Pse e braktisëm prodhimin e plutoniumit të shkallës së armëve? Çfarë është plutoniumi Prodhimi i plutoniumit të shkallës së armëve.

Kimia

Plutonium Pu - elementi nr. 94 lidhet me shpresa shumë të mëdha dhe frikë shumë të madhe të njerëzimit. Këto ditë është një nga elementët më të rëndësishëm, strategjikisht të rëndësishëm. Është më i shtrenjti nga metalet teknikisht të rëndësishëm - është shumë më i shtrenjtë se argjendi, ari dhe platini. Ai është vërtet i çmuar.

Sfondi dhe historia

Në fillim kishte protone - hidrogjen galaktik. Si rezultat i ngjeshjes së tij dhe reaksioneve të mëvonshme bërthamore, u formuan "grupet" më të pabesueshme të nukleoneve. Midis tyre, këto "shangare", me sa duket kishte nga ato që përmbanin 94 protone. Vlerësimet e teoricienëve sugjerojnë se rreth 100 formacione nukleone, të cilat përfshijnë 94 protone dhe nga 107 në 206 neutrone, janë aq të qëndrueshme sa mund të konsiderohen bërthamat e izotopeve të elementit nr.94.
Por të gjitha këto izotope - hipotetike dhe reale - nuk janë aq të qëndrueshme sa të mbijetojnë deri më sot që nga formimi i elementeve të sistemit diellor. Gjysma e jetës së izotopit më jetëgjatë të elementit nr. 94 është 81 milionë vjet. Mosha e galaktikës matet në miliarda vjet. Rrjedhimisht, plutoniumi "primordial" nuk kishte asnjë shans për të mbijetuar deri më sot. Nëse ai u formua gjatë sintezës së madhe të elementeve të Universit, atëherë ato atome të lashta të tij "u zhdukën" shumë kohë më parë, ashtu siç u zhdukën dinozaurët dhe mamuthët.
Në shekullin e 20-të epoka e re, pas Krishtit, ky element u rikrijua. Nga 100 izotopet e mundshme të plutoniumit, 25 janë sintetizuar. Vetitë bërthamore të 15 prej tyre janë studiuar. Katër kanë gjetur zbatim praktik. Dhe u hap kohët e fundit. Në dhjetor të vitit 1940, kur uraniumi u rrezatua me bërthama të rënda hidrogjeni, një grup radiokimistësh amerikanë të udhëhequr nga Glenn T. Seaborg zbuluan një emetues të panjohur më parë të grimcave alfa me gjysmë jetëgjatësi prej 90 vjetësh. Ky emetues rezultoi të ishte izotopi i elementit nr.94 me numër masiv 238. Në të njëjtin vit, por disa muaj më parë, E.M. McMillan dhe F. Abelson morën elementin e parë më të rëndë se uraniumi, elementi numër 93. Ky element quhej neptunium dhe elementi 94 quhej plutonium. Historiani do të thotë patjetër që këta emra e kanë origjinën në mitologjinë romake, por në thelb origjina e këtyre emrave nuk është më tepër mitologjike, por astronomike.
Elementet nr 92 dhe 93 janë emërtuar sipas planetëve të largët të sistemit diellor - Urani dhe Neptuni, por Neptuni nuk është i fundit në sistemin diellor, madje më tej shtrihet orbita e Plutonit - një planet për të cilin ende nuk dihet pothuajse asgjë. .. Një ndërtim i ngjashëm Ne shohim gjithashtu në "krahun e majtë" të tabelës periodike: uranium - neptunium - plutonium, megjithatë, njerëzimi di shumë më tepër për plutoniumin sesa për Plutonin. Nga rruga, astronomët zbuluan Plutonin vetëm dhjetë vjet para sintezës së plutoniumit - pothuajse e njëjta periudhë kohore ndau zbulimet e Uranit - planetit dhe uraniumit - elementi.

Gjëegjëza për kriptografët

Izotopi i parë i elementit nr.94, plutonium-238, ka gjetur zbatim praktik këto ditë. Por në fillim të viteve 40, ata as që menduan për këtë. Është e mundur të merret plutonium-238 në sasi me interes praktik vetëm duke u mbështetur në industrinë e fuqishme bërthamore. Në atë kohë ajo ishte vetëm në fillimet e saj. Por tashmë ishte e qartë se duke lëshuar energjinë që përmbante bërthamat e elementëve të rëndë radioaktivë, ishte e mundur të merreshin armë me fuqi të paparë. U shfaq projekti Manhattan, i cili nuk kishte asgjë më shumë se një emër të përbashkët me zonën e famshme të Nju Jorkut. Ky ishte emri i përgjithshëm për të gjithë punën që lidhej me krijimin e bombave të para atomike në Shtetet e Bashkuara. Nuk ishte një shkencëtar, por një ushtarak, gjenerali Groves, i cili u emërua në krye të Projektit Manhattan, i cili "me dashuri" i quajti akuzat e tij me arsim të lartë "tenxhere të thyer".
Drejtuesit e "projektit" nuk ishin të interesuar për plutonium-238. Bërthamat e tij, si bërthamat e të gjithë izotopeve të plutoniumit me numër të barabartë në masë, nuk janë të zbërthyeshme nga neutronet me energji të ulët, kështu që nuk mund të shërbente si një eksploziv bërthamor. Sidoqoftë, raportet e para jo shumë të qarta për elementët nr. 93 dhe 94 u shfaqën në shtyp vetëm në pranverën e vitit 1942.
Si mund ta shpjegojmë këtë? Fizikanët e kuptuan: sinteza e izotopeve të plutoniumit me numra masive teke ishte çështje kohe dhe jo shumë e gjatë. Izotopet e çuditshme pritej që, si uraniumi-235, të ishin në gjendje të mbështesin një reaksion zinxhir bërthamor. Disa njerëz i panë ato si eksplozivë të mundshëm bërthamorë, të cilët ende nuk ishin marrë. Dhe këto shpresa plutonium, për fat të keq, ai e justifikoi atë.
Në enkriptimin e asaj kohe, elementi nr.94 nuk quhej gjë tjetër veçse... bakër. Dhe kur lindi nevoja për vetë bakër (si një material strukturor për disa pjesë), atëherë në kode, së bashku me "bakrin", u shfaq "bakri i vërtetë".

"Pema e njohjes së së mirës dhe së keqes"

Në vitin 1941, u zbulua izotopi më i rëndësishëm i plutoniumit - një izotop me numër masiv 239. Dhe pothuajse menjëherë u konfirmua parashikimi i teoricienëve: bërthamat e plutonium-239 u ndanë nga neutronet termike. Për më tepër, gjatë ndarjes së tyre, u prodhuan jo më pak numër neutronesh sesa gjatë ndarjes së uraniumit-235. Mënyrat për të marrë këtë izotop në sasi të mëdha u përshkruan menjëherë...
Kanë kaluar vite. Tani nuk është sekret për askënd që bombat bërthamore të ruajtura në arsenale janë të mbushura me plutonium-239 dhe se këto bomba janë të mjaftueshme për të shkaktuar dëme të pariparueshme për të gjithë jetën në Tokë.
Besohet gjerësisht se njerëzimi ishte qartësisht i nxituar me zbulimin e reaksionit zinxhir bërthamor (pasoja e pashmangshme e të cilit ishte krijimi i një bombe bërthamore). Mund të mendoni ndryshe ose të pretendoni se mendoni ndryshe - është më e këndshme të jesh optimist. Por edhe optimistët në mënyrë të pashmangshme përballen me çështjen e përgjegjësisë së shkencëtarëve. Kujtojmë ditën triumfuese të qershorit të vitit 1954, ditën kur u ndez termocentrali i parë bërthamor në Obninsk. Por nuk mund të harrojmë mëngjesin e gushtit 1945 - "mëngjesi i Hiroshimës", "dita e zezë e Albert Ajnshtajnit"... Kujtojmë vitet e para të pasluftës dhe shantazhin e shfrenuar atomik - bazën e politikës amerikane në ato vite. . Por a nuk ka përjetuar njerëzimi shumë telashe në vitet e mëvonshme? Për më tepër, këto shqetësime u intensifikuan shumë herë nga vetëdija se nëse do të shpërthente një luftë e re botërore, do të përdoreshin armët bërthamore.
Këtu mund të provoni të provoni se zbulimi i plutoniumit nuk i shtoi frikë njerëzimit, se, përkundrazi, ishte vetëm i dobishëm.
Le të themi se ndodhi që për ndonjë arsye ose, siç do të thoshin në kohët e vjetra, me vullnetin e Zotit, plutoniumi ishte i paarritshëm për shkencëtarët. A do të zvogëloheshin atëherë frika dhe shqetësimet tona? Asgjë nuk ndodhi. Bombat bërthamore do të bëheshin nga uraniumi-235 (dhe në sasi jo më të vogël se nga plutoniumi), dhe këto bomba do të “hëngrën” edhe më shumë buxhete se tani.
Por pa plutonium nuk do të kishte asnjë perspektivë për përdorimin paqësor të energjisë bërthamore në një shkallë të gjerë. Thjesht nuk do të kishte uranium-235 të mjaftueshëm për një "atom paqësor". E keqja që i është shkaktuar njerëzimit nga zbulimi i energjisë bërthamore nuk do të balancohej, qoftë edhe pjesërisht, nga arritjet e "atomit të mirë".

Si të matni, me çfarë të krahasoni

Kur një bërthamë e plutonium-239 ndahet nga neutronet në dy fragmente me masë afërsisht të barabartë, lirohet rreth 200 MeV energji. Kjo është 50 milionë herë më shumë energji e çliruar në reaksionin ekzotermik më të famshëm C + O 2 = CO 2. "Djegia" në një reaktor bërthamor, një gram plutonium jep 2107 kcal. Për të mos thyer traditën (dhe në artikujt e njohur, energjia e karburantit bërthamor zakonisht matet në njësi josistematike - ton qymyr, benzinë, trinitrotoluen, etj.), Vëmë re gjithashtu: kjo është energjia që përmbahet në 4 tonë të qymyrit. Dhe një gisht i zakonshëm përmban një sasi të plutoniumit energjikisht e barabartë me dyzet makina me dru zjarri të mirë thupër.
E njëjta energji lëshohet gjatë ndarjes së bërthamave të uraniumit-235 nga neutronet. Por pjesa më e madhe e uraniumit natyror (99.3%!) është izotopi 238 U, i cili mund të përdoret vetëm duke e kthyer uraniumin në plutonium...

Energjia e gurëve

Le të vlerësojmë burimet e energjisë që gjenden në rezervat natyrore të uraniumit.
Uraniumi është një element gjurmë dhe gjendet pothuajse kudo. Kushdo që ka vizituar, për shembull, Karelia, me siguri do të kujtojë gurët e granitit dhe shkëmbinjtë bregdetar. Por pak njerëz e dinë se një ton granit përmban deri në 25 g uranium. Granitet përbëjnë pothuajse 20% të peshës së kores së tokës. Nëse numërojmë vetëm uranium-235, atëherë një ton granit përmban 3,5-105 kcal energji. Është shumë, por...
Përpunimi i granitit dhe nxjerrja e uraniumit prej tij kërkon shpenzimin e një sasie edhe më të madhe energjie - rreth 106-107 kcal/t. Tani, nëse do të ishte e mundur të përdorej jo vetëm uranium-235, por edhe uranium-238 si burim energjie, atëherë graniti mund të konsiderohej të paktën si një lëndë e parë potenciale e energjisë. Atëherë energjia e marrë nga një ton gur do të ishte nga 8-107 në 5-108 kcal. Kjo është e barabartë me 16-100 ton qymyr. Dhe në këtë rast, graniti mund t'u sigurojë njerëzve pothuajse një milion herë më shumë energji sesa të gjitha rezervat e karburantit kimik në Tokë.
Por bërthamat e uraniumit-238 nuk shpërbëhen nga neutronet. Ky izotop është i padobishëm për energjinë bërthamore. Më saktësisht, do të ishte e kotë nëse nuk mund të shndërrohej në plutonium-239. Dhe ajo që është veçanërisht e rëndësishme: praktikisht nuk ka nevojë të shpenzohet energji për këtë transformim bërthamor - përkundrazi, energjia prodhohet në këtë proces!
Le të përpiqemi të kuptojmë se si ndodh kjo, por së pari disa fjalë për plutoniumin natyror.

400 mijë herë më pak se radiumi

Tashmë është thënë se izotopet e plutoniumit nuk janë ruajtur që nga sinteza e elementeve gjatë formimit të planetit tonë. Por kjo nuk do të thotë se nuk ka plutonium në Tokë.
Formohet gjatë gjithë kohës në mineralet e uraniumit. Duke kapur neutronet nga rrezatimi kozmik dhe neutronet e prodhuara nga ndarja spontane e bërthamave të uraniumit-238, disa - shumë pak - atome të këtij izotopi kthehen në atome të uraniumit-239. Këto bërthama janë shumë të paqëndrueshme; ato lëshojnë elektrone dhe në këtë mënyrë rrisin ngarkesën e tyre. Formohet neptuni, elementi i parë transuranium. Neptunium-239 është gjithashtu shumë i paqëndrueshëm dhe bërthamat e tij lëshojnë elektrone. Në vetëm 56 orë, gjysma e neptunium-239 kthehet në plutonium-239, gjysma e jetës së të cilit është tashmë mjaft e gjatë - 24 mijë vjet.
Pse plutoniumi nuk nxirret nga mineralet e uraniumit?? Përqendrim i ulët, shumë i ulët. "Prodhimi për gram - punë në vit" - bëhet fjalë për radiumin, dhe plutoniumi në xehe është 400 mijë herë më pak se radiumi. Prandaj, është jashtëzakonisht e vështirë jo vetëm të minohet, por edhe të zbulohet plutoniumi "tokësor". Kjo u bë vetëm pasi u studiuan vetitë fizike dhe kimike të plutoniumit të prodhuar në reaktorët bërthamorë.
Plutoniumi grumbullohet në reaktorët bërthamorë. Në rrjedhat e fuqishme të neutronit, i njëjti reagim ndodh si në mineralet e uraniumit, por shkalla e formimit dhe akumulimit të plutoniumit në reaktor është shumë më e lartë - një miliardë miliardë herë. Për reagimin e shndërrimit të uraniumit të çakëllit-238 në plutonium-239 të shkallës së energjisë, krijohen kushte optimale (brenda të pranueshme).
Nëse reaktori funksionon me neutrone termike (kujtoni se shpejtësia e tyre është rreth 2000 m në sekondë, dhe energjia e tyre është një pjesë e një elektronvolt), atëherë nga një përzierje natyrale e izotopeve të uraniumit merret një sasi e plutoniumit që është pak më e vogël se sasia e uraniumit të “djegur”-235. Pak, por më pak, plus humbjet e pashmangshme të plutoniumit gjatë ndarjes së tij kimike nga uraniumi i rrezatuar. Përveç kësaj, reaksioni zinxhir bërthamor mbahet në përzierjen natyrale të izotopeve të uraniumit vetëm derisa të konsumohet një pjesë e vogël e uraniumit-235. Prandaj përfundimi logjik: një reaktor "termik" që përdor uranium natyror - lloji kryesor i reaktorëve që aktualisht funksionojnë - nuk mund të sigurojë riprodhimin e zgjeruar të karburantit bërthamor. Por çfarë premton atëherë? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, le të krahasojmë rrjedhën e reaksionit zinxhir bërthamor në uranium-235 dhe plutonium-239 dhe të prezantojmë një koncept tjetër fizik në diskutimet tona.
Karakteristika më e rëndësishme e çdo karburanti bërthamor është numri mesatar i neutroneve të emetuara pasi bërthama ka kapur një neutron. Fizikanët e quajnë numrin eta dhe e shënojnë me shkronjën greke q. Në reaktorët "termikë" në uranium, vërehet modeli i mëposhtëm: çdo neutron gjeneron mesatarisht 2.08 neutrone (η = 2.08). Plutoniumi i vendosur në një reaktor të tillë nën ndikimin e neutroneve termike jep η = 2,03. Por ka edhe reaktorë që operojnë me neutrone të shpejta. Është e kotë të ngarkosh një përzierje natyrale të izotopeve të uraniumit në një reaktor të tillë: një reaksion zinxhir nuk do të ndodhë. Por nëse "lënda e parë" pasurohet me uranium-235, ajo mund të zhvillohet në një reaktor "të shpejtë". Në këtë rast, c tashmë do të jetë e barabartë me 2.23. Dhe plutoniumi, i ekspozuar ndaj zjarrit të shpejtë të neutronit, do të japë η të barabartë me 2.70. Ne do të kemi në dispozicion "një gjysmë neutron shtesë". Dhe kjo nuk është aspak pak.

Le të shohim se për çfarë shpenzohen neutronet që rezultojnë. Në çdo reaktor, një neutron nevojitet për të mbajtur një reaksion zinxhir bërthamor. 0,1 neutrone përthithen nga materialet e ndërtimit të instalimit. "Teprica" ​​përdoret për të grumbulluar plutonium-239. Në një rast "teprica" ​​është 1.13, në tjetrën është 1.60. Pas "djegjes" së një kilogrami plutonium në një reaktor "të shpejtë", lirohet energji kolosale dhe grumbullohet 1.6 kg plutonium. Dhe uraniumi në një reaktor "të shpejtë" do të sigurojë të njëjtën energji dhe 1.1 kg karburant të ri bërthamor. Në të dyja rastet, riprodhimi i zgjeruar është i dukshëm. Por ne nuk duhet të harrojmë për ekonominë.
Për shkak të një sërë arsyesh teknike, cikli i riprodhimit të plutoniumit zgjat disa vjet. Le të themi pesë vjet. Kjo do të thotë se sasia e plutoniumit në vit do të rritet vetëm me 2% nëse η=2.23, dhe me 12% nëse η=2.7! Karburanti nuklear është kapital dhe çdo kapital duhet të japë, të themi, 5% në vit. Në rastin e parë ka humbje të mëdha, dhe në të dytin ka fitime të mëdha. Ky shembull primitiv ilustron "peshën" e çdo të dhjeti të një numri në energjinë bërthamore.
Diçka tjetër është gjithashtu e rëndësishme. Energjia bërthamore duhet të mbajë ritmin me kërkesën në rritje për energji. Llogaritjet tregojnë se kushti i tij përmbushet në të ardhmen vetëm kur η i afrohet treshit. Nëse zhvillimi i burimeve të energjisë bërthamore mbetet prapa nevojave të shoqërisë për energji, atëherë do të mbeten dy opsione: ose "ngadalësoni përparimin" ose merrni energji nga disa burime të tjera. Ato janë të njohura: shkrirja termonukleare, energjia e asgjësimit të materies dhe antimateries, por nuk janë ende teknikisht të arritshme. Dhe nuk dihet se kur do të bëhen burime të vërteta energjie për njerëzimin. Dhe energjia e bërthamave të rënda është bërë prej kohësh një realitet për ne, dhe sot plutoniumi, si "furnizuesi" kryesor i energjisë atomike, nuk ka konkurrentë seriozë, përveç, ndoshta, uranium-233.

Shuma e shumë teknologjive

Kur, si rezultat i reaksioneve bërthamore, sasia e kërkuar e plutoniumit është grumbulluar në uranium, ai duhet të ndahet jo vetëm nga vetë uraniumi, por edhe nga fragmentet e ndarjes - si uranium ashtu edhe plutonium, të djegur në reaksionin zinxhir bërthamor. Përveç kësaj, masa uranium-plutonium përmban gjithashtu një sasi të caktuar të neptuniumit. Gjërat më të vështira për t'u ndarë janë plutoniumi nga neptuniumi dhe elementët e tokës së rrallë (lantanidet). Plutoniumi, si element kimik, deri diku ka qenë i pafat. Nga këndvështrimi i një kimisti, elementi kryesor i energjisë bërthamore është vetëm një nga katërmbëdhjetë aktinidet. Ashtu si elementët e rrallë të tokës, të gjithë elementët e serisë së aktiniumit janë shumë të ngjashëm me njëri-tjetrin në vetitë kimike, struktura e predhave të jashtme elektronike të atomeve të të gjithë elementëve nga aktiniumi deri në 103 është e njëjtë. Ajo që është edhe më e pakëndshme është se vetitë kimike të aktinideve janë të ngjashme me vetitë e elementeve të tokës së rrallë, dhe midis fragmenteve të ndarjes së uraniumit dhe plutoniumit ka më shumë se mjaftueshëm lantanide. Por atëherë elementi 94 mund të jetë në pesë gjendje valence, dhe kjo "e ëmbëlson pilulën" - ndihmon në ndarjen e plutoniumit si nga uraniumi ashtu edhe nga fragmentet e ndarjes.
Valenca e plutoniumit varion nga tre në shtatë. Kimikisht, komponimet më të qëndrueshme (dhe për rrjedhojë më të zakonshmet dhe më të studiuara) janë plutoniumi katërvalent.
Ndarja e aktinideve me veti kimike të ngjashme - uranium, neptunium dhe plutonium - mund të bazohet në ndryshimin në vetitë e përbërjeve të tyre tetra dhe gjashtëvalente.

Nuk ka nevojë të përshkruhen në detaje të gjitha fazat e ndarjes kimike të plutoniumit dhe uraniumit. Zakonisht, ndarja e tyre fillon me shpërbërjen e shufrave të uraniumit në acid nitrik, pas së cilës elementët e uraniumit, neptuniumit, plutoniumit dhe fragmentimit që përmbahen në tretësirë ​​"ndahen", duke përdorur metoda tradicionale radiokimike për këtë - reshjet, nxjerrja, shkëmbimi i joneve dhe të tjerët. . Produktet përfundimtare që përmbajnë plutonium të kësaj teknologjie me shumë faza janë dioksidi i tij PuO 2 ose fluoridet - PuF 3 ose PuF 4. Ato reduktohen në metal me avull barium, kalcium ose litium. Sidoqoftë, plutoniumi i marrë në këto procese nuk është i përshtatshëm për rolin e një materiali strukturor - elementët e karburantit të reaktorëve të energjisë bërthamore nuk mund të bëhen prej tij, dhe ngarkesa e një bombe atomike nuk mund të hidhet. Pse? Pika e shkrirjes së plutoniumit - vetëm 640°C - është mjaft e arritshme.
Pavarësisht se cilat kushte "ultra-të buta" përdoren për derdhjen e pjesëve nga plutoniumi i pastër, plasaritjet do të shfaqen gjithmonë në derdhjet gjatë ngurtësimit. Në 640°C, plutoniumi që ngurtësohet formon një rrjetë kub kristal. Me uljen e temperaturës, densiteti i metalit rritet gradualisht. Por më pas temperatura arriti në 480°C, dhe më pas befas dendësia e plutoniumit bie ndjeshëm. Arsyet për këtë anomali u zbuluan mjaft shpejt: në këtë temperaturë, atomet e plutoniumit riorganizohen në rrjetën kristalore. Bëhet tetragonal dhe shumë "i lirshëm". Një plutonium i tillë mund të notojë në shkrirjen e tij, si akulli në ujë.
Temperatura vazhdon të bjerë, tani ka arritur në 451°C, dhe atomet përsëri formuan një rrjetë kub, por të vendosur në një distancë më të madhe nga njëri-tjetri se në rastin e parë. Me ftohje të mëtejshme, grila fillimisht bëhet ortoromike, pastaj monoklinike. Në total, plutoniumi formon gjashtë forma të ndryshme kristalore! Dy prej tyre dallohen nga një pronë e jashtëzakonshme - një koeficient negativ i zgjerimit termik: me rritjen e temperaturës, metali nuk zgjerohet, por tkurret.
Kur temperatura arrin 122°C dhe atomet e plutoniumit rirregullojnë rreshtat e tyre për të gjashtën herë, dendësia ndryshon veçanërisht në mënyrë dramatike - nga 17,77 në 19,82 g/cm 3 . Më shumë se 10%!
Prandaj, vëllimi i shufrës zvogëlohet. Nëse metali mund t'i rezistonte akoma streseve që u shfaqën në tranzicione të tjera, atëherë në këtë moment shkatërrimi është i pashmangshëm.
Si atëherë të bëni pjesë nga ky metal i mrekullueshëm? Metalurgët aliazhojnë plutonium (duke shtuar sasi të vogla të elementeve të kërkuara në të) dhe marrin derdhje pa një çarje të vetme. Ato përdoren për të bërë ngarkesa plutoniumi për bomba bërthamore. Pesha e ngarkesës (ajo përcaktohet kryesisht nga masa kritike e izotopit) është 5-6 kg. Mund të futet lehtësisht në një kub me madhësi buzë 10 cm.

Izotopet e rënda të plutoniumit

Plutonium-239 gjithashtu përmban në sasi të vogla izotope më të larta të këtij elementi - me numra masiv 240 dhe 241. Izotopi 240 Pu është praktikisht i padobishëm - është çakëll në plutonium. Nga 241, fitohet americium - elementi nr. 95. Në formën e tij të pastër, pa përzierje të izotopeve të tjerë, plutonium-240 dhe plutonium-241 mund të përftohen me ndarje elektromagnetike të plutoniumit të grumbulluar në reaktor. Para kësaj, plutoniumi rrezatohet gjithashtu me flukse neutronesh me karakteristika të përcaktuara rreptësisht. Natyrisht, e gjithë kjo është shumë e ndërlikuar, veçanërisht pasi plutoniumi nuk është vetëm radioaktiv, por edhe shumë toksik. Puna me të kërkon kujdes ekstrem.
Një nga izotopët më interesantë të plutoniumit, 242 Pu, mund të merret duke rrezatuar 239 Pu për një kohë të gjatë në flukset e neutroneve. 242 Pu shumë rrallë kap neutronet dhe për këtë arsye "digjet" në reaktor më ngadalë se izotopët e tjerë; ai vazhdon edhe pasi izotopet e mbetura të plutoniumit janë shndërruar pothuajse plotësisht në fragmente ose janë kthyer në plutonium-242.
Plutonium-242 është i rëndësishëm si një "lëndë e parë" për akumulimin relativisht të shpejtë të elementeve më të larta transuranium në reaktorët bërthamorë. Nëse plutonium-239 rrezatohet në një reaktor konvencional, atëherë do të duhen rreth 20 vjet për të grumbulluar sasi mikrogramësh, për shembull, California-252 nga gram plutonium.
Është e mundur të zvogëlohet koha e akumulimit të izotopeve më të larta duke rritur intensitetin e fluksit të neutronit në reaktor. Kjo është ajo që ata bëjnë, por atëherë nuk mund të rrezatosh sasi të mëdha të plutonium-239. Në fund të fundit, ky izotop ndahet nga neutronet, dhe shumë energji lëshohet në rrjedha intensive. Vështirësi të tjera lindin me ftohjen e reaktorit. Për të shmangur këto vështirësi, do të ishte e nevojshme të zvogëlohej sasia e plutoniumit të rrezatuar. Rrjedhimisht, rendimenti i kalifornit do të bëhej përsëri i pakët. Rreth vicioz!
Plutonium-242 nuk është i zbërthyeshëm nga neutronet termike, ai mund të rrezatohet në sasi të mëdha në flukse intensive neutron... Prandaj, në reaktorë, të gjithë elementët nga americium në fermium "bëhen" nga ky izotop dhe grumbullohen në sasi peshe.
Sa herë që shkencëtarët arrinin të merrnin një izotop të ri të plutoniumit, matej gjysma e jetës së bërthamave të tij. Gjysma e jetës së izotopeve të bërthamave të rënda radioaktive me numra të barabartë në masë ndryshojnë rregullisht. (Kjo nuk mund të thuhet për izotopet tek.)
Me rritjen e masës, rritet edhe "jeta" e izotopit. Disa vite më parë, pika më e lartë e këtij grafiku ishte plutonium-242. Dhe atëherë si do të shkojë kjo kurbë - me një rritje të mëtejshme të numrit të masës? Pikës 1, që i përgjigjet një jetëgjatësie prej 30 milionë vjetësh, apo pikës 2, që i përgjigjet 300 milionë viteve? Përgjigja për këtë pyetje ishte shumë e rëndësishme për gjeoshkencat. Në rastin e parë, nëse 5 miliardë vjet më parë Toka përbëhej tërësisht nga 244 Pu, tani vetëm një atom plutonium-244 do të mbetej në të gjithë masën e Tokës. Nëse supozimi i dytë është i vërtetë, atëherë plutoniumi-244 mund të jetë në Tokë në përqendrime që tashmë mund të zbulohen. Nëse do të kishim fatin ta gjenim këtë izotop në Tokë, shkenca do të merrte informacionin më të vlefshëm për proceset që ndodhën gjatë formimit të planetit tonë.

Gjysma e jetës së disa izotopeve të plutoniumit

Disa vjet më parë, shkencëtarët u përballën me pyetjen: a ia vlen të përpiqesh të gjesh plutonium të rëndë në Tokë? Për t'iu përgjigjur asaj, para së gjithash ishte e nevojshme të përcaktohet gjysma e jetës së plutonium-244. Teoricienët nuk mund ta llogarisnin këtë vlerë me saktësinë e kërkuar. E gjithë shpresa ishte vetëm për eksperiment.
Plutonium-244 i grumbulluar në një reaktor bërthamor. Elementi nr. 95 - americium (izotopi 243 Am) u rrezatua. Pasi kapi një neutron, ky izotop u shndërrua në americium-244; americium-244 në një nga 10 mijë raste u kthye në plutonium-244.
Përgatitja e plutonium-244 u izolua nga një përzierje e americium dhe curium. Mostra peshonte vetëm disa të miliontat e gramit. Por ato ishin të mjaftueshme për të përcaktuar gjysmën e jetës së këtij izotopi interesant. Doli të ishte e barabartë me 75 milionë vjet. Më vonë, studiues të tjerë sqaruan gjysmën e jetës së plutonium-244, por jo shumë - 81 milion vjet. Në vitin 1971, gjurmët e këtij izotopi u gjetën në mineralin e tokës së rrallë bastnäsite.
Shumë përpjekje janë bërë nga shkencëtarët për të gjetur një izotop të elementit transuranium që jeton më shumë se 244 Pu. Por të gjitha përpjekjet mbetën të kota. Në një kohë, shpresat u vendosën në curium-247, por pasi ky izotop u grumbullua në reaktor, doli se gjysma e jetës së tij është vetëm 16 milion vjet. Nuk ishte e mundur të thyhej rekordi i plutonium-244 - ai është më jetëgjatësi nga të gjithë izotopet e elementeve transuranium.
Edhe izotopet më të rënda të plutoniumit i nënshtrohen kalbjes beta dhe jetëgjatësia e tyre varion nga disa ditë deri në disa të dhjetat e sekondës. Ne e dimë me siguri se shpërthimet termonukleare prodhojnë të gjithë izotopet e plutoniumit, deri në 257 Pu. Por jeta e tyre është të dhjetat e sekondës dhe shumë izotope jetëshkurtër të plutoniumit nuk janë studiuar ende.

Mundësitë e izotopit të parë të plutoniumit

Dhe së fundi - në lidhje me plutonium-238 - i pari nga izotopet "e krijuar nga njeriu" të plutoniumit, një izotop që në fillim dukej jo premtues. Në fakt është një izotop shumë interesant. Ai i nënshtrohet kalbjes alfa, domethënë bërthamat e tij lëshojnë spontanisht grimca alfa - bërthamat e heliumit. Grimcat alfa të krijuara nga bërthamat e plutonium-238 mbartin energji të lartë; e shpërndarë në materie, kjo energji kthehet në nxehtësi. Sa e madhe është kjo energji? Gjashtë milionë elektron volt lirohen nga prishja e një bërthame atomike të plutonium-238. Në një reaksion kimik, e njëjta energji lirohet kur oksidohen disa milionë atome. Një burim energjie elektrike që përmban një kilogram plutonium-238 zhvillon një fuqi termike prej 560 watts. Fuqia maksimale e një burimi të rrymës kimike me të njëjtën masë është 5 vat.
Ka shumë emetues me karakteristika të ngjashme energjetike, por një veçori e plutonium-238 e bën këtë izotop të domosdoshëm. Prishja alfa zakonisht shoqërohet me rrezatim të fortë gama, duke depërtuar nëpër shtresa të mëdha të materies. 238 Pu është një përjashtim. Energjia e rrezeve gama që shoqërojnë prishjen e bërthamave të saj është e ulët dhe nuk është e vështirë të mbrohesh kundër saj: rrezatimi absorbohet nga një enë me mure të hollë. Probabiliteti i ndarjes spontane të bërthamave të këtij izotopi është gjithashtu i ulët. Prandaj, ka gjetur aplikim jo vetëm në burimet aktuale, por edhe në mjekësi. Bateritë që përmbajnë plutonium-238 shërbejnë si burim energjie në stimulues të veçantë kardiak.
Por 238 Pu nuk është izotopi më i lehtë i njohur i elementit nr. 94, izotopet e plutoniumit janë marrë me numra masiv nga 232 në 237. Gjysma e jetës së izotopit më të lehtë është 36 minuta.

Plutoniumi është një temë e madhe. Këtu tregohen gjërat më të rëndësishme. Në fund të fundit, tashmë është bërë një frazë standarde që kimia e plutoniumit është studiuar shumë më mirë sesa kimia e elementëve të tillë "të vjetër" si hekuri. Janë shkruar libra të tërë për vetitë bërthamore të plutoniumit. Metalurgjia e plutoniumit është një tjetër pjesë e mahnitshme e njohurive njerëzore... Prandaj, nuk duhet të mendoni se pasi të keni lexuar këtë histori, keni mësuar vërtet plutoniumin - metali më i rëndësishëm i shekullit të 20-të.

• SI TË MBAJTJENI PLUTONIUM. Plutoniumi radioaktiv dhe toksik kërkon kujdes të veçantë gjatë transportit. Një kontejner u krijua posaçërisht për transportin e tij - një kontejner që nuk shkatërrohet as në aksidente avioni. Është bërë mjaft thjesht: është një enë prej çeliku inox me mure të trasha e rrethuar nga një guaskë sofër. Natyrisht, plutoniumi ia vlen, por imagjinoni sa të trasha duhet të jenë muret nëse e dini se një enë për transportin e vetëm dy kilogramëve plutonium peshon 225 kg!
• HELM DHE ANTIDOT. Më 20 tetor 1977, Agence France-Presse raportoi se ishte gjetur një përbërje kimike që mund të largojë plutoniumin nga trupi i njeriut. Disa vjet më vonë, u bë shumë e njohur për këtë kompleks. Ky përbërës kompleks është një katekinamid linear karboksilazë, një substancë e klasës kelate (nga greqishtja "chela" - thua). Atomi i plutoniumit, i lirë ose i lidhur, kapet në këtë thua kimike. Në minjtë laboratorikë, kjo substancë u përdor për të hequr deri në 70% të plutoniumit të përthithur nga trupi. Besohet se në të ardhmen kjo përbërje do të ndihmojë në nxjerrjen e plutoniumit si nga mbetjet e prodhimit ashtu edhe nga karburantet bërthamore.

Janë 15 izotope të njohur të plutoniumit. Më e rëndësishmja prej tyre është Pu-239 me një gjysmë jete prej 24,360 vjet. Pesha specifike e plutoniumit është 19.84 në një temperaturë prej 25°C. Metali fillon të shkrihet në një temperaturë prej 641°C dhe vlon në 3232°C. Valenca e saj është 3, 4, 5 ose 6.

Metali ka një nuancë argjendi dhe kthehet në të verdhë kur ekspozohet ndaj oksigjenit. Plutoniumi është një metal kimik reaktiv dhe tretet lehtësisht në acid klorhidrik të përqendruar, acid perklorik dhe acid hidrojodik. Gjatë kalbjes, metali çliron energjinë e nxehtësisë.

Plutoniumi është aktinidi i dytë transuranik i zbuluar. Në natyrë, ky metal mund të gjendet në sasi të vogla në mineralet e uraniumit.

Plutoniumi është helmues dhe kërkon trajtim të kujdesshëm. Izotopi më i zbërthyeshëm i plutoniumit është përdorur si armë bërthamore. Në veçanti, ajo u përdor në një bombë që u hodh në qytetin japonez të Nagasaki.

Ky është një helm radioaktiv që grumbullohet në palcën e eshtrave. Disa aksidente, disa fatale, ndodhën gjatë eksperimentimit te njerëzit për të studiuar plutoniumin. Është e rëndësishme që plutoniumi të mos arrijë masën kritike. Në tretësirë, plutoniumi formon një masë kritike më shpejt se në gjendjen e ngurtë.

Numri atomik 94 do të thotë që të gjithë atomet e plutoniumit janë 94. Në ajër, oksidi i plutoniumit formohet në sipërfaqen e metalit. Ky oksid është pirofor, kështu që plutoniumi që digjet do të dridhet si hiri.

Ekzistojnë gjashtë forma alotropike të plutoniumit. Forma e shtatë shfaqet në temperatura të larta.

Në një tretësirë ​​ujore, plutoniumi ndryshon ngjyrën. Në sipërfaqen e metalit shfaqen nuanca të ndryshme ndërsa oksidohet. Procesi i oksidimit është i paqëndrueshëm dhe ngjyra e plutoniumit mund të ndryshojë papritur.

Ndryshe nga shumica e substancave, plutoniumi bëhet më i dendur kur shkrihet. Në gjendje të shkrirë, ky element është më viskoz se metalet e tjera.

Metali përdoret në izotopet radioaktive në gjeneratorët termoelektrikë që fuqizojnë anijen kozmike. Në mjekësi, përdoret në prodhimin e stimuluesve elektronikë të zemrës.

Thithja e avullit të plutoniumit është e rrezikshme për shëndetin. Në disa raste, kjo mund të shkaktojë kancer të mushkërive. Plutoniumi i thithur ka një shije metalike.

Le të kujtojmë shkurtimisht historinë e nënshkrimit të SOUP-2000 nga dy anë të ndryshme: 1) konkretisht për plutoniumin dhe 2) në lidhje me traktatet START-I dhe START-III - Traktati për Reduktimin e Armëve Sulmuese.

Nuk ka kuptim të analizojmë në detaje START-2, por le ta prekim shkurtimisht. Në vitin 1993, Presidenti rus B.N dhe Presidenti i SHBA Xhorxh W. Bush nënshkruan traktatin START II. Me pak fjalë, sipas tij, palët u zotuan të braktisin përdorimin e raketave balistike me koka të shumta të shënjestruara në mënyrë të pavarur. Motivi është i qartë - është shumë i rrezikshëm, rreziku i përshkallëzimit të tensionit ndërkombëtar dhe konfliktit global është shumë i madh. Por viti 1993 ishte shumë i trazuar në Rusi që gjërat të vinin deri në ratifikimin e këtij traktati, fati i të cilit doli të ishte shumë i shkurtër. Forcat e Armatosura të RF dhe më pas Duma e Shtetit mbajtën debate dhe bënë ndryshime deri në vitin 2002, në të cilin Shtetet e Bashkuara u tërhoqën në mënyrë të njëanshme nga traktati ABM. Si përgjigje, qeveria ruse thjesht refuzoi të ratifikojë START II.

George Bush (SHBA) dhe Mikhail Gorbachev (BRSS), Foto: gazeta.eot.su

Por nënshkrimi i START II dhe refuzimi për ta ratifikuar atë nuk e anuloi START I, të nënshkruar nga BRSS dhe SHBA në vitin 1991 më 31 korrik nga Gorbachev dhe George H. W. Bush. Sipas këtij traktati, BRSS duhej të kufizohej në 6000 koka bërthamore dhe Shtetet e Bashkuara në 8500. Zbatimi i marrëveshjes u ndërlikua nga një "problem i vogël" - BRSS u shemb. Megjithatë, më 23 maj 1992, u nënshkrua Traktati i Lisbonës, në të cilin ishin palë Shtetet e Bashkuara, Rusia, Bjellorusia, Ukraina dhe Kazakistani, sipas të cilit tre shtetet e fundit iu bashkuan START I. Bjellorusia, Ukraina dhe Kazakistani janë shtete në territorin e të cilëve në vitin 1992 mbetën ish-arsenalet e përbashkët bërthamore të BRSS. Sipas Traktatit të Lisbonës, Bjellorusia, Ukraina dhe Kazakistani morën detyrime ose për të shkatërruar armët bërthamore të gjetura në territorin e tyre ose për t'i transferuar ato në Rusi. Më 6 dhjetor 2001, Rusia dhe Shtetet e Bashkuara njoftuan se kishin përmbushur plotësisht detyrimet e tyre sipas START I.

Çfarë do të thoshte reduktimi i kokave bërthamore për projektet tona atomike dhe ato amerikane? Një pjesë e rezervave të uraniumit të shkallës së armëve dhe plutoniumit të shkallës së armëve të akumuluara gjatë Luftës së Ftohtë doli të ishte thjesht "ekstra" për programet e mbrojtjes të të dy shteteve. Kjo u bë baza e marrëveshjes dhe më pas kontrata HEU-LEU 1993-1994 dhe fillimi i përgatitjes së SOUP-it. Me plutonium, çështja është teknikisht shumë më e ndërlikuar sesa me uraniumin: në vitin 1992, askush nuk e kuptoi ende se si të shpëtonte një substancë të rrezikshme radioaktive me një gjysmë jetëgjatësi prej 24,000 vjetësh. Hapi i parë ishte i qartë: Rusia dhe Shtetet e Bashkuara u zotuan të mbyllnin dhe likuidonin të gjithë reaktorët bërthamorë që prodhonin plutonium të shkallës së armëve.

"Ne ende nuk e kuptojmë se si t'i shkatërrojmë ato, por sigurisht që nuk do të bëjmë rezerva të reja."

Në të njëjtat vite, Franca filloi të zhvillonte përvojën e saj të parë në prodhimin e karburantit MOX, por teknologjia e përdorur në këtë vend përdorte vetëm plutonium dhe ekskluzivisht nga SNF (karburant bërthamor i shpenzuar). Ishte plotësisht e paqartë se si të përdorej plutoniumi i shkallës së armëve për të njëjtin qëllim, por edhe atëherë ekspertët kryesorë kuptuan se përpunimi i plutoniumit të kategorisë së armëve në karburant MOX dhe "djegia" e tij pasuese në reaktorët e centraleve bërthamore ishte mënyra më e besueshme për të. dispononi atë. Në tetor 1996, ekspertë nga disa vende u takuan në Paris, në fund të të cilit përpunimi i plutoniumit të shkallës së armëve në karburant MOX u njoh si skema e preferuar e asgjësimit dhe i ashtuquajturi "imobilizimi" u njoh si një opsion shtesë.

Imobilizimi, me pak fjalë, është një teknikë teknologjike në të cilën plutoniumi përfshihet në një përbërje kimikisht të qëndrueshme me disa elementë të tjerë kimikë, "përzierja" që rezulton e plotësuar me moderatorë neutron (për t'u siguruar kundër një reaksioni zinxhir të ndarjes) vendoset në një kapsulë të bërë prej një lloj i veçantë xhami, kapsula vendoset në një enë çeliku, ena prej çeliku "varroset" në formacione të thella gjeologjike. Përralla e gjilpërës Koschei në një mënyrë të re, duke shkaktuar skepticizëm të shëndetshëm. Komponimi kimik është krijuar dhe shkatërruar për këtë nuk kërkohet një shpatë thesari. Ruajtja e përjetshme në strukturat e thella gjeologjike është një ngjarje teorikisht e jashtëzakonshme, e cila nuk është zbatuar ende në praktikë dhe nuk po flasim vetëm për një lloj lënde radioaktive, por për përbërësin më të rëndësishëm të armëve atomike dhe termonukleare.

Që nga viti 1998, një marrëveshje ndërqeveritare ruso-amerikane për bashkëpunimin shkencor dhe teknik në fushën e menaxhimit të plutoniumit të hequr nga programet ushtarake ka qenë në fuqi, ekspertët filluan të zhvillojnë të gjitha pikat e Marrëveshjes së vitit 2000. Fillimisht ishte planifikuar të fillonte riciklimi jo më vonë se 2007: 34 tonë për secilën anë me një normë prej të paktën 2 tonë në vit. Por teknologjia nuk donte të hiqte dorë shpejt dhe lehtë - kështu që në 2006 dhe 2010 pasuan protokolle shtesë, sipas të cilave shkatërrimi aktual i plutoniumit të shkallës së armëve do të fillonte në 2018. Në këtë rast, teknologjia e vetme e mundshme u zgjodh si opsioni kryesor: karburanti MOX - një reaktor i centralit bërthamor. Çdo ndryshim është i mundur vetëm me pëlqimin me shkrim të të dyja palëve - është e qartë se në këtë mënyrë Rusia tashmë po e siguronte veten kundër përpjekjeve të SHBA për të përdorur imobilizimin.

Njësia e energjisë nr. 4 e NPP Beloyarsk me një reaktor të shpejtë neutron BN-800, Foto: sdelanounas.ru

Sigurimi ishte plotësisht logjik për Rusinë dhe Rosatom, kryesisht për arsye teknike. As termocentralet tona konvencionale bërthamore dhe as reaktori i shpejtë neutron BN-600 nuk kanë përdorur ende karburant MOX, nuk është kënaqësia më e lirë dhe kërkon investime serioze. Por, megjithatë, Rusia përmbushi vazhdimisht dhe me kujdes detyrimet e saj: ndërtoi reaktorin BN-800, zhvilloi një teknologji për përpunimin e plutoniumit të shkallës së armëve në karburant MOX, duke përfunduar me kujdes këtë zhvillim me ndërtimin e një uzine unike në Zheleznogorsk. Ky është i vetmi impiant në botë i aftë për të shndërruar plutoniumin nga karburanti bërthamor i harxhuar dhe plutoniumi i kategorisë së armëve në karburant MOX. Dhe përsëri, është e qartë se edhe këtu Rosatom po e bënte të sigurt: ne nuk do të ripërpunojmë pajisjet e armëve sipas një marrëveshjeje me Shtetet e Bashkuara - ne do të përdorim karburantin tonë bërthamor të shpenzuar, duke promovuar zbatimin praktik të teknologjisë së ciklit të mbyllur të karburantit bërthamor. Nëse nuk e bëjmë këtë, ne potencialisht mund të përfundojmë me një fabrikë "të vdekur", investime të qeverisë të groposura në beton.

Shtetet e Bashkuara, me teknologjinë e tyre "plutonium të shkallës së armëve - karburant MOX - reaktor i centralit bërthamor", dështuan në fjalën "plotësisht". Nuk ka as teknologji dhe, veçanërisht, një fabrikë për prodhimin e karburantit MOX. Nuk ka asnjë reaktor të vetëm industrial të shpejtë neutron. Asnjë licencë e vetme IAEA nuk është marrë për përdorimin e karburantit MOX në reaktorët konvencionalë. Në të njëjtën kohë, sipas protokollit të SOUP-it nga viti 2010, ju kujtoj se shkatërrimi praktik i plutoniumit duhej të fillonte në vitin 2018 - domethënë, amerikanëve u kishte mbetur jo më shumë se një vit e gjysmë. Dhe edhe nëse Rusia mbylli një sy për të gjitha këto dhe pranoi imobilizimin famëkeq, amerikanët nuk janë në gjendje ta zbatojnë atë në një periudhë të tillë kohore: mirë, ata nuk kanë një strukturë të vetme magazinimi në një formacion të thellë gjeologjik! Projekti Yucca Mountain është ngrirë, ka mbetur pa financim dhe as zonja Klinton dhe as zoti Trump nuk kanë ndonjë qëndrim të caktuar për këtë projekt. Pranimi i mbetjeve radioaktive në objektin e magazinimit WIPP u pezullua pas një zjarri në 2014 dhe nuk është rifilluar ende "për arsye teknike". Ku të "imobilizoj", më falni?

Vladimir Putin (Rusi), Foto: http://politikus.ru/

Duke marrë parasysh të gjitha ato që u tha, duket se nuk ka as kuptimin më të vogël që ligji i sotëm të quhet një lloj “ultimatumi” nga ana jonë. Sipas mendimit tonë, Vladimir Vladimirovich, në përgjithësi, shpëtoi imazhin e Shteteve të Bashkuara nga turpi i pashmangshëm: nëse jo për iniciativën e tij për të pezulluar SUUP-in, presidenti i ri i Amerikës thjesht do të detyrohej të pranonte se shteti i tij nuk është në gjendje të përmbushë detyrimet e saj për shkak të paaftësisë paguese teknologjike. Por Rusia nuk ka ndërmend t'i falë as këta djem të pashpresë - kushtet në të cilat Rusia është e gatshme të rinovojë SUUP-in kërkojnë një ndryshim të plotë në të gjithë politikën e jashtme të SHBA. "Asgjë personale, vetëm biznes" - nëse zotërinj amerikanë papritmas harronin thënien që ata shpikën vetë, atyre iu kujtua ajo. E vështirë? Pa dyshim.

Por as Putini personalisht, as Rosatom në veçanti, as Rusia në përgjithësi nuk është fajtor për faktin se duart e gjeneratës së tanishme të shkencëtarëve bërthamorë amerikanë po rriten nga... mmm... jo nga supet e tyre, në përgjithësi. . Fakti që Bush Jr. refuzoi t'i dorëzonte Kongresit të SHBA një marrëveshje për bashkëpunimin me Rusinë në industrinë bërthamore për shkak të "agresionit rus në Osetinë e Jugut dhe Abkhazi" nuk është gjithashtu kokëçarja jonë. Amerikanët patën një shans për të adoptuar përvojë të suksesshme në fusha të ndryshme të projektit atomik - ata e refuzuan atë. Më vete, ata ishin në gjendje të shpenzonin vetëm 7.7 miliardë dollarë për zhvillimin e teknologjisë për përpunimin e plutoniumit të shkallës së armëve në karburant MOX, duke prodhuar rezultate zero.

Sot ne vetëm mund të hamendësojmë se cili mund të jetë fati i plutoniumit të shkallës së armëve, i cili nuk është i nevojshëm për programet e mbrojtjes. Rusia nuk ka ndërmend ta shkatërrojë atë në mënyrë të njëanshme, teknologjia e zhvilluar e zbatuar për uzinën në Zheleznogorsk na lejon të zgjidhim problemet e karburantit bërthamor të shpenzuar dhe një cikli të mbyllur të karburantit - ne nuk kemi humbur asgjë këtu. Por pezullimi i SOUP-2000 ofron argumentet më serioze për ndjenjat më alarmante, duke nxitur spektrin e një Lufte të re të Ftohtë. Bëhet fjalë për START III, të nënshkruar nga Rusia dhe Shtetet e Bashkuara më 10 mars 2010 dhe të ratifikuar në 2011.

Barack Obama (SHBA) dhe Dmitry Medvedev (Rusi), Foto: Defense.ru

Ky traktat përmban kufizime të reja në numrin e kokave bërthamore, por vlen të kujtohet se kur u ratifikua, Duma e Shtetit miratoi gjithashtu një deklaratë nga deputetët, e cila tregonte nevojën për të monitoruar ndërtimin e sistemit amerikan të mbrojtjes raketore në Evropë. si dhe nevojën për të tërhequr armët taktike bërthamore të SHBA nga kontinenti. Këto deklarata ishin në përgjigje të rezolutës së miratuar nga Senati i SHBA kur ratifikoi START III:

"Traktati i ri nuk vendos kufizime në krijimin e një sistemi të mbrojtjes raketore."

Natyrisht, të dyja palët kanë siguruar mundësinë për t'u tërhequr nga START III ("a doni të kufizoni mbrojtjen tonë raketore? Ne po tërhiqemi nga START!" kundrejt "a doni të vazhdoni vendosjen e mbrojtjes raketore? Ne po tërhiqemi nga START!") , dhe 34 tonët e mbetur plutonium po shkatërrohen, një dalje e tillë është mjaft "e keqe". Ju kujtojmë se ekspertët ushtarakë në kohën tonë konsiderojnë vetëm 25 kg plutonium të shkallës së armëve të nevojshme për një kokë të caktuar luftarake "të kushtëzuar". Llogaritësi do t'ju tregojë se sa armë të reja bërthamore mund të rezultojnë nga braktisja e START III: teorikisht, kjo i lejon Rusisë dhe Shteteve të Bashkuara të krijojnë 1360 koka të reja.

Raketa balistike ndërkontinentale "Topol-M", Foto: 3mv.ru

Por le të marrim parasysh edhe një detaj teknik. Përveç plutoniumit për armë, një bombë atomike përmban gjithashtu uranium të shkallës së armëve. Uraniumi i shkallës së armëve është gjithashtu një komponent i bombave termonukleare. Në rast se dikush ka harruar, uraniumi konsiderohet i klasës së armëve nëse përmban 90% të izotopit të uraniumit-235. Me marrëveshje reciproke, prodhimi i uraniumit për armë u ndalua në të dy anët e oqeanit, por ne po ndërtojmë një hipotezë bazuar në faktin se një raund i ri përshkallëzimi i tensionit do të jetë shumë i vështirë, apo jo? Në Shtetet e Bashkuara, numri i ndërmarrjeve potencialisht të afta për të prodhuar uranium të shkallës së armëve është zero (për të cilin, natyrisht, një "faleminderit" i veçantë shkon për bashkëshortin e kandidatit të ri për presidencën e Shteteve të Bashkuara, i cili kështu privatizoi me sukses Kompaninë Amerikane të Pasurimit). Në Rusi, numri i ndërmarrjeve të tilla është katër. Duke marrë parasysh këtë rrethanë, le ta përkthejmë përfundimisht tekstin e ligjit të ri në një gjuhë të kuptueshme. Po, ky është vetëm versioni ynë "i bërë në shtëpi" i përkthimit, por kritikët do të duhet të fillojnë duke kërkuar vrima në logjikë. Dhe ne, si gjithmonë, do të jemi të lumtur të dëgjojmë kritika konstruktive. Sipas mendimit tonë, "përkthimi" duket diçka si kjo.

“Zotërinj, partnerë amerikanë! Ju nuk jeni në gjendje të asgjësoni plutoniumin sepse thjesht nuk jeni të trajnuar, sepse e keni çuar industrinë tuaj bërthamore në një humnerë. Le të harrojmë pikërisht këtë SOUP, le të mbetet plutoniumi "ekstra" i shkallës së armëve një rezervë strategjike për ju dhe për ne. Por në të njëjtën kohë, as ju dhe as ne nuk do të harrojmë se ju thjesht nuk do të jeni në gjendje të prodhoni uranium të shkallës së armëve: ju vetë nuk mund të përballeni me centrifugat, dhe Traktati për Mospërhapjen e Armëve Bërthamore nuk do t'ju lejojë të blej teknologjinë nga jashtë. Dhe, edhe nëse e vendosni me pajisjen dhe mbi të, do të humbni 5-10 vjet në kohë: ndërsa ndërtoni fabrika, ndërsa zotëroni një teknologji të re për ju, ne do të kemi kohë të krijojmë koka të reja luftarake dhe t'i vendosim ato. detyrë luftarake. Le ta pranojmë: ju, zotërinj, partnerë, nuk jeni në gjendje të fitoni një garë armësh bërthamore kundër nesh në asnjë rrethanë. Prandaj, për herë të fundit ne propozojmë: le të jetojmë të qetë, secili duke u marrë me punët e veta. Nuk mund ta kuptoni se çfarë do të thotë "mendoni biznesin tuaj"? Nuk ka problem, ne e rendisim" - dhe më tej në tekst ka kushte për kthimin e Rusisë në aksionin e SOUP-2000.

Ndoshta ia vlen të theksohet edhe një herë se vonesa e pashpresë e Shteteve të Bashkuara në projektin bërthamor nuk është rezultat i disa intrigave nga ana e Rusisë. Putini nuk vraponte me Kiriyenkon me pistoleta të zeza, ata nuk shkruanin letra anonime, gjithçka ishte "Sama-sama-sama". Amerikanët nuk ngelën prapa - ata thjesht frenuan, u vetëkënaqën pas fitores në Luftën e Ftohtë, pas rënies së BRSS. Dhe Rusia, Rosatom-i i saj, eci dhe eci.

Përbërja e izotopeve të plutoniumit të grumbulluara në reaktor si rezultat i reaksioneve që ndodhin në karburantin e uraniumit varet nga shkalla e djegies së karburantit. Nga 5 izotopet kryesore të formuara, 2 me numra masiv tek - 239 Pu dhe 241 Pu - janë të zbërthyeshëm, d.m.th. të aftë për ndarje nën ndikimin e neutroneve termike, dhe në parim mund të përdoret si lëndë djegëse e reaktorit. Prandaj, nëse po flasim për mundësinë e përdorimit të plutoniumit si lëndë djegëse për reaktorin, sasia e 239Pu dhe 241Pu e akumuluar është e rëndësishme. Për armët bërthamore nevojitet 239Pu pothuajse i pastër sepse Emituesit e neutronit 240Pu dhe 238Pu mund të shkaktojnë spontanisht "ndezje paraprake" dhe kjo do të çojë në një forcë shpërthimi dukshëm më të ulët të një bombe atomike. Prandaj, ndryshimi në "cilësinë" e plutoniumit zakonisht përcaktohet nga përbërja e tij izotopike.

239 Pu akumulohet në një reaktor të zakonshëm të energjisë duke përdorur karburantin e uraniumit si rezultat i kapjes së neutronit nga izotopi 238 U. Në të njëjtën kohë, ndodh reaksioni kryesor i ndarjes së izotopit 235, i shoqëruar nga lirimi të përdoret si lëndë djegëse në reaktorët e ujit të lehtë, uraniumi natyror pasurohet, duke e çuar përmbajtjen e 235 U në 3-4%. Pas një viti funksionimi të një LWR tipike 1000 MW, prodhohen rreth 200 kg plutonium, nga të cilat rreth 150 kg janë 239 Pu.

Tabela 2 - Llojet e plutoniumit .

Kështu, gjatë funksionimit të një reaktori bërthamor të uraniumit, izotopë të ndryshëm të plutoniumit grumbullohen në shufrat e tij të karburantit.

Plutoniumi i prodhuar në elementët e karburantit të reaktorëve bërthamorë industrialë konvencionalë të ekspozuar ndaj 33,000 MW*ditë/t karburant uraniumi ka afërsisht përbërjen izotopike të mëposhtme:

Tabela 3 - Përbërja izotopike e plutoniumit të reaktorit (shkalla e djegies 30-40 MW*ditë/kg).

Vetëm dy nga pesë izotopet e plutoniumit, 239 Pu dhe 241 Pu, janë të zbërthyeshëm, d.m.th. të aftë për ndarje si rezultat i kapjes së neutroneve termike (të ngadalta) dhe, në parim, i përshtatshëm për t'u përdorur si lëndë djegëse reaktorësh. Prandaj, nëse po flasim për mundësinë e përdorimit të plutoniumit si lëndë djegëse për reaktorin, është e rëndësishme të dihet vetëm sasia prej 239 Pu dhe 241 Pu, që shënohet Puf nga fjalët Pu (plutonium) dhe fisile (i zbërthyer). Sasia totale e të gjithë izotopeve të plutoniumit shënohet nga fjala total (i plotë, total, total).

Për armët bërthamore, është e dëshirueshme që të ketë praktikisht 239 Pu të pastër, pasi izotopet 240 Pu dhe 238 Pu lëshojnë spontanisht neutrone, të cilat mund të shkaktojnë të ashtuquajturat. "parandezja" dhe kjo do të çojë në një forcë shpërthimi dukshëm më të ulët të një bombe atomike. Prandaj, është zakon të klasifikohet plutoniumi sipas "cilësisë" në përputhje me përbërjen e tij izotopike.

Megjithëse ndezja paraprake zvogëlon rendimentin shpërthyes të një pajisje shpërthyese bërthamore të bërë nga plutonium i shkallës së reaktorit, mund të argumentohet se rendimenti shpërthyes i një pajisje shpërthyese plutoniumi relativisht të thjeshtë të shkallës së reaktorit si bomba Nagasaki do të ishte afërsisht një ose më shumë kilotonë. edhe nëse parandezja ndodh të paktën në momentin e favorshëm. Në Japoni dhe disa vende evropiane, përkrahësit e plutoniumit vazhdojnë të argumentojnë se, për shkak të ndezjes paraprake, plutoniumi i shkallës së reaktorit është praktikisht i papërdorshëm në armët bërthamore dhe se për këtë arsye programet e plutoniumit në këto vende bazohen në ndarjen dhe përdorimin e plutoniumit të shkallës së reaktorit. duhet të shihet vetëm si "paqësore". Megjithatë, ky mendim bie ndesh me faktet e njohura nga komuniteti shkencor ndërkombëtar. Një raport i vitit 1994 nga Akademia Kombëtare Amerikane e Shkencave për asgjësimin e materialeve të armëve bërthamore thotë se "plutoniumi i pothuajse çdo përbërje izotopike mund të përdoret në armët bërthamore".

Në disa vende evropiane, apologjetët e plutoniumit vazhdojnë të argumentojnë se plutoniumi i shkallës së reaktorit praktikisht nuk mund të përdoret në armët bërthamore dhe mbi këtë bazë, programet e plutoniumit në vende të tilla, bazuar në ndarjen dhe përdorimin e plutoniumit të shkallës së reaktorit, propozohen të jenë konsiderohen ekskluzivisht si "paqësore". Deklarata për natyrën "paqësore" të plutoniumit të reaktorit, megjithatë, kundërshton faktet e njohura nga komuniteti shkencor ndërkombëtar. Një raport i vitit 1991 nga Akademia Kombëtare Amerikane e Shkencave mbi disponimin e materialeve të armëve bërthamore thotë se "plutoniumi i pothuajse çdo përbërje izotopike mund të përdoret në armët bërthamore". Argumente të tjera shkencore dhe teknike mund të bëhen se plutoniumi i shkallës së reaktorit është një material i përshtatshëm për armët bërthamore.

Karburant MOX

Meqenëse si plutoniumi i klasës së reaktorit ashtu edhe klasat më të larta të plutoniumit janë një përzierje e izotopeve të zbërthyer, ai në parim është i përshtatshëm për t'u përdorur si lëndë djegëse reaktorësh. Zakonisht plutoniumi përdoret në këtë kapacitet në formën e një përzierjeje të dioksidit të plutoniumit PuO 2 me dioksid uraniumit UO 2. Kjo përzierje oksidesh (PuO 2 + UO 2), e quajtur lëndë djegëse MOX, përdoret zakonisht në dy lloje reaktorësh - reaktorë me rritje të shpejtë (FNR) dhe reaktorë të ujit të lehtë (LWR).

Një reaktor BN mund të prodhojë plutonium si rezultat i kapjes së neutroneve nga 238 bërthama U të vendosura në bërthamën e reaktorit dhe batanijen përreth, ndërsa plutoniumi (karburant MOX me 20-30% plutonium) "digjet" në bërthamë. Një reaktor i tillë quhet riprodhues sepse prodhon më shumë plutonium sesa konsumon. Qëllimi i seleksionuesit është se rrit efikasitetin e përdorimit të burimeve të uraniumit deri në 60 herë, dhe ju lejon të shndërroni 238 U të papërdorura më parë në plutonium dhe në të njëjtën kohë të gjeneroni energji të dobishme. Për shkak të këtyre perspektivave joshëse, reaktori BN u bë "ëndrra e tij blu", pothuajse një "makinë e lëvizjes së përhershme" që nga fillimi i zhvillimit të industrisë bërthamore.

Por, mjerisht, realiteti doli të ishte më shumë si një makth sesa një ëndërr e mrekullueshme. Për të bërë të mundur shumimin, reaksioni i ndarjes në një reaktor BN mbështetet nga neutrone të shpejtë (me energji të lartë), ndryshe nga LWR-të, të cilët veprojnë në neutrone termike. Meqenëse nuk është e mundur të përdoret një ftohës ngadalësues, është e nevojshme të ftohet bërthama e reaktorit në një BN me një metal alkali të shkrirë, i cili ka aktivitet të lartë kimik dhe reagon në mënyrë shpërthyese me ajrin dhe ujin.

Le të theksojmë më tej se shumëzimi i plutoniumit nuk ndodh aq shpejt sa do të donim: koha e dyfishimit, domethënë koha gjatë së cilës një mbarështues krijon mjaft plutonium për të ngarkuar një reaktor tjetër të ngjashëm (40 vjet), e tejkalon ndjeshëm jetëgjatësinë e reaktori i parë (jo më shumë se 30 vjet). Kjo tregon për një problem tjetër kyç me prodhuesin: në fund të fundit, për ta përdorur atë, duhet të krijohet një sistem që përfshin shumë hapa, duke përfshirë ndarjen e plutoniumit, ngarkimin e karburantit të reaktorit dhe ripërpunimin e karburantit dhe batanijes së shpenzuar.

Këto dhe vështirësi të tjera teknike të mbarështuesve e bënë përdorimin e tyre joekonomik, dhe të dyja këto mangësi - vështirësitë teknike dhe kostot e larta - çuan në faktin që Shtetet e Bashkuara dhe të gjitha vendet e Evropës Perëndimore kufizuan programet e tyre të mbarështimit.

Përdorimi i MOX si lëndë djegëse bërthamore: çështjet e sigurisë

Me përfundimin e Luftës së Ftohtë, kërcënimi i një lufte botërore që përfshin armë bërthamore është ulur pothuajse në zero. Në vend të tij qëndronte rreziku i përhapjes së armëve bërthamore dhe përdorimit të tyre nga shtetet apo grupet që nuk i zotëronin më parë, gjë që mund të ndodhte nëse në duart e tyre binte uranium ose plutonium shumë i pasuruar.

Aktualisht, kërcënimi kryesor i sigurisë që paraqet armët bërthamore lind nga përhapja e tyre në vendet që nuk i posedonin më parë. Deri më tani, vetëm shtatë shtete kanë armë bërthamore. Këto janë Kina, Franca, Rusia, SHBA, Britania e Madhe, India dhe Pakistani.

Shtetet e Bashkuara kanë aktualisht 9,500 koka bërthamore, Rusia rreth 10,500 Nëse marrëveshjet për reduktimin e armëve që po negociohen hyjnë në fuqi, Rusia dhe Shtetet e Bashkuara do të reduktojnë arsenalet e tyre bërthamore në afërsisht 5,000 secila deri në vitin 2003. Por edhe pas një reduktimi kaq të konsiderueshëm, këto dy vende do të kenë rezerva shumë mbresëlënëse të armëve bërthamore.

MB ka 400 koka bërthamore; Franca rreth 500; Kina ndoshta rreth 400; Indi rreth 40; Pakistani është afërsisht 7. Mund të supozohet gjithashtu se Irani, Izraeli dhe Koreja e Veriut po përpiqen të zhvillojnë armë bërthamore.

Megjithatë, nuk ka gjasa që ndonjë vend të jetë në gjendje të bashkohet me klubin e fuqive bërthamore brenda 10-15 viteve të ardhshme. Gjatë kësaj periudhe, do të ketë një përhapje të gjerë të teknologjive bërthamore të orientuara drejt aplikimeve paqësore (por që mund të përdoren për të zhvilluar programe ushtarake). Në të njëjtën kohë, teknologjia e raketave balistike do të përhapet. Kombinim i rrezikshëm! Kur kjo të ndodhë (dhe dikush ka frikë se kjo do të ndodhë në rreth 10-15 vjet), përhapja e armëve bërthamore mund të vazhdojë me një ritëm të shpejtë.

Në ditët e sotme, një vëmendje e konsiderueshme i kushtohet aktiviteteve të fuqive bërthamore për të modernizuar armët e tyre bërthamore (“gara vertikale e armëve”). Sidoqoftë, nuk duhet të nënvlerësohen rreziqet që sjell përvetësimi i armëve bërthamore nga shtetet që më parë nuk i kishin ato (“gara horizontale e armëve”), pasi kjo krijon kërcënimin e përdorimit të armëve bërthamore në konfliktet e ardhshme lokale.

Marrja e statusit bërthamor nga çdo fuqi do të destabilizojë situatën në rajonin përkatës. Për më tepër, thjesht mundësia e një blerjeje të tillë dëmton sigurinë, duke i detyruar vendet fqinje të tendosin forcën e tyre për të vazhduar me liderin. Për shembull, nëse Japonia fillon të punojë në zhvillimin e armëve bërthamore, Koreja e Veriut dhe ajo e Jugut do të priren të bëjnë të njëjtën gjë, dhe Kina ka të ngjarë të punojë për të ndërtuar arsenalin e saj bërthamor.

Duket e pamundur që qeveritë të marrin vendime politike për të zhvilluar armë bërthamore së shpejti, por rreziku që armët bërthamore të bien në duart e terroristëve po rritet. Ky rrezik tashmë është bërë më urgjent se kërcënimi i luftës bërthamore globale, të paktën në periudhën e afërt dhe afatmesme.

Terroristët përpiqen pa ndryshim të shkaktojnë sa më shumë dëme. Ata po kalojnë nga përpjekjet rutinë për të hedhur në erë aeroplanë në veprime më serioze, siç është një sulm me gaz nervor në Tokio. Ky shembull tregon se liderët e grupeve terroriste nuk hezitojnë të përdorin armë moderne të shkatërrimit në masë - në këtë rast, armë kimike. Armët bërthamore mund të jenë të radhës në këtë zinxhir.

Përdorimi i MOX si lëndë djegëse për reaktorët bërthamorë dhe ndarja e mëvonshme e plutoniumit nga elementët e karburantit të shpenzuar rrit në mënyrë dramatike rrezikun që materialet e zbërthyeshme të përshtatshme për prodhimin e armëve bërthamore të bien në duart e shteteve ndërluftuese dhe terroristëve. Në bombën më të thjeshtë atomike, e gjithë energjia e shpërthimit lind nga reaksioni i ndarjes bërthamore.

Struktura e një bombe atomike plutonium të tipit shpërthyes përshkruhet më poshtë. Ata që arrijnë ta bëjnë atë, mund të jenë të sigurt se do të funksionojë - nuk do të kenë nevojë të kryejnë teste, kështu që ndërtimi dhe vendosja e mëvonshme e pajisjes shpërthyese mund të kryhet në fshehtësi.