البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة: التطبيق ، الإنتاج ، التخلص

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

لطالما كانت البشرية تبحث عن مصادر طاقة جديدة يمكنها حل العديد من المشكلات. ومع ذلك ، فهي ليست آمنة دائمًا. لذلك ، على وجه الخصوص ، المفاعلات النووية المستخدمة على نطاق واسع اليوم ، على الرغم من قدرتها على توليد كمية هائلة من هذه الطاقة الكهربائية التي يحتاجها الجميع ، لا تزال تحمل خطرًا مميتًا. ولكن بالإضافة إلى استخدام الطاقة النووية للأغراض السلمية ، فقد تعلمت بعض دول كوكبنا استخدامها في الجيش ، وخاصة لإنشاء رؤوس حربية نووية. ستناقش هذه المقالة أساس مثل هذا السلاح المدمر ، واسمه البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.

المرجع السريع

يحتوي هذا الشكل المضغوط من المعدن على 93.5٪ على الأقل من نظير 239Pu. سمي البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة بهذا الاسم لتمييزه عن "شقيقه المفاعل". من حيث المبدأ ، يتشكل البلوتونيوم دائمًا في أي مفاعل نووي مطلقًا ، والذي يعمل بدوره على اليورانيوم منخفض التخصيب أو اليورانيوم الطبيعي ، والذي يحتوي في معظمه على النظير 238U.

التطبيقات العسكرية

البلوتونيوم 239Pu المستخدم في صنع الأسلحة هو أساس الأسلحة النووية. في الوقت نفسه ، فإن استخدام النظائر ذات الأعداد الكتلية 240 و 242 غير ذي صلة ، لأنها تخلق كثيرًاخلفية عالية من النيوترونات ، مما يجعل من الصعب في النهاية إنشاء وتصميم ذخيرة نووية فعالة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع نظائر البلوتونيوم 240Pu و 241Pu بعمر نصفي أقصر بكثير من 239Pu ، لذلك تصبح أجزاء البلوتونيوم شديدة الحرارة. في هذا الصدد ، يضطر المهندسون إلى إضافة عناصر إضافية إلى سلاح نووي لإزالة الحرارة الزائدة. بالمناسبة ، 239Pu النقي هو أكثر دفئًا من جسم الإنسان. من المستحيل أيضًا عدم مراعاة حقيقة أن نواتج الاضمحلال للنظائر الثقيلة تعرض الشبكة البلورية المعدنية لتغيرات ضارة ، وهذا يغير بشكل طبيعي تكوين أجزاء البلوتونيوم ، والتي في النهاية يمكن أن تتسبب في فشل كامل في جهاز متفجر نووي.

بشكل عام ، يمكن التغلب على كل هذه الصعوبات. ومن الناحية العملية ، تم بالفعل اختبار الأجهزة المتفجرة القائمة على البلوتونيوم "المفاعل" بشكل متكرر. ولكن يجب أن يكون مفهوماً أنه في الذخائر النووية ، فإن تماسكها ووزنها المنخفض ومتانتها وموثوقيتها بعيدة كل البعد عن الموضع الأخير. في هذا الصدد ، يستخدمون حصريًا البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.

ميزات تصميم المفاعلات الصناعية

عمليا تم إنتاج كل البلوتونيوم في روسيا في مفاعلات مجهزة بمُعدّل الجرافيت. كل من المفاعلات مبني حول كتل اسطوانية من الجرافيت.

عند التجميع ، تحتوي كتل الجرافيت على فتحات خاصة بينها لضمان الدوران المستمر لسائل التبريد ، والتييستخدم النيتروجين. في الهيكل المجمع ، توجد أيضًا قنوات موضوعة رأسياً تم إنشاؤها لمرور تبريد المياه والوقود من خلالها. يتم دعم التجميع نفسه بشكل صارم من خلال هيكل به ثقوب تحت القنوات المستخدمة لشحن الوقود المشع بالفعل. بالإضافة إلى ذلك ، تقع كل قناة في أنبوب رفيع الجدران مصبوب من سبيكة ألمنيوم خفيفة الوزن وقوية للغاية. تحتوي معظم القنوات الموصوفة على 70 قضيب وقود. يتدفق ماء التبريد مباشرة حول قضبان الوقود ، ويزيل الحرارة الزائدة منها.

زيادة طاقة انتاج المفاعلات

في البداية ، تم تشغيل أول مفاعل ماياك بطاقة 100 ميجاوات حراري. ومع ذلك ، اقترح رئيس برنامج الأسلحة النووية السوفيتي ، إيغور كورتشاتوف ، أن يعمل المفاعل عند 170-190 ميجاوات في الشتاء و 140-150 ميجاوات في الصيف. سمح هذا النهج للمفاعل بإنتاج ما يقرب من 140 جرامًا من البلوتونيوم الثمين يوميًا.

في عام 1952 ، تم إجراء أعمال بحثية كاملة من أجل زيادة الطاقة الإنتاجية للمفاعلات العاملة بالطرق التالية:

• عن طريق زيادة تدفق المياه المستخدمة للتبريد والتدفق عبر المناطق النشطة للمنشأة النووية.
• عن طريق زيادة المقاومة لظاهرة التآكل التي تحدث بالقرب من بطانة القناة
• تقليل معدل أكسدة الجرافيت.
• رفع درجة الحرارة داخل خلايا الوقود.

نتيجة لذلك ، زاد معدل تدفق المياه بشكل ملحوظ بعد زيادة الفجوة بين الوقود وجدران القناة. كما تمكنا من التخلص من التآكل. للقيام بذلك ، اخترنا سبائك الألومنيوم الأنسب وبدأنا في إضافة ثنائي كرومات الصوديوم بشكل فعال ، مما أدى في النهاية إلى زيادة ليونة مياه التبريد (أصبح الرقم الهيدروجيني حوالي 6.0-6.2). لم تعد أكسدة الجرافيت مشكلة ملحة بعد استخدام النيتروجين لتبريده (في السابق كان يستخدم الهواء فقط).

مع اقتراب الخمسينيات من نهايتها ، تم تطبيق الابتكارات بشكل كامل ، مما أدى إلى الحد من تضخم اليورانيوم غير الضروري للغاية الناجم عن الإشعاع ، والحد بشكل كبير من تصلب قضبان اليورانيوم بالحرارة ، وتحسين مقاومة الكسوة ، وتحسين مراقبة جودة التصنيع.

انتاج في ماياك

"Chelyabinsk-65" هو واحد من تلك المصانع السرية للغاية حيث تم إنشاء البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة. كان هناك عدة مفاعلات في المؤسسة ، سنتعرف على كل منها بشكل أفضل.

مفاعل أ

تم تصميم وبناء الوحدة بتوجيه من الأسطوري N. A. Dollezhal. عملت بقوة 100 ميغاواط. كان للمفاعل 1149 قناة تحكم ووقود مرتبة رأسياً في كتلة من الجرافيت. كانت الكتلة الإجمالية للهيكل حوالي 1050 طنًا. تم تحميل جميع القنوات تقريبًا (باستثناء 25 قناة) باليورانيوم ، وبلغت كتلتها الإجمالية 120-130 طنًا. تم استخدام 17 قناة لقضبان التحكم و 8 قنوات لقضبان التحكمإجراء التجارب. كان الحد الأقصى لإطلاق الحرارة التصميمي لخلية الوقود 3.45 كيلو واط. في البداية ، أنتج المفاعل حوالي 100 جرام من البلوتونيوم يوميًا. تم إنتاج معدن البلوتونيوم لأول مرة في 16 أبريل 1949.

عيوب تكنولوجية

تم التعرف على مشاكل خطيرة للغاية على الفور تقريبًا ، والتي تتكون من تآكل بطانات الألمنيوم وطلاء خلايا الوقود. كما انتفخت قضبان اليورانيوم وتحطمت ، وتسربت مياه التبريد مباشرة إلى قلب المفاعل. بعد كل تسرب ، يجب إيقاف المفاعل لمدة تصل إلى 10 ساعات حتى يجف الجرافيت بالهواء. في يناير 1949 ، تم استبدال خطوط القناة. بعد ذلك تم إطلاق التثبيت في 26 مارس 1949.

البلوتونيوم الذي يستخدم في صنع الأسلحة ، والذي كان إنتاجه في المفاعل A مصحوبًا بجميع أنواع الصعوبات ، تم إنتاجه في الفترة 1950-1954 بمتوسط طاقة وحدة يبلغ 180 ميجاوات. بدأ التشغيل اللاحق للمفاعل مصحوبًا باستخدامه المكثف ، مما أدى بطبيعة الحال إلى عمليات إغلاق أكثر تواترًا (تصل إلى 165 مرة في الشهر). نتيجة لذلك ، في أكتوبر 1963 ، تم إغلاق المفاعل واستأنف تشغيله فقط في ربيع عام 1964. أكمل حملته في عام 1987 وأنتج 4.6 طن من البلوتونيوم طوال فترة سنوات عديدة من العمل.

مفاعلات AB

تقرر بناء ثلاثة مفاعلات AB في مشروع Chelyabinsk-65 في خريف عام 1948. كانت طاقتها الإنتاجية 200-250 جرامًا من البلوتونيوم يوميًا. كان المصمم الرئيسي للمشروع هو A. Savin.كان لكل مفاعل 1996 قناة ، 65 منها كانت قنوات تحكم. تم استخدام حداثة تقنية في التركيبات - تم تجهيز كل قناة بكاشف تسرب سائل تبريد خاص. أتاحت هذه الخطوة تغيير البطانات دون إيقاف تشغيل المفاعل نفسه.

أظهرت السنة الأولى من تشغيل المفاعلات أنها تنتج حوالي 260 جرامًا من البلوتونيوم يوميًا. ومع ذلك ، من السنة الثانية للتشغيل ، تمت زيادة السعة تدريجياً ، وفي عام 1963 كان رقمها 600 ميجاوات. بعد الإصلاح الثاني ، تم حل مشكلة البطانات بالكامل ، وكانت السعة بالفعل 1200 ميجاوات مع إنتاج سنوي من البلوتونيوم يبلغ 270 كيلوجرامًا. بقيت هذه المؤشرات حتى الإغلاق الكامل للمفاعلات

مفاعل AI-IR

استخدمت مؤسسة تشيليابينسك هذا التثبيت من 22 ديسمبر 1951 إلى 25 مايو 1987. بالإضافة إلى اليورانيوم ، أنتج المفاعل أيضًا الكوبالت 60 والبولونيوم 210. في البداية ، أنتج الموقع التريتيوم ، لكنه بدأ لاحقًا في تلقي البلوتونيوم.

أيضًا ، كان مصنع معالجة البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة يعمل مفاعلات الماء الثقيل ومفاعل الماء الخفيف الوحيد (اسمه رسلان).

عملاق سيبيريا

"Tomsk-7" - هذا هو اسم المصنع الذي يضم خمسة مفاعلات لإنتاج البلوتونيوم. استخدمت كل وحدة الجرافيت لإبطاء النيوترونات والمياه العادية لتوفير التبريد المناسب.

عمل مفاعل I-1 مع النظامالتبريد ، والذي يمر فيه الماء مرة واحدة. ومع ذلك ، تم تزويد الوحدات الأربع المتبقية بدوائر أولية مغلقة ومجهزة بمبادلات حرارية. أتاح هذا التصميم إمكانية توليد البخار بشكل إضافي ، والذي ساعد بدوره في إنتاج الكهرباء والتدفئة لمختلف المباني السكنية.

كان لدى "Tomsk-7" أيضًا مفاعل يسمى EI-2 ، والذي بدوره كان له غرض مزدوج: أنتج البلوتونيوم وولد 100 ميغاواط من الكهرباء من البخار المتولد ، بالإضافة إلى 200 ميغاواط من الطاقة الحرارية. الطاقة.

معلومات مهمة

وفقًا للعلماء ، يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة حوالي 24360 عامًا. عدد هائل! في هذا الصدد ، يصبح السؤال حادًا بشكل خاص: "كيف تتعامل بشكل صحيح مع نفايات إنتاج هذا العنصر؟" الخيار الأمثل هو بناء مؤسسات خاصة للمعالجة اللاحقة للبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة. ويفسر ذلك حقيقة أنه في هذه الحالة لم يعد من الممكن استخدام العنصر للأغراض العسكرية وسيتحكم فيه شخص ما. هذه هي الطريقة التي يتم بها التخلص من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة في روسيا ، لكن الولايات المتحدة الأمريكية اتخذت مسارًا مختلفًا ، منتهكة بذلك التزاماتها الدولية.

لذا فإن حكومة الولايات المتحدة تقترح تدمير الوقود النووي عالي التخصيب ليس بطريقة صناعية ولكن عن طريق تخفيف البلوتونيوم وتخزينه في حاويات خاصة على عمق 500 متر. وغني عن القول أنه في هذه الحالة يمكن أن تكون المادة بسهولةانتزاعها من الارض واعادة اطلاقها لاغراض عسكرية. وفقًا للرئيس الروسي فلاديمير بوتين ، وافقت الدول في البداية على تدمير البلوتونيوم ليس بهذه الطريقة ، ولكن على القيام بالتخلص منه في المنشآت الصناعية.

تكلفة البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة تستحق اهتماما خاصا. وفقًا للخبراء ، قد تكلف عشرات الأطنان من هذا العنصر عدة مليارات من الدولارات الأمريكية. وقد قدر بعض الخبراء حتى 500 طن من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة بما يصل إلى 8 تريليون دولار. المبلغ مثير للإعجاب حقا. لتوضيح حجم هذا المبلغ ، دعنا نقول أنه في السنوات العشر الأخيرة من القرن العشرين ، كان متوسط الناتج المحلي الإجمالي السنوي لروسيا 400 مليار دولار. وهذا يعني ، في الواقع ، أن السعر الحقيقي للبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة كان يساوي عشرين من إجمالي الناتج المحلي السنوي للاتحاد الروسي.