอาวุธ ซึ่งการผลิตที่เครื่องปฏิกรณ์ A มาพร้อมกับความยากลำบากทุกประเภท ผลิตขึ้นในช่วงปี 1950-1954 ด้วยกำลังหน่วยเฉลี่ย 180 เมกะวัตต์ การทำงานที่ตามมาของเครื่องปฏิกรณ์เริ่มมาพร้อมกับการใช้งานที่เข้มข้นขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการปิดเครื่องบ่อยครั้งขึ้นโดยธรรมชาติ (มากถึง 165 ครั้งต่อเดือน) เป็นผลให้ในเดือนตุลาคม 2506 เครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดและกลับมาทำงานต่อในฤดูใบไม้ผลิของปี 2507 เท่านั้น เขาเสร็จสิ้นการรณรงค์ในปี 2530 และผลิตพลูโทเนียม 4.6 ตันตลอดระยะเวลาหลายปีของการดำเนินงาน

เครื่องปฏิกรณ์ AB

มีการตัดสินใจที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ AB สามเครื่องที่องค์กร Chelyabinsk-65 ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1948 กำลังการผลิตพลูโทเนียม 200-250 กรัมต่อวัน หัวหน้านักออกแบบของโครงการคือ A. Savinเครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องมีช่องสัญญาณปีพ.ศ. 2539 โดย 65 ช่องเป็นช่องสัญญาณควบคุม การติดตั้งมีความแปลกใหม่ทางเทคนิค - แต่ละช่องติดตั้งเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสารหล่อเย็นพิเศษ การเคลื่อนไหวดังกล่าวทำให้สามารถเปลี่ยนซับได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์เอง

ปีแรกของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสดงให้เห็นว่าพวกเขาผลิตพลูโทเนียมประมาณ 260 กรัมต่อวัน อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปีที่สองของการดำเนินงานกำลังการผลิตก็ค่อยๆเพิ่มขึ้นและในปี 2506 ก็มีกำลังการผลิต 600 เมกะวัตต์ หลังจากการยกเครื่องครั้งที่สอง ปัญหาของซับในก็ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ และกำลังการผลิตอยู่ที่ 1200 เมกะวัตต์แล้ว โดยมีการผลิตพลูโทเนียมปีละ 270 กิโลกรัม ตัวชี้วัดเหล่านี้ยังคงอยู่จนกว่าเครื่องปฏิกรณ์จะปิดอย่างสมบูรณ์

เครื่องปฏิกรณ์ AI-IR

องค์กร Chelyabinsk ใช้การติดตั้งนี้ตั้งแต่วันที่ 22 ธันวาคม 2494 ถึง 25 พฤษภาคม 2530 นอกจากยูเรเนียมแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ยังผลิตโคบอลต์-60 และพอโลเนียม-210 อีกด้วย เริ่มแรกไซต์ผลิตไอโซโทป แต่ต่อมาเริ่มได้รับพลูโทเนียม

นอกจากนี้ โรงงานแปรรูปพลูโทเนียมเกรดอาวุธก็มีเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักใช้งานอยู่ และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบาเพียงเครื่องเดียว (ชื่อคือรุสลาน)

ยักษ์ไซบีเรียน

"Tomsk-7" - นี่คือชื่อของพืชซึ่งมีเครื่องปฏิกรณ์ห้าเครื่องสำหรับการผลิตพลูโทเนียม แต่ละหน่วยใช้กราไฟต์เพื่อทำให้นิวตรอนช้าลงและน้ำธรรมดาเพื่อให้เย็นลงอย่างเหมาะสม

เครื่องปฏิกรณ์ I-1 ทำงานด้วยระบบการระบายความร้อนซึ่งน้ำผ่านไปครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม อีกสี่ยูนิตที่เหลือมีวงจรปิดหลักพร้อมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การออกแบบนี้ทำให้สามารถผลิตไอน้ำเพิ่มเติมได้ ซึ่งจะช่วยในการผลิตไฟฟ้าและทำความร้อนในที่พักอาศัยต่างๆ

"Tomsk-7" ยังมีเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า EI-2 ซึ่งในทางกลับกัน มีจุดประสงค์สองประการ: มันผลิตพลูโทเนียมและผลิตไฟฟ้า 100 เมกะวัตต์จากไอน้ำที่สร้างขึ้น เช่นเดียวกับความร้อน 200 เมกะวัตต์ พลังงาน

ข้อมูลสำคัญ

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ อายุครึ่งชีวิตของพลูโทเนียมเกรดอาวุธคือประมาณ 24,360 ปี จำนวนมหาศาล! ในเรื่องนี้ คำถามจะรุนแรงขึ้นเป็นพิเศษ: “จะจัดการกับการสูญเสียการผลิตขององค์ประกอบนี้อย่างเหมาะสมได้อย่างไร” ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือการสร้างองค์กรพิเศษสำหรับการประมวลผลพลูโทเนียมเกรดอาวุธในภายหลัง นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในกรณีนี้องค์ประกอบนี้ไม่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารได้อีกต่อไปและจะถูกควบคุมโดยบุคคล นี่คือวิธีการกำจัดพลูโทเนียมเกรดอาวุธในรัสเซีย แต่สหรัฐอเมริกาใช้เส้นทางที่ต่างออกไป จึงเป็นการละเมิดพันธกรณีระหว่างประเทศ

ดังนั้น รัฐบาลสหรัฐฯ เสนอให้ทำลายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เสริมสมรรถนะสูง ไม่ใช่ในทางอุตสาหกรรม แต่โดยการเจือจางพลูโทเนียมและเก็บไว้ในภาชนะพิเศษที่ความลึก 500 เมตร มันไปโดยไม่บอกว่าในกรณีนี้วัสดุสามารถได้อย่างง่ายดายดึงมันออกจากพื้นดินแล้วเปิดใหม่อีกครั้งเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหาร ตามที่ประธานาธิบดีรัสเซีย วลาดิมีร์ ปูติน ในขั้นต้น ประเทศต่าง ๆ ตกลงที่จะทำลายพลูโทเนียมไม่ใช่ด้วยวิธีนี้ แต่เพื่อดำเนินการกำจัดในโรงงานอุตสาหกรรม

ราคาพลูโทเนียมเกรดอาวุธสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าองค์ประกอบนี้หลายสิบตันอาจมีราคาหลายพันล้านเหรียญสหรัฐ และผู้เชี่ยวชาญบางคนมีพลูโทเนียมเกรดอาวุธประมาณ 500 ตัน มากถึง 8 ล้านล้านดอลลาร์ จำนวนเงินที่น่าประทับใจจริงๆ เพื่อให้ชัดเจนขึ้นว่านี่คือเงินจำนวนเท่าใด สมมติว่าในช่วงสิบปีที่ผ่านมาของศตวรรษที่ 20 GDP ประจำปีเฉลี่ยของรัสเซียอยู่ที่ 4 แสนล้านดอลลาร์ นั่นคือราคาที่แท้จริงของพลูโทเนียมเกรดอาวุธเท่ากับ 20 GDP ประจำปีของสหพันธรัฐรัสเซีย