Курал-класстагы плутоний: колдонуу, өндүрүү, жок кылуу

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Адамзат ар дайым көптөгөн көйгөйлөрдү чече ала турган жаңы энергия булактарын издөөдө. Бирок, алар дайыма эле коопсуз боло бербейт. Айрыкча, бүгүнкү күндө кеңири колдонулуп жаткан өзөктүк реакторлор ар бир адамга керектүү болгон электр энергиясын өтө чоң көлөмдө иштеп чыгарууга жөндөмдүү болгону менен, дагы эле өлүм коркунучун алып келет. Бирок, ядролук энергияны тынчтык максатта пайдалануудан тышкары, биздин планетанын кээ бир елкелеру аны аскердик жактан, езгече ядролук дүрмөттөрдү түзүү үчүн колдонууну үйрөнүшкөн. Бул макалада мындай кыйратуучу куралдын негизи талкууланат, анын аты курал-жарак деңгээлиндеги плутоний.

Ыкчам маалымдама

Металлдын бул компакт формасы 239Pu изотопунун кеминде 93,5% камтыйт. Курал-класстагы плутоний аны "реактор бир тууганынан" айырмалоо үчүн ушундай аталды. Негизи, плутоний ар дайым ар кандай өзөктүк реактордо түзүлөт, ал өз кезегинде аз байытылган же табигый уранда иштейт, анын курамында 238U изотопу бар.

Аскердик колдонмолор

Курал-класстагы плутоний 239Pu өзөктүк куралдын негизин түзөт. Ошол эле учурда 240 жана 242 массалуу изотопторду колдонуу эч кандай мааниге ээ эмес, анткени алар абдан чоңнейтрондордун жогорку фону, бул акырында абдан эффективдүү өзөктүк ок-дарыларды түзүү жана долбоорлоону кыйындатат. Мындан тышкары, плутоний изотоптору 240Pu жана 241Pu 239Pu караганда бир топ кыскараак жарым ажыроо мезгилине ээ, ошондуктан плутоний бөлүктөрү абдан ысып кетет. Дал ушуга байланыштуу инженерлер ашыкча жылуулукту жок кылуу үчүн өзөктүк куралга кошумча элементтерди кошууга аргасыз болушат. Айтмакчы, таза 239Пу адамдын денесине караганда жылуураак. Ошондой эле оор изотоптордун ажыроо продуктылары металл кристалл торлорун зыяндуу өзгөрүүлөргө дуушар кылып, плутоний бөлүкчөлөрүнүн конфигурациясын табигый түрдө өзгөртүп, акырында толук иштебей калышы мүмкүн экенин эске албай коюуга болбойт. ядролук жардыргыч түзүлүш.

Жалпысынан алганда, бул кыйынчылыктардын баарын жеңсе болот. Ал эми иш жүзүндө, "реактор" плутоний негизинде жардыргыч түзүлүштөр буга чейин бир нече жолу сыналган. Бирок өзөктүк куралда алардын компакттуулугу, өз салмагынын аздыгы, туруктуулугу жана ишенимдүүлүгү акыркы позициядан алыс экенин түшүнүү керек. Буга байланыштуу алар курал-жаракка тиешелүү плутонийди гана колдонушат.

Өнөр жай реакторлорунун дизайн өзгөчөлүктөрү

Иш жүзүндө Россияда плутонийдин баары графит модератору менен жабдылган реакторлордо өндүрүлгөн. Реакторлордун ар бири цилиндрдик графит блоктордун айланасында курулган.

Графит блоктору чогултулганда алардын ортосунда муздатуучу заттын үзгүлтүксүз айлануусун камсыз кылуу үчүн атайын оюктар болот.азот колдонулат. Чогулган структурада суу муздатуу жана алар аркылуу күйүүчү май өтүү үчүн түзүлгөн вертикалдуу жайгашкан каналдар да бар. Жыйындын өзү буга чейин нурланган күйүүчү майды ташып жеткирүү үчүн колдонулган каналдардын астындагы тешиктери бар түзүлүш менен бекем бекемделген. Мындан тышкары, каналдардын ар бири жеңил жана өтө күчтүү алюминий эритмесинен куюлган жука дубалдуу түтүктө жайгашкан. Сүрөттөлгөн каналдардын көпчүлүгүндө 70 күйүүчү май бар. Муздатуу суусу күйүүчү май таякчаларынын айланасына түз агып, ашыкча жылуулукту алып салат.

Өндүрүш реакторлорунун кубаттуулугун жогорулатуу

Башында биринчи Маяк реактору 100 жылуулук МВт кубаттуулукта иштеген. Бирок советтик өзөктүк курал программасынын башкы жетекчиси Игорь Курчатов реактор кышында 170-190 МВт, жайында 140-150 МВт иштеши керек деп сунуштады. Бул ыкма реакторго күнүнө дээрлик 140 грамм баалуу плутоний өндүрүүгө мүмкүндүк берди.

1952-жылы иштеп жаткан реакторлордун өндүрүштүк кубаттуулугун төмөндөгү ыкмалар менен жогорулатуу максатында толук кандуу изилдөө иштери жүргүзүлгөн:

• Муздатуу үчүн колдонулган суунун агымын көбөйтүү жана өзөктүк түзүлүштүн активдүү зоналары аркылуу агып.
• Канал лайнеринин жанында пайда болгон коррозия көрүнүшүнө туруктуулукту жогорулатуу менен.
• Графиттин кычкылдануу ылдамдыгын азайтуу.
• Отун клеткаларынын ичиндеги температуранын жогорулашы.

Натыйжада куйуучу май менен каналдын дубалдары-нын ортосундагы боштук ке-бейгенден кийин айлануучу суунун еткеруу кубаты бир кыйла осту. Коррозиядан да кутулдук. Бул үчүн биз эң ылайыктуу алюминий эритмелерин тандап алдык жана натрий бихроматын активдүү кошо баштадык, бул акыры муздаткыч суунун жумшактыгын жогорулатты (рН болжол менен 6,0-6,2 болуп калды). Графиттин кычкылданышы аны муздатуу үчүн азот колдонулгандан кийин актуалдуу көйгөй болбой калган (мурда аба гана колдонулган).

1950-жылдар аяктап баратканда, инновациялар толугу менен ишке ашырылып, радиациядан улам урандын өтө керексиз шарланышын азайтып, уран таякчаларынын ысыкта катууланышын бир топ азайтып, каптоо каршылыгын жакшыртып, өндүрүштүн сапатын көзөмөлдөөнү жакшыртышты.

Маяктагы өндүрүш

"Челябинск-65" - курал-жарак плутонийи жаратылган абдан жашыруун заводдордун бири. Ишканада бир нече реактор бар болчу, биз алардын ар бири менен жакындан таанышабыз.

Реактор A

Агрегат легендарлуу Н. А. Доллежалдын жетекчилиги астында иштелип чыккан жана курулган. Ал 100 МВт кубаттуулукта иштеген. Реактордо графит блогунда 1149 вертикалдуу жайгаштырылган башкаруу жана күйүүчү май каналдары болгон. Конструкциянын жалпы массасы 1050 тоннаны түздү. Дээрлик бардык каналдар (25тен башкасы) уран менен жүктөлгөн, анын жалпы массасы 120-130 тоннаны түзгөн. Башкаруучу таякчалар үчүн 17 канал жана 8 канал колдонулганэксперименттерди жүргүзүү. Отун клеткасынын максималдуу дизайн жылуулук чыгаруу 3,45 кВт болгон. Алгач реактор суткасына 100 граммга жакын плутоний чыгарчу. Плутоний металлы биринчи жолу 1949-жылы 16-апрелде өндүрүлгөн.

Технологиялык кемчиликтер

Алюминий лайнерлердин коррозиясынан жана күйүүчү май клеткасынын каптоосунан турган олуттуу көйгөйлөр дароо аныкталды. Уран таякчалары да шишип, сынып, муздаткыч суу түз эле реактордун өзөгүнө агып кеткен. Ар бир агып кеткенден кийин графитти аба менен кургатуу үчүн реакторду 10 саатка чейин токтотууга туура келди. 1949-жылдын январында каналдын лайнерлери алмаштырылган. Андан кийин орнотууну ишке киргизүү 1949-жылдын 26-мартында болгон.

А реакторунда өндүрүш ар кандай кыйынчылыктар менен коштолгон курал-жарак плутонийи 1950-1954-жылдары орточо кубаттуулугу 180 МВт болгон мезгилде өндүрүлгөн. Реактордун кийинки иштеши аны интенсивдүү пайдалануу менен коштоло баштады, бул табигый түрдө тез-тез өчүрүүлөргө алып келди (айына 165 жолуга чейин). Натыйжада 1963-жылдын октябрында реактор токтоп, 1964-жылдын жазында гана ишин уланткан. Ал 1987-жылы езунун кампаниясын аяктап, коп жылдык иштнн буткул мезгилинин ичинде 4,6 тонна плутоний чыгарды.

AB реакторлору

Челябинск-65 ишканасында 1948-жылдын кузундо уч АВ реакторун куруу чечими кабыл алынган. Алардын өндүрүштүк кубаттуулугу суткасына 200-250 грамм плутонийди түзгөн. Долбоордун башкы конструктору Савин А. Ар бир реактордо 1996 канал бар, алардын 65и башкаруу каналдары болгон. Орнотууларда техникалык жаңылык колдонулган - ар бир канал атайын муздаткыч агып чыгуучу детектор менен жабдылган. Мындай кадам реактордун ишин токтотпостон лайнерлерди алмаштырууга мүмкүндүк берди.

Реакторлор иштей баштаган биринчи жылы алар суткасына 260 граммга жакын плутоний өндүргөнүн көрсөттү. Бирок, эксплуатациялоонун экинчи жылынан баштап кубаттуулук акырындык менен көбөйүп, 1963-жылы анын көрсөткүчү 600 МВт болгон. Экинчи капиталдык оңдоодон кийин лайнерлердин маселеси толугу менен чечилип, кубаттуулугу 1200 МВт болгон, плутонийдин жылдык өндүрүшү 270 килограммды түзгөн. Бул көрсөткүчтөр реакторлор толук жабылганга чейин сакталды.

AI-IR реактору

Челябинскидеги ишкана бул установканы 1951-жылдын 22-декабрынан 1987-жылдын 25-майына чейин пайдаланган. Реактордо урандан тышкары кобальт-60 жана полоний-210 да өндүрүлгөн. Башында бул жерде тритий өндүрүлгөн, бирок кийинчерээк плутоний ала баштаган.

Ошондой эле, куралдуу плутонийди кайра иштетүүчү заводдо оор суу реакторлору жана жалгыз жеңил суу реактору (анын аты Руслан) иштеп турган.

Сибирь гиганты

«Томск-7» - плутонийди чыгаруучу беш реактор жайгашкан заводдун аты ушундай. Бирдиктердин ар бири нейтрондорду жайлатуу үчүн графитти жана туура муздатуу үчүн кадимки сууну колдонушкан.

I-1 реактору система менен иштегенмуздатуу, анда суу бир жолу өткөн. Бирок, калган төрт агрегат жылуулук алмаштыргычтар менен жабдылган жабык баштапкы схемалар менен камсыз болгон. Бул долбоор кошумча буу чыгарууга мүмкүндүк берди, ал өз кезегинде электр энергиясын өндүрүүгө жана ар кандай турак жайларды жылытууга жардам берди.

«Томск-7де» ошондой эле EI-2 деп аталган реактору болгон, ал өз кезегинде эки максатты көздөгөн: ал плутонийди өндүргөн жана өндүрүлгөн буудан 100 МВт электр энергиясын, ошондой эле 200 МВт жылуулук энергиясын өндүргөн. энергия.

Маанилүү маалымат

Окумуштуулардын айтымында, курал-жарак плутонийинин жарым ажыроо мезгили болжол менен 24360 жыл. Эбегейсиз сан! Ушуга байланыштуу, суроо өзгөчө курч болуп калат: "Бул элементтин өндүрүш калдыктары менен кантип туура күрөшүү керек?" Эң оптималдуу вариант - курал-жарак деңгээлиндеги плутонийди кайра иштетүү үчүн атайын ишканаларды куруу. Бул бул учурда элемент мындан ары аскердик максаттарда колдонулушу мүмкүн эмес жана бир адам тарабынан көзөмөлдөнүп тургандыгы менен түшүндүрүлөт. Россияда куралга жарактуу плутоний ушинтип жок кылынат, бирок Америка Кошмо Штаттары башка жолго түшүп, эл аралык милдеттенмелерин бузган.

Ошентип, АКШ өкмөтү өтө байытылган өзөктүк отунду өнөр жайлык жол менен эмес, плутонийди суюлтуу жана 500 метр тереңдикте атайын контейнерлерде сактоо жолу менен жок кылууну сунуштоодо. Бул учурда материал жонокой болушу мүмкүн экендиги айтпаса да түшүнүктүүаны жерден чыгарып, согуштук максатта кайра ишке киргизет. Орус президенти Владимир Путиндин айтымында, алгач өлкөлөр плутонийди бул ыкма менен жок кылууну эмес, өнөр жай объектилерине утилизациялоону макулдашышкан.

Курал-плутонийдин баасы өзгөчө көңүл бурууга татыктуу. Эксперттердин айтымында, бул элементтин ондогон тоннасы бир нече миллиард долларга кымбатташы мүмкүн. Ал эми кээ бир эксперттер атүгүл 500 тонна курал-жарак плутонийин 8 триллион долларга чейин баалашкан. Бул сумма чынында эле таасирдүү. Бул канча акча экенин айкындоо үчүн, 20-кылымдын акыркы он жылында Россиянын орточо жылдык ИДПсы 400 миллиард долларды түздү дейли. Башкача айтканда, курал-жарак плутонийинин реалдуу баасы Россия Федерациясынын жыйырма жылдык ИДПсына барабар болгон.