Senjata plutonium: aplikasi, produksi, pembuangan

Umat manusia selalu mencari sumber energi baru yang bisa memecahkan banyak masalah. Namun, tidak selalu mereka aman. Jadi, khususnya, reaktor atom yang banyak digunakan saat ini, walaupun mereka mampu menghasilkan hanya sejumlah besar energi listrik semacam itu, yang dibutuhkan setiap orang, masih membawa bahaya fatal. Tapi, selain menggunakan energi nuklir untuk tujuan damai, beberapa negara di planet kita telah belajar menggunakannya di militer, khususnya, untuk penciptaan hulu ledak nuklir. Pada artikel ini kita akan membahas dasar senjata penghancur semacam itu, yang namanya adalah plutonium kelas senjata.

Informasi singkat

Bentuk logam kompak ini mengandung minimal 93,5% dari isotop 239Pu. Senjata plutonium dinamai sehingga bisa dibedakan dari "rekan reaktor". Pada prinsipnya, plutonium selalu terbentuk secara mutlak reaktor nuklir, yang pada gilirannya beroperasi pada uranium yang diperkaya rendah atau alami yang mengandung, sebagian besar, isotop 238U.

Aplikasi Militer

Senjata kelas plutonium 239Pu adalah dasar senjata nuklir. Dalam kasus ini, penggunaan isotop dengan jumlah massa 240 dan 242 tidak relevan, karena mereka menciptakan latar belakang neutron yang sangat tinggi, yang pada akhirnya menyulitkan merancang dan membangun amunisi nuklir yang sangat efektif. Selain itu, isotop plutonium 240Pu dan 241Pu memiliki waktu paruh yang jauh lebih pendek daripada 239Pu, sehingga bagian plutonium menjadi sangat panas. Dalam hubungan inilah, para insinyur amunisi nuklir terpaksa menambahkan elemen tambahan untuk menghilangkan kelebihan panas. Ngomong-ngomong, bentuknya lebih hangat dari pada tubuh manusia. Kita tidak dapat mengabaikan fakta bahwa produk pembusukan isotop berat mengalami perubahan berbahaya pada kisi kristal logam, dan ini secara alami mengubah konfigurasi komponen plutonium, yang pada akhirnya dapat menyebabkan kerusakan lengkap pada alat peledak nuklir.

Pada umumnya, semua kesulitan di atas bisa diatasi. Dan dalam praktiknya, beberapa kali sudah diuji alat peledak berdasarkan plutonium "reaktor". Tapi harus dipahami bahwa dalam senjata nuklir, kekompakan, massa kecil, daya tahan dan kehandalannya bukanlah yang terakhir. Sehubungan dengan ini, hanya plutonium kelas senjata yang digunakan di dalamnya.

Desain fitur reaktor produksi

Hampir semua plutonium di Rusia diproduksi di reaktor yang dilengkapi dengan retarder grafit. Masing-masing reaktor dibangun di sekitar blok grafit yang disusun secara silindris.

Dalam bentuk yang dirakit, blok grafit memiliki celah khusus di antara keduanya untuk memastikan sirkulasi pendingin yang terus menerus, yang menggunakan nitrogen sebagai sumbernya. Dalam struktur yang dirakit ada juga saluran yang diatur secara vertikal yang dibuat untuk melewati pendingin air dan bahan bakar. Perakitan itu sendiri secara kaku terletak pada struktur dengan lubang di bawah saluran yang digunakan untuk mengirimkan bahan bakar yang sudah diiradiasi. Masing-masing saluran berada dalam tabung berdinding tipis, dilemparkan dari paduan aluminium ringan dan ekstra kuat. Sebagian besar saluran yang dijelaskan memiliki 70 batang bahan bakar. Air untuk pendinginan mengalir langsung di sekitar batang bahan bakar, menghilangkan kelebihan panas darinya.

Meningkatkan kapasitas reaktor produksi

Awalnya, reaktor "Mayak" pertama dioperasikan dengan kapasitas 100 MW termal. Namun, Igor Kurchatov, kepala program pengembangan senjata nuklir Soviet, mengusulkan bahwa reaktor tersebut harus beroperasi pada suhu 170-190 MW pada musim dingin dan 140-150 MW di musim panas. Pendekatan ini memungkinkan reaktor menghasilkan hampir 140 gram plutonium berharga per hari.

Pada tahun 1952, penelitian ilmiah penuh dilakukan untuk meningkatkan kapasitas produksi reaktor operasi dengan metode seperti:

• Dengan meningkatkan aliran air yang digunakan untuk pendinginan dan pengaliran melalui zona aktif instalasi nuklir.
• Dengan meningkatkan ketahanan terhadap fenomena korosi yang terjadi di dekat saluran liner.
• Mengurangi laju oksidasi grafit.
• Tingkatkan suhu di dalam sel bahan bakar.

Akibatnya, throughput air yang beredar meningkat secara signifikan setelah selisih antara bahan bakar dan dinding saluran meningkat. Korosi juga berhasil dieliminasi. Untuk tujuan ini, paduan aluminium yang paling sesuai dipilih dan sodium dichromate ditambahkan secara aktif, yang pada akhirnya meningkatkan kelembutan air pendingin (pH sekitar 6,0-6,2). Oksidasi grafit tidak menjadi masalah sebenarnya setelah nitrogen digunakan untuk pendinginannya (sebelum itu, hanya udara yang digunakan).

Pada akhir tahun 1950an, inovasi sepenuhnya diwujudkan dalam praktik, yang memungkinkan untuk mengurangi inflasi uranium yang sangat tidak perlu yang disebabkan oleh radiasi, secara signifikan mengurangi pengerasan uranium batang termal, meningkatkan ketahanan kulit dan meningkatkan kontrol kualitas produksi.

Produksi di Mayak

"Chelyabinsk-65" adalah salah satu pabrik rahasia di mana penciptaan plutonium kelas senjata terjadi. Pabrik tersebut memiliki beberapa reaktor, yang masing-masing saling mengenal.

Reaktor A

Instalasi dirancang dan dibuat di bawah bimbingan legendaris NA Dollezhal. Ini bekerja dengan kapasitas 100 MW. Reaktor memiliki 1149 kontrol vertikal dan saluran bahan bakar di blok grafit. Berat total struktur sekitar 1.050 ton. Hampir semua saluran (kecuali 25) dimuati dengan uranium, yang totalnya 120-130 ton. 17 saluran digunakan untuk batang kendali, dan 8 untuk eksperimen. Indikator maksimum pelepasan panas yang diproyeksikan dari sel bahan bakar adalah 3,45 kW. Pada awalnya, reaktor tersebut menghasilkan sekitar 100 gram plutonium per hari. Untuk pertama kalinya, plutonium logam diproduksi pada tanggal 16 April 1949.

Kekurangan teknologi

Segera, masalah yang cukup serius diidentifikasi, yang terdiri dari korosi lapisan aluminium dan lapisan sel bahan bakar. Juga, batang uranium membengkak dan rusak dan air pendingin mengalir langsung ke inti reaktor. Setelah setiap kebocoran, reaktor harus dihentikan hingga 10 jam untuk mengeringkan grafit dengan udara. Pada bulan Januari 1949, liner diganti dengan kanal. Setelah itu, instalasi diluncurkan pada tanggal 26 Maret 1949.

Plutonium kelas senjata, yang produksi di reaktor A didampingi oleh berbagai kesulitan, dikembangkan pada periode 1950-1954, dengan kapasitas rata-rata 180 MW. Operasi reaktor selanjutnya mulai diikuti penggunaan yang lebih intensif, yang secara alami menyebabkan pemberhentian yang lebih sering (hingga 165 kali per bulan). Akibatnya, pada bulan Oktober 1963 reaktor tersebut dihentikan dan melanjutkan pekerjaannya hanya pada musim semi tahun 1964. Kampanyenya selesai pada tahun 1987 dan untuk keseluruhan periode operasi bertahun-tahun menghasilkan 4,6 ton plutonium.

Reaktor AB

Di pabrik Chelyabinsk-65, tiga reaktor AB diputuskan untuk dibangun pada musim gugur 1948. Kapasitas produksinya adalah 200-250 gram plutonium per hari. Perancang utama proyek ini adalah A. Savin. Setiap reaktor menghitung saluran 1996, 65 di antaranya adalah kontrol. Dalam instalasi, sebuah kebaruan teknis digunakan - masing-masing saluran dilengkapi dengan detektor khusus untuk kebocoran cairan pendingin. Langkah ini memungkinkan untuk mengubah liner tanpa menghentikan pengoperasian reaktor itu sendiri.

Tahun pertama operasi reaktor menunjukkan bahwa mereka menghasilkan sekitar 260 gram plutonium per hari. Namun, sejak tahun kedua operasi, kapasitasnya berangsur-angsur meningkat, dan sudah pada tahun 1963 jumlahnya 600 MW. Setelah perombakan kedua, masalah dengan liner benar-benar terpecahkan, dan kekuatannya sudah mencapai 1200 MW dengan produksi plutonium tahunan 270 kilogram. Indikator ini dipertahankan sampai reaktor benar-benar tertutup.

Reaktor AI-IR

Perusahaan Chelyabinsk menggunakan fasilitas ini antara tanggal 22 Desember 1951 dan 25 Mei 1987. Selain uranium, reaktor juga menghasilkan kobalt-60 dan polonium-210. Awalnya, tritium diproduksi di fasilitas tersebut, namun kemudian plutonium juga diproduksi.

Juga, pabrik pengolahan plutonium tingkat senjata memiliki reaktor yang beroperasi pada air berat dan satu reaktor air ringan (namanya Ruslan).

Raksasa Siberia

"Tomsk-7" - ini adalah nama pabriknya, yang menampung lima reaktor untuk menciptakan plutonium. Masing-masing agregat menggunakan grafit untuk memperlambat netron dan air biasa untuk memastikan pendinginan yang tepat.

Reaktor I-1 bekerja dengan sistem pendingin, di mana airnya mengalir satu kali. Namun, empat unit sisanya dilengkapi dengan sirkuit primer tertutup yang dilengkapi dengan heat exchanger. Desain seperti itu memungkinkan untuk mengembangkan uap lebih lanjut, yang pada gilirannya membantu produksi listrik dan pemanasan berbagai tempat tinggal.

Tomsk-7 juga memiliki sebuah reaktor yang disebut EI-2, yang pada gilirannya memiliki dua tujuan: menghasilkan plutonium dan menghasilkan 100 MW listrik melalui uap yang dihasilkan, serta 200 MW energi panas.

Informasi penting

Atas jaminan ilmuwan, peluruhan paruh plutonium tingkat senjata sekitar 24 360 tahun. Sosok besar Dalam hubungan ini, pertanyaannya menjadi sangat akut: "Bagaimana menangani limbah produksi dari elemen ini dengan benar?" Pilihan yang paling optimal adalah pembangunan perusahaan khusus untuk pemrosesan plutonium tingkat senjata berikutnya. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa dalam kasus ini unsur tersebut tidak dapat lagi digunakan untuk tujuan militer dan akan dikendalikan oleh seseorang. Ini adalah bagaimana plutonium kelas senjata dibuang di Rusia, namun Amerika Serikat mengambil rute yang berbeda, sehingga melanggar kewajiban internasionalnya.

Dengan demikian, pemerintah AS mengusulkan untuk menghancurkan bahan bakar nuklir yang sangat diperkaya tidak secara industri, namun dengan menipiskan plutonium dan menyimpannya dalam wadah khusus pada kedalaman 500 meter. Tak perlu dikatakan bahwa dalam kasus ini materi dapat dengan mudah diambil dari tanah kapan saja dan diluncurkan kembali untuk tujuan militer. Seperti yang dikatakan presiden Federasi Rusia Vladimir Putin, pada awalnya negara-negara tersebut sepakat untuk menghancurkan plutonium bukan dengan metode ini, namun melakukan daur ulang di fasilitas industri.

Biaya plutonium kelas senjata patut mendapat perhatian khusus. Menurut para ahli, puluhan ton elemen ini mungkin menghabiskan biaya beberapa miliar dolar AS. Dan beberapa ahli memperkirakan 500 ton plutonium dengan nilai senjata sebanyak 8 triliun rupiah. Jumlahnya sangat mengesankan. Untuk memperjelas seberapa besar uang ini, katakanlah bahwa dalam dekade terakhir abad ke-20, PDB tahunan rata-rata Rusia adalah $ 400 miliar. Sebenarnya, sebenarnya harga plutonium kelas senjata sama dengan PDB dua puluh tahun Federasi Rusia.