РБМК ВВР Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора Курсовые по энергетике Термоядерный синтез Термоядерный реактор Атомные реакторы на быстрых нейтронах


Отвлечемся на некоторое время от термояда. Известно, что как оружейный материал 239Pu гораздо более эффективен, нежели 235U. Согласно критериям МАГАТЭ, так называемое значимое количество ядерного материала (т. е. потенциально опасное с точки зрения возможности создания ядерного взрывного устройства) для Pu составляет лишь 8 кг против 25 кг для U. И, тем не менее, «начинающие бомбоделы» создают именно урановые бомбы. Так было в Пакистане, ЮАР, а ранее - в КНР. Это вовсе не случайно. Ведь бомба на основе 235U может быть создана по простейшему (ствольному) принципу - две подкритические массы делящегося материала быстро соединяются в одну критическую. А вот высокую эффективность 239Pu удаётся реализовать лишь в относительно сложной (имплозионной) конструкции бомбы. Дело в том, что современный оружейный плутоний, помимо «полезного» изотопа с массой 239, содержит 5 - б% «балластного» плутония-240, очень нелюбимого конструкторами оружия. Некоторые его ядерно-физические свойства (эмиссия так называемых нейтронов спонтанного деления) не позволяют создать ствольную бомбу на основе плутония.

Как образуется плутоний из урана в реакторе? Ядро 238U в урановом блочке, захватив медленный нейтрон, превращается в 239U. Это ядро путем Р-распада с периодом 23,5 минуты превращается в нептуний-239, а тот, также претерпев Р-распад, с T=2,36 дня переходит в плутоний-239 (Т= 24000 лет). Для двух последних превращений нейтроны уже не нужны - Р- распад происходит самопроизвольно. А после того, как в блочке начинают рождаться ядра 239Pu, нейтроны не просто бесполезны - они становятся вредными, поскольку балластный 240Pu как раз и образуется при захвате нейтронов вновь родившимися ядрами 239Pu. И, чем дольше облучается 238U, тем выше концентрация изотопа 240Pu фракции. Поэтому плутоний, содержащийся в облученном ядерном топливе энергетических реакторов на АЭС с их длительной (год и более) кампанией, содержит 30% 240Pu и для использования в ядерном оружии практически непригоден (в США оружейным считается плутоний с содержанием 240Pu менее 5,8%). Разумеется, последующая радиохимическая переработка облученных блочков ничего в изотопном составе плутония изменить не может - химия разделяет элементы, но не изотопы. В принципе, избежать нежелательного накопления 240Pu довольно просто - достаточно ограничить срок кампании для блочков временем, сравнимым с периодом полураспада наиболее долгоживущего из предшественников Pu (2 - 3 дня). При таком режиме наработки Pu из облученного урана все равно образуется, но вредного влияния захвата нейтронов избежит. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Энергия солнца Солнечное излучение — экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Запасы солнечной энергии огромны, годовое количество поступающей на Землю энергии составляет 1,05 • 1018 кВт/ч, из них 2 • 1017 кВт • ч приходится на поверхность суши. Из этого количества энергии 1,62 • 1016 кВт • ч в год могут быть использованы без ущерба для окружающей среды, что эквивалентно сжиганию 2 • 1012 т условного топлива (т. у. т.) в год. Последняя цифра в 60 раз превышает прогнозируемое на 2020 год производство всех видов энергоресурсов на земном шаре (34,2млрд. т. у. т.).

К сожалению (или к счастью), физика вступает в противоречие с техникой и экономикой. При плотностях нейтронных потоков, характерных для современных промышленных реакторов (около 1014 нейтрон/см2*с) за 2-3 дня просто не удается обеспечить необходимое с точки зрения реальной организации плутониевого цикла количество первичных нейтронных захватов ядрами 238U в блочке. На радиохимический завод в этом случае поступал бы облученный полуфабрикат, где балластного 240Pu не было бы, но почти не было бы и искомого 239Pu. Поэтому время кампании при наработке оружейного плутония в промышленных реакторах составляет месяц - отсюда и 5­6% 240Pu в конечном продукте. Но, если 1014 превратить в 1015 (т.е. увеличить плотность потока в 10 раз), то в 10 раз снизится время кампании - с 30 до 3 дней, и о 240Pu в продукте можно будет забыть. А ведь как раз такой выигрыш по плотности потока и обеспечивает термояд! Достаточно на термоядерном реакторе мощностью 1000 Мвт(эл) оборудовать позицию для облучения урановых блочков - и, сохранив существующие темпы наработки плутония, можно обеспечить его «суперкондицию», снизив содержание 240Pu в нём до столь малой величины, что реальностью станет «элементарная», но эффективная плутониевая бомба ствольного типа, мечта террориста. А если сохранить месячную кампанию? Тоже неплохо: хотя в этом случае полученный плутоний можно будет, как и в наши дни, использовать только в более сложной имплозионной бомбе, темпы его наработки пропорционально увеличатся в 10 раз.


На главную