Plutonium de qualité militaire : application, production, élimination

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'humanité a toujours été à la recherche de nouvelles sources d'énergie capables de résoudre de nombreux problèmes. Cependant, ils ne sont pas toujours sûrs. Ainsi, en particulier, les réacteurs nucléaires largement utilisés aujourd'hui, bien qu'ils soient capables de générer simplement une quantité colossale d'une telle énergie électrique dont tout le monde a besoin, comportent toujours un danger mortel. Mais, en plus de l'utilisation de l'énergie nucléaire à des fins pacifiques, certains pays de notre planète ont appris à l'utiliser à des fins militaires, notamment pour créer des ogives nucléaires. Cet article discutera de la base d'une telle arme destructrice, dont le nom est du plutonium de qualité militaire.

Référence rapide

Cette forme compacte du métal contient au moins 93,5 % de l'isotope 239Pu. Le plutonium de qualité militaire a été nommé ainsi afin de le distinguer de son « frère réacteur ». En principe, le plutonium est toujours formé dans absolument n'importe quel réacteur nucléaire, qui, à son tour, fonctionne avec de l'uranium faiblement enrichi ou naturel, qui contient, pour la plupart, l'isotope 238U.

Applications militaires

Le plutonium 239Pu de qualité militaire est à la base des armes nucléaires. Dans le même temps, l'utilisation d'isotopes avec des nombres de masse 240 et 242 n'est pas pertinente, car ils créent trèsun fond élevé de neutrons, ce qui rend finalement difficile la création et la conception de munitions nucléaires hautement efficaces. De plus, les isotopes du plutonium 240Pu et 241Pu ont une demi-vie beaucoup plus courte que le 239Pu, de sorte que les parties de plutonium deviennent très chaudes. C'est dans ce contexte que les ingénieurs sont obligés d'ajouter des éléments supplémentaires à une arme nucléaire pour éliminer l'excès de chaleur. Soit dit en passant, le 239Pu pur est plus chaud que le corps humain. Il est également impossible de ne pas tenir compte du fait que les produits de désintégration des isotopes lourds soumettent le réseau cristallin métallique à des modifications néfastes, ce qui modifie tout naturellement la configuration des parties en plutonium, ce qui, à terme, peut entraîner une défaillance complète de un engin explosif nucléaire.

Dans l'ensemble, toutes ces difficultés peuvent être surmontées. Et dans la pratique, des engins explosifs à base de plutonium "réacteur" ont déjà été testés à plusieurs reprises. Mais il faut comprendre que dans les munitions nucléaires, leur compacité, leur faible poids, leur durabilité et leur fiabilité sont loin d'être la dernière position. À cet égard, ils utilisent exclusivement du plutonium de qualité militaire.

Caractéristiques de conception des réacteurs industriels

Pratiquement tout le plutonium en Russie a été produit dans des réacteurs équipés d'un modérateur en graphite. Chacun des réacteurs est construit autour de blocs de graphite cylindriques.

Une fois assemblés, les blocs de graphite ont des fentes spéciales entre eux pour assurer une circulation continue du liquide de refroidissement, ce quil'azote est utilisé. Dans la structure assemblée, il existe également des canaux situés verticalement créés pour le passage de l'eau de refroidissement et du carburant à travers eux. L'ensemble lui-même est supporté rigidement par une structure percée de trous sous les canaux servant à acheminer le combustible déjà irradié. De plus, chacun des canaux est situé dans un tuyau à paroi mince moulé à partir d'un alliage d'aluminium léger et extra-résistant. La plupart des canaux décrits comportent 70 crayons combustibles. L'eau de refroidissement circule directement autour des barres de combustible, en éliminant l'excès de chaleur.

Augmentation de la capacité des réacteurs de production

Initialement, le premier réacteur Mayak fonctionnait avec une capacité de 100 MW thermiques. Cependant, le responsable en chef du programme d'armement nucléaire soviétique, Igor Kurchatov, a proposé que le réacteur fonctionne à 170-190 MW en hiver et à 140-150 MW en été. Cette approche a permis au réacteur de produire près de 140 grammes de précieux plutonium par jour.

En 1952, des travaux de recherche à part entière ont été menés afin d'augmenter la capacité de production des réacteurs en fonctionnement par les méthodes suivantes:

• En augmentant le débit d'eau servant au refroidissement et circulant dans les zones actives d'une installation nucléaire.
• En augmentant la résistance au phénomène de corrosion se produisant à proximité du revêtement du canal.
• Réduire le taux d'oxydation du graphite.
• Élévation de la température à l'intérieur des piles à combustible.

En conséquence, le débit de l'eau en circulation a considérablement augmenté après l'augmentation de l'écart entre le combustible et les parois du canal. Nous avons également réussi à éliminer la corrosion. Pour ce faire, nous avons choisi les alliages d'aluminium les plus appropriés et avons commencé à ajouter activement du bichromate de sodium, ce qui a finalement augmenté la douceur de l'eau de refroidissement (le pH est devenu d'environ 6,0 à 6,2). L'oxydation du graphite a cessé d'être un problème urgent après l'utilisation d'azote pour le refroidir (auparavant, seul l'air était utilisé).

À la fin des années 1950, des innovations ont été pleinement mises en pratique, réduisant le gonflement hautement inutile de l'uranium causé par les radiations, réduisant considérablement le durcissement thermique des barres d'uranium, améliorant la résistance de la gaine et améliorant le contrôle de la qualité de la fabrication.

Production chez Mayak

"Chelyabinsk-65" est l'une de ces usines très secrètes où du plutonium de qualité militaire a été créé. Il y avait plusieurs réacteurs dans l'entreprise, nous apprendrons à mieux les connaître.

Réacteur A

L'unité a été conçue et construite sous la direction du légendaire N. A. Dollezhal. Elle a travaillé avec une puissance de 100 MW. Le réacteur avait 1149 canaux de contrôle et de combustible disposés verticalement dans un bloc de graphite. La masse totale de la structure était d'environ 1050 tonnes. Presque tous les canaux (sauf 25) étaient chargés d'uranium, dont la masse totale était de 120 à 130 tonnes. 17 canaux ont été utilisés pour les barres de commande et 8 pourmener des expériences. Le dégagement de chaleur de conception maximal de la pile à combustible était de 3,45 kW. Au début, le réacteur produisait environ 100 grammes de plutonium par jour. Le plutonium métal a été produit pour la première fois le 16 avril 1949.

Défauts technologiques

Des problèmes assez graves ont été identifiés presque immédiatement, à savoir la corrosion des revêtements en aluminium et des revêtements des piles à combustible. Les barres d'uranium ont également gonflé et se sont cassées, et l'eau de refroidissement s'est infiltrée directement dans le cœur du réacteur. Après chaque fuite, le réacteur devait être arrêté jusqu'à 10 heures afin de sécher le graphite à l'air. En janvier 1949, les revêtements des canaux sont remplacés. Après cela, le lancement de l'installation eut lieu le 26 mars 1949.

Le plutonium de qualité militaire, dont la production au réacteur A s'est accompagnée de toutes sortes de difficultés, a été produit dans la période 1950-1954 avec une puissance unitaire moyenne de 180 MW. L'exploitation ultérieure du réacteur a commencé à s'accompagner d'une utilisation plus intensive, ce qui a tout naturellement conduit à des arrêts plus fréquents (jusqu'à 165 fois par mois). En conséquence, en octobre 1963, le réacteur a été arrêté et n'a repris son fonctionnement qu'au printemps 1964. Il termina sa campagne en 1987 et produisit 4,6 tonnes de plutonium sur toute la période de nombreuses années d'exploitation.

Réacteurs AB

Il a été décidé de construire trois réacteurs AB à l'entreprise Chelyabinsk-65 à l'automne 1948. Leur capacité de production était de 200 à 250 grammes de plutonium par jour. Le concepteur en chef du projet était A. Savin. Chaque réacteur avait 1996 canaux, dont 65 étaient des canaux de contrôle. Une nouveauté technique a été utilisée dans les installations - chaque canal était équipé d'un détecteur de fuite de liquide de refroidissement spécial. Un tel déménagement a permis de changer les chemises sans arrêter le fonctionnement du réacteur lui-même.

La première année de fonctionnement des réacteurs a montré qu'ils produisaient environ 260 grammes de plutonium par jour. Cependant, à partir de la deuxième année d'exploitation, la capacité a été progressivement augmentée et déjà en 1963, son chiffre était de 600 MW. Après la deuxième révision, le problème des revêtements a été complètement résolu et la capacité était déjà de 1200 MW avec une production annuelle de plutonium de 270 kilogrammes. Ces indicateurs sont restés jusqu'à la fermeture complète des réacteurs.

Réacteur AI-IR

L'entreprise Chelyabinsk a utilisé cette installation du 22 décembre 1951 au 25 mai 1987. En plus de l'uranium, le réacteur a également produit du cob alt-60 et du polonium-210. Initialement, le site produisait du tritium, mais a ensuite commencé à recevoir du plutonium.

En outre, l'usine de traitement du plutonium de qualité militaire avait en service des réacteurs à eau lourde et le seul réacteur à eau légère (son nom est Ruslan).

Géant de Sibérie

"Tomsk-7" - c'est le nom de l'usine, qui abrite cinq réacteurs pour la production de plutonium. Chacune des unités utilisait du graphite pour ralentir les neutrons et de l'eau ordinaire pour assurer un refroidissement adéquat.

Le réacteur I-1 a fonctionné avec le systèmerefroidissement, dans lequel l'eau est passée une fois. Cependant, les quatre unités restantes étaient équipées de circuits primaires fermés équipés d'échangeurs de chaleur. Cette conception a permis de générer en plus de la vapeur, qui à son tour a contribué à la production d'électricité et au chauffage de divers locaux résidentiels.

"Tomsk-7" avait également un réacteur appelé EI-2, qui, à son tour, avait un double objectif: il produisait du plutonium et produisait 100 MW d'électricité à partir de la vapeur générée, ainsi que 200 MW d'énergie thermique l'énergie.

Informations importantes

Selon les scientifiques, la demi-vie du plutonium de qualité militaire est d'environ 24 360 ans. Nombre énorme ! À cet égard, la question devient particulièrement aiguë: "Comment traiter correctement les déchets de production de cet élément ?" L'option la plus optimale est la construction d'entreprises spéciales pour le traitement ultérieur du plutonium de qualité militaire. Cela s'explique par le fait que dans ce cas l'élément ne pourra plus être utilisé à des fins militaires et sera contrôlé par une personne. C'est ainsi que le plutonium de qualité militaire est éliminé en Russie, mais les États-Unis d'Amérique ont pris une autre voie, violant ainsi leurs obligations internationales.

Ainsi, le gouvernement américain propose de détruire le combustible nucléaire hautement enrichi non pas de manière industrielle, mais en diluant le plutonium et en le stockant dans des conteneurs spéciaux à une profondeur de 500 mètres. Il va sans dire que dans ce cas le matériau peut facilement êtrel'extraire du sol et le relancer à des fins militaires. Selon le président russe Vladimir Poutine, les pays ont initialement convenu de ne pas détruire le plutonium par cette méthode, mais de procéder à son élimination dans des installations industrielles.

Le coût du plutonium de qualité militaire mérite une attention particulière. Selon les experts, des dizaines de tonnes de cet élément pourraient bien coûter plusieurs milliards de dollars américains. Et certains experts ont même estimé que 500 tonnes de plutonium de qualité militaire équivalaient à 8 000 milliards de dollars. Le montant est vraiment impressionnant. Pour mieux comprendre combien d'argent cela représente, disons qu'au cours des dix dernières années du XXe siècle, le PIB annuel moyen de la Russie était de 400 milliards de dollars. Autrement dit, le prix réel du plutonium de qualité militaire était égal à vingt PIB annuel de la Fédération de Russie.