Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


“ехнологи€ производства оружейного плутони€

ќружейный плутоний Ч это плутоний в форме компактного металла, содержащий не менее 93,5 % изотопа 239Pu. ѕредназначаетс€ дл€ создани€ €дерного оружи€.

1.Ќазвание и особенности

Ђќружейнымї его называют, чтобы отличить от Ђреакторногої. ѕлутоний образуетс€ в любом €дерном реакторе, работающем на природном или низкообогащЄнном уране, содержащем в основном изотоп 238U, при захвате им избыточных нейтронов. Ќо по мере работы реактора оружейный изотоп плутони€ быстро выгорает, в итоге в реакторе накапливаетс€ большое количество изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, образующихс€ при последовательных захватах нескольких нейтронов Ч так как глубина выгорани€ обычно определ€етс€ экономическими факторами. „ем меньше глубина выгорани€, тем меньше изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, будет содержать плутоний, выделенный из облучЄнного €дерного топлива, но тем меньшее количество плутони€ в топливе образуетс€.

—пециальное производство плутони€ дл€ оружи€, содержащего почти исключительно 239Pu, требуетс€, в основном, потому, что изотопы с массовыми числами 240 и 242 создают высокий нейтронный фон, затрудн€ющий конструирование эффективных €дерных боеприпасов, кроме того, 240Pu и 241Pu имеют существенно меньший период полураспада, чем 239Pu, из-за чего плутониевые детали нагреваютс€, и в конструкцию €дерного боеприпаса приходитс€ дополнительно вводить элементы теплоотвода. ƒаже чистый 239Pu теплее человеческого тела. ƒополнительно, продукты распада т€жЄлых изотопов порт€т кристаллическую решЄтку металла, что может привести к изменению формы деталей из плутони€, что чревато отказом €дерного взрывного устройства.

¬ принципе, все эти затруднени€ преодолимы, и были успешно испытаны €дерные взрывные устройства из Ђреакторногої плутони€, однако, в боеприпасах, где не последнюю роль играет компактность, малый вес, надЄжность и долговечность, примен€етс€ исключительно специально произведЄнный оружейный плутоний.  ритическа€ масса металлических 240Pu и 242Pu весьма велика, 241Pu Ч несколько больше, чем у 239Pu.

2.ѕроизводство

¬ ———– производство оружейного плутони€ осуществл€лось сначала на комбинате Ђћа€кї в г. ќзЄрск (ранее „ел€бинск-40, „ел€бинск-65), затем на —ибирском химическом комбинате в г. —еверск (ранее “омск-7), позже в эксплутатацию был введЄн  расно€рский горно-химический комбинат в г. ∆елезногорск (известен также, как —оцгород и  расно€рск-26). ѕроизводство оружейного плутони€ в –оссии было прекращено в 1994 году. ¬ 1999 году были остановлены реакторы в ќзЄрске и —еверске, в 2010 году остановлен последний реактор в ∆елезногорске.

 

¬ —Ўј оружейный плутоний производилс€ в нескольких местах, например, в таких как ’энфордский комплекс, расположенный в штате ¬ашингтон. ѕроизводство было закрыто в 1988 году.

3.—интез новых элементов

ѕреобразование одних атомов в другие происходит при взаимодействии атомных или субатомных частиц. »з таковых доступны в больших количествах только нейтроны. √игаваттный €дерный реактор производит около 3.75 кг (или 4*1030) нейтронов в течении года.

4.ѕроизводство плутони€

јтомы плутони€ образуютс€ в результате цепи атомных реакций, начинающихс€ с захвата нейтрона атомом урана-238:

U238 + n -> U239 -> Np239 -> Pu239

или, более точно:

0n1 + 92U238 -> 92U239 -> -1e0 + 93Np239 -> -1e0 + 94Pu239

ѕри продолжении облучени€ некоторые атомы плутони€-239 способны в свою очередь захватить нейтрон и превратитьс€ в более т€желый изотоп плутоний-240:

Pu239 + n -> Pu240

 

„тобы получать плутоний в достаточном количестве, нужны сильнейшие нейтронные потоки. “акие как раз создаютс€ в атомных реакторах. ¬ принципе, любой реактор €вл€етс€ источником нейтронов, но дл€ промышленного производства плутони€ естественно использовать специально разработанный дл€ этого.

—амый первый в мире промышленный реактор по производству плутони€ - B-реактор в ’энфорде. «аработал 26 сент€бр€ 1944, мощность - 250 ћ¬т, производительность - 6 кг плутони€ в мес€ц. ќн содержал около 200 тонн металлического урана, 1200 тонн графита и охлаждалс€ водой со скоростью 5 кубометров/мин.

ѕанель загрузки хэнфордского реактора кассетами с ураном:

—хема его работы. ¬ реакторе дл€ облучени€ урана-238 создаютс€ нейтроны в результате стационарной цепной реакции делени€ €дер урана-235. ¬ среднем на одно деление U-235 возникает 2.5 нейтрона. ƒл€ поддержани€ реакции и одновременной наработки плутони€ необходимо, чтобы в среднем один или два нейтрона поглотились бы U-238, а один вызвал бы деление следующего атома U-235.

Ќейтроны, возникающие при делении урана обладают очень большими скорост€ми. јтомы урана устроены таким образом, что захват быстрых нейтронов €драми и U-238 и U-235 маловеро€тен. ѕоэтому быстрые нейтроны испытав несколько соударений с окружающими атомами постепенно замедл€ютс€. ѕри этом €дра U-238 так сильно поглощают такие нейтроны (промежуточных скоростей), что ничего не остаетс€ дл€ делени€ U-235 и поддержани€ цепной реакции (U-235 делитс€ от медленных, тепловых нейтронов).

— этим боретс€ замедлитель, окружающее блоки с ураном какое-нибудь легкое вещество. ¬ нем нейтроны тормоз€тс€ без поглощени€, испытыва€ упругие столкновени€, в каждом из которых тер€етс€ мала€ часть энергии. ’орошими замедлител€ми €вл€ютс€ вода, углерод. “аким образом, замедленные до тепловых скоростей нейтроны путешествуют по реактору, пока не вызовут деление U-235 (U-238 поглощает их очень слабо). ѕри определенной конфигурации замедлител€ и урановых стержней создадутс€ услови€ дл€ поглощени€ нейтронов и U-238 и U-235.

»зотопный состав получаемого плутони€ зависит от длительности нахождени€ в реакторе урановых стержней. «начительное накопление Pu-240 происходит в результате длительного облучени€ кассеты с ураном. ѕри маленьком времени нахождени€ урана в реакторе получаетс€ Pu-239 с незначительным содержанием Pu-240.

Pu-240 вреден дл€ производства оружи€ по следующим причинам:

1. ќн менее дел€щийс€ материал, чем Pu-239, поэтому требуетс€ чуть большее количество плутони€ дл€ изготовлени€ оружи€.

2. ¬тора€, гораздо более важна€ причина. ”ровень спонтанного делени€ у Pu-240 гораздо выше, что создает сильный нейтронный фон.

¬ самые первые годы разработки атомного оружи€ испускание нейтронов (сильный нейтронный фон) было проблемой на пути к надежному и эффективному зар€ду из-за преждевременной его детонации. —ильные потоки нейтронов делали сложным или невозможным сжатие €дра бомбы, содержащего несколько килограммов плутони€, в надкритичное состо€ние - до этого оно разрушалось сильнейшим, но все-таки не максимально возможным энерговыходом. ѕриход смешанных €дер - содержащих высокообогащенный U-235 и плутоний (в конце 1940-х) - преодолел это затруднение, когда стало возможным примен€ть относительно маленькое количество плутони€ в по большей части урановых €драх. —ледующее поколение зар€дов - устройства с усилением за счет синтеза (в середине 1950-х) полностью исключили это затруднение, гарантиру€ высокое выделение энергии, даже при маломощных начальных зар€дах делени€.

ѕлутоний, производ€щийс€ в специальных реакторах, содержит относительно небольшой процент Pu-240 (<7%), плутоний "оружейного качества"; в реакторах јЁ— отработанное €дерное топливо имеет концентрацию Pu-240 более 20%, плутоний "реакторного качества".

¬ реакторах специального назначени€ уран находитс€ относительно небольшой промежуток времени, в течении которого выгорает не весь U-235 и не весь U-238 переходит в плутоний, зато образуетс€ и меньшее количество Pu-240.

»меютс€ две причины дл€ производства плутони€ с низким содержанием Pu-240:

Ёкономическа€: единственна€ причина существовани€ плутониевых спецреакторов. –аспад плутони€ в результате делени€ или превращение его в менее дел€щийс€ Pu-240 уменьшают отдачу и увеличивают стоимость производства (вплоть до точки, где его цена будет балансировать с ценой обработки облученного топлива с маленькой концентрацией плутони€).

—ложность обращени€: хот€ испускание нейтронов не €вл€етс€ такой уж серьезной проблемой дл€ конструкторов оружи€, оно может создать сложности в производстве и с обращением с таким зар€дом. Ќейтроны создают дополнительный вклад в профессиональное облучение тех, кто собирает или обслуживает оружие (сами нейтроны не обладают ионизирующем действием, но они создают протоны, способные на это). ¬ действительности зар€ды, предполагающие непосредственный контакт с людьми, например Davy Crocket, могут потребовать по этой причине сверхчистого плутони€ с низким уровнем испускани€ нейтронов.

Ќепосредственна€ отливка и обработка плутони€ выполн€етс€ вручную в герметичных камерах с перчатками дл€ оператора. ¬роде таких:

Ёто подразумевает совсем небольшую защиту человека от испускающего нейтроны плутони€. ѕоэтому плутоний с большим содержанием Pu-240 обрабатываетс€ только манипул€торами либо жестко ограничиваетс€ врем€ работы с ним каждого работника.

ѕо всем этим причинам (радиоактивность, худшие свойства Pu-240) объ€сн€етс€, почему плутоний реакторного качества не примен€етс€ дл€ изготовлени€ оружи€ - дешевле нарабатывать оружейный плутоний в спец. реакторах. ’от€ и из реакторного тоже, по всей видимости, можно изготовить €дерное взрывное устройство.

ѕлутониевое кольцо

Ёто кольцо из электролитически очищенного металлического плутони€ (чистота более 99.96%). “ипичное из колец, подготавливаемых в Ћос-јламосе и отправл€емых в –оки ‘летс дл€ изготовлени€ оружи€, до недавнего приостановлени€ его производства. ћасса кольца 5.3 кг, достаточна€ дл€ изготовлени€ современного стратегического зар€да, диаметр - примерно 11 см.  ольцева€ форма важна дл€ обеспечени€ критической безопасности.

ќтливка из плутониево-галлиевого сплава, рекуперированного из оружейного €дра:

ѕлутоний во врем€ ћанхэттенского проекта

»сторически первые 520 миллиграмм металлического плутони€, произведенные “едом ћейджелом (Ted Magel) и Ќиком ƒалласом (Nick Dallas) в Ћос-јламосе 23 марта 1944:

ѕресс дл€ гор€чего прессовани€ плутониево-галлиевого сплава в виде полусфер. Ётот пресс использовалс€ в Ћос-јламосе дл€ изготовлени€ плутониевых €дер дл€ зар€дов, взорванных в Ќагасаки и в операции “ринити.

ќтлитые на нем издели€:

ƒополнительные побочные изотопы плутони€

«ахват нейтрона не сопровождающийс€ при этом актом делени€ создает новые изотопы плутони€: Pu-240, Pu-241 и Pu-242. ѕоследнии два накапливаютс€ в незначительных количествах.

Pu239 + n -> Pu240

Pu240 + n -> Pu241

Pu241 + n -> Pu242

¬озможна и побочна€ цепочка реакций:

U238 + n -> U237 + 2n

U237 -> (6.75 дней, бета-распад) -> Np237

Np237 + n -> Np238

Np238 -> (2.1 дн€, бета-распад) -> Pu238

ќбщую меру облученности (отработанности) топливного элемента можно выразить в мегаватт-дн€х/тонну (ћ¬т-день/т). ѕлутоний оружейного качества получаетс€ из элементов, с небольшим количеством ћ¬т-день/т, в нем образуетс€ меньше побочных изотопов. “опливные элементы в современных водо-вод€ных реакторах достигают уровн€ в 33 000 ћ¬т-день/т. “ипична€ экспозици€ в оружейном бридерном (с расширенным воспроизводством €дерного горючего) реакторе 1000 ћ¬т-день/т. ѕлутоний в ’энфордских реакторах с графитовым замедлителем облучаетс€ до 600 ћ¬т-день/т, в —аванне на реакторе на т€желой воде производитс€ плутоний такого же качества при 1000 ћ¬т-день/т (возможно из-за того, что часть нейтронов уходит на образование трити€). ¬о врем€ ћанхэттенского проекта топливо из природного урана получало всего 100 ћ¬т-день/т, таким образом, получалс€ очень высококачественный плутоний-239 (всего 0.9-1% Pu-240, остальные изотопы еще в меньших количествах).



<== предыдуща€ лекци€ | следующа€ лекци€ ==>
¬читель початкових клас≥в - орган≥затор здорового способу житт€ | —войства и производство пластмасс
ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-03-25; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 15326 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

¬аше врем€ ограничено, не тратьте его, жив€ чужой жизнью © —тив ƒжобс
==> читать все изречени€...

427 - | 426 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.022 с.