Как человечество плутоний добывает

Промышленное получение плутония стало возможным лишь в прошлом столетии. Поскольку уран обладает большой химической активностью (окисляется на воздухе, взаимодействует с водой, вытесняя водород, причем кислородные его соединения очень прочны), высокой температурой плавления (по всем литературным данным, температура плавления урана выше 1850°, лишь в книге Смита «Атомная энергия для военных целей» указывается температура плавления равная 1150°), получение металлического урана особой чистоты представляет большие трудности.

В качестве веществ, снижающих скорость нейтронов (модераторов), американцы использовали графит, а следуя немецким исследователям, они стали также применять тяжелую воду. Снижение скорости нейтронов в графите следует представлять себе как следствие многочисленный упругих соударений их с ядрами атомов углерода. Точно так же при соударении с ядром водорода нейтрон теряет до 60% своей энергии. Однако использование обычной воды в качестве модератора не может быть рекомендовано ввиду поглощения медленных нейтронов протонами с образованием дейтеронов. Поэтому для этой цели ее заменяют тяжелой водой (D20), представляющей наиболее эффективный замедлитель. Для получения тяжелой воды немцами и американцами созданы большие промышленные установки. Однако графит имеет большие преимущества для использования его в качестве замедлителя нейтронов. Оказалось, что он может быть использован для достижения одновременно двух целей: 1) понижения скорости нейтронов, т. е. как замедлитель, модератор и 2) отражения нейтронов для предотвращения выхода их из куска урана и рассеивания в пространстве. Чтобы удовлетворить этим двум условиям, бруски урана и бруски графита располагают в виде решетки, «штабеля», сферической формы или в форме параллелепипеда.

Очевидно, нейтроны, вырвавшись из какого-либо бруска урана, попадают в брусок графита, где в результате столкновения с ядрами атомов углерода понижают свою скорость и возвращаются в конце концов в тот же брусок либо в какой-либо другой, например, соседний. Штабель имеет снаружи графитовую оболочку, что в значительной мере предотвращает рассеяние из него нейтронов. В результате выделения энергии внутри штабеля развивается очень высокая температура, для понижения которой сквозь штабель по алюминиевым трубкам пропускается вода. Для предупреждения коррозии брусков урана они заключаются в тонкую алюминиевую оболочку, а для предотвращения значительного ускорения процессов и для его регулирования сквозь штабель в некоторых местах пропускаются куски из бористой стали (т. е. стали, содержащей бор): ядра атомов бора обладают способностью поглощать нейтроны. Кроме бора, судя по некоторым литературным данным, в качестве вещества, поглощающего нейтроны, используются или кадмий или его сплавы. В бруске металлического урана, находящемся в штабеле, развивается цепная реакция деления ядер урана-235; попутно в бруске образуются ядра плутония-239. С течением времени количество ядер урана-235 в бруске уменьшается, а количество ядер плутония .увеличивается и достигает в конце концов большой величины, ибо при накоплении ядер плутония в бруске они также начинают участвовать в цепной реакции деления.

Есть основание предполагать, что цепная реакция деления плутония может заменить собой реакцию деления ядер урана-235. Таким образом в бруске урана, находящегося в штабеле происходит процесс уменьшения ядер урана-238 и увеличение продуктов деления плутония-239. Такой штабель будет работать без смены в нем брусков неопределенно долгое время, играя роль мощного источника энергии «фабрики энергии». Первый графитовый штабель-блок для осуществления цепной реакции, ведущей образованию плутония, начал работать в конце 1942 г. в Чикагском университете. В этот штабель было заложено немного металлического урана. На основании положительных результатов работы первого штабеля в США построено еще несколько установок по получению плутония. На берегу реки Колумбия к северу от города Паско в штате Вашингтон построен завод Хенфорд Энжинир Уоркс. Завод был настолько хорошо засекречен, что многие лица предполагали, что он производит чулки из нилона. Стоимость этого завода в те времена составила сумму 343 млн долларов. В Канаде закончена постройка завода по выработке плутония из урана с применением тяжелой воды в качестве замедлителя. Завод расположен на реке Оттава и занимает площадь 10 тысяч акров.

В связи с тем, что в процессе цепной реакции все части установки приобретают опасную для здоровья радиоактивность, они отделены защитными стеклами или бетонными стенами в несколько футов толщиной. По утверждению авторитетных лиц, после пуска установок эти экранирующие стенки уже не могут быть удалены, и установка совершенно недоступна для ремонта или замены. Когда радиоактивная радиация установки достигает некоторой определенной, наибольшей величины, автоматически приводятся в действие предохранители и регулирующие аппараты. Из брусков металлического урана плутоний выделяется химическим путем; брусок растворяется в кислоте, и из получившегося раствора отделяются соли плутония. Последовательность операций отделения плутония хранится американцами в строжайшем секрете. Во всяком случае подобный процесс выделения плутония весьма опасен для здоровья, так как при растворении бруска урана, вынутого из графитового штабеля, образуется множество солей радиоактивных металлов—бария, цезия, лантана и т. д., получившихся в результате расщепления ядер атомов урана-235. Пущенный графитовый штабель может работать весьма долго; достаточно лишь заменять в нем бруски урана.

Понравилась статья? Можете поддержать канал, если хотите - лайком, подпиской, или репостом в соцсетях.

Хотите еще больше интересных статей? Тогда вам СЮДА