Plutonio apto para armas: aplicación, producción, eliminación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La humanidad siempre ha estado en busca de nuevas fuentes de energía que puedan resolver muchos problemas. Sin embargo, no siempre son seguros. Entonces, en particular, los reactores nucleares ampliamente utilizados hoy en día, aunque son capaces de generar simplemente una cantidad colosal de la energía eléctrica que todos necesitan, aún conllevan un peligro mortal. Pero, además del uso de la energía nuclear con fines pacíficos, algunos países de nuestro planeta han aprendido a utilizarla en el ámbito militar, especialmente para crear ojivas nucleares. Este artículo discutirá la base de un arma tan destructiva, cuyo nombre es plutonio apto para armas.

Referencia rápida

Esta forma compacta del metal contiene al menos un 93,5 % del isótopo 239Pu. El plutonio apto para armas se llamó así para distinguirlo de su "hermano reactor". En principio, el plutonio siempre se forma en absolutamente cualquier reactor nuclear que, a su vez, funciona con uranio poco enriquecido o natural, que contiene, en su mayor parte, el isótopo 238U.

Aplicaciones militares

El plutonio 239Pu apto para armas es la base de las armas nucleares. Al mismo tiempo, el uso de isótopos con números de masa 240 y 242 es irrelevante, ya que crean muyun alto fondo de neutrones, lo que en última instancia dificulta la creación y el diseño de municiones nucleares altamente efectivas. Además, los isótopos de plutonio 240Pu y 241Pu tienen una vida media mucho más corta que el 239Pu, por lo que las partes de plutonio se calientan mucho. Es en relación con esto que los ingenieros se ven obligados a agregar elementos adicionales a un arma nuclear para eliminar el exceso de calor. Por cierto, el 239Pu puro es más cálido que el cuerpo humano. También es imposible no tener en cuenta el hecho de que los productos de desintegración de los isótopos pesados someten a la red cristalina metálica a cambios dañinos, y esto, naturalmente, cambia la configuración de las partes de plutonio, lo que, al final, puede causar una falla completa de un dispositivo explosivo nuclear.

En general, todas estas dificultades se pueden superar. Y en la práctica, los dispositivos explosivos basados en plutonio "reactor" ya se han probado repetidamente. Pero debe entenderse que en las municiones nucleares, su compacidad, bajo peso propio, durabilidad y confiabilidad están lejos de la última posición. En este sentido, utilizan exclusivamente plutonio apto para armas.

Características de diseño de los reactores industriales

Prácticamente todo el plutonio de Rusia se produjo en reactores equipados con un moderador de grafito. Cada uno de los reactores está construido alrededor de bloques cilíndricos de grafito.

Cuando se ensamblan, los bloques de grafito tienen ranuras especiales entre ellos para garantizar la circulación continua del refrigerante, lo quese utiliza nitrógeno. En la estructura ensamblada, también hay canales ubicados verticalmente creados para el paso de agua de enfriamiento y combustible a través de ellos. El conjunto en sí está soportado rígidamente por una estructura con orificios debajo de los canales utilizados para transportar el combustible ya irradiado. Además, cada uno de los canales está ubicado en un tubo de pared delgada fundido a partir de una aleación de aluminio liviana y extra fuerte. La mayoría de los canales descritos tienen 70 barras de combustible. El agua de refrigeración fluye directamente alrededor de las barras de combustible, eliminando el exceso de calor de ellas.

Aumento de la capacidad de los reactores de producción

Inicialmente, el primer reactor de Mayak operó con una capacidad de 100 MW térmicos. Sin embargo, el jefe del programa de armas nucleares soviético, Igor Kurchatov, propuso que el reactor debería funcionar a 170-190 MW en invierno y 140-150 MW en verano. Este enfoque permitió que el reactor produjera casi 140 gramos de plutonio precioso por día.

En 1952, se llevó a cabo un trabajo de investigación completo para aumentar la capacidad de producción de los reactores en funcionamiento mediante los siguientes métodos:

• Aumentando el caudal de agua utilizada para refrigeración y circulando por las zonas activas de una instalación nuclear.
• Al aumentar la resistencia al fenómeno de la corrosión que se produce cerca del revestimiento del canal.
• Reducción de la tasa de oxidación del grafito.
• Aumento de la temperatura dentro de las celdas de combustible.

Como resultado, el rendimiento del agua en circulación ha aumentado significativamente después de aumentar el espacio entre el combustible y las paredes del canal. También logramos deshacernos de la corrosión. Para hacer esto, elegimos las aleaciones de aluminio más adecuadas y comenzamos a agregar activamente bicromato de sodio, lo que finalmente aumentó la suavidad del agua de enfriamiento (el pH se convirtió en aproximadamente 6.0-6.2). La oxidación del grafito dejó de ser un problema urgente después de que se usara nitrógeno para enfriarlo (anteriormente solo se usaba aire).

A medida que la década de 1950 llegaba a su fin, las innovaciones se pusieron en práctica por completo, reduciendo el hinchamiento altamente innecesario del uranio causado por la radiación, reduciendo en gran medida el endurecimiento por calor de las varillas de uranio, mejorando la resistencia del revestimiento y mejorando el control de calidad de fabricación.

Producción en Mayak

"Chelyabinsk-65" es una de esas fábricas muy secretas donde se creó plutonio apto para armas. Había varios reactores en la empresa, conoceremos mejor cada uno de ellos.

Reactor A

La unidad fue diseñada y construida bajo la guía del legendario N. A. Dollezhal. Trabajó con una potencia de 100 MW. El reactor tenía 1149 canales de combustible y control dispuestos verticalmente en un bloque de grafito. La masa total de la estructura era de unas 1050 toneladas. Casi todos los canales (excepto 25) estaban cargados con uranio, cuya masa total era de 120-130 toneladas. Se utilizaron 17 canales para barras de control y 8 pararealizando experimentos. La máxima liberación de calor de diseño de la pila de combustible fue de 3,45 kW. Al principio, el reactor producía alrededor de 100 gramos de plutonio por día. El plutonio metálico se produjo por primera vez el 16 de abril de 1949.

Defectos tecnológicos

Se identificaron problemas bastante graves casi de inmediato, que consistían en la corrosión de los revestimientos de aluminio y de las celdas de combustible. Las barras de uranio también se hincharon y se rompieron, y el agua de enfriamiento se filtró directamente al núcleo del reactor. Después de cada fuga, el reactor tuvo que pararse hasta 10 horas para secar el grafito con aire. En enero de 1949, se reemplazaron los revestimientos del canal. Posteriormente, el lanzamiento de la instalación tuvo lugar el 26 de marzo de 1949.

El plutonio apto para armas, cuya producción en el Reactor A estuvo acompañada de todo tipo de dificultades, se produjo en el período 1950-1954 con una potencia unitaria promedio de 180 MW. La operación posterior del reactor comenzó a ir acompañada de su uso más intensivo, lo que naturalmente provocó paradas más frecuentes (hasta 165 veces al mes). Como resultado, en octubre de 1963, el reactor se cerró y reanudó su funcionamiento hasta la primavera de 1964. Completó su campaña en 1987 y produjo 4,6 toneladas de plutonio durante todo el período de muchos años de funcionamiento.

Reactores AB

Se decidió construir tres reactores AB en la empresa Chelyabinsk-65 en el otoño de 1948. Su capacidad de producción era de 200 a 250 gramos de plutonio por día. El diseñador jefe del proyecto fue A. Savin. Cada reactor tenía 1996 canales, 65 de ellos eran canales de control. Se utilizó una novedad técnica en las instalaciones: cada canal estaba equipado con un detector especial de fugas de refrigerante. Tal movimiento hizo posible cambiar los revestimientos sin detener la operación del propio reactor.

El primer año de funcionamiento de los reactores demostró que producían unos 260 gramos de plutonio al día. Sin embargo, a partir del segundo año de operación, la capacidad fue aumentando paulatinamente, y ya en 1963 su cifra era de 600 MW. Después de la segunda revisión, el problema de los revestimientos se resolvió por completo y la capacidad ya era de 1200 MW con una producción anual de plutonio de 270 kilogramos. Estos indicadores se mantuvieron hasta el cierre completo de los reactores.

Reactor AI-IR

La empresa Chelyabinsk utilizó esta instalación desde el 22 de diciembre de 1951 hasta el 25 de mayo de 1987. Además de uranio, el reactor también produjo cob alto-60 y polonio-210. Inicialmente, el sitio producía tritio, pero luego comenzó a recibir plutonio.

Además, la planta de procesamiento de plutonio apto para armas tenía en funcionamiento reactores de agua pesada y el único reactor de agua ligera (su nombre es Ruslan).

gigante siberiano

"Tomsk-7": este es el nombre de la planta, que alberga cinco reactores para la producción de plutonio. Cada una de las unidades usaba grafito para ralentizar los neutrones y agua corriente para proporcionar un enfriamiento adecuado.

Reactor I-1 funcionó con el sistemaenfriamiento, en el que el agua pasó una vez. Sin embargo, las cuatro unidades restantes disponían de circuitos primarios cerrados equipados con intercambiadores de calor. Este diseño hizo posible generar vapor adicionalmente, lo que a su vez ayudó en la producción de electricidad y calefacción de varios locales residenciales.

"Tomsk-7" también contaba con un reactor denominado EI-2 que, a su vez, tenía un doble propósito: producía plutonio y generaba 100 MW de electricidad a partir del vapor generado, así como 200 MW de energía térmica energía.

Información importante

Según los científicos, la vida media del plutonio apto para armas es de unos 24.360 años. ¡Numero enorme! En este sentido, la pregunta se vuelve especialmente aguda: "¿Cómo tratar adecuadamente los desechos de producción de este elemento?" La opción más óptima es la construcción de empresas especiales para el procesamiento posterior de plutonio apto para armas. Esto se explica por el hecho de que en este caso el elemento ya no podrá ser utilizado con fines militares y será controlado por una persona. Así es como se elimina el plutonio apto para armas en Rusia, pero los Estados Unidos de América tomaron un camino diferente, violando así sus obligaciones internacionales.

Por lo tanto, el gobierno de EE. UU. propone destruir el combustible nuclear altamente enriquecido no de forma industrial, sino diluyendo el plutonio y almacenándolo en contenedores especiales a una profundidad de 500 metros. No hace f alta decir que en este caso el material puede ser fácilmenteextraerlo del suelo y relanzarlo con fines militares. Según el presidente ruso, Vladimir Putin, inicialmente los países acordaron destruir el plutonio no por este método, sino en instalaciones industriales.

El costo del plutonio apto para armas merece una atención especial. Según los expertos, decenas de toneladas de este elemento pueden costar varios miles de millones de dólares estadounidenses. Y algunos expertos incluso han estimado 500 toneladas de plutonio apto para armas hasta en 8 billones de dólares. La cantidad es realmente impresionante. Para que quede más claro cuánto dinero es esto, digamos que en los últimos diez años del siglo XX, el PIB anual promedio de Rusia fue de $ 400 mil millones. Es decir, de hecho, el precio real del plutonio apto para armas equivalía a veinte del PIB anual de la Federación Rusa.