Популярная библиотека химических элементов. Уран и плутоний


Уран и плутоний | Военная история

В отличие от США,Германия имела все предпосылки для создания атомной бомбы

Немецкие учёные значительной частью конечно же отрицали свою причастность к созданию атомной бомбы в Германии—но могли ли они сказать правду?...вряд ли

НАЧАЛО

На возможность создания атомной бомбы руководство рейха обратило свое внимание в 1938 году, после известных открытий Гана и Гейзенберга. Именно тогда группа выдающихся ученых направляет Генриху Гиммлеру письмо, в котором говорится:

«Рейхсфюрер! Недавние открытие в области деления уранового ядра позволяют с уверенностью утверждать, что вскоре оно послужит для создания оружия невиданной прежде мощи. Это оружие, если оно окажется в руках Германии, позволит сокрушить всех наших врагов; но если наши противники опередят нас, Третий рейх ждут неисчислимые бедствия.

Поэтому мы считаем исключительно важным дать этому оружию высший приоритет и направить все возможные средства на атомные исследования.»

РУКОВОДСТВО ПРОЕКТА

Общий контроль над всеми научно-исследовательскими, политическими, и материальными направлениями развития германского атомного проекта осуществлял главнокомандующий сухопутных войск рейха.

С самого начала работ по атомной энергии это был генерал-фельдмаршал Браухич, а с 19 декабря 1941 года — Адольф Гитлер.

Прямыми заказчиками и руководителями Уранового проекта были Имперское министерство вооружения и боеприпасов и Верховное командование армии. Проявляемый этими ведомствами пристальный интерес к ядерным исследованиям напрямую стимулировал финансирование и контроль над работами по овладению атомной энергией.

ОРГАНИЗАТОРЫ

Специальный отдел физики имперского исследовательского совета: руководитель государственный советник, профессор, доктор Абрахам Эзау .Управление армейского вооружения: генерал Лееб.

КАДРОВЫЙ СОСТАВ

В 1939-1941 годах нацистская Германия располагала соответствующими условиями для создания атомного оружия: она имела необходимые производственные мощности в химической, электротехнической, машиностроительной промышленности и цветной металлургии, а также достаточные финансовые средства и материалы общего назначения. Научный потенциал также был очень высок, и имелись необходимые знания в области физики атомного ядра.

Такие всемирно известные учёные, как О. Ган, В. Гейзенберг, В. Герлах, К. Дибнер, К. Ф. фон Вайцзеккер, П. Дебай, Г. Гейгер, В. Боте, Г. Гофман, Г. Йос, Р. Дёпель, В. Ханле и В. Гентнер, Э. Шуман и многие другие, обеспечивали значительные успехи атомного проекта.

УРАН

Германия обладала единственными в Европе урановыми приисками в Судетах.

Итак, с сырьем полный порядок. С его обогащением тоже не было проблем, имелось, как минимум, три технологии выделения изотопа уран-235 из массы сырья, причем по эффективности они значительно превосходили американские.

Вдобавок немцы захватили уран из бельгийского Конго—но этот уран был лишним…из-за избытка своего у немцев

США едва ли к середине 1944 года могли приобрести хотя бы 50 кг урана….

Одну из них разработал ученый-ядерщик барон Манфред фон Арденне.

После окончания войны он добровольно пошел на сотрудничество с Советским Союзом, уехал в нашу страну и впоследствии получил две Сталинские премии, которые давали лишь за самые выдающиеся достижения и только гражданам СССР.

Фон Арденне стал одним из немногих иностранных ученых, кто ее получил.

ЗАВОД АУШВИЦ

Завод по обогащению урана — огромное производство, которое пожирает массу электроэнергии и воды, там требуется много рабочих рук. Скрыть такую махину невозможно, особенно в Германии, которую самолеты-разведчики союзников регулярно «прочесывали».

Но вот в Аушвице (немецкое название польского города Освенцим) начинается строительство огромного завода по производству синтетического каучука.

Строит концерн I.G. Farbenindustrie AG, на собственные деньги. Дармовой рабочей силы навалом, рядом протекают три реки, имеются хорошие подъездные пути.

К тому же Освенцим и предприятия вокруг него не бомбят, но вовсе не из соображений гуманизма — их инвесторами были американские капиталисты.

Завод построен, но ни одного килограмма каучука он так и не выдал, хотя постоянно расходовал прямо-таки чудовищное количество электричества. В I.G. Farben плакались: мы разорены, проект убыточный, требовали от властей компенсировать финансовые потери.

В общем, ломали комедию.

А в 1944 году, незадолго до того, как Освенцим освободила Красная армия, завод эвакуировали в неизвестном направлении.

Более чем странное предприятие, скорее всего, и было тем местом, где немцы обогащали уран, да и до приисков от него было рукой подать.

Статистика производства металлического урана в Германии (фирма «Дегусса», Франкфурт) в период войны:

1940 г. — 280,6 кг (в лаборатории)

1941 г. — 2459,8 кг (на заводе)

1942 г. — 5601,7 кг (на заводе)

1943 г. — 3762,1 кг (на заводе)

1944 г. — 710,8 кг (на заводе)

В 1944 году компания начала производство металлического урана в Берлин-Грюнау

декабрь 1944 г. — 224 кг

январь 1945 г. — 376 кг

февраль 1945 г. — 286 кг

РАЗРАБОТКА

До 1942 года нигде в мире не было лучшей технологии обогащения урана, чем в рейхе.

Около 70 немецких учёных, занятых ядерными исследованиями, начали работы по разделению изотопов урана методом центрифугирования.

Несколько групп исследователей выполнили предварительные опыты с урановым "котлом". Это показало, что запуск реактора - лишь вопрос времени и ресурсов.

Немецкие учёные работали в режиме секретности под руководством рейхсминистра почты Вильгельма Онезорге. Он был ярым сторонникомисследований в области ядерной физики и курировал исследовательский центр в Мирсдорфе под Берлином - "Ведомство по особым физическим вопросам".

Онезорге заключил договор с учёным Манфредом фон Арденне, который слыл блестящим экспериментатором. К работе подключился руководимый им научный центр в берлинском районе Лихтерфельде.

Выделять изотопы урана и тем самым добывать "начинку" для атомной бомбы - это и был путь создания "чудо-оружия". Для этого нужен ядерный реактор.

Недалеко от Берлина существовали экспериментальные установки рейхсминистерства почты, на которых можно было получать уран-235.

Проблема заключалась в том, что за час работы установки можно было получить приблизительно 0,1 грамма урана, за десять рабочих часов в день, на трёх установках - 3 грамма. За год свыше 300 граммов. Этого было недостаточно для создания атомной бомбы.

Тогда немецкие атомщики пришли к идее ядерного взрыва малой мощности. Критическую массу можно было снизить путем сочетания расщепления ядра с ядерным синтезом.

При применении подобных хитростей можно было изготовить боеспособную бомбу, для которой потребовалось бы лишь несколько сот граммов высокообогащенного атомного вещества.

Уран-235 можно было обогатить и обратить в плутоний…

В августе 1941г.авторитетный атомщик Хоутерманс написал статью «К вопросу о начале цепной реакции деления ядер» где он первым из немецких ученых подробно описал цепную реакцию под действием быстрых нейтронов, а также рассчитал критическую массу U-235, то есть наименьшую массу, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция (от 10 до 100кг. американцы пришли к тем же примерно цифрам лишь в ноябре 1941-го).

Но в первую очередь его интересовал плутоний, использование кото-ого делало ненужным разделение изотопов урана.

УРАН И ПЛУТОНИЙ

Как известно, использование атомной энергии человеком началось с урана -235, который был и остается важнейшим видом ядерного горючего. Можно было бы иметь гору природного урана, но не использовать нисколько заключенной в нем энергии, если бы в нем не содержался делящийся изотоп уран -235. Этот изотоп хорошо делится нейтронами любых энергий. Однако в природном металле его очень маловсего 0,7%.

Остальные 99,3% составляет изотоп уран -238, который делится только быстрыми нейтронами. Зато уран -238 отлично поглощает промежуточные нейтроны с энергией от 1 до 10 эв.

И тут начинаются чудеса.

Если с помощью замедлителя графита, тяжелой или обычной воды и других веществ замедлить до этой энергии выбрасываемые при делении ядер изотопа урана -235 быстрые нейтроны, то, захватив такой медленный нейтрон, ядро атома урана -238 приходит в сильно возбужденное состояние и, распадаясь, превращается в конечном итоге в плутоний, период полураспада которого равен уже 24,40 года.

Самое замечательное то, что он становится как бы двойником урана -235 также делится и быстрыми и медленными нейтронами.

А это позволяет в ходе выгорания урана -235 одновременно превратить малую толику практически неделящегося урана -238 в делящийся плутоний -239.

Параллельной программой исследований руководил военный инженер Курт Дибнер под наблюдением выдающегося немецкого физика Вальтера Герлаха, руководителя германского "Уранового клуба" .

Главным теоретиком Uranverein являлся Вернер Гейзенберг.

К 1944 году в работах по созданию атомной бомбы участвовали также Управление по вооружению (Heereswaffe-namt) и СС.

ГЕЙНЗБЕРГ

В начале апреля 1941г. состоялось очередное совещание ведущих ядерщиков Германии.На совещании докладывал Гейзенберг как научный руководитель Уранового проекта.

Гейзенберг доходчиво изложил содержание понятия «ядерные превращения», остановился на перспективах, подчеркнув, что «исследования за предыдущие три года не дали возможности высвободить для технических целей то большое количество энергии, которое сосредоточено в атомном ядре».

Были предложены варианты применения атомной энергии и обсуждена перспектива получения взрывчатого вещества.

О путях извлечения урана-235 он сказал, что «еще не достигнут окончательный прогресс»; о плутониевом варианте — следующие слова:

«Я хотел бы в этом месте упомянуть, что по положительным результатам, полученным в последнее время, кажется, не исключается, что сооружение уранового реактора и способ, указанный Вайцзеккером, однажды могут привести к получению взрывчатого вещества, которое превзойдет по своему действию все известные до сих пор в миллион раз».

Доклад произвел сильное впечатление.

Фельдмаршал Мильх сказал:

«Скажите, профессор, каков будет примерный размер бомбы, способной уничтожить миллионный город?

Дело в том, что в. отместку за бомбардировку Кёльна неплохо было бы стереть с лица земли Лондон. Одно меня тревожит: сможет ли наш бомбардировщик поднять громадную бомбу?»

Гейнзберг:

«Она будет не больше ананаса»

Эти слова вызывают восторженный и тревожный ропот в зале.

Мильх спрашивает снова:

«А наши враги тоже работают над этим оружием?»

Гейзенберг:

«... Необходимо, если воина с Америкой продлится еще много лет, считаться с тем, что техническая реализация энергии атомного ядра однажды может сыграть решающую военную роль.»

Мильх сказал:

«Ну, до этого мы разобьем их всех наголову. Теперь скажите, профессор, когда Германия получит обещанное вами новое оружие?»

Гейзенберг сказал:

«Нужно учесть ограниченность экономических возможностей. Германии... До сих пор не найдено эффективных способов разделения изотопов урана... Создание самоподдерживающейся реакции упирается в проблему чистого металлического урана и особенно тяжелой воды. Нет, нет, о бомбе в ближайшие месяцы и думать нечего, для изготовления атомной бомбы потребуются годы!»

Такая неопределенность не устраивала Шпеера: он вынудил Гейзенберга точнее высказаться о сроках.

Гейзенберг ответил, что научное решение не будет трудным, но решение производственно-технических проблем должно занять не менее двух лет, и то при условии, если каждое требование ученых будет выполняться.

С такой перспективой можно было согласиться, ибо срок был невелик.

ИНЫЕ ОЦЕНКИ

В своем первом письме руководителям ядерных разработок начальник отдела ядерной физики имперского исследовательского совета А. Эзау писал:

«После того как работы, проводившиеся Управлением армейского вооружения, сдвинулись с места в принципиальном решении поставленной задачи, я вижу нынешнюю задачу в продолжении опытов и увеличении действенности опытных установок.

Принимая во внимание современное напряженное положение и достигнутые результаты, я буду вынужден, однако, потребовать еще большей целеустремленности, чем прежде...».

8 мая 1943 г. руководитель планового управления имперского исследовательского совета В. Озенберг в связи с получением соответствующих разведывательных, данных из США докладывал Герингу, что и в Германии проводится работа над созданием урановой бомбы.

В ОДНОМ ШАГЕ ОТ БОМБЫ

В конце мая 1944г. профессор Герлах кратко пометил в служебном отчете:

«Вопрос производства ядерной энергии отличным от расщепления урана путем решается на самой широкой основе». Короче говоря в лаборатории Дибнера готовились к термоядерному синтезу.»

Подробности работы сохранил лишь шестистраничный отчет—«Опыты возбуждения ядерных реакций с помощью взрывов»

Он в итоге выглядел так:

«На полигоне войск СС в Куммерсдорфе было проведено несколько опытов по инициированию термоядерных реакций посредством подрыва кумулятивных зарядов обычного взрывчатого вещества.

В последнем полый серебряный шар диаметром 5см. наполнили тяжелым водородом и обложили со всех сторон взрывчаткой. Серебро должно было сохранить следы радиоактивного излучения, вызванного термоядерными реакциями.

Взрывчатка воспламенялась одновременно с разных сторон. Серебряный шар под действием взрыва сжимался со скоростью 2500м/с. температура и давление достигали громадных величин. Опыт несколько раз, но следов радиоактивного излучения так и не обнаружили.»

Впоследствии специалисты, оценивая опыт, считали, что размеры шара были слишком малы.

ДАЖЕ СКЕПТИК БОР ЗНАЛ ЧТО ГОВОРИЛ

Нильс Бор,не веривший в создание бомбы,после того как эмигрировал в Англию написал Гейзенбергу письмо….оно так и не было доставлено адресату,но говорило о многом.

«Дорогой Гейзенберг … я помню каждое слово наших бесед… вы в туманных выражениях сообщили: под вашим руководством в Германии делается все для того, чтобы создать атомную бомбу»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Немецкий урановый проект шел полным ходом….и то что якобы он не был приоритетом у немцев—всего лишь миф

maxpark.com

Плутоний. Описание плутония. Свойства плутония

Описание плутония

Плутоний (Plutonium) представляет собой тяжелый химический элемент серебристого цвета, радиоактивный металл с атомным числом 94, который в периодической таблице Менделеева обозначается символом Pu.

Данный электроотрицательный активный химический элемент относится к группе актиноидов с атомной массой 244,0642, и, как и нептуний, который получил свое название в честь одноименной планеты, своим названием этот химический обязан планете Плутон, поскольку предшественниками радиоактивного элемента в периодической таблице химических элементов Менделеева является уран и нептуний, которые также были названы в честь далеких космических планет нашей Галактики.

Происхождение плутония

Элемент плутоний впервые был открыт в 1940 году в Калифорнийском Университете группой ученых-радиологов и научных исследователей Г. Сиборгом, Э. Макмилланом, Кеннеди, А. Уолхом при бомбардировании урановой мишени из циклотрона дейтронами —  ядрами тяжелого водорода.

В декабре того же года учеными был открыт изотоп плутония – Pu-238, период полураспада которого составляет более 90 лет, при этом было установлено, что под воздействием сложнейших ядерных химических реакций изначально получается изотоп нептуний-238, после чего уже происходит образование изотопа плутония-238.

В начале 1941 года ученые открыли плутоний 239 с периодом распада в 25 000 лет. Изотопы плутония могут иметь различное содержание нейтронов в ядре.

Чистое соединение элемента смогли получить только в конце 1942. Каждый раз, когда ученые-радиологи открывали новый изотоп, они всегда измеряли время периодов полураспада изотопов.

В настоящий момент изотопы плутония, которых всего насчитывается 15, отличаются по времени продолжительности периода полураспада. Именно с этим элементом связаны большие надежды, перспективы, но и в тот же момент, серьезные опасения человечества.

Плутоний имеет значительно большую активность, чем, к примеру, уран и принадлежит к самым дорогостоящим технически важным и значимым веществам химической природы.

К примеру, стоимость грамма плутония в несколько раз больше цены одного грама платина, золота, серебра или других не менее ценных металлов.

Производство, добыча плутония считается затратной, а стоимость одного грамма металла в наше время уверенно держится на отметке в 4000 американских долларов.

Как получают плутоний? Производство плутония

Производство химического элемента происходит в атомных реакторах, внутри которых уран расщепляется под воздействием сложных химическо-технологических взаимосвязанных процессов.

Уран и плутоний являются главными, основными компонентами при производстве атомного (ядерного) горючего.

При необходимости получения большого количества радиоактивного элемента применяют метод облучения трансурановых элементов, которые можно получить из отработанного атомного топлива и облучения урана. Протекание сложных химических реакций позволяет отделить металл от урана.

Чтобы получить изотопы, а именно плутоний-238 и оружейный плутоний-239, которые представляют собой промежуточные продукты распада, используют облучение нептуния-237 нейтронами.

Ничтожно малую часть плутония-244, который является самым «долгоживущим» вариантом изотопа, по причине его длительного периода полураспада, обнаружили при исследованиях в цериевой руде, которая, скорее всего, сохранилась с момента формирования нашей Планеты Земля. В естественном виде в природе данный радиоактивный элемент не встречается.

Основные физические свойства и характеристики плутония

Плутоний — довольно тяжелый радиоактивный химический элемент серебристого цвета, который блестит только в очищенном виде. Атомная масса металла плутоний равна 244 а. е. м.

По причине своей высокой радиоактивности данный элемент теплый на ощупь, может разогреться до температуры, которая превышает температурный показатель при кипении воды.

Плутоний, под воздействием атомов кислорода быстро темнеет и покрывается радужной тонкой пленочкой изначально светло-желтого, а затем насыщенного красно—коричневого или бурого оттенка.

При сильном окислении происходит образование на поверхности элемента изумрудно—желтого порошка PuO2. Данный вид химического металла подвержен сильным процессам окисления и воздействия коррозии даже при незначительном уровне влажности.

Чтобы предотвратить коррозирование и оксидировании поверхности металла, необходима сушильная печь. Фото плутония можно посмотреть ниже.

Плутоний относится к четырехвалентным химическим металлам, хорошо и быстро растворяется в йодистоводородных веществах, кислых средах, к примеру, в азотной, хлорной, соляной кислотах.

Соли металла быстро нейтрализуются в средах с нейтральной реакцией, щелочных растворах, при этом образовывая нерастворимый гидрооксид плутония.

Температура, при которой происходит плавление плутония равна 641 градусам Цельсия, температура кипения – 3230 градусов.

Под воздействием высоких температурных режимов происходят неестественные изменения плотности металла. В твердом виде плутоний обладает различными фазами, имеет шесть кристаллических структур.

При переходе между фазами происходят значительные изменения объемах элемента. Наиболее плотную форму элемент приобретает в шестой альфа-фазе (последняя стадия перехода), при этом тяжелее металла в этом состоянии бывает только иридий, платина, нептуний, радий.

При расплавлении происходит сильное сжатие элемента, поэтому металл может держаться на поверхности воды и других неагрессивных жидких сред.

Несмотря на то, что данный радиоактивный элемент принадлежит к группе химических металлов, элемент довольно летуч, и при нахождении в закрытом пространстве за непродолжительный период времени увеличивается и возрастает в несколько раз его концентрация в воздухе.

К основным физическим свойствам металла можно отнести: невысокую степень, уровень теплопроводности из всех существующих и известных химических элементов, низкий уровень электропроводности, в жидком состоянии плутоний относится к одним из наиболее вязких металлов.

Стоит отметить, что любые соединения плутония относятся к токсичным, ядовитым и представляют серьезную опасность облучения для человеческого организма, которое происходит по причине активного альфа-излучения, поэтому все работы нужно выполнять предельно внимательно и только в специальных костюмах с химической защитой.

Больше о свойствах, теориях происхождения уникального металла можно прочитать в книге Обручева «Плутония». Автор В.А. Обручев приглашает читателей окунуться в удивительный и уникальный мир фантастической страны Плутония, которая расположена в глубине недр Земли.

Применение плутония

Промышленный химический элемент принято классифицировать на оружейный и реакторный («энергетический») плутоний.

Так, для производства ядерного вооружения из всех существующих изотопов допустимо применять только плутоний 239, в котором не должно быть более 4.5% плутония 240, так как он подвержен самопроизвольному делению, что значительно затрудняет изготовление боевых снарядов.

Плутоний-238 находит применение для функционирования малогабаритных радиоизотопных источников электрической энергии, к примеру, в качестве источника энергии для космической техники.

Несколько десятилетий тому назад плутоний применяли в медицине в кардиостимуляторах (приборы для поддержания сердечного ритма).

Первая атомная бомба, созданная в мире, имела плутониевый заряд. Ядерный плутоний  (Pu 239) востребован как ядерное топливо для обеспечения функционирования энергетических реакторов. Также этот изотоп служит источником для получения в реакторах трансплутониевых элементов.

Если провести сравнение ядерного плутония с чистым металлом, изотоп обладает более высокими металлическими параметрами, не имеет фаз перехода, поэтому его широко используют в процессе получения элементов топлива.

Оксиды изотопа Плутония 242 также востребованы как источник питания для космических летальных агрегатов, техники, в ТВЭЛах.

Оружейный плутоний – это элемент, который представлен в виде компактного металла, в котором содержится не меньше 93% изотопа Pu239.

Данный вид радиоактивного металла применяют про производстве различных видов ядерного оружения.

Получают оружейный плутоний в специализированных промышленных атомных реакторах, которые функционируют на природном или на низкообогащенном уране, в результате захвата им нейтронов.

tvoi-uvelirr.ru

Интегральный быстрый реактор

Интегральный быстрый реактор

    Интегральный быстрый реактор (ИБР) не просто новый тип реактора, это новый топливный цикл. Интегральный быстрый реактор − реактор на быстрых нейтронах без замедлителя. В нем есть только активная зона и отсутствует бланкет.    В ИБР используется металлическое топливо − сплав урана и плутония.     В его топливном цикле используется восстановление топлива непосредственно в самом реакторе с помощью пиропроцессинга*. В пиропроцессинге на ИБР практически чистый уран собирается на твердом катоде, а смесь плутония, америция, нептуния, кюрия, урана и некоторые продукты деления собираются на жидкий кадмиевый катод, плавающий в соли электролита. Остальные продукты деления собираются в соли электролита и в слое кадмия.     Интегральный быстрый реактор охлаждается жидким натрием или свинцом. Производство металлического топлива проще и дешевле, чем керамического. Металлическое топливо делает выбор пиропроцесса естественным. У металлического топлива лучшая теплопроводность теплоемкость, чем у оксидного Топливом служит сплав урана и плутония.     Первоначальная закладка в интегральный быстрый реактор должна содержать больше делящихся под действием тепловых нейтронов изотопов (>20%), чем в реактор на тепловых нейтронах. Это могут быть сильно обогащенные уран или плутоний, списанное ядерное оружие и т.п. За время работы реактор преобразует неделящиеся под действием тепловых нейтронов материалы(фертильные) в делящиеся. Фертильными материалами быстром реакторе могут быть обедненный уран (в основном U-238) природный уран, торий или уран переработанный из облученного топлива обычного водяного реактора.    Топливо содержится в стальной оболочке с жидким натрием, расположенным между топливом и оболочкой. Свободное пространство над топливом позволяет гелию и радиоактивному ксенону свободно собираться без существенного увеличения давления внутри топливного элемента и позволяет топливу расширятся не повреждая оболочки реактора.     Преимущество свинца по сравнению с натрием заключается в его химической инертности, в особенности по отношению в воде или воздуху. С другой стороны, свинец гораздо более вязок, что затрудняет его перекачку. Кроме того, в нем содержатся активируемые нейтронами изотопы, которых практически отсутствуют в натрии.   Контуры охлаждения сконструированы таким образом, что позволяют передачу тепла конвекцией. Так что при потере питания насосами или неожиданной остановки реактор, тепло вокруг активной зоны будет достаточно для циркуляции охладителя.     В ИБР делящиеся изотопы не разделяются с изотопами плутония, а также с продуктами деления и поэтому использование такого процесса для производства оружия практически невозможно. Кроме того плутоний не извлекается из реактора, что делает его несанкционированное использование нереальным. После того, как актиниды (уран, плутоний и минорные актиниды) переработаны, остаются отходы − продукты деления Sm-151 с периодом полураспада 90 л или долгоживущие как Tc-99 с периодом полураспада 211000 л и более.    Отходы ИБР либо имеют малые периоды полураспада, либо очень большие, что означает, что они слабо радиоактивны. Общее количество отходов ИБР составляет 1/20 от переработанного топлива (которое обычно считается отходами) реакторов на тепловых нейтронах с той же мощностью. 70% продуктов деления либо стабильны, либо имеют периоды полураспада около года. Технеций-99 и иод-129, которых 6% в в продуктах деления имеют очень большие периоды полураспада, но могут быть трансмутированы в реакторе в изотопы с малыми периодами полураспада (15.46 с и 12.36 ч) поглощением нейтронов в реакторе. Цирконий-93 (5% в отходах) может быть переработаны в оболочки для топлива, где радиоактивность не имеет значения. Остальные компоненты отходов менее радиоактивны, чем естественный уран.     В ИБР используется топливный цикл на два порядка более эффективный, в части использования топлива, по сравнению с традиционными циклами в реакторах на медленных нейтронах,  препятствующий распространению ядерного оружия, минимизирующий высокоактивные отходы, более того, использующий некоторые отходы как топливо.      В ИБР топливо и оболочка сконструирована так, что при повышении температуры и их расширении все больше нейтронов покидают активную зону, уменьшая интенсивность цепной реакции. То есть работает отрицательный коэффициент реактивности. В ИБР этот эффект настолько силен, что способен остановить цепную реакцию без вмешательства операторов

* Пиропрцессинг ‒ высокотемпературный метод электролитической переработки ОЯТ. По сравнению с гидрометаллургическим методом (например PUREX), пиропроцессинг используется непосредственно на реакторе. Растворителями являются расплавленные соли (например, LiCl + KCl или LiF + CaF2) и расплавленные металлы (например, кадмий, висмут, магний), а не вода и органические соединения. В пиропроцессинге извлечение урана, а также плутония и минорных актинидов происходит одновременно и они могут тут же использоваться как топливо. Объем отходов при этом меньше и в них содержатся в основном продукты деления. Пиропрцессинг используется в ИБР и реакторах с расплавленными солями.

 

nuclphys.sinp.msu.ru

откуда добывают уран и плутоний?

а спросите у зеков которые выжили

Из руды, которая скрывается в НЕДРАХ Земли !

Есть урановые родники. Там сидят и добывают уран самые страшные преступники - у них нет будущего, поэтому они работают там, откуда живым выйти нельзя.

Уран из руды, потом обогащают, ну а плутон - производное урана, в чистом виде в природе его не существует.

о! сложный вопрос отуда-то добывают))

10 стран, ответственных за 94 % мировой добычи урана<img src="//content.foto.my.mail.ru/inbox/hohol.77/_answers/i-24.jpg" >

Ты что с луны свалилась. Конечно уран на Уране а плутон на Плутоне.

Уран из руды, а плутоний вроде в реакторе получают

touch.otvet.mail.ru

Популярная библиотека химических элементов. Раритетные издания. Наука и техника

Плутоний

94

Pu

2 8 24 32 18 8 2
ПЛУТОНИЙ
[244]
5f67s2

С элементом №94 связаны очень большие надежды и очень большие опасения человечества. Это самый дорогой из технически важных металлов – он намного дороже серебра, золота и платины. Он поистине драгоценен.

Предыстория и история

...Вначале были протоны – галактический водород. В результате его сжатия и последовавших затем ядерных реакций образовались самые невероятные «слитки» нуклонов. Среди них, этих «слитков», были, по-видимому, и содержащие по 94 протона. Оценки теоретиков позволяют считать, что около 100 нуклонных образований, в состав которых входят 94 протона и от 107 до 206 нейтронов, настолько стабильны, что их можно считать ядрами изотопов элемента №94.

Но все эти изотопы – гипотетические и реальные – не настолько стабильны, чтобы сохраниться до наших дней с момента образования элементов солнечной системы. Период полураспада самого долгоживущего изотопа элемента №94 – 75 млн лет. Возраст Галактики измеряется миллиардами лет. Следовательно, у «первородного» плутония не было шансов дожить до наших дней. Если он и образовывался при великом синтезе элементов Вселенной, то те давние его атомы давно «вымерли», подобно тому как вымерли динозавры и мамонты.

В XX в. новой эры, нашей эры, этот элемент был воссоздан. Из 100 возможных изотопов плутония синтезированы 25. У 15 из них изучены ядерные свойства. Четыре нашли практическое применение. А открыли его совсем недавно. В декабре 1940 г. при облучении урана ядрами тяжелого водорода группа американских радиохимиков во главе с Гленном Т. Сиборгом обнаружила неизвестный прежде излучатель альфа-частиц с периодом полураспада 90 лет. Этим излучателем оказался изотоп элемента №94 с массовым числом 238. В том же году, но несколькими месяцами раньше Э.М. Макмиллан и Ф. Эйбельсон получили первый элемент, более тяжелый, чем уран, – элемент №93. Этот элемент назвали нептунием, а 94-й – плутонием. Историк определенно скажет, что названия эти берут начало в римской мифологии, но в сущности происхождение этих названий скорее не мифологическое, а астрономическое.

Элементы №92 и 93 названы в честь далеких планет солнечной системы – Урана и Нептуна, но и Нептун в солнечной системе – не последний, еще дальше пролегает орбита Плутона – планеты, о которой до сих пор почти ничего не известно... Подобное же построение наблюдаем и на «левом фланге» менделеевской таблицы: uranium – neptunium – plutonium, однако о плутонии человечество знает намного больше, чем о Плутоне. Кстати, Плутон астрономы открыли всего за десять лет до синтеза плутония – почти такой же отрезок времени разделял открытия Урана – планеты и урана – элемента.

Загадки для шифровальщиков

Первый изотоп элемента №94 – плутоний-238 в наши дни нашел практическое применение. Но в начале 40-х годов об этом и не думали. Получать плутоний-238 в количествах, представляющих практический интерес, можно, только опираясь на мощную ядерную промышленность. В то время она лишь зарождалась. Но уже было ясно, что, освободив энергию, заключенную в ядрах тяжелых радиоактивных элементов, можно получить оружие невиданной прежде силы. Появился Манхэттенский проект, не имевший ничего, кроме названия, общего с известным районом Нью-Йорка. Это было общее название всех работ, связанных с созданием в США первых атомных бомб. Руководителем Манхэттенского проекта был назначен не ученый, а военный – генерал Гровс, «ласково» величавший своих высокообразованных подопечных «битыми горшками».

Руководителей «проекта» плутоний-238 не интересовал. Его ядра, как, впрочем, ядра всех изотопов плутония с четными массовыми числами, нейтронами низких энергий* не делятся, поэтому он не мог служить ядерной взрывчаткой. Тем не менее первые не очень внятные сообщения об элементах №93 и 94 попали в печать лишь весной 1942 г.

* Нейтронами низких энергий мы называем нейтроны, энергия которых не превышает 10 кэВ. Нейтроны с энергией, измеряемой долями электронвольта, называются тепловыми, а самые медленные нейтроны – с энергией меньше 0,005 эВ – холодными. Если же энергия нейтрона больше 100 кэВ, то такой нейтрон считается уже быстрым.

Чем это объяснить? Физики понимали: синтез изотопов плутония с нечетными массовыми числами – дело времени, и недалекого. От нечетных изотопов ждали, что, подобно урану-235, они смогут поддерживать цепную ядерную реакцию. В них, еще не полученных, кое-кому виделась потенциальная ядерная взрывчатка. И эти надежды плутоний, к сожалению, оправдывал.

В шифровках того времени элемент №94 именовался не иначе, как... медью. А когда возникла необходимость в самой меди (как конструкционном материале для каких-то деталей), то в шифровках наряду с «медью» появилась «подлинная медь».

«Древо познания добра и зла»

В 1941 г. был открыт важнейший изотоп плутония – изотоп с массовым числом 239. И почти сразу же подтвердилось предсказание теоретиков: ядра плутония-239 делились тепловыми нейтронами. Более того, в процессе их деления рождалось не меньшее число нейтронов, чем при делении урана-235. Тотчас же были намечены пути получения этого изотопа в больших количествах...

Прошли годы. Теперь уже ни для кого не секрет, что ядерные бомбы, хранящиеся в арсеналах, начинены плутонием-239 и что их, этих бомб, достаточно, чтобы нанести непоправимый ущерб всему живому на Земле.

Распространено мнение, что с открытием цепной ядерной реакции (неизбежным следствием которого стало создание ядерной бомбы) человечество явно поторопилось. Можно думать по-другому или делать вид, что думаешь по-другому, – приятнее быть оптимистом. Но и перед оптимистами неизбежно встает вопрос об ответственности ученых. Мы помним триумфальный июньский день 1954 г., день, когда дала ток первая атомная электростанция в Обнинске. Но мы не можем забыть и августовское утро 1945 г. – «утро Хиросимы», «черный день Альберта Эйнштейна»... Помним первые послевоенные годы и безудержный атомный шантаж – основу американской политики тех лет. А разве мало тревог пережило человечество в последующие годы? Причем эти тревоги многократно усиливались сознанием, что, если вспыхнет новая мировая война, ядерное оружие будет пущено в ход.

Здесь можно попробовать доказать, что открытие плутония не прибавило человечеству опасений, что, напротив, оно было только полезно.

Допустим, случилось так, что по какой-то причине или, как сказали бы в старину, по воле божьей, плутоний оказался недоступен ученым. Разве уменьшились бы тогда наши страхи и опасения? Ничуть не бывало. Ядерные бомбы делали бы из урана-235 (и в не меньшем количестве, чем из плутония), и эти бомбы «съедали» бы еще большие, чем сейчас, части бюджетов.

Зато без плутония не существовало бы перспективы мирного использования ядерной энергии в больших масштабах. Для «мирного атома» просто не хватило бы урана-235. Зло, нанесенное человечеству открытием ядерной энергии, не уравновешивалось бы, пусть даже частично, достижениями «доброго атома».

Как измерить, с чем сравнить

Когда ядро плутония-239 делится нейтронами на два осколка примерно равной массы, выделяется около 200 МэВ энергии. Это в 50 млн раз больше энергии, освобождающейся в самой известной экзотермической реакции C + O2 = CO2. «Сгорая» в ядерном реакторе, грамм плутония дает 2·107 ккал. Чтобы не нарушать традиции (а в популярных статьях энергию ядерного горючего принято измерять внесистемными единицами – тоннами угля, бензина, тринитротолуола и т.д.), заметим и мы: это энергия, заключенная в 4 т угля. А в обычный наперсток помещается количество плутония, энергетически эквивалентное сорока вагонам хороших березовых дров.

Такая же энергия выделяется и при делении нейтронами ядер урана-235. Но основную массу природного урана (99,3%!) составляет изотоп 238U, который можно использовать, только превратив уран в плутоний...

Энергия камней

Оценим энергетические ресурсы, заключенные в природных запасах урана.

Уран – рассеянный элемент, и практически он есть всюду. Каждому, кто побывал, к примеру, в Карелии, наверняка запомнились гранитные валуны и прибрежные скалы. Но мало кто знает, что в тонне гранита до 25 г урана. Граниты составляют почти 20% веса земной коры. Если считать только уран-235, то в тонне гранита заключено 3,5·105 ккал энергии. Это очень много, но...

На переработку гранита и извлечение из него урана нужно затратить еще большее количество энергии – порядка 106...107 ккал/т. Вот если бы удалось в качестве источника энергии использовать не только уран-235, а и уран-238, тогда гранит можно было бы рассматривать хотя бы как потенциальное энергетическое сырье. Тогда энергия, полученная из тонны камня, составила бы уже от 8·107 до 5·108 ккал. Это равноценно 16...100 т угля. И в этом случае гранит мог бы дать людям почти в миллион раз больше энергии, чем все запасы химического топлива на Земле.

Но ядра урана-238 нейтронами не делятся. Для атомной энергетики этот изотоп бесполезен. Точнее, был бы бесполезен, если бы его не удалось превратить в плутоний-239. И что особенно важно: на это ядерное превращение практически не нужно тратить энергию – напротив, в этом процессе энергия производится!

Попробуем разобраться, как это происходит, но вначале несколько слов о природном плутонии.

В 400 тысяч раз меньше, чем радия

Уже говорилось, что изотопы плутония не сохранились со времени синтеза элементов при образовании нашей планеты. Но это не означает, что плутония в Земле нет.

Он все время образуется в урановых рудах. Захватывая нейтроны космического излучения и нейтроны, образующиеся при самопроизвольном (спонтанном) делении ядер урана-238, некоторые – очень немногие – атомы этого изотопа превращаются в атомы урана-239. Эти ядра очень нестабильны, они испускают электроны и тем самым повышают свой заряд. Образуется нептуний – первый трансурановый элемент. Нептуний-239 тоже весьма неустойчив, и его ядра испускают электроны. Всего за 56 часов половина нептуния-239 превращается в плутоний-239, период полураспада которого уже достаточно велик – 24 тыс. лет.

Почему не добывают плутоний из урановых руд? Мала, слишком мала концентрация. «В грамм добыча – в год труды» – это о радии, а плутония в рудах содержится в 400 тыс. раз меньше, чем радия. Поэтому не только добыть – даже обнаружить «земной» плутоний необыкновенно трудно. Сделать это удалось только после того, как были изучены физические и химические свойства плутония, полученного в атомных реакторах.

Когда 2,70 >> 2,23

Накапливают плутоний в ядерных реакторах. В мощных потоках нейтронов происходит та же реакция, что и в урановых рудах, но скорость образования и накопления плутония в реакторе намного выше – в миллиард миллиардов раз. Для реакции превращения балластного урана-238 в энергетический плутоний-239 создаются оптимальные (в пределах допустимого) условия.

Если реактор работает на тепловых нейтронах (напомним, что их скорость – порядка 2000 м в секунду, а энергия – доли электронвольта), то из естественной смеси изотопов урана получают количество плутония, немногим меньшее, чем количество «выгоревшего» урана-235. Немногим, но меньшее, плюс неизбежные потери плутония при химическом выделении его из облученного урана. К тому же цепная ядерная реакция поддерживается в природной смеси изотопов урана только до тех пор, пока не израсходована незначительная доля урана-235. Отсюда закономерен вывод: «тепловой» реактор на естественном уране – основной тип ныне действующих реакторов – не может обеспечить расширенного воспроизводства ядерного горючего. Но что же тогда перспективно? Для ответа на этот вопрос сравним ход цепной ядерной реакции в уране-235 и плутонии-239 и введем в наши рассуждения еще одно физическое понятие.

Важнейшая характеристика любого ядерного горючего – среднее число нейтронов, испускаемых после того, как ядро захватило один нейтрон. Физики называют его эта-числом и обозначают греческой буквой η. В «тепловых» реакторах на уране наблюдается такая закономерность: каждый нейтрон порождает в среднем 2,08 нейтрона (η = 2,08). Помещенный в такой реактор плутоний под действием тепловых нейтронов дает η = 2,03. Но есть еще реакторы, работающие на быстрых нейтронах. Естественную смесь изотопов урана в такой реактор загружать бесполезно: цепная реакция не пойдет. Но если обогатить «сырье» ураном-235, она сможет развиваться и в «быстром» реакторе. При этом η будет равно уже 2,23. А плутоний, помещенный под обстрел быстрыми нейтронами, даст η, равное 2,70. В наше распоряжение поступит «лишних полнейтрона». И это совсем не мало.

Проследим, на что тратятся полученные нейтроны. В любом реакторе один нейтрон нужен для поддержания цепной ядерной реакции. 0,1 нейтрона поглощается конструктивными материалами установки. «Избыток» идет на накопление плутония-239. В одном случае «избыток» равен 1,13, в другом – 1,60. После «сгорания» килограмма плутония в «быстром» реакторе выделяется колоссальная энергия и накапливается 1,6 кг плутония. А уран и в «быстром» реакторе даст ту же энергию и 1,1 кг нового ядерного горючего. И в том и в другом случае налицо расширенное воспроизводство. Но нельзя забывать об экономике.

В силу ряда технических причин цикл воспроизводства плутония занимает несколько лет. Допустим, что пять лет. Значит, в год количество плутония увеличится только на 2%, если η = 2,23, и на 12%, если η = 2,7! Ядерное горючее – капитал, а всякий капитал должен давать, скажем, 5% годовых. В первом случае налицо большие убытки, а во втором – большая прибыль. Этот примитивный пример иллюстрирует «вес» каждой десятой числа η в ядерной энергетике.

Важно и другое. Ядерная энергетика должна поспевать за ростом потребности в энергии. Расчеты показывают: это условие выполнимо в будущем только тогда, когда η приближается к трем. Если же развитие ядерных энергетических источников будет отставать от потребностей общества в энергии, то останется два пути: либо «затормозить прогресс», либо брать энергию из каких-то других источников. Они известны: термоядерный синтез, энергия аннигиляции вещества и антивещества, но пока еще технически недоступны. И не известно, когда они будут реальными источниками энергии для человечества. А энергия тяжелых ядер уже давно стала для нас реальностью, и сегодня у плутония как главного «поставщика» энергии атома нет серьезных конкурентов, кроме, может быть, урана-233, о котором рассказано в статьях «Торий» и «Уран».

Сумма многих технологий

Когда в результате ядерных реакций в уране накопится необходимое количество плутония, его необходимо отделить не только от самого урана, но и от осколков деления – как урана, так и плутония, выгоревших в цепной ядерной реакции. Кроме того, в урано-плутониевой массе есть и некоторое количество нептуния. Сложнее всего отделить плутоний от нептуния и редкоземельных элементов (лантаноидов). Плутонию как химическому элементу в какой-то мере не повезло. С точки зрения химика, главный элемент ядерной энергетики – всего лишь один из четырнадцати актиноидов. Подобно редкоземельным элементам, все элементы актиниевого ряда очень близки между собой по химическим свойствам, строение внешних электронных оболочек атомов всех элементов от актиния до 103-го одинаково. Еще неприятнее, что химические свойства актиноидов подобны свойствам редкоземельных элементов, а среди осколков деления урана и плутония лантаноидов хоть отбавляй. Но зато 94-й элемент может находиться в пяти валентных состояниях, и это «подслащивает пилюлю» – помогает отделить плутоний и от урана, и от осколков деления.

Валентность плутония меняется от трех до семи. Химически наиболее стабильны (а следовательно, наиболее распространены и наиболее изучены) соединения четырехвалентного плутония.

Разделение близких по химическим свойствам актиноидов – урана, нептуния и плутония – может быть основано на разнице в свойствах их четырех- и шестивалентных соединений.

Нет нужды подробно описывать все стадии химического разделения плутония и урана. Обычно разделение их начинают с растворения урановых брусков в азотной кислоте, после чего содержащиеся в растворе уран, нептуний, плутоний и осколочные элементы «разлучают», применяя для этого уже традиционные радиохимические методы – соосаждение с носителями, экстракцию, ионный обмен и другие. Конечные плутонийсодержащие продукты этой многостадийной технологии – его двуокись PuO2 или фториды – PuF3 или PuF4. Их восстанавливают до металла парами бария, кальция или лития. Однако полученный в этих процессах плутоний не годится на роль конструкционного материала – тепловыделяющих элементов энергетических ядерных реакторов из него не сделать, заряда атомной бомбы не отлить. Почему? Температура плавления плутония – всего 640°C – вполне достижима.

При каких бы «ультращадящих» режимах ни отливали детали из чистого плутония, в отливках при затвердевании всегда появятся трещины. При 640°C твердеющий плутоний образует кубическую кристаллическую решетку. По мере уменьшения температуры плотность металла постепенно растет. Но вот температура достигла 480°C, и тут неожиданно плотность плутония резко падает. До причин этой аномалии докопались довольно быстро: при этой температуре атомы плутония перестраиваются в кристаллической решетке. Она становится тетрагональной и очень «рыхлой». Такой плутоний может плавать в собственном расплаве, как лед на воде.

Температура продолжает падать, вот она достигла 451°C, и атомы снова образовали кубическую решетку, но расположились на большем, чем в первом случае, расстоянии друг от друга. При дальнейшем охлаждении решетка становится сначала орторомбической, затем моноклинной. Всего плутоний образует шесть различных кристаллических форм! Две из них отличаются замечательным свойством – отрицательным коэффициентом температурного расширения: с ростом температуры металл не расширяется, а сжимается.

Когда температура достигает 122°C и атомы плутония в шестой раз перестраивают свои ряды, плотность меняется особенно сильно – от 17,77 до 19,82 г/см3. Больше, чем на 10%! Соответственно уменьшается объем слитка. Если против напряжений, возникавших на других переходах, металл еще мог устоять, то в этот момент разрушение неизбежно.

Как же тогда изготовить детали из этого удивительного металла? Металлурги легируют плутоний (добавляют в него незначительные количества нужных элементов) и получают отливки без единой трещины. Из них и делают плутониевые заряды ядерных бомб. Вес заряда (он определяется прежде всего критической массой изотопа) 5...6 кг. Он без труда поместился бы в кубике с размером ребра 10 см.

Тяжелые изотопы

В плутонии-239 в незначительном количестве содержатся и высшие изотопы этого элемента – с массовыми числами 240 и 241. Изотоп 240Pu практически бесполезен – этот балласт в плутонии. Из 241-го получают америций – элемент №95. В чистом виде, без примеси других изотопов, длутоний-240 и плутоний-241 можно получить при электромагнитном разделении плутония, накопленного в реакторе. Перед этим плутоний дополнительно облучают нейтронными потоками со строго определенными характеристиками. Конечно, все это очень сложно, тем более что плутоний не только радиоактивен, но и весьма токсичен. Работа с ним требует исключительной осторожности.

Один из самых интересных изотопов плутония – 242Pu можно получить, облучая длительное время 239Pu в потоках нейтронов. 242Pu очень редко захватывает нейтроны и потому «выгорает» в реакторе медленнее остальных изотопов; он сохраняется и после того, как остальные изотопы плутония почти полностью перешли в осколки или превратились в плутоний-242.

Плутоний-242 важен как «сырье» для сравнительно быстрого накопления высших трансурановых элементов в ядерных реакторах. Если в обычном реакторе облучать плутоний-239, то на накопление из граммов плутония микрограммовых количеств, к примеру, калифорния-251 потребуется около 20 лет.

Можно сократить время накопления высших изотопов, увеличив интенсивность потока нейтронов в реакторе. Так и делают, но тогда нельзя облучать большое количество плутония-239. Ведь этот изотоп делится нейтронами, и в интенсивных потоках выделяется слишком много энергии. Возникают дополнительные сложности с охлаждением контейнера и реактора. Чтобы избежать этих сложностей, пришлось бы уменьшить количество облучаемого плутония. Следовательно, выход калифорния стал бы снова мизерным. Замкнутый круг!

Плутоний-242 тепловыми нейтронами не делится, его и в больших количествах можно облучать в интенсивных нейтронных потоках... Поэтому в реакторах из этого изотопа «делают» и накапливают в весовых количествах все элементы от калифорния до эйнштейния.

Не самый тяжелый, но самый долгоживущий

Всякий раз, когда учеными удавалось получить новый изотоп плутония, измеряли период полураспада его ядер. Периоды полураспада изотопов тяжелых радиоактивных ядер с четными массовыми числами меняются закономерно. (Этого нельзя сказать о нечетных изотопах.)

Рис. 8. Периоды полураспада некоторых изотопов плутония

Посмотрите на график, где отражена зависимость периода полураспада четных изотопов плутония от массового числа. С увеличением массы растет и «время жизни» изотопа. Несколько лет назад высшей точки этого графика был плутоний-242. А дальше как пойдет эта кривая – с дальнейшим ростом массового числа? В точку 1, которая соответствует времени жизни 30 млн, лет, или в точку 2, которая отвечает уже 300 млн лет? Ответ на этот вопрос был очень важен для наук о Земле. В первом случае, если бы 5 млрд лет назад Земля целиком состояла из 244Pu, сейчас во всей массе Земли остался бы только один атом плутония-244. Если же верно второе предположение, то плутоний-244 может быть в Земле в таких концентрациях, которые уже можно было бы обнаружить. Если бы посчастливилось найти в Земле этот изотоп, наука получила бы ценнейшую информацию о процессах, происходивших при формировании нашей планеты.

Несколько лет назад перед учеными встал вопрос: стоит ли пытаться найти тяжелый плутоний в Земле? Для ответа на него нужно было прежде всего определить период полураспада плутония-244. Теоретики не могли рассчитать эту величину с нужной точностью. Вся надежда была только на эксперимент.

Плутоний-244 накопили в ядерном реакторе. Облучали элемент №95 – америций (изотоп 243Am). Захватив нейтрон, этот изотоп переходил в америций-244; америций-244 в одном из 10 тыс. случаев переходил в плутоний-244.

Из смеси америция с кюрием выделили препарат плутония-244. Образец весил всего несколько миллионных долей грамма. Но их хватило для того чтобы определить период полураспада этого интереснейшего изотопа. Он оказался равным 75 млн лет. Позже другие исследователи уточнили период полураспада плутония-244, но ненамного – 82,8 млн лет. В 1971 г. следы этого изотопа нашли в редкоземельном минерале бастнезите.

Много попыток предпринимали ученые, чтобы найти изотоп трансуранового элемента, живущий дольше, чем 244Pu. Но все попытки остались тщетными. Одно время возлагали надежды на кюрий-247, но после того, как этот изотоп был накоплен в реакторе, выяснилось, что его период полураспада всего 14 млн лет. Побить рекорд плутония-244 не удалось, – это самый долгоживущий из всех изотопов трансурановых элементов.

Еще более тяжелые изотопы плутония подвержены бета-распаду, и их время жизни лежит в интервале от нескольких дней до нескольких десятых секунды. Мы знаем наверное, что в термоядерных взрывах образуются все изотопы плутония, вплоть до 257Pu. Но их время жизни – десятые доли секунды, и изучить многие короткоживущие изотопы плутония пока не удалось.

Возможности первого изотопа

И напоследок – о плутонии-238 – самом первом из «рукотворных» изотопов плутония, изотопе, который вначале казался бесперспективным. В действительности это очень интересный изотоп. Он подвержен альфа-распаду, т.е. его ядра самопроизвольно испускают альфа-частицы – ядра гелия. Альфа-частицы, порожденные ядрами плутония-238, несут большую энергию; рассеявшись в веществе, эта энергия превращается в тепло. Как велика эта энергия? Шесть миллионов электрон-вольт освобождается при распаде одного атомного ядра плутония-238. В химической реакции та же энергия выделяется при окислении нескольких миллионов атомов. В источнике электричества, содержащем один килограмм плутония-238, развивается тепловая мощность 560 ватт. Максимальная мощность такого же по массе химического источника тока – 5 ватт.

Существует немало излучателей с подобными энергетическими характеристиками, но одна особенность плутония-238 делает этот изотоп незаменимым. Обычно альфа-распад сопровождается сильным гамма-излучением, проникающим через большие толщи вещества. 238Pu – исключение. Энергия гамма-квантов, сопровождающих распад его ядер, невелика, защититься от нее несложно: излучение поглощается тонкостенным контейнером. Мала и вероятность самопроизвольного деления ядер этого изотопа. Поэтому он нашел применение не только в источниках тока, но и в медицине. Батарейки с плутонием-238 служат источником энергии в специальных стимуляторах сердечной деятельности.

Но 238Pu не самый легкий из известных изотопов элемента №94, получены изотопы плутония с массовыми числами от 232 до 237. Период полураспада самого легкого изотопа – 36 минут.

Плутоний – большая тема. Здесь рассказано главное из самого главного. Ведь уже стала стандартной фраза, что химия плутония изучена гораздо лучше, чем химия таких «старых» элементов, как железо. О ядерных свойствах плутония написаны целые книги. Металлургия плутония – еще один удивительный раздел человеческих знаний... Поэтому не нужно думать, что, прочитав этот рассказ, вы по-настоящему узнали плутоний – важнейший металл XX в.

 

• Америций

• Оглавление

Дата публикации:

14 октября 2003 года

n-t.ru

Уран и плутоний для бомбы. Неизвестный Сталин

Уран и плутоний для бомбы

От Фукса, и независимо от него также и от Понтекорво, в 1945 году были получены подробные описания и чертежи плутониевой бомбы того типа, которая была взорвана над Нагасаки. Но в СССР в это время производство плутония еще не начиналось. Небольшой экспериментальный реактор, который был построен в 1946 году в Лаборатории № 2, использовал трофейный уран. Промышленный реактор требовал 150 тонн урана. В конце 1945 года возобновили работу Яхимовские урановые рудники в Чехословакии, известные с начала века, и в Восточной Германии. Для эксплуатации немецких рудников в Саксонии было создано советское акционерное общество «Висмут». К работе на этих рудниках привлекли немцев, интернированных на Балканы, и немецких военнопленных.

В 1946 году были найдены месторождения урана в различных районах Советского Союза. Разработка месторождений урана, особенно в отдаленных местах, является очень трудной задачей. Первые партии отечественного урана стали поступать лишь в 1947 году из построенного в рекордно быстрые сроки Ленинабадского горно-химического комбината в Таджикской ССР. В системе атомного ГУЛАГа этот комбинат был известен лишь как «Строительство № 665». Места разработки урана были засекречены до 1990 года. Даже рабочие на рудниках не знали про уран. Официально они добывали «спецруду», а вместо слова «уран» в документах того времени писалось «свинец» или продукт «А-9». Месторождения урана на Колыме были бедными. Тем не менее и здесь был создан горнодобывающий комбинат и при нем лагерь Бутугычаг. Этот лагерь описан в повести Анатолия Жигулина «Черные камни», но и он не знал, что здесь добывают уран. В 1946 году урановую руду из Бутугычага отправляли на материк самолетами. Это было слишком дорого, и в 1947 году здесь была построена обогатительная фабрика.

Первый промышленный реактор и радиохимический завод «Маяк» начали строить на Урале, возле города Кыштым, в 100 километрах к северу от Челябинска. Инженерный проект реактора составлялся под руководством Николая Антоновича Доллежаля, директора Института химического машиностроения. Закладкой урана в реактор руководил лично Курчатов. Строительством всего центра, известного позже как Челябинск-40, руководил начальник ПГУ Ванников. Объем строительства был очень большой, и здесь работали более 30 тысяч заключенных нескольких лагерей и три полка военно-строительных частей МВД.

В 1947 году было развернуто строительство еще трех атомградов, два из них в Свердловской области; Свердловск-44 и 45, для промышленного разделения изотопов урана, и один в Горьковской области, Арзамас-16, предназначенный для изготовления плутониевых и урановых бомб. Научными руководителями свердловских объектов были Кикоин и Арцимович. В Арзамасе-16 научное руководство проектами осуществляли Харитон и Щелкин. Все эти, сейчас знаменитые ученые, в конце 40-х годов не были никому известны. Их имена были засекречены. Строительные работы шли быстрыми темпами. Главпромстрой ПГУ не жаловался на дефицит рабочей силы. Но урана не хватало. Даже в начале 1948 года первый промышленный реактор не мог быть запущен. Не хватало урана и для работы свердловских объектов. Правительственные сроки для изготовления первых атомных бомб были пропущены.

Экспериментальный реактор Ф-1, который был успешно запущен в Лаборатории № 2 в Москве в декабре 1946 года, был крайне упрощенным и не содержал систем водного охлаждения. Это обеспечивало большую компактность расположения урановых блоков и графита как замедлителя нейтронов и при использовании природного урана, в основном вывезенного из Германии. Для начала управляемой цепной реакции оказалось достаточно около 45 тонн урана. Предполагалось, что и в этом экспериментальном реакторе можно будет получить некоторое количество плутония и изучить его свойства. Но без систем водного охлаждения экспериментальный реактор быстро перегревался и поэтому мог работать лишь очень короткими периодами.

Промышленный реактор, который проектировался в уральском центре, имел систему непрерывного водного охлаждения и достаточно сложную конструкцию. В этом случае управляемая цепная реакция начиналась лишь при 150 тоннах урана, помещаемого в особые алюминиевые каналы, в которые все время поступала вода. Основным топливом в реакторе являлся уран-235. Нейтроны, выделяющиеся при распаде ядер этого изотопа при столкновении с ядром урана-238, преобразовывали некоторые из них в элемент с массой 239. Это и был плутоний, из которого после его выделения изготовлялся заряд атомной бомбы. Критическая масса у плутония примерно в десять раз меньше, чем у урана-235.

Курчатов планировал, что при завершении строительства промышленного реактора те 45 тонн урана, которые были заложены в экспериментальный реактор в Москве, можно будет использовать в промышленном реакторе. В 1946 году ни Курчатов, ни его коллеги не знали, что распад ядер урана-235 под действием мощных нейтронных потоков идет не с образованием нескольких новых осколочных элементов, бария и других, а с образованием около двухсот разных изотопов, большинство из которых были неустойчивыми и радиоактивными. Именно накопление таких радиоактивных нуклидов, даже после сравнительно кратковременных запусков реактора Ф-1, сделало его урановые блоки негодными для переплавки их в урановые блоки для промышленного реактора, имевшего другие размеры и другую форму. Завод «Электросталь», который готовил урановые блоки для отправки на Урал, не был приспособлен для переплавки урана, уже загрязненного множеством высокорадиоактивных элементов.

Накопить нужные 150 тонн урана для загрузки в промышленный реактор удалось лишь к началу 1948 года. К этому времени, однако, обнаружилось, что система разгрузки реактора, проверявшаяся до этого лишь на стенде на единичном канале, не годилась для реактора, имевшего больше тысячи каналов. Пришлось срочно разработать и изготовить новую систему разгрузки. Это задержало пуск реактора на несколько месяцев.

Испытательные пуски реактора на низких мощностях начались 8 июня 1948 года, почти на год позже, чем планировалось. 22 июня 1948 года реактор был выведен на проектную мощность в 100 тысяч кВт. Началась круглосуточная работа реактора, прерывавшаяся довольно частыми авариями. Это приводило к остановкам реактора и необходимости ремонта. Некоторые ремонтные работы производились по директивам Курчатова и Ванникова на работающем реакторе, «что приводило к загрязнению помещений, переоблучению сменного персонала и бригады ремонтников»[121].

Особенно серьезная авария произошла в конце 1948 года. В январе 1949 года реактор был остановлен на капитальный ремонт, продолжавшийся почти два месяца. Нужно было производить замену всех каналов и проводить фактическую разборку и новую сборку всего реактора. При проведении этого ремонта подверглись переоблучению несколько тысяч человек в связи с необходимостью «привлечения к

librolife.ru

Термоядерная бомба. Про уран и плутоний

Термоядерная бомба. Про уран и плутонийЯ, как сорока, тащу все понравившееся. Что нравится, ну очень, выкладываю на сайт. До всего понятно руки не доходят, сегодня, как раз тот случай.камрад Лахезис интересно рассказывает про атомную энергетику и атомные бомбы. Часть 1Хорошо. Только читать обязательно дважды полностью всё приведённое, ничего не пропуская. Договрорились? :-)))

Но это к тому же долго. Это выдержки из двух тем, постов по несколько на каждую. Мне кажется, это излишне. Хотя длительность темы в 250 постов - позволяет этим не заморачиваться. Или нет? Там всё разжёвывается, с одной стороны. Насколько серьёзны ваши разговоры и желание разобраться, камарады."То же самое касается и на "боевой" и "небоевые" изотопы. Россия это делать умеет" - э, нет, Marauder. Россия этого делать не умеет. И никто пока в мире не умеет. Оружейный плутоний не разделяют. Придётся мне заняться вашим ликбезом, несмотря на присущий мне дурной тон. Готова прочесть вам небольшую внятную лекцию вводного курса по оружейному плутонию, чтобы вы имели верное представление и никогда больше не говорили, что Россия умеет разделять плутоний. Чтобы не слушать ваших упрёков в дурном тоне - никаких цитат, исключительно своей собственной речью. Более того, по вашей фразе я отчётливо понимаю, что вы не понимаете, как происходит подрыв плутониевой бомбы, и в чём вообще принципиальное отличие подрыва плутония от подрыва урана. Но это не беда, и не тушуйтесь, Marauder, этого практически никто себе отчётливо не представляет. Но как без этого проанализировать и оценить оружейный аспект Бушерского реактора, правда ведь? :-))Придётся заняться вами, Marauder. "Я вам просто расскажу так, чтобы вы поняли. Но тогда я рассказываю так, как считаю нужным, с теми или иными отступлениями, полезными на мой взгляд для понимания.-Оружейный аспект может складываться не только из плутония, но и из урана. Но для урана нужно как раз то разделение, которое вы приписали в отношении плутония. Потому что это разделение возможно, Marauder. Газодиффузионным способом с тысячекратными повторениями цикла. Почему возможно и почему так много циклов? Потому что уран оружейный – У-235 – имеет массовое различие с неоружейным изотопом У-238 на целых три нуклона: 238 – 235 = 3. Это достаточно много: 0.0127659, или, грубо, 1.28 %. Соответственно, на этот процент и даже меньше произойдёт разделение при одной прогонке через разделительную систему ( не вдаваясь в её подробности ) – возможности разделения таки успевают «поймать», «зацепить» это массовое отличие изотопов урана и сработать, хотя и слабо, но сработать. А для увеличения степени разделения это «слабо» повторяют 3-5 тысяч раз. В итоге разделённость накапливается, и мы получаем У-235. Попутно мы ещё раньше получаем и все более лёгкие изотопы: У-234, из которого можно сделать бомбу, У-233 и У-232, который дает с годами сильное загрязнение оружейного материала своим делением, и его тоже надо отделять от оружейного материала ( а можно и денатурировать оружейный уран этим изотопом. Изготовляя денатурат, создают невозможность для производства бомбы террористами - за год радиоактивность такого материала из-за ощутимой ( хотя очень малой ) примеси У-232 возрастает в десятки раз, за два года - в сотню, и процесс продолжается далее - материал бомбы настолько меняет свои параметры, что становится неуправляемым, и происходит слишком раннее тепловое разрушение бомбы до активного взрыва, только на подходах к нему.) Ну и потом, У-233 по характерной сигнатуре излучения позволяет определять оружейный уран ( в котором У-233 накапливается при получении У-235 – точно так же обогащается в том же технологическом процессе ) хоть с самолёта, хоть со спутника теоретически.-А вот плутоний разделить так нельзя. Почему? А потому что у него два изотопа, оружейный и неоружейный, отличаются лишь на один нуклон – их атомные массы соседние: оружейный 239 и неоружейный 240 ( другие изотопы, Пл-238, Пл-241, Пл-242, Пл-243 и Пл-244 не рассматриваем в данном эссе ). 1/239 = 0.0041841, или 0.42%. Такое различие промышленные «урановые методы» разделения уже «не зацепляют». Есть экспериментальные способы и разработки, такие как электромагнитная сепарация, газовая диффузия и центрифугование, лазерное испарение, но промышленно это не освоено ни в одной стране. Хотя освоят, возможно, достаточно скоро, лет через десять-двадцать.Теперь про подрыв. Уран можно взорвать, соединив куски докритической массы в один блок сверхкритической массы. И тогда произойдёт взрыв. Но вопрос в том, как именно осуществить соединение. Если сблизить два докритических куска У-235 на некоторое расстояние, то они начнут разогреваться от обмена друг с другом нейтронами и усилением от этого реакции распада и выделением энергии. Сблизим ещё сильнее – раскалятся докрасна. Потом добела. Потом расплавятся. Расплав, сближаясь краями, начнёт разогреваться далее и испаряться. Причём запасы энергии в куске урана таковы, что раскалённые добела куски можно погрузить в поток воды, мчащийся с ледника – они будут такие же ослепительно-раскаленные, и при дальнейшем сближении будут расплавляться, и никакой теплосъём или остужение не смогут предотвратить расплавление и испарение.-Поэтому, как куски не сближай бытовыми способами, они до того, как соединиться, расплавят и испарят любое устройство, осуществляющее это сближение, и испарятся сами, разлетевшись, расширившись, удалившись друг от друга и тогда лишь остыв, потому что окажутся на возросшем взаимном удалении. Слепить же куски в один сверхкритический можно, только развив такие огромные скорости сближения, что рост плотности нейтронного потока не будет поспевать за сближением кусков. Это достигается при скоростях сближения порядка 2.5 км в секунду. Вот тогда они успеют влипнуть друг в друга прежде, чем разогреются от энерговыделения. И тогда последующее энерговыделение будет таким пиковым, что возникнет ядерный взрыв с грибом. Порохом до таких скоростей разогнать невозможно – малы размеры бомбы и путей разгона, это не ствол зенитки. Поэтому разгоняют взрывчаткой, комбинируя «медленную» и «быструю» взрывчатки, ибо сразу «быстрая» взрывчатка вызовет бризантное разрушение куска урана высоконапорной ударной волной. Но в итоге получают главное – обеспечивают скорость перевода системы в сверхкритическое состояние до того, как она разрушится тепловым образом из-за растущего тепловыделения при сближении. И схему такую называют «пушечной», потому что докритические куски «выстреливаются» навстречу друг другу, успевая соединиться в один сверхкритический кусок и после этого пиковым образом высвободить мощность атомного взрыва.А вот с плутонием такая штука не проходит. Он гораздо более «реактивный», реагирует на сближение кусков куда быстрее. Это другой металл. Альфа-активность плутония, например, в двести тысяч раз выше урана-235. Плутоний компактной отливки всегда тёплый на ощупь, он имеет температуру 50-60 градусов от непрерывно идущей реакции. Сто грамм плутония выделяют примерно столько же тепла, сколько сто грамм человеческого тела за счёт метаболизма. Плутоний заманчив, поскольку его критическая масса может быть 5 кг, а не 50, как у урана. 5 кг плутония – это примерно размер куриного желтка. Кусок размером в яйцо даст взрыв в 20 килотонн. Но как его подорвать? При сближении он начнёт ускорять энерговыделение с такой скоростью, что никакая пушечная схема не поможет. Нужны скорости 10-12 и более км в сек. Никакая взрывчатка до таких скоростей никакой осколок разогнать неспособна. Разгон массы – затраты энергии, и чем выше скорость разгоняемой массы, тем больше в неё надо вложить энергии. А взрывные процессы скоротечны. Да и напора энергии того нет – химическая реакция имеет свои ограничения в этом смысле.Но плутоний – удивительный металл во многих отношениях. В том числе и в отношении металлургии плутония. Он имеет, например, шесть ( а смотря как считать и семь ) разных фазовых состояний – более, чем любой другой химический элемент. В некоторых своих фазовых формах он при нагревании сжимается, а не расширяется, как все нормальные лю… металлы и вещества. При переходе из одной фазы в другую он может менять аномально плотность - на 25% ! Причем при трёхстах градусах он находится в легкой дельта-фазе, а с понижением температуры оседает в плотную альфа-фазу с этим самым увеличение плотности на 25%. Дельта-фаза нестабильна и возвращается в альфа-фазу при кромнатной температуре и атмосферном давлении , но если добавить в плутоний чуточку галлия, процента три, стабилизировав его, то дельта-фаза будет метастабильна – останется таковой уже и при комнатной температуре. А вот если её обжать давлением 1 килобар, то он сожмётся в плотную альфа-фазу с ростом плотности.Вот отсюда и начали подбираться к его взрыву. Если кусок плутония поместить в сильное нейтронное поле, в плотнейший импульс нейтронов, чтобы до критических условий оставалось немного, а потом увеличить плотность на 25% так, чтобы эти критические условия были пройдены и наступили условия сверхкритические, то цепная ядерная реакция запустится и кусок взорвётся. Нужно два фактора: создать мощное нейтронное поле исходного куска и затем в этом плотном нейтронном поле обжать его для перевода в сверхкритику. Чем? Взрывом взрывчатки со всех сторон куска! Если взять очень мощную взрывчатку, то скорость её ударной волны будет ( а тем более в металле ) порядка 5-6 км/сек с каждой стороны куска. С обоих сторон сложить – будет 10-12 км в сек. А взрывное давление в этой ударной волне, проходя по куску, обожмёт его в плотную альфа-фазу. Причем скорость 5-6 км/сек будет реальной – мы ведь не разгоняем массу, это скорость не тела, а ударной волны! Скорость звука в рельсе от удара молотком тоже несколько км/сек.-Вот оно, решение, ключ к подрыву плутония: надо организовать точный и быстрый подрыв взрывчатки со всех сторон куска плутония в исходной «лёгкой» фазе, который очень быстро переведёт плутоний из лёгкой кристаллической фазы в плотную, и погрузить его одновременно в очень плотное нейтронное поле. Это поле создаётся специальным устройством, или компонентом бомбы, так называемым ИНИ, импульсным нейтронным инициатором. Он, не вдаваясь в детали его работы, при ( управляемом ) срабатывании даёт пиковый выброс нейтронов и нейтронный поток высокой плотности. В этот момент со многих точек ( не менее 32, но чем больше, тем лучше ) строго одновременно, с управлением на микросекундном уровне, то честь с точностью одна миллионная секунды, даётся подрыв слоя взрывчатки вокруг плутония. Возникает направленный внутрь сферический взрыв – имплозия ( имплозия может быть, вообще говоря, и цилиндрической, как в схеме водородной бомбы Улама-Теллера. Главное – это взрыв, направленный внутрь и обжимающий объект ). При этом она должна быть очень точной – при малейших перекосах и неравномерностях ударной волны ядро из плутония будет раздроблено в пыль бризантным действием. И только при совершенно симметричном, со всех сторон, нажатием ударной волной плутониевому ядру некуда будет дробиться, все потенциальные осколки, наоборот, будут сжиматься к центру – плутоний без разрушения перейдёт в плотную альфа-фазу. Поэтому имплозия должна быть очень высокого качества – прежде всего по скорости и равномерности, ну и по стабильному давлению во фронте волны. Качество имплозии – ключ к подрыву.И вот тут, поняв путь подрыва плутония, мы возвращаемся к вопросу – какой плутоний подрывать?-Изотопов плутония в реакторе в итоге образуется главным образом два: Пл-239 и Пл-240. Для оружия годится первый, Пл-239: он более «реактивный», его нужно меньше для подрыва. Второе – у него не такая высокая спонтанная активность, как у соседа по атомной массе – Пл-240. Чем плоха спонтанная активность? Тем, что материал бомбы будет меняться за счёт распадов и облучения рождающимися нейтронами. Но главное, что более «светящийся» нейтронами материал раньше положенного даст выделение энергии ( за счёт добавочного вклада «спонтанных» нейтронов и порождающейся остаточной активности ), и имплозия не успеет, ведь она рассчитана на определённый материал. И присутствие нейтронов в то время, когда еще только достигается надкритическая масса, ведет к преждевременной ядерной реакции, недостаточному выходу энергии и в некоторых случаях вообще к отказу оружия, легкому "хлопку". А ведь задача взрыва – выделить мощность, написанную не этикетке бомбы. И главный источник такого нейтронного фона - присутствие изотопа Пл-240, чей уровень спонтанного деления достаточен для появления 106 нейтронов/с*кг . Поэтому бомба с таким нейтронным фономнеуправляема, или для её гарантированного взрыва требуется настолько высокое качество имплозии, что достичь этого качества невозможно пока точно так же, как невозможно пока практически достичь скоростей 10-12 км в сек в пушечном заряде.-Расчёты и практика показывают, что Пл-239, содержащий порядка 5% Пл-240, можно взорвать имплозионной схемой. И такой плутоний называют оружейным, или оружейного качества. А вот при содержании Пл-240 более 5-6% ( 6% требуют предельно высокго качества имплозии ) взорвать его уже не получается. В реакторах же, созданных для выработки электроэнергии, плутоний-239 получается с содержанием Пл-240 порядка 20-30-40%. Поэтому такой плутоний называют реакторным, или плутонием реакторного качества. И взорвать его практически не получается. Остаётся простой вопрос: как же получить оружейный плутоний, коли его разделить или сепарировать невозможно пока ( см.начало )? Ответ тоже неказистый – на сегодняшний дегь его можно только наработать в специальном оружейном реакторе.........( ... далее про оружейные реакторы и их работу. Это первая часть. Вторую можно сократить, там лишь штрихи для понимания. )--Ну? плутоний-то взорвать, оказывается, непросто. Я не затрагивала никогда вопросы управления зарядом и его автоматику. Состояния заряда, последовательность взрывных команд, алгоритмы защиты, и их принципы. Может, пришло время. Но, наверное, пока рано.Вторая серия. Отрывки. Аспекты.-------"Я обрисовал некоторые ( не все ) принципиальные аспекты с точки зрения ядерных реакций. Но с точки зрения перевода этих физико-теоретических аспектов в практическую плоскость, то есть с точки зрения создания технического устройства - врывного ядерного устройства - есть такой же ряд принципиальных технических аспектов. Во-первых, точность осуществления имплозии: при снижении точности ниже некоторого значения происходит не обжим, а деформация и разрушение металлического ядра плутония. Почему? - дело в бризантном действии взрывчатки. Но оно, в свою очередь, возможно тогда, когда есть куда разрушаться преграде ( телу приложения волны), то есть "направление необжатости". Взорвав навеску вплотную к плите металла, мы получим бризантное действие от взрывчатки сквозь плиту на ту сторону, расщепляющее плиту в этом направлении. Но, приложи с той стороны такой же точно сбалансированный, идентичный заряд в синхронном подрыве, бризантность пронаблюдаем уже не в первом направлении, а в стороны от зарядов вдоль плиты - первичное направление бризантного разрущения будет остановлено и "подпёрто" таким же встречным действием от второго куска взрывчатки. И бризантность выйдет "по сторонам" от первичного направления. А если поперекрывать и эти направления - что тогда? Перекрывая все направления с достаточно мелким шагом, можем получить, что бризантности просто некуда будет найти выход, и она не осужествится - всё пойдет на сверхобжатие без обычной бризантной фрагментации - для последней не будет "направлений свободого истекания", куда бы она ни пыталась вырватьсяч, вынося фрагментацию и дробление - везде, с любого направления её встретит встречный противоудар другого куска взрывчатки. И тогда бризантность, стеснённая со всех сторон встречной волной, просто умрёт, но энергия её никуда не денется, а пойдёт вынужденно на сверхобжатие, трансформировавшись в уплотнение.-Для реализации сего нужно: - высокая ( конкретно микросекундная ) точность управления подрывом - высокая стабильность самого взрывчатого вещества и взрывателей. Это зависимость их времени срабатывания от текущей температуры заряда, малое изменение характеристик от времени хранения, малые отклонения ( разброс ) параметров взрывателей данной серии ( время, параметры ударной волны, и т.п. )- она должна быть прецизионной, более высокого класса точности. Это как снайперские патроны по сравнению с патронами к пулемёту Калашникова - патрон-то один и итот же, винтовочный, но к пулемётным патронам требования ширпотреба, а к снайперским - прецизионность. Так и тут - простые взрыватели, которыми подрывают мосты и обычный тротил, не подойдут, они дадут миллисекеундное и 0.1 миллисекундное время, а для управленя точностью имплозии нужны специальные микросекундные взрыватели со сверхстабильными и прецизионными значениями их срабатывания. - прецизионность изготовления металлических частей плутония, свода взрывчатки ( "не должно быть" даже "мельчайших" перекосов в формировании ударной волны имплозии ) и т.п."... Ну и так далее. Сам плутоний - тот ещё подарок. Нужно точное термостатирование заряда. Всякие компенсационные механизмы при изменениях температуры. Потом - блок управления зарядом: каковы алгоритмы безопасности. Каковы последовательности перевода заряда во всё более высокие степени готовности к подрыву. Их надо не только разработать сами по себе, но и осуществить технически. И пр. и пр., есть ряд принципиальных технических моментов, которые нужно преодолеть.-Возможно, автор решил тоже "собрать бомбу" и принести её в Госдуму, дабы заявить о себе? Не думаю, что один человек способен разработать за свою жизнь весь комплекс того, что применяется в бомбе. В Америке был такой проект - трое обычных людей, из которых потом один отвалился, за четыре года выработали на основе открытой информации и её изучения проект бомбы, по которому маститый специалист дал заключение - "взорвётся". Но при ближайшем рассмотрении всё это очень, крайне сомнительно и похоже более на некие пропагандисткие действия в рамках межведомственных разборок американского "минатома", военных и секретчиков.Пробежался по тому, что изложил. Конечно, всё обрисовано примерно, только в принципе, и нет многих поясняющих оговорок. Но лезть вглубь - это уже читать вводный курс хотя бы. В качестве примера, пост 60: "Важно лишь, чтобы перед взрывом плутоний был помещён в состояние, несильно удалённое от критического. Это сделать несложно." Я опустил одно лишь уточняющее слово. Но без него уже не так понятно, и даже наоборот, запутанно. Как это несложно, если мы выше говорили, что на пути восхождения к сверкритическому состоянию нас ожидают такие уровни выделения энергии, ещё докритические, которые будут препятствовать самому существованию технической конструкции, осуществляющей это состояние, за счёт нагрева и испарения. И никаким охлаждением это выделение энергии не снять. То есть, заряд должен быть помещён в близкокритические условия, а энергия, выделяемая при таких условиях, препятствует существованию устройства. Таких парадоксов полно. Но это - статические состояния. Динамика - вот уточняющее слово, и фразу надо читать "это сделать несложно в динамике". Казалось бы, в сближении двух кусков урана мы уже поняли, что не достигнув требуемой динамики, устройство не осуществит соединение, поскольку само перестанет существовать как конструкция, перейдя в пар ещё на докритике. Но с точки зрения имплозионной схемы выходит ещё сложнее - нам надо совмещать динамику двух процессов ( а они, разумеется, нелинейны и взаимозависимы - сложность совмещения растёт тоже нелинейно, весьма сложно ): динамику работы ИНИ и динамику процесса имплозии. Просто так, механически или вдумчивостью человеческими мозгами, решения не найдёшь - нужно обращаться к теории управления в технических системах, теории автоматического регулирования, строить адекватную управленческую модель двух объектов регулирования, отражающих ( опять-таки адекватно, это очень важно! ) их динамику, и после этого проводить решение общей системы их двух объектов и их динамик, получая некое пространство решений и выбирая из них конкретные процессы управления по техническим параметрам.-Вот тогда, таким путём, можно совместить сложную, взаимовлияющую динамику одного и другого в некоем едином процессе управления работой обоих звеньев бомбы.-Реально звеньев больше, а системы диффур, описывающие состояние системы и её эволюцию, включают в себя тысячи уравнений. Грамотный поиск решений - дело, требующее определённого опыта. А после выбора потребуется грамотная техническая реализация в различных тех. интерпретациях, с новыми построениями уточнённых моделей системы, с обновлённой её динамикой и пр., для которых тоже нужен достаточный опыт - область надо хорошо себе представлять.

arquivo.pt