Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Реакторный плутоний (РГП) [1] [2] является изотопным сортом плутония , который находится в отработанном ядерном топливе после уран-235 первичного топлива , что ядерный реактор мощности использует уже сгоревшие . Уран-238 , из которых большинство изотопов плутония вывести с помощью захвата нейтронов находится вместе с U-235 в низком обогащенном уране топливе гражданских реакторов.

В отличие от низкого выгорания в несколько недель или месяцев, которое обычно требуется для производства плутония оружейного качества (WGPu / 239 Pu ), длительное время нахождения в реакторе, производящем плутоний реакторного качества, приводит к трансмутации большей части делящегося плутония , причем относительно долгое время. период полураспада изотопа 239 Pu в ряд других изотопов плутония, которые являются менее делящимися или более радиоактивными.

Реакторы на тепловых нейтронах поколения II (самые многочисленные атомные электростанции на сегодняшний день ) могут повторно использовать плутоний реакторного качества только в ограниченной степени в качестве МОКС-топлива и только в течение второго цикла. В реакторах на быстрых нейтронах , которых сегодня работает небольшое количество, а полдюжины строятся, можно использовать плутониевое топливо реакторного качества в качестве средства снижения содержания трансурана в отработавшем ядерном топливе / ядерных отходах. Россия также произвела новый тип топлива Remix, в котором плутоний реакторного качества с концентрацией 1% или менее напрямую перерабатывается в свежее или повторно обогащенное урановое топливо, имитирующее 1% -ный уровень плутония в топливе с высоким выгоранием.

Классификация по изотопному составу [ править ]

<1976> 1976 г.
<7%Оценка оружия
7-19%Класс реактораМарка топлива
> 19%Класс реактора

В начале промышленного производства плутония-239 в производственных реакторах военного времени первоначально наблюдались следы загрязнения или совместное производство с плутонием-240 , причем эти следовые количества приводили к отказу от конструкции оружия « Тонкий человек» как неосуществимой. [3] Разница в степени чистоты продолжает иметь важное значение при оценке значимости в контексте распространения ядерного оружия и пригодности оружия.

Процентное содержание каждого нуклида «с общей трансмутационной скоростью в LWR , которая является низкой для многих не делящихся актинидов . После выхода из реактора происходит только распад.

DOE определение класса реактора плутония изменилось в 1976 г. До этого три сорта были признаны. Изменение определения реакторной чистоты с описания плутония с содержанием Pu-240 более 7% до 1976 года на реакторную чистоту, которая определялась как содержащая 19% или более Pu-240, совпадает с публикацией в 1977 году информации о 1962 году. « ядерное испытание реакторного уровня ». Вопрос о том, какое определение или обозначение применяется, старая или новая схема, к испытанию «реакторного качества» 1962 года, официально не раскрывается.

  • Сорт супероружия , менее 3% Pu-240 ,
  • Марка оружия , менее 7% Pu-240 и
  • Чистота реактора , 7% или более Pu-240.

С 1976 г. признавались четыре степени:

  • Сорт супероружия , менее 3% Pu-240
  • Марка оружия , менее 7% Pu-240,
  • Марка топлива , от 7% до 19% Pu-240 и
  • Реакторное содержание Pu-240 более 19%. [4]

Переработка или рециркуляция отработавшего топлива из наиболее распространенного класса гражданских реакторов для производства электроэнергии или энергетических реакторов , LWR (примерами из которых являются PWR или BWR ), позволяет извлекать плутоний реакторного качества (согласно определению с 1976 года), а не топливного качества . [5] [6]

Физическая смесь изотопов в плутонии реакторного качества делает его чрезвычайно трудным в обращении и формировании и, следовательно, объясняет его нежелательность в качестве вещества для изготовления оружия, в отличие от плутония оружейного качества, с которым можно относительно безопасно обращаться в толстых перчатках. [4]

Чтобы произвести плутоний оружейного качества , урановое ядерное топливо должно находиться в активной зоне реактора не дольше нескольких недель, прежде чем будет удалено, что обеспечивает низкое выгорание топлива . Для того, чтобы это было выполнено в реакторе с водой под давлением - наиболее распространенной конструкции реактора для выработки электроэнергии - реактор должен был бы преждевременно достичь холодного останова после того, как только недавно был заправлен топливом, а это означает, что реактор должен охладить остаточное тепло, а затем его реактора давление будет сброшено, а затем твэлов выгрузки ОЯТ. Если бы такая операция была проведена, ее можно было бы легко обнаружить, [4] [1]и требуют непомерно дорогостоящих модификаций реактора. [7]

Одним из примеров того, как этот процесс может быть обнаружен в PWR , является то, что в течение этих периодов будет значительное время простоя, то есть большие промежутки времени, когда реактор не вырабатывает электроэнергию в сеть. [8] С другой стороны, современное определение плутония «реакторного качества» производится только тогда, когда реактор работает с высоким выгоранием и, следовательно, производит высокий коэффициент генерирующей мощности . По данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2009 году коэффициент мощности атомных электростанций США был выше, чем у всех других форм производства энергии, причем ядерные реакторы вырабатывали электроэнергию примерно в 90,3% времени, а угольные тепловые электростанциина 63,8%, при этом время простоя приходится на простое текущее обслуживание и заправку. [9]

Аэрофотоснимок кратера Тринити (ядерное испытание) вскоре после испытания. С почти идентичным дизайном к Толстяк бомбе, сброшенной в Нагасаки, и использовал то , что сейчас было бы определить как супер оружейный плутоний , [10] [11] Он использовал природный уран НСД , которые способствовали примерно 1/4 от конечной энергии взрывчатого вещества и в общей сложности высвободило около 22 килотонн или 22 000 тонн тротилового эквивалента . [примечание 1] Меньший кратер в юго-восточном углу был от более раннего калибровочного испытательного взрыва , в котором использовалась обычная масса взрывчатого вещества. 0,1 килотонны или 108 тонн в тротиловом эквиваленте (450 ГДж).

Степень, в которой производимый реакторным плутонием с высоким выгоранием в типичном реакторе поколения II менее полезен для создания ядерного оружия, чем оружейный плутоний, в некоторой степени обсуждается, при этом многие источники утверждают, что максимально вероятный теоретический выход будет граничить со взрывом с газом. диапазона от 0,1 до 2 килотонн в устройстве типа « Толстяк ». Поскольку расчеты показывают, что выход энергии ядерного взрывного устройства уменьшается на один и два порядка величины, если содержание 240 Pu увеличивается с 5% (почти оружейный плутоний) до 15% (2 кт) и 25% (0,2 кт). соответственно. [12]Эти вычисления теоретические и предполагают нетривиальный вопрос о работе с выделением тепла от более высокого содержания , не являющегося оружия пригодного для использования Pu-238 может быть преодолен.) В качестве преждевременной инициации от спонтанного деления из Pu-240 будет обеспечить низкий взрывной выход в таком устройстве, преодоление обоих вопросов в строительстве самодельного ядерного устройства описывается как представление «укрощать» препятствия для толстяк дизайна -era имплозии, а также возможность террористов , достигающих этот Fizzle выход рассматривается как «раздутые» опасения с учетом существующих гарантий. [13] [7] [14] [15][16] [17]

Другие не согласны с теоретической точки зрения и состояния, пока они не будут пригодны для накопления или быть установленных на ракету в течение длительных периодов времени, надежно высокие не- шипеть выходы уровня могут быть достигнуты, [18] [19] [20] [21 ] [22] [23] , утверждая , что это будет «относительно легко» для хорошо финансируемой организации с доступом к слиянию повышающего трития и опыт , чтобы преодолеть проблему предварительной детонации , создаваемое присутствием Pu-240, и что пульт приспособление для манипуляции может быть использовано при сборке компонентов бомбы, излучающей высокорадиоактивное гамма- излучение, вместе со средствами охлаждения оружейной ямы.во время хранения, чтобы предотвратить плавление плутониевого заряда, содержащегося в яме, и конструкция, которая предохраняет взрывчатые вещества механизмов взрыва от разложения высокой температурой ямы. Тем не менее, с учетом всех этих основных конструктивных соображений, эта первичная первичная обмотка плутония реакторного качества с форсированным термоядерным синтезом будет по-прежнему шипеть, если делящийся компонент первичной обмотки не дает выхода более 0,2 килотонн, что считается минимальной энергией, необходимой для начала сжигания термоядерного синтеза. . [24] Вероятность того, что устройство деления не сможет достичь этого порогового значения мощности, увеличивается по мере увеличения величины выгорания топлива. [18]

Башня апшота – Knothole теста Рут . На начальном этапе разработки ядерных взрывных устройств были испытаны имеющиеся расщепляющиеся материалы, которые отличались от обычных специальных ядерных материалов . На рисунке показаны результаты устройства с гидридом урана . После выстрела ограниченное структурное повреждение от  взрыва шипения , оцениваемое как эквивалент той же ядерной энергии, излучаемой, поскольку 200 тонн химической энергии в тротиловом эквиваленте (0,2 килотонны) не смогли разрушить испытательную башню, лишь несколько повредив ее.

Отсутствие общедоступной информации свидетельствует о том, что какая-либо хорошо финансируемая организация когда-либо серьезно занималась созданием ядерного оружия с изотопным составом, аналогичным современному плутонию реакторного качества с высоким выгоранием. Все государства, обладающие ядерным оружием, пошли по более традиционному пути к созданию ядерного оружия путем обогащения урана или производства плутония с низким выгоранием, «топливного» и оружейного плутония в реакторах, способных работать как производственные реакторы , изотопного содержания плутония реакторного качества. , созданный на основе наиболее распространенной коммерческой конструкции энергетического реактора, реактора с водой под давлением , который никогда непосредственно не рассматривался для использования в оружии. [25] [26]

По состоянию на апрель 2012 года тридцать одна страна имела гражданские атомные электростанции [27], из которых девять имели ядерное оружие , и почти каждая страна , обладающая ядерным оружием, начала сначала производить оружие, а не коммерческие атомные электростанции. Переназначение гражданской ядерной промышленности в военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении .

Поскольку конструкции ядерных реакторов бывают самыми разнообразными и иногда со временем улучшаются, соотношение изотопов того, что считается «плутонием реакторного качества» в одной конструкции, по сравнению с другой, может существенно различаться. Например, британский Магнокс реактор, поколения I с газовым охлаждением реактора (ОГП) дизайн, редко может производить топливо выгорание более 2-5  GWD / т U . [28] [29] Следовательно, «плутоний реакторного качества» и чистота Pu-239 из разряженных магнокс-реакторов составляет примерно 80%, в зависимости от величины выгорания. [30] Напротив, типовой гражданский реактор с водой под давлением, обычно составляет (типично для реактора поколения II 2015 г. ) 45  ГВт- сутки / тУ выгорания , в результате чего чистота Pu-239 составляет 50,5%, наряду с содержанием Pu-240 25,2%, [5] [6] Оставшаяся часть включает гораздо больше тепла, выделяющего изотопы Pu-238 и Pu-242, чем содержится в «плутонии реакторного качества» из реактора Magnox.

Ядерные испытания плутония «реакторного качества» [ править ]

Реакторный плутоний ядерных испытаний были «малая мощностью (до 20 килотонн)» подземного ядерного испытания с использованием не- оружейного плутония , проведенный в США испытательного полигоне Невада в 1962 году [31] Некоторые сведения об этом тесте было рассекречены в июле 1977 г., по указанию президента Джимми Картера , на фоне его решения запретить переработку ядерных материалов в США.

Плутоний, использовавшийся в устройстве США и Великобритании 1962 года, очевидно, был получен из военных магноксидных реакторов в Колдер-Холле или Чапелкроссе в Соединенном Королевстве и предоставлен США в соответствии с Соглашением о взаимной обороне между США и Великобританией 1958 года . [31] Только два американо-британских подземных ядерных испытания произошли в 1962 году: первый был испытательным выстрелом в Pampas в рамках операции Nougat , мощность которого составила 9,5 килотонн, а второй - в режиме тестового выстрела Tendrac в ходе операции Storax , который дал мощность, указанную как " низкая »(до 20 килотонн). [32]Еще одним «реакторным» испытанием, хотя и не обязательно с той же конструкцией США и Великобритании 1962 года и с содержанием плутония-240, была серия ядерных испытаний British Operation Totem в 1953 году . Несмотря на получение мощности 8-10 килотонн при содержании плутония-239, которое оценивается в 87-91%, [14] что-то в различных испытаниях вызвало недовольство британцев. [33] [ ненадежный источник? ]

Первоначальным кодовым названием проекта реактора Magnox в правительственном агентстве, которое его поручило, UKAEA , было PIPPA (PIPPA), и, как следует из этого кодового названия, реактор был спроектирован как энергетическая установка и при эксплуатации с низкое «выгорание» топлива; как производитель плутония-239 для зарождающейся программы ядерного оружия в Великобритании. [34] Этот преднамеренный подход двойного назначения к созданию энергетических реакторов, которые могли бы работать как производственные реакторы в начале эпохи холодной войны , был типичным для многих стран, которые теперь называются « ядерными реакторами поколения I ». [35]Все эти конструкции направлены на обеспечение доступа к топливу после непродолжительного выгорания, известного как онлайн-дозаправка .

Северокорейское ядерное испытание 2006 года первое в КНДР, также сказало, что было MAGNOX реактора в качестве корневого источника его плутония, эксплуатируемого в научно - исследовательском центре в Йонбене ядерного Научного в Северной Корее. Этот тестовый взрыв привел к созданию маломощного детонационного взрыва, производящего расчетную мощность около 0,48 килотонн [36] из нераскрытого изотопного состава. 2009 северокорейское ядерное испытание также был основан на плутоний. [37]Оба дали урожайность от 0,48 до 2,3 килотонн эквивалента в тротиловом эквиваленте соответственно, и оба были описаны как провальные события из-за их низкого выхода, при этом некоторые комментаторы даже предполагали, что при более низких оценках урожайности для испытаний 2006 года вместо этого взрыв может были просто эквивалентом аммиачной селитры на сумму 100 000 долларов США . [38] [39]

Аналогичным образом не был раскрыт изотопный состав в испытании США-Великобритании 1962 года, кроме описанного реакторного качества , и не было раскрыто, какое определение использовалось при описании материала для этого испытания как реакторного качества . [31] По словам Александра ДеВолпи, изотопный состав плутония, использованного в испытании США и Великобритании в 1962 году, не мог быть тем, что мы теперь считаем реакторным, и Министерство энергетики теперь подразумевает, но не утверждает, что плутоний был топливным. [14] Точно так же Всемирная ядерная ассоциация предполагает, что испытание США и Великобритании 1962 года содержало не менее 85% плутония-239., гораздо более высокая концентрация изотопов, чем та, которая обычно присутствует в отработавшем топливе большинства действующих гражданских реакторов. [40]

В 2002 году бывший заместитель генерального директора МАГАТЭ Бруно Пело заявил, что заявление Министерства энергетики вводит в заблуждение и что в ходе испытаний будет использоваться современное определение качества топлива с содержанием Pu-240 всего 12% [41].

По словам политического аналитика Мэтью Банна и советника президента по технологиям Джона Холдрена , оба из Белферского центра науки и международных отношенийв 1997 г. они процитировали официальную оценку США 1970-х годов программных альтернатив утилизации плутония. Хотя в нем не уточняется, какое определение RGPu имеется в виду, в нем, тем не менее, говорится, что «плутоний реакторного качества (с неопределенным изотопным составом) может использоваться для производства ядерного оружия на всех уровнях технической сложности» и «государства с развитым ядерным оружием. такие как Соединенные Штаты и Россия, используя современные конструкции, могли бы производить оружие из «плутония реакторного качества», имеющего надежную взрывную мощность, вес и другие характеристики, в целом сопоставимые с характеристиками оружия, сделанного из плутония оружейного качества » [42]

В статье 2008 года Кесслер и др. использовали термический анализ, чтобы сделать вывод о том, что гипотетическое ядерное взрывное устройство было «технически невыполнимым» с использованием плутония реакторного качества из реактора, который имел значение выгорания 30 ГВт · сут / т, с использованием «низкотехнологичных» конструкций, подобных Толстяку, со сферическими взрывными линзами, или 55 ГВт-сут / т для проектов «средней технологичности». [43]

Согласно Kessler et al. По критериям "высокотехнологичные" гипотетические ядерные взрывные устройства (HNED), которые могли быть произведены опытными государствами, обладающими ядерным оружием (NWS), были бы технически невозможны с плутонием реакторного качества, содержащим более примерно 9% выделяемого тепла Pu-238 изотоп. [44] [45]

Типичный изотопный состав плутония реакторного качества [ править ]

Реактор Британского Магнокса, поколение я с газовым охлаждением реактора (GCR) конструкция, редко может производить топливо выгорания более 2-5  GWD / т U . [46] [29] Конструкция реактора Magnox была названа UKAEA под кодовым названием PIPPA ( PIPPA) (энергия производства котлов под давлением и плутоний), чтобы обозначить двойную коммерческую ( энергетический реактор ) и военную ( производственный реактор ) роль завода . Чистота Pu-239 из разряженных магнокс-реакторов составляет примерно 80%, в зависимости от величины выгорания. [30]

В противоположность этому , например, общий гражданский водный реактор под давлением «ы отработавшего ядерного топлива изотопный состав, после типичного реактора Поколение II 45  ГВт / TU из выгоранием , составляет 1,11% плутоний, из которых 0,56% является Pu-239, и 0,28% представляет собой Pu-240, что соответствует содержанию Pu-239 50,5% и содержанию Pu-240 25,2%. [47] Для более низкой общей скорости выгорания 43 000 МВт-сут / т, опубликованной в 1989 г., содержание плутония-239 составляло 53% от всех изотопов плутония в отработавшем ядерном топливе реактора . [6] NRC США заявила, что коммерческий флот LWRв настоящее время энергообеспечение домов, в 1995 г. среднее выгорание составляло приблизительно 35 ГВт-сут / MTU, тогда как в 2015 г. среднее значение увеличилось до 45 GWd / MTU. [48]

Нечетные пронумерованные делящиеся изотопы плутония, присутствующие в отработавшем ядерном топливе, таком как Pu-239, значительно уменьшаются в процентах от общего состава всех изотопов плутония (который составлял 1,11% в первом примере выше) по мере того, как происходит все более и более высокое выгорание, в то время как четные неделящиеся изотопы плутония (например, Pu-238 , Pu-240 и Pu-242 ) со временем все больше накапливаются в топливе. [49]

По мере развития технологий энергетических реакторов цель состоит в том, чтобы уменьшить объем отработавшего ядерного топлива за счет повышения эффективности использования топлива и одновременного сокращения времени простоя настолько, насколько это возможно, чтобы повысить экономическую жизнеспособность электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях деления . С этой целью, реакторы в США удвоили свои средние ставки выгоранием 20-25 ГВт / MT U в 1970 - х годах до более чем 45 ГВт / MT U в 2000 - е годы. [29] [50] Строящиеся реакторы поколения III имеют расчетную скорость выгорания в диапазоне 60 ГВт-сут / тУ и необходимость дозаправки один раз в 2 года или около того. Например, европейский реактор под давлением рассчитан на 65 ГВт · сут / т [51]а AP1000 рассчитан на среднее выгорание при сбросе 52,8 ГВт-сут / т и максимальное 59,5 ГВт-сут / т. [51] Проектируемые реакторы поколения IV будут иметь еще более высокую степень выгорания .

Повторное использование в реакторах [ править ]

См. Также: Ядерный топливный цикл , второстепенные актиниды и сайт La Hague
Выделение урана и плутония из отработавшего ядерного топлива мокрым химическим методом PUREX 1940-1950-х годов . [52] Этот химический процесс является спорным, так как это также путь, который производит химически чистый WGPu.
200+ ГВт · сут / ТЕ для топливного цикла выгорания [53], предложенного в 1990-х годах в концепции интегрального быстрого реактора (IFR) (цвет), также доступна анимация технологии пиропроцессинга . [54] В отличие от стандартной мировой практики разделения PUREX , плутоний не выделяется сам по себе в этом экспериментальном цикле переработки, а все актиниды « извлекаются электроэнергией » или «очищаются» из «настоящих отходов» продукты деления в отработавшем топливе. Вместо этого плутоний смешивается со всеми гамма- и альфа-излучающими актинидами., виды, которые «защищают себя» во многих возможных сценариях кражи. Для реактора, работающего с полной загрузкой этого смешанного актинидного топлива, реакторы на быстрых нейтронах без исключения являются единственным возможным вариантом.
Концепция IFR (черно-белое изображение с более четким текстом). Цикл пиропроцессинга не ограничивается натриевыми реакторами на быстрых нейтронах, такими как изображенный IFR, многие другие концептуальные реакторы, такие как реактор стабильной соли, рассчитаны на использование топлива из него, а не PUREX.

Сегодняшние реакторы с замедлителем / тепловым реактором в основном работают в прямоточном топливном цикле, хотя они могут повторно использовать прямоточный реакторный плутоний в ограниченной степени в форме смешанного оксидного или МОКС-топлива , что является обычной коммерческой практикой в ​​большинстве стран за пределами США, поскольку это увеличивает устойчивость ядерного деления и снижает объем высокоактивных ядерных отходов. [55]

Одна треть энергии / делений в конце практического срока службы топлива в тепловом реакторе приходится на плутоний, конец цикла происходит, когда процентное содержание U-235 падает, основного топлива, которое обеспечивает экономию нейтронов внутри реактора и падение требует свежего топлива, поэтому без изменения конструкции одна треть делящегося топлива в новой загрузке топлива может быть делящимся плутонием реакторного качества с добавлением на одну треть меньше низкообогащенного урана для возобновления цепных реакций заново, что позволяет достичь частичная переработка. [56]

Типичный 5,3-процентный реакторный МОХ-топливный пучок с плутонием трансмутируется при повторном сжигании, что типично для французских тепловых реакторов, в реакторный плутоний с двойным прохождением топлива с изотопным составом 40,8% Pu- 239 и 30,6% Pu-240 в конце цикла (EOC). [57] [примечание 2] « плутоний марки МОКС (MGPu) » обычно определяется как содержащий более 30% Pu-240. [1]

В тепловых реакторах существует ограничение на количество рециклов , в отличие от ситуации в быстрых реакторах, поскольку в спектре тепловых нейтронов делящимися являются только изотопы плутония с нечетной массой, поэтому изотопы с четной массой накапливаются во всех высоких тепловых нейтронах. -сценарии выгорания спектра. Плутоний-240 , изотоп четной массы, в спектре тепловых нейтронов является плодородным материалом, таким как уран-238 , который при захвате нейтронов становится делящимся плутонием-241 ; Однако, даже массы плутония-242 не только имеет низкий захват нейтронов сечение в пределах теплового спектра ему также требуется 3 захвата нейтронов, прежде чем он станет делящимся нуклидом. [56]

В то время как большинство реакторов на тепловых нейтронах должны ограничивать использование МОКС-топлива менее чем половиной всей топливной нагрузки по причинам ядерной стабильности, из-за конструкции реактора, работающего в рамках ограничений теплового спектра нейтронов, реакторы на быстрых нейтронах, с другой стороны, могут использовать плутоний любой изотопный состав, действуют на полностью переработанной плутоний и в быстром « горелки режиме», или топливного цикла, деления и тем самым устранить все плутоний присутствует в мире запасов прямоточный отработавшего топлива. [58] Модернизированная конструкция IFR, известная как концепция S-PRISM и концепция стабильного солевого реактора , представляет собой два таких быстрых реактора, которые предлагаются для сжигания / уничтожения запасов плутония в Великобритании.который был произведен в результате эксплуатации парка неэффективных реакторов MAGNOX и, таким образом, породил крупнейшие в мире запасы топливного / «реакторного плутония». [59]

В уравнении Батке для «уровня привлекательности» ядерного материала оружейного качества , показатель заслуги (FOM), создаваемый расчетом, возвращает предположение о том, что натриевые реакторы-размножители на быстрых нейтронах вряд ли достигнут желаемого уровня устойчивости к распространению, в то время как реакторы-размножители на расплавленной соли с большей вероятностью сделают это. [60]

В цикле реактора-размножителя на быстрых нейтронах или в режиме реактора-размножителя на быстрых нейтронах, в отличие от реактора быстрого сжигания, французский реактор Феникс уникальным образом продемонстрировал многократную рециркуляцию и повторное использование плутония реакторного качества. [61] Подобные концепции реакторов и цикл топлива, наиболее известным из которых является интегральный быстрый реактор , считаются одними из немногих, которые могут реально достичь «устойчивости в планетарном масштабе», обеспечивая энергией мир с населением 10 миллиардов человек, при этом сохраняя при этом небольшую степень защиты окружающей среды. след. [62] Поэтому в режиме размножителя быстрые реакторы часто предлагаются как форма возобновляемой или устойчивой ядерной энергии . Хотя "[реакторная] плутониевая экономика"это вызовет, в настоящее время возвращает общественное недовольство и различные аргументы о возможности распространения в общественном сознании.

Как это обычно бывает в гражданских европейских тепловых реакторах, пучок МОХ-топлива с 5,3% -ным содержанием плутония, полученный путем обычной мокрой химической / PUREX- переработки исходной тепловыделяющей сборки, которая генерировала 33 ГВт-сут / т, прежде чем стать отработанным ядерным топливом , создает, когда сама В тепловом реакторе сжигается отработавшее ядерное топливо с изотопным составом плутония 40,8% Pu-239 и 30,6% Pu-240. [57] [примечание 2]

Осмотр свежего пучка тепловыделяющих стержней перед входом в реактор.

Расчеты показывают, что выход энергии ядерного взрывного устройства уменьшается на два порядка, если содержание Pu-240 увеличивается до 25% (0,2 кт). [12]

Переработка , которая в основном принимает форму рециркуляции реакторного плутония обратно в тот же или более совершенный парк реакторов, была запланирована в США в 1960-х годах. В то время ожидалось, что урановый рынок станет переполненным и ограниченным с поставками, поэтому вместе с рециркуляцией топлива более эффективные реакторы-размножители на быстрых нейтронах рассматривались как незамедлительно необходимые для эффективного использования ограниченных известных запасов урана. По прошествии времени это стало менее актуальным, поскольку прогнозы спроса снизились, а количество открытий урановой руды увеличилось. По этим экономическим причинам свежее топливо и использование только свежего топлива оставались более дешевыми с коммерческой точки зрения, чем переработанное.

В 1977 году администрация Картера ввела запрет на переработку отработавшего топлива, пытаясь подать международный пример, поскольку в США существует мнение, что это приведет к распространению ядерного оружия. [63] Это решение остается спорным и рассматривается многими американскими физиками и инженерами как в корне ошибочное, поскольку оно стоило налогоплательщику США и фондам, созданным операторами энергокомпании США , отмененными программами и инвестициями более 1 миллиарда долларов в предлагаемые проекты. Альтернативный вариант - хранилище ядерных отходов в Юкка-Маунтин, закончившееся протестами, судебными исками и неоднократными временными остановками в зависимости от мнений новых президентов. [64] [65]

После временного хранения в бассейне с отработавшим топливом связки отработанных тепловыделяющих сборок типичной атомной электростанции часто хранятся на месте, подобно восьми резервуарам для хранения сухих контейнеров, изображенным выше. [66] На атомной электростанции Янки-Роу , которая выработала 44 миллиарда киловатт-часов электроэнергии за время своего существования в США, полный запас отработавшего топлива находится в шестнадцати контейнерах. [67] Сейчас они ожидают решения об отправке в геологическое хранилище или на отечественный / зарубежный завод по переработке.

Поскольку «нежелательный» загрязнитель с точки зрения производства оружия, Pu-240, распадается быстрее, чем Pu-239, с периодом полураспада 6500 и 24000 лет соответственно, качество плутония со временем увеличивается (хотя его общее количество уменьшается. в то же время). Таким образом, по прошествии сотен и тысяч лет физики и инженеры указали на альтернативу «сжиганию» в быстрых реакторах или рециркуляцию плутония из мирового парка реакторов до полного сгорания, альтернатива сжиганию, предлагаемая наиболее часто. , что глубокого геологического хранилища , такие как ONKALO хранилища отработанного ядерного топлива , есть потенциал , чтобы стать «плутоний мины», из которого оружейныйМатериал для ядерного оружия может быть получен путем простого извлечения PUREX в ближайшие столетия или тысячелетия. [68] [22] [69]

Цель ядерного терроризма [ править ]

Смотрите также: Ядерный терроризм

Считается , что Аум Синрикё , которому удалось разработать зарин и нервно-паралитический газ VX, не хватало технических знаний для разработки или кражи ядерного оружия. Точно так же « Аль-Каида» подвергалась многочисленным махинациям, связанным с продажей радиологических отходов и других материалов, не относящихся к оружию. Корпорация RAND предположила , что их повторный опыт неудачи и мошенничество уже , возможно , привело к террористам заключительных , что ядерное приобретение слишком сложно и слишком дорого стоит следовать. [70]

См. Также [ править ]

  • Бомбы из гидрида урана мощностью около 0,2 килотонны.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Классификация ядерного материала в контексте интегрированных гарантий
  2. ^ Использование плутония в нескольких проектах MSR. 2016 г.
  3. ^ «Ядерная химия - первые атомные бомбы» . Архивировано из оригинала на 2012-03-01.
  4. ^ a b c «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2013-07-01 . Проверено 3 июля 2013 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  5. ^ a b http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация инвентарного списка отработанного ядерного топлива в поддержку всеобъемлющей национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав разряда сборки WE 17 × 17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU /
  6. ^ a b c https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Источник: Плутониевое топливо - Отчет ОЭСР, 1989 г.
  7. ^ a b «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2012-05-20 . Проверено 21 июля 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ «Изучение требований противоракетной обороны США в 2010 | Глава четвертая | IFPA» .
  9. ^ Электроэнергия, Годовая таблица, 2009 г.
  10. ^ 8.0 Первое ядерное оружие Версия 2.17: 1 августа 2002 г. ПОДПИСКА КЭРИ
  11. ^ Производство и изготовление плутония
  12. ^ a b ahin, Sümer (1981). «Замечания по проблеме предварительного воспламенения, вызванной плутонием-240 в ядерном устройстве» . Ядерная технология . 54 (1): 431–432. DOI : 10.13182 / NT81-A32795 . Энергетический выход ядерного взрывного устройства уменьшается на один и два порядка, если содержание плутония-240 увеличивается с 5 (почти оружейный плутоний) до 15 и 25% соответственно.
  13. ^ http://www.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.html Бомбы, переработка и реакторный плутоний Американского физического общества Джеральд Э. Марш и Джордж С. Стэнфорд
  14. ^ a b c "Американское физическое общество, том 25, номер 4, октябрь 1996 г. СТАТЬИ, Сокрытие информации о ядерных испытаниях? А. ДеВольпи" .
  15. ^ «Письмо (неопубликованное) от А. ДеВолпи к Физике и обществу. Опубликовано здесь с разрешения доктора ДеВолпи. Ответ на« Использование плутония реакторного качества в ядерном оружии: ответ Алексу ДеВолпи »в Физике и обществе, Том 26 (3) (10 июля 1997 г.): А. ДеВолпи, Вудридж, Иллинойс " .
  16. ^ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ: Откровенные противники задержек и ошибок в демилитаризации плутония в ядерной демилитаризации: Часть 4. Александр ДеВолпи, физик (в отставке, Аргоннская национальная лаборатория); бывший менеджер ядерной диагностики и технический менеджер программы контроля над вооружениями и нераспространения; автор книги «Распространение, плутоний и политика».
  17. ^ http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/chapter13.html#1 Коэн. Глава 13 - ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ следующая => ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  18. ^ a b Дж. Карсон Марк (август 1990 г.). «Взрывоопасные свойства реакторного плутония» (PDF) . Институт ядерного контроля. Архивировано из оригинального (PDF) 8 мая 2010 года . Проверено 10 мая 2010 года .
  19. ^ Международная группа по расщепляющимся материалам , Глобальный отчет о расщепляющихся материалах 2011: Запасы и производство ядерного оружия и расщепляющихся материалов (см. Приложение 1), получено 1 октября 2012 г.
  20. ^ https://fas.org/rlg/980826-pu.htm Ричард Лоуренс Гарвин , старший научный сотрудник по науке и технологиям, Совет по международным отношениям, Нью-Йорк, проект от 26 августа 1998 г.
  21. ^ Взрывчатые свойства реакторного плутония, Дж. Карсон Марк, Франк фон Хиппель, Эдвард Лайман. Наука и глобальная безопасность, 2009 DOI: 10.1080 / 08929880903368690
  22. ^ a b http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_3.pdf
  23. ^ Виктор Гилинский, Марвин Миллер и Harmon Хаббард, «Свежее Изучение опасности распространения легкой воды реакторов,» Образование Центр нераспространения Политика Pg 40
  24. ^ «Операция Hardtack, тестовый выстрел« Можжевельник », 0,2 кт - это примерно выход усиленного первичного звена, который не может разогнаться» .
  25. ^ В некоторых случаях государства были готовы вложить большие средства в приобретение плутония оружейного, а не реакторного качества: например, в 1980-х годах Соединенные Штаты рассматривали возможность потратить миллиарды долларов на установку специального разделения изотопов для обогащения реакторных материалов. перевести плутоний в оружейный.
  26. ^ Виртуальные инструменты - эксперимент в Лос-Аламосе. Процесс молекулярного лазерного разделения изотопов (MLIS) в газообразном гексафториде плутония.
  27. ^ «Атомная энергетика в мире сегодня» . World-nuclear.org . Проверено 22 июня 2013 .
  28. ^ "Журнал Forbes. Новые причудливые крышки баков с ядерными отходами, по мере того, как содержание становится горячее." Статус ядерной энергетики: глобальный взгляд, МАГАТЭ 2005 " .
  29. ^ a b c «Состояние атомной энергетики: глобальный взгляд» Ю.А. Соколов, заместитель генерального директора МАГАТЭ » (PDF) .
  30. ^ a b стр.19, таблица 1
  31. ^ a b c «Дополнительная информация о подземных ядерных испытаниях плутония реакторного качества» . Министерство энергетики США . Июнь 1994 . Проверено 15 марта 2007 .
  32. ^ "DOE / NV209 REV, 15 декабря 2000 г., США. Ядерные испытания с июля 1945 г. по сентябрь 1992 г." (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 15 июня 2010 года.
  33. ^ «Устройства и оружие ядерного распространения» . Архивировано из оригинала на 2017-09-22.
  34. ^ «Ядерное развитие в Соединенном Королевстве | Развитие ядерной энергии Соединенного Королевства - Мировая ядерная ассоциация» .
  35. Перейти ↑ Knott, J. (2014). «Атомные электростанции: типы, компоненты и требования к материалам». Конструкционные сплавы для электростанций . С. 69–101. DOI : 10.1533 / 9780857097552.1.69 . ISBN 9780857092380.
  36. ↑ Лянь-Фэн Чжао, Сяо-Би Се, Вэй-Минь Ван и Чжэнь-Син Яо, « Региональные сейсмические характеристики северокорейского ядерного испытания 9 октября 2006 г. , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , декабрь 2008 г. 98: 2571- 2589; DOI: 10.1785 / 0120080128
  37. ↑ Северокорейское топливо, идентифицированное как плутоний, архивировано 19 декабря 2016 г. в Wayback Machine , Том Шанкер и Дэвид Э. Сэнгер, New York Times , 17 октября 2006 г.
  38. ↑ Зейтц, Рассел (13 октября 2006 г.). "Комментарий - Пакет физики пародии?" . Wall Street Journal . Архивировано 11 января 2009 года . Проверено 13 октября 2006 года .
  39. ↑ Броуд, Уильям, « Скрытная страна дает экспертам несколько подсказок, чтобы судить о своей ядерной программе », New York Times , 12 февраля 2013 г. «Как это обычно бывает с испытаниями скрытного Севера, не было даже ясно, было ли подземное испытание ядерным. , а не взрывы обычных бомб, имитирующие подземное ядерное испытание ";
  40. ^ Участники WNA (март 2009 г.). «Плутоний» . Всемирная ядерная ассоциация . Проверено 28 февраля 2010 .
  41. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_8.pdf
  42. ^ Управление военным ураном и плутонием в Соединенных Штатах и ​​бывшем Советском Союзе , Мэтью Банн и Джон П. Холдрен, Анну. Rev. Energy Environ. 1997. 22: 403–86.
  43. ^ Кесслер, G .; Höbel, W .; Goel, B .; Сейфриц, В. (2008). «Потенциальный ядерный взрывной выход реакторного плутония с использованием теории разборки раннего анализа безопасности реактора». Ядерная инженерия и дизайн . 238 (12): 3475–3499. DOI : 10.1016 / j.nucengdes.2008.08.014 .
  44. ^ Ллойд, Коди; Годдард, Брейден (2018). «Устойчивый к распространению плутоний: обновленный анализ». Ядерная инженерия и дизайн . 330 : 297–302. DOI : 10.1016 / j.nucengdes.2018.02.012 .
  45. ^ «Рассмотрение устойчивости к распространению конструкции ядра FBR. JAEA» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  46. ^ "Журнал Forbes. Новые причудливые крышки баков с ядерными отходами, по мере того, как содержание становится горячее." Статус ядерной энергетики: глобальный взгляд, МАГАТЭ 2005 " .
  47. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация инвентарного списка отработавшего ядерного топлива в поддержку всеобъемлющей национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав разряда сборки WE 17 × 17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU /
  48. ^ [1]
  49. ^ Категоризация перечня использованного ядерного топлива в поддержку всеобъемлющей национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 35 рисунок 21. Изотопный состав разряда сборки с исходным обогащением по U-235 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU. Изотопный состав отработанного ядерного топлива в зависимости от степени выгорания типовой топливной сборки PWR
  50. ^ «Новые причудливые крышки для контейнеров с ядерными отходами, по мере того, как содержимое становится горячее». Состояние ядерной энергетики: общий взгляд, МАГАТЭ 2005 » .
  51. ^ a b "Усовершенствованные ядерные энергетические реакторы | Ядерные реакторы поколения III + - Всемирная ядерная ассоциация" .
  52. Перейти ↑ Greenwood, pp. 1255, 1261
  53. ↑ LC Walters (18 сентября 1998 г.). «Тридцать лет информации о топливе и материалах от EBR-II» . Журнал ядерных материалов . Эльзевир. 270 (1–2): 39–48. Bibcode : 1999JNuM..270 ... 39W . DOI : 10.1016 / S0022-3115 (98) 00760-0 .
  54. ^ "Историческое видео о концепции интегрального быстрого реактора (IFR). Загружено - Nuclear Engineering в Аргонне" .
  55. ^ Пуансо, гл .; Bourg, S .; Ouvrier, N .; Combernoux, N .; Rostaing, C .; Варгас-Гонсалес, М .; Бруно, Дж. (2014). «Оценка воздействия на окружающую среду ядерно-энергетических систем. Сравнение закрытого и открытого топливных циклов» . Энергия . 69 : 199–211. DOI : 10.1016 / j.energy.2014.02.069 .
  56. ^ a b Сжигание плутония для утилизации чистого плутония , Ричард Уилсон, Гарвардский университет.
  57. ^ a b http://www.oecd-nea.org/pt/docs/1999/neastatus99/AnnexE.pdf См. таблицу B «МОКС-топливо».
  58. ^ Натараджан, Р. (2015). «Переработка отработавшего ядерного топлива быстрых реакторов». Переработка и переработка отработавшего ядерного топлива . С. 213–243. DOI : 10.1016 / B978-1-78242-212-9.00009-5 . ISBN 9781782422129.
  59. ^ Коннор, Стив (2011-10-28). «Новая жизнь для старой идеи, которая могла бы растворить наши ядерные отходы» . Независимый . Лондон . Проверено 30 октября 2011 .
  60. ^ Рассмотрение устойчивости конструкции сердечника FBR к распространению. JAEA
  61. ^ УНИКАЛЬНЫЙ В МИРЕ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И МНОЖЕСТВЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ФЕНИКСА А
  62. ^ Устойчивая, полномасштабная энергия ядерного деления в планетарном масштабе. Устойчивое развитие 2012, 4 (11), 3088-3123; https://doi.org/10.3390/su4113088
  63. ^ Почему США не перерабатывают ядерное топливо?
  64. ^ Сжигание плутония для утилизации чистого плутония , Ричард Уилсон Гарвардский университет. "Использование европейских или японских реакторов для сжигания плутония, в то время как наиболее быстрое средство решения задачи сжигания оружейного плутония, пошло бы сигнал (нежелательный для этой группы людей), что европейский и японский подход (который больше похож на подход Эйзенхауэра чем у Картера) имеет свои достоинства. Но и обратное тоже может быть правдой. Отказ попросить остальной мир о помощи в сжигании плутония может иметь значение, а в некоторых кругах воспринимается как сигнал о том, что Соединенные Штаты не серьезно относятся к уничтожение запасов оружия ".
  65. ^ Коэн. Глава 13 - ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ следующая => ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  66. ^ "NRC: Хранение сухих контейнеров" . Nrc.gov. 2013-03-26 . Проверено 22 июня 2013 .
  67. ^ "Атомная электростанция Янки" . Yankeerowe.com . Проверено 22 июня 2013 .
  68. ^ Лайман, Эдвин С. (декабрь 1994). «Взгляд на риски распространения плутониевых рудников» . Институт ядерного контроля . Архивировано 25 ноября 2015 года . Проверено 25 ноября 2015 .
  69. ^ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs07lyman.pdf
  70. ^ https://www.rand.org/pubs/research_briefs/RB165/index1.html Уроки борьбы с ядерным терроризмом, полученные от Аум Синрикё, Аль-Каиды и [исследовательского] реактора в Киншасе.

Внешние ссылки [ править ]

  • Плутоний реакторного качества может быть использован для создания мощного и надежного ядерного оружия , ФАС , Ричард Гарвин, CFR , свидетельские показания Конгресса, 1998 г.
  • Реакторный и оружейный плутоний в ядерных взрывчатых веществах , Канадская коалиция за ядерную ответственность
  • Ядерное оружие и плутоний для энергетических реакторов , Эмори Б. Ловинс , 28 февраля 1980 г., Nature , Vol. 283, № 5750, стр. 817–823
  • Гарвин, Ричард Л. (1999-06-15). «Ядерный топливный цикл: имеет ли смысл переработка?» . В Б. ван дер Цваане (ред.). Атомная энергия . World Scientific. п. 144. ISBN 978-981-02-4011-0. Но нет никаких сомнений в том, что реакторный плутоний, полученный при переработке отработавшего топлива LWR, можно легко использовать для создания высокоэффективного и высоконадежного ядерного оружия, как объясняется в публикации Комитета по международной безопасности и контролю над вооружениями (CISAC) 1994 года .
  • Дополнительная информация о подземных ядерных испытаниях плутония реакторного качества
  • Почему нельзя построить бомбу из отработавшего топлива
  • Изотопы плутония - вопросы нераспространения и гарантий
  • Плутоний как источник энергии Арджун Махиджани, Институт энергетики и исследований окружающей среды.
  1. ^ Энергия взрывной волны была эквивалентна энергии 10 килотонн в тротиловом эквиваленте , тогда как оставшиеся ~ 12 килотонн энергии испускались в виде ядерных излучений: рентгеновских лучей, гамма, бета, ядерных осадков и т. Д.
  2. ^ a b с остальными 14,9% Pu-241, 10,6% Pu-242 и 3,1% Pu-238