Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с оружейного урана )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ядерный материал оружейного качества - это любой расщепляющийся ядерный материал , достаточно чистый для изготовления ядерного оружия или обладающий свойствами, которые делают его особенно подходящим для использования в ядерном оружии. Плутоний и уран в сортах, обычно используемых в ядерном оружии, являются наиболее распространенными примерами. (Эти ядерные материалы имеют другие категории в зависимости от их чистоты.)

Только делящиеся изотопы некоторых элементов имеют потенциал для использования в ядерном оружии. Для такого использования концентрация делящихся изотопов урана-235 и плутония-239 в используемом элементе должна быть достаточно высокой. Уран из природных источников обогащается путем разделения изотопов , а плутоний производится в подходящем ядерном реакторе .

Эксперименты проводились с ураном-233 . Нептуний-237 и некоторые изотопы америция могут быть использованы, но неясно, было ли это когда-либо реализовано. [6]

Критическая масса [ править ]

Любой оружейный ядерный материал должен иметь критическую массу , достаточно малую, чтобы оправдать его использование в оружии. Критическая масса любого материала - это наименьшее количество, необходимое для устойчивой цепной ядерной реакции. Это, конечно, бесконечно для любого нерадиоактивного материала. Более того, разные изотопы имеют разные критические массы, а критическая масса для многих радиоактивных изотопов бесконечна, потому что способ распада одного атома не может вызвать аналогичный распад более чем одного соседнего атома. Например, критическая масса урана-238 бесконечна, а критические массы урана-233 и урана-235 конечны.

На критическую массу любого изотопа влияют любые примеси и физическая форма материала. Форма с минимальной критической массой и наименьшими физическими размерами - сфера. Критические массы голых сфер при нормальной плотности некоторых актинидов приведены в прилагаемой таблице. Большая часть информации о массах голых сфер засекречена, но некоторые документы рассекречены. [7]

Страны, которые производили ядерный материал оружейного качества [ править ]

Десять стран произвели ядерный материал оружейного качества: [18]

  • Пять признанных « ядерных держав » в соответствии с условиями Договора о нераспространении ядерного оружия (ДНЯО): США ( первое испытание ядерного оружия и использование двух бомб в качестве оружия в 1945 году ), Россия ( первое испытание оружия в 1949 году ), Соединенное Королевство ( 1952 г. ), Франция ( 1960 г. ) и Китай ( 1964 г. )
  • Три других заявленных ядерных государства, которые не подписали ДНЯО: Индия (не подписавшая, оружие испытано в 1974 г. ), Пакистан (не подписавшая, оружие испытано в 1998 г. ) и Северная Корея (вышла из ДНЯО в 2003 г., оружие испытано. в 2006 г. )
  • Широко известно, что Израиль разработал ядерное оружие (вероятно, впервые испытанное в 1960-х или 1970-х годах), но открыто не заявлял о своих возможностях.
  • Южная Африка , которая также имела возможности по обогащению урана и разработала ядерное оружие (возможно, испытанное в 1979 г. ), но демонтировала свой арсенал и присоединилась к ДНЯО в 1991 г.

Уран оружейного качества [ править ]

Природный уран превращается в оружейный за счет изотопного обогащения . Первоначально только около 0,7% его составлял делящийся U-235, а остальная часть почти полностью состояла из урана-238 (U-238). Их разделяет разная масса . Высокообогащенный уран считается оружейным, если он обогащен примерно до 90% по U-235. [ необходима цитата ]

U-233 производится из тория-232 путем захвата нейтронов . Полученный таким образом U-233 не требует обогащения и может быть относительно легко химически отделен от остаточного Th-232. Следовательно, он регулируется как особый ядерный материал только по общему имеющемуся количеству. U-233 может быть намеренно разбавлен U-238 для устранения проблем с распространением. [19]

Хотя U-233, таким образом, может показаться идеальным для размещения оружия, серьезным препятствием на пути к этой цели является совместное производство следовых количеств урана-232 из-за побочных реакций. Опасность U-232, возникающая в результате его высокорадиоактивных продуктов распада, таких как таллий-208 , значительна даже при 5 частях на миллион . Имплозивное ядерное оружие требует содержания U-232 ниже 50 частей на миллион (выше которого U-233 считается «низкосортным»; см. «Стандартный оружейный плутоний требует содержания Pu-240 не более 6,5%», что составляет 65 000 частей на миллион). , а аналогичный Pu-238 был произведен с концентрацией 0,5% (5000 частей на миллион) или меньше). Оружие деления пушечного типапотребуются низкие уровни U-232 и низкие уровни легких примесей порядка 1 PPM. [20]

Плутоний оружейного качества [ править ]

Pu-239 производится искусственно в ядерных реакторах, когда нейтрон поглощается U-238, образуя U-239, который затем распадается в быстром двухступенчатом процессе до Pu-239. Затем его можно отделить от урана на заводе по переработке ядерного топлива .

Плутоний оружейного качества определяется как преимущественно Pu-239 , обычно около 93% Pu-239. [21] Pu-240 образуется, когда Pu-239 поглощает дополнительный нейтрон и не расщепляется. Pu-240 и Pu-239 не разделяются при переработке. Pu-240 имеет высокую скорость самопроизвольного деления , что может вызвать преждевременный взрыв ядерного оружия. Это делает плутоний непригодным для использования в ядерном оружии пушечного типа . Чтобы снизить концентрацию Pu-240 в производимом плутонии, реакторы для производства плутония в рамках оружейной программы (например, реактор B ) облучают уран в течение гораздо более короткого времени, чем обычно для ядерных энергетических реакторов.. Точнее, оружейный плутоний получают из урана, облученного до низкого выгорания .

В этом заключается принципиальная разница между этими двумя типами реакторов. На атомной электростанции желательно высокое выгорание. Такие электростанции, как устаревшие реакторы British Magnox и французские UNGG , которые были разработаны для производства электричества или оружейного материала, работали на низких уровнях мощности с частой заменой топлива с использованием онлайн-дозаправки для производства оружейного плутония. Такая работа невозможна с легководными реакторами, наиболее часто используемыми для выработки электроэнергии. В них необходимо остановить реактор и разобрать сосуд высокого давления, чтобы получить доступ к облученному топливу.

Плутоний, рекуперированный из отработавшего топлива LWR, хотя и не является оружейным, может быть использован для производства ядерного оружия на всех уровнях сложности [22], хотя в простых конструкциях он может давать лишь незначительный выход. [23] Оружие, изготовленное из реакторного плутония, потребует специального охлаждения, чтобы хранить его в готовности к использованию. [24] В испытании 1962 года, проведенном в Центре национальной безопасности США в Неваде (тогда известном как Полигон испытаний в Неваде), использовался не оружейный плутоний, произведенный в реакторе Magnox в Великобритании. Используемый плутоний был предоставлен Соединенным Штатам в соответствии с Соглашением о взаимной обороне США и Великобритании 1958 года . Его изотопный состав не был раскрыт, кроме описания.реакторного качества, и не было раскрыто, какое определение использовалось при описании материала таким образом. [25] Плутоний, по-видимому, был получен из военных реакторов Magnox в Колдер-Холле или Чапелкроссе. Содержание Pu-239 в материале, использованном в испытании 1962 года, не разглашается, но предполагается, что оно составляло не менее 85%, что намного выше, чем в типичном отработавшем топливе из действующих в настоящее время реакторов. [26]

Иногда промышленные LWR производят отработавшее топливо с низким уровнем выгорания, когда такой инцидент, как повреждение оболочки твэла, требует досрочной перегрузки топлива. Если период облучения был достаточно коротким, это отработавшее топливо можно было бы переработать для производства оружейного плутония.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным промежутком нестабильности после полония (84), где нет нуклидов с периодом полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке - радон-222 с периодом полураспада менее четырех суток ). Самый долгоживущий изотоп радия, 1600 лет, поэтому заслуживает включения этого элемента в этот список.
  2. ^ В частности, отделения U-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
  3. ^ Milsted, J .; Фридман, AM; Стивенс, CM (1965). «Альфа-период полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248». Ядерная физика . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M . DOI : 10.1016 / 0029-5582 (65) 90719-4 .
    «Изотопные анализы выявили вид с массой 248 в постоянной численности в трех образцах, проанализированных в течение примерно 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk 248 с периодом полураспада более 9 [лет]. Рост Cf не наблюдался. 248 , и нижний предел для β - периода полураспада может быть установлен на уровне примерно 10 4 [лет]. Альфа-активность, связанная с новым изомером, не обнаружена; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет] ]. "
  4. ^ Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до " моря нестабильности ".
  5. ^ Исключая " классически стабильные " нуклиды с периодом полураспада, значительно превышающим 232 Th; например, в то время как 113m Cd имеет период полураспада всего четырнадцать лет, период полураспада 113 Cd составляет почти восемь квадриллионов лет.
  6. Дэвид Олбрайт и Кимберли Крамер (22 августа 2005 г.). «Нептуний 237 и америций: мировая инвентаризация и проблемы распространения» (PDF) . Институт науки и международной безопасности . Проверено 13 октября 2011 года .
  7. ^ Переоценка критических характеристик некоторых систем быстрых нейтронов Лос-Аламоса
  8. ^ a b c d Дизайн и материалы ядерного оружия , веб-сайт Инициативы по ядерной угрозе . [ мертвая ссылка ] [ ненадежный источник? ]
  9. ^ a b c Окончательный отчет, Оценка данных по безопасности ядерной критичности и пределов для актинидов на транспорте , Французская Республика, Институт радиозащиты и ядерной безопасности, Департамент защиты и исследования аварий.
  10. Глава 5, Проблемы завтра? Разделенные нептуний 237 и америций , Проблемы контроля делящихся материалов (1999), isis-online.org
  11. П. Вайс (26 октября 2002 г.). «Neptunium Nukes? Малоизученный металл становится критическим» . Новости науки . 162 (17): 259. DOI : 10,2307 / 4014034 . Архивировано из оригинального 15 декабря 2012 года . Проверено 7 ноября 2013 года .
  12. ^ a b Обновленные оценки критической массы плутония-238 , Министерство энергетики США: Управление научной и технической информации
  13. ^ a b Амори Б. Ловинс, Ядерное оружие и плутоний для энергетических реакторов , Nature , Vol. 283, No. 5750, pp. 817–823, 28 февраля 1980 г.
  14. ^ a b c Диас, Хемант; Танкок, Найджел; Клейтон, Анджела (2003). «Расчет критических масс для 241 Am, 242 Am и 243 Am» (PDF) . Вызовы на пути к глобальной безопасности ядерной критичности . Материалы Седьмой Международной конференции по безопасности ядерной критичности. II . Токай, Ибараки, Япония: Японский научно-исследовательский институт атомной энергии. С. 618–623.
  15. ^ a b c d e Окуно, Хироши; Кавасаки, Хиромицу (2002). «Расчеты критической и подкритической массы кюрия-243–247 на основе JENDL-3.2 для пересмотра ANSI / ANS-8.15» . Журнал ядерной науки и технологий . 39 (10): 1072–1085. DOI : 10.1080 / 18811248.2002.9715296 .
  16. ^ a b c Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire: "Оценка ядерной безопасности по критичности. Данные и ограничения для актинидов при транспортировке" , стр. 16
  17. Кэри Саблетт, Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии: Раздел 6.0. Ядерные материалы, 20 февраля 1999 г.
  18. ^ [ сомнительно ] Махиджани, Арджун; Чалмерс, Лоис; Смит, Брайс (15 октября 2004 г.). «Обогащение урана: простые факты для разжигания информированных дебатов по ядерному распространению и ядерной энергетике» (PDF) . Институт энергетики и экологических исследований . Проверено 17 мая 2017 года .
  19. ^ Определение оружейного урана-233 ORNL / TM-13517
  20. ^ Вопросы и ответы по ядерным материалам
  21. ^ «Реакторный и оружейный плутоний в ядерных взрывчатых веществах» . Оценка нераспространения и контроля над вооружениями хранилищ делящихся материалов, пригодных для использования в оружии, и альтернатив утилизации избыточного плутония (отрывок) . Министерство энергетики США. Январь 1997 . Проверено 5 сентября 2011 года .
  22. ^ Мэтью Банн и; Джон П. Холдрен (ноябрь 1997 г.). «УПРАВЛЕНИЕ ВОЕННЫМ УРАНОМ И ПЛУТОНИЕМ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ И БЫВШЕМ СОВЕТСКОМ СОЮЗЕ» . Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды . 22 (1): 403–486. DOI : 10.1146 / ANNUREV.ENERGY.22.1.403 . Викиданные Q56853752 . .
  23. ^ Дж. Карсон Марк (август 1990). «Взрывоопасные свойства реакторного плутония» (PDF) . Институт ядерного контроля . Проверено 10 мая 2010 года .
  24. ^ Россин, Дэвид. «Политика США по переработке отработавшего топлива: проблемы» . PBS . Проверено 29 марта 2014 года .
  25. ^ "Дополнительная информация о подземных ядерных испытаниях плутония реакторного качества" . Министерство энергетики США . Июнь 1994 . Проверено 15 марта 2007 года .
  26. ^ «Плутоний» . Всемирная ядерная ассоциация. Март 2009 . Проверено 28 февраля 2010 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • 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). «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 это объясняется в публикации Комитета по международной безопасности и контролю над вооружениями (CISAC) 1994 года .