Зэвсгийн чанартай плутони: хэрэглэх, үйлдвэрлэх, устгах

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Хүн төрөлхтөн үргэлж олон асуудлыг шийдэж чадах эрчим хүчний шинэ эх үүсвэрийг эрэлхийлсээр ирсэн. Гэсэн хэдий ч тэд үргэлж аюулгүй байдаггүй. Тодруулбал, өнөөдөр өргөн хэрэглэгдэж байгаа цөмийн реакторууд нь хүн бүрт хэрэгтэй асар их хэмжээний цахилгаан эрчим хүчийг үйлдвэрлэх чадвартай ч мөнх бус аюулыг дагуулсаар байна. Гэвч манай гаригийн зарим улс орнууд цөмийн энергийг энхийн зорилгоор ашиглахаас гадна цэргийн салбарт, ялангуяа цөмийн цэнэгт хошуу бүтээхэд ашиглаж сурсан. Энэ нийтлэлд зэвсгийн зориулалттай плутони хэмээх ийм сүйтгэгч зэвсгийн үндэс суурийг авч үзэх болно.

Шуурхай лавлагаа

Энэхүү авсаархан металл хэлбэр нь 239Pu изотопын дор хаяж 93.5%-ийг агуулдаг. Зэвсгийн чанартай плутонийг "реакторын ах"-аас нь ялгахын тулд ингэж нэрлэсэн. Зарчмын хувьд плутони нь ямар ч цөмийн реакторт үргэлж үүсдэг бөгөөд энэ нь эргээд бага баяжуулсан эсвэл байгалийн уран дээр ажилладаг бөгөөд ихэнх тохиолдолд 238U изотопыг агуулдаг.

Цэргийн программ

Зэвсгийн зориулалттай плутони 239Pu нь цөмийн зэвсгийн үндэс юм. Үүний зэрэгцээ 240 ба 242 масстай изотопуудыг ашиглах нь хамаагүй, учир нь тэдгээр нь маш их хэмжээгээр үүсгэдэг.нейтроны өндөр дэвсгэр нь эцсийн дүндээ өндөр үр дүнтэй цөмийн зэвсгийг бүтээх, зохион бүтээхэд хүндрэл учруулдаг. Үүнээс гадна плутонийн изотопууд 240Pu ба 241Pu нь хагас задралын хугацаа 239Pu-ээс хамаагүй богино байдаг тул плутонийн хэсгүүд маш их халдаг. Үүнтэй холбоотойгоор инженерүүд илүүдэл дулааныг арилгахын тулд цөмийн зэвсэгт нэмэлт элемент оруулахаас өөр аргагүйд хүрч байна. Дашрамд хэлэхэд цэвэр 239Пу нь хүний биеэс илүү дулаан байдаг. Хүнд изотопын задралын бүтээгдэхүүн нь металлын болор торыг хортой өөрчлөлтөд оруулдаг бөгөөд энэ нь плутонийн эд ангиудын тохиргоог байгалийн жамаар өөрчилдөг бөгөөд энэ нь эцэстээ бүрэн эвдрэлд хүргэж болзошгүйг анхаарахгүй байх боломжгүй юм. цөмийн тэсрэх төхөөрөмж.

Ер нь энэ бүх бэрхшээлийг даван туулж чадна. Мөн практик дээр "реактор" плутони дээр суурилсан тэсрэх төхөөрөмжийг хэд хэдэн удаа туршиж үзсэн. Гэхдээ цөмийн зэвсгийн хувьд авсаархан, бага жинтэй, бат бөх, найдвартай байдал нь сүүлчийн байр сууринаас хол байгааг ойлгох хэрэгтэй. Үүнтэй холбогдуулан тэд зөвхөн зэвсгийн зориулалттай плутонийг ашигладаг.

Аж үйлдвэрийн реакторуудын дизайны онцлог

Орос дахь бараг бүх плутонийг бал чулуу зохицуулагчаар тоноглогдсон реакторт үйлдвэрлэдэг байв. Реактор бүр нь цилиндр хэлбэртэй бал чулуун блокуудын эргэн тойронд баригдсан.

Гэр чулуун блокуудыг угсарсан үед тэдгээрийн хооронд тусгай нүхтэй байдаг бөгөөд энэ нь хөргөлтийн тасралтгүй эргэлтийг хангадаг.азотыг ашигладаг. Угсарсан бүтцэд ус хөргөх, түлш дамжуулах зориулалттай босоо байрлалтай сувгууд байдаг. Угсралт нь өөрөө аль хэдийн цацрагаар цацагдсан түлшийг тээвэрлэхэд ашигладаг сувгийн доорх нүхтэй бүтэцээр хатуу бэхлэгдсэн байдаг. Нэмж дурдахад суваг бүр нь хөнгөн жинтэй, хэт хүчтэй хөнгөн цагаан хайлшаар цутгасан нимгэн ханатай хоолойд байрладаг. Тайлбарласан сувгуудын ихэнх нь 70 түлшний саваатай байдаг. Хөргөх ус нь түлшний савааг тойрон шууд урсаж, тэдгээрээс илүүдэл дулааныг зайлуулдаг.

Үйлдвэрлэлийн реакторуудын хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх

Анх Маяк реактор нь 100 МВт дулааны хүчин чадалтай ажиллаж байсан. Гэсэн хэдий ч Зөвлөлтийн цөмийн зэвсгийн хөтөлбөрийн тэргүүн Игорь Курчатов реакторыг өвлийн улиралд 170-190 МВт, зуны улиралд 140-150 МВт-аар ажиллуулахыг санал болгов. Энэ арга нь реакторт өдөрт бараг 140 грамм үнэт плутони үйлдвэрлэх боломжийг олгосон.

1952 онд ажиллаж байгаа реакторуудын үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг дараах аргуудаар нэмэгдүүлэхийн тулд бүрэн хэмжээний судалгааны ажил хийгдсэн:

• Хөргөхөд ашигладаг усны урсгалыг нэмэгдүүлж, цөмийн байгууламжийн идэвхтэй бүсээр урсах замаар.
• Сувгийн доторлогооны ойролцоо үүсэх зэврэлтийн үзэгдлийг эсэргүүцэх чадварыг нэмэгдүүлснээр.
• Бал чулуун исэлдэлтийн хурдыг бууруулна.
• Түлшний эсийн доторх температур нэмэгдэх.

Үүний үр дүнд түлш болон сувгийн хананы хоорондох зайг нэмэгдүүлсний дараа эргэлтийн усны нэвтрүүлэх чадвар мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн. Мөн зэврэлтээс салж чадсан. Үүнийг хийхийн тулд бид хамгийн тохиромжтой хөнгөн цагаан хайлшийг сонгож, натрийн бихроматыг идэвхтэй нэмж эхэлсэн бөгөөд энэ нь эцэстээ хөргөх усны зөөлөн байдлыг нэмэгдүүлсэн (рН нь 6.0-6.2 болсон). Графитын исэлдэлт нь азотыг хөргөхөд хэрэглэсний дараа яаралтай асуудал байхаа больсон (өмнө нь зөвхөн агаар ашигладаг байсан).

1950-иад он дуусах дөхөхөд инновацууд бүрэн хэрэгжиж, цацраг идэвхт бодисоос үүдэлтэй ураны хэт их шаардлагагүй бөмбөлөгийг багасгаж, ураны бариулын дулаан хатуурлыг эрс багасгаж, бүрээсийн эсэргүүцлийг сайжруулж, үйлдвэрлэлийн чанарын хяналтыг сайжруулав.

Маяк дахь үйлдвэрлэл

"Челябинск-65" бол зэвсгийн зориулалттай плутони үйлдвэрлэсэн маш нууц үйлдвэрүүдийн нэг юм. Тус үйлдвэрт хэд хэдэн реактор байсан тул бид тус бүртэй нь илүү сайн танилцах болно.

Реактор A

Энэ нэгжийг домогт Н. А. Доллежалын удирдлаган дор зохион бүтээж, барьсан. Тэрээр 100 МВт-ын хүчин чадалтай ажилласан. Реактор нь графит блок дахь 1149 босоо байрлалтай хяналтын болон түлшний сувагтай байв. Бүтцийн нийт жин 1050 тонн орчим байв. Бараг бүх суваг (25-аас бусад) уранаар ачигдсан бөгөөд нийт масс нь 120-130 тонн байв. 17 суваг нь хяналтын саваа, 8 суваг ашигласантуршилт явуулах. Түлшний эсийн хамгийн их дулаан ялгаруулалт нь 3.45 кВт байв. Эхлээд реактор өдөрт 100 грамм плутони үйлдвэрлэдэг байв. Плутони металлыг анх 1949 оны 4-р сарын 16-нд үйлдвэрлэсэн.

Технологийн дутагдал

Хөнгөн цагаан доторлогоо болон түлшний эсийн бүрээсийн зэврэлтээс бүрдсэн ноцтой асуудлууд бараг тэр даруйд илэрсэн. Мөн ураны саваа хавдаж, хугарч, хөргөх ус реакторын цөм рүү шууд урссан. Нэвчилт бүрийн дараа бал чулууг агаараар хатаахын тулд реакторыг 10 цаг хүртэл зогсоох шаардлагатай байв. 1949 оны 1-р сард сувгийн доторлогоог сольсон. Үүний дараа уг суурилуулалтыг 1949 оны 3-р сарын 26-нд эхлүүлсэн.

А реакторт үйлдвэрлэх нь бүх төрлийн хүндрэлтэй байсан зэвсгийн зориулалттай плутонийг 1950-1954 онд дунджаар 180 МВт хүчин чадалтай үйлдвэрлэж байжээ. Реакторын дараагийн ажиллагаа нь түүнийг илүү эрчимтэй ашиглах замаар дагалдаж эхэлсэн бөгөөд энэ нь мэдээжийн хэрэг илүү олон удаа унтрахад хүргэсэн (сард 165 удаа). Үүний үр дүнд 1963 оны 10-р сард реакторыг хааж, зөвхөн 1964 оны хавар ажиллаж эхэлсэн. Тэрээр 1987 онд кампанит ажлаа дуусгаж, олон жилийн ашиглалтын хугацаанд 4.6 тонн плутони үйлдвэрлэжээ.

AB реакторууд

1948 оны намар Челябинск-65 үйлдвэрт гурван AB реактор барихаар шийдсэн. Тэдний үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нь өдөрт 200-250 грамм плутони үйлдвэрлэдэг байв. Төслийн ерөнхий дизайнераар А. Савин ажиллажээ. Реактор бүр 1996 сувагтай байсны 65 нь хяналтын суваг байв. Суурилуулалтад техникийн шинэлэг зүйлийг ашигласан - суваг бүр нь тусгай хөргөлтийн алдагдал илрүүлэгчээр тоноглогдсон байв. Ийм алхам нь реакторын ажиллагааг зогсоохгүйгээр доторлогоог өөрчлөх боломжтой болсон.

Реакторууд ашиглалтад орсон эхний жил тэд өдөрт 260 грамм плутони үйлдвэрлэж байсныг харуулсан. Гэсэн хэдий ч ашиглалтын хоёр дахь жилээс эхлэн хүчин чадал аажмаар нэмэгдэж, 1963 онд түүний үзүүлэлт 600 МВт болжээ. Хоёр дахь их засварын дараа доторлогооны асуудал бүрэн шийдэгдэж, хүчин чадал нь аль хэдийн 1200 МВт, жилийн 270 кг плутони олборлодог. Эдгээр үзүүлэлтүүд реакторуудыг бүрэн хаах хүртэл хэвээр байна.

AI-IR реактор

Челябинскийн үйлдвэр энэ суурилуулалтыг 1951 оны 12-р сарын 22-ноос 1987 оны 5-р сарын 25 хүртэл ашигласан. Уг реактор нь уранаас гадна кобальт-60, полони-210 үйлдвэрлэсэн. Эхэндээ энэ газар тритий үйлдвэрлэдэг байсан ч сүүлдээ плутони хүлээн авч эхэлсэн.

Мөн зэвсгийн зориулалттай плутони боловсруулах үйлдвэрт хүнд усны реакторууд болон цорын ганц хөнгөн усан реактор (түүний нэр Руслан) байсан.

Сибирийн аварга

"Томск-7" - энэ бол плутони үйлдвэрлэх таван реактор бүхий станцын нэр юм. Нэгж бүр нь нейтроныг удаашруулахын тулд бал чулуу, хэвийн хөргөлтийг хангахын тулд энгийн усыг ашигласан.

Реактор I-1 системтэй ажилласанус нэг удаа өнгөрдөг хөргөлт. Гэсэн хэдий ч үлдсэн дөрвөн нэгжийг дулаан солилцуураар тоноглогдсон хаалттай анхан шатны хэлхээгээр хангасан. Энэхүү загвар нь нэмэлт уур гаргах боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь эргээд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, орон сууцны янз бүрийн байрыг халаахад тусалсан.

"Томск-7" нь мөн EI-2 нэртэй реактортой байсан бөгөөд энэ нь эргээд плутони үйлдвэрлэж, үйлдвэрлэсэн уураас 100 МВт цахилгаан, мөн 200 МВт дулааны эрчим хүч үйлдвэрлэдэг хоёр зорилготой байв. эрчим хүч.

Чухал мэдээлэл

Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар зэвсгийн зориулалттай плутонийн хагас задралын хугацаа ойролцоогоор 24360 жил байдаг. Асар их тоо! Үүнтэй холбогдуулан "Энэ элементийн үйлдвэрлэлийн хаягдлыг хэрхэн зөв шийдвэрлэх вэ?" Гэсэн асуулт онцгой хурцаар тавигдаж байна. Хамгийн оновчтой сонголт бол зэвсгийн чанартай плутонийг боловсруулах тусгай үйлдвэрүүдийг барих явдал юм. Энэ нь энэ тохиолдолд элементийг цэргийн зориулалтаар ашиглах боломжгүй бөгөөд хүн удирдаж байгаатай холбон тайлбарлаж байна. Орост зэвсгийн чанартай плутонийг ингэж устгадаг ч Америкийн Нэгдсэн Улс өөр замаар явж, олон улсын өмнө хүлээсэн үүргээ зөрчсөн.

Тиймээс АНУ-ын засгийн газар өндөр баяжуулсан цөмийн түлшийг үйлдвэрийн аргаар бус, плутонийг шингэрүүлж, 500 метрийн гүнд тусгай саванд хадгалах замаар устгахыг санал болгож байна. Энэ тохиолдолд материал амархан байж болно гэдгийг хэлэх нь зүйтэйгазраас гаргаж аваад цэргийн зориулалтаар дахин хөөргөнө. ОХУ-ын Ерөнхийлөгч Владимир Путины хэлснээр, эхэндээ улс орнууд плутонийг энэ аргаар бус, харин үйлдвэрлэлийн байгууламжид устгахаар тохиролцсон.

Зэвсгийн чанартай плутонийн үнэ онцгой анхаарал хандуулах ёстой. Шинжээчдийн үзэж байгаагаар энэ элементийн хэдэн арван тонн нь хэдэн тэрбум ам.долларын үнэтэй байж магадгүй юм. Мөн зарим шинжээчид 500 тонн зэвсгийн зориулалттай плутонийг 8 их наяд доллараар үнэлжээ. Хэмжээ нь үнэхээр гайхалтай. Энэ нь хичнээн их мөнгө болохыг тодорхой болгохын тулд 20-р зууны сүүлийн арван жилд Оросын ДНБ-ий жилийн дундаж хэмжээ 400 тэрбум доллар байсан гэж бодъё. Энэ нь үнэн хэрэгтээ зэвсгийн зориулалттай плутонийн бодит үнэ нь ОХУ-ын жилийн 20 ДНБ-тэй тэнцэж байв.