Plutonium in Waffenqualität: Anwendung, Herstellung, Entsorgung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Menschheit war schon immer auf der Suche nach neuen Energiequellen, die viele Probleme lösen können. Sie sind jedoch nicht immer sicher. So bergen insbesondere die heute weit verbreiteten Kernreaktoren, obwohl sie in der Lage sind, einfach eine kolossale Menge an elektrischer Energie zu erzeugen, die jeder braucht, immer noch eine tödliche Gefahr. Aber neben der Nutzung der Kernenergie für friedliche Zwecke haben einige Länder unseres Planeten gelernt, sie militärisch einzusetzen, insbesondere um Atomsprengköpfe herzustellen. In diesem Artikel wird die Grundlage einer solchen zerstörerischen Waffe erörtert, deren Name waffenfähiges Plutonium ist.

Kurzanleitung

Diese kompakte Form des Metalls enthält mindestens 93,5 % des 239Pu-Isotops. Waffenplutonium wurde so benannt, um es von seinem „Reaktorbruder“zu unterscheiden. Plutonium entsteht im Prinzip immer in jedem Kernreaktor, der wiederum mit schwach angereichertem oder natürlichem Uran betrieben wird, das zum größten Teil das Isotop 238U enthält.

Militäranwendungen

Waffentaugliches Plutonium 239Pu ist die Basis von Atomwaffen. Gleichzeitig ist die Verwendung von Isotopen mit den Massenzahlen 240 und 242 irrelevant, da sie sehr erzeugenein hoher Neutronenhintergrund, der es letztendlich schwierig macht, hochwirksame Atommunition herzustellen und zu entwerfen. Außerdem haben die Plutoniumisotope 240Pu und 241Pu eine viel kürzere Halbwertszeit als 239Pu, sodass Plutoniumteile sehr heiß werden. In diesem Zusammenhang sind Ingenieure gezwungen, einer Atomwaffe zusätzliche Elemente hinzuzufügen, um überschüssige Wärme abzuleiten. Reines 239Pu ist übrigens wärmer als der menschliche Körper. Es ist auch nicht zu übersehen, dass die Zerfallsprodukte schwerer Isotope das Metallkristallgitter schädlichen Veränderungen unterziehen, was ganz natürlich die Konfiguration von Plutoniumteilen verändert, was letztendlich zu einem vollständigen Versagen von führen kann ein nuklearer Sprengsatz.

Im Großen und Ganzen können all diese Schwierigkeiten überwunden werden. Und in der Praxis wurden bereits mehrfach Sprengkörper auf Basis von „Reaktor“-Plutonium erprobt. Es sollte jedoch verstanden werden, dass bei Nuklearmunition ihre Kompaktheit, ihr geringes Eigengewicht, ihre H altbarkeit und Zuverlässigkeit bei weitem nicht die letzte Position sind. Dabei verwenden sie ausschließlich waffenfähiges Plutonium.

Konstruktionsmerkmale von Industriereaktoren

Praktisch alles Plutonium in Russland wurde in Reaktoren hergestellt, die mit einem Graphitmoderator ausgestattet waren. Jeder der Reaktoren ist um zylindrische Graphitblöcke herum aufgebaut.

Im zusammengebauten Zustand haben Graphitblöcke spezielle Schlitze zwischen sich, um eine kontinuierliche Zirkulation des Kühlmittels zu gewährleistenStickstoff verwendet wird. In der zusammengebauten Struktur gibt es auch vertikal angeordnete Kanäle, die für den Durchgang von Wasserkühlung und Kraftstoff durch sie geschaffen werden. Die Baugruppe selbst wird starr von einer Struktur mit Löchern unter den Kanälen getragen, die zum Transport des bereits bestrahlten Brennstoffs verwendet werden. Zudem befindet sich jeder der Kanäle in einem dünnwandigen Gussrohr aus einer leichten und extrastarken Aluminiumlegierung. Die meisten der beschriebenen Kanäle haben 70 Brennstäbe. Das Kühlwasser umströmt die Brennstäbe direkt und entzieht ihnen überschüssige Wärme.

Erhöhung der Kapazität von Produktionsreaktoren

Anfangs arbeitete der erste Mayak-Reaktor mit einer Kapazität von 100 MW thermisch. Der Chef des sowjetischen Atomwaffenprogramms, Igor Kurchatov, schlug jedoch vor, dass der Reaktor im Winter mit 170 bis 190 MW und im Sommer mit 140 bis 150 MW betrieben werden sollte. Dieser Ansatz ermöglichte es dem Reaktor, fast 140 Gramm kostbares Plutonium pro Tag zu produzieren.

1952 wurden umfassende Forschungsarbeiten durchgeführt, um die Produktionskapazität funktionierender Reaktoren durch folgende Methoden zu erhöhen:

• Indem der Wasserdurchfluss erhöht wird, der zum Kühlen verwendet wird und durch die aktiven Zonen einer kerntechnischen Anlage fließt.
• Indem der Widerstand gegen das Korrosionsphänomen in der Nähe der Kanalauskleidung erhöht wird.
• Reduktion der Graphitoxidationsrate.
• Erhöhung der Temperatur in den Brennstoffzellen.

Infolgedessen hat sich der Durchsatz des zirkulierenden Wassers deutlich erhöht, nachdem der Abstand zwischen dem Kraftstoff und den Wänden des Kanals vergrößert wurde. Wir haben es auch geschafft, Korrosion loszuwerden. Dazu wählten wir die am besten geeigneten Aluminiumlegierungen aus und begannen aktiv Natriumbichromat hinzuzufügen, was letztendlich die Weichheit des Kühlwassers erhöhte (pH wurde etwa 6,0-6,2). Die Graphitoxidation war kein dringendes Problem mehr, nachdem Stickstoff zur Kühlung verwendet wurde (vorher wurde nur Luft verwendet).

Als die 1950er Jahre zu Ende gingen, wurden Innovationen vollständig in die Praxis umgesetzt, wodurch das höchst unnötige Aufblasen von Uran durch Strahlung reduziert, die Hitzehärtung von Uranstäben stark reduziert, die Umhüllungsbeständigkeit verbessert und die Qualitätskontrolle bei der Herstellung verbessert wurde.

Produktion bei Mayak

"Chelyabinsk-65" ist eine dieser sehr geheimen Fabriken, in denen waffenfähiges Plutonium hergestellt wurde. Es gab mehrere Reaktoren im Unternehmen, wir werden jeden von ihnen besser kennenlernen.

Reaktor A

Die Einheit wurde unter der Leitung des legendären N. A. Dollezhal entworfen und gebaut. Sie arbeitete mit einer Leistung von 100 MW. Der Reaktor hatte 1149 vertikal angeordnete Steuer- und Brennstoffkanäle in einem Graphitblock. Die Gesamtmasse der Struktur betrug etwa 1050 Tonnen. Fast alle Kanäle (außer 25) waren mit Uran beladen, dessen Gesamtmasse 120-130 Tonnen betrug. 17 Kanäle wurden für Steuerstäbe und 8 für Steuerstäbe verwendetExperimente durchführen. Die maximale Auslegungswärmeabgabe der Brennstoffzelle betrug 3,45 kW. Zunächst produzierte der Reaktor etwa 100 Gramm Plutonium pro Tag. Plutoniummetall wurde erstmals am 16. April 1949 produziert.

Technologische Mängel

Recht ernste Probleme wurden fast sofort identifiziert, die aus Korrosion von Aluminiumauskleidungen und Brennstoffzellenbeschichtungen bestanden. Auch die Uranstäbe schwollen an und brachen, und Kühlwasser leckte direkt in den Kern des Reaktors. Nach jedem Leck musste der Reaktor bis zu 10 Stunden angeh alten werden, um den Graphit mit Luft zu trocknen. Im Januar 1949 wurden die Kanalliner ersetzt. Danach erfolgte am 26. März 1949 der Stapellauf der Anlage.

Waffentaugliches Plutonium, dessen Herstellung im Reaktor A mit allerlei Schwierigkeiten verbunden war, wurde im Zeitraum 1950-1954 mit einer durchschnittlichen Einheitsleistung von 180 MW produziert. Der weitere Betrieb des Reaktors begann mit einer intensiveren Nutzung einherzugehen, was naturgemäß zu häufigeren Absch altungen (bis zu 165 Mal im Monat) führte. Infolgedessen wurde der Reaktor im Oktober 1963 abgesch altet und nahm seinen Betrieb erst im Frühjahr 1964 wieder auf. Er beendete seine Kampagne 1987 und produzierte über die gesamte Dauer des langjährigen Betriebs 4,6 Tonnen Plutonium.

AB-Reaktoren

Im Herbst 1948 wurde beschlossen, drei AB-Reaktoren im Unternehmen Tscheljabinsk-65 zu bauen. Ihre Produktionskapazität betrug 200-250 Gramm Plutonium pro Tag. Der Chefdesigner des Projekts war A. Savin. Jeder Reaktor hatte 1996 Kanäle, davon waren 65 Steuerkanäle. Bei den Installationen wurde eine technische Neuheit verwendet - jeder Kanal wurde mit einem speziellen Kühlmittellecksucher ausgestattet. Ein solcher Schritt machte es möglich, die Auskleidungen zu wechseln, ohne den Betrieb des Reaktors selbst zu unterbrechen.

Das erste Betriebsjahr der Reaktoren zeigte, dass sie etwa 260 Gramm Plutonium pro Tag produzierten. Ab dem zweiten Betriebsjahr wurde die Kapazität jedoch schrittweise erhöht und betrug bereits 1963 600 MW. Nach der zweiten Überholung war das Linerproblem vollständig gelöst und die Kapazität betrug bereits 1200 MW bei einer jährlichen Plutoniumproduktion von 270 Kilogramm. Diese Indikatoren blieben bis zur vollständigen Schließung der Reaktoren bestehen.

AI-IR-Reaktor

Das Tscheljabinsker Unternehmen nutzte diese Anlage vom 22. Dezember 1951 bis zum 25. Mai 1987. Neben Uran produzierte der Reaktor auch Kob alt-60 und Polonium-210. Anfänglich produzierte der Standort Tritium, erhielt aber später Plutonium.

Außerdem hatte die Anlage zur Verarbeitung von waffenfähigem Plutonium Schwerwasserreaktoren und den einzigen Leichtwasserreaktor (sein Name ist Ruslan) in Betrieb.

Sibirischer Riese

"Tomsk-7" - so heißt die Anlage, in der fünf Reaktoren zur Herstellung von Plutonium untergebracht sind. Jede der Einheiten verwendete Graphit, um Neutronen zu verlangsamen, und gewöhnliches Wasser, um eine angemessene Kühlung zu gewährleisten.

Reactor I-1 funktionierte mit dem SystemAbkühlung, bei der das Wasser einmal durchgelaufen ist. Die restlichen vier Blöcke wurden jedoch mit geschlossenen Primärkreisläufen ausgestattet, die mit Wärmetauschern ausgestattet waren. Diese Konstruktion ermöglichte es, zusätzlich Dampf zu erzeugen, was wiederum zur Stromerzeugung und Heizung verschiedener Wohngebäude beitrug.

"Tomsk-7" hatte auch einen Reaktor namens EI-2, der wiederum einen doppelten Zweck hatte: Er produzierte Plutonium und erzeugte 100 MW Strom aus dem erzeugten Dampf sowie 200 MW Wärme Energie.

Wichtige Informationen

Wissenschaftlern zufolge beträgt die Halbwertszeit von waffenfähigem Plutonium etwa 24.360 Jahre. Große Zahl! In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage besonders akut: „Wie geht man richtig mit dem Produktionsabfall dieses Elements um?“Die optimalste Option ist der Bau von Spezialunternehmen für die anschließende Verarbeitung von waffenfähigem Plutonium. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Element in diesem Fall nicht mehr für militärische Zwecke verwendet werden kann und von einer Person kontrolliert wird. So wird waffenfähiges Plutonium in Russland entsorgt, aber die Vereinigten Staaten von Amerika haben einen anderen Weg eingeschlagen und damit ihre internationalen Verpflichtungen verletzt.

So schlägt die US-Regierung vor, hochangereicherten Kernbrennstoff nicht industriell zu vernichten, sondern Plutonium zu verdünnen und in speziellen Behältern in 500 Metern Tiefe zu lagern. Es versteht sich von selbst, dass in diesem Fall das Material leicht sein kannes aus dem Boden holen und für militärische Zwecke wieder starten. Nach Angaben des russischen Präsidenten Wladimir Putin einigten sich die Länder zunächst darauf, Plutonium nicht auf diese Weise zu zerstören, sondern in Industrieanlagen zu entsorgen.

Die Kosten für waffenfähiges Plutonium verdienen besondere Aufmerksamkeit. Laut Experten können Dutzende Tonnen dieses Elements durchaus mehrere Milliarden US-Dollar kosten. Und einige Experten haben sogar 500 Tonnen waffenfähiges Plutonium auf bis zu 8 Billionen Dollar geschätzt. Die Menge ist wirklich beeindruckend. Um zu verdeutlichen, wie viel Geld das ist, nehmen wir an, dass in den letzten zehn Jahren des 20. Jahrhunderts das durchschnittliche jährliche BIP Russlands 400 Milliarden Dollar betrug. Das heißt, der reale Preis für waffenfähiges Plutonium entsprach in Wirklichkeit zwanzig Jahren dem BIP der Russischen Föderation.