Kaip gaunamas ginklams tinkamas plutonis? Ginklai plutonis. Sunkieji plutonio izotopai

Jie vadina tai „ginklais“, kad atskirtų nuo „reaktoriaus“. Plutonis susidaro bet kuriame branduoliniame reaktoriuje, veikiančiame naudojant natūralų arba mažai prisodrintą uraną, kuriame daugiausia yra 238 U izotopas, kai jis fiksuoja neutronų perteklių. Tačiau reaktoriui veikiant ginklų klasės plutonio izotopas greitai perdega, todėl reaktoriuje susikaupia daug 240 Pu, 241 Pu ir 242 Pu izotopų, susidarančių nuosekliai gaudant kelis neutronus – nuo ​​degimo. į viršų gylį dažniausiai lemia ekonominiai veiksniai. Kuo mažesnis degimo gylis, tuo mažiau izotopų 240 Pu, 241 Pu ir 242 Pu bus plutonyje, atskirtame nuo apšvitinto branduolinio kuro, tačiau tuo mažiau plutonio susidaro kure.

Reikalinga speciali plutonio gamyba ginklams, kurių sudėtyje yra beveik vien 239 Pu, daugiausia todėl, kad izotopai, kurių masės skaičiai 240 ir 242, sukuria aukštą neutronų foną, dėl kurio sunku sukurti efektyvius branduolinius ginklus, be to, 240 Pu ir 241 Pu turi žymiai trumpesnį. periodo pusinės eliminacijos laikas nei 239 Pu, dėl ko plutonio dalys įkaista, todėl į branduolinio ginklo konstrukciją būtina papildomai įvesti šilumnešio elementus. Be to, sunkiųjų izotopų skilimo produktai pažeidžia metalo kristalinę gardelę, o tai gali lemti plutonio dalių formos pasikeitimą, o tai susiję su branduolinio sprogstamojo įtaiso gedimu.

Iš principo visus šiuos sunkumus galima įveikti, o branduoliniai sprogstamieji įtaisai iš „reaktoriaus“ plutonio buvo sėkmingai išbandyti, tačiau šaudmenyse, kur kompaktiškumas, lengvas svoris, patikimumas ir ilgaamžiškumas vaidina svarbų vaidmenį, tik specialiai pagamintas ginklų klasės plutonis. yra naudojamas. Kritinė metalo 240 Pu ir 242 Pu masė yra labai didelė, 241 Pu yra šiek tiek didesnė nei 239 Pu.

Gamyba

Išmetimas

Nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos JAV ir Rusija rengia susitarimus dėl ginklų klasės plutonio pertekliaus šalinimo.

taip pat žr

Parašykite apžvalgą apie straipsnį „Ginklų klasės plutonis“

Pastabos

Nuorodos

• , Kanados koalicija už branduolinę atsakomybę
• , Amory B. Lovins, 1980 m. vasario 28 d., Gamta, t. 283, Nr. 5750, p. 817-823
• Garvinas Richardas L. Branduolinio kuro ciklas: ar perdirbimas prasmingas? // / B. van der Zwaan. - World Scientific, 1999. - P. 144. - ISBN 978-981-02-4011-0.

Ištrauka, apibūdinanti ginklų klasės plutonį

Jo liga vyko pagal savo fizinę tvarką, tačiau tai, ką Nataša pavadino, atsitiko jam, likus dviem dienoms iki princesės Merės atvykimo. Tai buvo paskutinė moralinė kova tarp gyvybės ir mirties, kurioje mirtis triumfavo. Tai buvo netikėtas supratimas, kad jis vis dar brangina gyvenimą, kuris jam atrodė įsimylėjęs Natašą, ir paskutinis, prislopintas siaubo priepuolis prieš nežinią.
Tai buvo vakare. Jis, kaip įprasta po vakarienės, buvo šiek tiek karščiuojantis, o jo mintys buvo nepaprastai aiškios. Sonya sėdėjo prie stalo. Jis užmigo. Staiga jį apėmė laimės jausmas.
– Ak, ji įėjo! jis manė.
Išties, Sonijos vietoje sėdėjo ką tik negirdimais žingsniais įėjusi Nataša.
Nuo tada, kai ji jį sekė, jis visada jautė fizinį jos artumo jausmą. Ji sėdėjo ant fotelio, šonu prie jo, užstojo nuo jo žvakės šviesą ir mezgė kojines. (Ji išmoko megzti kojines nuo to laiko, kai princas Andrejus jai pasakė, kad niekas nemoka prižiūrėti ligonių, taip pat senos auklės, kurios mezga kojines, ir kad kojines megzti kažkas ramina.) Jos ploni pirštai greitai sučiupo pirštus. karts nuo karto susidurdavo stipinai, ir jam aiškiai matėsi susimąstęs jos nuleisto veido profilis. Ji padarė judesį – kamuolys riedėjo jai nuo kelių. Ji sudrebėjo, atsigręžė į jį ir, uždengusi žvakę ranka, atsargiu, lanksčiu ir tiksliu judesiu pasilenkė, paėmė kamuolį ir atsisėdo į buvusią padėtį.
Jis pažvelgė į ją nejudėdamas ir pamatė, kad po judesio jai reikia giliai įkvėpti, tačiau ji nedrįso to padaryti ir atsargiai gaudė kvapą.
Trejybės lavroje jie kalbėjo apie praeitį, ir jis pasakė jai, kad jei būtų gyvas, amžinai dėkotų Dievui už žaizdą, kuri jį sugrąžino pas ją; bet nuo to laiko jie niekada nekalbėjo apie ateitį.
„Ar taip gali būti, ar negalėjo būti? Dabar pagalvojo jis, žiūrėdamas į ją ir klausydamasis lengvo plieninio stipinų garso. „Ar tikrai tik tada likimas mane taip keistai suvedė su ja, kad numirčiau? .. Ar gyvenimo tiesa man buvo atskleista tik tam, kad gyvenčiau mele? Myliu ją labiau už viską pasaulyje. Bet ką daryti, jei ją myliu? - pasakė jis ir staiga nevalingai suriko, iš įpročio, kurį įgijo per savo kančias.
Išgirdusi šį garsą, Nataša pasidėjo kojines, pasilenkė arčiau jo ir staiga, pastebėjusi jo švytinčias akis, lengvu žingsniu priėjo prie jo ir pasilenkė.
-Tu nemiegi?
- Ne, aš jau seniai į tave žiūriu; Jaučiau, kai įėjai. Niekam tu nepatinki, bet suteikia man tą švelnią tylą... tą šviesą. Aš tiesiog noriu verkti iš džiaugsmo.
Nataša priėjo arčiau jo. Jos veidas spindėjo ekstazės džiaugsmu.
„Nataša, aš tave per stipriai myliu. Daugiau už viską.
- Ir aš? Ji akimirkai nusisuko. - Kodėl per daug? - Ji pasakė.
- Kodėl per daug?.. Na, ką tu manai, kaip jautiesi prie širdies, prie širdies, ar aš būsiu gyvas? Ką tu manai?
- Esu tikras, esu tikras! - beveik rėkė Nataša, aistringai paimdama jį už abiejų rankų.
Jis stabtelėjo.
- Kaip miela! Ir paėmęs jos ranką, pabučiavo.
Nataša buvo laiminga ir susijaudinusi; ir iš karto ji prisiminė, kad tai neįmanoma, kad jam reikia ramybės.
„Bet tu nemiegojai“, – tramdydama džiaugsmą pasakė ji. "Pabandykite užmigti... prašau."
Jis paleido ją, paspaudęs jai ranką, ji nuėjo prie žvakės ir vėl atsisėdo į ankstesnę padėtį. Du kartus ji atsigręžė į jį, jo akys spindėjo į ją. Ji davė sau pamoką apie kojines ir pasakė sau, kad iki tol nežiūrės atgal, kol nepabaigs.
Išties, netrukus po to jis užsimerkė ir užmigo. Jis neilgai miegojo ir staiga pabudo išpiltas šalto prakaito.
Užmigdamas jis galvojo apie tą patį, apie kurį karts nuo karto pagalvodavo – apie gyvenimą ir mirtį. Ir dar apie mirtį. Jis jautėsi arčiau jos.
"Meilė? Kas yra meilė? jis manė. „Meilė trukdo mirti. Meilė yra gyvenimas. Viską, viską, ką suprantu, suprantu tik todėl, kad myliu. Viskas yra, viskas egzistuoja tik todėl, kad aš myliu. Viskas su ja susijusi. Meilė yra Dievas, o mirti man, dalelei meilės, reiškia sugrįžti į bendrą ir amžiną šaltinį. Šios mintys jam atrodė paguodžiančios. Bet tai buvo tik mintys. Kažko jiems trūko, kažko vienpusiško asmeniško, mentalinio – nebuvo įrodymų. Ir buvo toks pat nerimas ir netikrumas. Jis užmigo.
Jis sapne matė, kad guli tame pačiame kambaryje, kuriame iš tikrųjų gulėjo, tačiau yra ne sužalotas, o sveikas. Prieš princą Andrejų pasirodo daugybė skirtingų asmenų, nereikšmingų, abejingų. Jis kalbasi su jais, ginčijasi dėl kažko nereikalingo. Jie ketina kažkur eiti. Princas Andrejus miglotai prisimena, kad visa tai nereikšminga ir kad jis turi kitų, svarbiausių rūpesčių, tačiau toliau kalba, stebindamas juos tuščiais, šmaikščiais žodžiais. Po truputį, nepastebimai, visi šie veidai pradeda nykti, o viską pakeičia vienas klausimas apie uždarytas duris. Jis atsistoja ir eina prie durų, kad pastumtų sklendę ir užrakintų. Viskas priklauso nuo to, ar jis turi laiko jį užrakinti, ar ne. Eina, skuba, kojos nejuda, ir žino, kad neturės laiko užrakinti durų, bet vis tiek skausmingai įtempia visas jėgas. Ir jį apima kankinanti baimė. Ir ši baimė yra mirties baimė: ji stovi už durų. Bet tuo pat metu, kai jis bejėgiškai nerangiai šliaužia prie durų, tai kažkas baisaus, kita vertus, jau spaudžiasi, įsilaužia į jas. Kažkas nežmoniško – mirtis – veržiasi į duris, ir mes privalome tai išlaikyti. Jis griebia duris, dėdamas paskutines pastangas – nebeįmanoma jų užrakinti – bent jau išlaikyti; bet jo jėgos silpnos, gremėzdiškos ir, spaudžiamos baisybės, durys atsidaro ir vėl užsidaro.
Dar kartą paspaudė iš ten. Paskutinės, antgamtinės pastangos bergždžios, abi pusės atsivėrė tyliai. Ji įėjo, ir tai yra mirtis. Ir princas Andrew mirė.
Tačiau tą pačią akimirką, kai mirė, princas Andrejus prisiminė, kad jis miega, ir tą pačią akimirką mirė, jis, pasistengęs dėl savęs, pabudo.
„Taip, tai buvo mirtis. Aš numiriau – pabudau. Taip, mirtis yra pabudimas! - staiga nušvito jo sieloje, ir prieš dvasinį žvilgsnį pakilo šydas, iki šiol slėpęs nežinomybę. Jis tarsi pajuto anksčiau savyje surištų jėgų išsilaisvinimą ir tą keistą lengvumą, kuris nuo to laiko jo neapleido.
Kai jis pabudo išpiltas šalto prakaito, susimaišė ant sofos, Nataša priėjo prie jo ir paklausė, kas su juo negerai. Jis jai neatsakė ir, jos nesuprasdamas, pažvelgė į ją keistu žvilgsniu.
Taip jam nutiko likus dviem dienoms iki princesės Merės atvykimo. Nuo tos dienos, kaip sakė gydytojas, alinantis karščiavimas įgavo blogą charakterį, tačiau Nataša nesidomėjo tuo, ką pasakė gydytojas: ji matė šiuos baisius, neabejotinus savo moralinius ženklus.
Nuo tos dienos princui Andrejui kartu su pabudimu iš miego prasidėjo ir pabudimas iš gyvenimo. O kalbant apie gyvenimo trukmę, tai jam neatrodė lėčiau nei pabudimas iš miego, palyginti su sapno trukme.

Trumpai prisiminkime SOUP-2000 pasirašymo istoriją iš dviejų skirtingos pusės: 1) konkrečiai apie plutonį ir 2) kartu su START-I ir START-III sutartimis – sutartimi dėl puolamųjų ginklų mažinimo.

Nėra prasmės detaliai analizuoti START-2, bet trumpai tai palieskime. 1993 metais Rusijos prezidentas Jelcinas B.N. ir JAV prezidentas George'as W. Bushas pasirašė START II. Trumpai tariant, pagal jį šalys įsipareigojo atsisakyti balistinių raketų naudojimo su daugybe grįžtančių transporto priemonių. Motyvas aiškus – tai labai pavojinga, tarptautinės įtampos eskalavimo ir pasaulinio konflikto rizika per didelė. Tačiau 1993-ieji Rusijoje buvo per daug neramūs, kad ji galėtų ratifikuoti šią sutartį, kurios likimas pasirodė labai trumpas. RF ginkluotosios pajėgos, o vėliau ir Valstybės Dūma, diskutavo ir darė pakeitimus iki 2002 m., kai JAV vienašališkai pasitraukė iš ABM apribojimo sutarties. Atsakydama į tai, Rusijos vyriausybė tiesiog atsisakė ratifikuoti START-2.

George'as Bushas (JAV) ir Michailas Gorbačiovas (SSRS), nuotr.: gazeta.eot.su

Tačiau START-II pasirašymas ir atsisakymas jį ratifikuoti nepanaikino START-I, kurį dar 1991 m. liepos 31 d. SSRS ir JAV pasirašė Gorbačiovas ir George'as W. Bushas. Pagal šią sutartį SSRS turėjo apsiriboti 6000 branduolinių galvučių, o JAV – 8500. Sutarties įgyvendinimą sutrukdė „maža problema“ – SSRS žlugo. Tačiau 1992 m. gegužės 23 d. buvo pasirašyta Lisabonos sutartis, kurios šalys buvo JAV, Rusija, Baltarusija, Ukraina ir Kazachstanas, pagal kurią paskutinės trys valstybės prisijungė prie START-1. Baltarusija, Ukraina ir Kazachstanas yra valstybės, kurių teritorijoje 1992 metais išliko buvęs bendras SSRS branduolinis arsenalas. Pagal Lisabonos sutartį Baltarusija, Ukraina ir Kazachstanas įsipareigojo arba sunaikinti branduolinius ginklus, kurie atsidūrė jų teritorijoje, arba perduoti juos Rusijai. 2001 m. gruodžio 6 d. Rusija ir JAV paskelbė, kad visiškai įvykdė įsipareigojimus pagal START-1.

Ką branduolinių galvučių mažinimas reiškė mūsų ir Amerikos branduoliniams projektams? Dalis per Šaltąjį karą sukauptų ginklų urano ir plutonio atsargų pasirodė tiesiog „perteklinės“ abiejų valstybių gynybos programoms. Tai tapo susitarimo pagrindu, o vėliau – 1993-1994 metų HEU-LEU sutartimi ir SOUP rengimo pradžia. Su plutoniu problema techniškai daug sudėtingesnė nei su uranu: 1992 m. niekas nesuprato, kaip atsikratyti pavojingos radioaktyvios medžiagos, kurios pusinės eliminacijos laikas yra 24 000 metų. Pirmasis žingsnis buvo akivaizdus: Rusija ir JAV įsipareigojo uždaryti ir panaikinti visus branduolinius reaktorius, gaminančius ginklams tinkamo plutonį.

"Mes dar nelabai suprantame, kaip sunaikinti, bet tikrai nekursime naujų atsargų".

Tais pačiais metais Prancūzija pradėjo kurti pirmąją MOX kuro gamybos patirtį, tačiau šioje šalyje naudojama technologija plutonį naudojo tik ir išimtinai iš panaudoto branduolinio kuro (panaudoto branduolinio kuro). Buvo visiškai nesuprantama, kaip panaudoti ginklams skirtą plutonį tam pačiam tikslui, tačiau jau tada pirmaujantys ekspertai suprato, kad būtent ginklų klasės plutonio perdirbimas į MOX kurą ir vėlesnis jo „deginimas“ atominių elektrinių reaktoriuose buvo didžiausias dalykas. patikimas būdas jį išmesti. 1996 m. spalį kelių šalių ekspertai susitiko Paryžiuje, kur ginklams tinkamo plutonio perdirbimas į MOX kurą buvo pripažintas kaip pageidaujama disponavimo schema, o vadinamoji „imobilizacija“ – kaip papildoma galimybė.

Imobilizacija, trumpai tariant - technologinė technika, kai plutonis įtraukiamas į chemiškai stabilaus junginio sudėtį su kai kuriais kitais cheminiais elementais, gautas "mišinys" su neutronų moderatoriais (siekiant apsidrausti nuo dalijimosi grandininės reakcijos) dedamas į kapsulę. pagamintas iš specialaus stiklo tipo, kapsulė dedama į plieninį indą, plieninė talpa "palaidota" giliuose geologiniuose dariniuose. Pasaka apie Koščejevo adatą nauju būdu, sukelianti sveiką skepticizmą. Cheminis junginys ir sukuriamas, ir sunaikinamas, tam nereikia kardo kaupiklio. Amžinas saugojimas giluminėse geologinėse struktūrose yra teoriškai nepaprastas, praktiškai niekada neįgyvendintas reikalas ir kalbama ne tik apie kažkokias radioaktyviąsias medžiagas, o apie svarbiausią atominio ir termobranduolinio ginklo komponentą.

Nuo 1998 metų galioja Rusijos ir Amerikos tarpvyriausybinis susitarimas dėl mokslinio ir techninio bendradarbiavimo iš karinių programų pašalinto plutonio tvarkymo srityje, ekspertai pradėjo rengti visus 2000 m. susitarimo punktus. Iš pradžių buvo planuota pradėti perdirbti ne vėliau kaip 2007 m.: po 34 tonas kiekvienai pusei ne mažiau kaip 2 tonos per metus. Tačiau technologija nenorėjo greitai ir lengvai pasiduoti – todėl 2006 ir 2010 metais buvo sudaryti papildomi protokolai, iš kurių paskutinis turėjo pradėti realų ginklams tinkamo plutonio naikinimą 2018 metais. Kartu kaip vienintelė galima technologija buvo pasirinktas pagrindinis variantas: MOX kuras – atominės elektrinės reaktorius. Bet koks pakeitimas galimas tik gavus raštišką abiejų šalių sutikimą – akivaizdu, kad tokiu būdu Rusija jau apsidrausdavo nuo JAV bandymų panaudoti imobilizaciją.

Belojarsko AE energetinis blokas Nr. 4 su greitųjų neutronų reaktoriumi BN-800, Foto: sdelanounas.ru

Draudimas Rusijai ir „Rosatom“ buvo visiškai logiškas, pirmiausia dėl techninių priežasčių. Nei mūsų įprastos atominės elektrinės, nei greitųjų neutronų reaktorius BN-600 dar nenaudojo MOX kuro, o pereiti prie jo – ne pats pigiausias malonumas, reikalaujantis rimtų investicijų. Tačiau nepaisant to, Rusija nuosekliai ir tiksliai vykdė savo įsipareigojimus: pastatė BN-800 reaktorių, sukūrė ginklams skirto plutonio perdirbimo į MOX kurą technologiją, kruopščiai užbaigdama šią plėtrą, pastatydama unikalią gamyklą Železnogorske. Tai vienintelė gamykla pasaulyje, galinti paversti plutonį iš panaudoto branduolinio kuro ir ginklams skirto plutonio į MOX kurą. Ir vėl akivaizdu, kad ir čia „Rosatom“ žaidė saugiai: neperdirbsime ginklų pagal susitarimą su JAV – naudosime panaudotą branduolinį kurą, skatindami praktinis įgyvendinimas uždaro branduolinio kuro ciklo technologijos. Jei to nepadarysime, potencialiai galime gauti „negyvą“ gamyklą, valstybės investicijas įkastas į betoną.

Jungtinės Valstijos, turinčios technologiją „ginklo klasės plutonis – MOX kuras – atominės elektrinės reaktorius“, negalėjo susidoroti su žodžiu „absoliučiai“. Nėra nei technologijos, nei, be to, gamyklos MOX kuro gamybai. Nėra nei vieno pramoninio greitųjų neutronų reaktoriaus. Nė viena TATENA licencija naudoti MOX kurą įprastuose reaktoriuose nebuvo gauta. Tuo pačiu, pagal 2010 m. SOUP protokolą, primenu, kad praktinis plutonio naikinimas turėjo prasidėti 2018 m. – tai yra, amerikiečiams sandėlyje liko ne daugiau nei pusantrų metų. Ir net jei Rusija į visa tai užmerktų akis ir sutiktų su pagarsėjusia imobilizacija, amerikiečiai negalėtų to įgyvendinti tokiu laikotarpiu: na, jie neturi nei vienos saugyklos giliame geologiniame darinyje! Jukos kalno projektas įšaldytas, paliktas be finansavimo, nei madam Clinton, nei D. Trumpas neturi jokios konkrečios pozicijos dėl šio projekto. Radioaktyviųjų atliekų priėmimas WIPP saugykloje, kaip buvo sustabdytas po gaisro 2014 metais, iki šiol nebuvo atnaujintas „dėl techninių priežasčių“. Kur „imobilizuoti“, atleiskite?

Vladimiras Putinas (Rusija), Nuotrauka: http://politikus.ru/

Atsižvelgiant į visa tai, kas pasakyta, atrodo, kad šiandienos teisę vadinti savotišku „ultimatumu“ iš mūsų pusės nėra nė menkiausios prasmės. Mūsų nuomone, Vladimiras Vladimirovičius apskritai išgelbėjo JAV įvaizdį nuo neišvengiamos gėdos: jei ne jo iniciatyva sustabdyti SOUP, naujasis Amerikos prezidentas tiesiog turėtų pripažinti, kad jo valstybė nepajėgi vykdyti savo įsipareigojimus dėl savo technologinio nenuoseklumo. Tačiau Rusija taip pat neketina atleisti šiems beviltiškiems vaikinams – sąlygos, kuriomis Rusija yra pasirengusi atnaujinti SOUP veiklą, reikalauja visiškai pakeisti visą užsienio politika JAV. „Nieko asmeniško, tik verslas“ – jei ponai amerikiečiai staiga pamiršo savo sugalvotą patarlę, tai prisimindavo. Sunku? Neabejotinai.

Bet nei Putinas asmeniškai, nei konkrečiai Rosatom, nei Rusija apskritai nėra kalti dėl to, kad dabartinės Amerikos branduolinės energetikos mokslininkų kartos rankos auga iš... mmm... ne iš pečių, apskritai. Tai, kad Bušas jaunesnysis dėl „Rusijos agresijos Pietų Osetijoje ir Abchazijoje“ atsisakė pateikti JAV Kongresui svarstyti susitarimą dėl bendradarbiavimo branduolinėje pramonėje su Rusija, taip pat nėra mūsų galvos skausmas. Amerikiečiai turėjo galimybę perimti sėkmingą patirtį įvairiose atominio projekto srityse – jos atsisakė. Patys jie sugebėjo išleisti tik 7,7 milijardo dolerių ginklų klasės plutonio perdirbimo į MOX kurą technologijos kūrimui, o rezultatas buvo nulinis.

Koks gali ištikti ginklų klasės plutonio, kuris nereikalingas gynybos programoms, likimas, šiandien galima tik spėlioti. Rusija neketina jo vienašališkai naikinti, sukurta technologija, įdiegta Železnogorsko elektrinei, leidžia spręsti panaudoto branduolinio kuro ir uždaro kuro ciklo problemas – čia nieko nepraradome. Tačiau SOUP-2000 sustabdymas yra rimčiausi argumentai labiausiai nerimą keliantiems jausmams, kurstydami naujojo Šaltojo karo šmėklą. Kalbame apie START III, kurį Rusija ir JAV pasirašė 2010 m. kovo 10 d., o ratifikavo 2011 m.

Barackas Obama (JAV) ir Dmitrijus Medvedevas (Rusija), Nuotrauka: Defense.ru

Šioje sutartyje numatyti nauji branduolinių kovinių galvučių skaičiaus apribojimai, tačiau verta atsiminti, kad ją ratifikavus Valstybės Dūma taip pat buvo priimtas deputatų pareiškimas, kuriame nurodyta, kad reikia stebėti Amerikos priešraketinės gynybos sistemos statybą Europoje, taip pat būtinybę iš žemyno ištraukti JAV taktinius branduolinius ginklus. Šie pareiškimai buvo atsakas į rezoliuciją, kurią JAV Senatas priėmė ratifikuodamas START III:

„Naujoji sutartis nenustato apribojimų kurti priešraketinės gynybos sistemą“.

Akivaizdu, kad abi pusės užsitikrino galimybę pasitraukti iš START III („Ar norite apriboti mūsų priešraketinę gynybą? Mes traukiamės iš START!“ prieš „Ar norite toliau dislokuoti priešraketinę gynybą? Mes traukiamės iš START! “), o likusios nesunaikintos 34 tonos plutonio toks išeiga yra gana „grėsminga“. Primename, kad kariniai ekspertai mūsų laikais tam tikrai „sąlyginei“ kovinei galvutei laiko būtinu tik 25 kg ginkluoto plutonio. Skaičiuoklė parodys, kiek naujų branduolinių ginklų galėtų virsti START III atmetimas: teoriškai tai leidžia sukurti 1360 naujų kovinių galvučių tiek Rusijai, tiek JAV.

Tarpžemyninė balistinė raketa Topol-M, Nuotrauka: 3mv.ru

Tačiau atsižvelkime į dar vieną techninę detalę. Atominės bombos sudėtis, be ginklams skirto plutonio, taip pat apima ginklams skirtą uraną. Ginklui tinkamas uranas taip pat yra termobranduolinės bombos komponentas. Jei kas nors pamiršo, uranas laikomas ginklo klasės, kuriame urano-235 izotopo kiekis yra 90%. Abipusiu susitarimu ginkluoto urano gamyba buvo sustabdyta abiejose vandenyno pusėse, tačiau mes statome hipotezę, pagrįstą tuo, kad naujas įtampos didėjimo etapas bus labai įtemptas, tiesa? JAV įmonių, potencialiai galinčių gaminti ginklams skirtą uraną, skaičius yra lygus nuliui (už tai, žinoma, ypatingas „ačiū“ naujojo kandidato į JAV prezidentus vyrui, sėkmingai privatizavusiam Amerikos sodrinimo kompaniją). Rusijoje tokių įmonių yra keturios. Atsižvelgdami į tai, pagaliau išverskime naujojo įstatymo tekstą į suprantamą kalbą. Taip, tai tik mūsų „savarankiškas“ vertimo variantas, bet kritikai turės pradėti nuo logikos skylių paieškos. Ir mums, kaip įprasta, bus malonu išgirsti konstruktyvią kritiką. Mūsų nuomone, „vertimas“ atrodo maždaug taip.

„Džentelmenai Amerikos partneriai! Jūs negalite išmesti plutonio, nes tiesiog nesate apmokytas, nes nuvarėte savo branduolinę pramonę į kanalizaciją. Pamirškime šią SRIUBĄ, tegul „papildomas“ ginklų klasės plutonis lieka strateginiu rezervu jums ir mums. Tačiau tuo pat metu nei jūs, nei mes nepamiršime, kad jūs tiesiog negalite pagaminti ginklams tinkamo urano: jūs pats negalėjote susidoroti su centrifugomis, o Branduolinio ginklo neplatinimo sutartis neleis jums pirkti technologijų pusė. Ir net užsidėję jį kartu su įrenginiu prarasite 5–10 metų: kol statysite gamyklas ir įvaldysite naują technologiją už jus, turėsime laiko sukurti naujas kovines galvutes ir panaudoti jas kovinei prievolei. . Pripažinkime: jūs, ponai, partneriai, jokiomis aplinkybėmis negalite laimėti branduolinio ginklavimosi lenktynių prieš mus. Todėl paskutinį kartą siūlome: gyvenkime taikiai, kiekvienas užsiimdami savo reikalais. Kas yra „sirūpink savo reikalu“, jūs negalite suprasti? Jokių problemų, mes išvardijame“ – o toliau tekste pateikiamos sąlygos Rusijai grįžti prie SOUP-2000 akcijos.

Galbūt verta dar kartą pabrėžti, kad beviltiškas JAV atsilikimas atominiame projekte nėra kažkokių Rusijos intrigų ar intrigų rezultatas. Putinas nebėgo su Kirijenka juodais pistoletais, nerašė anoniminių laiškų, visi buvo „Sama-sama-sama“. Amerikiečiai neatsiliko – tiesiog įspaudė stabdžius, nusiramino po pergalės Šaltajame kare, po SSRS žlugimo. Ir Rusija, jos „Rosatom“, žygiavo toliau ir toliau.

Plutonis
atominis skaičius	94
Išvaizda paprasta medžiaga
Atomo savybės
Atominė masė (molinė masė)	244.0642 a. e.m. (/mol)
Atomo spindulys	151 val
Jonizacijos energija (pirmasis elektronas)	491,9 (5,10) kJ/mol (eV)
Elektroninė konfigūracija	5f 6 7s 2
Cheminės savybės
kovalentinis spindulys	n/a pm
Jonų spindulys	(+4e) 93 (+3e) 108 val
Elektronegatyvumas (pagal Paulingą)	1,28
Elektrodo potencialas	Pu←Pu 4+ -1,25V Pu←Pu 3+ -2,0V Pu ← Pu 2+ -1,2V
Oksidacijos būsenos	6, 5, 4, 3
Paprastos medžiagos termodinaminės savybės
Tankis	19,84 / cm³
Molinė šiluminė talpa	32,77 J / ( mol)
Šilumos laidumas	(6,7) W / ( )
Lydymosi temperatūra	914
Lydymosi karštis	2,8 kJ/mol
Virimo temperatūra	3505
Garavimo šiluma	343,5 kJ / mol
Molinis tūris	12,12 cm³/mol
Paprastos medžiagos kristalinė gardelė
Grotelių struktūra	monoklinika
Grotelių parametrai	a = 6,183 b = 4,822 c = 10,963 β = 101,8
c/a santykis	—
Debye temperatūra	162

Plutonis- radioaktyvus cheminis aktinidų grupės elementas, plačiai naudojamas gamyboje atominiai ginklai(vadinamasis „ginklo klasės plutonis“), taip pat (eksperimentiniu būdu) kaip branduolinis kuras, skirtas branduoliniams reaktoriams civiliniams ir mokslinių tyrimų tikslams. Pirmasis dirbtinis elementas, gautas tokiais kiekiais, kuriuos galima sverti (1942 m.).

Lentelėje dešinėje parodytos pagrindinės α-Pu, pagrindinės alotropinės plutonio modifikacijos, savybės kambario temperatūroje ir normaliame slėgyje.

Plutonio istorija

Plutonio izotopą 238 Pu pirmą kartą dirbtinai gavo 1941 m. vasario 23 d. Amerikos mokslininkų grupė, vadovaujama Glenno Seaborgo, apšvitinant branduolius. uranas deuteronai. Pastebėtina, kad plutonis gamtoje buvo aptiktas tik po dirbtinės gamybos: urano rūdose, kaip radioaktyvaus urano virsmo produktas, paprastai randami nedideli 239 Pu kiekiai.

Plutonio radimas gamtoje

Urano rūdose dėl neutronų gaudymo (pavyzdžiui, neutronų iš kosminės spinduliuotės) susidaro urano branduoliai neptūnas(239 Np), kurio β skilimo produktas yra natūralus plutonis-239. Tačiau plutonis susidaro tokiais mikroskopiniais kiekiais (0,4-15 dalių Pu 10 12 dalių U), kad jo gavyba iš urano rūdų nebegalima.

vardo kilmė plutonis

1930 m. astronomijos pasaulį sujaudino nepaprasta žinia: buvo atrasta nauja planeta, apie kurios egzistavimą jau seniai kalbėjo astronomas, matematikas ir fantastinių esė apie gyvenimą Marse autorius Percivalis Lovellas. Remiantis ilgalaikiais judesių stebėjimais uranas ir Neptūnas Lovellas padarė išvadą, kad už Neptūno saulės sistema turi būti kita, devinta planeta, keturiasdešimt kartų toliau nuo Saulės nei Žemė.

Šią planetą, kurios orbitos elementus Lovellas apskaičiavo dar 1915 m., astronomas K. Tombo Flagstaff observatorijoje 1930 m. sausio 21, 23 ir 29 d. JAV) . Planeta buvo pavadinta Plutonas. Šios planetos, esančios Saulės sistemoje už Neptūno, pavadinimu 94-asis elementas buvo pavadintas plutoniu, dirbtinai gautu 1940 m. pabaigoje iš branduolių. atomai uranas amerikiečių mokslininkų grupė, vadovaujama G. Seaborgo.

Fizinės savybės plutonis

Yra 15 plutonio izotopų - Didžiausiais kiekiais gaunami izotopai, kurių masės skaičius yra nuo 238 iki 242:

238 Pu -> (pusėjimo laikas 86 metai, alfa skilimas) -> 234 U,

Šis izotopas beveik išimtinai naudojamas kosminiuose RTG, pavyzdžiui, visuose įrenginiuose, kurie skrido už Marso orbitos.

239 Pu -> (pusėjimo laikas 24 360 metų, alfa skilimas) -> 235 U,

Šis izotopas labiausiai tinka branduolinių ginklų ir greitųjų neutroninių branduolinių reaktorių projektavimui.

240 Pu -> (pusinės eliminacijos laikas 6580 metų, alfa skilimas) -> 236 U, 241 Pu -> (pusinės eliminacijos laikas 14,0 metų, beta skilimas) -> 241 Am, 242 Pu -> (pusinės eliminacijos laikas 370 000 metų, alfa -skilimas) -> 238 U

Šie trys izotopai nėra labai svarbūs pramonei, tačiau jie gaunami kaip šalutiniai produktai, kai energija gaunama branduoliniuose reaktoriuose ant urano, paeiliui gaudant kelis neutronus urano-238 branduoliais. Izotopas 242 branduolinėmis savybėmis labiausiai panašus į uraną-238. Dūmų detektoriuose buvo naudojamas americis-241, susidarantis irstant izotopui 241.

Plutonis įdomus tuo, kad jame vyksta šeši fazių perėjimai iš kietėjimo temperatūros į kambario temperatūrą – daugiau nei bet kuris kitas cheminis elementas. Su pastaruoju tankis staigiai padidėja 11%, todėl plutonio liejiniai trūkinėja. Alfa fazė yra stabili kambario temperatūroje, kurios charakteristikos pateiktos lentelėje. Taikymui patogesnė delta fazė, kurios tankis yra mažesnis, ir kubinė kūno centre esanti gardelė. Plutonis delta fazėje yra labai plastiškas, o alfa fazė yra trapus. Plutoniui stabilizuoti delta fazėje naudojamas legiravimas su trivalenčiais metalais (galio panaudotas pirmuosiuose branduoliniuose užtaisuose).

Plutonio naudojimas

Pirmasis plutonio pagrindu pagamintas branduolinis užtaisas buvo susprogdintas 1945 metų liepos 16 dieną Alamogordo bandymų poligone (bandymo kodiniu pavadinimu „Trejybė“).

Biologinis plutonio vaidmuo

Plutonis yra labai toksiškas; MPC 239 Pu atviruose vandens telkiniuose ir darbo patalpų ore yra atitinkamai 81,4 ir 3,3*10 −5 Bq/l. Dauguma plutonio izotopų turi didelį jonizacijos tankį ir trumpą dalelių kelią, todėl jo toksiškumą lemia ne tiek cheminės savybės (tikriausiai šiuo požiūriu plutonis nėra toksiškesnis nei kiti sunkieji metalai), o jonizuojantis poveikis. aplinkinius kūno audinius. Plutonis priklauso ypač didelio radiotoksiškumo elementų grupei. Organizme plutonis sukelia didelius negrįžtamus skeleto, kepenų, blužnies, inkstų pokyčius ir sukelia vėžį. Didžiausias leistinas plutonio kiekis organizme neturėtų viršyti dešimtųjų mikrogramų.

Meniniai darbai, susiję su tema plutonis

– Plutonis buvo naudojamas De Lorean DMC-12 aparatui filme „Atgal į ateitį“ kaip kuras srauto akumuliatoriui keliauti į ateitį ar praeitį.

- Plutonis buvo atominės bombos užtaisas, kurį teroristai susprogdino Denveryje, JAV, Tomo Clancy kūrinyje „Visos pasaulio baimės“.

- Kenzaburo Oe „Pinchrunner's Notes“

– 2006 metais kompanija „Beacon Pictures“ išleido filmą „Plutonis-239“ ( "Pu-239")

Chemija

Plutonis Pu – elementas Nr.94 siejamas su labai didelėmis žmonijos viltimis ir labai didelėmis baimėmis. Šiandien tai vienas svarbiausių, strategiškai svarbiausių elementų. Tai pats brangiausias iš techniškai svarbių metalų – jis daug brangesnis nei sidabras, auksas ir platina. Jis tikrai brangus.

Fonas ir istorija

Pradžioje buvo protonai – galaktinis vandenilis. Dėl jo suspaudimo ir vėlesnių branduolinių reakcijų susidarė patys neįtikėtiniausi nukleonų „luitai“. Tarp jų šie „luitai“, matyt, turėjo po 94 protonus. Teoretikų skaičiavimais, apie 100 nukleonų darinių, kuriuose yra 94 protonai ir nuo 107 iki 206 neutronai, yra tokie stabilūs, kad juos galima laikyti elemento Nr.94 izotopiniais branduoliais.
Tačiau visi šie izotopai – hipotetiniai ir tikri – nėra tokie stabilūs, kad būtų išsaugoti iki šių dienų nuo Saulės sistemos elementų susidarymo momento. Ilgiausiai gyvuojančio elemento Nr.94 izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 81 milijonas metų. Galaktikos amžius matuojamas milijardais metų. Vadinasi, „originalus“ plutonis neturėjo galimybių išlikti iki šių dienų. Jei jis susidarė per didžiąją Visatos elementų sintezę, tai tie senoviniai jo atomai „išmirė“ seniai, kaip išmirė dinozaurai ir mamutai.
XX amžiuje. Naujoji era, po Kr., šis elementas buvo atkurtas. Iš 100 galimų plutonio izotopų susintetinti 25. Iš jų 15 ištirtos branduolinės savybės. Keturi rado praktinio pritaikymo. Ir jis buvo atidarytas visai neseniai. 1940 m. gruodžio mėn., švitinant uraną sunkiaisiais vandenilio branduoliais, amerikiečių radiochemikų grupė, vadovaujama Glenno T. Seaborgo, atrado iki šiol nežinomą alfa dalelių skleidėją, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 90 metų. Paaiškėjo, kad šis spinduolis yra elemento Nr.94 izotopas, kurio masės skaičius yra 238. Tais pačiais metais, bet keliais mėnesiais anksčiau, E.M. Macmillanas ir F.Abelsonas gavo pirmąjį už uraną sunkesnį elementą – elementą Nr.93. Šis elementas buvo vadinamas neptūnu, o 94-asis – plutoniu. Istorikas tikrai sakys, kad šie vardai kilę iš romėnų mitologijos, tačiau iš esmės šių vardų kilmė yra veikiau ne mitologinė, o astronominė.
Elementai Nr.92 ir 93 pavadinti tolimų Saulės sistemos planetų – Urano ir Neptūno – vardais, tačiau Neptūnas Saulės sistemoje nėra paskutinis, Plutono orbita slypi dar toliau – planeta, apie kurią iki šiol beveik nieko nežinoma. ... Panašią konstrukciją stebime ir periodinės lentelės „kairėje pusėje“: uranas - neptūnas - plutonis, tačiau apie plutonį žmonija žino daug daugiau nei apie Plutoną. Beje, astronomai Plutoną atrado likus vos dešimčiai metų iki plutonio sintezės – beveik tiek pat laiko skyrė Urano – planetos ir urano – elemento atradimai.

Mįslės dėl išpirkos reikalaujančių programų

Pirmasis elemento Nr. 94 izotopas plutonis-238 dabar buvo praktiškai pritaikytas. Tačiau 1940-ųjų pradžioje jie apie tai net negalvojo. Praktiškai svarbiais kiekiais plutonio-238 galima gauti tik pasikliaujant galinga branduoline pramone. Tuo metu ji dar tik pradėjo. Bet jau buvo aišku, kad išleidžiant energiją, esančią sunkiųjų radioaktyviųjų elementų branduoliuose, buvo galima gauti precedento neturinčios galios ginklų. Pasirodė Manheteno projektas, turintis tik pavadinimą, bendrą su gerai žinoma Niujorko vietove. Tai buvo bendras visų darbų, susijusių su pirmųjų atominių bombų kūrimu JAV, pavadinimas. Manheteno projekto vadovas buvo ne mokslininkas, o kariškis – generolas Grovesas, kuris savo aukšto išsilavinimo globotinius „meiliai“ vadino „išdaužytais puodais“.
„Projekto“ vadovų plutonis-238 nedomino. Jo branduoliai, kaip ir visų plutonio izotopų, turinčių lygų masės skaičių, branduoliai nesiskiria su mažos energijos neutronais, todėl jis negalėtų būti branduolinis sprogmuo. Nepaisant to, pirmieji nelabai suprantami pranešimai apie elementus Nr. 93 ir 94 pasirodė spausdinti tik 1942 m. pavasarį.
Kaip tai galima paaiškinti? Fizikai suprato: plutonio izotopų su nelyginiais masės skaičiais sintezė yra laiko klausimas ir nėra toli. Buvo tikimasi, kad keistieji izotopai, kaip ir uranas-235, galės palaikyti branduolinę grandininę reakciją. Juose, dar negautose, kai kurie žmonės pamatė potencialų branduolinį sprogmenį. Ir šios viltys plutonis, deja, pateisinama.
To meto šifruose elementas Nr.94 buvo vadinamas tik ... variu. Ir kai atsirado poreikis pačiam variui (kaip kai kurių dalių konstrukcinei medžiagai), tada šifruojant kartu su „variu“ atsirado ir „tikrasis varis“.

"Gėrio ir blogio pažinimo medis"

1941 metais buvo aptiktas svarbiausias plutonio izotopas – izotopas, kurio masės skaičius yra 239. Ir beveik iš karto pasitvirtino teoretikų prognozė: plutonio-239 branduoliai dalijasi terminiais neutronais. Be to, jų dalijimosi procese gimė ne mažiau neutronų nei dalijantis uranui-235. Iš karto buvo aprašyti šio izotopo gavimo dideliais kiekiais būdai ...
Praėjo metai. Dabar niekam ne paslaptis, kad arsenaluose saugomos branduolinės bombos prikimštos plutonio-239 ir kad šių bombų užtenka padaryti nepataisomą žalą visai gyvybei Žemėje.
Plačiai paplitusi nuomonė, kad atradusi branduolinę grandininę reakciją (kurios neišvengiama pasekmė buvo branduolinės bombos sukūrimas) žmonija aiškiai paskubėjo. Galite galvoti kitaip arba apsimesti, kad galvojate kitaip – ​​maloniau būti optimistu. Tačiau net optimistai neišvengiamai susiduria su mokslininkų atsakomybės klausimu. Prisimename pergalingą 1954 m. birželio mėnesio dieną, kai pirmoji Obninsko atominė elektrinė davė elektros energiją. Tačiau negalime pamiršti ir 1945 metų rugpjūčio ryto – „Hirošimos rytas“, „Lietinga Alberto Einšteino diena“... Prisimename pirmuosius pokario metus ir nežabotą atomazgą – tų metų Amerikos politikos pagrindą. Tačiau ar vėlesniais metais žmonija ištvėrė mažai nerimo? Be to, šiuos nerimus ne kartą stiprino sąmonė, kad jei naujas Pasaulinis karas, bus paleistas branduolinis ginklas.
Čia galite pabandyti įrodyti, kad plutonio atradimas nepridėjo žmonijos baimių, o atvirkščiai – buvo tik naudingas.
Tarkime, atsitiko taip, kad dėl kokių nors priežasčių arba, kaip sakydavo senais laikais, Dievo valia, plutonis nebuvo prieinamas mokslininkams. Ar tada mūsų baimės ir baimės sumažėtų? Nieko neatsitiko. Branduolinės bombos būtų gaminamos iš urano-235 (ir ne mažiau nei iš plutonio), o šios bombos „suvalgytų“ dar didesnę biudžeto dalį nei dabar.
Tačiau be plutonio nebūtų perspektyvų taikiam branduolinės energijos naudojimui dideliu mastu. „Taikiam atomui“ urano-235 tiesiog neužtektų. Branduolinės energijos atradimo žmonijai padarytas blogis net iš dalies nebūtų subalansuotas „gerojo atomo“ pasiekimais.

Kaip išmatuoti, su kuo palyginti

Kai plutonio-239 branduolys neutronais padalijamas į du maždaug vienodos masės fragmentus, išsiskiria apie 200 MeV energijos. Tai yra 50 milijonų kartų daugiau energijos, išsiskiriančios garsiausioje egzoterminėje reakcijoje С + O 2 = СO 2 . „Sudeginus“ branduoliniame reaktoriuje, gramas plutonio duoda 2107 kcal. Kad nebūtų pažeistos tradicijos (o populiariuose straipsniuose branduolinio kuro energija dažniausiai matuojama nesisteminiais vienetais – tonomis anglies, benzino, trinitrotolueno ir kt.), taip pat atkreipiame dėmesį: tai yra energija, esanti 4 tonose. anglies. O į paprastą antpirštį įdedamas plutonio kiekis, energetiškai prilygstantis keturiasdešimčiai automobilių krovinių gerų beržinių malkų.
Tokia pati energija išsiskiria neutronams dalijantis urano-235 branduoliams. Tačiau didžioji dalis natūralaus urano (99,3%) yra izotopas 238 U, kuris gali būti naudojamas tik paverčiant uraną į plutonią ...

Akmens energija

Įvertinkime energijos išteklius, esančius gamtinėse urano atsargose.
Uranas yra išsklaidytas elementas ir jo yra praktiškai visur. Kas lankėsi, pavyzdžiui, Karelijoje, tikrai prisiminė granitinius riedulius ir pakrantės uolas. Tačiau nedaugelis žino, kad tonoje granito yra iki 25 g urano. Granitas sudaro beveik 20% žemės plutos masės. Jei skaičiuosime tik uraną-235, tai tonoje granito yra 3,5-105 kcal energijos. Tai daug, bet...
Granito perdirbimas ir urano išgavimas iš jo reikalauja dar didesnio energijos kiekio – apie 106-107 kcal/t. Dabar, jei būtų galima kaip energijos šaltinį naudoti ne tik uraną-235, bet ir uraną-238, tai granitą būtų galima laikyti bent jau potencialia energetine žaliava. Tuomet iš tonos akmens gaunama energija jau būtų nuo 8-107 iki 5-108 kcal. Tai prilygsta 16–100 tonų anglies. Ir šiuo atveju granitas galėtų suteikti žmonėms beveik milijoną kartų daugiau energijos nei visos cheminio kuro atsargos Žemėje.
Tačiau urano-238 branduoliai neskyla neutronais. Branduolinei energijai šis izotopas nenaudingas. Tiksliau, būtų nenaudinga, jei jo nepavyktų paversti plutoniu-239. Ir kas ypač svarbu: šiai branduolinei transformacijai energijos eikvoti praktiškai nereikia – priešingai, šio proceso metu gaminama energija!
Pabandykime išsiaiškinti, kaip tai vyksta, bet pirmiausia keli žodžiai apie natūralų plutonį.

400 tūkstančių kartų mažesnis už radį

Jau buvo pasakyta, kad plutonio izotopai nebuvo išsaugoti nuo elementų sintezės mūsų planetos formavimosi metu. Bet tai nereiškia, kad Žemėje nėra plutonio.
Jis visą laiką susidaro urano rūdose. Fiksuojant kosminės spinduliuotės neutronus ir neutronus, susidarančius savaiminio (spontaniško) urano-238 branduolių dalijimosi būdu, kai kurie – labai nedaug – šio izotopo atomų virsta urano-239 atomais. Šie branduoliai yra labai nestabilūs, jie skleidžia elektronus ir taip padidina savo krūvį. Susidaro neptūnas – pirmasis transurano elementas. Neptūnas-239 taip pat labai nestabilus, o jo branduoliai išskiria elektronus. Vos per 56 valandas pusė neptūno-239 virsta plutoniu-239, kurio pusinės eliminacijos laikas jau gana ilgas – 24 tūkst.
Kodėl plutonis negaunamas iš urano rūdų?? Maža, per maža koncentracija. „Gamyba vienam gramui yra darbas per metus“ - tai maždaug radis, o plutonis rūdose yra 400 tūkstančių kartų mažesnis nei radžio. Todėl ne tik išgauti – net aptikti „žemišką“ plutonį yra itin sunku. Tai buvo padaryta tik po to, kai buvo ištirtos branduoliniuose reaktoriuose gauto plutonio fizinės ir cheminės savybės.
Plutonis kaupiamas branduoliniuose reaktoriuose. Galinguose neutronų srautuose vyksta ta pati reakcija kaip ir urano rūdose, tačiau plutonio susidarymo ir kaupimosi greitis reaktoriuje yra daug didesnis – milijardą milijardų kartų. Balastinio urano-238 konvertavimo į galios plutonį-239 reakcijai sudaromos optimalios (priimtinose) sąlygos.
Jei reaktorius veikia šiluminiais neutronais (prisiminkime, kad jų greitis yra apie 2000 m per sekundę, o energija yra elektronvolto dalys), tada iš natūralaus urano izotopų mišinio gaunamas kiek mažesnis plutonio kiekis. „sudegusio“ urano-235. Ne daug, bet mažiau, plius neišvengiami plutonio nuostoliai cheminiu būdu atskiriant jį nuo apšvitinto urano. Be to, branduolinė grandininė reakcija tęsiasi natūraliame urano izotopų mišinyje tik tol, kol sunaudojama nedidelė urano-235 dalis. Taigi išvada logiška: „terminis“ reaktorius ant gamtinio urano – pagrindinės šiuo metu veikiančių reaktorių rūšies – negali užtikrinti išplėstinio branduolinio kuro atgaminimo. Bet kokia tada ateitis? Norėdami atsakyti į šį klausimą, palyginkime branduolinės grandininės reakcijos eigą urane-235 ir plutonyje-239 ir į savo samprotavimus įtraukime dar vieną fizikinę koncepciją.
Svarbiausia bet kurio branduolinio kuro charakteristika yra vidutinis neutronų, išmetamų po to, kai branduolys užfiksavo vieną neutroną, skaičius. Fizikai jį vadina eta skaičiumi ir žymi graikiška raide c. „Šiluminiuose“ urano reaktoriuose stebimas toks modelis: kiekvienas neutronas generuoja vidutiniškai 2,08 neutrono (η=2,08). Plutonis, patalpintas į tokį reaktorių, veikiant šiluminiams neutronams, duoda η=2,03. Tačiau yra ir greitųjų neutronų veikiančių reaktorių. Nenaudinga į tokį reaktorių krauti natūralų urano izotopų mišinį: grandininė reakcija neprasidės. Bet jei „žaliavos“ bus prisodrintos uranu-235, jis galės vystytis „greitame“ reaktoriuje. Šiuo atveju c jau bus lygus 2,23. O plutonis, padėtas po ugnimi su greitais neutronais, duos n lygų 2,70. Turėsime „papildomą pilną neutroną“. Ir to neužtenka.

Pažiūrėkime, kam išleidžiami gauti neutronai. Bet kuriame reaktoriuje branduolinei grandininei reakcijai palaikyti reikia vieno neutrono. Įrenginio konstrukcinės medžiagos sugeria 0,1 neutrono. „Perteklius“ atitenka plutonio-239 kaupimuisi. Vienu atveju „perteklius“ yra 1,13, kitu – 1,60. „Greitame“ reaktoriuje „sudeginus“ kilogramą plutonio išsiskiria kolosali energija ir susikaupia 1,6 kg plutonio. O uranas „greitame“ reaktoriuje duos tiek pat energijos ir 1,1 kg naujo branduolinio kuro. Abiem atvejais pastebimas išplėstas dauginimasis. Tačiau mes neturime pamiršti apie ekonomiką.
Dėl daugelio techninių priežasčių plutonio veisimo ciklas trunka keletą metų. Tarkime, penkeri metai. Tai reiškia, kad plutonio kiekis per metus padidės tik 2%, jei η=2,23, o 12%, jei η=2,7! Branduolinis kuras yra kapitalas, ir bet koks kapitalas turi duoti, tarkime, 5% per metus. Pirmuoju atveju patiriami dideli nuostoliai, o antruoju – dideli pelnai. Šis primityvus pavyzdys iliustruoja kas dešimto skaičiaus „svorį“ branduolinėje energetikoje.
Svarbus ir kitas dalykas. Branduolinė energija turi neatsilikti nuo augančio energijos poreikio. Skaičiavimai rodo, kad jo būklė ateityje bus įmanoma tik tada, kai η priartės prie trijų. Jeigu branduolinės energijos šaltinių plėtra atsiliks nuo visuomenės energijos poreikių, tai bus du keliai: arba „sulėtinti pažangą“, arba paimti energiją iš kitų šaltinių. Jie žinomi: termobranduolinė sintezė, materijos ir antimaterijos naikinimo energija, bet dar nėra techniškai prieinamos. Ir nežinia, kada jie taps tikrais žmonijos energijos šaltiniais. O sunkiųjų branduolių energija mums jau seniai tapo realybe, o šiandien plutonis, kaip pagrindinis atominės energijos „tiekėjas“, rimtų konkurentų neturi, išskyrus galbūt uraną-233.

Daugelio technologijų suma

Kai dėl branduolinių reakcijų urane susikaupia reikalingas plutonio kiekis, jis turi būti atskirtas ne tik nuo paties urano, bet ir nuo skilimo fragmentų – tiek urano, tiek plutonio, sudegusių vykstant branduolinei grandininei reakcijai. Be to, urano-plutonio masėje yra tam tikras neptūno kiekis. Sunkiausia atskirti plutonį nuo neptūno ir retųjų žemių elementų (lantanidų). Plutonis kaip cheminis elementas yra šiek tiek nepasisekęs. Chemiko požiūriu, pagrindinis branduolinės energijos elementas yra tik vienas iš keturiolikos aktinidų. Kaip ir retųjų žemių elementai, visi aktinio serijos elementai yra labai arti vienas kito cheminėmis savybėmis, visų elementų nuo aktinio iki 103 atomų išorinių elektronų apvalkalų struktūra yra vienoda. Dar nemalonu, kad aktinidų cheminės savybės panašios į retųjų žemių elementų, o tarp urano ir plutonio dalijimosi fragmentų lantanidų yra daugiau nei pakankamai. Tačiau iš kitos pusės, 94-asis elementas gali būti penkių valentinių būsenų, ir tai „pasaldina piliulę“ – padeda atskirti plutonį ir nuo urano, ir nuo dalijimosi fragmentų.
Plutonio valentingumas svyruoja nuo trijų iki septynių. Keturiavalenčio plutonio junginiai yra chemiškai stabiliausi (taigi ir labiausiai paplitę bei labiausiai ištirti).
Chemiškai panašių aktinidų – urano, neptūno ir plutonio – atskyrimas gali būti pagrįstas jų tetra- ir šešiavalenčių junginių savybių skirtumais.

Nereikia detaliai aprašyti visų plutonio ir urano cheminio atskyrimo etapų. Paprastai jų atskyrimas prasideda urano strypų ištirpinimu azoto rūgštyje, po to „atskiriami“ tirpale esantys urano, neptulio, plutonio ir fragmentų elementai, tam naudojant tradicinius radiocheminius metodus - nusodinimą, ekstrakciją, jonų mainus ir kt. . Galutiniai plutonio turintys šios daugiapakopės technologijos produktai yra jo dioksidas PuO 2 arba fluoridai – PuF 3 arba PuF 4 . Jie redukuojami į metalą bario, kalcio ar ličio garais. Tačiau šiuose procesuose gaunamas plutonis netinka konstrukcinės medžiagos vaidmeniui – iš jo neįmanoma pagaminti branduolinių reaktorių kuro elementų, neįmanoma išlieti atominės bombos užtaiso. Kodėl? Plutonio lydymosi temperatūra - tik 640 ° C - yra gana pasiekiama.
Nesvarbu, kokiomis „itin tausojančiomis“ sąlygomis liejant dalis iš gryno plutonio, kietėjimo metu liejiniuose visada atsiras įtrūkimų. 640°C temperatūroje kietėjantis plutonis sudaro kubinę kristalinę gardelę. Temperatūrai mažėjant, metalo tankis palaipsniui didėja. Bet tada temperatūra pasiekė 480 ° C, o tada staiga plutonio tankis smarkiai sumažėja. Šios anomalijos priežastys buvo iškastos gana greitai: tokioje temperatūroje plutonio atomai persitvarko kristalinėje gardelėje. Jis tampa keturkampis ir labai „laisvas“. Toks plutonis gali plūduriuoti savo tirpale, kaip ledas ant vandens.
Temperatūra ir toliau krenta, dabar ji pasiekė 451 ° C, o atomai vėl suformavo kubinę gardelę, tačiau yra didesniu atstumu vienas nuo kito nei pirmuoju atveju. Toliau aušinant, grotelės pirmiausia tampa ortorombinės, tada monoklininės. Iš viso plutonis sudaro šešias skirtingas kristalų formas! Dvi iš jų turi nepaprastą savybę – neigiamą šiluminio plėtimosi koeficientą: kylant temperatūrai metalas ne plečiasi, o susitraukia.
Temperatūrai pasiekus 122°C ir plutonio atomams šeštą kartą pertvarkius eiles, tankis kinta ypač stipriai – nuo ​​17,77 iki 19,82 g/cm 3 . Daugiau nei 10%!
Atitinkamai mažėja luito tūris. Jei metalas vis dar galėtų atlaikyti įtempius, kurie atsirado kitų perėjimų metu, tai šiuo metu sunaikinimas yra neišvengiamas.
Kaip tada pagaminti dalis iš šio nuostabaus metalo? Metalurgai lydina plutonį (prideda nedidelius kiekius reikalingų elementų) ir gauna liejinius be nė vieno įtrūkimo. Iš jų gaminami plutonio užtaisai branduolinėms bomboms. Krūvio svoris (jis pirmiausia nustatomas pagal kritinę izotopo masę) yra 5-6 kg. Jis lengvai tilptų į kubą, kurio briaunelės dydis yra 10 cm.

Sunkieji plutonio izotopai

Plutonis-239 taip pat turi nedidelį kiekį aukštesnių šio elemento izotopų – kurių masės skaičiai yra 240 ir 241. Izotopas 240 Pu praktiškai nenaudingas – jis yra balastas plutonyje. Iš 241 gaunamas americis - elementas Nr. 95. Gryna forma, be kitų izotopų priemaišų, plutonį-240 ir plutonį-241 galima gauti elektromagnetiniu būdu atskiriant reaktoriuje susikaupusį plutonį. Prieš tai plutonis papildomai apšvitinamas neutronų srautais, turinčiais griežtai apibrėžtas charakteristikas. Žinoma, visa tai labai sudėtinga, juolab kad plutonis yra ne tik radioaktyvus, bet ir labai toksiškas. Darbas su juo reikalauja ypatingo atsargumo.
Vieną įdomiausių plutonio izotopų – 242 Pu – galima gauti ilgai apšvitinant 239 Pu neutronų srautais. 242 Pu labai retai fiksuoja neutronus, todėl reaktoriuje „perdega“ lėčiau nei kiti izotopai; jis išlieka net po to, kai likę plutonio izotopai beveik visiškai pavirto į fragmentus arba virsta plutoniu-242.
Plutonis-242 yra svarbus kaip „žaliava“ gana sparčiai branduoliniuose reaktoriuose kaupiantiems aukštesnius transurano elementus. Jei plutonis-239 apšvitinamas įprastame reaktoriuje, prireiks maždaug 20 metų, kol iš gramų bus sukauptas mikrogramų plutonio kiekis, pavyzdžiui, kalifornio-252.
Didinant neutronų srauto intensyvumą reaktoriuje, galima sumažinti aukštesnių izotopų kaupimosi laiką. Jie tai daro, bet tada neįmanoma apšvitinti didelio kiekio plutonio-239. Juk šis izotopas dalijasi neutronais, o intensyviuose srautuose išsiskiria per daug energijos. Kyla papildomų sunkumų aušinant reaktorių. Norint išvengti šių komplikacijų, reikėtų sumažinti apšvitinto plutonio kiekį. Todėl Kalifornijos produkcija vėl būtų apgailėtina. Užburtas ratas!
Plutonis-242 neskyla dėl terminių neutronų ir gali būti apšvitintas dideliais kiekiais intensyviais neutronų srautais... Todėl reaktoriuose visi elementai nuo americio iki fermio yra „pagaminti“ iš šio izotopo ir kaupiasi svoriais.
Kai mokslininkams pavykdavo gauti naują plutonio izotopą, jie išmatuodavo jo branduolių pusinės eliminacijos laiką. Sunkiųjų radioaktyviųjų branduolių, kurių masės skaičius lygus, izotopų pusinės eliminacijos laikas kinta reguliariai. (To negalima pasakyti apie nelyginius izotopus.)
Didėjant masei, ilgėja ir izotopo „gyvenimo laikas“. Prieš keletą metų plutonis-242 buvo aukščiausias šio grafiko taškas. Ir kaip tada bus ši kreivė – toliau didėjant masės skaičiui? Į tašką 1, kuris atitinka 30 milijonų metų gyvenimo trukmę, ar į 2 tašką, kuris jau atitinka 300 milijonų metų? Atsakymas į šį klausimą buvo labai svarbus geomokslams. Pirmuoju atveju, jei prieš 5 milijardus metų Žemę sudarė tik 244 Pu, tai dabar visoje Žemės masėje liktų tik vienas plutonio-244 atomas. Jei antroji prielaida teisinga, plutonio-244 gali būti Žemėje tokiomis koncentracijomis, kurias jau būtų galima aptikti. Jei pasisektų Žemėje rasti šį izotopą, mokslas gautų vertingiausios informacijos apie procesus, vykusius formuojantis mūsų planetai.

Kai kurių plutonio izotopų pusinės eliminacijos laikas

Prieš kelerius metus mokslininkai susidūrė su klausimu: ar verta bandyti Žemėje rasti sunkaus plutonio? Norint į jį atsakyti, pirmiausia reikėjo nustatyti plutonio-244 pusėjimo trukmę. Teoretikai negalėjo apskaičiuoti šios vertės reikiamu tikslumu. Visos viltys buvo susijusios tik su eksperimentu.
Branduoliniame reaktoriuje sukauptas plutonis-244. Elementas Nr. 95, americis (izotopas 243 Am), buvo apšvitintas. Užfiksavęs neutroną, šis izotopas perėjo į amerikį-244; americis-244 vienu iš 10 tūkstančių atvejų perėjo į plutonį-244.
Plutonio-244 preparatas buvo išskirtas iš americio ir kurio mišinio. Mėginys svėrė tik kelias milijonines gramo dalis. Tačiau jų pakako, kad būtų nustatytas šio įdomiausio izotopo pusinės eliminacijos laikas. Paaiškėjo, kad tai lygu 75 milijonams metų. Vėliau kiti tyrinėtojai patikslino plutonio-244 pusėjimo trukmę, bet nedaug – 81 milijoną metų. 1971 metais šio izotopo pėdsakų buvo rasta retųjų žemių mineraliniame bastnäsite.
Mokslininkai daug kartų bandė rasti transurano elemento izotopą, kuris gyvena ilgiau nei 244 Pu. Tačiau visi bandymai buvo bergždi. Vienu metu viltys buvo dedamos į curium-247, tačiau sukaupus šį izotopą reaktoriuje, paaiškėjo, kad jo pusinės eliminacijos laikas buvo tik 16 milijonų metų. Neįmanoma įveikti plutonio-244 rekordo – tai ilgiausiai gyvenantis iš visų transurano elementų izotopų.
Net sunkesni plutonio izotopai yra veikiami beta skilimo, o jų gyvavimo trukmė svyruoja nuo kelių dienų iki kelių dešimtųjų sekundės dalių. Tikrai žinome, kad visi plutonio izotopai, iki 257 Pu, susidaro termobranduolinių sprogimų metu. Tačiau jų gyvenimo trukmė yra dešimtosios sekundės, o daugelis trumpalaikių plutonio izotopų dar nebuvo ištirti.

Pirmojo plutonio izotopo galimybės

Ir galiausiai – apie plutonį-238 – patį pirmąjį iš „žmogaus sukurtų“ plutonio izotopų – izotopą, kuris iš pradžių atrodė neperspektyvus. Iš tikrųjų tai labai įdomus izotopas. Jį veikia alfa skilimas, t.y., jo branduoliai spontaniškai išskiria alfa daleles – helio branduolius. Alfa dalelės, kurias sukuria plutonio-238 branduoliai, neša daug energijos; išsklaidyta medžiagoje, ši energija paverčiama šiluma. Kokio dydžio ši energija? Skilus vienam plutonio-238 atominiam branduoliui, išsiskiria šeši milijonai elektronų voltų. Vykstant cheminei reakcijai, oksiduojant kelis milijonus atomų išsiskiria ta pati energija. Elektros šaltinis, kuriame yra vienas kilogramas plutonio-238, sukuria 560 vatų šiluminę galią. Didžiausia tos pačios masės cheminio srovės šaltinio galia yra 5 vatai.
Yra daug panašių energetinių charakteristikų spinduliuotojų, tačiau dėl vienos plutonio-238 savybės šis izotopas yra nepakeičiamas. Paprastai alfa skilimą lydi stipri gama spinduliuotė, prasiskverbianti per didelius medžiagos storius. 238 Pu yra išimtis. Jo branduolių irimą lydinčių gama kvantų energija yra maža, nuo jos apsiginti nesunku: spinduliuotę sugeria plonasienė talpa. Savaiminio šio izotopo branduolio dalijimosi tikimybė taip pat nedidelė. Todėl jis rado pritaikymą ne tik dabartiniuose šaltiniuose, bet ir medicinoje. Baterijos su plutoniu-238 tarnauja kaip energijos šaltinis specialiuose širdies stimuliatoriuose.
Tačiau 238 Pu nėra lengviausias iš žinomų elemento Nr. 94 izotopų, buvo gauti plutonio izotopai, kurių masės skaičiai nuo 232 iki 237. Lengviausio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 36 minutės.

Plutonis yra didelė tema. Čia yra svarbiausias iš svarbiausių. Juk jau tapo standartine fraze, kad plutonio chemija ištirta daug geriau nei tokių „senų“ elementų kaip geležis. Apie plutonio branduolines savybes parašyta ištisos knygos. Plutonio metalurgija – dar vienas nuostabus žmogaus žinių skyrius... Todėl nereikėtų galvoti, kad perskaitę šią istoriją tikrai sužinojote plutonio – svarbiausio XX amžiaus metalo.

• KAIP PLUTONIJA VYKDOMA. Radioaktyviam ir toksiškam plutoniui transportuojant reikia ypatingos priežiūros. Specialiai jo transportavimui buvo sukurtas konteineris – konteineris, kuris nesugriūva net per aviacijos avarijas. Jis pagamintas gana paprastai: tai storasienis indas iš iš nerūdijančio plieno apsuptas raudonmedžio lukšto. Akivaizdu, kad plutonis to vertas, bet įsivaizduokite, kokio storio turi būti sienos, jei žinote, kad konteineris, skirtas gabenti tik du kilogramus plutonio, sveria 225 kg!
• NUODAI IR PRIEŠNUOTAS. 1977 m. spalio 20 d. Agence France-Presse pranešė, kad buvo rastas cheminis junginys, galintis pašalinti plutonį iš žmogaus kūno. Po kelerių metų apie šį junginį sužinojo gana daug. Šis sudėtingas junginys yra linijinis karboksilazės katechinamidas, chelatų klasės medžiaga (iš graikų kalbos - "hela" - letena). Būtent į šią cheminę leteną pagaunamas laisvas arba surištas plutonio atomas. Laboratorinėse pelėse šios medžiagos pagalba iš organizmo buvo pašalinta iki 70% absorbuoto plutonio. Manoma, kad ateityje šis junginys padės išgauti plutonį tiek iš pramoninių atliekų, tiek iš branduolinio kuro.

Plutonio metalas naudojamas branduoliniuose ginkluose ir naudojamas kaip branduolinis kuras. Plutonio oksidai naudojami kaip energijos šaltinis kosmoso technologijoms ir naudojami kuro strypuose. Plutonis naudojamas erdvėlaivių baterijose. Plutonio-239 branduoliai, veikiami neutronų, gali sukelti branduolinę grandininę reakciją, todėl šis izotopas gali būti naudojamas kaip atominės energijos šaltinis. Branduolinėse bombose dažniau naudojamas plutonis-239 dėl to, kad plutonis užima mažesnį tūrį sferoje, todėl dėl šios savybės galima įgyti bombos sprogstamosios galios. Plutonio branduolys branduolinės reakcijos metu vidutiniškai išskiria apie 2 895 neutronus, palyginti su 2 452 neutronais urano-235. Tačiau plutonio gamybos sąnaudos yra maždaug šešis kartus didesnės nei urano-235.

Plutonio izotopai buvo pritaikyti transplutonio elementų sintezei. Taigi, plutonio-242 mišrus oksidas 2009 m. ir to paties izotopo bombardavimas kalcio-48 jonais 2010 m. buvo panaudotas ununquadium gamybai. Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje ilgalaikis Pu neutroninis švitinimas naudojamas 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf ir 25399E bei 257100Fm gamybai. Išskyrus Pu, visi likę transurano elementai anksčiau buvo gaminami tyrimų tikslais. Dėl plutonio izotopų neutronų gaudymo 1944 m. G. T. Seaborgas ir jo grupė gavo pirmąjį americio izotopą – 24195 Am Am). Siekiant patvirtinti, kad buvo tik 14 aktinidų, 1966 m. Dubnoje, vadovaujant akademikui G. N. Flerovo, buvo atlikta ruterfordžio branduolių sintezė:

24294Pu + 2210Ne → 260104Rf + 4n.

Gaminant naudojami δ-stabilizuoti plutonio lydiniai kuro elementai, nes jie pasižymi geresnėmis metalurginėmis savybėmis, palyginti su grynu plutoniu, kuris kaitinant vyksta fazinių virsmų.

„Ypatingai grynas“ plutonis naudojamas JAV karinio jūrų laivyno branduoliniuose ginkluose ir laivuose bei povandeniniuose laivuose su švino branduoliniu ekranavimu, kuris sumažina radiacijos poveikį įgulai.

Plutonis-238 ir plutonis-239 yra plačiausiai sintetinami izotopai.

• Pirmasis plutonio pagrindu pagamintas branduolinis užtaisas buvo susprogdintas 1945 metų liepos 16 dieną Alamogordo bandymų poligone.

Atominis ginklas

Plutonis labai dažnai buvo naudojamas branduolinėse bombose. Istorinis faktas yra tai, kad JAV 1945 metais Nagasakyje paleido branduolinę bombą. Ant šio miesto numestoje bomboje buvo 6,2 kg plutonio. Sprogimo galia siekė 21 kilotoną. Iki 1945 metų pabaigos mirė 60-80 tūkst. Po 5 metų bendras mirčių skaičius, įskaitant mirtis nuo vėžio ir kitus ilgalaikius sprogimo padarinius, gali siekti ar net viršyti 140 000 žmonių.

Principas, pagal kurį įvyko branduolinis sprogimas su plutoniu, buvo branduolinės bombos konstrukcija. Bombos „šerdį“ sudarė rutulys, užpildytas plutoniu-239, kuris susidūrimo su žeme momentu dėl konstrukcijos ir dėl šią sferą supančio sprogmens buvo suspaustas iki milijono atmosferų. Po smūgio branduolio tūris ir tankis išsiplėtė per dešimt mikrosekundžių, o suspaudžiamas mazgas praslydo per kritinę būseną terminiams neutronams ir tapo žymiai superkritinis greitiesiems neutronams, tai yra, prasidėjo branduolinė grandininė reakcija, dalyvaujant neutronams ir branduoliams. elemento. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad bomba neturėjo sprogti per anksti. Tačiau tai praktiškai neįmanoma, nes norint suspausti plutonio rutulį tik 1 cm per dešimt nanosekundžių, medžiagai reikia suteikti pagreitį, kuris būtų dešimtis trilijonų kartų didesnis nei laisvojo kritimo pagreitis. Galutinai sprogus branduolinei bombai temperatūra pakyla iki dešimčių milijonų laipsnių. Reikėtų pažymėti, kad mūsų laikais pilnaverčiui branduoliniam krūviui sukurti pakanka 8–9 kg šio elemento.

Vos vienas kilogramas plutonio-239 gali sukelti sprogimą, prilygstantį 20 000 tonų trotilo. Net 50 g elemento visų branduolių dalijimosi metu sukels sprogimą, prilygstantį 1000 tonų trotilo detonacijai. Šis izotopas yra vienintelis tinkamas nuklidas naudoti branduoliniuose ginkluose, nes net 1% Pu susidarys daug neutronų, o tai neleis efektyviai panaudoti pabūklo tipo branduolinės bombos užtaiso. Likę izotopai svarstomi tik dėl jų žalingo poveikio.

Branduolinėje bomboje plutonio-240 galima rasti nedideliais kiekiais, tačiau padidinus jo kiekį, įvyks priešlaikinė grandininė reakcija. Šis izotopas turi didelę savaiminio dalijimosi tikimybę, todėl didelė dalis jo kiekio daliojoje medžiagoje yra neįmanoma.

Televizijos kanalo „Al-Jazeera“ duomenimis, Izraelis turi apie 118 kovinių galvučių, kuriose plutonis yra radioaktyvi medžiaga. Manoma, kad Pietų Korėja turi apie 40 kg plutonio, kurio pakanka 6 branduolinėms raketoms pagaminti. TATENA 2007 metais apskaičiavo, kad Irako plutonio produkcijos pakaktų dviem branduolinėms galvutėms per metus. 2006 metais Pakistanas pradėjo statyti branduolinį reaktorių, kuris per metus pagamintų apie 200 kg radioaktyvių medžiagų. Kalbant apie branduolinių galvučių skaičių, šis skaičius būtų maždaug 40–50 bombų.

Per pirmąjį XXI amžiaus dešimtmetį tarp Rusijos ir JAV buvo pasirašytos kelios sutartys. Taigi, ypač 2003 m., buvo pasirašyta sutartis dėl 68 tonų plutonio perdirbimo į MOX kurą Balakovo AE iki 2024 m. 2007 metais šalys pasirašė planą, pagal kurį Rusija sunaikins 34 tonas plutonio, sukurto Rusijos ginklų programoms. 2010 metais buvo pasirašyta sutartis dėl branduolinių ginklų, ypač plutonio, disponavimo, kurio kiekio pakaktų pagaminti 17 000 branduolinių galvučių.

2010 metų lapkričio 17 dieną JAV ir Kazachstanas pasirašė susitarimą dėl Aktau mieste esančio pramoninio branduolinio reaktoriaus BN-350, gaminančio elektros energiją iš plutonio, uždarymo. Šis reaktorius buvo pirmasis pasaulyje ir Kazachstane bandomasis greitųjų neutronų reaktorius; Jo darbo laikas buvo 27 metai.

branduolinė tarša

Per laikotarpį, kai buvo pradėti branduoliniai bandymai plutonio pagrindu, o jo radioaktyviosios savybės tik pradėtos tirti, į atmosferą buvo išleista daugiau nei 5 tonos elemento. Nuo aštuntojo dešimtmečio plutonio dalis Žemės atmosferos radioaktyviojoje taršoje pradėjo didėti.

Plutonis į Ramiojo vandenyno šiaurės vakarus pateko daugiausia per branduolinius bandymus. Padidėjęs elemento kiekis paaiškinamas tuo, kad šeštajame dešimtmetyje JAV atliko branduolinius bandymus Maršalo salose Ramiojo vandenyno poligone. Pagrindinis šių bandymų užterštumas įvyko 1960 m. Remiantis mokslininkų vertinimu, plutonio buvimas Ramiajame vandenyne yra didesnis, palyginti su bendru branduolinių medžiagų pasiskirstymu žemėje. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, cezio-137 spinduliuotės dozė Maršalo salų atoluose yra maždaug 95%, o likę 5 yra stroncio, americio ir plutonio izotopai.

Plutonis gabenamas vandenyne vykstant fiziniams ir biogeocheminiams procesams. Plutonio buvimo laikas vandenyno paviršiniame vandenyje yra nuo 6 iki 21 metų, o tai paprastai yra trumpesnis nei cezio-137. Skirtingai nei šis izotopas, plutonis yra elementas, kuris iš dalies reaguoja su aplinka ir sudaro 1-10% netirpių junginių. Bendras svoris kad pateko į aplinką. Plutonis vandenyne krinta į dugną kartu su biogeninėmis dalelėmis, iš kurių mikrobų skaidymosi būdu paverčiamas į tirpias formas. Labiausiai paplitę jo izotopai jūrinėje aplinkoje yra plutonis-239 ir plutonis-240.

1968 m. sausį amerikiečių lėktuvas B-52 su keturiais branduoliniais ginklais sudužo ant ledo netoli Tulės, Grenlandijoje, dėl nesėkmingo nusileidimo. Susidūrimas sukėlė sprogimą ir sprogo ginklas, dėl kurio plutonis nukrito ant ledo sangrūdos. Po sprogimo buvo nugriautas viršutinis užteršto sniego sluoksnis, dėl to susidarė įtrūkimas, per kurį į vandenį pateko plutonis. Siekiant sumažinti žalą gamtai, buvo surinkta apie 1,9 milijardo litrų sniego ir ledo, kuris galėjo būti paveiktas radioaktyviosios taršos. Vėliau paaiškėjo, kad vienas iš keturių kaltinimų taip ir nebuvo rastas.

Yra žinomas atvejis, kai 1978 m. sausio 24 d. sovietų erdvėlaivis Kosmos-954 su branduolinės energijos šaltiniu nekontroliuojamos deorbitos metu nukrito į Kanados teritoriją. Dėl šio incidento į aplinką maždaug 124 000 m² plote pateko 1 kg plutonio-238.

Plutonio išmetimas į aplinką siejamas ne tik su žmogaus sukeltomis avarijomis. Plutonio nutekėjimo atvejai žinomi tiek laboratorinėmis, tiek gamyklinėmis sąlygomis. Iš urano-235 ir plutonio-239 laboratorijų buvo apie 22 atsitiktiniai nutekėjimai. Per 1953-1978 m. nelaimingų atsitikimų neteko nuo 0,81 iki 10,1 kg Pu. Nelaimingi atsitikimai pramonės įmonėse Los Alamose iš viso nusinešė dvi mirtis dėl dviejų avarijų ir 6,2 kg plutonio praradimo. Sarovo mieste 1953 ir 1963 m. už branduolinio reaktoriaus iškrito maždaug 8 ir 17,35 kg. Dėl vieno iš jų 1953 metais buvo sugriautas branduolinis reaktorius.

Izotopų radioaktyvumo lygiai 1986 m. balandžio mėn.

Yra žinomas Černobylio atominės elektrinės avarijos atvejis, įvykęs 1986 m. balandžio 26 d. Sunaikinus ketvirtąjį energetinį bloką, į aplinką apie 2200 km² plote pateko 190 tonų radioaktyviųjų medžiagų. Aštuonios iš 140 tonų radioaktyvaus kuro iš reaktoriaus atsidūrė ore. Užterštos teritorijos plotas buvo 160 000 km². Padariniams likviduoti buvo sutelkti nemaži ištekliai, avarijos padarinių likvidavime dalyvavo daugiau nei 600 tūkst. Bendras į aplinką išleistų medžiagų aktyvumas buvo, pasak įvairių sąmatų, iki 14×10 Bq, įskaitant:

• 1,8 EBq – 13153I,
• 0,085 EBq – 13755Cs,
• 0,01 EBq – 9038Sr
• 0,003 EBq – plutonio izotopai,
• inertinės dujos sudarė apie pusę visos veiklos.

Šiuo metu dauguma užterštos zonos gyventojų per metus gauna mažiau nei 1 mSv, viršijantį natūralų foną.

Energijos ir šilumos šaltinis

Kaip žinia, branduolinė energija ją paverčia elektra kaitinant vandenį, kuris garuodamas ir susidarydamas perkaitintus garus suka elektros generatorių turbinų mentes. Šios technologijos pranašumas yra tai, kad jame nėra šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kurios darytų žalingą poveikį aplinkai. 2009 m. 438 atominės elektrinės visame pasaulyje pagamino apie 371,9 GW elektros energijos. Tačiau branduolinės pramonės minusas – branduolinės atliekos, kurių per metus apdorojama apie 12 000 t. Toks atliekų kiekis yra gana sunki užduotis atominės elektrinės darbuotojams. Iki 1982 metų buvo sukaupta ~300 tonų plutonio.

Plutonio-238 dioksido tabletė.

Geltonai rudi milteliai, sudaryti iš plutonio dioksido, gali atlaikyti iki 1200 °C temperatūrą. Junginio sintezė vyksta skaidant plutonio tetrahidroksidą arba tetranitratą deguonies atmosferoje:

.

Gauti šokolado spalvos milteliai sukepinami ir kaitinami šlapio vandenilio srove iki 1500 °C. Tokiu atveju susidaro 10,5–10,7 g/cm³ tankio tabletės, kurios gali būti naudojamos kaip branduolinis kuras. Plutonio dioksidas yra stabiliausias ir inertiškiausias iš plutonio oksidų, kaitinant iki aukštos temperatūros skyla į komponentus, todėl yra naudojamas plutonio perdirbimui ir saugojimui, taip pat tolesniam naudojimui kaip elektros energijos šaltinis. Vienas kilogramas plutonio prilygsta maždaug 22 milijonams kWh šiluminės energijos.

SSRS buvo pagaminti keli Topaz RTG, kurie buvo skirti gaminti elektrą erdvėlaiviams. Šie prietaisai buvo sukurti dirbti su plutoniu-238, kuris yra α skleidėjas. Po kritimo Sovietų Sąjunga JAV įsigijo kelis tokius įrenginius, kad ištirtų jų dizainą ir tolesnį naudojimą savo ilgalaikėse kosmoso programose.

RTG zondas „New Horizons“.

Vertas plutonio-238 pakaitalas galėtų būti vadinamas poloniu-210. Jo šilumos išsklaidymas yra 140 W/g, o vos vienas gramas gali įkaisti iki 500 °C. Tačiau dėl itin trumpo kosminių misijų pusinės eliminacijos periodo šis izotopas naudojamas kosmoso pramonė smarkiai apribotas.

Plutonis-238 2006 m., kai į Plutoną buvo paleistas zondas New Horizons, jis buvo naudojamas kaip zondo energijos šaltinis. Radioizotopų generatoriuje buvo 11 kg didelio grynumo Pu dioksido, kuris per visą kelionę pagamino vidutiniškai 220 vatų elektros energijos. Buvo išreikštas susirūpinimas dėl nesėkmingo zondo paleidimo, tačiau jis vis tiek įvyko. Po paleidimo zondas dėl Žemės gravitacijos jėgų pasiekė 36 000 mylių per valandą greitį. 2007 m. gravitacinis manevras aplink Jupiterį padidino jo greitį dar 9 000 mylių, todėl 2015 m. liepos mėn. jis priartėjo prie artimiausio Plutono ir tada tęsia Kuiperio juostos stebėjimą.

„Galileo“ ir „Cassini“ zondai taip pat buvo aprūpinti plutonio pagrindu pagamintais energijos šaltiniais. Izotopas bus naudojamas būsimose misijose, pavyzdžiui, marsaeigį „Curiosity“ varys plutonis-238. Jo nusileidimas į Marso paviršių numatomas 2012 metų rugpjūtį. Roveryje bus naudojami naujausios kartos RTG, vadinami kelių misijų radioizotopų termoelektriniu generatoriumi. Šis įrenginys pagamins 125 vatų elektros galią, o po 14 metų – 100 vatų. Roveriui veikti dėl branduolių irimo bus pagaminama 2,5 kWh energijos. Plutonis-238 yra optimalus energijos šaltinis, išskiriantis 0,56 Wg. Naudojant šį izotopą su švino teluridu, kuris naudojamas kaip termoelektrinis elementas, susidaro labai kompaktiškas ir ilgalaikis elektros energijos šaltinis be jokių judančių konstrukcijos dalių, o tai leidžia „sutaupyti“ erdvėlaivių erdvę.

RTG SNAP-27, naudojamas Apollo 14 misijoje.

Keli kilogramai PuO 2 buvo panaudoti ne tik „Galileo“, bet ir kai kuriose „Apollo“ misijose. Elektros generatoriuje SNAP-27, kurio šiluminė ir elektrinė galia buvo atitinkamai 1480 W ir 63,5 W, buvo 3,735 kg plutonio-238 dioksido. Siekiant sumažinti sprogimo ar kitų galimų nelaimingų atsitikimų riziką, berilis buvo naudojamas kaip karščiui atsparus, lengvas ir patvarus elementas. SNAP-27 buvo paskutinis generatorius, kurį NASA naudojo kosminėms misijoms; ankstesni tipai naudojo kitus elektros energijos šaltinius.

Pasyvaus seisminio eksperimento Mėnulyje metu Apollo 11 misijoje buvo panaudoti du 15 W galios radioizotopiniai šilumos šaltiniai, kuriuose mikrosferų pavidalu buvo 37,6 g plutonio dioksido. Generatorius buvo naudojamas misijose Apollo 12, 14, 15, 16, 17. Jis buvo skirtas aprūpinti elektra mokslinę įrangą, sumontuotą erdvėlaivis. Apollo 13 misijos metu Mėnulio modulis nukrypo nuo savo trajektorijos, dėl to sudegė tankiuose atmosferos sluoksniuose. SNAP-27 viduje buvo panaudotas jau minėtas izotopas, kuris yra apsuptas korozijai atsparių medžiagų ir bus saugomas jose dar 870 metų.

Plutonis-236 ir plutonis-238 naudojami atominėms elektros baterijoms, kurių tarnavimo laikas siekia 5 ir daugiau metų, gaminti. Jie naudojami srovės generatoriuose, kurie stimuliuoja širdį. 2003 m. duomenimis, JAV buvo 50–100 žmonių, turinčių plutonio širdies stimuliatorių. Plutonis-238 gali būti naudojamas narams ir astronautams. Berilis kartu su minėtu izotopu naudojamas kaip neutroninės spinduliuotės šaltinis.

2007 metais JK pradėjo griauti Calder Hall – seniausią plutonio atominę elektrinę, kuri pradėjo veikti 1956 m. spalio 17 d., o baigta 2007 m. rugsėjo 29 d.

Selekciniai reaktoriai

Scheminis greitųjų neutronų generatorių reaktorių su skystu metaliniu aušinimo skysčiu vaizdavimas su įrangos vientisu ir kilpiniu išdėstymu.

Norint gauti didelius kiekius plutonio, statomi selekciniai reaktoriai, kurie leidžia pagaminti nemažus kiekius plutonio. Reaktoriai vadinami „veisėjais“, nes jų pagalba galima gauti skiliųjų medžiagų kiekį, viršijantį jos gavimo išlaidas.

Jungtinėse Amerikos Valstijose pirmieji tokio tipo reaktoriai pradėti statyti iki 1950 m. SSRS ir Didžiojoje Britanijoje jie pradėti kurti šeštojo dešimtmečio pradžioje. Tačiau pirmieji reaktoriai buvo sukurti tiriant kietojo neutronų spektro reaktorių neutronines charakteristikas. Todėl pirmieji pavyzdžiai turėjo parodyti ne didelius gamybos kiekius, o galimybę įgyvendinti pirmuosiuose tokio tipo reaktoriuose numatytus techninius sprendimus.

Skirtumas tarp stiprintuvų ir įprastų branduolinių reaktorių yra tas, kad juose neutronai nesulėtėja, tai yra, nėra neutronų moderatoriaus, kad jie kuo labiau reaguotų su uranu-238. Po reakcijos susidaro urano-239 atomai, iš kurių vėliau susidaro plutonis-239. Tokiuose reaktoriuose centrinė dalis, kurioje yra plutonio dioksido nusodrintame urano diokside, yra apsupta dar labiau nusodinto urano-238 dioksido apvalkalu, kuriame susidaro Pu. Naudojant U ir U kartu, tokie reaktoriai gali pagaminti 50-60 kartų daugiau energijos iš gamtinio urano, todėl galima panaudoti tinkamiausių urano rūdų perdirbimui atsargas. Reprodukcijos koeficientas apskaičiuojamas kaip pagaminto ir panaudoto branduolinio kuro santykis. Tačiau pasiekti aukštą reprodukcijos lygį nėra lengva užduotis. Juose esantys kuro elementai turi būti aušinami kitu, o ne vandeniu, o tai sumažina jų energiją. Buvo pasiūlyta kaip aušinimo elementą naudoti skystą natrį. Didesniuose reaktoriuose uranas-235, prisodrintas daugiau nei 15 masės %, naudojamas reikalingam neutronų apšvitinimui ir maždaug 1-1,2 dauginimosi santykiui pasiekti.

Šiuo metu ekonomiškai naudingiau yra gauti uraną iš urano rūdos, prisodrintos iki 3% uranu-235, nei uraną išgauti į plutonį-239 naudojant 15% prisodrintą uraną-235. Paprasčiau tariant, selekcininkų pranašumas yra galimybė eksploatacijos metu ne tik gaminti elektros energiją, bet ir utilizuoti uraną-238, netinkamą kaip branduolinis kuras.