Zənginləşdirilmiş plutonium. Oğlunuz plutonium tapsa nə etməli. Plutonium necə alınır

Bu metal qiymətli adlanır, lakin gözəlliyinə görə deyil, əvəzolunmazlığına görə. Mendeleyevin dövri cədvəlində bu element 94 nömrəli hüceyrəni tutur. Elm adamları ən böyük ümidlərini məhz onunla bağlayırlar və bəşəriyyət üçün ən təhlükəli metal adlandırdıqları plutoniumdur.

Plutonium: təsviri

By zahiri görünüş gümüşü ağ metaldır. O, radioaktivdir və müxtəlif yarım ömrü olan 15 izotop şəklində təmsil oluna bilər, məsələn:

• Pu-238 - təxminən 90 yaş
• Pu-239 - təxminən 24 min ildir
• Pu-240 - 6580 yaş
• Pu-241 - 14 yaş
• Pu-242 - 370 min il
• Pu-244 - təxminən 80 milyon ildir

Bu metal filizdən çıxarıla bilməz, çünki o, uranın radioaktiv çevrilməsinin məhsuludur.

Plutonium necə alınır?

Plutonium istehsalı yalnız nüvə reaktorlarında edilə bilən uranın parçalanmasını tələb edir. Əgər yer qabığında Pu elementinin olmasından danışsaq, onda 4 milyon ton uran filizi üçün cəmi 1 qram təmiz plutonium olacaq. Və bu qram neytronların uran nüvələri tərəfindən təbii tutulması nəticəsində əmələ gəlir. Beləliklə, bu nüvə yanacağını (adətən 239-Pu izotopunu) bir neçə kiloqram həcmdə əldə etmək üçün nüvə reaktorunda mürəkkəb texnoloji prosesi aparmaq lazımdır.

Plutonium xüsusiyyətləri

Radioaktiv metal plutonium aşağıdakı fiziki xüsusiyyətlərə malikdir:

• sıxlıq 19,8 q / sm 3
• ərimə nöqtəsi - 641 ° C
• qaynama nöqtəsi - 3232 ° C
• istilik keçiriciliyi (300 K-da) - 6,74 Vt / (m K)

Plutonium radioaktivdir və ona görə də toxunanda isti olur. Üstəlik, bu metal ən aşağı istilik keçiriciliyi və elektrik keçiriciliyi ilə xarakterizə olunur. Maye plutonium mövcud olan bütün metallar arasında ən özlüdür.

Plutoniumun temperaturunda ən kiçik dəyişiklik maddənin sıxlığının ani dəyişməsinə səbəb olur. Ümumiyyətlə, plutoniumun kütləsi daim dəyişir, çünki bu metalın nüvələri daha kiçik nüvələrə və neytronlara davamlı parçalanma vəziyyətindədir. Plutoniumun kritik kütləsi parçalanma prosesinin (nüvə zəncirvari reaksiyasının) mümkün qaldığı parçalana bilən maddənin minimum kütləsinin adıdır. Məsələn, silah dərəcəli plutoniumun kritik kütləsi 11 kq-dır (müqayisə üçün yüksək zənginləşdirilmiş uranın kritik kütləsi 52 kq-dır).

Uran və plutonium əsas nüvə yanacağıdır. Böyük miqdarda plutonium əldə etmək üçün iki texnologiya istifadə olunur:

• uranın şüalanması
• işlənmiş yanacaqdan alınan transuran elementlərinin şüalanması

Hər iki üsul kimyəvi reaksiya nəticəsində plutonium və uranın ayrılmasıdır.

Saf plutonium-238 almaq üçün neptunium-237-nin neytron şüalanmasından istifadə olunur. Eyni izotop silah dərəcəli plutonium-239-un yaradılmasında iştirak edir, xüsusən də aralıq çürümə məhsuludur. 1 milyon dollar 1 kq plutonium-238-in qiymətidir.

Oxucularımızın çoxu hidrogen bombasını atom bombası ilə əlaqələndirir, ancaq daha güclüdür. Əslində, bu, yaradılması üçün ölçüyəgəlməz dərəcədə böyük intellektual səylər tələb edən və prinsipcə fərqli fiziki prinsiplər üzərində işləyən prinsipial olaraq yeni bir silahdır.

Atom bombası ilə hidrogen bombası arasında yeganə ortaq cəhət hər ikisinin atom nüvəsində gizlənmiş nəhəng enerjini buraxmasıdır. Bu, iki yolla edilə bilər: ağır nüvələri, məsələn, uran və ya plutoniumu daha yüngül olanlara bölmək (parçalanma reaksiyası) və ya ən yüngül hidrogen izotoplarını birləşməyə məcbur etmək (füzyon reaksiyası). Hər iki reaksiya nəticəsində yaranan materialın kütləsi həmişə ilkin atomların kütləsindən az olur. Lakin kütlə izsiz yox ola bilməz - məşhur Eynşteynin E = mc 2 düsturuna görə enerjiyə çevrilir.

Atom bombası yaratmaq üçün lazımlı və kafi şərt kifayət qədər parçalanan material əldə etməkdir. İş kifayət qədər əmək tutumlu, lakin aşağı intellektlidir, yüksək elmdən daha çox dağ-mədən sənayesinə yaxındır. Bu cür silahların yaradılması üçün əsas resurslar nəhəng uran mədənlərinin və zənginləşdirmə zavodlarının tikintisinə gedir. Qurğunun sadəliyinə sübut ilk bomba üçün lazım olan plutoniumun alınması ilə ilk sovet nüvə partlayışı arasında bir ay belə keçməməsi faktıdır.

Məktəb fizikası kursundan məlum olan belə bir bombanın işləmə prinsipini qısaca xatırlayaq. Bu, uranın və bəzi transuran elementlərin, məsələn, plutoniumun parçalanma zamanı birdən çox neytron buraxmaq xüsusiyyətinə əsaslanır. Bu elementlər həm kortəbii, həm də digər neytronların təsiri altında parçalana bilər.

Buraxılan neytron radioaktiv materialı tərk edə bilər və ya başqa atomla toqquşaraq növbəti parçalanma reaksiyasına səbəb ola bilər. Bir maddənin müəyyən bir konsentrasiyası (kritik kütlə) aşıldığında, atom nüvəsinin daha da parçalanmasına səbəb olan yeni doğulmuş neytronların sayı çürüyən nüvələrin sayını aşmağa başlayır. Çürüyən atomların sayı uçqun kimi artmağa başlayır, yeni neytronlar əmələ gəlir, yəni zəncirvari reaksiya baş verir. Uran-235 üçün kritik kütlə təxminən 50 kq, plutonium-239 üçün - 5,6 kq-dır. Yəni, çəkisi 5,6 kq-dan bir qədər az olan plutonium topu sadəcə isti metal parçasıdır və bir az daha çox kütləsi ilə cəmi bir neçə nanosaniyə var.

Bombanın faktiki işləməsi sadədir: hər biri kritik kütlədən bir qədər az olan iki uran və ya plutonium yarımkürəsini götürürük, onları 45 sm məsafədə yerləşdiririk, onları partlayıcılarla əhatə edirik və partlatırıq. Uran və ya plutonium superkritik kütlə parçasına sinterlənir və nüvə reaksiyası başlayır. Hər şey. Nüvə reaksiyasına başlamağın başqa bir yolu var - güclü partlayışla plutonium parçasını sıxmaq: atomlar arasındakı məsafə azalacaq və reaksiya daha aşağı kritik kütlədə başlayacaq. Bütün müasir atom detonatorları bu prinsiplə işləyir.

Atom bombasının problemləri partlayışın gücünü artırmaq istədiyimiz andan başlayır. Parçalanan materialda sadə bir artımdan imtina etmək olmaz - kütləsi kritik səviyyəyə çatan kimi partlayır. Məsələn, iki hissədən deyil, bir çox hissədən bomba düzəltmək üçün müxtəlif dahiyanə sxemlər icad edilmişdir ki, bu da bombanı bağırsaqları kəsilmiş portağala bənzədirdi və sonra onu bir partlama ilə bir parçaya topladı, amma yenə də güclü bir güclə. 100 kiloton, problemlər aşılmaz oldu.

Lakin termonüvə sintezi üçün yanacağın kritik kütləsi yoxdur. Burada termonüvə yanacağı ilə dolu Günəş başdan asılır, onun daxilində milyard ildir termonüvə reaksiyası gedir və heç nə partlamır. Bundan əlavə, məsələn, deyterium və tritiumun (hidrogenin ağır və çox ağır izotopu) sintez reaksiyası zamanı eyni kütlədə uran-235 yandırıldığı zamandan 4,2 dəfə çox enerji ayrılır.

Atom bombasının yaradılması nəzəri prosesdən daha çox eksperimental idi. Hidrogen bombasının yaradılması tamamilə yeni fiziki fənlərin ortaya çıxmasını tələb edirdi: yüksək temperatur plazması və ultra yüksək təzyiqlər fizikası. Bomba hazırlamağa başlamazdan əvvəl yalnız ulduzların nüvəsində baş verən hadisələrin mahiyyətini hərtərəfli başa düşmək lazım idi. Burada heç bir təcrübə kömək edə bilməzdi - yalnız nəzəri fizika və ali riyaziyyat tədqiqatçıların aləti idi. Təsadüfi deyil ki, termonüvə silahlarının hazırlanmasında nəhəng rol məhz riyaziyyatçılara məxsusdur: Ulam, Tixonov, Samarski və s.

Klassik super

1945-ci ilin sonunda Edvard Teller "klassik super" adlandırılan ilk hidrogen bombası dizaynını təklif etdi. Birləşmə reaksiyasına başlamaq üçün tələb olunan dəhşətli təzyiq və temperatur yaratmaq üçün adi bir atom bombasından istifadə etməli idi. "Klassik super" özü deyteriumla doldurulmuş uzun silindr idi. Deuterium-tritium qarışığı olan aralıq "alovlanma" kamerası da nəzərdə tutulmuşdu - deuterium və tritium sintezinin reaksiyası daha aşağı təzyiqdə başlayır. Yanğına bənzətməklə, deuterium odun, deuterium və tritium qarışığı - bir stəkan benzin və atom bombası - kibrit rolunu oynamalı idi. Bu sxem "boru" adlanır - bir ucunda atom çaxmağı olan bir növ siqar. Eyni sxemə görə, sovet fizikləri hidrogen bombası hazırlamağa başladılar.

Bununla belə, riyaziyyatçı Stanislav Ulam adi bir slayd qaydasında Tellerə sübut etdi ki, "super"də təmiz deyteriumun sintezi çətin ki, mümkün deyil və qarışıq o qədər tritium tələb edir ki, onun istehsalı üçün praktiki olaraq dondurulması lazım olacaq. ABŞ-da silah dərəcəli plutonium istehsalı.

Şəkər pudrası

1946-cı ilin ortalarında Teller hidrogen bombası üçün başqa bir sxem - "zəngli saat" təklif etdi. Uran, deyterium və tritiumun alternativ sferik təbəqələrindən ibarət idi. Plutoniumun mərkəzi yükünün nüvə partlayışı zamanı bombanın digər təbəqələrində termonüvə reaksiyasının başlaması üçün lazımi təzyiq və temperatur yaradıldı. Bununla belə, "zəngli saat" üçün yüksək güclü atom təşəbbüskarı tələb olunurdu və ABŞ (eləcə də SSRİ) silah dərəcəli uran və plutonium istehsalı ilə bağlı problemlərlə üzləşdi.

1948-ci ilin payızında Andrey Saxarov oxşar sxemə gəldi. Sovet İttifaqında quruluş "puf" adlanırdı. Silah dərəcəli uran-235 və plutonium-239-u kifayət qədər miqdarda istehsal etməyə vaxtı olmayan SSRİ üçün Saxarovun pufunun dərmanı idi. Və buna görə.

Adi bir atom bombasında təbii uran-238 nəinki faydasızdır (çürümə zamanı neytronların enerjisi parçalanmağa başlamaq üçün kifayət deyil), həm də zərərlidir, çünki ikinci dərəcəli neytronları acgözlüklə udur və zəncirvari reaksiyanı yavaşlatır. Buna görə də, silah dərəcəli uran 90% uran-235 izotopundan ibarətdir. Lakin termonüvə birləşməsindən yaranan neytronlar parçalanma neytronlarından 10 dəfə daha enerjilidir və belə neytronlarla şüalanan təbii uran-238 əla parçalanmağa başlayır. Yeni bomba əvvəllər istehsal tullantıları hesab edilən uran-238-dən partlayıcı maddə kimi istifadə etməyə imkan verdi.

Saxarovun "puf"unun əsas məqamı həm də kəskin çatışmazlığı olan tritium əvəzinə ağ rəngli açıq kristal maddənin, litium deuterid 6 LiD-nin istifadəsi idi.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, deuterium və tritium qarışığı təmiz deuteriumdan daha asan alovlanır. Bununla belə, tritiumun üstünlükləri burada sona çatır, ancaq çatışmazlıqlar qalır: normal vəziyyətdə tritium saxlama ilə bağlı çətinliklərə səbəb olan qazdır; tritium radioaktivdir və çürüyərək sabit helium-3-ə çevrilir, çox ehtiyac duyulan sürətli neytronları aktiv şəkildə yeyir, bu da bombanın ömrünü bir neçə aya məhdudlaşdırır.

Qeyri-radioaktiv litium deuterid, yavaş parçalanma neytronları ilə şüalandıqda - bir atom sigortasının partlamasının nəticələri - tritiuma çevrilir. Beləliklə, bir anda ilkin atom partlayışının radiasiyası sonrakı termonüvə reaksiyası üçün kifayət qədər tritium istehsal edir və deuterium əvvəlcə litium deuteriddə mövcuddur.

Məhz RDS-6 bombası 1953-cü il avqustun 12-də Semipalatinsk poliqonunun qülləsində uğurla sınaqdan keçirildi. Partlayışın gücü 400 kiloton idi və onun həqiqi termo olub olmadığı hələ də müzakirə olunur. nüvə partlayışı və ya super güclü atom. Həqiqətən, Saxarovskaya pufunda termonüvə birləşməsinin reaksiyası ümumi yük gücünün 20% -dən çoxunu təşkil etdi. Partlayışa əsas töhfə sürətli neytronlarla şüalanan uran-238-in parçalanma reaksiyası oldu, bunun sayəsində RDS-6-lar "çirkli" bombalar erasını açdı.

Fakt budur ki, əsas radioaktiv çirklənmə parçalanma məhsulları (xüsusən stronsium-90 və sezium-137) tərəfindən təmin edilir. Əslində Saxarovun “puf”u nəhəng idi atom bombası, yalnız bir qədər termonüvə reaksiyası ilə gücləndirilmişdir. Təsadüfi deyil ki, "puf"un yalnız bir partlayışı Semipalatinsk poliqonunun bütün tarixi ərzində atmosferə daxil olan 82% stronsium-90 və 75% sezium-137 verdi.

Amerika bombaları

Buna baxmayaraq, ilk hidrogen bombasını partladan amerikalılar olub. 1 noyabr 1952-ci ildə 10 meqatonluq Mayk füzyon cihazı Sakit Okeandakı Elugelab Atollunda uğurla sınaqdan keçirildi. 74 tonluq Amerika qurğusunu çətin ki, bomba adlandırmaq olar. “Mayk” ikimərtəbəli ev ölçüsündə, mütləq sıfıra yaxın temperaturda maye deyteriumu ilə doldurulmuş həcmli cihaz idi (Saxarovun “puf”u kifayət qədər daşına bilən məhsul idi). Bununla belə, “Mayk”ın diqqət çəkən məqamı ölçüdə deyil, termonüvə partlayıcı maddələrinin sıxılmasının dahiyanə prinsipi idi.

Xatırladaq ki, hidrogen bombasının əsas ideyası nüvə partlayışı vasitəsilə birləşmə (ultra yüksək təzyiq və temperatur) üçün şərait yaratmaqdır. "Puf" sxemində nüvə yükü mərkəzdə yerləşir və buna görə deyteriyi o qədər sıxmır, onu xaricə səpələyir - termonüvə partlayıcılarının miqdarının artması gücün artmasına səbəb olmur - sadəcə edir. partlamağa vaxtı yoxdur. Bu sxemin maksimum gücünü məhdudlaşdıran budur - 1957-ci il mayın 31-də ingilislər tərəfindən partladılmış dünyanın ən güclü "puf" Orange Herald cəmi 720 kiloton verdi.

İdeal olaraq, termonüvə partlayıcılarını sıxaraq, atom sigortasının içəriyə doğru partlamasını təmin etmək olardı. Amma bunu necə etmək olar? Edvard Teller parlaq bir fikir irəli sürdü: termonüvə yanacağını mexaniki enerji və neytron axını ilə deyil, ilkin atom qoruyucunun şüalanması ilə sıxmaq.

Tellerin yeni dizaynında başlanğıc atom yığıncağı termonüvə blokundan ayrıldı. Atom yükü işə salındıqda, rentgen şüaları zərbə dalğasını qabaqlayır və silindrik gövdənin divarları boyunca yayılır, buxarlanır və bomba gövdəsinin polietilen daxili astarını plazmaya çevirir. Plazma, öz növbəsində, uran-238-dən hazırlanmış daxili silindrin - "itələyicinin" xarici təbəqələri tərəfindən udulmuş daha yumşaq rentgen şüalarını yenidən buraxdı. Qatlar partlayıcı şəkildə buxarlanmağa başladı (bu fenomen ablasyon adlanır). Uran plazmasının közərmə qüvvəsi deyteriumla doldurulmuş silindrə yönəldilmiş super güclü raket mühərrikinin reaktivləri ilə müqayisə oluna bilər. Uran silindri çökdü, deyteriumun təzyiqi və temperaturu kritik həddə çatdı. Eyni təzyiq mərkəzi plutonium borusunu kritik bir kütləyə qədər sıxdı və o, partladı. Plutonium qoruyucunun partlaması içəridən deuteriumun üzərinə basdı, əlavə olaraq partlayan termonüvə partlayıcısını sıxdı və qızdırdı. Neytronların intensiv axını "itələyicidə" uran-238 nüvələrini parçalayaraq, ikincil parçalanma reaksiyasına səbəb olur. Bütün bunların ilkin nüvə partlayışından gələn partlayış dalğası termonüvə blokuna çatana qədər baş verməsi üçün vaxt var idi. Bütün bu hadisələrin hesablanması saniyənin milyardda birində baş verir və planetin ən güclü riyaziyyatçılarının ağlını tələb edirdi. "Mayk"ın yaradıcıları 10 meqatonluq partlayışdan dəhşət deyil, təsvirolunmaz həzz yaşadılar - onlar nəinki real dünyada ulduzların nüvələrində gedən prosesləri başa düşə bildilər, həm də öz nəzəriyyələrini eksperimental olaraq sınaqdan keçirə bildilər. onların yer üzündəki kiçik ulduzu.

Bravo

Dizaynın gözəlliyinə görə ruslardan yan keçərək, amerikalılar cihazlarını yığcamlaşdıra bilmədilər: Saxarovdan toz halında litium deytrid əvəzinə maye həddindən artıq soyudulmuş deuteriumdan istifadə etdilər. Los-Alamosda Saxarovun “puf”una paxıllıq zərrəsi ilə reaksiya verdilər: “Ruslar bir vedrə çiy süd olan nəhəng inək əvəzinə bir karton süd tozu istifadə edirlər”. Lakin hər iki tərəf bir-birindən sirri gizlədə bilməyib. 1 mart 1954-cü ildə amerikalılar Bikini Atolu yaxınlığında litium deytrid üzərində 15 meqatonluq Bravo bombasını sınaqdan keçirdilər və 22 noyabr 1955-ci ildə 1,7 meqaton tutumlu ilk sovet termonüvə bombası RDS-37 partladılar. Semipalatinsk sınaq meydançası, demək olar ki, yarım poliqonu məhv etdi. O vaxtdan bəri termonüvə bombasının dizaynı kiçik dəyişikliklərə məruz qaldı (məsələn, başlanğıc bomba ilə əsas yük arasında uran qalxanı meydana çıxdı) və kanonik oldu. Və dünyada belə möhtəşəm bir təcrübə ilə həll edilə bilən təbiətin belə geniş miqyaslı sirləri yoxdur. Bu, fövqəlnovanın doğulmasıdır.

Plutoniumun 15 izotopu məlumdur. Bunlardan ən əhəmiyyətlisi Pu-239-dur, yarımparçalanma müddəti 24.360 ildir. Plutoniumun xüsusi çəkisi 25 ° C temperaturda 19,84-dür. Metal 641 ° C temperaturda əriməyə başlayır, 3232 ° C-də qaynar. Onun valentliyi 3, 4, 5 və ya 6-dır.

Metal gümüşü rəngə malikdir və oksigenlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda sarıya çevrilir. Plutonium kimyəvi reaktiv metaldır və konsentratlaşdırılmış xlor turşusu, perklor turşusu və hidroiyodik turşuda asanlıqla həll olunur. Parçalanma vəziyyətində metal istilik enerjisini buraxır.

Plutonium - ikinci açıldı transuranik aktinid hesabına. Təbiətdə bu metal uran filizlərində az miqdarda tapıla bilər.

Plutonium zəhərlidir və diqqətlə işlənməlidir. Plutoniumun ən parçalana bilən izotopu nüvə silahlarında istifadə edilmişdir. Xüsusilə Yaponiyanın Naqasaki şəhərinə atılan bombada istifadə edilib.

Sümük iliyində toplanan radioaktiv zəhərdir. Plutoniumun tədqiqi üçün insan təcrübəsində bəziləri ölümcül olan bir neçə qəza baş verdi. Plutoniumun kritik kütləyə çatmaması vacibdir. Məhlulda plutonium bərk vəziyyətdə olduğundan daha sürətli kritik kütlə əmələ gətirir.

Atom nömrəsi 94 o deməkdir ki, bütün plutonium atomlarında 94 var. Plutonium oksidi havada metal səthində əmələ gəlir. Bu oksid piroforikdir, ona görə də yanan plutonium kül kimi parıldayacaq.

Plutoniumun altı allotropik forması var. Yeddinci forma yüksək temperaturda görünür.

Sulu məhlulda plutonium rəngini dəyişir. Metalın oksidləşməsi zamanı onun səthində müxtəlif çalarlar yaranır. Oksidləşmə prosesi qeyri-sabitdir və plutoniumun rəngi qəfil dəyişə bilər.

Əksər maddələrdən fərqli olaraq, plutonium əridikcə qalınlaşır. Ərinmiş vəziyyətdə bu element digər metallara nisbətən daha viskozdur.

Metal kosmik gəmiləri gücləndirən termoelektrik generatorlarda radioaktiv izotoplarda istifadə olunur. Tibbdə ürək üçün elektron kardiostimulyatorların istehsalında istifadə olunur.

Plutonium buxarının inhalyasiyası sağlamlıq üçün təhlükəlidir. Bəzi hallarda ağciyər xərçənginə səbəb ola bilər. Tənəffüs edilən plutonium metal dadına malikdir.

İnteqral Sürətli Reaktor (IBR) sadəcə yeni tip reaktor deyil, yeni yanacaq dövrüdür. İnteqral sürətli reaktor - moderatorsuz sürətli neytron reaktoru. Onun yalnız aktiv zonası var və yorğan yoxdur.
IsBR metal yanacaqdan istifadə edir- uran və plutoniumun ərintisi.
Onun yanacaq dövrü piroprocessing istifadə edərək birbaşa reaktorun özündə yanacağın bərpasından istifadə edir. IBR-də piropemalda praktiki olaraq saf uran bərk katodda, plutonium, amerium, neptunium, kurium, uran və bəzi parçalanma məhsullarının qarışığı isə elektrolit duzunda üzən maye kadmium katodda toplanır. parçalanma məhsulları elektrolit duzunda və kadmium təbəqəsində toplanır.
İnteqral sürətli reaktor maye natrium və ya qurğuşun ilə soyudulur. Metal yanacaqların istehsalı keramika yanacaqlarından daha sadə və ucuzdur. Metal yanacaqlar piro prosesinin seçimini təbii seçim edir. Metal yanacağı oksid yanacağından daha yaxşı istilik keçiriciliyinə və istilik tutumuna malikdir.Yanacaq uran və plutoniumun ərintisidir.
İnteqral sürətli reaktorun ilkin doldurulması termal neytronların təsiri altında daha çox parçalanan izotoplardan ibarət olmalıdır ( > istilik reaktoruna nisbətən 20%. Bunlar yüksək dərəcədə zənginləşdirilmiş uran və ya plutonium, istismardan çıxarılan nüvə silahları və s. ola bilər. Əməliyyat zamanı reaktor istilik neytronlarının təsiri altında parçalanmayan materialları (münbit) parçalanan materiallara çevirir. Sürətli reaktorda münbit materiallar tükənmiş uran (əsasən U-238), təbii uran, torium və ya adi su reaktorundan şüalanmış yanacaqdan təkrar emal edilmiş uran ola bilər.
Yanacaq, yanacaq və qabıq arasında sıxılmış maye natrium olan bir polad qabığın içərisindədir. Yanacağın üstündəki boşluq helium və radioaktiv ksenonun yanacaq elementinin daxilində təzyiqi əhəmiyyətli dərəcədə artırmadan sərbəst şəkildə toplanmasına imkan verir və yanacağın reaktor örtüyünə zərər vermədən genişlənməsinə imkan verir.
Qurğunun natriumdan üstünlüyü onun kimyəvi təsirsizliyindədir, xüsusən su və ya hava ilə. Digər tərəfdən, qurğuşun daha viskozdur, bu da nasosla işləməyi çətinləşdirir. Bundan əlavə, o, natriumda praktiki olaraq olmayan neytronla aktivləşdirilmiş izotopları ehtiva edir.
Soyutma sxemləri konveksiya ilə istiliyin ötürülməsinə imkan verəcək şəkildə qurulmuşdur. Beləliklə, nasoslara güc itkisi və ya reaktorun gözlənilmədən bağlanması halında, soyuducunun dövriyyəsi üçün nüvənin ətrafında kifayət qədər istilik olacaqdır.
IBR-də parçalanan izotoplar plutonium izotopları ilə, həmçinin parçalanma məhsulları ilə ayrılmır və buna görə də silah istehsalı üçün belə bir prosesin istifadəsi praktiki olaraq mümkün deyil. Bundan əlavə, reaktordan plutonium çıxarılmır, bu da onun icazəsiz istifadəsini qeyri-real edir. Aktinidlər (uran, plutonium və kiçik aktinidlər) emal edildikdən sonra tullantı məhsullar qalır - 90 litr yarı ömrü olan Sm-151-in parçalanma məhsulları və ya Tc-99 kimi uzunömürlü 211.000 litr yarımparçalanma dövrü və ya daha çox.
IBR-dən gələn tullantıların ya qısa yarım ömrü var, ya da çox uzun, yəni zəif radioaktivdir. İDR-dən tullantıların ümumi miqdarı eyni tutumlu termal reaktorlardan təkrar emal edilmiş yanacağın (adətən tullantı hesab olunur) 1/20-ni təşkil edir. Parçalanma məhsullarının 70%-i ya sabitdir, ya da təxminən bir il yarım ömrünə malikdir. Parçalanma məhsullarında olan texnetium-99 və yod-129, onların 6%-i çox uzun yarımparçalanma dövrünə malikdir, lakin reaktorda neytronların udulması ilə reaktorda qısa yarımparçalanma müddəti olan izotoplara (15,46 s və 12,36 saat) çevrilə bilər. . Sirkonium-93 (tullantıda 5%) radioaktivliyin əhəmiyyətsiz olduğu yanacaq örtüyünə çevrilə bilər. Qalan tullantı komponentləri təbii urandan daha az radioaktivdir.
IDR, nüvə silahlarının yayılmasının qarşısını alan, yüksək səviyyəli tullantıları minimuma endirən və üstəlik bəzi tullantıları yanacaq kimi istifadə edərək, yavaş neytron reaktorlarında ənənəvi dövrlərə nisbətən yanacaq istifadəsi baxımından iki qat daha səmərəli yanacaq dövründən istifadə edir.
IBR-də yanacaq və üzlük elə qurulmuşdur ki, temperatur yüksəldikcə və genişləndikcə daha çox neytron nüvəni tərk edərək zəncirvari reaksiyanın intensivliyini azaldır. Yəni reaktivliyin mənfi əmsalı işləyir. İİB-də bu təsir o qədər güclüdür ki, operatorun müdaxiləsi olmadan zəncirvari reaksiyanı dayandıra bilir.

Piroprocessing ‒ yüksək temperatur üsulu işlənmiş nüvə yanacağının elektrolitik emalı. Hidrometallurgiya üsulu ilə müqayisədə(məsələn, PUREX) , piroprocessing birbaşa reaktorda istifadə olunur. Həlledicilər su deyil, ərimiş duzlar (LiCl + KCl və ya LiF + CaF 2 kimi) və ərimiş metallardır (kadmium, vismut, maqnezium kimi) üzvi birləşmələr.Piropemalda uran, həmçinin plutonium və kiçik aktinidlər eyni vaxtda çıxarılır və dərhal yanacaq kimi istifadə edilə bilər. Eyni zamanda, tullantıların həcmi azdır və onların tərkibində əsasən parçalanma məhsulları var. Pyro emal IBR və ərimiş duz reaktorlarında istifadə olunur.

Metal plutonium nüvə silahlarında istifadə olunur və nüvə yanacağı kimi xidmət edir. Plutonium oksidləri kosmik texnologiya üçün enerji mənbəyi kimi istifadə olunur və yanacaq çubuqlarında tətbiqini tapır. Plutonium kosmik gəmilərin batareyalarında istifadə olunur. Plutonium-239 nüvələri neytronlara məruz qaldıqda nüvə zəncirvari reaksiya verə bilir, buna görə də bu izotop atom enerjisi mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Nüvə bombalarında plutonium-239-un daha tez-tez istifadəsi plutoniumun sferada daha kiçik bir həcm tutması ilə əlaqədardır, buna görə də bu xüsusiyyətə görə bombanın partlayıcı gücünü qazanmaq olar. Nüvə reaksiyasında plutonium nüvəsi uran-235 üçün 2,452 neytrona qarşı orta hesabla təxminən 2,895 neytron buraxır. Bununla belə, plutoniumun istehsalının dəyəri uran-235-dən təxminən altı dəfədir.

Plutonium izotopları öz tətbiqini transplutonium elementlərinin sintezində tapmışdır. Beləliklə, ununquadium əldə etmək üçün 2009-cu ildə qarışıq plutonium-242 oksidi və 2010-cu ildə eyni izotopun kalsium-48 ionları ilə bombardmanı istifadə edilmişdir. Oak Ridge Milli Laboratoriyasında Pu uzunmüddətli neytron şüalanması 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf və 25399Es və 257100Fm istehsal etmək üçün istifadə olunur. Pu istisna olmaqla, qalan bütün transuran elementləri keçmişdə tədqiqat məqsədləri üçün istehsal edilmişdir. 1944-cü ildə plutonium izotoplarının neytron tutulması sayəsində G. T. Seaborg və onun qrupu americiumun ilk izotopunu əldə etdilər - 24195Am Am). 1966-cı ildə Dubnada akademik Q.N.Flyorovun rəhbərliyi ilə Ruterfordium nüvələrinin sintezi yalnız 14 aktinid istehsal olunduğunu təsdiqləmək üçün:

24294Pu + 2210Ne → 260104Rf + 4n.

δ-Stabilləşdirilmiş plutonium ərintiləri yanacaq hüceyrələrinin istehsalında istifadə olunur, çünki qızdırıldıqda faza keçidlərinə məruz qalan təmiz plutoniumla müqayisədə daha yaxşı metallurgik xüsusiyyətlərə malikdir.

"Ultrapur" plutonium ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələri tərəfindən nüvə silahlarında istifadə olunur və nüvə qurğuşunla qorunan gəmilərdə və sualtı qayıqlarda istifadə olunur ki, bu da ekipajın doza yükünü azaldır.

Plutonium-238 və plutonium-239 ən çox sintez edilən izotoplardır.

• Plutonium əsaslı ilk nüvə yükü 16 iyul 1945-ci ildə Alamogordo poliqonunda partladıldı.

Nüvə silahı

Plutonium nüvə bombalarında çox istifadə edilmişdir. Tarixi fakt 1945-ci ildə ABŞ-ın Naqasakiyə nüvə bombası atmasıdır. Bu şəhərə atılan bombanın tərkibində 6,2 kq plutonium var idi. Partlayış gücü 21 kiloton idi. 1945-ci ilin sonlarında 60-80 min adam öldü. 5 ildən sonra, xərçəngdən ölümlər və partlayışın digər uzunmüddətli təsirləri nəzərə alınmaqla, ümumi ölənlərin sayı 140.000-ə çata və ya hətta keçə bilər.

Plutoniumun iştirakı ilə nüvə partlayışının baş verdiyi prinsip nüvə bombasının qurulması idi. Bombanın "nüvəsi" plutonium-239 ilə doldurulmuş kürədən ibarət idi, o, yerlə toqquşma anında dizayn və bu kürəni əhatə edən partlayıcı maddə sayəsində bir milyon atmosferə qədər sıxılmışdı. Zərbədən sonra nüvə on mikrosaniyə ərzində həcm və sıxlıq baxımından genişləndi, sıxılan birləşmə termal neytronlarda kritik vəziyyətdən sürüşdü və sürətli neytronlarda əhəmiyyətli dərəcədə superkritik oldu, yəni neytronların və elementin iştirakı ilə nüvə zəncirvari reaksiya başladı. nüvələr. Nəzərə almaq lazımdır ki, bomba vaxtından əvvəl partlamamalı idi. Lakin bu, praktiki olaraq qeyri-mümkündür, çünki plutonium topunu onlarla nanosaniyə ərzində cəmi 1 sm sıxmaq üçün maddəyə cazibə sürətindən onlarla trilyon dəfə yüksək sürət vermək lazımdır. Nüvə bombasının son partlaması ilə temperatur on milyonlarla dərəcəyə yüksəlir. Qeyd etmək lazımdır ki, bizim dövrümüzdə tam hüquqlu nüvə yükü yaratmaq üçün bu elementin 8-9 kq-ı kifayətdir.

Yalnız bir kiloqram plutonium-239 20.000 ton trotil ekvivalentində partlayış yarada bilər. Bütün nüvələrin parçalanması ilə hətta 50 q element 1000 ton TNT-nin partlamasına bərabər bir partlayış yaradacaqdır. Bu izotop nüvə silahında istifadə üçün yeganə uyğun nukliddir, çünki ən azı 1% Pu olması çox sayda neytronun meydana gəlməsinə səbəb olacaq və bu, nüvə bombası yükünün top sxemindən səmərəli istifadə etməyə imkan verməyəcəkdir. . Qalan izotoplar yalnız zərərli təsirlərinə görə hesab olunur.

Plutonium-240 nüvə bombasında az miqdarda ola bilər, lakin onun tərkibi artırsa, vaxtından əvvəl zəncirvari reaksiya baş verəcək. Bu izotopun spontan parçalanma ehtimalı yüksəkdir ki, bu da parçalanan materialda onun tərkibinin böyük bir hissəsini qeyri-mümkün edir.

Əl-Cəzirə telekanalının məlumatına görə, İsraildə radioaktiv maddə kimi plutonium olan 118-ə yaxın döyüş başlığı var. Cənubi Koreyada 6 nüvə raketi istehsal etmək üçün kifayət edən təxminən 40 kq plutonium olduğu güman edilir. 2007-ci ildə MAQATE İraqda istehsal olunan plutoniumun miqdarının ildə iki nüvə başlığı üçün kifayət olduğunu təxmin etdi. 2006-cı ildə Pakistan ildə 200 kq radioaktiv element istehsal edəcək nüvə reaktorunun tikintisinə başlayıb. Nüvə döyüş başlıqlarının sayı baxımından bu rəqəm təxminən 40-50 bomba olacaq.

21-ci əsrin ilk onilliyində Rusiya ilə ABŞ arasında bir sıra müqavilələr imzalandı. Xüsusilə, 2003-cü ildə Balakovo AES-də 68 ton plutoniumun 2024-cü ilə qədər MOX yanacağına təkrar emal edilməsi haqqında saziş imzalanıb. 2007-ci ildə ölkələr Rusiyanın silah proqramları üçün yaradılmış 34 ton plutoniumun Rusiya tərəfindən utilizasiyası planı imzalayıb. 2010-cu ildə nüvə silahlarının, xüsusən də plutoniumun utilizasiyası haqqında saziş imzalanıb ki, onun miqdarı 17 min nüvə başlığı istehsal etməyə kifayət edəcək.

2010-cu il noyabrın 17-də ABŞ və Qazaxıstan arasında Aktau şəhərində plutoniumdan elektrik enerjisi istehsal edən BN-350 sənaye nüvə reaktorunun bağlanması haqqında saziş imzalanıb. Bu reaktor dünyada və Qazaxıstanda ilk eksperimental-sənaye sürətli neytron reaktoru idi; iş müddəti 27 il idi.

Nüvə çirklənməsi

Plutonium əsasında qurulan nüvə sınaqlarının başlandığı və onun radioaktiv xassələrinin yenicə öyrənilməyə başladığı dövrdə atmosferə 5 tondan çox element atıldı. 1970-ci illərdən etibarən Yer atmosferinin radioaktiv çirklənməsində plutoniumun nisbəti artmağa başladı.

Plutonium Sakit Okeanın şimal-qərb hissəsinə əsasən nüvə sınaqları nəticəsində gəlib. Elementin artan məzmunu 1950-ci illərdə ABŞ-ın Marşal adaları ərazisində Sakit okean poliqonunda nüvə sınaqları keçirməsi ilə izah olunur. Bu sınaqlardan əsas çirklənmə 1960-cı ildə baş verib. Alimlərin qiymətləndirməsinə əsasən, Yer üzündə nüvə materiallarının ümumi yayılması ilə müqayisədə Sakit okeanda plutoniumun olması artır. Bəzi hesablamalara görə, Marşal adalarının atolllarında sezium-137-dən çıxan radiasiyanın dozası təxminən 95%, qalan 5-i isə stronsium, amerisium və plutoniumun izotoplarıdır.

Plutonium okeanda fiziki və biogeokimyəvi proseslərlə daşınır. Plutoniumun okean səthi sularında qalma müddəti 6 ildən 21 ilə qədərdir ki, bu da adətən sezium-137-dən daha qısadır. Bu izotopdan fərqli olaraq, plutonium ətraf mühitlə qismən reaksiya verən elementdir və ətraf mühitə buraxılan ümumi kütlədən 1-10% həll olunmayan birləşmələr əmələ gətirir. Okeandakı plutonium biogen hissəciklərlə birlikdə dibə düşür, onlardan mikrobların parçalanması nəticəsində həll olunan formalara çevrilir. Dəniz mühitində ən çox yayılmış izotopları plutonium-239 və plutonium-240-dır.

1968-ci ilin yanvarında dörd nüvə silahı daşıyan Amerikanın B-52 təyyarəsi uğursuz eniş nəticəsində Qrenlandiyanın Tule yaxınlığında buz üzərində qəzaya uğradı. Toqquşma silahın partlamasına və parçalanmasına səbəb olub, nəticədə plutonium buz təbəqəsinə dəyib. Partlayışdan sonra çirklənmiş qarın üst təbəqəsi uçuruldu və nəticədə plutoniumun suya daxil olduğu çat əmələ gəldi. Təbiətə dəyən ziyanı azaltmaq üçün radioaktiv çirklənməyə məruz qala biləcək təxminən 1,9 milyard litr qar və buz yığılmışdır. Sonradan məlum oldu ki, dörd ittihamdan biri heç vaxt tapılmayıb.

Sovet kosmik gəmisinin 24 yanvar 1978-ci ildə göyərtəsində nüvə enerjisi olan Kosmos-954-ün nəzarətsiz orbitdən çıxma zamanı Kanada ərazisinə düşməsi məlum bir hadisədir. Bu hadisə təqribən 124.000 m² əraziyə 1 kq plutonium-238-in ətraf mühitə atılması ilə nəticələndi.

Plutoniumun ətraf mühitə buraxılması təkcə texnogen qəzalarla bağlı deyil. Həm laboratoriya, həm də zavod şəraitindən plutonium sızması halları məlumdur. Uran-235 və plutonium-239 laboratoriyalarından təxminən 22 sızma qəzası baş verdi. 1953-1978-ci illərdə. qəzalar 0,81-10,1 kq Pu itkisi ilə nəticələndi. Sənaye zavodlarında baş verən qəzalar Los Alamosda iki qəza və 6,2 kq plutonium itkisi nəticəsində iki nəfərin ümumi ölümü ilə nəticələnib. 1953 və 1963-cü illərdə Sarov şəhərində. təxminən 8 və 17,35 kq nüvə reaktorunun xaricinə düşdü. Onlardan biri 1953-cü ildə nüvə reaktorunun məhvinə səbəb oldu.

1986-cı ilin aprelinə olan izotopun radioaktivlik səviyyəsi.

Çernobıl AES-də 1986-cı il aprelin 26-da baş vermiş qəza ilə bağlı məlum bir hadisə var. Dördüncü enerji blokunun dağıdılması nəticəsində ətraf mühitə təxminən 2200 km² əraziyə 190 ton radioaktiv maddə atıldı. Reaktordan çıxan 140 ton radioaktiv yanacağın səkkizi havaya uçub. Çirklənmiş ərazi 160.000 km² idi. Fəsadların aradan qaldırılması üçün əhəmiyyətli resurslar səfərbər edilib, qəzanın nəticələrinin aradan qaldırılmasında 600 mindən çox insan iştirak edib. Ətraf mühitə atılan maddələrin ümumi aktivliyi, müxtəlif hesablamalara görə, 14 × 10 Bq-a qədər idi, o cümlədən:

• 1,8 EBq - 13153I,
• 0,085 EBq - 13755Cs,
• 0,01 EBq - 9038Sr
• 0,003 EBq - plutoniumun izotopları,
• nəcib qazlar ümumi fəaliyyətin təxminən yarısını təşkil edirdi.

Hazırda çirklənmiş ərazinin sakinlərinin əksəriyyəti təbii fondan ildə 1 mSv-dən az enerji alır.

Enerji və istilik mənbəyi

Bildiyiniz kimi, atom enerjisi suyun qızdırılması yolu ilə elektrik enerjisinə çevrilmək üçün istifadə olunur ki, bu da buxarlanır və elektrik generatorlarının turbin qanadlarını döndərən həddindən artıq qızdırılan buxar əmələ gətirir. Bu texnologiyanın üstünlüyü ətraf mühitə zərərli təsir göstərən hər hansı istixana qazlarının olmamasıdır. 2009-cu ildə dünya üzrə 438 atom elektrik stansiyası təxminən 371,9 GVt elektrik enerjisi istehsal etmişdir. Bununla belə, nüvə sənayesinin dezavantajı nüvə tullantılarıdır ki, bunun da ildə təxminən 12.000 tonu emal olunur.Bu miqdarda tullantı materialı AES işçiləri üçün kifayət qədər çətin işdir. 1982-ci ilə qədər ~ 300 ton plutoniumun yığıldığı təxmin edilirdi.

Plutonium dioksid-238 tablet.

Plutonium dioksiddən ibarət olan sarı-qəhvəyi toz 1200 ° C-yə qədər qızdırmağa davam edə bilir. Bu birləşmə plutonium tetrahidroksidin və ya tetranitratın oksigen atmosferində parçalanması ilə sintez olunur:

Nəticədə şokolad rəngli toz sinterlənir və 1500 ° C-ə qədər nəmli hidrogen axınında qızdırılır. Bu, nüvə yanacağı kimi istifadə edilə bilən 10,5-10,7 q / sm³ sıxlığı olan tabletlər istehsal edir. Plutonium dioksid plutonium oksidlərinin ən dayanıqlı və inertidir və yüksək temperaturda qızdırılaraq komponentlərə parçalanır və buna görə də plutoniumun emalı və saxlanmasında, həmçinin elektrik enerjisi mənbəyi kimi sonrakı istifadəsində istifadə olunur. Bir kiloqram plutonium təxminən 22 milyon kilovatsaat istilik enerjisinə bərabərdir.

SSRİ-də kosmik gəmilər üçün elektrik enerjisi istehsal etmək üçün nəzərdə tutulmuş bir neçə Topaz RTG istehsal edildi. Bu avtomobillər alfa emitenti olan plutonium-238 ilə işləmək üçün nəzərdə tutulub. Payızdan sonra Sovet İttifaqı Birləşmiş Ştatlar dizaynını öyrənmək və uzunmüddətli kosmik proqramlarında daha da istifadə etmək üçün bu avtomobillərdən bir neçəsini alıb.

RTG zondu Yeni Üfüqlər.

Polonium-210-u plutonium-238 üçün kifayət qədər layiqli əvəz adlandırmaq olar. Onun istilik yayılması 140 Vt / g təşkil edir və yalnız bir qram 500 ° C-ə qədər qızdıra bilər. Ancaq çox kiçik olması səbəbiylə kosmik missiyalar yarı ömrü, bu izotopun kosmik sənayedə istifadəsi ciddi şəkildə məhduddur.

2006-cı ildə Plutonium-238, New Horizons zondunu Plutona buraxarkən, onun zond üçün enerji mənbəyi kimi istifadəsini tapdı. Radioizotop generatorunda 11 kq yüksək təmizlikli Pu dioksid var idi və səyahət boyu orta hesabla 220 vatt elektrik enerjisi istehsal edirdi. Probun uğursuz işə salınması ilə bağlı narahatlıqlar var idi, lakin bu baş verdi. Buraxıldıqdan sonra zond Yerin cazibə qüvvələri sayəsində 36.000 mil / saat sürətə çatdı. 2007-ci ildə Yupiter ətrafında cazibə qüvvəsi sayəsində onun sürəti daha 9 min mil artdı ki, bu da 2015-ci ilin iyulunda Plutona minimum məsafəni bağlamağa və sonra Kuiper qurşağının müşahidəsini davam etdirməyə imkan verəcək.

Galileo və Cassini zondları da plutonium əsaslı enerji mənbələri ilə təchiz edilmişdir. İzotop gələcək missiyalarda da istifadə olunacaq, məsələn, Curiosity rover plutonium-238 ilə təchiz ediləcək. Onun Marsın səthinə enməsi 2012-ci ilin avqust ayına planlaşdırılır. Rover Çox Missiyalı Radioizotop Termoelektrik Generator adlanan ən son nəsil RTG-lərdən istifadə edəcək. Bu cihaz 125 vatt, 14 ildən sonra isə 100 vatt elektrik enerjisi istehsal edəcək. Roverin işləməsi üçün nüvələrin parçalanması hesabına 2,5 kVt/saat enerji hasil ediləcək. Plutonium-238 optimal enerji mənbəyidir, 0,56 Vt · g buraxır. Termoelektrik element kimi istifadə edilən qurğuşun telluridlə bu izotopdan istifadə strukturun hərəkət edən hissələri olmadan çox yığcam və uzunmüddətli elektrik enerjisi mənbəyi təşkil edir ki, bu da kosmik gəmilər üçün yerə qənaət edir.

RTG SNAP-27 Apollo 14 missiyasında istifadə edilmişdir.

Bir neçə kiloqram PuO 2 təkcə Galileo-da deyil, həm də bəzi Apollon missiyalarında istifadə edilmişdir. İstilik və elektrik gücü müvafiq olaraq 1480 Vt və 63,5 Vt olan SNAP-27 elektrik generatorunda 3,735 kq plutonium-238 dioksid var idi. Partlayış və ya digər mümkün qəza riskini azaltmaq üçün berilyum istiliyədavamlı, yüngül və davamlı element kimi istifadə edilmişdir. SNAP-27 NASA tərəfindən kosmik missiyalar üçün istifadə edilən son generator növü idi; əvvəlki növlər digər elektrik mənbələrindən istifadə edirdi.

Apollon 11 missiyasında Ayda passiv seysmik təcrübə zamanı mikrosferlər şəklində 37,6 q plutonium dioksidi ehtiva edən iki 15 Vt radioizotop istilik mənbəyi istifadə edilmişdir. Generator Apollon 12, 14, 15, 16, 17-nin missiyalarında istifadə edilib. O, kosmik gəmilərdə quraşdırılmış elmi avadanlıqları enerji ilə təmin etmək üçün nəzərdə tutulub. Apollon 13 missiyası zamanı Ay modulu trayektoriyadan enərək, nəticədə atmosferin sıx təbəqələrində yanıb. SNAP-27-nin içərisində korroziyaya davamlı materiallarla əhatə olunmuş və onlarda daha 870 il qalacaq yuxarıda qeyd olunan izotopdan istifadə edilmişdir.

Plutonium-236 və plutonium-238, xidmət müddəti 5 il və ya daha çox olan atom elektrik batareyalarının istehsalı üçün istifadə olunur. Onlar ürəyi stimullaşdıran cari generatorlarda istifadə olunur. 2003-cü ilə qədər ABŞ-da plutonium kardiostimulyatoru olan 50-100 nəfər var idi. Plutonium-238-in istifadəsi dalğıcların və astronavtların kostyumlarına şamil edilə bilər. Berilyum yuxarıda göstərilən izotopla birlikdə neytron şüalanması mənbəyi kimi istifadə olunur.

2007-ci ildə Böyük Britaniya 17 oktyabr 1956-cı ildə işə başlayan və 29 sentyabr 2007-ci ildə tamamlanan ən qədim plutoniumla işləyən Kalder Hall nüvə elektrik stansiyasının sökülməsinə başladı.

Breeder reaktorları

İnteqral və ilməli avadanlıqla maye metal soyuducu sürətli reaktorların sxematik təsviri.

Böyük miqdarda plutonium əldə etmək üçün əhəmiyyətli miqdarda plutonium istehsal etməyə imkan verən damazlıq reaktorlar tikilir. Reaktorlar dəqiq olaraq “breeders” adlandırılır, çünki onların köməyi ilə onun istehsal xərclərindən artıq miqdarda parçalanan material əldə etmək mümkündür.

ABŞ-da bu tipli ilk reaktorların tikintisi hələ 1950-ci ildən əvvəl başlanmışdır. SSRİ və Böyük Britaniyada onların yaradılmasına 1950-ci illərin əvvəllərində başlanılmışdır. Bununla belə, ilk reaktorlar sərt neytron spektrli reaktorların neytron xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün yaradılmışdır. Buna görə də, ilk nümunələr böyük istehsal miqdarını deyil, bu tip ilk reaktorlarda qoyulmuş texniki həllərin həyata keçirilməsi imkanlarını nümayiş etdirməli idi.

Yavaşlayan reaktorların adi nüvə reaktorlarından fərqi ondadır ki, onlarda neytronlar ləngimir, yəni uran-238 ilə mümkün qədər reaksiya verə bilmək üçün neytron moderatoru yoxdur. Reaksiyadan sonra uran-239 atomları əmələ gəlir ki, bu da sonradan plutonium-239-u əmələ gətirir. Belə reaktorlarda tükənmiş uran dioksidində plutonium dioksidi olan nüvə daha da tükənmiş uran-238 dioksiddən ibarət bir qabıqla əhatə olunur və burada Pu əmələ gəlir. U və U-dan birlikdə istifadə etməklə belə reaktorlar təbii urandan 50-60 dəfə çox enerji hasil edə bilir və beləliklə, emal üçün ən uyğun olan uran filizlərinin ehtiyatlarından istifadə etməyə imkan verir. Yetişdirmə nisbəti istehsal olunan nüvə yanacağının istehlaka nisbəti kimi hesablanır. Bununla belə, yüksək reproduksiya göstəricilərinə nail olmaq asan məsələ deyil. Onlardakı yanacaq çubuqları sudan başqa bir şeylə soyudulmalıdır ki, bu da onların enerjisini azaldır. Soyuducu element kimi maye natriumun istifadəsi təklif edilmişdir. Yetişdirici reaktorlarda tələb olunan neytron şüalanmasına və təxminən 1-1,2 çoxalma nisbətinə nail olmaq üçün kütlə 15%-dən çox zənginləşdirilmiş uran-235 istifadə olunur.

Hazırda 15% zənginləşdirilmiş uran-235-dən istifadə etməklə uranı plutonium-239-a vurmaqdansa, 3%-ə qədər zənginləşdirilmiş uran-235 uran filizindən uranı əldə etmək iqtisadi cəhətdən daha sərfəlidir. Sadə dillə desək, seleksiyaçıların üstünlüyü istismar zamanı təkcə elektrik enerjisi istehsal etmək deyil, həm də nüvə yanacağı kimi yararsız olan uran-238-dən istifadə etmək qabiliyyətidir.