Историята на плутоний производство в Русия Анатоли Дяков
ИСТОРИЯ на плутоний В РУСИЯ
Анатолий Дяков работи в Центъра за контрол на оръжията, Москва Институт по физика и технологии, Московска област, Русия
Около 17 тона руски оръжия плутоний се използват при тестването на ядрени оръжия или изгубени в отпадъчните и бойни глави три подводници, които потънаха.
Изграждане и експлоатация на ПРОМИШЛЕНИ РЕАКТОРИ
Почти всички руски плутоний е произведен в реакторите графитните-модериран. Всеки възел реактор е изградена около цилиндрична графит блок (Фиг.1) 5.
Графитни блокове в сглобяването имат процепи между тях за циркулацията на охлаждащото средство азот. Системата има вертикални канали за водата на гориво и охлаждане. Тя се основава на опорна конструкция с отвори за канали за отвеждане на отработено гориво Всеки канал е затворена в тънкостенни тръби от алуминиева сплав. Повечето канали, съдържащи 70 горивни пръти (Фигура 2), но са предназначени за регулиращите прътове. Охлаждаща вода протича през тръбата и около горивните пръти 6.
Съветският съюз построен четиринадесет на промишлени графит-модериран реактори и вода за охлаждане на три места в Русия, шест в производствено обединение "Маяк" в Лейк-SK (по-рано Челябинск-65) в близост до Челябинск в Урал; пет в сибирски химически завод Seversk (преди Томск-7) за Томск; и три - за добив и химически завод Zheleznogorsk (преди Krasnoyarsk-26) за Красноярск. Дванадесет са проектирани за производство на плутоний и две за производството на тритий и други изотопи. В допълнение, четири производство реактор модерирана от тежка вода на мястото, "Фарът".
През 1952 г. тя бе инициирана от систематичен научни и технически изследвания, както за по-нататъшно повишаване на нивото на работоспособността промишлени реактори, като се използват следните методи: 8
1. Увеличаване на потока охлаждаща вода през активната зона на реактора
2. Увеличаване на устойчивост на корозия на вложки в каналите и черупките на горивата
3. Намаляване на скоростта на окисляване на графита, и
4. Повишаване на вътрешната работна температура на горивната клетка.
Капацитетът на охлаждащата вода се увеличава след увеличаване на разликата между стените на канала 9 и корозия гориво проблем е решен чрез избора на подходящи алуминиеви сплави и добавяне на натриев дихромат, като охлаждащата вода е по-мек (рН около 6.0-6.2). графит окисляване проблем е решен, когато охлаждане графит започва да използва азот вместо въздух. До края на подобрения на 50-те са били въведени в дизайна на гориво, включително прехода към дотирането на уран, уран за намаляване на отока, причинен от радиация, термичната консолидирането на горивни пръти, подобряване на устойчивост на корозия и контрол на качеството черупки по време на производството на гориво.
Тези иновации са направили възможно да се повиши нивото на мощността на реактора на няколко пъти, като в бъдеще.
Фиг. 3 осигурява оценки годишните количества плутоний, получена при всяка от трите места, произвеждат плутоний, поотделно и заедно.
Фиг. 3. Оценките на годишното производство на оръжия плутоний в сайта и в цяла (кг годишно). Производство от всички области е показан кумулативно, така че общото производство на около 4,5 тона / годишно за периода 1966-90 GG. Оста Х годините, а на ординатата - производство на плутоний (кг / година). Най-лекият цветен фон данните Zheleznogorsk (Red Яр-26), на тъмен фон, съответстват на данните на Ozersk (Томск-7), а тъмната - "Фарът".
Асоциация производство "Маяк" (Челябинск-65)
Синхронизационната операция пет промишлени реактори "Beacon" графитни-забавя и силови нива (и крайната работна дизайн) са показани в Таблица 1. Всички реактора имаше единна система за охлаждане на вода, където водата се изпомпва от външен източник през охладителните канали и се излива в басейна.
Първият реактор за производство на плутоний ( "А") се конструира NA Dollezhal доведе до работа при мощност 100 MW 10. Реакторът има 1,149 вертикални канали за горивото и контрол на графитния блок с пълното тегло от 1,050 т. Всички канали (с изключение на двадесет и пет) бяха заредени с природен уран с общо тегло от около 120-130 тона. Седемнадесет канали се използват за контрол на пръти и осем за експериментите. Максимална клетка топлина дизайн гориво в централните канали е 3,45 кВт. Началните скорости на производство в реактора при средно 0,1 кг плутоний на ден или 0.1 кг плутоний на тон на отработен уран гориво 11.
Таблица. 1. Пет производство графит-модериран реактора в "Маяк".
Мощност (MW) (дизайн / повишено)
производство А плутоний реактор в периода 1950-1954 година се оценява на предположението, че средната мощност на реактора е 180 ± 5 MW 4. Деветдесет и пет тона около 130 тона природен уран в сглобяването са освободени след 94 дни ефективна работа на пълна мощност 15. Ако се приеме, предвид времето, необходимо за зареждане и за извършване на превантивна поддръжка, общата продължителност на цикъла ще бъде 103 дни. Приблизително 340 тона на отработено гориво, съдържащи приблизително 58 кг плутоний са разтоварени от реактора имаше годишно.
През първата година от работата на проектния капацитет на всеки един от реакторите на AV произвеждат около 260 грама плутоний на ден 19. През първите няколко години на реактор AV-3 се използва за производство на плутоний, така и тритий. От втората година на експлоатация на реакторите, силата им постепенно се увеличава и достига 600 MW през 1963 г. 20. Първите ремонти бяха извършени в 6-7 години. Големи подобрения са настъпили в началото на 60-те години на след втората ремонт, когато те са били разгледани важни проблеми с вложки в тръбите и с горивни клетки. След това нивата на мощност на 1200 MW и годишно производство на плутоний 270 кг / година записани трите реактори, докато те са затворени (Таблица А.1) 21.
Тежка реактор вода
Четири производство реактор, където тежката вода се използва за неутрона забавя и (Таблица 2) за охлаждане също е изградена на мястото "Beacon". Всички те са проектирани в OKBM.
OK-180 реактор се зарежда с 15 тона ураново гориво, както и 37,4 тона тежка вода. Той е в състояние да произвежда 0,1 кг плутоний на ден или 32 кг на 25. години Макар че на пръв е предназначено за производство на плутоний, две години по-късно той е бил натоварен с обогатен (2% уран-235) уран и да се използва за производство на уран-233, кобалт-60, фосфор -32 и тритий 26. Три други реактори с тежка вода, използвани за получаване на тритий за оръжия и други изотопи. Само още работи реактора с тежка вода в - е "Людмила", която произвежда определено количество тритий, но 75% от капацитета си се използва за производство на медицински изотопи 27.
Таблица. 2. реактор с тежка вода в "МАЯК".
Мощност (MW) (дизайн / повишено)
Оценките за производство на плутоний "Lighthouse" са въведени на реактори и данни в таблица А.1.
Сибирски ХИМИЧНИ работи (Томск-7)
Пет реактори за производство на плутоний са построени и работи по мястото на Томск-7 (виж таблица 3) 30. Всички те се използват графитни за неутронно умерени и чиста вода за охлаждане. Първи реактор - I-1 има охлаждаща система с едно преминаване на вода, а останалите четири реактора бяха затворени първични вериги с топлообменници, които генерират пара за получаване на жилища електричество и отопление.
Таблица. 3. Производствени реактори Томск-7.
За - еднократна; ZK - затворена верига
Три ADE реактор са били предназначени OKBM за доставка на жилищни райони с топлинна и електрическа енергия заедно, за да се получи плутоний и работа на 1450 MW мощност. Тяхната г графит има 2832 на всеки канал, от които 132 са използвани за контрол пръчки. За повишаване на неутронния поток във външната част на канала за сърцевина гориво 92 се зареждат на 90% от обогатената гориво от metalolokeramiki 31. Във всяка активна зона на реактора, съдържаща 300 тона природен уран гориво. С увеличаване на капацитета до 1900 MW разтоварени 65 кг плутоний над 42 пълни дни за работа с такава сила. 3 Годишно над 1200 тона на отработено гориво, съдържащи около 500 кг плутоний се изпускат от всеки реактор (виж Таблица А-2) 33.
МАЙНИНГ и химични работи (Krasnoyarsk- 26)
Три реактори произвеждат плутоний, BP и ADE видове са изградени на място Zheleznogorsk (Krasnoyarsk- 26) между 1958 и 1963 (Табл. 4). Те са разположени в подземни тунели за защита на американската ядрена атака. Като реактори тип ADE в Томск-7 реактори Krasnoyarskiye са проектирани OKBM с капацитет дизайн на 1450 MW. AD реактор се охлажда с течаща вода. ADE-1 и ADE-2 е проектиран с две цели, но ADE-1 работи върху течаща вода.
Фигура 4 показва оценката на общата сума на плутоний, произведени в три етапа, поотделно или заедно.
Таблица. 4. Krasnoyarsk реактори за производство на плутоний.
Несигурност на горните оценки са получени предимно от нивата на мощност на неизправност индивидуален производствени реактори и очакваната продължителност на дейността си в тези нива на мощност.
Най-важното несигурността се отнася до темповете, с които се увеличава капацитета на реакторите спрямо оригиналната проектните нива и нива на мощността, която се е увеличила. Оценките тук приема, че реакторите първо и второ поколение (A, AB, и б) процес мощност ускорение отнема 6-12 години, а за третото поколение реактори -3-5 години. Това води до несигурност от ± петтон в производството на плутоний. Ако приемем, че несигурността в нивото на мощността на съвременни реактори е ± 5%, това ще доведе до допълнителна несигурност в размер на плутоний ± 6 тона.
Що се отнася до продължителността на входния период на реактора в експлоатация, на преценката тук предлагам на продължителността на периода, равно на три седмици. Но това отнема повече от един месец, за да донесе някои реактори от капацитета им. Такъв резултат несигурност в допълнителна несигурност в размер на плутоний около ± 0.3 тон.
В случай на спиране поради оперативни проблеми повече от тях относително кратък и реактори отново в експлоатация след 20-30 минути. Но тъй като следващите дни и седмици, за да се възстанови нормалното функциониране след прегряване или топене на горивните клетки или алуминиеви вложки в каналите. Такива случаи са около 150 пъти. Ако приемем, че почистването и подмяната на средните листа
от 4 до 10 дни, се очертава да доведе до несигурност ± 0,75 тона плутоний.
Ако приемем, че несигурността споменати по-горе са случайни, а не корелира, общата несигурност на общото руски производството на оръжия плутоний ще бъде около ± 8 тона.
Загуба и използването на плутоний
Някои от получения плутоний в горивото не се връща в реактора и остава в отпадъците с висока степен на активност. Някои от тестовете, използвани в ядрените и критични възли, както и малко количество е загубен в трите подводници, които потънаха.
Изгубени по време на обработката
В началото на 50-те години okolo13 процента на производствените плутоний реактори в горивото губи в отпадъци с високи нива на активност 34. При загуба на средата на 60-те намалява до 3-5 процента. Въз основа на тази информация, стойността на плутоний, останали в отпадъците от преработване се оценява на около 5,5 тона. След 139 ± 8 тона оръжия плутоний е да бъде получена от производствени реактори.
Загубите в производството
Известно количество плутоний бяха загубени по време на плутоний компонент за производство на оръжия. Въз основа на опита на САЩ. когато тези загуби са около 5%, размерът на плутоний загубили по този начин, се оценява на 7 тона.
Използването на ядрените опити
Съветският съюз изпитва всички 939 ядрени взривни устройства 35. Ако приемем, че всяко устройство, съдържащо се средно с 4 кг плутоний, той трябваше да бъде използвана при изследванията 3,9 тона плутоний.
Използването на критичната възли
Около 0,54 тона оръжия плутоний вече е в критични възли.
Три съветски подводници, оборудвани с 25 ядрени бойни глави, които съдържат само 0,1 тона плутоний и 66 са били изгубени.
Посочените по-горе разчети на производствените загуби и за ползване, са обобщени в Таблица 5.
Таблица. 5. производство, използване и запаси от руски оръжия плутоний
ЗАБЕЛЕЖКИ и препратки
2. В публикуваното наскоро тритомната издание на "Проект СССР атомна. Документи и материали" под редакцията на Лео Pn-Бьов (Science-FIZMATLIT). Тя включва по-рано (тайни) правителствени документи, свързани с развитието на съветската ядрена инфраструктура в периода 1945-1954.
8. Вижте 5. (Burdakov).
A.K.Kruglov, "Бележки за първия реактор за производство на плутоний в СССР" в книгата
12. 10. Виж книгата YP Dokuchaev, "От плутоний за бомба на плутоний, от мемоарите на участниците на събитията."
14. 9. Вижте стр.130.
15. Това съответства на 0,17 кг на тон плутоний гориво. Вижте също 7.
9. 16. Виж стр. 136.
17. Виж 2. Документ 46 "на решението на Министерския съвет за изграждане на блока AB", том втори, атомна бомба, 1945-1954, книга 4.
18. Виж 2. Документ 300 ", Информационен бюлетин на ядрени реакции", че втората атомна бомба, 19451954, петата книга.
19. Вижте 2. Документ 293.
9. 28. Виж стр. 130.
29. Виж статията 22. Когато Кузнецова стабилен силиций-30 поглъща неутрон, тя се превръща в силиций-31 с полуживот на 2.6 часа се превръща в стабилна фосфор-31.
31. металокерамика (металокерамика) горивото съдържа 6% UO 2. смесва с алуминий. концентрация на U-235 в металокерамика гориво е същата като гориво от природен уран и следователно генерира същото количество топлина, но практическата липса на уран-238 в горивото намалява абсорбцията него неутрони и по този начин се компенсира по-висока изтичане на неутрони през повърхността на реактора на външната част на сърцевината.
ПРИЛОЖЕНИЕ А прогнозните плутоний реактори и години производствен
Таблица. А.1. Площ Beacon (всички количества в кг)
Свързани статии