arme de grad tehnologie de producție de plutoniu
Grad plutoniu - plutoniu este sub formă de metal compact care conține cel puțin 93,5% 239Pu izotop. Acesta este destinat să creeze arme nucleare.
1.Nazvanie și caracteristici
„Doamne“, este numit, să-l distinge de „reactor“. Plutoniu produs în orice reactor nuclear, care funcționează cu gaz natural sau uraniu slab îmbogățit, conținând în principal izotopul 238U, captura excesul de neutroni le. Dar, ca brațele plutoniu izotopul reactor arde rapid, rezultând în reactor se acumulează un număr mare de izotopi 240Pu, 241Pu și 242Pu, produse în mai multe capturi de neutroni succesive - deoarece burnup este de obicei determinată de factori economici. Burnup mai mici, mai puțin izotopi 240Pu, 241Pu și 242Pu, va conține plutoniu extras din combustibilul nuclear iradiat, dar mai mică cantitatea de plutoniu format din combustibil.
producția specială de plutoniu pentru arme care conțin aproape exclusiv 239Pu, este necesar, în principal, deoarece izotopi cu numere de masă 240 și 242 a crea un fond ridicat de neutroni, ceea ce complică construcția unei arme nucleare eficiente, în plus, 240Pu și 241Pu sunt semnificativ mai mici de înjumătățire mult 239Pu, din care, deoarece elementele sunt plutoniu încălzite, precum și proiectarea de arme nucleare au elemente suplimentare introduse radiator. Chiar pur 239Pu caldura corpului. În plus, produșii de descompunere ai izotopilor metalelor grele strica rețeaua cristalină, ceea ce poate duce la o schimbare în formă de părți de plutoniu, care este plin de eșec al unei dispozitive nucleare explozive.
În principiu, toate aceste dificultăți pot fi depășite, și au fost testate cu succes dispozitive explozive nucleare de la „reactor“ plutoniu, cu toate acestea, în muniție, care nu este rolul ultimul jucat de compactitate, greutate redusa, fiabilitate și durabilitate, utilizați numai special fabricat plutoniu arme de calitate. Masa critică a 240Pu metalic și 242Pu este foarte mare, 241Pu - puțin mai mare decât cea a 239Pu.
În plutoniu din SUA arme de grad produs în mai multe locuri, de exemplu, cum ar fi Hanford Site-ul, situat în statul Washington. Producția a fost închis în 1988.
3.Sintez elemente noi
Conversia unor atomi în celălalt are loc în interacțiunea particulelor atomice sau subatomice. Dintre aceste neutroni sunt disponibile numai în cantități mari. Gigawatt reactor nuclear produce 3,75 kg (sau 4 * 1030) neutroni pe tot parcursul anului.
atomii plutoniului sunt formate prin reacția în lanț atomic începând cu captura de neutroni de atomi de uraniu-238:
U238 + n -> U239 -> Np239 -> Pu239
sau, mai precis:
0n1 + 92U238 -> 92U239 -> -1e0 + 93Np239 -> -1e0 + 94Pu239
Cu o expunere continuă unii atomi de plutoniu-239 pot, la rândul său captura un neutron și să devină un izotop mai greu de plutoniu-240:
Pu239 + n -> Pu240
Pentru a obține plutoniu în cantitate suficientă, avem nevoie de un puternic fluxuri de neutroni. Cum ar fi ori sunt create în reactoare nucleare. În principiu, orice reactor este o sursă de neutroni, ci pentru producția industrială de plutoniu natural utilizează dezvoltat special pentru acest scop.
Descărcați casete reactor cu uraniu Panou Hanford:
Funcționarea circuitului. Reactorul de iradiere cu neutroni uraniu-238 sunt create ca rezultat al reacției în lanț staționară de fisiune U-235 nuclee. In medie, o divizie a U-235 neutroni apare 2.5. Pentru a menține reacția simultană și plutoniu este necesar ca o medie a unuia sau a doi neutroni ar absorbi U-238, și s-ar chema urmatoarea fisiune U-235 atomi.
Neutronii rezultate din fisiunea uraniului au viteze foarte mari. atomii de uraniu sunt aranjate în așa fel încât capturarea neutroni rapizi și nucleele U-238 și U-235 este puțin probabilă. Prin urmare, neutroni rapizi experimentat mai multe ciocniri cu atomii din jur este încetinit treptat în jos. Când acest U-238 nucleu, astfel absorb puternic astfel neutroni (viteze intermediare), că nu a mai rămas nimic de fisiune U-235 și susține o reacție în lanț (U-235 împărțit de neutroni lentă, termică).
Cu această luptă moderator din jurul blocurilor cu uraniu ușor unele chestii. Se neutronii sunt încetinite de absorbție, fără a se confrunta cu coliziuni elastice, în fiecare dintre care o mică parte din energia este pierdută. Moderatorii bune sunt apa, carbon. Astfel, neutronii întârziate la viteze termice se deplasează prin reactor până când cauza fisiune U-235 (U-238 absoarbe-i foarte slabă). În anumite configurații de moderator și de combustibil tije vor fi create condiții pentru absorbția de neutroni și U-238 și U-235.
Pu-240 este dăunătoare pentru producerea de arme din următoarele motive:
1. Este mai puțin material fisionabil decât Pu-239, care necesită o cantitate puțin mai mare de plutoniu pentru arme.
2. Al doilea, motiv mult mai important. Nivelul de fisiune spontană a Pu-240, la o mult mai mare, ceea ce creează un fond puternic de neutroni.
În primii ani de dezvoltare a emisiei armelor atomice de neutroni (fond ridicat de neutroni) a fost o problemă în drum spre o taxa de încredere și eficient din cauza detonarea prematură a acestuia. Fluxurile de neutroni puternice face dificilă sau imposibilă pentru a comprima bomba de bază care conține mai multe kilograme de plutoniu în supercriticalities de stat - înainte de a distruge cea mai puternică, dar încă nu cel mai bun energovyhodom posibil. nucleu mixt Parish - conținând puternic îmbogățit U-235 și plutoniu (la sfârșitul anului 1940) - a depășit această dificultate, când a devenit posibil să se aplice o cantitate relativ mică de plutoniu în cea mai mare parte a nucleelor de uraniu. Următoarea generație de taxe - dispozitive cu câștig din cauza sinteza (mijlocul anului 1950) este expulzat complet dificultate sa asigure eliberarea de energie ridicată, chiar și la putere mică diviziune taxa inițială.
Plutoniu produsă în reactoare speciale, conține un procent relativ mic de Pu-240 (<7%), плутоний "оружейного качества"; в реакторах АЭС отработанное ядерное топливо имеет концентрацию Pu-240 более 20%, плутоний "реакторного качества".
În reactoare scop uraniu special este perioadă relativ scurtă de timp, în timpul care arde nu toate U-235 și U-238 toate trece în plutoniu, dar se formează și o cantitate mai mică Pu-240.
Economic: singurul motiv pentru existența spetsreaktorov plutoniu. Degradarea plutoniului prin divizarea sau transformarea acestuia într-un mod mai puțin fisionabil Pu-240 de ieșire a redus și o creștere a costurilor de producție (până la punctul în care prețul său va fi pus în balanță cu costul procesării unui combustibil iradiat cu o concentrație mică de plutoniu).
Tratamentul complicație: deși emisie de neutroni nu este o astfel de problemă serioasă pentru designeri de arme, ea poate crea dificultăți în producerea și manipularea unei astfel de taxe. Neutronii oferă o contribuție suplimentară la expunerea profesională a celor care colectează sau arma de serviciu (neutroni nu posedă efectul ionizant, dar ele creează protoni, capabile de acest lucru). De fapt, taxele care implică contactul direct cu oamenii, cum ar fi Davy Crocket, pot solicita acest motiv, plutoniu ultra-pura, cu un nivel scăzut de emisie de neutroni.
turnarea și prelucrarea plutoniului directă se face manual într-o cutie sigilată mănuși pentru operator. La fel ca acestea:
Pentru toate aceste motive (radioactivitate, cele mai grave proprietăți Pu-240) explică de ce plutoniu reactor-grad nu este utilizat pentru producerea de arme - grad plutoniu pentru a dovedi mai ieftin în spec. reactoare. Deși din reactor, de asemenea, se pare, este posibil să se facă un dispozitiv exploziv nuclear.
Acest inel de plutoniu metalic electrolitica purificat (puritate 99,96%). Tipic inelele pregătite în Los Alamos și trimis la Rocky Flats pentru a face arme, până de curând a suspendat producția. inel de masă 5.3 kg, suficient pentru producerea de diametru moderne de încărcare strategică -. Aproximativ 11 cm în formă de inel este important să se asigure siguranța criticitate.
Turnarea dintr-un aliaj de plutoniu-galiu recuperat din miez arma:
Plutoniu în timpul Proiectului Manhattan
Apăsați pentru presare la cald un aliaj de plutoniu-galiu sub formă de emisfere. Acest presa a fost folosit la Los Alamos pentru producția de plutoniu pentru taxe nucleare, bombardat Nagasaki, iar la operațiunile Trinity.
În rolurile principale pe ea produs:
Izotopii suplimentare plutoniu lateral
captura neutronilor nu este însoțită de actul de divizare creează noi izotopi de plutoniu: Pu-240, Pu-241 și Pu-242. Ultimele două sunt acumulate în cantități mici.
Pu239 + n -> Pu240
Pu240 + n -> Pu241
Pu241 + n -> Pu242
Există, de asemenea, o catenă laterală a reacțiilor:
U238 + n -> U237 + 2n
U237 -> (6,75 zile, Dezintegrarea beta) -> Np237
Np237 + n -> Np238
Np238 -> (2,1 zile, beta descompunere) -> Pu238
măsură generală iradianță (coșul de fum), celula de combustibil poate fi exprimată în megawatt-zile / tonă (MWh / t). Arma plutoniu de calitate se obține din elementele cu o cantitate mică de MW-zile / tonă, produce mai puțin izotopi laterale. Celulele de combustibil în reactoare moderne de apă sub presiune atinge nivelul de 33.000 MW / t. O expunere tipică în ameliorator de arme (cu o reproducere expandată combustibilului nuclear) reactor de 1000 MW zile / tonă. Plutoniu în Hanford reactoare de grafit moderat este iradiat la 600 MWh / t, în Savannah pe reactorul cu apă grea se face plutoniu aceeași calitate, la 1.000 MW / t (posibil datorită faptului că unii dintre neutronii se duce la formarea de tritiu) . În timpul combustibil Proiectul Manhattan de uraniu natural a primit un total de 100 MWh / t, astfel, o foarte înaltă calitate plutoniu-239 (doar 0.9-1% Pu-240, ceilalți izotopi, chiar și în cantități mai mici).