Compoziția izotopilor plutoniului care se acumulează în reactor ca rezultat al reacțiilor apărute în combustibilul de uraniu depinde de gradul de ardere a combustibilului. Dintre cele 5 izotopi principali formați, 2 cu numere de masă impare, 239 Pu și 241 Pu sunt fissionabile, adică capabile să se despartă sub acțiunea neutronilor termici. și în principiu poate fi folosit ca combustibil al reactorului. Prin urmare. dacă este vorba despre posibilitatea utilizării plutoniului drept combustibil al reactorului. valoarea dozelor acumulate 239Pu și 241Pu este semnificativă. Cu toate acestea, pentru armele nucleare este nevoie de aproape 239Pu. emițătorii de neutroni 240Pu și 238Pu pot provoca spontan "aprindere pre-inițială", ceea ce va conduce la o forță de explozie mult mai mică a bombei atomice. Prin urmare, diferența de "calitate" a plutoniului este de obicei determinată de compoziția sa izotopică.
Tabelul 2 - Tipuri de plutoniu.
Plutoniu utilizat sub formă de combustibil al reactorului:
Reactorul (energia) plutoniu:
Astfel, atunci când reactorul de uraniu atomic funcționează, se acumulează în barele de combustibil diferite izotopi de plutoniu.
Plutoniu produs în reactoare nucleare cu pile de combustie industriale convenționale expuse la expunere 33000 MW * d / t de combustibil de uraniu, are următoarea compoziție izotopică aproximativă:
Tabelul 3 - Compoziția izotopică a plutoniului de tip reactor (grad de ardere 30-40 MW * zi / kg).
Doi dintre cei cinci izotopi ai plutoniului, 239 Pu și 241 Pu, sunt fisionabili (fisionați), adică capabile să se despartă ca urmare a captării neutronilor termici (lenți) și, în principiu, sunt adecvați pentru utilizarea ca combustibil în reactor. Prin urmare, dacă vorbim despre posibilitatea de a folosi plutoniu drept combustibil de reactor, este important să se știe este cantitatea de 239 Pu și 241 Pu, notată cu cuvintele Puf Pu (plutoniu) și fisionabili (fisionabile). Numărul total al tuturor izotopilor plutonului este notat cu PUT din cuvântul total (total, total, total).
Pentru armele nucleare este de dorit să existe 239 Pu practic, deoarece izotopii 240 Pu și 238 Pu emit în mod spontan neutroni, ceea ce poate provoca așa-numitele. "Pre-aprindere", ceea ce va conduce la o forță semnificativ mai mică a exploziei bombei atomice. Prin urmare, se obișnuiește clasificarea plutoniului în funcție de "calitatea" sa, în conformitate cu compoziția sa izotopică.
Deoarece ambele plutoniu de calitate reactor, plutoniu și grade superioare este un amestec de izotopi de fisiune, în principiu, este adecvat pentru utilizare ca un combustibil reactor. De obicei, plutoniu este utilizat ca atare, sub forma unui amestec de dioxid de plutoniu UO2 PuO2 bioxid de uraniu. Acest amestec de oxid (PuO2 + UO2), numit MOX de combustibil este frecvent utilizat în două tipuri de reactoare - în reactoare rapide (BN) și în reactoarele cu apă ușoară (LWR).
Reactorul BN poate produce plutoniu rezultat din captarea de neutroni de nuclee U 238, situate în miez și în pătură din jur, în timp ce plutoniu (MOX combustibil cu 20-30% plutoniu) „aprins“ în miez. Un astfel de reactor este numit crescător sau crescător, deoarece produce mai mult plutoniu decât consumă. Sensul amelioratorului este că mărește eficiența utilizării resurselor de uraniu la fel de mult ca și de 60 de ori, și permite o anterior a rămas fără 238 U plutoniu în timp ce produce energie utilă. Din cauza acestor perspective tentante reactorul BN a devenit sa început dezvoltarea industriei nucleare „vis albastru“ aproape „mișcare perpetuă.“
Dar, din păcate, realitatea sa dovedit a fi mai mult ca un coșmar decât un vis frumos. Pentru ca reproducerea să fie posibilă, reacția de fisiune din reactor de pe BN este susținută de neutronii rapizi (cu energie înaltă), spre deosebire de LWR care funcționează pe neutronii termici. Deoarece nu este posibilă utilizarea unui răcitor retardant, este necesar să se răcească zona activă a reactorului la BN cu o topitură de metale alcaline care are o activitate chimică mare și reacționează cu explozia cu aer și apă.
Rețineți de asemenea, că creșterea plutoniul nu este la fel de repede cum ne-am dori: timpul de dublare, adică timpul în care un crescător produce suficient plutoniu pentru a încărca un altul din același reactor (40 de ani), semnificativ mai mare decât durata de viață a primului reactor (nu mai mult de 30 ani). Acest lucru indică o altă problemă cheie ameliorator: în final pentru funcționarea acestuia ar trebui să fie un sistem care include o multitudine de etape, inclusiv separarea plutoniu, încărcarea combustibilului în reactoare, reprocesarea combustibilului nuclear uzat și pătură.
Acestea și alte crescătorii de dificultăți tehnice cauzate de ineficiența utilizării lor, și ambele aceste dezavantaje - o dificultate tehnică și performanță costuri ridicate - au condus la faptul că Statele Unite și țările din Europa de Vest sa transformat programele lor de reproducție.
Utilizarea MOX ca combustibil nuclear: preocupări legate de securitate
Odată cu sfârșitul Războiului Rece, amenințarea unui război mondial cu utilizarea armelor nucleare a scăzut aproape la nimic. Locul său a fost luat de pericolul proliferării armelor nucleare și aplicarea acesteia nu au fost anterior stăpânim state sau grupuri care pot fi cazul, dacă este vorba de uraniu puternic îmbogățit sau plutoniu în mâinile lor.
În prezent, principala amenințare la adresa securității în legătură cu armele nucleare se datorează răspândirii sale în țări care anterior nu le aveau. Până în prezent, doar șapte state dețin arme nucleare. Acestea sunt China, Franța, Rusia, Statele Unite, Marea Britanie, India și Pakistan.
Regatul Unit are 400 de focoase nucleare; Franța este de aproximativ 500; China este probabil de aproximativ 400; India este de aproximativ 40; Pakistanul este de aproximativ 7. Se poate de asemenea presupune că Iranul, Israelul și Coreea de Nord încearcă să creeze arme nucleare.
Cu toate acestea, este puțin probabil ca orice țară să poată intra în clubul de putere nucleară în următorii 10-15 ani. În această perioadă, utilizarea pe scară largă a tehnologiilor nucleare orientate către utilizarea pașnică (dar care poate fi folosită pentru dezvoltarea programelor militare). În același timp, va exista o proliferare a tehnologiei rachetelor balistice. O combinație periculoasă! Când se întâmplă acest lucru (sau vă puteți teme că se va întâmpla în aproximativ 10-15 ani), proliferarea armelor nucleare poate merge într-un ritm rapid.
În prezent, o atenție deosebită este acordată activităților puterilor nucleare de a-și moderniza armele nucleare ("cursa verticală a înarmărilor"). Dar noi nu ar trebui să subestimeze pericolul reprezentat de răspândirea armelor nucleare către state, nu a avut loc anterior ( „cursă de arme orizontale“), deoarece reprezintă o amenințare pentru a folosi arme nucleare în viitoarele conflicte locale.
Achiziționarea de către orice putere a statutului nuclear va destabiliza situația din regiunea respectivă. În plus, simpla posibilitate de a câștiga acest lucru este în detrimentul securității, forțând țările vecine să se angajeze să țină pasul cu liderul. De exemplu, dacă Japonia începe să lucreze la crearea armelor nucleare, Coreea de Nord și Coreea de Sud va fi înclinată să facă același lucru, iar probabil China va construi arsenale nucleare.
Este puțin probabil ca guvernele să ia decizii politice cu privire la crearea armelor nucleare în viitorul apropiat, dar riscul de a obține arme nucleare în mâinile teroriștilor este în creștere. Acest pericol a devenit deja mai urgent decât amenințarea unui război nuclear mondial, cel puțin pe termen scurt și mediu.
Teroriștii încearcă invariabil să producă cât mai multe daune posibil. Din încercările obișnuite de a detona avioanele, acestea se îndreaptă către acțiuni mai grave, cum ar fi atacul cu gaze nervoase în Tokyo. Acest exemplu arată că liderii grupurilor teroriste nu se opresc înainte de a folosi arme moderne de distrugere în masă - în acest caz arme chimice. Armele nucleare pot deveni următorul în acest lanț.
Utilizarea MOX drept combustibil pentru reactoare nucleare, urmată de separarea plutoniului din celule de combustibil uzat crește dramatic riscul de a obține materiale fisionabile potrivite pentru obținerea de arme nucleare, în mâinile statelor agresive și teroriști. În cea mai simplă bombă atomică, întreaga energie a exploziei rezultă din reacția de fisiune a nucleelor.
Dispozitivul unei bombe atomice de plutoniu de tipul implozie este descris mai jos. Cei care reușesc să facă acest lucru pot avea încredere că va funcționa - nu vor trebui să efectueze teste, astfel încât fabricarea și plasarea ulterioară a unui dispozitiv exploziv să poată fi efectuate în secret.
Trimiteți-le prietenilor: