Plutonium tingkat senjata: aplikasi, produksi, pembuangan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Manusia selalu mencari sumber energi baru yang dapat memecahkan banyak masalah. Namun, mereka tidak selalu aman. Jadi, khususnya, reaktor nuklir yang banyak digunakan saat ini, meskipun hanya mampu menghasilkan sejumlah besar energi listrik yang dibutuhkan setiap orang, masih membawa bahaya mematikan. Tapi, selain penggunaan energi nuklir untuk tujuan damai, beberapa negara di planet kita telah belajar menggunakannya di militer, terutama untuk membuat hulu ledak nuklir. Artikel ini akan membahas dasar dari senjata penghancur yang bernama plutonium tingkat senjata.

Referensi cepat

Bentuk logam yang kompak ini mengandung setidaknya 93,5% isotop 239Pu. Plutonium tingkat senjata dinamai demikian untuk membedakannya dari "saudara reaktornya". Pada prinsipnya, plutonium selalu terbentuk di semua reaktor nuklir, yang, pada gilirannya, menggunakan uranium yang diperkaya rendah atau alami, yang sebagian besar mengandung isotop 238U.

Aplikasi militer

Plutonium 239Pu tingkat senjata adalah dasar dari senjata nuklir. Pada saat yang sama, penggunaan isotop dengan nomor massa 240 dan 242 tidak relevan, karena mereka menghasilkan sangatlatar belakang neutron yang tinggi, yang pada akhirnya membuat sulit untuk membuat dan merancang 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. Sehubungan dengan ini, para insinyur terpaksa menambahkan elemen tambahan ke senjata nuklir untuk menghilangkan panas berlebih. Omong-omong, 239Pu murni lebih hangat dari tubuh manusia. Juga tidak mungkin untuk tidak memperhitungkan fakta bahwa produk peluruhan dari isotop berat menyebabkan kisi kristal logam berubah berbahaya, dan ini secara alami mengubah konfigurasi bagian plutonium, yang, pada akhirnya, dapat menyebabkan kegagalan total alat peledak nuklir.

Pada umumnya, semua kesulitan ini dapat diatasi. Dan dalam praktiknya, alat peledak berbasis plutonium "reaktor" telah diuji berulang kali. Tetapi harus dipahami bahwa dalam amunisi nuklir, kekompakannya, bobotnya sendiri yang rendah, daya tahan dan keandalannya jauh dari posisi terakhir. Dalam hal ini, mereka menggunakan plutonium tingkat senjata secara eksklusif.

Fitur desain reaktor industri

Hampir semua plutonium di Rusia diproduksi di reaktor yang dilengkapi dengan moderator grafit. Setiap reaktor dibangun di sekitar blok grafit silinder.

Saat dirakit, blok grafit memiliki slot khusus di antaranya untuk memastikan sirkulasi pendingin yang terus menerus, yangnitrogen digunakan. Dalam struktur rakitan, ada juga saluran yang terletak secara vertikal yang dibuat untuk mengalirkan pendingin air dan bahan bakar melaluinya. Rakitan itu sendiri ditopang dengan kokoh oleh struktur dengan lubang di bawah saluran yang digunakan untuk mengirimkan bahan bakar yang sudah diiradiasi. Selain itu, masing-masing saluran terletak di pipa berdinding tipis yang terbuat dari paduan aluminium yang ringan dan ekstra kuat. Sebagian besar saluran yang dijelaskan memiliki 70 batang bahan bakar. Air pendingin mengalir langsung di sekitar batang bahan bakar, menghilangkan panas berlebih dari batang bahan bakar.

Meningkatkan kapasitas reaktor produksi

Awalnya, reaktor Mayak pertama beroperasi dengan kapasitas 100 MW termal. Namun, kepala program senjata nuklir Soviet, Igor Kurchatov, mengusulkan agar reaktor beroperasi pada 170-190 MW di 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 penuh dilakukan untuk meningkatkan kapasitas produksi reaktor yang berfungsi dengan metode berikut:

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

Akibatnya, aliran air yang bersirkulasi meningkat secara signifikan setelah celah antara bahan bakar dan dinding saluran meningkat. Kami juga berhasil menyingkirkan korosi. Untuk melakukan ini, kami memilih paduan aluminium yang paling cocok dan mulai secara aktif menambahkan natrium bikromat, yang pada akhirnya meningkatkan kelembutan air pendingin (pH menjadi sekitar 6,0-6,2). Oksidasi grafit tidak lagi menjadi masalah mendesak setelah nitrogen digunakan untuk mendinginkannya (sebelumnya hanya udara yang digunakan).

Saat tahun 1950-an hampir berakhir, inovasi diterapkan sepenuhnya, mengurangi balon uranium yang sangat tidak perlu yang disebabkan oleh radiasi, sangat mengurangi pengerasan panas batang uranium, meningkatkan ketahanan cladding, dan meningkatkan kontrol kualitas manufaktur.

Produksi di Mayak

"Chelyabinsk-65" adalah salah satu pabrik yang sangat rahasia tempat plutonium tingkat senjata dibuat. Ada beberapa reaktor di perusahaan, kita akan mengenal masing-masing lebih baik.

Reaktor A

Unit ini dirancang dan dibangun di bawah bimbingan N. A. Dollezhal yang legendaris. Dia bekerja dengan kekuatan 100 MW. Reaktor memiliki 1149 saluran kontrol dan bahan bakar yang disusun secara vertikal dalam blok grafit. Massa total struktur sekitar 1050 ton. Hampir semua saluran (kecuali 25) dimuat dengan uranium, yang massa totalnya 120-130 ton. 17 saluran digunakan untuk batang kendali dan 8 untukmelakukan eksperimen. Pelepasan panas desain maksimum sel bahan bakar adalah 3,45 kW. Pada awalnya, reaktor menghasilkan sekitar 100 gram plutonium per hari. Logam plutonium pertama kali diproduksi pada 16 April 1949.

Kekurangan teknologi

Masalah yang cukup serius segera diidentifikasi, yang terdiri dari korosi pelapis aluminium dan pelapis sel bahan bakar. Batang uranium juga membengkak dan pecah, dan air pendingin bocor langsung ke inti reaktor. Setelah setiap kebocoran, reaktor harus dihentikan hingga 10 jam untuk mengeringkan grafit dengan udara. Pada Januari 1949, liner saluran diganti. Setelah itu, peluncuran instalasi dilakukan pada 26 Maret 1949.

Plutonium tingkat senjata, yang produksinya di Reaktor A disertai dengan segala macam kesulitan, diproduksi pada periode 1950-1954 dengan daya unit rata-rata 180 MW. Pengoperasian reaktor selanjutnya mulai disertai dengan penggunaannya yang lebih intensif, yang secara alami menyebabkan pemadaman lebih sering (hingga 165 kali sebulan). Akibatnya, pada Oktober 1963, reaktor ditutup dan kembali beroperasi hanya pada musim semi 1964. Dia menyelesaikan kampanyenya pada tahun 1987 dan menghasilkan 4,6 ton plutonium selama bertahun-tahun beroperasi.

Reaktor AB

Diputuskan untuk membangun tiga reaktor AB di perusahaan Chelyabinsk-65 pada musim gugur 1948. Kapasitas produksi mereka adalah 200-250 gram plutonium per hari. Perancang utama proyek ini adalah A. Savin. Setiap reaktor memiliki 1996 saluran, 65 di antaranya adalah saluran kontrol. Kebaruan teknis digunakan dalam instalasi - setiap saluran dilengkapi dengan detektor kebocoran cairan pendingin khusus. Langkah tersebut memungkinkan untuk mengganti liner tanpa menghentikan pengoperasian reaktor itu sendiri.

Tahun pertama pengoperasian reaktor menunjukkan bahwa mereka menghasilkan sekitar 260 gram plutonium per hari. Namun, dari tahun kedua operasi, kapasitas secara bertahap meningkat, dan sudah pada tahun 1963 angkanya adalah 600 MW. Setelah perombakan kedua, masalah liner diselesaikan sepenuhnya, dan kapasitasnya sudah 1200 MW dengan produksi plutonium tahunan 270 kilogram. Indikator-indikator ini tetap ada sampai reaktor ditutup sepenuhnya.

Reaktor AI-IR

Perusahaan Chelyabinsk menggunakan instalasi ini dari 22 Desember 1951 hingga 25 Mei 1987. Selain uranium, reaktor tersebut juga menghasilkan kob alt-60 dan polonium-210. Awalnya, situs tersebut menghasilkan tritium, tetapi kemudian mulai menerima plutonium.

Juga, pabrik untuk pengolahan plutonium tingkat senjata telah mengoperasikan reaktor air berat dan satu-satunya reaktor air ringan (namanya Ruslan).

Raksasa Siberia

"Tomsk-7" - ini adalah nama pabrik, yang menampung lima reaktor untuk produksi plutonium. Masing-masing unit menggunakan grafit untuk memperlambat neutron dan air biasa untuk memberikan pendinginan yang tepat.

Reaktor I-1 bekerja dengan sistempendinginan, di mana air lewat sekali. Namun, empat unit sisanya dilengkapi dengan sirkuit primer tertutup yang dilengkapi dengan penukar panas. Desain ini memungkinkan untuk menghasilkan uap tambahan, yang pada gilirannya membantu dalam produksi listrik dan pemanasan berbagai tempat tinggal.

"Tomsk-7" juga memiliki reaktor yang disebut EI-2, yang, pada gilirannya, memiliki tujuan ganda: menghasilkan plutonium dan menghasilkan 100 MW listrik dari uap yang dihasilkan, serta 200 MW termal energi.

Informasi penting

Menurut para ilmuwan, waktu paruh plutonium tingkat senjata adalah sekitar 24.360 tahun. Angka besar! Dalam hal ini, pertanyaannya menjadi sangat akut: "Bagaimana cara menangani limbah produksi elemen ini dengan benar?" Opsi paling optimal adalah pembangunan perusahaan khusus untuk pemrosesan plutonium tingkat senjata selanjutnya. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa dalam hal ini unsur tersebut tidak dapat lagi digunakan untuk keperluan militer dan akan dikuasai oleh seseorang. Ini adalah bagaimana plutonium tingkat senjata dibuang di Rusia, tetapi Amerika Serikat mengambil jalan yang berbeda, sehingga melanggar kewajiban internasionalnya.

Dengan demikian, pemerintah AS mengusulkan untuk menghancurkan bahan bakar nuklir yang sangat diperkaya bukan dengan cara industri, tetapi dengan mengencerkan plutonium dan menyimpannya dalam wadah khusus pada kedalaman 500 meter. Tak perlu dikatakan bahwa dalam hal ini materi dapat dengan mudah menjadimengekstraknya dari tanah dan meluncurkannya kembali untuk tujuan militer. Menurut Presiden Rusia Vladimir Putin, pada awalnya negara-negara tersebut sepakat untuk menghancurkan plutonium bukan dengan cara ini, tetapi dengan melakukan pembuangan di fasilitas industri.

Harga plutonium tingkat senjata patut mendapat perhatian khusus. Menurut para ahli, puluhan ton elemen ini mungkin berharga beberapa miliar dolar AS. Dan beberapa ahli bahkan memperkirakan 500 ton plutonium tingkat senjata sebanyak 8 triliun dolar. Jumlahnya sangat mengesankan. Untuk memperjelas berapa banyak uang ini, katakanlah dalam sepuluh tahun terakhir abad ke-20, PDB tahunan rata-rata Rusia adalah $400 miliar. Artinya, pada kenyataannya, harga sebenarnya dari plutonium tingkat senjata sama dengan dua puluh PDB tahunan Federasi Rusia.