оръжейни цели технология за производство на плутоний

Степен плутоний - плутоний е под формата на компактна метал, съдържащ най-малко 93,5% 239Pu изотоп. Тя е предназначена за създаване на ядрено оръжие.

1.Nazvanie и функции

"Господи," той се нарича, за да се разграничи от "реактор". Плутоний, произведени във всеки ядрен реактор, работещ на природен газ или ниско обогатен уран, съдържащ предимно изотопа 238U, улавяне излишък ги неутроните на. Но тъй като ръцете на плутоний изотоп на реактора изгарят бързо, в резултат на реактора се натрупва голям брой изотопи 240Pu, 241Pu и 242Pu, произведени в няколко последователни неутронни улавяния - от изгаряне на ядреното обикновено се определя от икономически фактори. По-малкият изгаряне на ядреното, толкова по-малко изотопи 240Pu, 241Pu и 242Pu, ще съдържат плутоний екстрахира от отработено ядрено гориво, но по-малък размер на плутоний, оформен в горивото.

Специално производство на плутоний за оръжия, които съдържат почти изключително 239Pu, е необходимо най-вече заради изотопи с масови числа 240 и 242 създават високо неутронен фон, което усложнява изграждането на ефективно ядрено оръжие, в допълнение, 240Pu и 241Pu са значително по-малък период на полуразпад от 239Pu, поради която тези стоки се отопляват плутоний, както и проектиране на ядрено оръжие са допълнителни елементи, въведени радиатор. Дори чисто 239Pu топлината на тялото. Освен това, продукти от разпадане на метални изотопи тежки развалят кристалната решетка, която може да доведе до промяна във формата на части от плутоний, който е изпълнен с отказ на ядрени взривни устройства.

По принцип всички тези трудности са преодолими, и са били успешно тествани ядрени взривни устройства от "реактор" плутоний, обаче, в боеприпаси, което не е последната роля на компактността, ниско тегло, надеждност и дълготрайност, използвайте само специално Произведен оръжия плутоний. Критичната маса на метален 240Pu и 242Pu е много висока, 241Pu - малко по-голям от този на 239Pu.

В плутоний на САЩ за военни цели, произведени в няколко места, например, като Ханфорд сайта, който се намира в щата Вашингтон. Производството бе спряна през 1988 година.

3.Sintez нови елементи

Превръщането на някои атоми в други възниква във взаимодействието на атомните или елементарните частици. От тези неутрони са достъпни само в големи количества. Гигават ядрен реактор произвежда около 3.75 кг (или 4 * 1030) неутрони през цялата година.

Плутоний атоми са образувани от атомната верижна реакция започва с улавяне на неутрони от атоми на уран-238:

U238 + п -> U239 -> Np239 -> Pu239

или по-точно:

0n1 + 92U238 -> 92U239 -> -1e0 + 93Np239 -> -1e0 + 94Pu239

При продължително излагане на някои атоми на плутоний-239 може на свой ред да улавят неутронна и да станат по-тежък изотоп плутоний-240:

Pu239 + п -> Pu240

За да получите най плутоний в достатъчно количество, ние се нуждаем от силна неутронните потоци. Като времена са създадени в ядрените реактори. По принцип, всеки реактор е източник на неутрони, но за промишлено производство на плутоний естествено ползване специално разработен за тази цел.

Изтеглете касети Панел Hanford реактори с уран:

Операцията по веригата. Реакторът за уран-238 неутронно облъчване са създадени в резултат на стационарния верижна реакция на делене U-235 ядра. Като цяло, един участък на U-235 неутрони възниква 2.5. За да се поддържа едновременна реакция и плутоний е необходимо, че средно един или два неутрона ще усвои U-238, и може да се нарече следващото делене U-235 атомите.

Неутроните резултат от деленето на урана имат много висока скорост. Уранови атоми са разположени по такъв начин, че залавянето на бързи неутрони и ядрата на U-238 и U-235 е малко вероятно. Ето защо, най-бързи неутрони с опит няколко сблъсъци с околните атоми постепенно се забавя. Когато това U-238 ядро ​​толкова силно абсорбира тези неутрони (междинни скорости), че не е останало за делене U-235 нищо и поддържане на верижна реакция (U-235 разделен чрез бавно, термично неутрони).

С тази борба модератор околните блокове с уран някои лесни неща. Той неутроните се забавят абсорбцията, без да имат еластични сблъсъци, във всеки от които малка част от енергията се губи. Добрите модератори са вода, въглерод. По този начин, забавени неутрони топлинни скорости пътуват през реактора, докато причина делене U-235 (U-238 абсорбира тях много слаб). В някои конфигурации на модератор и горивни пръти ще бъдат създадени условия за усвояване на неутрони и U-238 и U-235.

Pu-240 е вредно за производството на оръжия за следните причини:

1. Това е по-малко ядрен материал от Pu-239, който изисква малко по-голям размер на плутоний за оръжия.

2. Вторият, много по-важна причина. Нивото на спонтанно делене на Pu-240 при много по-висока, което създава силна неутрони фон.

В най-ранните години от развитието на атомно оръжие емисии на неутрони (високо неутронен фон) е било проблем по пътя за надеждна и ефективна заряд поради преждевременната му детонация. Силни неутронните потоци го прави трудно или невъзможно да се пресова основата бомба, съдържаща няколко килограма плутоний в supercriticalities състояние - преди да го разрушава най-силните, но все още не е възможно най-добрият energovyhodom. Parish смесен ядро ​​- съдържаща високо обогатен с U-235 и плутоний (в края на 1940) - преодоля тази трудност, когато стана възможно да се приложи сравнително малко количество плутоний в по-голямата част на уранови ядра. Следващото поколение на такси - устройства с печалба в резултат на синтеза на (от средата на 1950) е напълно изключен трудност осигуряване на висока степен на отделяне на енергия, дори и при ниска мощност разделение начална такса.

Плутоний, произведени в специални реактори съдържа относително малък процент от Pu-240 (<7%), плутоний "оружейного качества"; в реакторах АЭС отработанное ядерное топливо имеет концентрацию Pu-240 более 20%, плутоний "реакторного качества".

В реактора специално уран цел е относително кратък период от време, през който изгаря не всички U-235 и U-238 всичко преминава в плутоний, но се образува и по-малко количество Pu-240.

Икономически: единствената причина за съществуването на плутоний spetsreaktorov. Упадъкът на плутоний чрез разделяне или превръщане в по-малко делящ Pu-240 до намаляване на производството и увеличаване на производствените разходи (до точката, в която цената му ще бъдат съпоставени с разходите за обработване на облъчено гориво с малка концентрация на плутоний).

лечение усложнение: въпреки че емисиите на неутроните не е толкова сериозен проблем за дизайнерите на оръжие, то може да създаде трудности в производството и обработката на такава такса. Неутроните са допълнителен принос за професионална експозиция на тези, които събират или услуга оръжие (неутрони не притежават йонизиращо действие, но те създават протони, способни това). В действителност, обвиненията, които включват директен контакт с хора, като Дейви Крокет, може да се наложи поради тази причина, ултра-чист плутоний с ниско ниво на емисии от неутрони.

Директен леене и преработка на плутоний се извършва ръчно в кутия запечатан ръкавица за оператора. Като тези:

Поради всички тези причини (радиоактивност, най-лошите качества Pu-240) обяснява защо плутоний на реактора клас няма да се използва за производство на оръжия - плутоний, за да се окаже по-евтино в спецификациите. реактори. Въпреки че от реактора, също очевидно, че е възможно да се направи ядрено взривно устройство.

Този пръстен на електролитно пречистен плутоний метал (чистота 99,96%). Характерна за изготвени в Лос Аламос и изпратени на Роки Flats за направата на оръжия, доскоро спряно производството си пръстени. Масови пръстен 5.3 кг, достатъчни за производството на модерно стратегическо диаметър такса. - приблизително 11 см в кръгла форма за важността да се гарантира безопасност по критичност.

Отливки от плутоний-галий сплав възстановен от сърцевина оръжие:

Плутоний по време на проекта Манхатън

Натиснете за горещо пресоване на плутоний-галиев сплав във формата на полукълба. Това съобщение беше използван в Лос Аламос за производство на плутоний за ядрени заряди, бомбардиран Нагасаки, и при операции Троица.

Хвърли го на продукта:

Допълнителни страна плутоний изотопи

неутрони не е придружена с акта на разделяне тя създава нови плутониеви изотопи: Pu-240, Pu-241 и Pu-242. Последните две са натрупани в малки количества.

Pu239 + п -> Pu240

Pu240 + п -> Pu241

Pu241 + п -> Pu242

Освен това има и странична верига от реакции:

U238 + п -> U237 + 2n

U237 -> (6.75 дни, бета разпад) -> Np237

Np237 + п -> Np238

Np238 -> (2.1 дни, бета разпад) -> Pu 238

Обща мярка излъчване (комина), горивната клетка може да се изрази в мегавата дни / т (MWh / т). Оръжие клас плутоний се получава от елементи с малко количество MW-ден / т, произвежда по-малко странични изотопи. Горивни клетки в модерни налягане реактори с вода достигне нивото на 33 000 MW / т. Типичен излагане на създателя на рамена (с разширена възпроизвеждане на ядрено гориво) реактор от 1000 MW-ден / т. Плутоний в Hanford графитни забавя реактори се облъчва до 600 MWh / т, в Савана на реактора с тежка вода е плутоний същото качество на 1000 MW / т (вероятно се дължи на факта, че някои от неутроните отива образуване тритий) , По време на горивото Manhattan Project от природен уран е получила общо 100 MWh / т, по този начин, много високо качество плутоний-239 (само 0.9-1% Pu-240, други изотопи дори и в малки количества).