Plutônio para armas: aplicação, produção, descarte

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

A humanidade sempre esteve em busca de novas fontes de energia que possam resolver muitos problemas. No entanto, nem sempre são seguros. Assim, em particular, os reatores nucleares amplamente utilizados hoje, embora sejam capazes de gerar simplesmente uma quantidade colossal da energia elétrica de que todos precisam, ainda carregam um perigo mortal. Mas, além do uso da energia nuclear para fins pacíficos, alguns países do nosso planeta aprenderam a usá-la nas forças armadas, especialmente para criar ogivas nucleares. Este artigo discutirá a base de uma arma tão destrutiva, cujo nome é plutônio para armas.

Referência rápida

Esta forma compacta do metal contém pelo menos 93,5% do isótopo 239Pu. O plutônio para armas foi nomeado assim para distingui-lo de seu “irmão reator”. Em princípio, o plutônio é sempre formado em absolutamente qualquer reator nuclear, que, por sua vez, funciona com urânio de baixo enriquecimento ou natural, que contém, em sua maior parte, o isótopo 238U.

Aplicações militares

O plutônio de grau de arma 239Pu é a base das armas nucleares. Ao mesmo tempo, o uso de isótopos com números de massa 240 e 242 é irrelevante, pois criamum alto fundo de nêutrons, o que acaba dificultando a criação e o projeto de munição nuclear altamente eficaz. Além disso, os isótopos de plutônio 240Pu e 241Pu têm uma meia-vida muito mais curta do que 239Pu, então as peças de plutônio ficam muito quentes. É em conexão com isso que os engenheiros são forçados a adicionar elementos adicionais a uma arma nuclear para remover o excesso de calor. A propósito, o 239Pu puro é mais quente que o corpo humano. Também é impossível não levar em conta o fato de que os produtos de decaimento de isótopos pesados submetem a rede cristalina do metal a mudanças nocivas, e isso muda naturalmente a configuração das partes de plutônio, o que, no final, pode causar uma falha completa de um dispositivo explosivo nuclear.

Em geral, todas essas dificuldades podem ser superadas. E, na prática, dispositivos explosivos baseados em plutônio "reator" já foram testados repetidamente. Mas deve-se entender que em munições nucleares, sua compacidade, baixo peso próprio, durabilidade e confiabilidade estão longe da última posição. Nesse sentido, eles usam exclusivamente plutônio para armas.

Características de projeto de reatores industriais

Praticamente todo plutônio na Rússia foi produzido em reatores equipados com um moderador de grafite. Cada um dos reatores é construído em torno de blocos cilíndricos de grafite.

Quando montados, os blocos de grafite possuem ranhuras especiais entre eles para garantir a circulação contínua do líquido refrigerante, quenitrogênio é usado. Na estrutura montada, também existem canais localizados verticalmente criados para a passagem de refrigeração de água e combustível através deles. O próprio conjunto é rigidamente suportado por uma estrutura com furos sob os canais usados para transportar o combustível já irradiado. Além disso, cada um dos canais está localizado em um tubo de parede fina fundido de uma liga de alumínio leve e extra forte. A maioria dos canais descritos tem 70 varetas de combustível. A água de resfriamento flui diretamente ao redor das barras de combustível, removendo o excesso de calor delas.

Aumento da capacidade dos reatores de produção

Inicialmente, o primeiro reator Mayak operava com capacidade de 100 MW térmicos. No entanto, o chefe do programa de armas nucleares soviético, Igor Kurchatov, propôs que o reator operasse a 170-190 MW no inverno e 140-150 MW no verão. Essa abordagem permitiu que o reator produzisse quase 140 gramas de plutônio precioso por dia.

Em 1952, um trabalho de pesquisa completo foi realizado para aumentar a capacidade de produção de reatores em funcionamento pelos seguintes métodos:

• Aumentando o fluxo de água usado para resfriar e fluir através das zonas ativas de uma instalação nuclear.
• Ao aumentar a resistência ao fenômeno de corrosão que ocorre próximo ao revestimento do canal.
• Redução da taxa de oxidação do grafite.
• Aumento da temperatura dentro das células de combustível.

Como resultado, a vazão da água circulante aumentou significativamente após o aumento do espaço entre o combustível e as paredes do canal. Também conseguimos nos livrar da corrosão. Para fazer isso, escolhemos as ligas de alumínio mais adequadas e começamos a adicionar bicromato de sódio ativamente, o que acabou aumentando a maciez da água de resfriamento (pH ficou em torno de 6,0-6,2). A oxidação do grafite deixou de ser um problema urgente depois que o nitrogênio foi usado para resfriá-lo (anteriormente apenas ar era usado).

Quando a década de 1950 chegou ao fim, as inovações foram totalmente postas em prática, reduzindo o balão altamente desnecessário de urânio causado pela radiação, reduzindo bastante o endurecimento por calor das hastes de urânio, melhorando a resistência do revestimento e melhorando o controle de qualidade de fabricação.

Produção na Mayak

"Chelyabinsk-65" é uma daquelas fábricas muito secretas onde o plutônio para armas foi criado. Havia vários reatores no empreendimento, vamos conhecer melhor cada um deles.

Reator A

A unidade foi projetada e construída sob a orientação do lendário N. A. Dollezhal. Ela trabalhou com uma potência de 100 MW. O reator tinha 1149 canais de controle e combustível dispostos verticalmente em um bloco de grafite. A massa total da estrutura era de cerca de 1050 toneladas. Quase todos os canais (exceto 25) foram carregados com urânio, cuja massa total era de 120 a 130 toneladas. 17 canais foram usados para hastes de controle e 8 pararealizando experimentos. A liberação de calor máxima do projeto da célula de combustível foi de 3,45 kW. A princípio, o reator produzia cerca de 100 gramas de plutônio por dia. O metal plutônio foi produzido pela primeira vez em 16 de abril de 1949.

Falhas tecnológicas

Problemas bastante sérios foram identificados quase imediatamente, que consistiam em corrosão de revestimentos de alumínio e revestimentos de células de combustível. As hastes de urânio também incharam e quebraram, e a água de resfriamento vazou diretamente para o núcleo do reator. Após cada vazamento, o reator tinha que ser parado por até 10 horas para secar o grafite com ar. Em janeiro de 1949, os forros de canal foram substituídos. Depois disso, o lançamento da instalação ocorreu em 26 de março de 1949.

Plutônio de grau de arma, cuja produção no Reator A foi acompanhada por todo tipo de dificuldade, foi produzido no período 1950-1954 com uma potência unitária média de 180 MW. A operação subsequente do reator começou a ser acompanhada por seu uso mais intensivo, o que naturalmente levou a paradas mais frequentes (até 165 vezes por mês). Como resultado, em outubro de 1963, o reator foi desligado e retomou sua operação apenas na primavera de 1964. Ele completou sua campanha em 1987 e produziu 4,6 toneladas de plutônio durante todo o período de muitos anos de operação.

Reatores AB

Foi decidido construir três reatores AB na empresa Chelyabinsk-65 no outono de 1948. Sua capacidade de produção era de 200-250 gramas de plutônio por dia. O designer-chefe do projeto foi A. Savin. Cada reator tinha 1996 canais, 65 deles eram canais de controle. Uma novidade técnica foi utilizada nas instalações - cada canal foi equipado com um detector especial de vazamento de refrigerante. Tal movimento possibilitou a troca dos revestimentos sem interromper a operação do próprio reator.

O primeiro ano de operação dos reatores mostrou que eles produziam cerca de 260 gramas de plutônio por dia. No entanto, a partir do segundo ano de operação, a capacidade foi aumentada gradativamente, e já em 1963 seu valor era de 600 MW. Após a segunda revisão, o problema dos liners foi completamente resolvido e a capacidade já era de 1200 MW com uma produção anual de plutônio de 270 quilos. Esses indicadores permaneceram até o fechamento completo dos reatores.

Reator AI-IR

A empresa de Chelyabinsk usou esta instalação de 22 de dezembro de 1951 a 25 de maio de 1987. Além do urânio, o reator também produzia cob alto-60 e polônio-210. Inicialmente, o local produzia trítio, mas depois passou a receber plutônio.

Além disso, a planta de processamento de plutônio para armas tinha em operação reatores de água pesada e o único reator de água leve (seu nome é Ruslan).

gigante siberiano

"Tomsk-7" - este é o nome da usina, que abriga cinco reatores para a produção de plutônio. Cada uma das unidades usava grafite para desacelerar nêutrons e água comum para fornecer resfriamento adequado.

Reator I-1 trabalhou com o sistemaresfriamento, em que a água passou uma vez. No entanto, as quatro unidades restantes foram fornecidas com circuitos primários fechados equipados com trocadores de calor. Este projeto possibilitou a geração adicional de vapor, que por sua vez ajudou na produção de eletricidade e aquecimento de várias instalações residenciais.

O "Tomsk-7" também possuía um reator chamado EI-2, que, por sua vez, tinha dupla finalidade: produzia plutônio e gerava 100 MW de eletricidade a partir do vapor gerado, além de 200 MW de energia térmica energia.

Informações importantes

De acordo com os cientistas, a meia-vida do plutônio para armas é de cerca de 24.360 anos. Número enorme! Nesse sentido, a questão torna-se especialmente aguda: “Como lidar adequadamente com os resíduos de produção desse elemento?” A opção mais ideal é a construção de empresas especiais para o processamento subsequente de plutônio para armas. Isso se explica pelo fato de que, neste caso, o elemento não pode mais ser usado para fins militares e será controlado por uma pessoa. É assim que o plutônio para armas é descartado na Rússia, mas os Estados Unidos da América seguiram um caminho diferente, violando assim suas obrigações internacionais.

Assim, o governo dos EUA propõe destruir o combustível nuclear altamente enriquecido não de forma industrial, mas diluindo o plutônio e armazenando-o em contêineres especiais a uma profundidade de 500 metros. Escusado será dizer que neste caso o material pode ser facilmenteextraí-lo do solo e relançá-lo para fins militares. De acordo com o presidente russo, Vladimir Putin, inicialmente os países concordaram em destruir plutônio não por esse método, mas realizar o descarte em instalações industriais.

O custo do plutônio para armas merece atenção especial. De acordo com especialistas, dezenas de toneladas desse elemento podem custar vários bilhões de dólares. E alguns especialistas até estimaram que 500 toneladas de plutônio para armas chegaram a 8 trilhões de dólares. A quantidade é realmente impressionante. Para deixar mais claro quanto dinheiro é isso, digamos que nos últimos dez anos do século 20, o PIB médio anual da Rússia foi de US$ 400 bilhões. Ou seja, de fato, o preço real do plutônio para armas era igual a vinte PIB anuais da Federação Russa.