Зэвсэг плутони: хэрэглээ, үйлдвэрлэл, хаягдал

Хүн төрөлхтөн олон асуудлыг шийдэж чадах шинэ эрчим хүчний эх үүсвэрийг хайж байдаг. Гэхдээ энэ нь үргэлж аюулгүй байдаггүй. Ялангуяа атомын реакторууд өнөөдөр өргөнөөр хэрэглэгддэг, гэхдээ ийм их хэмжээний энерги үйлдвэрлэх чадвартай хүн бүрийг үхэлд хүргэх аюултай. Гэвч цөмийн эрчим хүчийг энх тайвны зорилгоор ашиглахаас гадна манай гаригийн зарим улс цэрэгт, тухайлбал, цөмийн цэнэгийг бий болгоход сурч мэдсэн. Энэ өгүүлэлд бид ийм зэвсэглэсэн зэвсгийн үндэслэлийг, зэвсгийн агуулгатай плутонум гэж нэрлэдэг.

Товч мэдээлэл

Энэ комплекс метал нь изотоп 239Pu-ийн хамгийн багадаа 93,5% агуулдаг. Зэвсгийн плутони нь "реакторын хамтрагч" -аас ялгагдахаар нэрлэгдсэн. Зарчмын хувьд, плутониум үргэлж цөмийн реактор дээр байнга үүсдэг бөгөөд энэ нь эргээд ихэнхдээ 238U изотоп агуулсан бага агуулгатай буюу байгалийн уран агуулсан байдаг.

Цэргийн хэрэглээ

Зэвсэг-плутоний 239 Пу бол цөмийн зэвсгийн үндэс юм. Энэ тохиолдолд 240 ба 242 масстай изотопуудыг ашиглах нь нейтроныг маш өндөр түвшинд байлгадаг тул эцэстээ маш үр дүнтэй цөмийн зэвсэг зохиох, боловсруулахад хэцүү болгодог. Үүнээс гадна плутони изотопууд нь 240Pu ба 241Pu нь 239Pu - ээс харьцангуй богино хагастай байдаг тул плутонийн хэсгүүд маш халуун байдаг. Үүнтэй холбогдуулан цөмийн зэвсгийн инженерүүдэд илүүдэл халааг авахад элемент нэмэх нэмэлт хүч шаардагдана. Үүний зэрэгцээ 239Pu цэвэр хэлбэрээр нь хүний биеэс илүү дулаан байдаг. Хүнд изотопын задралын бүтээгдэхүүн нь металлын болор сүлжээ дэх хортой өөрчлөлтийг бий болгодог гэдгийг бид үл тоомсорлож болох бөгөөд энэ нь эцэст нь цөмийн тэсрэх төхөөрөмжийг бүрэн сүйрүүлэхэд хүргэдэг плутоний хэсгүүдийн тохиргоог өөрчилдөг.

Дээрх бүх бэрхшээлийг даван туулж чадна. Практикт хэд хэдэн удаа "реакторын" плутониум дээр тулгуурласан тэсрэх төхөөрөмжийг туршиж үзсэн байна. Гэхдээ цөмийн зэвсгийн хувьд тэдний нягтрал, жижиг масс, бат бөх, найдвартай байдал нь эцсийнх биш гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Үүнтэй холбоотойгоор зөвхөн зэвсэг-зэрэглэлийн плутонум ашигладаг.

Үйлдвэрлэлийн реакторуудын дизайны онцлог

Бараг бүх Оросын плутониум нь бал чулууны галд тэсвэртэй тоноглогдсон реакторуудад үйлдвэрлэгдсэн. Реактив бүр нь цилиндр хэлбэртэй угсарсан блокийн балжинд баригдсан байдаг.

Угсармал хэлбэрээр бал чулууны блокууд нь хоорондоо тусгайлан ялгаатай байдаг ба хөргөгчийн байнгын эргэлтийг хангахын тулд азотыг ашигладаг. Угсарсан бүтэц нь ус хөргөх, түлшээр дамжин өнгөрөх босоо чиглэлийн сувгийг бий болгодог. Энэхүү угсралт нь өөрөө шатсан түлшийг тээвэрлэх сувгуудын дагуу цоорхойтой байгууламж дээр хатуу байрладаг. Бүх сувгууд нь хөнгөн цагаан, хөнгөн цагаан хайлшаар хийгдсэн нимгэн ханатай хоолойтой. Тодруулбал, ихэнх суваг 70 түлшний сав байдаг. Түлшний савыг тойрч хөргөх ус нь тэдгээрийн илүүдэл дулааныг зайлуулах.

Үйлдвэрлэлийн реакторуудын хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх

Эхлээд "Маяак" реактор нь 100 дулааны MW чадалтай. Гэвч ЗХУ-ын цөмийн зэвсгийн хөгжлийн хөтөлбөрийн тэргүүн Игорь Курчатов реактор өвлийн улиралд 170-190 МВт, зун нь 140-150 МВт ажиллах ёстой гэж санал болгосон. Энэ арга нь реакторыг өдөрт 140 орчим грамм плутониум үйлдвэрлэх боломжийг олгожээ.

1952 онд ийм аргаар реакторуудын үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх зорилгоор шинжлэх ухааны бүхий л судалгаа хийгдсэн:

• Цөмийн суурилуулалтын идэвхитэй бүсэд хөргөх, хөргөхөд ашигладаг усны урсгалыг нэмэгдүүлэх замаар.
• Давхаргын сувгийн ойролцоо үүсэх зэврэлтийг эсэргүүцэх чадварыг нэмэгдүүлэх замаар нэмэгдүүлэх.
• Графитын исэлдэлтийг багасгах.
• Түлшний эс доторх температурыг нэмэгдүүлэх.

Үүний үр дүнд эргэлтийн усны дамжуулалт түлшний болон сувгийн хананы хоорондох зай нэмэгдсэний дараа мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн байна. Зэврэлт нь мөн салж чадсан юм. Энэ зорилгоор хамгийн тохиромжтой хөнгөн цагааны хайлшийг сонгосон бөгөөд натрийн дихроматыг идэвхижүүлсэн бөгөөд энэ нь хөргөлтийн усны зөөлөн байдлыг нэмэгдүүлсэн (рН 6.0-6.2 орчим байсан). Графитын исэлдэлт азотыг хөргөлтөнд хэрэглэсний дараа бодит асуудал болох нь (өмнө нь зөвхөн агаар хэрэглэсэн).

1950-иад оны сїїлчээр практикт инновацийг бїрэн дїїрэн хэрэгжїїлсэн нь цацрагийн уршиггїй ураны инфляцийг багасгах боломжийг олгож, ураны модны дулааны хатууралтыг ихээхэн хэмжээгээр бууруулж, бїтээгдэхїїний чанарын хяналтыг сайжруулж, нєхєн сэргээх чадварыг сайжруулав.

Mayak-д үйлдвэрлэх

"Челябинск-65" нь зэвсгийн агуулгатай плутони үүсгэсэн нууц үйлдвэрүүдийн нэг юм. Ургамал нь хэд хэдэн реактортой байсан бөгөөд тэдгээр нь тус бүрийг бид бие биенээсээ мэдэх болно.

Reactor A

Угсралтыг домогт NA Dollezhal удирдамжийн дагуу боловсруулсан бөгөөд бүтээсэн. 100 МВт хүчин чадалтай ажилласан. Реакторын босоо удирдлагатай 1149 балжинд түлшний суваг байрлуулсан байна. Бүтээцийн нийт жин нь 1050 орчим тонн байв. Бараг бүх сувгууд (25-аас бусад) урантай ачиж, нийт масс нь 120-130 тонн байв. Хяналтын саваа дээр 17 суваг, туршилтанд 8 байна. Түлшний үүрний төлөвлөсөн дулаан ялгаруулалтын дээд үзүүлэлт нь 3.45 кВт. Эхлээд реактор өдөрт 100 грамм плутонийг үйлдвэрлэж байсан. Металл плутонум анх удаа 1949 оны 4-р сарын 16-нд үйлдвэрлэсэн.

Технологийн дутагдал

Бараг л нэн даруй, хөнгөн цагааны давхарга болон түлшний эсийн бүрхүүлд зэврэлтэнд орсон ноцтой асуудлууд илрэв. Мөн ураны саваа нь нурж, гэмтэж, хөргөлтийн ус реакторын цөмд шууд урсдаг. Гоожиж буй хэсгийг буцалгасны дараа бал чулууг агаарт хатаахын тулд реакторыг 10 цаг хүртэл зогсооно. 1949 оны 1-р сард сувилагчийг сувгаар сольсон. Үүний дараа 1949 оны 3-р сарын 26-нд угсралтыг ашиглалтанд оруулав.

1950-1954 оны хооронд 180 МВт-ын хүчин чадал бүхий хүчин чадал бүхий реактор А-д үйлдвэрлэсэн зэвсгийн зэрэгтэй плутони юм. Реактикийн дараагийн үйл ажиллагаа нь түүнийг илүү эрчимтэй хэрэглэж эхэлсэн бөгөөд энэ нь илүү олон удаа зогсоход хүргэсэн (сард 165 хүртэл). Үүний үр дүнд 1963 оны 10-р сард реакторыг зогсоож 1964 оны хавар л ажилдаа эргэн оржээ. Түүний кампанит ажил нь 1987 онд дууссан бөгөөд олон жилийн туршид нийтдээ 4.6 тонн плутони үйлдвэрлэжээ.

Reactors AB

Челябинск-65 үйлдвэрт AB 19 роботыг 1948 оны намар барихаар шийджээ. Тэдний үйлдвэрлэх хүчин чадал нь өдөрт 200-250 грамм плутони байсан. Төслийн гол зохион бүтээгч нь А.Савин байв. Реактив тус бүр 1996 оны сувгаар тоологдсон ба 65 нь хяналтанд орсон байна. Суурилуулалтад техникийн шинэлэг зүйл хэрэглэгдэж байсан - суваг тус бүр хөргөх шингэн алдагдах тусгай детектороор тоноглогдсон байв. Энэ хөдөлгөөн нь реакторыг өөрөө зогсоогоод зогсохгүй аргуудыг өөрчлөх боломжтой болсон.

Реакторуудын үйл ажиллагааны эхний жил өдөрт 260 грамм плутонийг үйлдвэрлэжээ. Гэсэн хэдий ч үйл ажиллагааны хоёр дахь жилээс хойш хүчин чадал нь аажмаар нэмэгдсэн бөгөөд 1963 онд 600 МВт байсан байна. Хоёр дахь засварыг хийсний дараа тус компаний асуудлыг шийдэх асуудал бүрэн шийдэгдсэн бөгөөд эрчим хүч нь 1200 мВт байсан бөгөөд жилд 270 кг плутони үйлдвэрлэх хүчин чадалтай болсон байна. Эдгээр шалгуурууд нь реакторууд бүрэн хаалттай болтол хадгалагдана.

AI-IR реактор

Челябинскийн үйлдвэр 1951 оны 12-р сарын 22-наас 1987 оны 5-р сарын 25-ны хооронд энэ байгууламжыг ашиглалтанд оруулсан. Уранаас гадна реактор нь кобальт-60 ба полони-210-ийг үйлдвэрлэв. Эхлээд тритиум байгууламж дээр үйлдвэрлэсэн боловч хожим нь плутониум үйлдвэрлэгдэж байжээ.

Мөн зэвсгийн зэрэгтэй плутонум боловсруулах үйлдвэрт хүнд ус, нэг гэрлийн усны реактор ажиллуулдаг реактор (нэр нь Ruslan) байсан.

Сибирийн аварга

"Томск-7" - энэ нь таван реакторт плутони үүсгэх станцын нэр байсан юм. Груп бүр нь цэвэршүүлэх чанарыг хангахын тулд нейтрон болон энгийн усыг удаашруулдаг.

Реакторын I-1 усанд нэг удаа хөргөх системтэй ажиллаж байв. Гэсэн хэдий ч үлдсэн 4 ширхэг дулаан солилцоо бүхий үндсэн хэлхээнд тоноглогдсон байна. Ийм дизайн нь уурыг улам боловсронгуй болгож, улмаар янз бүрийн амьдрах орчинд цахилгаан, дулааныг үйлдвэрлэхэд тусалсан.

Tomsk-7 нь мөн EI-2 хэмээх реактортой байсан бөгөөд энэ нь хоёр зорилготой байсан бөгөөд үүнд плутони үйлдвэрлэж, 100 МВт цахилгаан үүсгэсэн ба 200 МВт-ын дулааны энерги үүсгэсэн байна.

Чухал мэдээлэл

Эрдэмтдийн баталсан мэдэгдэлд, зэвсэглэсэн ангийн плутонумын хагас задралын хугацаа ойролцоогоор 24 360 жил байдаг. Аварга том тоо! Үүнтэй холбогдуулан уг асуултад "Энэ элементийн үйлдвэрлэлийн хог хаягдлыг яаж зөв аргаар шийдвэрлэх вэ?" Гэсэн асуултын тод томруун байна. Хамгийн оновчтой сонголт бол дараагийн зэвсгийн агууламжтай плутонумыг боловсруулах тусгай үйлдвэр байгуулах явдал юм. Энэ тохиолдолд элементийг цэргийн зориулалтаар ашиглахаа больсон бөгөөд хэн нэгэн хүний хяналтанд байх болно гэдгийг тайлбарлана. Энэ нь зэвсгийн зэрэгтэй плутонумыг ОХУ-д устгах явдал юм. Гэхдээ Америкийн Нэгдсэн Улс өөр өөр замыг авч, олон улсын үүргээ зөрчиж байна.

Тиймээс АНУ-ын засгийн газар үйлдвэрлэлийн аргаар биш өндөр баяжуулсан цөмийн түлшийг устгахыг санал болгож байна. Харин плутонумыг шингэлж 500 метр гүнд тусгай саванд хадгалах юм. Энэ тохиолдолд материалыг ямар ч үед газар дээрээс амархан татаж, цэргийн зориулалтаар дахин нүүлгэж болно гэж хэлээгүй болно. ОХУ-ын ерөнхийлөгч Владимир Путин хэлэхдээ, эхлээд энэ аргаар плутониумыг устгахыг зөвшөөрсөн боловч аж үйлдвэрийн байгууламжид дахин боловсруулалт хийхийг зөвшөөрсөн байна.

Зэвсгийн зэрэгтэй плутонумын үнэ онцгой анхаарал татдаг. Шинжээчдийн үзэж байгаагаар энэ элементийн хэдэн арван тонн нь хэдэн тэрбум долларын өртөгтэй байж болох юм. Зарим шинжээчид 500 тонн зэвсгийн агууламжтай плутониумыг ойролцоогоор 8 их наяд доллараар үнэлжээ. Энэ хэмжээ үнэхээр гайхалтай. Энэ мөнгө хэр их байгааг илүү тодорхой болгохын тулд 20-р зууны сүүлийн арван жилд ОХУ-ын жилийн дундаж ДНБ нь $ 400 тэрбум гэж хэлье. Үнэндээ бол зэвсгийн зэрэгтэй плутонумын бодит үнийг ОХУ-ын хорин жилийн ДНБ-тэй тэнцүү юм.