Cum se obține plutoniul de calitate pentru arme? Plutoniu de arme. Izotopi grei ai plutoniului

Ei o numesc „arme” pentru a o deosebi de „reactor”. Plutoniul se formează în orice reactor nuclear care funcționează cu uraniu natural sau slab îmbogățit, care conține în principal izotopul 238 U, atunci când captează excesul de neutroni. Dar, pe măsură ce reactorul funcționează, izotopul plutoniului de calitate pentru arme se arde rapid, ca urmare, o cantitate mare de izotopi de 240 Pu, 241 Pu și 242 Pu se acumulează în reactor, formați în timpul captărilor succesive a mai multor neutroni - de la arderea- adâncimea este de obicei determinată de factori economici. Cu cât adâncimea de ardere este mai mică, cu atât mai puțini izotopi 240 Pu, 241 Pu și 242 Pu vor fi conținuti în plutoniul separat de combustibilul nuclear iradiat, dar cu atât se formează mai puțin plutoniu în combustibil.

Este necesară o producție specială de plutoniu pentru arme care conțin aproape exclusiv 239 Pu, în principal pentru că izotopii cu numerele de masă 240 și 242 creează un fundal de neutroni mare care face dificilă proiectarea armelor nucleare eficiente, în plus, 240 Pu și 241 Pu au o durată semnificativ mai scurtă. perioadă de înjumătățire de 239 Pu, din cauza căreia părțile de plutoniu se încălzesc și este necesar să se introducă suplimentar elemente radiatoare în proiectarea unei arme nucleare. În plus, produsele de descompunere ai izotopilor grei dăunează rețelei cristaline a metalului, ceea ce poate duce la o schimbare a formei pieselor de plutoniu, care este plină de defecțiunea unui dispozitiv exploziv nuclear.

În principiu, toate aceste dificultăți pot fi depășite, iar dispozitivele explozive nucleare din plutoniu „reactor” au fost testate cu succes, totuși, în muniție, unde compactitatea, greutatea redusă, fiabilitatea și durabilitatea joacă un rol important, doar plutoniul special produs pentru arme. este folosit. Masa critică a 240 Pu metalic și 242 Pu este foarte mare, 241 Pu este puțin mai mare decât cea a 239 Pu.

Productie

Eliminare

De la sfârșitul anilor 1990, SUA și Rusia au dezvoltat acorduri pentru a elimina surplusul de plutoniu pentru arme.

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Plutoniu de calitate pentru arme”

Note

Legături

• , Coaliția canadiană pentru responsabilitatea nucleară
• , Amory B. Lovins , 28 februarie 1980, Nature , voi. 283, nr. 5750, pp. 817-823
• Garwin Richard L. Ciclul combustibilului nuclear: are sens reprocesarea? // / B. van der Zwaan. - World Scientific, 1999. - P. 144. - ISBN 978-981-02-4011-0.

Un fragment care caracterizează plutoniul de calitate pentru arme

Boala lui a urmat propria sa ordine fizică, dar i s-a întâmplat așa cum a numit Natasha, i s-a întâmplat cu două zile înainte de sosirea Prințesei Maria. A fost acea ultimă luptă morală între viață și moarte în care moartea a triumfat. A fost o realizare neașteptată că încă prețuia viața, care i se părea îndrăgostită de Natasha, și ultima criză de groază slăbită înaintea necunoscutului.
Era seara. Era, ca de obicei, după cină, într-o stare ușoară febrilă, iar gândurile lui erau extrem de clare. Sonya stătea la masă. A aţipit. Deodată, un sentiment de fericire îl cuprinse.
„Ah, ea a intrat!” el a crezut.
Într-adevăr, Natasha, care tocmai intrase cu pași inaudibili, stătea în locul Sonyei.
De când îl urmărise, el avusese întotdeauna acea senzație fizică de apropiere. Ea stătea pe un fotoliu, în lateral față de el, blocând lumina lumânării de la el și tricotând un ciorapă. (Ea învățase să tricoteze ciorapi de când prințul Andrei îi spusese că nimeni nu știe să aibă grijă de bolnavi, precum și de bătrâne dădaci care tricotează ciorapi și că e ceva liniștitor în tricotarea unui ciorapi.) Degetele ei subțiri se mânuiră repede din când în când spițele se ciocneau, iar profilul gânditor al feței ei coborâte îi era clar vizibil. Ea a făcut o mișcare - mingea i s-a rostogolit din genunchi. Ea se cutremură, se uită înapoi la el și, apărând lumânarea cu mâna, cu o mișcare atentă, flexibilă și precisă, se aplecă, ridică mingea și se așeză în poziția ei anterioară.
El s-a uitat la ea fără să se miște și a văzut că după mișcarea ei trebuia să respire adânc, dar nu a îndrăznit să facă asta și și-a reținut respirația cu grijă.
În Lavra Treimii s-au vorbit despre trecut, iar el i-a spus că, dacă ar fi în viață, îi va mulțumi lui Dumnezeu pentru totdeauna pentru rana lui, care l-a adus înapoi la ea; dar de atunci nu au mai vorbit despre viitor.
„Ar putea fi sau nu? se gândi el acum, privind-o și ascultând sunetul ușor de oțel al spițelor. „Abia atunci soarta m-a adus atât de ciudat împreună cu ea pentru ca eu să mor? .. Adevărul vieții mi-a fost dezvăluit doar ca să trăiesc într-o minciună?” O iubesc mai mult decât orice pe lume. Dar ce ar trebui să fac dacă o iubesc? spuse el și deodată gemu involuntar, dintr-un obicei pe care-l dobândise în timpul suferinței sale.
Auzind acest sunet, Natasha și-a pus ciorapul jos, s-a aplecat mai aproape de el și, deodată, observându-i ochii luminoși, s-a apropiat de el cu un pas ușor și s-a aplecat.
- Nu dormi?
- Nu, te privesc de mult timp; Am simțit când ai intrat. Nimeni nu te place, dar îmi oferă acea liniște blândă... acea lumină. Vreau doar să plâng de bucurie.
Natasha se apropie de el. Fața ei strălucea de bucurie extatică.
„Natasha, te iubesc prea mult. Mai mult decât orice altceva.
- Și eu? Ea sa întors pentru o clipă. - De ce prea mult? - ea a spus.
- De ce prea mult? .. Ei bine, ce crezi, cum te simți la inima ta, la multă inimă, voi fi în viață? Ce crezi?
- Sunt sigur, sunt sigur! - Aproape a țipat Natasha, luându-l cu pasiune de ambele mâini.
El s-a oprit.
- Ce drăguț! Și luând-o de mână, el a sărutat-o.
Natasha era fericită și emoționată; și imediat își aminti că acest lucru era imposibil, că avea nevoie de calm.
— Dar n-ai dormit, spuse ea, înăbușindu-și bucuria. „Încearcă să dormi… te rog.”
El a eliberat-o, strângându-i mâna, ea s-a dus la lumânare și s-a așezat din nou în poziția ei anterioară. De două ori se uită înapoi la el, cu ochii lui strălucind spre ea. Și-a dat o lecție despre ciorapi și și-a spus că până atunci nu se va uita înapoi până nu-l va termina.
Într-adevăr, la scurt timp după aceea a închis ochii și a adormit. Nu a dormit mult și s-a trezit brusc cu o sudoare rece.
Adormind, s-a gândit la același lucru la care se gândea din când în când - despre viață și moarte. Și mai multe despre moarte. Se simțea mai aproape de ea.
"Dragoste? Ce este dragostea? el a crezut. „Dragostea interferează cu moartea. Dragostea e viata. Tot, tot ceea ce înțeleg, înțeleg doar pentru că iubesc. Totul este, totul există doar pentru că iubesc. Totul este legat de ea. Iubirea este Dumnezeu și a muri înseamnă pentru mine, o părticică de iubire, să mă întorc la izvorul comun și etern. Aceste gânduri i se păreau mângâietoare. Dar acestea erau doar gânduri. Ceva lipsea în ei, ceva ce era unilateral personal, mental - nu existau dovezi. Și era aceeași neliniște și incertitudine. El a adormit.
A văzut în vis că stă întins în aceeași cameră în care zăcea de fapt, dar că nu era rănit, ci sănătos. În fața prințului Andrei apar multe persoane diferite, nesemnificative, indiferente. Vorbește cu ei, se ceartă despre ceva inutil. Vor merge undeva. Prințul Andrei își amintește vag că toate acestea sunt nesemnificative și că are alte preocupări, cele mai importante, dar continuă să vorbească, surprinzându-i, cu niște cuvinte goale, pline de spirit. Încetul cu încetul, pe nesimțite, toate aceste fețe încep să dispară, iar totul este înlocuit de o singură întrebare despre ușa închisă. Se ridică și se duce la ușă să gliseze șurubul și să-l încuie. Totul depinde dacă are sau nu timp să-l încuie. Merge, în grabă, picioarele nu se mișcă, și știe că nu va avea timp să încuie ușa, dar totuși își încordează dureros toate puterile. Și o frică chinuitoare îl apucă. Și această frică este frica de moarte: ea stă în spatele ușii. Dar în același timp în care se târăște neputincios și stângaci la ușă, acesta este ceva îngrozitor, pe de altă parte, deja, apăsând, spargând în ea. Ceva care nu este uman - moartea - se sparge la ușă și trebuie să o păstrăm. El apucă ușa, depunând ultimele eforturi – nu se mai poate încuia – măcar să o țină; dar puterea lui este slabă, stângace și, apăsată de teribil, ușa se deschide și se închide din nou.
Din nou, a apăsat de acolo. Ultimele eforturi supranaturale sunt zadarnice și ambele jumătăți s-au deschis în tăcere. A intrat și este moartea. Și prințul Andrew a murit.
Dar în aceeași clipă în care a murit, prințul Andrei și-a amintit că doarme și în aceeași clipă a murit, el, făcându-și un efort pe sine, s-a trezit.
„Da, a fost moartea. Am murit - m-am trezit. Da, moartea este o trezire! - s-a luminat brusc în sufletul lui, iar vălul care ascunsese până acum necunoscutul a fost ridicat în fața privirii sale spirituale. Simțea, parcă, eliberarea forței legate anterior în el și acea ușurință ciudată care nu-l părăsise de atunci.
Când s-a trezit cu o sudoare rece, agitat pe canapea, Natasha s-a apropiat de el și l-a întrebat ce este în neregulă cu el. Nu i-a răspuns și, neînțelegând-o, a privit-o cu o privire ciudată.
Așa i s-a întâmplat cu două zile înainte de sosirea Prințesei Mary. Din aceeași zi, după cum a spus doctorul, febra debilitantă a căpătat un caracter rău, dar pe Natasha nu a fost interesată de ceea ce spunea doctorul: a văzut aceste semne morale teribile, mai neîndoielnice, pentru ea.
Din acea zi, pentru domnitorul Andrei, odată cu trezirea din somn, a început și trezirea din viață. Și în raport cu durata vieții, nu i se părea mai încet decât trezirea din somn în raport cu durata unui vis.

Să ne amintim pe scurt istoria semnării SOUP-2000 din doi partide diferite: 1) în special despre plutoniu și 2) în legătură cu tratatele START-I și START-III - tratatul privind reducerea armelor ofensive.

Nu are sens să analizăm START-2 în detaliu, dar să-l atingem pe scurt. În 1993, președintele rus Elțin B.N. iar președintele american George W. Bush a semnat START II. Pe scurt, potrivit acesteia, părțile s-au angajat să renunțe la utilizarea rachetelor balistice cu vehicule de reintrare multiple. Motivul este clar - este foarte periculos, riscul escaladării tensiunii internaționale și a conflictului global este prea mare. Dar 1993 a fost prea agitat în Rusia pentru a ajunge la ratificarea acestui tratat, a cărui soartă s-a dovedit a fi foarte scurtă. Forțele Armate RF, apoi Duma de Stat, au purtat dezbateri și au făcut modificări până în 2002, când SUA s-au retras unilateral din tratatul de limitare ABM. Ca răspuns, guvernul rus a refuzat pur și simplu să ratifice START-2.

George Bush (SUA) și Mihail Gorbaciov (URSS), Foto: gazeta.eot.su

Dar semnarea START-II și refuzul de a-l ratifica nu au anulat START-I, semnat de URSS și SUA încă din 1991, la 31 iulie, de Gorbaciov și George W. Bush. Conform acestui tratat, URSS trebuia să se limiteze la 6.000 de focoase nucleare, iar SUA la 8.500. Punerea în aplicare a tratatului a fost îngreunată de o „mică problemă” - URSS s-a prăbușit. Totuși, la 23 mai 1992 a fost semnat Tratatul de la Lisabona, părți la care erau Statele Unite, Rusia, Belarus, Ucraina și Kazahstan, în conformitate cu care ultimele trei state au aderat la START-1. Belarus, Ucraina și Kazahstan sunt statele pe al căror teritoriu au rămas în 1992 fostele arsenale nucleare comune ale URSS. Conform Tratatului de la Lisabona, Belarus, Ucraina și Kazahstan și-au asumat obligații fie de a distruge armele nucleare care au ajuns pe teritoriul lor, fie de a le transfera în Rusia. La 6 decembrie 2001, Rusia și Statele Unite au anunțat că și-au respectat pe deplin obligațiile în temeiul START-1.

Ce au însemnat reducerile focoaselor nucleare pentru proiectele noastre nucleare și cele americane? O parte din stocurile de uraniu de calitate pentru arme și plutoniu de calitate pentru arme acumulate în timpul Războiului Rece s-au dovedit a fi pur și simplu „de prisos” pentru programele de apărare ale ambelor state. Aceasta a devenit baza acordului și apoi a contractului HEU-LEU din 1993-1994 și începutul pregătirii SUPEI. Cu plutoniul, problema este mult mai complicată din punct de vedere tehnic decât cu uraniul: în 1992 nimeni nu a înțeles cum să scape de o substanță radioactivă periculoasă cu un timp de înjumătățire de 24.000 de ani. Primul pas a fost evident: Rusia și Statele Unite s-au angajat să închidă și să elimine toate reactoarele nucleare care produc plutoniu pentru arme.

„Nu prea înțelegem încă cum să distrugem, dar cu siguranță nu vom face noi stocuri.”

În aceiași ani, Franța a început să-și dezvolte prima experiență în producția de combustibil MOX, dar tehnologia folosită în această țară folosea plutoniu numai și exclusiv din combustibil nuclear uzat (combustibil nuclear uzat). Era complet de neînțeles cum să se folosească plutoniul de calitate pentru arme în același scop, dar chiar și atunci experții de frunte au înțeles că procesarea plutoniului de calitate pentru arme în combustibil MOX și „arderea” lui ulterioară în reactoarele centralei nucleare era cea mai importantă. modalitate fiabilă de a-l elimina. În octombrie 1996, experți din mai multe țări s-au întâlnit la Paris, prin care reprocesarea plutoniului de calitate pentru arme în combustibil MOX a fost recunoscută drept schema de eliminare preferată, iar așa-numita „imobilizare” a fost recunoscută ca o opțiune suplimentară.

Imobilizarea, pe scurt - o tehnică tehnologică în care plutoniul este inclus în compoziția unui compus stabil chimic cu alte elemente chimice, „amestecul” rezultat complet cu moderatori de neutroni (pentru a se asigura împotriva unei reacții în lanț de fisiune) este plasat într-o capsulă. realizată dintr-un tip special de sticlă, capsula se pune într-un recipient din oțel, recipientul din oțel este „îngropat” în formațiuni geologice adânci. Povestea acului lui Koshcheev într-un mod nou, provocând un scepticism sănătos. Un compus chimic este atât creat, cât și distrus, pentru aceasta nu este necesar un adăpost de sabie. Stocarea eternă în structuri geologice adânci este o întreprindere remarcabilă teoretic, care nu a fost niciodată implementată în practică și nu este vorba doar despre un fel de substanță radioactivă, ci despre cea mai importantă componentă a armelor atomice și termonucleare.

Din 1998, acordul interguvernamental ruso-american privind cooperarea științifică și tehnică în domeniul manipulării plutoniului retras din programele militare este în vigoare, experții au început să elaboreze toate punctele Acordului din 2000. Inițial, era planificat să înceapă reciclarea cel târziu în 2007: 34 de tone pentru fiecare parte la o rată de cel puțin 2 tone pe an. Dar tehnologia nu a vrut să renunțe rapid și ușor - așa că au urmat protocoale suplimentare în 2006 și 2010, ultimul dintre care urma să înceapă distrugerea efectivă a plutoniului de calitate pentru arme în 2018. În același timp, principala variantă a fost aleasă ca singura tehnologie posibilă: combustibil MOX - un reactor de centrală nucleară. Orice schimbare este posibilă doar cu acordul scris al ambelor părți - este evident că în acest fel Rusia se asigura deja împotriva încercărilor SUA de a folosi imobilizarea.

Unitatea de putere nr. 4 a NPP Beloyarsk cu un reactor cu neutroni rapidi BN-800, Foto: sdelanounas.ru

Asigurarea a fost complet logică pentru Rusia și Rosatom, în primul rând din motive tehnice. Nici centralele noastre nucleare convenționale, nici reactorul cu neutroni rapidi BN-600 nu au folosit încă combustibil MOX, iar trecerea la acesta nu este cea mai ieftină plăcere, necesitând investiții serioase. Dar, cu toate acestea, Rusia și-a îndeplinit în mod consecvent și precis obligațiile: a construit reactorul BN-800, a dezvoltat o tehnologie de procesare a plutoniului de calitate pentru arme în combustibil MOX, completând cu atenție această dezvoltare cu construirea unei uzine unice în Zheleznogorsk. Aceasta este singura fabrică din lume capabilă să transforme plutoniul atât din combustibilul nuclear uzat, cât și din plutoniul de calitate pentru arme în combustibil MOX. Și din nou, este evident că și aici Rosatom a jucat sigur: nu vom recicla armele în baza unui acord cu Statele Unite - vom folosi combustibilul nuclear uzat, promovând implementare practică tehnologii cu ciclu închis al combustibilului nuclear. Dacă nu facem asta, putem obține potențial o centrală „moartă”, investiții de stat îngropate în beton.

Statele Unite ale Americii cu tehnologia „plutoniu de calitate pentru arme – combustibil MOX – reactor de centrală nucleară” nu au putut face față cuvântului „absolut”. Nu există nici tehnologie, nici, mai mult, instalație pentru producerea combustibilului MOX. Nu există un singur reactor industrial cu neutroni rapidi. Nu a fost obținută nicio licență AIEA pentru utilizarea combustibilului MOX în reactoare convenționale. Totodată, conform protocolului la SUPA din 2010, vă reamintesc că distrugerea practică a plutoniului trebuia să înceapă în 2018 - adică americanii nu mai aveau pe stoc mai mult de un an și jumătate. Și chiar dacă Rusia ar închide ochii la toate acestea și ar fi de acord cu notoria imobilizare, americanii nu ar fi capabili să o implementeze într-o astfel de perioadă: ei bine, nu au o singură unitate de depozitare într-o formațiune geologică adâncă! Proiectul Yucca Mountain este înghețat, rămas fără finanțare, nici doamna Clinton, nici domnul Trump nu au vreo poziție certă cu privire la acest proiect. Recepția deșeurilor radioactive la depozitul WIPP, așa cum a fost suspendată după incendiul din 2014, nu a fost reluată până acum „din motive tehnice”. Unde să „imobilizez”, scuzați-mă?

Vladimir Putin (Rusia), Foto: http://politikus.ru/

Având în vedere tot ce s-a spus, se pare că nu există nici cel mai mic sens în a numi legea de astăzi un fel de „ultimatum” din partea noastră. În opinia noastră, Vladimir Vladimirovici, în general, a salvat imaginea Statelor Unite de la inevitabila rușine: dacă nu ar fi inițiativa sa de a suspenda SUPA, noul președinte al Americii ar trebui pur și simplu să admită că statul său nu este capabil. pentru a-și îndeplini obligațiile din cauza inconsecvenței sale tehnologice. Dar nici Rusia nu intenționează să-i ierte pe acești oameni fără speranță - condițiile în care Rusia este pregătită să reia funcționarea SUPEI necesită o schimbare completă în întreg politica externa STATELE UNITE ALE AMERICII. „Nimic personal, doar afaceri” - dacă domnii americanilor au uitat brusc proverbul pe care l-au inventat, și-au amintit de el. Greu? Fara indoiala.

Dar nici Putin personal, nici Rosatom în special, nici Rusia deloc nu sunt de vină pentru faptul că mâinile actualei generații de oameni de știință americani din domeniul nuclear cresc din ... mmm ... nu de pe umeri, în general. Faptul că Bush Jr. a refuzat să prezinte un acord de cooperare cu Rusia în industria nucleară spre examinare de către Congresul SUA din cauza „agresiunii ruse în Osetia de Sud și Abhazia” nu este nici o durere de cap. Americanii au avut șansa de a adopta experiență de succes în diverse domenii ale proiectului atomic - au refuzat-o. Pe cont propriu, au putut cheltui doar 7,7 miliarde de dolari pentru dezvoltarea tehnologiei de procesare a plutoniului de calitate pentru arme în combustibil MOX, dând un rezultat zero.

Care ar putea fi soarta plutoniului de calitate pentru arme, care nu este necesar pentru programele de apărare, astăzi se poate doar ghici. Rusia nu intenționează să-l distrugă unilateral, tehnologia dezvoltată, implementată pentru uzina din Zheleznogorsk, ne permite să ne ocupăm de problemele combustibilului nuclear uzat și a unui ciclu închis al combustibilului - nu am pierdut nimic aici. Dar suspendarea SOUP-2000 oferă cele mai serioase argumente pentru cele mai tulburătoare sentimente, alimentând spectrul unui nou război rece. Vorbim de START III, semnat de Rusia și Statele Unite pe 10 martie 2010 și ratificat în 2011.

Barack Obama (SUA) și Dmitry Medvedev (Rusia), Foto: Defense.ru

Acest tratat conține noi limite ale numărului de focoase nucleare, dar merită să ne amintim că atunci când este ratificat Duma de Stat a fost adoptată și o declarație de către deputați, care a indicat necesitatea monitorizării construcției unui sistem american de apărare antirachetă în Europa, precum și necesitatea retragerii armelor nucleare tactice americane de pe continent. Aceste declarații au fost ca răspuns la o rezoluție adoptată de Senatul SUA la ratificarea START III:

„Noul tratat nu impune restricții privind crearea unui sistem de apărare antirachetă”.

Este evident că ambele părți și-au asigurat posibilitatea de a se retrage din START III („Vrei să ne limităm apărarea antirachetă? Ne retragem de la START!” versus „Doriți să continuați desfășurarea apărării antirachetă? Ne retragem de la START! ”), iar cele 34 de tone de plutoniu rămase nedistruse fac o astfel de producție este mai degrabă „de rău augur”. Vă reamintim că experții militari din timpul nostru consideră că doar 25 kg de plutoniu de calitate pentru arme sunt necesare pentru un anumit focos „condițional”. Calculatorul vă va spune în câte arme nucleare noi s-ar putea transforma respingerea START III: în teorie, acest lucru vă permite să creați 1.360 de focoase noi atât pentru Rusia, cât și pentru Statele Unite.

Rachetă balistică intercontinentală Topol-M, Foto: 3mv.ru

Dar să luăm în calcul, totuși, încă un detaliu tehnic. Compoziția bombei atomice, pe lângă plutoniul de calitate pentru arme, include și uraniu de calitate pentru arme. Uraniul de calitate pentru arme este, de asemenea, o componentă a unei bombe termonucleare. Dacă cineva a uitat, uraniul este considerat de calitate pentru arme, conținutul izotopului de uraniu-235 în care este de 90%. De comun acord, producția de uraniu pentru arme a fost oprită de ambele maluri ale oceanului, dar construim o ipoteză bazată pe faptul că o nouă rundă de escaladare a tensiunii va fi foarte strânsă, nu? În SUA, numărul de întreprinderi potențial capabile să producă uraniu pentru arme este zero (pentru care, desigur, un „mulțumire” specială soțului noului candidat la președinția SUA, care a privatizat cu succes compania americană de îmbogățire). În Rusia, numărul acestor întreprinderi este de patru. Având în vedere acest lucru, să traducem în sfârșit textul noii legi într-un limbaj ușor de înțeles. Da, aceasta este doar versiunea noastră „self-made” a traducerii, dar criticii vor trebui să înceapă prin a căuta găuri în logică. Și noi, ca de obicei, ne vom bucura să auzim critici constructive. După părerea noastră, „traducerea” arată cam așa.

„Domnilor parteneri americani! Nu poți elimina plutoniul pentru că pur și simplu nu ești instruit, pentru că ți-ai dus industria nucleară într-o canalizare. Să uităm chiar de această SUPĂ, lasă plutoniul „extra” de calitate pentru arme să rămână o rezervă strategică pentru tine și pentru noi. Dar, în același timp, nici tu, nici noi nu vom uita că pur și simplu nu poți obține uraniu de calitate pentru arme: tu însuți nu ai putut face față centrifugelor, iar Tratatul privind neproliferarea armelor nucleare nu vă va permite să cumpărați tehnologie pe latura. Și, chiar dacă îl pui și cu dispozitivul, pierzi 5-10 ani în timp: în timp ce construiești fabrici, în timp ce stăpânești o nouă tehnologie pentru tine, vom avea timp să creăm noi focoase și să le punem în serviciu de luptă. . Să recunoaștem: voi, domnilor, parteneri, nu sunteți capabili să câștigați cursa înarmărilor nucleare împotriva noastră sub nicio circumstanță. Prin urmare, pentru ultima dată vă oferim: să trăim liniștiți, fiecare făcându-și propria afacere. Ce înseamnă „minti-te de treaba ta”, nu poți înțelege? Nicio problemă, enumerăm” – și mai departe în text sunt condițiile pentru revenirea Rusiei la acțiunea SUP-2000.

Poate că merită să subliniem încă o dată că rămânerea fără speranță în urmă a SUA în proiectul atomic nu este rezultatul unor intrigi sau intrigi din partea Rusiei. Putin nu a alergat cu Kiriyenko cu pistoale negre, nu au scris scrisori anonime, toată lumea era „Sama-sama-sama”. Americanii nu au rămas în urmă - pur și simplu au pus frâna, s-au calmat după victoria din Războiul Rece, după prăbușirea URSS. Și Rusia, Rosatom-ul ei, a mărșăluit și mai departe.

Plutoniu
numar atomic	94
Aspect o substanță simplă
Proprietățile atomului
Masă atomică (Masă molară)	244,0642 a. e. m. (/mol)
Raza atomului	ora 151
Energie de ionizare (primul electron)	491,9(5,10) kJ/mol (eV)
Configuratie electronica	5f 6 7s 2
Proprietăți chimice
raza covalentă	n/a pm
Raza ionică	(+4e) 93 (+3e) 108 pm
Electronegativitatea (după Pauling)	1,28
Potențialul electrodului	Pu ← Pu 4+ -1.25V Pu←Pu 3+ -2.0V Pu ← Pu 2+ -1,2V
Stări de oxidare	6, 5, 4, 3
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate	19,84 /cm³
Capacitate de căldură molară	32,77 J/( mol)
Conductivitate termică	(6,7) W /( )
Temperatură de topire	914
Căldura de topire	2,8 kJ/mol
Temperatura de fierbere	3505
Căldura de evaporare	343,5 kJ/mol
Volumul molar	12,12 cm³/mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structură cu zăbrele	monoclinic
Parametrii rețelei	a=6,183 b=4,822 c=10,963 β=101,8
raport c/a	—
Debye temperatura	162

Plutoniu- un element chimic radioactiv din grupa actinidelor, utilizat pe scară largă în producție arme nucleare(așa-numitul „plutoniu de calitate pentru arme”), precum și (experimental) ca combustibil nuclear pentru reactoare nucleare în scopuri civile și de cercetare. Primul element artificial obţinut în cantităţi disponibile pentru cântărire (1942).

Tabelul din dreapta arată principalele proprietăți ale α-Pu, principala modificare alotropică a plutoniului, la temperatura camerei și presiunea normală.

Istoria plutoniului

Izotopul plutoniului 238 Pu a fost obținut pentru prima dată artificial pe 23 februarie 1941 de un grup de oameni de știință americani conduși de Glenn Seaborg prin iradierea nucleelor. uraniu deuteroni. Este de remarcat faptul că plutoniul a fost descoperit în natură numai după producția artificială: cantități neglijabile de 239 Pu se găsesc de obicei în minereurile de uraniu ca produs al transformării radioactive a uraniului.

Găsirea plutoniului în natură

În minereurile de uraniu, ca urmare a captării de neutroni (de exemplu, neutroni din radiația cosmică) de către nucleele de uraniu, neptuniu(239 Np), al cărui produs de descompunere β este plutoniul-239 natural. Cu toate acestea, plutoniul se formează în cantități atât de microscopice (0,4-15 părți de Pu la 10 12 părți de U), încât extracția sa din minereurile de uraniu este exclusă.

originea numelui plutoniu

În 1930, lumea astronomică a fost entuziasmată de vestea remarcabilă: fusese descoperită o nouă planetă, despre a cărei existență vorbise de mult timp de Percival Lovell, astronom, matematician și autor de eseuri fantastice despre viața de pe Marte. Pe baza observațiilor pe termen lung ale mișcărilor uraniuși Neptun Lovell a ajuns la concluzia că dincolo de Neptun în sistem solar trebuie să existe o altă planetă, a noua, de patruzeci de ori mai departe de Soare decât Pământ.

Această planetă, ale cărei elemente ale orbitei le-a calculat Lovell încă din 1915, a fost descoperită pe imaginile fotografice realizate pe 21, 23 și 29 ianuarie 1930 de astronomul K. Tombo la Observatorul Flagstaff ( STATELE UNITE ALE AMERICII) . Planeta a fost numită Pluton. După numele acestei planete, situată în sistemul solar dincolo de Neptun, al 94-lea element a fost denumit plutoniu, obținut artificial la sfârșitul anului 1940 din nuclee. atomi uraniu un grup de oameni de știință americani conduși de G. Seaborg.

Proprietăți fizice plutoniu

Există 15 izotopi ai plutoniului - În cele mai mari cantități, se obțin izotopi cu numere de masă de la 238 la 242:

238 Pu -> (timp de înjumătățire 86 ani, dezintegrare alfa) -> 234 U,

Acest izotop este folosit aproape exclusiv în RTG-urile spațiale, de exemplu, pe toate dispozitivele care au zburat dincolo de orbita lui Marte.

239 Pu -> (timp de înjumătățire 24.360 ani, dezintegrare alfa) -> 235 U,

Acest izotop este cel mai potrivit pentru proiectarea de arme nucleare și reactoare nucleare cu neutroni rapidi.

240 Pu -> (timp de înjumătățire 6580 ani, dezintegrare alfa) -> 236 U, 241 Pu -> (timp de înjumătățire 14,0 ani, dezintegrare beta) -> 241 Am, 242 Pu -> (timp de înjumătățire 370.000 de ani, alfa -degradare) -> 238 U

Acești trei izotopi nu au o importanță industrială serioasă, dar se obțin ca subproduse atunci când se obține energie în reactoare nucleare pe uraniu, prin captarea succesivă a mai multor neutroni de către nucleele de uraniu-238. Izotopul 242 este cel mai asemănător în proprietăți nucleare cu uraniul-238. Americiul-241, produs prin degradarea izotopului 241, a fost folosit în detectoarele de fum.

Plutoniul este interesant prin faptul că suferă șase tranziții de fază de la temperatura de solidificare la temperatura camerei, mai mult decât orice alt element chimic. Cu acesta din urmă, densitatea crește brusc cu 11%, ca urmare, piepturile turnate de plutoniu se fisurează. Faza alfa este stabilă la temperatura camerei, ale cărei caracteristici sunt date în tabel. Pentru aplicare, faza delta, care are o densitate mai mică, și o rețea cubică centrată pe corp sunt mai convenabile. Plutoniul din faza delta este foarte ductil, în timp ce faza alfa este fragilă. Pentru stabilizarea plutoniului în faza delta se folosește alierea cu metale trivalente (găliul a fost folosit în primele încărcări nucleare).

Utilizarea plutoniului

Prima încărcătură nucleară pe bază de plutoniu a fost detonată pe 16 iulie 1945 la locul de testare Alamogordo (test cu nume de cod „Trinity”).

Rolul biologic al plutoniului

Plutoniul este foarte toxic; MPC pentru 239 Pu în corpurile de apă deschise și în aerul spațiilor de lucru este de 81,4 și, respectiv, 3,3*10 −5 Bq/l. Majoritatea izotopilor de plutoniu au o densitate mare de ionizare și o cale scurtă a particulelor, astfel încât toxicitatea sa se datorează nu atât proprietăților sale chimice (probabil, în acest sens, plutoniul nu este mai toxic decât alte metale grele), cât efectului ionizant asupra țesuturile din jur ale corpului. Plutoniul aparține grupului de elemente cu radiotoxicitate deosebit de ridicată. În organism, plutoniul produce modificări mari ireversibile la nivelul scheletului, ficatului, splinei, rinichilor și provoacă cancer. Conținutul maxim permis de plutoniu în organism nu trebuie să depășească zecimi de microgram.

Lucrări artistice legate de tematică plutoniu

- Plutoniul a fost folosit pentru mașina De Lorean DMC-12 din filmul Back to the Future ca combustibil pentru acumulatorul de flux pentru a călători în viitor sau în trecut.

- Plutoniul a fost încărcătura bombei atomice explodate de teroriști în Denver, SUA, în lucrarea „Toate temerile lumii” a lui Tom Clancy.

- Kenzaburo Oe „Notele lui Pinchrunner”

- În 2006, compania „Beacon Pictures” a lansat filmul „Plutonium-239” ( "Pu-239")

Chimie

Plutoniul Pu - elementul nr. 94 este asociat cu speranțe foarte mari și temeri foarte mari ale omenirii. Astăzi este unul dintre cele mai importante, importante din punct de vedere strategic, elemente. Acesta este cel mai scump dintre metalele importante din punct de vedere tehnic - este mult mai scump decât argintul, aurul și platina. El este cu adevărat prețios.

Context și istorie

La început au existat protoni - hidrogen galactic. Ca urmare a comprimării sale și a reacțiilor nucleare ulterioare, s-au format cele mai incredibile „lingouri” de nucleoni. Printre ei, aceste „lingouri”, conțineau, aparent, câte 94 de protoni. Estimările teoreticienilor sugerează că aproximativ 100 de formațiuni de nucleoni, care includ 94 de protoni și de la 107 la 206 neutroni, sunt atât de stabile încât pot fi considerate nuclee izotopice ale elementului nr. 94.
Dar toți acești izotopi – ipotetici și reali – nu sunt atât de stabili încât să fie păstrați până în zilele noastre din momentul în care s-au format elementele sistemului solar. Timpul de înjumătățire al celui mai lung izotop al elementului nr. 94 este de 81 de milioane de ani. Vârsta galaxiei este măsurată în miliarde de ani. În consecință, plutoniul „original” nu a avut nicio șansă de a supraviețui până în ziua de azi. Dacă s-a format în timpul marii sinteze a elementelor Universului, atunci acei atomi străvechi ai acestuia „s-au stins” cu mult timp în urmă, la fel cum dinozaurii și mamuții s-au stins.
În secolul XX. noua era, AD, acest element a fost recreat. Din 100 de posibili izotopi ai plutoniului, au fost sintetizați 25. 15 dintre ei au fost studiați pentru proprietățile lor nucleare. Patru au găsit aplicații practice. Și a fost deschis abia de curând. În decembrie 1940, în timp ce iradiază uraniu cu nuclee grele de hidrogen, un grup de radiochimiști americani condus de Glenn T. Seaborg a descoperit un emițător de particule alfa necunoscut până acum, cu un timp de înjumătățire de 90 de ani. Acest emițător s-a dovedit a fi un izotop al elementului nr. 94 cu un număr de masă de 238. În același an, dar cu câteva luni mai devreme, E.M. Macmillan și F. Abelson au primit primul element mai greu decât uraniul - elementul nr. 93. Acest element a fost numit neptunium, iar al 94-lea - plutoniu. Istoricul va spune cu siguranță că aceste nume își au originea în mitologia romană, dar, în esență, originea acestor nume nu este mai degrabă mitologică, ci astronomică.
Elementele nr. 92 și 93 poartă numele planetelor îndepărtate ale sistemului solar - Uranus și Neptun, dar Neptun nu este ultimul din sistemul solar, orbita lui Pluto se află și mai departe - o planetă despre care până acum nu se știe aproape nimic. ... O construcție similară observăm și pe „flancul stâng” al tabelului periodic: uraniu - neptunium - plutoniu, totuși, omenirea știe mult mai multe despre plutoniu decât despre Pluto. Apropo, astronomii l-au descoperit pe Pluto cu doar zece ani înainte de sinteza plutoniului - aproape aceeași perioadă de timp a separat descoperirile lui Uranus - planeta și uraniul - elementul.

Ghicitori pentru ransomware

Primul izotop al elementului nr. 94, plutoniul-238, și-a găsit acum aplicație practică. Dar la începutul anilor 1940, nici nu s-au gândit la asta. Este posibil să obțineți plutoniu-238 în cantități de interes practic doar bazându-vă pe o industrie nucleară puternică. La acea vreme, ea tocmai începea. Dar era deja clar că prin eliberarea energiei conținute în nucleele elementelor radioactive grele, se putea obține arme de o putere fără precedent. A apărut Proiectul Manhattan, neavând decât un nume în comun cu cunoscuta zonă a New York-ului. Acesta a fost denumirea generală pentru toate lucrările legate de crearea primelor bombe atomice în Statele Unite. Șeful Proiectului Manhattan nu era un om de știință, ci un militar - generalul Groves, care și-a numit „afecționat” secțiile de înaltă educație „oale sparte”.
Liderii „proiectului” nu erau interesați de plutoniu-238. Nucleele sale, ca, într-adevăr, nucleele tuturor izotopilor de plutoniu cu numere de masă par, nu se fisiază cu neutroni de energie scăzută, așa că nu ar putea servi ca explozibil nuclear. Cu toate acestea, primele rapoarte nu foarte inteligibile despre elementele nr. 93 și 94 au apărut tipărite abia în primăvara anului 1942.
Cum poate fi explicat acest lucru? Fizicienii au înțeles: sinteza izotopilor de plutoniu cu numere de masă impare este o chestiune de timp și nu departe. Se aștepta ca izotopii ciudați, precum uraniul-235, să poată susține o reacție nucleară în lanț. În ele, neprimite încă, unii oameni au văzut un potențial exploziv nuclear. Și aceste speranțe plutoniu, din păcate, justificată.
În cifrurile de atunci, elementul nr. 94 nu se numea nimic mai mult decât... cupru. Și când a apărut nevoia de cupru în sine (ca material structural pentru unele părți), atunci în criptare, împreună cu „cuprul”, a apărut „cuprul autentic”.

„Arborele cunoașterii binelui și răului”

În 1941, a fost descoperit cel mai important izotop al plutoniului, un izotop cu un număr de masă de 239. Și aproape imediat a fost confirmată predicția teoreticienilor: nucleele plutoniului-239 fisionate cu neutroni termici. Mai mult, în procesul de fisiune a acestora, s-a născut nu mai puțin număr de neutroni decât în ​​fisiunea uraniului-235. Au fost imediat conturate modalități de obținere a acestui izotop în cantități mari...
Au trecut anii. Acum nu este un secret pentru nimeni că bombele nucleare stocate în arsenale sunt umplute cu plutoniu-239 și că aceste bombe sunt suficiente pentru a provoca daune ireparabile întregii vieți de pe Pământ.
Se crede pe scară largă că, odată cu descoperirea unei reacții nucleare în lanț (a cărei consecință inevitabilă a fost crearea unei bombe nucleare), omenirea s-a grăbit în mod clar. Poți să gândești diferit sau să te prefaci că gândești diferit – este mai plăcut să fii optimist. Dar chiar și optimiștii se confruntă inevitabil cu problema responsabilității oamenilor de știință. Ne amintim de ziua triumfătoare din iunie 1954, ziua în care prima centrală nucleară din Obninsk a dat energie electrică. Dar nu putem uita dimineața de august a anului 1945 – „dimineața Hiroshima”, „ziua ploioasă a lui Albert Einstein”... Ne amintim primii ani postbelici și șantajul atomic nestăpânit – baza politicii americane a acelor ani. Dar a îndurat omenirea puține anxietăți în anii următori? Mai mult, aceste anxietăți au fost intensificate în mod repetat de conștiința că dacă un nou Razboi mondial, vor fi lansate arme nucleare.
Aici puteți încerca să demonstrați că descoperirea plutoniului nu s-a adăugat la temerile omenirii, că, dimpotrivă, a fost doar util.
Să presupunem că s-a întâmplat ca dintr-un motiv oarecare sau, după cum se spunea în vremuri, prin voia lui Dumnezeu, plutoniul nu era disponibil oamenilor de știință. Ar scădea atunci fricile și fricile noastre? Nu s-a intamplat nimic. Bombele nucleare ar fi făcute din uraniu-235 (și în nu mai puțină cantitate decât din plutoniu), iar aceste bombe ar „mânca” părți și mai mari din bugete decât o fac acum.
Dar fără plutoniu, nu ar exista perspective de utilizare pașnică a energiei nucleare la scară largă. Pentru un „atom pașnic” pur și simplu nu ar fi suficient uraniu-235. Răul adus omenirii prin descoperirea energiei nucleare nu ar fi echilibrat, chiar dacă doar parțial, de realizările „atomului bun”.

Cum să măsori, cu ce să compari

Când un nucleu de plutoniu-239 este divizat de neutroni în două fragmente de masă aproximativ egală, se eliberează aproximativ 200 MeV de energie. Aceasta este de 50 de milioane de ori mai multă energie eliberată în cea mai cunoscută reacție exotermă С + O 2 = СO 2 . „Arzând” într-un reactor nuclear, un gram de plutoniu dă 2.107 kcal. Pentru a nu încălca tradițiile (și în articolele populare, energia combustibilului nuclear este de obicei măsurată în unități în afara sistemului - tone de cărbune, benzină, trinitrotoluen etc.), remarcăm și: aceasta este energia conținută în 4 tone. de cărbune. Și într-un degetar obișnuit se pune cantitatea de plutoniu, echivalentă energetic cu patruzeci de mașini de lemn de foc bun de mesteacăn.
Aceeași energie este eliberată în timpul fisiunii nucleelor ​​de uraniu-235 de către neutroni. Dar cea mai mare parte a uraniului natural (99,3%!) este izotopul 238 U, care poate fi folosit doar prin transformarea uraniului în plutoniu...

Energie de piatră

Să evaluăm resursele energetice conținute în rezervele naturale de uraniu.
Uraniul este un element împrăștiat și este practic peste tot. Oricine a vizitat, de exemplu, Karelia, și-a amintit cu siguranță bolovanii de granit și stâncile de coastă. Dar puțini oameni știu că există până la 25 g de uraniu într-o tonă de granit. Granitele reprezintă aproape 20% din greutatea scoarței terestre. Dacă numărăm doar uraniul-235, atunci 3,5-105 kcal de energie sunt conținute într-o tonă de granit. Este mult, dar...
Prelucrarea granitului și extragerea uraniului din acesta necesită o cantitate și mai mare de energie - aproximativ 106-107 kcal/t. Acum, dacă ar fi posibil să se folosească nu numai uraniul-235, ci și uraniul-238 ca sursă de energie, atunci granitul ar putea fi considerat cel puțin ca o materie primă potențială energetică. Atunci energia obținută dintr-o tonă de piatră ar fi deja de la 8-107 la 5-108 kcal. Acest lucru este echivalent cu 16-100 de tone de cărbune. Și în acest caz, granitul ar putea oferi oamenilor de aproape un milion de ori mai multă energie decât toate rezervele de combustibil chimic de pe Pământ.
Dar nucleele de uraniu-238 nu se fisiunea de neutroni. Pentru energia nucleară, acest izotop este inutil. Mai exact, ar fi inutil dacă nu ar putea fi transformat în plutoniu-239. Și ceea ce este deosebit de important: practic nu este nevoie să cheltuiești energie pentru această transformare nucleară - dimpotrivă, în acest proces se produce energie!
Să încercăm să ne dăm seama cum se întâmplă acest lucru, dar mai întâi câteva cuvinte despre plutoniul natural.

De 400 de mii de ori mai mic decât radiul

S-a spus deja că izotopii de plutoniu nu s-au păstrat de la sinteza elementelor în timpul formării planetei noastre. Dar asta nu înseamnă că nu există plutoniu pe Pământ.
Se formează tot timpul în minereurile de uraniu. Captând neutronii radiațiilor cosmice și neutronii produși prin fisiunea spontană (spontană) a nucleelor ​​de uraniu-238, unii - foarte puțini - atomi ai acestui izotop se transformă în atomi de uraniu-239. Aceste nuclee sunt foarte instabile, emit electroni și, prin urmare, își măresc sarcina. Se formează neptuniul - primul element transuraniu. Neptunium-239 este, de asemenea, foarte instabil, iar nucleele sale emit electroni. În doar 56 de ore, jumătate din neptunium-239 se transformă în plutoniu-239, al cărui timp de înjumătățire este deja destul de lung - 24 de mii de ani.
De ce nu se extrage plutoniul din minereurile de uraniu?? Concentrație mică, prea mică. „Producția pe gram este forță de muncă pe an” - este vorba despre radiu, iar plutoniul din minereuri este de 400 de mii de ori mai puțin decât radiu. Prin urmare, nu doar extragerea – chiar și detectarea plutoniului „terestre” este extrem de dificilă. Acest lucru s-a făcut numai după ce au fost studiate proprietățile fizice și chimice ale plutoniului obținut în reactoarele nucleare.
Plutoniul se acumulează în reactoarele nucleare. În fluxurile puternice de neutroni, are loc aceeași reacție ca și în minereurile de uraniu, dar rata de formare și acumulare a plutoniului în reactor este mult mai mare - de un miliard de miliard de ori. Pentru reacția de transformare a uraniului de balast-238 în plutoniu de calitate superioară-239, sunt create condiții optime (în limita acceptabile).
Dacă reactorul funcționează pe neutroni termici (amintim că viteza lor este de aproximativ 2000 m pe secundă, iar energia este fracțiuni de electron volt), atunci se obține o cantitate de plutoniu dintr-un amestec natural de izotopi de uraniu, puțin mai mică decât cantitatea de uraniu „ars”-235. Nu mult, dar mai puțin, plus pierderile inevitabile de plutoniu în timpul separării sale chimice de uraniul iradiat. În plus, o reacție nucleară în lanț continuă într-un amestec natural de izotopi de uraniu numai până când se epuizează o mică fracțiune de uraniu-235. Prin urmare, concluzia este logică: un reactor „termic” pe uraniu natural – principalul tip de reactoare care funcționează în prezent – ​​nu poate asigura reproducerea extinsă a combustibilului nuclear. Dar atunci care este viitorul? Pentru a răspunde la această întrebare, să comparăm cursul unei reacții nucleare în lanț în uraniu-235 și plutoniu-239 și să introducem încă un concept fizic în raționamentul nostru.
Cea mai importantă caracteristică a oricărui combustibil nuclear este numărul mediu de neutroni emiși după ce nucleul a capturat un neutron. Fizicienii îl numesc numărul eta și îl notează cu litera greacă c. În reactoarele cu uraniu „termic” se observă următorul model: fiecare neutron generează în medie 2,08 neutroni (η=2,08). Plutoniul plasat într-un astfel de reactor sub acțiunea neutronilor termici dă η=2,03. Dar există și reactoare care funcționează pe neutroni rapizi. Este inutil să încărcați un amestec natural de izotopi de uraniu într-un astfel de reactor: reacția în lanț nu va începe. Dar dacă „materiile prime” sunt îmbogățite cu uraniu-235, acesta se va putea dezvolta într-un reactor „rapid”. În acest caz, c va fi deja egal cu 2,23. Iar plutoniul, pus sub foc cu neutroni rapizi, va da n egal cu 2,70. Vom avea la dispoziție „un neutron plin în plus”. Și acest lucru nu este suficient.

Să vedem pe ce sunt cheltuiți neutronii primiți. În orice reactor, un neutron este necesar pentru a menține o reacție nucleară în lanț. 0,1 neutron este absorbit de materialele structurale ale instalației. „Excesul” merge la acumularea de plutoniu-239. Într-un caz, „excesul” este 1,13, în celălalt - 1,60. După „arderea” unui kilogram de plutoniu în reactorul „rapid” se eliberează energie colosală și se acumulează 1,6 kg de plutoniu. Iar uraniul dintr-un reactor „rapid” va oferi aceeași energie și 1,1 kg de combustibil nuclear nou. În ambele cazuri, reproducerea extinsă este evidentă. Dar nu trebuie să uităm de economie.
Din mai multe motive tehnice, ciclul de reproducere a plutoniului durează câțiva ani. Să zicem cinci ani. Aceasta înseamnă că cantitatea de plutoniu va crește doar cu 2% pe an dacă η=2,23, și cu 12% dacă η=2,7! Combustibilul nuclear este capital și orice capital trebuie să producă, să zicem, 5% pe an. În primul caz, există pierderi mari, iar în al doilea - profituri mari. Acest exemplu primitiv ilustrează „greutatea” fiecărui al zecelea număr în energia nucleară.
Un alt lucru este, de asemenea, important. Energia nucleară trebuie să țină pasul cu creșterea cererii de energie. Calculele arată că starea lui este fezabilă în viitor numai atunci când η se apropie de trei. Dacă dezvoltarea surselor de energie nucleară rămâne în urmă cu nevoile societății de energie, atunci vor exista două moduri: fie „încetiniți progresul”, fie luați energie din alte surse. Sunt cunoscute: fuziunea termonucleară, energia de anihilare a materiei și antimateriei, dar nu sunt încă disponibile din punct de vedere tehnic. Și nu se știe când vor fi adevărate surse de energie pentru umanitate. Iar energia nucleelor ​​grele a devenit de mult o realitate pentru noi, iar astăzi plutoniul, ca principal „furnizor” de energie atomică, nu are concurenți serioși, cu excepția, poate, a uraniului-233.

Suma multor tehnologii

Când cantitatea necesară de plutoniu se acumulează în uraniu ca urmare a reacțiilor nucleare, aceasta trebuie separată nu numai de uraniul în sine, ci și de fragmentele de fisiune - atât uraniu, cât și plutoniu, arse într-o reacție nucleară în lanț. În plus, există o anumită cantitate de neptuniu în masa de uraniu-plutoniu. Cel mai dificil lucru este să separați plutoniul de neptuniu și elementele pământurilor rare (lantanide). Plutoniul ca element chimic este oarecum ghinionist. Din punctul de vedere al unui chimist, elementul principal al energiei nucleare este doar unul dintre cele paisprezece actinide. La fel ca elementele pământurilor rare, toate elementele seriei actiniului sunt foarte apropiate unele de altele în proprietăți chimice, structura învelișurilor de electroni exterioare ale atomilor tuturor elementelor de la actiniu la 103 este aceeași. Este și mai neplăcut că proprietățile chimice ale actinidelor sunt similare cu cele ale elementelor pământurilor rare, iar printre fragmentele de fisiune ale uraniului și plutoniului, lantanidele sunt mai mult decât suficiente. Dar, pe de altă parte, al 94-lea element poate fi în cinci stări de valență, iar acest lucru „îndulcește pastila” - ajută la separarea plutoniului atât de uraniu, cât și de fragmentele de fisiune.
Valența plutoniului variază de la trei la șapte. Compușii plutoniului tetravalent sunt cei mai stabili din punct de vedere chimic (și, în consecință, cei mai obișnuiți și mai studiati).
Separarea actinidelor similare din punct de vedere chimic - uraniu, neptunium și plutoniu - se poate baza pe diferența dintre proprietățile compușilor lor tetra- și hexavalenți.

Nu este nevoie să descriem în detaliu toate etapele separării chimice a plutoniului și uraniului. De obicei, separarea lor începe cu dizolvarea barelor de uraniu în acid azotic, după care uraniul, neptuniul, plutoniul și elementele de fragment conținute în soluție sunt „separate”, folosind metode radiochimice tradiționale pentru aceasta - precipitare, extracție, schimb ionic și altele. . Produsele finali care conțin plutoniu ale acestei tehnologii în mai multe etape sunt dioxidul său PuO 2 sau fluorurile - PuF 3 sau PuF 4 . Ele sunt reduse la metal cu vapori de bariu, calciu sau litiu. Cu toate acestea, plutoniul obținut în aceste procese nu este potrivit pentru rolul unui material structural - este imposibil să faci elemente de combustibil ale reactoarelor nucleare din acesta, este imposibil să arunci o încărcare a unei bombe atomice. De ce? Punctul de topire al plutoniului - doar 640 ° C - este destul de realizabil.
Indiferent de condițiile „ultra-economice” folosite pentru turnarea pieselor din plutoniu pur, fisurile vor apărea întotdeauna în piese turnate în timpul solidificării. La 640°C, plutoniul care se solidifică formează o rețea cristalină cubică. Pe măsură ce temperatura scade, densitatea metalului crește treptat. Dar apoi temperatura a atins 480 ° C, iar apoi brusc densitatea plutoniului scade brusc. Motivele acestei anomalii au fost dezgropate destul de repede: la această temperatură, atomii de plutoniu sunt rearanjați în rețeaua cristalină. Devine tetragonală și foarte „laxă”. Un astfel de plutoniu poate pluti în propria sa topire, ca gheața pe apă.
Temperatura continuă să scadă, acum a ajuns la 451 ° C, iar atomii au format din nou o rețea cubică, dar situată la o distanță mai mare unul de celălalt decât în ​​primul caz. Odată cu răcirea ulterioară, rețeaua devine mai întâi ortorombic, apoi monoclinic. În total, plutoniul formează șase forme cristaline diferite! Două dintre ele au o proprietate remarcabilă - un coeficient negativ de dilatare termică: odată cu creșterea temperaturii, metalul nu se dilată, ci se contractă.
Când temperatura atinge 122°C și atomii de plutoniu își rearanjează rândurile pentru a șasea oară, densitatea se modifică deosebit de puternic - de la 17,77 la 19,82 g/cm 3 . Mai mult de 10%!
În consecință, volumul lingoului scade. Dacă metalul ar putea rezista în continuare la tensiunile care au apărut la alte tranziții, atunci în acest moment distrugerea este inevitabilă.
Cum, atunci, să faceți piese din acest metal uimitor? Metalurgiștii aliază plutoniu (adaugă cantități mici din elementele necesare) și obțin piese turnate fără o singură fisură. Sunt folosite pentru a produce încărcături de plutoniu pentru bombe nucleare. Greutatea sarcinii (este determinată în primul rând de masa critică a izotopului) este de 5-6 kg. S-ar potrivi cu ușurință într-un cub cu mărimea coastelor de 10 cm.

Izotopi grei ai plutoniului

Plutoniul-239 conține, de asemenea, o cantitate mică de izotopi superiori ai acestui element - cu numere de masă de 240 și 241. Izotopul 240 Pu este practic inutil - este balast în plutoniu. Din 241 se obține americiu - elementul nr. 95. În forma sa pură, fără amestec de alți izotopi, plutoniul-240 și plutoniul-241 pot fi obținute prin separarea electromagnetică a plutoniului acumulat în reactor. Înainte de aceasta, plutoniul este iradiat suplimentar cu fluxuri de neutroni cu caracteristici strict definite. Desigur, toate acestea sunt foarte complicate, mai ales că plutoniul nu este doar radioactiv, ci și foarte toxic. Lucrul cu acesta necesită prudență extremă.
Unul dintre cei mai interesanți izotopi ai plutoniului, 242 Pu, poate fi obținut prin iradierea mult timp a 239 Pu în fluxuri de neutroni. 242 Pu captează foarte rar neutroni și, prin urmare, „se arde” în reactor mai lent decât alți izotopi; persistă chiar și după ce izotopii rămași de plutoniu au trecut aproape complet în fragmente sau s-au transformat în plutoniu-242.
Plutoniul-242 este important ca „materie primă” pentru acumularea relativ rapidă de elemente transuraniu superioare în reactoarele nucleare. Dacă plutoniul-239 este iradiat într-un reactor convențional, atunci va dura aproximativ 20 de ani pentru a acumula cantități de micrograme de plutoniu din grame, de exemplu, californiu-252.
Este posibil să se reducă timpul de acumulare a izotopilor superiori prin creșterea intensității fluxului de neutroni în reactor. Ei fac acest lucru, dar apoi este imposibil să iradieze o cantitate mare de plutoniu-239. La urma urmei, acest izotop este împărțit de neutroni și prea multă energie este eliberată în fluxuri intense. Există dificultăți suplimentare cu răcirea reactorului. Pentru a evita aceste complicații, cantitatea de plutoniu iradiat ar trebui redusă. În consecință, producția din California ar fi din nou mizerabilă. Cerc vicios!
Plutoniul-242 nu este fisionabil de neutroni termici și poate fi iradiat în cantități mari în fluxuri intense de neutroni... Prin urmare, în reactoare, toate elementele de la americiu la fermiu sunt „fabricate” din acest izotop și se acumulează în cantități de greutate.
Ori de câte ori oamenii de știință au reușit să obțină un nou izotop de plutoniu, au măsurat timpul de înjumătățire al nucleelor ​​acestuia. Timpurile de înjumătățire ale izotopilor nucleelor ​​radioactive grele cu numere de masă par se schimbă în mod regulat. (Nu același lucru se poate spune despre izotopii ciudați.)
Pe măsură ce masa crește, la fel crește „durata de viață” a izotopului. Acum câțiva ani, plutoniul-242 era cel mai înalt punct de pe acest grafic. Și atunci cum va merge această curbă - cu o creștere suplimentară a numărului de masă? La punctul 1, care corespunde unei durate de viață de 30 de milioane de ani, sau la punctul 2, care corespunde deja la 300 de milioane de ani? Răspunsul la această întrebare a fost foarte important pentru geoștiințe. În primul caz, dacă în urmă cu 5 miliarde de ani Pământul era format în întregime din 244 Pu, acum doar un atom de plutoniu-244 ar rămâne în întreaga masă a Pământului. Dacă a doua ipoteză este corectă, atunci plutoniul-244 poate fi pe Pământ în concentrații care ar putea fi deja detectate. Dacă am fi destul de norocoși să găsim acest izotop pe Pământ, știința ar primi cele mai valoroase informații despre procesele care au avut loc în timpul formării planetei noastre.

Timpurile de înjumătățire ale unor izotopi ai plutoniului

În urmă cu câțiva ani, oamenii de știință s-au confruntat cu întrebarea: merită să încercați să găsiți plutoniu greu pe Pământ? Pentru a răspunde, a fost necesar în primul rând să se determine timpul de înjumătățire al plutoniului-244. Teoreticienii nu au putut calcula această valoare cu precizia necesară. Toată speranța era doar pentru experiment.
Plutoniu-244 acumulat într-un reactor nuclear. Elementul nr. 95, americiu (izotop 243 Am), a fost iradiat. După ce a capturat un neutron, acest izotop a trecut în americiu-244; americiu-244 într-unul din cele 10 mii de cazuri a trecut în plutoniu-244.
Un preparat de plutoniu-244 a fost izolat dintr-un amestec de americiu și curiu. Eșantionul cântărea doar câteva milioane de grame. Dar au fost suficiente pentru a determina timpul de înjumătățire al acestui cel mai interesant izotop. S-a dovedit a fi egal cu 75 de milioane de ani. Mai târziu, alți cercetători au precizat timpul de înjumătățire al plutoniului-244, dar nu cu mult - 81 de milioane de ani. În 1971, au fost găsite urme ale acestui izotop în bastnäsite-ul mineral de pământuri rare.
Oamenii de știință au făcut multe încercări de a găsi un izotop al unui element transuraniu care trăiește mai mult de 244 Pu. Dar toate încercările au fost în zadar. La un moment dat, s-au pus speranțe pe curium-247, dar după ce acest izotop a fost acumulat într-un reactor, s-a dovedit că timpul său de înjumătățire a fost de numai 16 milioane de ani. Nu a fost posibil să se bată recordul pentru plutoniu-244 - este cel mai longeviv dintre toți izotopii elementelor transuraniului.
Chiar și izotopii mai grei ai plutoniului sunt supuși descompunerii beta, iar durata lor de viață variază de la câteva zile la câteva zecimi de secundă. Știm cu siguranță că toți izotopii plutoniului, până la 257 Pu, se formează în explozii termonucleare. Dar durata lor de viață este de zecimi de secundă, iar mulți izotopi de scurtă durată ai plutoniului nu au fost încă studiați.

Posibilitățile primului izotop de plutoniu

Și, în sfârșit, despre plutoniu-238, primul dintre izotopii „făcuți de om” ai plutoniului, un izotop care la început părea nepromițător. De fapt, este un izotop foarte interesant. Este supus dezintegrarii alfa, adică nucleele sale emit în mod spontan particule alfa - nuclee de heliu. Particulele alfa generate de nucleele plutoniului-238 transportă multă energie; disipată în materie, această energie este transformată în căldură. Cât de mare este această energie? Șase milioane de electroni volți sunt eliberați atunci când un nucleu atomic de plutoniu-238 se descompune. Într-o reacție chimică, aceeași energie este eliberată atunci când câteva milioane de atomi sunt oxidați. O sursă de energie electrică care conține un kilogram de plutoniu-238 dezvoltă o putere termică de 560 de wați. Puterea maximă a unei surse de curent chimic de aceeași masă este de 5 wați.
Există mulți emițători cu caracteristici energetice similare, dar o caracteristică a plutoniului-238 face ca acest izotop să fie indispensabil. De obicei, dezintegrarea alfa este însoțită de radiații gamma puternice care pătrund prin grosimi mari de materie. 238 Pu este o excepție. Energia cuantelor gamma care însoțește degradarea nucleelor ​​sale este scăzută și nu este dificil să te aperi împotriva ei: radiația este absorbită de un recipient cu pereți subțiri. Probabilitatea fisiunii nucleare spontane a acestui izotop este, de asemenea, mică. Prin urmare, și-a găsit aplicație nu numai în sursele actuale, ci și în medicină. Bateriile cu plutoniu-238 servesc ca sursă de energie în stimulatoarele cardiace speciale.
Dar 238 Pu nu este cel mai ușor dintre izotopii cunoscuți ai elementului nr. 94, s-au obținut izotopi de plutoniu cu numere de masă de la 232 la 237. Timpul de înjumătățire al celui mai ușor izotop este de 36 de minute.

Plutoniul este un subiect important. Iată cel mai important dintre cei mai importanți. La urma urmei, a devenit deja o expresie standard că chimia plutoniului a fost studiată mult mai bine decât chimia unor astfel de elemente „vechi” precum fierul. S-au scris cărți întregi despre proprietățile nucleare ale plutoniului. Metalurgia plutoniului este o altă secțiune uimitoare a cunoștințelor umane... Prin urmare, nu ar trebui să vă gândiți că, după ce ați citit această poveste, ați învățat cu adevărat plutoniul - cel mai important metal al secolului al XX-lea.

• CUM SE REALIZĂ PLUTONIUL. Plutoniul radioactiv și toxic necesită îngrijire specială în timpul transportului. Un container a fost conceput special pentru transportul său - un container care nu se prăbușește nici măcar în timpul accidentelor aviatice. Se face destul de simplu: este un vas cu pereți groși din din oțel inoxidabilînconjurat de o coajă de mahon. Evident că plutoniul merită, dar imaginează-ți cât de groși trebuie să fie pereții dacă știi că un container pentru transportul de doar două kilograme de plutoniu cântărește 225 kg!
• OTRAVĂ ȘI ANTIDOT. La 20 octombrie 1977, Agence France-Presse a raportat că a fost găsit un compus chimic care ar putea elimina plutoniul din corpul uman. Câțiva ani mai târziu, s-au cunoscut destul de multe despre acest compus. Acest compus complex este o catechinamidă carboxilază liniară, o substanță din clasa chelaților (din greacă - "hela" - o gheară). În această gheară chimică este capturat atomul de plutoniu, liber sau legat. La șoarecii de laborator, până la 70% din plutoniul absorbit a fost îndepărtat din organism cu ajutorul acestei substanțe. Se crede că în viitor acest compus va ajuta la extragerea plutoniului atât din deșeurile industriale, cât și din combustibilul nuclear.

Plutoniul metal este folosit în armele nucleare și servește drept combustibil nuclear. Oxizii de plutoniu sunt folosiți ca sursă de energie pentru tehnologia spațială și sunt utilizați în barele de combustibil. Plutoniul este folosit în bateriile navelor spațiale. Nucleele de plutoniu-239 sunt capabile de o reacție nucleară în lanț atunci când sunt expuse la neutroni, astfel încât acest izotop poate fi folosit ca sursă de energie atomică. Utilizarea mai frecventă a plutoniului-239 în bombele nucleare se datorează faptului că plutoniul ocupă un volum mai mic în sferă, prin urmare, se poate câștiga în puterea explozivă a bombei datorită acestei proprietăți. Un nucleu de plutoniu în timpul unei reacții nucleare emite în medie aproximativ 2.895 neutroni față de 2.452 neutroni pentru uraniu-235. Cu toate acestea, costurile de producție ale plutoniului sunt de aproximativ șase ori mai mari decât cele ale uraniului-235.

Izotopii plutoniului și-au găsit aplicația în sinteza elementelor transplutoniului. Astfel, oxidul mixt de plutoniu-242 în 2009 și bombardarea cu ioni de calciu-48 în 2010 a aceluiași izotop au fost folosite pentru a produce ununquadium. La Laboratorul Național Oak Ridge, iradierea prelungită cu neutroni a Pu este utilizată pentru a produce 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf și 25399Es și 257100Fm. Cu excepția Pu, toate elementele transuraniu rămase au fost produse în trecut în scopuri de cercetare. Datorită captării neutronice a izotopilor de plutoniu, în 1944 G. T. Seaborg și grupul său au obținut primul izotop de americiu - 24195 Am Am). Pentru a confirma că existau doar 14 actinide, sinteza nucleelor ​​de rutherford a fost efectuată în 1966 la Dubna, sub îndrumarea academicianului G. N. Flerov:

24294Pu + 2210Ne → 260104Rf + 4n.

Aliajele de plutoniu δ-stabilizate sunt utilizate la fabricarea celule de combustibil, deoarece au proprietăți metalurgice mai bune în comparație cu plutoniul pur, care suferă tranziții de fază atunci când este încălzit.

Plutoniul „ultra-pur” este folosit în armele nucleare ale Marinei SUA și este folosit pe nave și submarine sub ecran de plumb nuclear, ceea ce reduce expunerea la radiații a echipajului.

Plutoniul-238 și plutoniul-239 sunt izotopii cei mai sintetizati.

• Prima încărcătură nucleară pe bază de plutoniu a fost detonată pe 16 iulie 1945 la locul de testare Alamogordo.

Arme nucleare

Plutoniul a fost foarte des folosit în bombe nucleare. Un fapt istoric este lansarea unei bombe nucleare pe Nagasaki în 1945 de către Statele Unite. Bomba aruncată asupra acestui oraș conținea 6,2 kg de plutoniu. Puterea exploziei a fost de 21 de kilotone. Până la sfârșitul anului 1945, au murit 60-80 de mii de oameni. După 5 ani, numărul total de morți, inclusiv decesele cauzate de cancer și alte efecte pe termen lung ale exploziei, ar putea ajunge sau chiar depăși 140.000 de oameni.

Principiul prin care a avut loc o explozie nucleară care implică plutoniu a fost proiectarea unei bombe nucleare. „Miezul” bombei a constat dintr-o sferă plină cu plutoniu-239, care, în momentul impactului cu pământul, a fost comprimată la un milion de atmosfere datorită designului și datorită explozivului din jurul acestei sfere. După impact, nucleul s-a extins în volum și densitate în zece microsecunde, în timp ce ansamblul compresibil a trecut prin starea critică pe neutronii termici și a devenit semnificativ supercritic pe neutronii rapizi, adică o reacție nucleară în lanț a început cu participarea neutronilor și a nucleelor. a elementului. Trebuie avut în vedere că bomba nu trebuia să explodeze prematur. Cu toate acestea, acest lucru este practic imposibil, deoarece pentru a comprima o minge de plutoniu cu doar 1 cm în zece nanosecunde, este necesar să se acorde substanței o accelerație de zeci de trilioane de ori mai mare decât accelerația căderii libere. Odată cu explozia finală a unei bombe nucleare, temperatura crește la zeci de milioane de grade. Trebuie remarcat faptul că în timpul nostru, 8-9 kg din acest element sunt suficiente pentru a crea o încărcătură nucleară cu drepturi depline.

Doar un kilogram de plutoniu-239 poate produce o explozie echivalentă cu 20.000 de tone de TNT. Chiar și 50 g de element în timpul fisiunii tuturor nucleelor ​​vor produce o explozie egală cu detonarea a 1000 de tone de TNT. Acest izotop este singurul nuclid potrivit pentru utilizarea în arme nucleare, deoarece prezența chiar și a 1% Pu va duce la formarea unui număr mare de neutroni, ceea ce nu va permite utilizarea eficientă a unei scheme de încărcare a tunului pentru o bombă nucleară. Izotopii rămași sunt luați în considerare numai din cauza efectelor lor nocive.

Plutoniul-240 poate fi găsit într-o bombă nucleară în cantități mici, dar dacă conținutul său este crescut, va avea loc o reacție prematură în lanț. Acest izotop are o probabilitate mare de fisiune spontană, ceea ce face imposibil pentru un procent mare din conținutul său în material fisionabil.

Potrivit postului de televiziune Al-Jazeera, Israelul are aproximativ 118 focoase cu plutoniu ca substanță radioactivă. Se crede că Coreea de Sud are aproximativ 40 kg de plutoniu, suficient pentru a produce 6 rachete nucleare. AIEA a estimat în 2007 că producția de plutoniu din Irak era suficientă pentru două focoase nucleare pe an. În 2006, Pakistanul a început construirea unui reactor nuclear care ar produce aproximativ 200 kg de material radioactiv pe an. În ceea ce privește numărul de focoase nucleare, această cifră ar fi de aproximativ 40-50 de bombe.

Mai multe tratate au fost semnate între Rusia și Statele Unite în timpul primului deceniu al secolului XXI. Astfel, în special, în 2003 a fost semnat un acord privind procesarea a 68 de tone de plutoniu la CNE Balakovo în combustibil MOX până în 2024. În 2007, țările au semnat un plan ca Rusia să elimine 34 de tone de plutoniu create pentru programele de armament rusești. În 2010, a fost semnat un acord privind eliminarea armelor nucleare, în special a plutoniului, a cărui cantitate ar fi suficientă pentru a produce 17.000 de focoase nucleare.

Pe 17 noiembrie 2010, a fost semnat un acord între Statele Unite și Kazahstan pentru închiderea reactorului nuclear industrial BN-350 din orașul Aktau, care producea energie electrică din plutoniu. Acest reactor a fost primul din lume, iar în Kazahstan pilot cu neutroni rapid; Mandatul său a fost de 27 de ani.

poluare nucleară

În perioada în care au început testele nucleare, bazate pe plutoniu, și când proprietățile sale radioactive abia începeau să fie studiate, mai mult de 5 tone de element au fost eliberate în atmosferă. Din anii 1970, ponderea plutoniului în contaminarea radioactivă a atmosferei Pământului a început să crească.

Plutoniul a intrat în nord-vestul Pacificului în principal prin teste nucleare. Conținutul crescut al elementului se explică prin faptul că SUA a efectuat teste nucleare în Insulele Marshall în locul de testare din Pacific în anii 1950. Principala contaminare din aceste teste a avut loc în 1960. Pe baza evaluării oamenilor de știință, prezența plutoniului în Oceanul Pacific este crescută în comparație cu distribuția generală a materialelor nucleare pe pământ. Conform unor calcule, doza de radiații emanată de cesiu-137 pe atolii din Insulele Marshall este de aproximativ 95%, iar restul de 5 sunt izotopi de stronțiu, americiu și plutoniu.

Plutoniul este transportat în ocean prin procese fizice și biogeochimice. Timpul de rezidență al plutoniului în apele de suprafață ale oceanului este de la 6 la 21 de ani, care este de obicei mai scurt decât cel al cesiului-137. Spre deosebire de acest izotop, plutoniul este un element care reacționează parțial cu mediul și formează 1-10% compuși insolubili din greutate totală care a intrat în mediu inconjurator. Plutoniul din ocean cade la fund împreună cu particulele biogene, din care este redus la forme solubile prin descompunere microbiană. Cei mai obișnuiți dintre izotopii săi în mediul marin sunt plutoniul-239 și plutoniul-240.

În ianuarie 1968, o aeronavă americană B-52 care transporta patru arme nucleare s-a prăbușit pe gheață lângă Thule, Groenlanda, ca urmare a unei aterizări nereușite. Ciocnirea a provocat o explozie și fragmentarea armei, făcând ca plutoniul să cadă pe slot de gheață. După explozie, stratul superior de zăpadă contaminată a fost demolat și, în consecință, s-a format o crăpătură prin care plutoniul a intrat în apă. Pentru a reduce daunele aduse naturii, au fost colectați aproximativ 1,9 miliarde de litri de zăpadă și gheață, care ar fi putut fi expuse la contaminare radioactivă. Ulterior, s-a dovedit că una dintre cele patru acuzații nu a fost niciodată găsită.

Există un caz cunoscut când nava spațială sovietică Kosmos-954, pe 24 ianuarie 1978, cu o sursă de energie nucleară la bord, a căzut pe teritoriul canadian în timpul unei dezorbite necontrolate. Acest incident a dus la eliberarea a 1 kg de plutoniu-238 în mediu pe o suprafață de aproximativ 124.000 m².

Eliberarea de plutoniu în mediu este asociată nu numai cu accidente provocate de om. Cazurile de scurgere de plutoniu sunt cunoscute atât din condițiile de laborator, cât și din fabrică. Au existat aproximativ 22 de scurgeri accidentale din laboratoarele de uraniu-235 și plutoniu-239. În perioada 1953-1978. accidentele au dus la pierderea a 0,81 până la 10,1 kg de Pu. Accidentele din uzinele industriale au rezultat în total două morți în Los Alamos, din cauza a două accidente și a pierderii a 6,2 kg de plutoniu. În orașul Sarov în 1953 și 1963. aproximativ 8 și 17,35 kg au căzut în afara reactorului nuclear. Una dintre ele a dus la distrugerea unui reactor nuclear în 1953.

Nivelurile de radioactivitate izotopică din aprilie 1986.

Există un caz cunoscut al accidentului de la centrala nucleară de la Cernobîl, care a avut loc la 26 aprilie 1986. Ca urmare a distrugerii celei de-a patra unități de putere, 190 de tone de substanțe radioactive au fost eliberate în mediu pe o suprafață de aproximativ 2200 km². Opt din cele 140 de tone de combustibil radioactiv din reactor au ajuns în aer. Zona contaminată era de 160.000 km². Au fost mobilizate resurse importante pentru eliminarea consecințelor, peste 600 de mii de persoane au participat la lichidarea consecințelor accidentului. Activitatea totală a substanţelor eliberate în mediu a fost, conform diverse estimări, până la 14×10 Bq, inclusiv:

• 1,8 EBq - 13153I,
• 0,085 EBq - 13755Cs,
• 0,01 EBq - 9038Sr
• 0,003 EBq - izotopi ai plutoniului,
• gazele nobile au reprezentat aproximativ jumătate din activitatea totală.

În prezent, majoritatea locuitorilor zonei contaminate primesc mai puțin de 1 mSv pe an în plus față de fondul natural.

Sursa de energie si caldura

După cum știți, energia nucleară este folosită pentru a o transforma în energie electrică prin încălzirea apei, care, evaporându-se și formând abur supraîncălzit, rotește paletele turbinei generatoarelor electrice. Avantajul acestei tehnologii este absența oricăror gaze cu efect de seră care au un efect dăunător asupra mediului. În 2009, 438 de centrale nucleare din întreaga lume au generat aproximativ 371,9 GW de energie electrică. Cu toate acestea, minusul industriei nucleare este deșeurile nucleare, din care aproximativ 12.000 de tone sunt procesate pe an.Această cantitate de deșeuri este o sarcină destul de dificilă pentru angajații centralei nucleare. Până în 1982, s-a estimat că au fost acumulate ~ 300 de tone de plutoniu.

Tabletă de dioxid de plutoniu-238.

Pulberea galben-maro, compusă din dioxid de plutoniu, poate rezista la temperaturi de până la 1200 °C. Sinteza compusului are loc prin descompunerea tetrahidroxidului sau tetranitratului de plutoniu într-o atmosferă de oxigen:

.

Pulberea rezultată de culoarea ciocolatei este sinterizată și încălzită într-un curent de hidrogen umed până la 1500 °C. În acest caz, se formează tablete cu o densitate de 10,5-10,7 g/cm³, care pot fi folosite ca combustibil nuclear. Dioxidul de plutoniu este cel mai stabil și inert dintre oxizii de plutoniu și se descompune în componente prin încălzire la temperaturi ridicate și, prin urmare, este utilizat în procesarea și stocarea plutoniului, precum și în utilizarea ulterioară a acestuia ca sursă de energie electrică. Un kilogram de plutoniu este echivalent cu aproximativ 22 de milioane de kWh de energie termică.

În URSS, au fost produse mai multe RTG-uri Topaz, care au fost concepute pentru a genera energie electrică pentru nave spațiale. Aceste dispozitive au fost proiectate să funcționeze cu plutoniu-238, care este un emițător α. Dupa cazatura Uniunea Sovietică Statele Unite au achiziționat mai multe astfel de dispozitive pentru a le studia designul și utilizarea ulterioară în programele lor spațiale pe termen lung.

RTG sonda New Horizons.

Un înlocuitor demn pentru plutoniu-238 ar putea fi numit poloniu-210. Disiparea sa de căldură este de 140 W/g și doar un gram poate încălzi până la 500 °C. Cu toate acestea, datorită timpului său de înjumătățire extrem de scurt pentru misiunile spațiale, utilizarea acestui izotop în industria spațială sever limitată.

Plutoniul-238 în 2006, în timpul lansării sondei New Horizons către Pluto, și-a găsit utilizarea ca sursă de energie pentru sondă. Generatorul de radioizotopi conținea 11 kg de dioxid de Pu de înaltă puritate, care a produs în medie 220 de wați de electricitate pe toată durata călătoriei. Au fost exprimate îngrijorări cu privire la lansarea nereușită a sondei, dar a avut loc totuși. După lansare, sonda a atins o viteză de 36.000 de mile pe oră datorită forțelor gravitației Pământului. În 2007, o manevră gravitațională în jurul lui Jupiter și-a mărit viteza cu încă 9.000 de mile, permițându-i să se apropie de cea mai apropiată apropiere de Pluto în iulie 2015 și apoi să-și continue observarea centurii Kuiper.

Sondele Galileo și Cassini au fost, de asemenea, echipate cu surse de energie pe bază de plutoniu. Izotopul va fi folosit în misiuni viitoare, de exemplu, roverul Curiosity va fi alimentat cu plutoniu-238. Coborârea sa la suprafața lui Marte este programată pentru august 2012. Rover-ul va folosi cea mai recentă generație de RTG-uri, numită Generator Termoelectric Radioizotop Multi-Mission. Acest dispozitiv va produce 125 de wați de putere electrică, iar după 14 ani - 100 de wați. Pentru funcționarea roverului se vor produce 2,5 kWh de energie din cauza dezintegrarii nucleelor. Plutoniul-238 este sursa optimă de energie, emitând 0,56 Wg. Utilizarea acestui izotop cu telurura de plumb, care este folosit ca element termoelectric, formează o sursă de energie electrică foarte compactă și pe termen lung, fără părți mobile ale structurii, ceea ce face posibilă „salvarea” spațiului navei spațiale.

RTG SNAP-27 folosit în misiunea Apollo 14.

Câteva kilograme de PuO 2 au fost folosite nu numai la Galileo, ci și la unele dintre misiunile Apollo. Generatorul de energie electrică SNAP-27, a cărui putere termică și electrică era de 1480 W, respectiv 63,5 W, conținea 3,735 kg de dioxid de plutoniu-238. Pentru a reduce riscul unei explozii sau a altor posibile accidente, beriliul a fost folosit ca element rezistent la căldură, ușor și durabil. SNAP-27 a fost ultimul tip de generator folosit de NASA pentru misiuni spațiale; tipurile anterioare au folosit alte surse de energie electrică.

La desfășurarea unui experiment seismic pasiv pe Lună în cadrul misiunii Apollo 11, s-au folosit două surse de căldură cu radioizotopi cu o putere de 15 W, care conțineau 37,6 g dioxid de plutoniu sub formă de microsfere. Generatorul a fost folosit în misiunile Apollo 12, 14, 15, 16, 17. A fost conceput pentru a furniza energie electrică echipamentelor științifice instalate pe nava spatiala. În timpul misiunii Apollo 13, modulul lunar a deviat de la traiectoria sa, drept urmare a ars în straturile dense ale atmosferei. În interiorul SNAP-27 a fost folosit izotopul menționat mai sus, care este înconjurat de materiale rezistente la coroziune și va fi depozitat în ele încă 870 de ani.

Plutoniul-236 și plutoniul-238 sunt folosite pentru a face baterii electrice atomice, a căror durată de viață ajunge la 5 ani sau mai mult. Sunt folosite în generatoarele de curent care stimulează inima. Începând cu 2003, existau 50-100 de oameni în SUA cu un stimulator cardiac cu plutoniu. Utilizarea plutoniului-238 s-ar putea extinde și la costumele pentru scafandri și astronauți. Beriliul împreună cu izotopul de mai sus este folosit ca sursă de radiație neutronică.

În 2007, Regatul Unit a început demolarea Calder Hall, cea mai veche centrală nucleară cu plutoniu, care a început să funcționeze la 17 octombrie 1956 și a fost finalizată la 29 septembrie 2007.

Reactoarele de reproducere

Reprezentare schematică a reactoarelor generatoare de neutroni rapidi cu lichid de răcire din metal, cu aspect integral și în buclă a echipamentului.

Pentru a obține cantități mari de plutoniu, se construiesc reactoare de reproducere, care fac posibilă producerea unor cantități importante de plutoniu. Reactoarele se numesc „crescători” deoarece cu ajutorul lor se poate obține material fisionabil într-o cantitate care depășește costul său de obținere.

În Statele Unite, construcția primelor reactoare de acest tip a început înainte de 1950. În URSS și Marea Britanie, crearea lor a început la începutul anilor 1950. Cu toate acestea, primele reactoare au fost create pentru a studia caracteristicile neutronice ale reactoarelor cu un spectru de neutroni dur. Prin urmare, primele mostre trebuiau să demonstreze nu cantități mari de producție, ci posibilitatea implementării soluțiilor tehnice prevăzute în primele reactoare de acest tip.

Diferența dintre reactoarele de amplificare și reactoarele nucleare convenționale este că neutronii nu sunt încetiniți în ele, adică nu există un moderator de neutroni pentru ca aceștia să reacționeze cât mai mult cu uraniul-238. După reacție, se formează atomi de uraniu-239, care mai târziu formează plutoniu-239. În astfel de reactoare, partea centrală, care conține dioxid de plutoniu în dioxid de uraniu sărăcit, este înconjurată de un înveliș de dioxid de uraniu-238 și mai sărăcit, în care se formează Pu. Folosind U și U împreună, astfel de reactoare pot produce de 50-60 de ori mai multă energie din uraniu natural, făcând astfel posibilă utilizarea rezervelor celor mai potrivite pentru prelucrarea minereurilor de uraniu. Raportul de reproducere este calculat ca raportul dintre combustibilul nuclear produs și consumat. Cu toate acestea, obținerea unor rate mari de reproducere nu este o sarcină ușoară. Elementele de combustibil din ele trebuie să fie răcite cu altceva decât apă, ceea ce le reduce energia. S-a propus utilizarea sodiului lichid ca element de răcire. În reactoarele de reproducere, uraniul-235 îmbogățit cu mai mult de 15% din masă este utilizat pentru a obține iradierea cu neutroni necesară și un raport de reproducere de aproximativ 1-1,2.

În prezent, este mai rentabil din punct de vedere economic să obțineți uraniu din minereu de uraniu îmbogățit cu până la 3% în uraniu-235 decât să obțineți uraniu în plutoniu-239 folosind uraniu-235 îmbogățit cu 15%. Mai simplu spus, avantajul crescătorilor este capacitatea în procesul de funcționare nu numai de a produce energie electrică, ci și de a elimina uraniul-238 nepotrivit ca combustibil nuclear.