Плутоний pu

Оружейный плутоний

Это название применяется в США к плутонию с содержанием Pu-240 менее 7%. Типичный состав оружейного плутония приведен ниже. Первые две колонки — средний состав плутония, произведенного в Хэнфорде и Саванне в июне 1968. Третья — базируется на образцах почвы, взятых поблизости от Роки Флетс в 1970-х с учетом америция-241 (продукта распада Pu-241).

	Хэнфорд (сред. 6/68)	Саванна (сред. 6/68)	Почва Роки Флетc (сред. 1970-е)
Pu-238	менее чем 0.05%	менее чем 0.05%	следы
Pu-240	6.28%	6.13%	5.8%
Pu-241	0.54%	0.86%	0.6%
Pu-242	менее чем 0.05%	менее чем 0.05%	следы

В США производится и сверхчистый плутоний с 3% Pu-240, для обогащения обычного плутония, и, возможно, для специальных зарядов. Некоторые американские устройства требуют содержание Pu-240 менее 1.5%.

Существенный вопрос: что подразумевает название «оружейного качества». Самая распространенная интерпретация состоит в том, что это плутоний с содержанием изотопа Pu-240 менее 7%, действительно требующийся для успешного создания оружия. По крайней мере, превышение этой отметки означает серьезный компромисс с эффективностью.

Наличие Pu-240 точно определяет характеристики оружия, ибо именно от него зависит нейтронный фон и такие вторичные явления как рост критической массы (незначительный) и тепловой выход. Нейтронный фон влияет на проект ядерного взрывного устройства (ЯВУ) ограничением общей массы заключенного плутония, необходимостью достижения скоростей имплозии выше определенного порога. Как указывалось выше, некоторые проекты (преимущественно старые), требуют плутония с низкой концентрацией Pu-240 по эти причинам.

Однако, в современных усовершенствованных конструкциях, указанные сложности не являются критическими, по крайней мере с начала 1960-х. В недавно рассекреченных документах (WASH-1037, «Введение в ядерное оружие», июнь 1972) указывается, что обозначение плутония как «оружейной чистоты» — исключительно экономический вопрос. С одной стороны, стоимость плутония падает с ростом доли Pu-240. С другой — Pu-240 увеличивает критическую массу. Около 6-7% Pu-240 делает общую стоимость плутония, с учетом указанных причин, минимальной.

Это не означает, что существующие ядерные устройства сохранят работоспособность, если увеличить уровень плутония-240. Они спроектированы для достижения наилучшего эффекта с определенным делящимся материалом и пострадают в работоспособности при изменении изотопного состава.

Принимая средний состав оружейного плутония: 93.4% Pu-239, 6.0% Pu-240 и 0.6% Pu-241 (с пренебрежимым содержанием остальных изотопов) можно просчитать следующие его свойства. Начальная тепловая мощность свежевыработанного оружейного плутония 2.2 Вт/кг, уровень спонтанного деления 27 100 делений/с. Этот показатель деления позволяет использовать в оружии 4-5 кг плутония с очень низкой вероятность предетонации при условии хорошей имплозионной системы. По прошествии пары десятилетий, большая часть Pu-241 превратится в Am-241, существенно увеличив тепловыделение — до 2.8 Вт/кг. Поскольку Pu-241 прекрасно делится, а Am-241 — нет, это приводит к снижению запаса реактивности плутония и должно приниматься в расчет конструкторами.

Нейтронное излучение 5 кг оружейного плутония 300 000 нейтронов/с создает уровень излучения 0.003 рад/час на 1 м. Фон снижается отражателем и взрывчатым веществом, окружающим его. Облегченное оружие уменьшает радиацию в 5-10 раз. С другой стороны, высокая проникающая способность нейтронов увеличивает опасность. Длительный постоянный контакт с ЯВУ во время их обычного обслуживания может привести к дозе радиации, приближающейся к предельной годовой для профессионального состава. Сотрудники плутониевых предприятий, обрабатывающие плутониевый ядра непосредственно или в герметичных боксах, имеют ограниченную защиту от радиации и могут нуждаться в переводе с этой работы на другую, чтобы не превысить годового лимита облучения.

Вследствии малой разницы в массах Pu-239 и Pu-240, эти изотопы не разделяются промышленно широко распространенными способами обогащения. Единственный способ произвести более чистый Pu-239 — сократить время пребывания в реакторе кассеты м U-238. Малые количества плутония разделяются на электромагнитном сепараторе для исследовательских целей. Для развитых государств нет причин для снижения процента Pu-240 менее 6, так как эта концентрация не мешает создавать эффективные и надежные триггеры термоядерных зарядов. Очень малое количество Pu-240 позволяет достичь некоторой дополнительной гибкости, требующейся специализированным или экзотическим изделиям.

Утилизация

С конца 1990-х США и Россия разрабатывали соглашения по утилизации избыточного оружейного плутония.

2 сентября 1998 года президенты России и США приняли Совместное заявление «О принципах обращения и утилизации плутония, заявленного как не являющегося более необходимым для целей обороны».

Соглашение об утилизации плутония, не являющегося более необходимым для целей обороны, было подписано 29 августа 2000 года в Москве и 1 сентября 2000 года в Вашингтоне вице-президентом США Альбертом Гором и премьер-министром России Михаилом Касьяновым. Ратификация проведена в июне 2011 года. Соглашение предусматривало переработку 34 тонн плутония каждой из сторон.

Изначально, в 2001 году, планировалось начать утилизацию с 2007 года в объёме не менее 2 тонн в год. По сообщениям от 2010 года, начало утилизации планировалось на 2018 год

Осенью 2016 года Россия направила США уведомление о приостановлении действия соглашения, в связи с неисполнением США взятых на себя обязательств.

Реакторный плутоний

Подавляющая часть сегодняшней атомной энергетики использует урановое горючие. По экономическим причинам ядерное топливо на АЭС работает долгое время и выгорает почти полностью. Степень облученности топливного элемента можно измерить в мегаватт-днях/тонну (МВт-день/т).

Реакторы с 33 000 МВт-день/т оперировали с ураном 3-х процентного обогащения в 1970-80-х гг. Со снижением цен на обогащенный уран (из-за освобождения армейских производственных мощностей) в настоящее время используется более насыщенное U-235 топливо — 4-4.5%, позволяя довести выгорание до 45 000 МВт-день/т и даже выше. В результате в отработанном горючем содержится еще больше Pu-238, 240, 241 и 242.

Использую за основу плутоний из типичного легководного реактора, определим его тепловую мощность — 14.5 Вт/кг, увеличивающуюся до 19.6 Вт/кг за 14 лет после полураспада Pu-241 и после полного распада Pu-241 — 24 Вт/кг. Уровень нейтронов — 350 000 нейтронов/кг, удельная радиоактивность — 11.0 кюри/г (0.442 кюри/г альфа-активности).

Принимая в расчет явление изотопного разбавления критической массы (хорошо делятся только Pu-239 и Pu-241) бомба, созданная из 8 кг такого материала выдавала бы 116 Вт тепла (электролампочку такого же размера и такой же мощности невозможно держать в руках) и 2.8 миллиона нейтронов/с. С таким веществом создание атомной бомбы остается под вопросом.

Потребовалось бы система постоянного активного охлаждения ядра для предотвращения порчи ядра, взрывчатки и других компонентов. Высокий уровень нейтронного излучения неибежно вызывает преждевременную детонацию, даже с очень эффективной имплозионной системой. Однако, даже с относительно примитивной в настоящее время конструкцией Fat Man’а, можно было бы произвести взрыв в 0.5 кт или около того. С оптимальной имплозионной системой выход бы составил несколько килотонн. При технологии усиления заряда за счет синтеза, все нежелательные свойства реакторного плутония полностью обходятся, можно изготовить мощный боеприпас, несмотря на менее удобный для использования делящийся материал.

После долгого периода времени, несколько десятилетий или столетий, тепловая мощность реакторного плутония значительно снижается с распадом Pu-238 и Am-241. На нейтронный фон это сказывается мало. Сейчас отработанное реакторное топливо обычно сохраняется на неопределенное время в герметичных контейнерах. В принципе, оно может представлять интерес для террористов, особенно хранящееся уже долгое время, с сократившимся тепловыделением и радиацией.

Важная информация

По заверениям ученых, полураспад оружейного плутония составляет порядка 24 360 лет. Огромная цифра! В связи с этим особо острым становится вопрос: «Как же правильно обойтись с отходами производства данного элемента?» Наиболее оптимальным вариантом считается постройка специальных предприятий для последующей переработки оружейного плутония. Объясняется это тем, что в таком случае элемент уже нельзя будет использовать в военных целях и будет подконтролен человеку. Именно так проводится утилизация оружейного плутония в России, однако Соединенные Штаты Америки пошли другим путем, нарушив тем самым свои международные обязательства.

Так, американское правительство предлагает уничтожать высокообогащенное ядерное топливо не промышленным способом, а путем разбавления плутония и хранения его в специальных емкостях на глубине равной 500 метрам. Само собой, что в таком случае материал легко можно будет в любой момент извлечь из земли и вновь пустить его на военные цели. Как утверждает президент РФ Владимир Путин, изначально страны договаривались уничтожать плутоний не таким методом, а проводить утилизацию на промышленных объектах.

Отдельного внимания заслуживает стоимость оружейного плутония. По оценкам экспертов, десятки тонн этого элемента вполне могут стоить несколько миллиардов американских долларов. А некоторые специалисты ми вовсе оценили 500 тонн оружейного плутония аж в 8 триллионов долларов. Сумма реально впечатляющая. Чтобы было понятнее, насколько это большие деньги, скажем, что в последние десять лет 20 века среднегодовой показатель ВВП России составлял 400 миллиардов долларов. То есть, по сути, реальная цена оружейного плутония равнялась двадцати годовым ВВП Российской Федерации.

Реактор А

Установка была спроектирована и создана под руководством легендарного Н. А. Доллежаля. Работала она с мощностью 100 МВт. В реакторе имелось 1149 вертикально расположенных управляющих и топливных каналов в графитовом блоке. Полная масса конструкции составляла порядка 1050 тонн. Практически все каналы (кроме 25) загружались ураном, полная масса которого составляла 120-130 тонн. 17 каналов использовались для управляющих стержней, а 8 — для проведения экспериментов. Максимальный показатель проектного тепловыделения топливного элемента равнялось 3,45 кВт. На первых порах реактор производил около 100 грамм плутония в день. Впервые металлический плутоний был произведен 16 апреля 1949 года.

История написания

Роман написан в 1915 году на маленькой даче под Харьковом. Первая публикация — 1924 год.

В предисловии к роману Обручев писал, что он знает только два романа, в которых сделаны попытки в беллетристической форме дать широкому кругу читателей представление о прежних формах жизни. Первый из них — роман Жюля Верна «Путешествие к центру Земли». Второй — роман Конан-Дойля о труднодоступном плато в Южной Америке, который произвёл на него столь малое впечатление, что он не запомнил его название (имеется в виду «Затерянный мир»). Ошибки, сделанные в этих романах, и побудили его написать «Плутонию».

Сибирский гигант

«Томск-7» – именно такое название носил завод, на котором расположились пять реакторов для создания плутония. Каждый из агрегатов применял графит с целью замедлить нейтроны и обычную воду для обеспечения надлежащего охлаждения.

Реактор И-1 работал с системой охлаждения, в которой вода проходила единожды. Однако остальные четыре установки были снабжены замкнутыми первичными контурами, оборудованными теплообменниками. Такая конструкция позволяла дополнительно вырабатывать еще и пар, который в свою очередь помогал в производстве электричества и обогрева различных жилых помещений.

«Томск-7» имел также и реактор под названием ЭИ-2, который, в свою очередь, имел двойное назначение: производил плутоний и за счет вырабатываемого пара генерировал 100 МВт электроэнергии, а также 200 МВт тепловой энергии.

Лучшие бюджетные планетарные миксеры

Практичнее выбирать планетарный миксер с комплектующими (чашей, крюками для теста, лопаткой) из нержавеющей стали. Но такие устройства, как правило, в разы дороже. Есть модели с пластиковыми комплектующими – дешёвая альтернатива для периодического использования.

Moulinex HM 4121

Данная модель планетарного миксера является самым бюджетным вариантом в соотношении «цена–качество». Обладая мощностью в 450 Вт, Moulinex HM 4121 имеет пять скоростей для выполнения любых задач. Чаша – 2,5 литра, пластиковая. Крюк и венчик – из нержавеющей стали.

Недостатки модели – короткий шнур подключения к сети и проблемное вымешивание очень густого теста. Это оптимальный вариант покупки среди недорогих планетарных миксеров для дома.

Bosch MFQ 3555

Почётное второе место в нашем рейтинге планетарных миксеров занимает Bosch MFQ 3555. Данная модель способна при малой мощности и низкой цене выдерживать интенсивные нагрузки. Она обладает защитной системой, блокирующей работу агрегата при перегреве. Это придаёт миксеру долговечности в использовании. Чаша вмещает три литра, что в разы сокращает время приготовления пищи. Корпус изготовлен из недеформируемого пластика, легко поддаётся мойке.

Несомненное достоинство прибора – наличие импульсного режима. Длинный шнур позволяет расположить агрегат в удобном месте. Единственный минус, но не брак, в том, что насадки периодически задевают дно чаши.

Kitfort КТ-1308

Отечественный производитель радует потребителей хорошей ценой на планетарные миксеры. Это бюджетное приобретение для начинающих кулинаров. Kitfort КТ-1308 предназначен для продуктивной домашней работы. Он имеет ряд функциональных преимуществ:

• регулируемый скоростной режим – 6 позиций;
• оптимальная мощность для работы со смесями различной консистенции;
• большая чаша и насадки изготовлены из качественного металла;
• прост и надёжен в использовании.

Данная модель укомплектована базовым набором насадок, поэтому имеет ограниченный функционал. Так что придётся выбирать, какой миксер вам необходим – дешёвый или функциональный.

Утилизация

С конца 1990-х США и Россия разрабатывали соглашения по утилизации избыточного оружейного плутония.

2 сентября 1998 года президенты России и США приняли Совместное заявление «О принципах обращения и утилизации плутония, заявленного как не являющегося более необходимым для целей обороны».

Соглашение об утилизации плутония, не являющегося более необходимым для целей обороны, было подписано 29 августа 2000 года в Москве и 1 сентября 2000 года в Вашингтоне вице-президентом США Альбертом Гором и премьер-министром России Михаилом Касьяновым. Ратификация проведена в июне 2011 года. Соглашение предусматривало переработку 34 тонн плутония каждой из сторон.

Изначально, в 2001 году, планировалось начать утилизацию с 2007 года в объёме не менее 2 тонн в год. По сообщениям от 2010 года, начало утилизации планировалось на 2018 год

Осенью 2016 года Россия направила США уведомление о приостановлении действия соглашения, в связи с неисполнением США взятых на себя обязательств.

Производство и инспекции

Система радиационной идентификации входит в число методов, разработанных для инспекций ядерного оружия. Он позволяет снимать отпечатки пальцев с ядерного оружия, чтобы можно было проверить его личность и статус. Используются различные физические методы, в том числе гамма-спектроскопия с германиевыми детекторами высокого разрешения . Линия 870,7 кэВ в спектре, соответствующая первому возбужденному состоянию кислорода-17 , указывает на присутствие оксида плутония (IV) в образце. Возраст плутония можно установить, измерив соотношение плутония-241 и продукта его распада, америция-241 . Однако даже пассивные измерения гамма-спектров могут быть спорным вопросом при международных инспекциях оружия, поскольку они позволяют охарактеризовать используемые материалы, например, изотопный состав плутония, который можно считать секретом.

В период с 1954 по 1989 год ямы для американского оружия производились на заводе Rocky Flats ; Позже завод был закрыт из-за многочисленных проблем с безопасностью. Департамент энергетики попытался возобновить производство ямы, но неоднократно не удался. В 1993 г. Министерство энергетики переместило производство бериллия с не существующего завода Rocky Flats в Национальную лабораторию Лос-Аламоса ; в 1996 году сюда же было перенесено карьерное производство. Резервные и избыточные ямы, а также ямы, извлеченные из разобранного ядерного оружия, всего более 12 000 единиц, хранятся на заводе Pantex . 5000 из них, содержащие около 15 тонн плутония, определены как стратегические резервы; остальное — излишки, подлежащие изъятию. Текущее производство новых ям LANL ограничено примерно 20 ямами в год, хотя NNSA настаивает на увеличении производства для программы надежной замены боеголовок . Однако Конгресс США неоднократно отказывался от финансирования.

Примерно до 2010 года Лос-Аламосская национальная лаборатория могла производить от 10 до 20 питов в год. Центр по замене исследований в химии и металлургии (CMMR) расширит эту возможность, но неизвестно насколько. В отчете Института оборонного анализа, написанном до 2008 года, оценивается «будущая потребность в добыче карьера на уровне 125 в год на CMRR с возможностью всплеска в 200».

Россия хранит материал из выведенных из эксплуатации карьеров на предприятии « Маяк ».

Производство

В США производство изотопа плутония-238 было остановлено в 1988 году (Саванна Ривер). Министерство энергетики США подписало в 1992 году пятилетний договор о покупке изотопа у России в объёме 10 кг и возможностью увеличения поставок не более чем до 40 кг. В рамках договора заключалось несколько контрактов, соглашение продлевалось. В 2009 году поставки были прерваны из-за реструктуризации российской ядерной промышленности.

Начиная с 1993 года, большинство РИТЭГов на американских космических аппаратах используют изотоп, приобретаемый у России. По состоянию на 2005 год было закуплено примерно 16,5 кг.

В 2009 Министерство энергетики США запросило финансирование на возобновление производства изотопа на территории США. Стоимость проекта оценивалась в 75—90 миллионов долларов за пять лет Финансирование проекта разделено между Министерством энергетики и NASA. Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах, но отказал в финансировании Министерству энергетики.

В 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж (штат Теннеси) начала производство плутония-238 с проектной мощностью в 1,5—2 килограмма изотопа в год.

Переработка ямы

Извлечение плутония из выведенных из эксплуатации карьеров может быть достигнуто множеством способов, как механических (например, снятие оболочки на токарном станке ), так и химических. Обычно используется гидридный метод; котлован разрезают пополам, половину котлована кладут внутрь вниз над воронкой и тиглем в герметичном аппарате, в пространство впрыскивают некоторое количество водорода. Водород реагирует с плутонием, производя гидрид плутония , который падает в воронку и тигель, где он плавится, выделяя водород. Плутоний также можно превратить в нитрид или оксид. Таким способом можно удалить практически весь плутоний из карьера. Процесс осложняется большим разнообразием конструкций и составов сплавов карьеров, а также наличием композитных уран-плутониевых карьеров. Плутоний оружейного качества также должен быть смешан с другими материалами, чтобы изменить его изотопный состав настолько, чтобы препятствовать его повторному использованию в оружии.

Повышение мощности производственных реакторов

Изначально первый реактор «Маяк» функционировал с мощностью 100 тепловых МВт. Однако главный руководитель советской программы по разработке ядерного оружия Игорь Курчатов внес предложение, которое заключалось в том, чтобы реактор в зимнее время работал с мощностью 170-190 МВт, а в летний период времени – 140-150 МВт. Такой подход позволил реактору производить почти 140 граммов драгоценного плутония в сутки.

В 1952 году были проведены полноценные научно-исследовательские работы, с целью увеличения производственной мощности функционирующих реакторов такими методами:

• Путем увеличения потока воды, используемой для охлаждения и протекающей через активные зоны ядерной установки.
• Посредством наращивания сопротивления явлению коррозии, возникающей вблизи вкладыша каналов.
• Уменьшением скорости окисления графита.
• Наращиванием температуры внутри топливных элементов.

В итоге пропускная способность циркулирующей воды значительно возросла после того, как был увеличен зазор между топливом и стенками канала. От коррозии также удалось избавиться. Для этого выбрали наиболее подходящие алюминиевые сплавы и начали активно добавлять бихромат натрия, что, в конечном счете, повысило мягкость охлаждающей воды (рН стал равен порядка 6.0-6.2). Окисление графита перестало быть актуальной проблемой после того, как для его охлаждения стали применять азот (до этого использовался исключительно воздух).

На закате 1950-х нововведения были полностью реализованы на практике, что позволило уменьшить вызываемое радиацией крайне ненужное раздувание урана, значительно снизить тепловое упрочнение стержней из урана, улучшить сопротивление оболочки и повысить контроль качества производства.

Сюжет

Начало 1914 года. Геофизик и астроном Николай Иннокентьевич Труханов снаряжает экспедицию в полярные регионы. В состав экспедиции приглашены геолог Пётр Иванович Каштанов, зоолог Семён Семёнович Папочкин, метеоролог Иван Андреевич Боровой, ботаник и врач Михаил Игнатьевич Громеко. Труханов убеждён, что на месте последнего «белого пятна» в Арктике находится неисследованный остров — Земля Нансена.

Судно «Полярная звезда» отплывает из Петропавловска, забрав каюра Илью Степановича Иголкина, который будет отвечать за ездовых собак и нарты. Проходя Берингов пролив, судно подбирает золотоискателя-авантюриста, горного инженера Якова Макшеева. Прибыв на Землю Нансена, Труханов, будучи калекой, остаётся на корабле, а остальные члены экспедиции двигаются в глубь острова. Труханов передаёт Каштанову пакет, который он наказывает открыть, если участники экспедиции будут в недоумении, что им делать, но без надобности пакет не открывать.

Путешественники переходят горный хребет и спускаются по другой его части. Прорубившись через странную гряду торосов, на дне герои начинают подъём, но, к всеобщему удивлению, судя по показаниям гипсотермометра, они спускаются на невиданную доселе глубину. Полярное солнце стоит в зените, к тому же у него другой угловой размер и пятна. Герои оказываются в тундре, где бродят мамонты и шерстистые носороги. Участники решают вскрыть конверт, и читают письмо Труханова. Он пишет, что снарядил экспедицию с другой целью. Его посещали идеи о том, что Земля внутри полая, и имеет свой животный и растительный мир, освещаемый своим светилом. Доказать или опровергнуть его гипотезу могла лишь специальная экспедиция. По расчётам, в Земле Нансена должен был располагаться вход в полость Земли. Герои понимают, что попали в пустую полость Земли, а «солнце» — на самом деле некое планетарное тело, которое участники экспедиции назвали Плутоном, в честь римского бога подземного мира, а всю подземную полость — Плутонией.

Они решают, что Боровой и Иголкин останутся стеречь собак и снаряжение, а остальные участники экспедиции, взяв с собой одну из собак — Генерала, двинутся в глубь Плутонии по реке Макшеева. Путешественники обнаруживают, что по мере спуска вниз по реке животный и растительный мир меняется от плейстоценовой эпохи к более древним временам — к плиоцену, к миоцену и т. д. Участники доходят до места впадения реки в море Ящеров, которое находится в зоне юрского периода. Герои обнаруживают в данной зоне, помимо характерных для юрского периода животных — динозавров, птеродактилей, чудовищных муравьёв, которые уносят все их вещи в муравейник. Оказавшись в безвыходной ситуации, герои подходят к краю безграничной Чёрной Пустыни, собирают в кратере серу, сделав сернистый газ, отравляют весь муравейник и спасают свои вещи. С другими муравьями герои ведут постоянные сражения. Участники экспедиции обнаруживают величайшие богатства Плутонии — огромные залежи золота, серебра, меди, железа.

Исследовав море Бронтозавров, герои решают вернуться обратно. Вернувшись, они обнаруживают, что Борового и Иголкина похитили первобытные люди. Борового и Иголкина удаётся спасти и все герои, целые и невредимые, возвращаются на земную поверхность и на «Полярную звезду», где их ждёт Труханов. На корабле они рассказывают о своих приключениях и беседуют о загадках Плутонии.

«Полярную звезду» задерживает австро-венгерский крейсер «Фердинанд», экипаж которого захватывает русский корабль и сообщает о начавшейся войне; согласно военным законам, судно и его груз конфискуется до окончания войны. Весь экипаж «Полярной звезды» высаживают на Камчатке и разрешают взять только записные книжки и провизию. Позже герои добираются до России и сообщают о захвате «Полярной звезды». Позднее моряки находят брошенное и полностью обобранное судно.

Начинается смутное время. Одни участники экспедиции погибают на фронте, другие умирают. Коллекции, собранные в Плутонии, пропали. Труханов уже не надеется на их обратное получение.

Случайно в руки автора попал дневник и рисунки одного из умерших участников экспедиции. По этим материалам и составлена настоящая книга.

Примечания

1. ↑

Конструктивные особенности производственных реакторов

Практически весь плутоний в России был выработан в реакторах, оборудованных графитовым замедлителем. Каждый из реакторов возведен вокруг цилиндрически собранных блоков из графита.

В собранном виде графитовые блоки имеют между собой специальные щели для обеспечения беспрерывной циркуляции охладителя, в качестве которого используется азот. В собранной конструкции имеются и вертикально расположенные каналы, созданные для прохождения по ним водяного охлаждения и топлива. Сама по себе сборка жестко опирается на структуру с отверстиями под каналами, используемыми для отгрузки уже облученного топлива. При этом каждый из каналов находится в тонкостенной трубе, отлитой из легковесного и особопрочного алюминиевого сплава. Большая часть описываемых каналов имеет 70 топливных стержней. Вода для охлаждения протекает непосредственно вокруг стержней с топливом, отводя от них излишки тепла.

Применение

Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГ-ах). Ранее (до появления литиевых батарей) использовались в кардиостимуляторах.

США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощности. Марсоход «Кьюриосити» несёт РИТЭГ-и с 4,8 кг плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощности. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов.

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

β−-распад нуклида 239Np (период полураспада составляет 2,356(3) суток):

93239Np→94239Pu+e−+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}

e-захват, осуществляемый нуклидом 239Am (период полураспада составляет 11,9(1) ч):

95239Am+e−→94239Pu+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{95}Am} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +{\bar {\nu }}_{e};}

α-распад нуклида 243Cm (период полураспада составляет 29,1(1) лет):

96243Cm→94239Pu+24He.{\displaystyle \mathrm {^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

α-распад в 235U (вероятность 100 %, энергия распада 5 244,51(21) кэВ):

94239Pu→92235U+24He;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);

5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);

5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев).

Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)·10−10 %);