Sinteza elementelor noi
Producția de plutoniu de arme
Transformarea unor atomi în altele apare atunci când particulele atomice sau subatomice interacționează. Dintre acestea, numai neutronii sunt disponibili în cantități mari. Reactorul nuclear Gigawatt produce în jur de 3,75 kg (sau 4 * 10 30) de neutroni în cursul anului.
Atomii de plutoniu se formează ca urmare a unui lanț de reacții atomice, începând cu captarea unui neutron de către atomul de uraniu-238:
U 238 + n -> U 239 -> Np 239 -> Pu 239
sau, mai exact:
Odată cu continuarea iradierii, unii atomi de plutoniu-239 sunt capabili la rândul lor să surprindă un neutron și să devină un izotop mai greu de plutoniu-240:
Pu 239 + n-Pu 240
Pentru a obține plutoniu în cantități suficiente, sunt necesare cele mai puternice fluxuri de neutroni. Acestea sunt create doar în reactoarele nucleare. În principiu, orice reactor este o sursă de neutroni, dar pentru producția industrială de plutoniu este firesc să se utilizeze unul special conceput pentru acest lucru.
Schema muncii sale. Reactorul de iradiere cu neutroni uraniu-238 sunt create ca rezultat al reacției în lanț staționară de fisiune U-235 nuclee. În medie, 2,5 neutroni sunt generați pe diviziune de U-235. 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, încetinirea 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 aceasta, un retarder înconjoară blocurile cu uraniu cu un fel de substanță ușoară. În el, neutronii sunt decelerați fără absorbție, întâmpinând coliziuni elastice, fiecare din ele pierzând o mică parte din energie. Întârzierele bune sunt apa, carbon. Astfel, neutronii încetinesc vitezele termice care călătoresc prin reactor până când provoacă fisiunea U-235 (U-238 le absoarbe foarte slab). Cu o anumită configurație a tijei moderatorului și a uraniului, sunt create condiții pentru absorbția neutronilor și U-238 și U-235.
Pu-240 este dăunător pentru producerea de arme din următoarele motive:
1. Este mai puțin material fisionabil decât Pu-239, deci este nevoie de un plutoniu mai mic pentru a face arme.
2. Al doilea motiv mult mai important - nivelul de fisiune spontană în Pu-240 este mult mai mare, ceea ce creează un fond neutru puternic.
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) - această dificultate este complet eliminat, asigurând eliberarea de energie înaltă chiar și la putere mică diviziune taxa inițială.
Plutoniul, produs în reactoare speciale, conține un procent relativ mic de Pu-240 (<7%), плутония «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 care nu arde toate U-235 și U-238 toate trece în plutoniu, dar se formează și o cantitate mai mică Pu-240.
Economică. singurul motiv pentru existența unor reactoare speciale de 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).
Complexitatea tratamentului. deși emisia de neutroni nu este o problemă atât de gravă pentru designerii de arme, aceasta poate crea dificultăți în producerea și manipularea unei astfel de taxe. Neutronii au efecte suplimentare în expunerea profesională care colectează sau întreține arme (neutroni nu au un efect de ionizare, dar ele creează protoni, capabile de acest lucru). În realitate, taxele care implică un contact direct cu persoane, de exemplu Davy Crocket, pot necesita, prin urmare, un plutoniu super-pur, cu un nivel scăzut de emisie de neutroni.
Turnarea și prelucrarea directă a plutoniului se efectuează manual în camerele de mănuși sigilate pentru operator.
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 este probabil ca un dispozitiv exploziv nuclear să poată fi de asemenea fabricat dintr-un reactor.
Acest inel este realizat din plutoniu metalic purificat electrolitic (puritate mai mare de 99,96%). Tipic al inelelor care au fost pregătite în Los Alamos și trimise la Rocky Flats pentru fabricarea de arme, până la recenta suspendare a producției. Greutatea inelului este de 5,3 kg, suficientă pentru a produce o sarcină strategică modernă, diametrul este de aproximativ 11 cm. Forma inelului este importantă pentru asigurarea siguranței critice.