Плутоний реакторного качества - Reactor-grade plutonium

Плутоний реакторного качества (RGPu)[1][2] изотопный плутоний, который содержится в отработанное ядерное топливо после уран-235 первичное топливо, которое ядерное энергетический реактор использует сгорел. В уран-238 из которых большая часть изотопы плутония получить от захват нейтронов находится вместе с U-235 в низкообогащенный уран топливо гражданских реакторов.

В отличие от низкого выгорания в несколько недель или месяцев, которое обычно требуется для производства оружейный плутоний (WGPu /239Пу ) длительное время нахождения в реакторе, производящем реакторный плутоний, приводит к трансмутация большей части делящийся, относительно длинный период полураспада изотоп 239Пу в ряд других изотопы плутония которые менее делящиеся или более радиоактивны.

Поколение II реакторы на тепловых нейтронах (сегодня самый многочисленный атомные электростанции ) может повторно использовать плутоний реакторного качества только в ограниченной степени, поскольку МОКС-топливо, и только на второй цикл. Реакторы на быстрых нейтронах, из которых сегодня работает горстка, а полдюжины строятся, могут использовать плутониевое топливо реакторного качества в качестве средства для снижения трансуран содержание отработанное ядерное топливо /ядерные отходы. Россия также произвела новый тип Ремикс топливо, которое непосредственно рециркулирует плутоний реакторного качества с концентрацией 1% или менее в свежее или повторно обогащенное урановое топливо, имитирующее 1% -ный уровень плутония в топливе с высоким выгоранием.

Классификация по изотопному составу

<1976>1976
<7%Оценка оружия
7-19%Класс реактораМарка топлива
>19%Класс реактора

Начало промышленного производства плутония-239 в эпоху войны. производственные реакторы, следы загрязнения или совместное производство с плутоний-240 первоначально наблюдались, и эти следовые количества приводили к падению Тонкий человек оружие-конструкция как неработающая.[3] Разница в степени чистоты продолжает иметь важное значение при оценке значимости в контексте распространение ядерного оружия и удобство использования оружия.

Проценты каждого нуклид всего трансмутация рейтинг в LWR, что является низким для многихделящийся актиниды. После выхода из реактора происходит только распад.

В DOE значение реакторный класс плутоний изменен в 1976 году. До этого признавались три степени. Изменение определения для реакторный класс, из описания плутония с содержанием более 7% Пу-240 содержание до 1976 г. реакторный класс определяется как содержащий 19% или более Pu-240, совпадает с опубликованием в 1977 г. информации о 1962 г. "реакторный класс Ядерное испытание ». Вопрос о том, какое определение или обозначение применимо, старой или новой схемы, к« реакторному »испытанию 1962 года, официально не раскрывается.

С 1976 г. признавались четыре степени:

  • Класс супер оружия, менее 3% Пу-240
  • Оценка оружия, менее 7% Pu-240,
  • Марка топлива, От 7% до 19% Pu-240 и
  • Класс реактора, более 19% Pu-240.[4]

Переработка или переработка отработанное топливо из наиболее распространенного класса гражданской электроэнергетики или энергетический реактор дизайн, LWR, (с примерами PWR или же BWR ) восстанавливает реакторный класс плутоний (как определено с 1976 г.), а не сорт топлива.[5][6]

Физическая смесь изотопов в плутонии реакторного качества делает его чрезвычайно трудным для обращения и формирования и, следовательно, объясняет его нежелательность в качестве оружейного вещества, в отличие от плутония оружейного качества, с которым можно относительно безопасно обращаться в толстых перчатках.[4]

Производить класс оружия плутоний, урановое ядерное топливо должно находиться в активной зоне реактора не дольше нескольких недель, прежде чем будет удалено, что создает низкий уровень топлива сжечь. Чтобы это было выполнено в реактор с водой под давлением - наиболее распространенная конструкция реактора для производства электроэнергии - реактор должен был бы преждевременно достигнуть холодное отключение после недавней заправки топливом, что означает, что реактор должен охладиться спад тепла а затем корпус реактора сбросить давление, а затем топливный стержень выгрузка топлива. Если бы такая операция была проведена, ее можно было бы легко обнаружить,[4][7] и требуют непомерно дорогостоящих модификаций реактора.[8]

Один из примеров того, как этот процесс может быть обнаружен в PWR, заключается в том, что в течение этих периодов будет значительное время простоя, то есть большие промежутки времени, когда реактор не производит электричество в сеть.[9] С другой стороны, современное определение плутония «реакторного качества» производится только тогда, когда реактор работает на высоких оборотах. выгорание и, следовательно, производя высокую выработку электроэнергии коэффициент мощности. По данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2009 г. коэффициент мощности атомных электростанций США было больше, чем всех других форм производства энергии, с ядерными реакторами, производящими энергию примерно в 90,3% времени, а уголь тепловые электростанции на 63,8%, при этом время простоя приходится на простое текущее обслуживание и заправку.[10]

Аэрофотоснимок Тринити (ядерное испытание) кратер вскоре после испытания. Дизайн почти идентичен Толстяк бомба использовалась в Нагасаки, оба использовали то, что теперь будет определяться как супер оружейный плутоний,[11][12] Он использовал природный уран тампер, который внес примерно 1/4 конечной энергии взрыва и в общей сложности высвободил примерно 22 килотонны или 22000 тонн энергии взрыва. Эквивалент в тротиловом эквиваленте.[примечание 1] Кратер меньшего размера в юго-восточном углу был от ранний калибровочный тестовый взрыв, который использовал обычную массу взрывчатые вещества 0,1 килотонны или 108 тонн в тротиловом эквиваленте (450 ГДж).

Степень, в которой типичный Реактор II поколения высоко сжечь произведенный плутоний реакторного качества менее полезен, чем оружейный плутоний для строительства ядерное оружие несколько обсуждается, и многие источники утверждают, что максимально вероятный теоретический выход будет граничить с шипеть взрыв диапазона от 0,1 до 2 килотонна в Толстяк тип устройства. Как показывают расчеты, выход энергии ядерного взрывного устройства уменьшается на один и два порядки величины если содержание плутония-240 увеличится с 5% (почти оружейный плутоний) до 15% (2 кт) и 25% (0,2 кт) соответственно.[13] Эти расчеты являются теоретическими и предполагают наличие нетривиальной проблемы с выделением тепла из-за более высокого содержания не оружейного использования. Pu-238 можно было бы преодолеть.) Как преждевременное начало от спонтанное деление из Пу-240 обеспечит низкую взрывную мощность в таком устройстве, преодолевая обе проблемы при создании Самодельное ядерное устройство описывается как создание "устрашающих" препятствий для Толстяк -era имплозивный дизайн и возможность террористов достичь этого шипеть yield рассматривается как "раздутое" опасение с учетом существующих гарантий.[14][8][15][16][17][18]

Другие не согласны с теоретическими соображениями и заявляют, что, хотя они не будут подходить для накопления запасов или установки на ракету в течение длительных периодов времени, надежно высокие не-шипеть уровень урожайности может быть достигнут,[19][20][21][22][23][24], утверждая, что это будет «относительно легко» для хорошо финансируемой организации, имеющей доступ к усиление термоядерного синтеза тритий и экспертиза по преодолению проблемы предварительной детонации, создаваемой присутствием Pu-240, и что удаленное манипулирование установка может быть использована при сборке высокорадиоактивных гамма-луч испускающие компоненты бомбы в сочетании со средствами охлаждения оружия яма во время хранения, чтобы предотвратить плавление плутониевого заряда, содержащегося в яме, и конструкция, сохраняющая взрыв механизмы взрывчатые вещества от разложения из-за жары ямы. Однако, с учетом всех этих основных конструктивных соображений, эта первичная первичная обмотка плутония реакторного качества с форсированным термоядерным синтезом будет по-прежнему шипеть, если делящийся компонент первичной обмотки не дает выхода более 0,2 килотонн, что считается минимальной энергией, необходимой для начала сжигания термоядерного синтеза. .[25] Вероятность того, что устройство деления не сможет достичь этого порогового значения, увеличивается по мере увеличения сжечь стоимость топлива увеличивается.[19]

Башня Апшот – Кнотхол Рут тест. На начальном этапе разработки ядерных взрывных устройств доступный расщепляющийся материал отличался от обычных специальный ядерный материал формы, были протестированы. На фото результаты гидрид урана устройство. Ограниченное повреждение конструкции после выстрела отшипеть взрыв, оцениваемый как эквивалент излучаемая та же ядерная энергия поскольку 200 тонн химической энергии в тротиловом эквиваленте (0,2 килотонны) не смогли разрушить испытательную башню, лишь несколько повредив ее.

Отсутствие общедоступной информации свидетельствует о том, что какое-либо хорошо финансируемое предприятие когда-либо серьезно занималось созданием ядерного оружия с изотопным составом, аналогичным современному плутонию реакторного качества с высоким выгоранием. Все государства, обладающие ядерным оружием пошли по более традиционному пути к ядерному оружию, либо обогащение урана или производить плутоний «топливного качества» и оружейного качества с низким выгоранием в реакторах, способных работать как производственные реакторы, изотопное содержание плутония реакторного качества, создаваемого наиболее распространенной конструкцией промышленных энергетических реакторов, реактор с водой под давлением, никогда не рассматривались напрямую как оружие.[26][27]

По состоянию на апрель 2012 г. тридцать одна страна которые имеют гражданские атомные электростанции,[28] из которых девять имеют ядерное оружие, и почти каждый государство ядерного оружия сначала начали производить оружие вместо коммерческих АЭС. Переназначение гражданской ядерной промышленности в военные цели было бы нарушением Договор о нераспространении.

Поскольку конструкции ядерных реакторов бывают самыми разнообразными и иногда со временем совершенствуются, соотношение изотопов того, что считается «плутонием реакторного качества» в одной конструкции по сравнению с другой, может существенно различаться. Например, британцы Магнокс реактор, поколение I реактор с газовым охлаждением (ГКЛ) конструкция, редко может производить топливо сжечь более 2-5GWd /тU.[29][30] Следовательно, «плутоний реакторного качества» и чистота Pu-239 из разряженных магнокс-реакторов составляет примерно 80%, в зависимости от величины выгорания.[31] В отличие от обычного гражданского Реактор с водой под давлением, как правило (типично для 2015 г. Реактор второго поколения ) 45 GWd / тЕ сжечь, в результате чего чистота Pu-239 составляет 50,5%, а содержание Pu-240 составляет 25,2%,[32][33] Оставшаяся часть включает в себя гораздо больше тепла, выделяющего Pu-238 и Пу-242 изотопов, чем можно найти в «плутонии реакторного качества» из реактора Magnox.

Ядерные испытания плутония "реакторного качества"

В ядерное испытание плутония реакторного качества был «маломощный (до 20 килотонн)» под землей ядерное испытание используя не-оружейный плутоний проведено в США Испытательный полигон в Неваде в 1962 г.[34] Некоторая информация об этом тесте была рассекречена в июле 1977 года по указанию президента. Джимми Картер, в качестве фона для его решения запретить ядерная переработка в США.

Плутоний, использованный в устройстве США и Великобритании 1962 года, очевидно, был получен от военных. магнокс реакторы в Колдер Холл или же Чапелкросс в Соединенном Королевстве и предоставлены США в соответствии с 1958 Соглашение о взаимной обороне США и Великобритании.[34] В 1962 году было проведено только два подземных ядерных испытания США и Великобритании, первое из которых было испытательным. Пампасы из Операция Нуга что дало урожайность 9,5 килотонны а второй - пробный выстрел Тендрак из Операция Storax, что дало мощность, названную "низкой" (менее 20 килотонн).[35] Еще одним «реакторным» испытанием, хотя и не обязательно с таким же дизайном, как США и Великобритания 1962 года, и с содержанием плутония-240, был британский образец 1953 года. Операция Тотем серия ядерных испытаний. Несмотря на получение выхода 8-10 килотонн при содержании плутония-239, которое оценивается в 87-91%,[15] что-то в различных испытаниях не понравилось англичанам.[36][ненадежный источник? ]

Первоначальное кодовое название проекта реактора Магнокс в правительственном агентстве, которое санкционировало его, UKAEA, был Электроэнергия для производства котлов под давлением и плутоний (PIPPA) и, как следует из этого кодового названия, реактор был спроектирован как энергетическая установка и при работе с низким «выгоранием» топлива; как производитель плутония-239 для зарождающейся программы ядерного оружия в Великобритании.[37] Этот преднамеренный подход двойного назначения к созданию энергетических реакторов, которые могли бы работать как производственные реакторы в начале Холодная война эпоха, была типична для многих народов в обозначенном ныне "Ядерные реакторы I поколения ".[38] Все эти конструкции направлены на обеспечение доступа к топливу после непродолжительного выгорания, известного как Онлайн заправка.

В 2006 северокорейское ядерное испытание, первый из которых был построен КНДР, также, как сообщается, имел магнокс-реактор в качестве основного источника плутония, работавший в Центр ядерных исследований Йонбёна в Северной Корее. Этот тестовый взрыв привел к созданию маломощного шипящего взрыва с расчетной мощностью примерно 0,48 килотонн.[39] из нераскрытого изотопного состава. В 2009 северокорейское ядерное испытание аналогично был основан на плутонии.[40] Оба произвели мощность от 0,48 до 2,3 килотонн эквивалента в тротиловом эквиваленте, соответственно, и оба были описаны как провальные события из-за их низкого выхода, при этом некоторые комментаторы даже предполагали, что при более низких оценках урожайности для испытаний 2006 года вместо этого взрыв может были просто эквивалентом 100 000 долларов США нитрат аммония.[41][42]

Изотопный состав эксперимента США-Великобритания 1962 г. также не был раскрыт, кроме описания. реакторный класс, и не было раскрыто, какое определение использовалось при описании материала для этого теста как реакторный класс.[34] По словам Александра ДеВолпи, изотопный состав плутония, использованного в испытании США и Великобритании в 1962 году, не мог соответствовать тому, что мы сейчас считаем реакторным, и DOE теперь подразумевает, но не утверждает, что плутоний был топливным.[15] Точно так же Всемирная ядерная ассоциация предполагает, что в тесте США и Великобритании 1962 г. было не менее 85% плутоний-239, гораздо более высокая концентрация изотопов, чем та, которая обычно присутствует в отработавшем топливе большинства действующих гражданских реакторов.[43]

В 2002 году бывший заместитель генерального директора МАГАТЭ Бруно Пело заявил, что заявление Министерства энергетики вводит в заблуждение и что испытания будут иметь современное определение качества топлива с содержанием Pu-240 всего 12%.[44]

По мнению политолога Мэтью Банн и советник президента по технологиям Джон Холдрен, оба Белферский центр науки и международных отношений В 1997 году они процитировали официальную оценку США программных альтернатив утилизации плутония 1970-х годов. Хотя в нем не указано, какое определение RGPu имеется в виду, в нем, тем не менее, говорится, что «плутоний реакторного качества (с неопределенным изотопным составом) может использоваться для производства ядерного оружия на всех уровнях технической сложности» и «государства с развитым ядерным оружием. такие как Соединенные Штаты и Россия, используя современные конструкции, могли бы производить оружие из «плутония реакторного качества», имеющего надежную взрывную мощность, вес и другие характеристики, в целом сопоставимые с характеристиками оружия, сделанного из плутония оружейного качества »[45]

В статье 2008 года Кесслер и др. использовали термический анализ, чтобы сделать вывод о том, что гипотетическое ядерное взрывное устройство было «технически невыполнимым», используя плутоний реакторного качества из реактора, который имел значение выгорания 30 ГВт · сут / т, с использованием «низкотехнологичных» конструкций, похожих на Толстяк со сферическими линзами взрывчатого вещества или 55 ГВт-сут / т для конструкций «средней технологичности».[46]

Согласно Kessler et al. критерии, «высокотехнологичные» гипотетические ядерные взрывные устройства (HNED), которые могли быть произведены опытными государства, обладающие ядерным оружием (NWS) было бы технически невозможно с плутонием реакторного качества, содержащим более примерно 9% тепла, выделяемого Pu-238 изотоп.[47][48]

Типичный изотопный состав плутония реакторного качества

Британский реактор Magnox, поколение I реактор с газовым охлаждением (GCR) конструкция, редко может производить топливо сжечь более 2-5GWd /тU.[49][30] Конструкция реактора Magnox получила кодовое название PIPPA (Электроэнергия для производства котлов под давлением и плутоний) UKAEA для обозначения двойного коммерческого (энергетический реактор ) и военный (производственный реактор ) роль. Чистота Pu-239 из разряженных магнокс-реакторов составляет примерно 80%, в зависимости от величины выгорания.[50]

В отличие, например, от обычного гражданского Реактор с водой под давлением с отработанное ядерное топливо изотопный состав, следуя типичному Реактор II поколения 45 GWd / тЕ сжечь, составляет 1,11% плутония, из которых 0,56% составляет Pu-239, а 0,28% - Pu-240, что соответствует содержанию Pu-239 50,5% и содержанию Pu-240 25,2%.[51] Для более низкой общей скорости выгорания 43000 MWd / т, по данным 1989 г., содержание плутония-239 составляло 53% от всех изотопов плутония в реакторе. отработанное ядерное топливо.[52] Соединенные штаты NRC заявил, что коммерческий флот LWR в настоящее время приводит в действие дома, в среднем сжечь приблизительно 35 ГВт-сут / MTU в 1995 году, тогда как в 2015 году средний показатель увеличился до 45 GWd / MTU.[53]

Нечетные пронумерованные делящиеся изотопы плутония, присутствующие в отработавшем ядерном топливе, таком как Pu-239, значительно уменьшаются в процентном отношении от общего состава всех изотопов плутония (который составлял 1,11% в первом примере выше) по мере того, как происходит все более и более высокое выгорание, в то время как четные неделящиеся изотопы плутония (например, Pu-238, Пу-240 и Пу-242 ) со временем все больше накапливаются в топливе.[54]

По мере развития технологий энергетических реакторов цель состоит в том, чтобы уменьшить объем отработавшего ядерного топлива за счет повышения топливной эффективности и одновременного сокращения времени простоя настолько, насколько это возможно, чтобы повысить экономическую жизнеспособность электроэнергии, производимой из делительно-электрические станции. С этой целью реакторы в США удвоили среднюю скорость выгорания с 20-25 ГВт · сут / сут.MT U в 1970-х годах до более 45 ГВт / сут.MT U в 2000-е гг.[30][55] Реакторы поколения III в стадии строительства имеют сжечь скорость в диапазоне 60 ГВт-сут / тУ и необходимость дозаправки один раз в 2 года или около того. Например, Европейский реактор под давлением рассчитана на 65 ГВт · сут / т,[56] и AP1000 рассчитана на среднее выгорание при сбросе 52,8 ГВт-сут / т и максимальное 59,5 ГВт-сут / т.[56] В дизайне реакторы поколения IV буду иметь сжечь ставки еще выше.

Повторное использование в реакторах

Смотрите также: Ядерный топливный цикл, второстепенные актиниды, и Сайт Ла Гаага
Отделение урана и плутония от отработанное ядерное топливо к 1940-1950-м годам влажная химия PUREX метод.[57] Этот химический процесс является спорным, так как это также путь, который производит химически чистый WGPu.
Выгорание топливного цикла 200+ GWd / TU,[58] предложенный в 1990-х Интегральный быстрый реактор (IFR) концепция (цвет), анимация пиропроцессинг технология также доступна.[59] В отличие от стандартной мировой практики PUREX разделения, плутоний не выделяется сам по себе в этом пилотном цикле переработки, а все актиниды находятся "электро-выиграл "или" очищенный "от" истинного мусора " продукты деления в отработавшем топливе. Поэтому плутоний вместо этого попадает в смесь со всеми гамма- и альфа-излучающие актиниды, виды, которые «защищают себя» во многих возможных сценариях кражи. Для реактора, работающего с полной загрузкой этого смешанного актинидного топлива, реакторы на быстрых нейтронах без исключения являются единственным возможным вариантом.
Концепция IFR (черно-белое изображение с более четким текстом). Цикл пирообработки не ограничивается натриевыми реакторами на быстрых нейтронах, такими как изображенный IFR, многие другие концептуальные реакторы, такие как реактор стабильной соли, рассчитаны на использование топлива из него, а не на PUREX.

Сегодня модерируется /тепловые реакторы в основном работают на однократный топливный цикл хотя они могут повторно использовать однократно реакторный плутоний в ограниченной степени в форме смешанного оксида или МОКС-топливо, что является обычной коммерческой практикой в ​​большинстве стран за пределами США, так как повышает устойчивость ядерного деления и снижает объем высокоактивных ядерных отходов.[60]

Одна треть энергии / делений на конец практического срока службы топлива в тепловом реакторе из плутония, конец цикла происходит, когда U-235 процентное падение, основное топливо, которое движет нейтронная экономика внутри реактора, и падение требует свежего топлива, поэтому без изменения конструкции одна треть делящегося топлива в новый топливной загрузкой может быть делящийся плутоний реакторного качества с на треть меньше Низкообогащенный уран необходимо добавить, чтобы продолжить цепные реакции заново, таким образом достигнув частичной рециркуляции.[61]

Типичный 5,3% -ный плутониевый пучок МОХ-твэлов реакторного качества: трансмутированный когда он сам снова сгорает, практика, типичная для французского тепловой от реакторов к плутонию с двойным прохождением через реактор с изотопным составом 40,8% Pu-239 и 30,6% Pu-240 в конце цикла (EOC).[62][заметка 2] "Плутоний марки МОКС (MGPu)"обычно определяется как содержащий более 30% Pu-240.[63]

Существует ограничение на количество повторных циклов в пределах тепловые реакторы, в отличие от ситуации в быстрых реакторах, как в тепловой нейтрон спектр только нечетной массы изотопы плутония находятся делящийся, таким образом, изотопы с четной массой накапливаются во всех сценариях выгорания с высоким тепловым спектром. Плутоний-240, изотоп с четной массой в спектре тепловых нейтронов является плодородный материал подобно уран-238, становясь делящимся плутоний-241 о захвате нейтронов; однако четно-массовый плутоний-242 не только имеет низкий захват нейтронов поперечное сечение в пределах теплового спектра также требуется 3 захват нейтронов прежде, чем стать делящимся нуклидом.[64]

В то время как большинство реакторов на тепловых нейтронах должны ограничивать использование МОКС-топлива менее чем половиной всей топливной нагрузки по причинам ядерной стабильности, поскольку конструкция реактора работает в пределах ограничений теплового спектра нейтронов, Реакторы на быстрых нейтронах с другой стороны, может использовать плутоний любого изотопного состава, работать на полностью переработанном плутонии и в быстром темпе "горелка "режим или топливный цикл, деление и, таким образом, устранение всего плутония, присутствующего в мировых запасах однократно отработанного топлива.[65] Модернизированный дизайн IFR, известный как S-ПРИЗМА концепция и Стабильный солевой реактор концепции, два таких быстрых реактора, которые предлагается выгорать / устранять запасы плутония в Великобритании который был произведен в результате эксплуатации парка неэффективных реакторов MAGNOX и, таким образом, создал крупнейшие в мире запасы топливного / «реакторного плутония».[66]

В уравнении Батке об «уровне привлекательности» Ядерный материал оружейного качества Показатель качества (FOM), создаваемый расчетом, возвращает предположение, что натриевые реакторы-размножители на быстрых нейтронах вряд ли достигнут желаемого уровня устойчивости к распространению, в то время как реакторы-размножители на расплавленной соли, скорее всего, достигнут этого.[67]

в реактор-размножитель на быстрых нейтронах цикл, или режим быстрого разведения, в отличие от режима быстрого сжигания, французский Феникс Реактор уникально продемонстрировал многократную переработку и повторное использование плутония реакторного качества.[68] Аналогичные концепции реакторов и цикличность топлива, наиболее известными из которых являются Интегральный быстрый реактор считаются одними из немногих, которые могут реально достичь «устойчивости в планетарном масштабе», питая мир с населением 10 миллиардов человек, при этом сохраняя при этом небольшой экологический след.[69] Поэтому в режиме размножителя быстрые реакторы часто предлагаются как форма возобновляемая или устойчивая ядерная энергия. Хотя "[реакторного]плутониевая экономика "это вызовет, в настоящее время возвращает общественное неприязнь и различные аргументы о возможности распространения в общественном сознании.

Как обычно встречается в гражданских европейских тепловой реакторы, пучок твэлов с МОХ-топливом с 5,3% плутония, произведенный традиционным методом мокрой химии / PUREX переработка исходной тепловыделяющей сборки, выработавшей 33 ГВт-сут / т, прежде чем стать отработанное ядерное топливо, творит, когда сам сгорает в тепловой реактор, а отработанное ядерное топливо с изотопным составом плутония 40,8% Pu-239 и 30,6% Pu-240.[70][заметка 2]

А свежий ядерный топливный стержень сборочный узел, проверяемый перед входом в реактор.

Расчеты показывают, что выход энергии ядерного взрывного устройства уменьшается на два порядки величины если содержание Pu-240 увеличится до 25% (0,2 кт).[13]

Переработка, который в основном принимает форму рециркуляции реакторного плутония обратно в тот же или более совершенный парк реакторов, планировалось в США в 1960-х годах. В то время урановый рынок ожидалось, что он будет переполнен, и поставки будут ограничены, поэтому вместе с переработкой топлива более эффективный реакторы-размножители на быстрых нейтронах таким образом считались незамедлительно необходимыми для эффективного использования известных ограниченных запасов урана. С течением времени это стало менее актуальным, поскольку прогнозировалось снижение спроса и увеличение объемов открытий урановых руд, по этим экономическим причинам свежее топливо и использование только свежего топлива оставались дешевле в коммерческом плане, чем переработанное.

В 1977 году администрация Картера ввела запрет на переработку отработавшего топлива, пытаясь подать международный пример, поскольку в США существует мнение, что это приведет к распространению ядерного оружия.[71] Это решение остается спорным и рассматривается многими американскими физиками и инженерами как в корне ошибочное, поскольку оно стоило налогоплательщику США и фонд, созданный операторами реакторов США, с отмененными программами и инвестициями более 1 миллиарда долларов в предложенную альтернативу, Хранилище ядерных отходов Юкка-Маунтин заканчивая протестами, судебными процессами и неоднократными временными остановками в зависимости от мнений новых президентов.[72][73]

После временного хранения в бассейн отработавшего топлива, связки использованных тепловыделяющих сборок типичной атомной электростанции часто хранятся на месте, например, восемь хранение сухих бочек сосуды, изображенные выше.[74] В Атомная электростанция Янки-Роу, что дало 44 млрд киловатт-часы электричества в США за весь срок его службы, его полный запас отработавшего топлива содержится в шестнадцати контейнерах.[75] Сейчас они ожидают решения об отправке в геологическое хранилище или на отечественный / зарубежный завод по переработке.

Поскольку «нежелательный» загрязнитель с точки зрения производства оружия, Pu-240, распадается быстрее, чем Pu-239, с периодом полураспада 6500 и 24000 лет соответственно, качество плутония со временем увеличивается (хотя его общее количество уменьшается. в то же время). Таким образом, физики и инженеры указали, что, по прошествии сотен и тысяч лет, альтернатива «сжиганию» в быстрых реакторах или переработка плутония из мирового парка реакторов до полного сгорания - альтернатива сжиганию, предлагаемая наиболее часто. , что глубокого геологическое хранилище, Такие как Могильник ОЯТ Онкало, потенциально могут стать «плутониевыми рудниками», из которых оружейный материал для ядерного оружия мог быть получен простым PUREX добыча в ближайшие столетия-тысячелетия.[76][77][78]

Ядерный терроризм цель

Аум Синрикё, которым удалось разработать Зарин и Нервно-паралитический газ VX считается, что им не хватало технических знаний для разработки или кражи ядерного оружия. По аналогии, Аль-Каида подвергался многочисленным махинациям, связанным с продажей радиологических отходов и других материалов не оружейного качества. В Корпорация РЭНД предположили, что их неоднократный опыт неудач и мошенничества, возможно, привел к тому, что террористы пришли к выводу, что приобретение ядерного оружия слишком сложно и слишком дорого, чтобы его стоило продолжать.[79]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Категоризация ядерного материала в контексте интегрированных гарантий
  2. ^ Использование плутония в нескольких проектах МСР. 2016 г.
  3. ^ «Ядерная химия - первые атомные бомбы». Архивировано из оригинал на 2012-03-01.
  4. ^ а б c «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-07-01. Получено 2013-07-03.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  5. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация инвентаризации отработанного ядерного топлива в поддержку всеобъемлющей национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав разряда сборки WE 17 × 17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU /
  6. ^ https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Источник: Плутониевое топливо - Отчет ОЭСР, 1989 г.
  7. ^ Категоризация ядерного материала в контексте интегрированных гарантий
  8. ^ а б «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-05-20. Получено 2012-07-21.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  9. ^ «Изучение требований США по противоракетной обороне в 2010 году | Глава четвертая | IFPA».
  10. ^ Электроэнергия Годовой 2009 Таблица 5.2 Апрель 2011 г.
  11. ^ 8.0. Первое ядерное оружие. Версия 2.17: 1 августа 2002 г. КЭРИ СУБЛЕТ
  12. ^ Производство и изготовление плутония
  13. ^ а б Шахин, Зюмер (1981). «Замечания по проблеме предварительного воспламенения, вызванной плутонием-240 в ядерном устройстве». Ядерные технологии. 54 (1): 431–432. Дои:10.13182 / NT81-A32795. Энергетический выход ядерного взрывного устройства уменьшается на один и два порядка, если содержание плутония-240 увеличивается с 5 (почти оружейный плутоний) до 15 и 25% соответственно.
  14. ^ http://www.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.html Американское физическое общество Бомбы, переработка и реакторный плутонийДжеральд Э. Марш и Джордж С. Стэнфорд
  15. ^ а б c "Американское физическое общество, том 25, номер 4, октябрь 1996 г. СТАТЬИ, Сокрытие информации о ядерных испытаниях? А. ДеВолпи".
  16. ^ "Письмо (неопубликованное) от А. ДеВолпи к Физике и обществу. Опубликовано здесь с разрешения доктора ДеВолпи. Ответ на" Использование плутония реакторного качества в ядерном оружии: ответ Алексу ДеВолпи "в Физике и обществе, том 26 ( 3) (10 июля 1997 г.): А. ДеВолпи, Вудридж, Иллинойс ".
  17. ^ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ: Откровенные противники задержек и ошибок в демилитаризации плутония в ядерной демилитаризации: Часть 4. Александр ДеВолпи, физик (в отставке, Аргоннская национальная лаборатория); бывший менеджер ядерной диагностики и технический менеджер программы контроля над вооружениями и нераспространения; автор книги «Распространение, плутоний и политика».
  18. ^ http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/chapter13.html#1 Коэн. Глава 13 - ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ следующая => ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  19. ^ а б Дж. Карсон Марк (Август 1990 г.). «Взрывоопасные свойства реакторного плутония» (PDF). Институт ядерного контроля. Архивировано из оригинал (PDF) 8 мая 2010 г.. Получено 10 мая, 2010.
  20. ^ Международная группа по расщепляющимся материалам, Глобальный доклад о расщепляющихся материалах, 2011 г .: Запасы и производство ядерного оружия и расщепляющихся материалов (см. Приложение 1), получено 1 октября 2012 г.
  21. ^ https://fas.org/rlg/980826-pu.htm Ричард Лоуренс Гарвин, Старший научный сотрудник Совета по международным отношениям, Нью-Йорк, по науке и технологиям, проект от 26 августа 1998 г.
  22. ^ Взрывчатые свойства плутония реакторного качества, Дж. Карсон Марк, Франк фон Хиппель, Эдвард Лайман. Наука и глобальная безопасность, 2009 г. DOI: 10.1080 / 08929880903368690
  23. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_3.pdf
  24. ^ Виктор Гилинский, Марвин Миллер и Хармон Хаббард, «Свежий анализ опасности распространения легководных реакторов», Образовательный центр по политике нераспространения стр. 40
  25. ^ «Операция Hardtack, тестовый выстрел« Можжевельник », 0,2 кт - это примерно мощность усиленного первичного звена, которое не может разогнаться».
  26. ^ В некоторых случаях государства были готовы вложить большие средства в приобретение плутония оружейного, а не реакторного качества: например, в 1980-х годах Соединенные Штаты рассматривали возможность потратить миллиарды долларов на установку специального разделения изотопов для обогащения реакторного качества. плутоний оружейного качества.
  27. ^ Виртуальные инструменты - эксперимент в Лос-Аламосе. Процесс молекулярного лазерного разделения изотопов (MLIS) в газообразном гексафториде плутония
  28. ^ «Атомная энергетика в современном мире». World-nuclear.org. Получено 2013-06-22.
  29. ^ "Журнал Forbes. Новые причудливые крышки баков для ядерных отходов, по мере того, как содержание становится все горячее." Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд, МАГАТЭ 2005 ".
  30. ^ а б c «Состояние атомной энергетики: глобальный взгляд. Соколов Ю.А. Заместитель генерального директора. МАГАТЭ» (PDF).
  31. ^ стр.19, таблица 1
  32. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация инвентаризации отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав выброса сборки WE 17 × 17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU /
  33. ^ https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Источник: Плутониевое топливо - Отчет ОЭСР, 1989 г.
  34. ^ а б c «Дополнительная информация о подземных ядерных испытаниях плутония реакторного качества». Министерство энергетики США. Июнь 1994. Получено 2007-03-15.
  35. ^ "DOE / NV209 REV, 15 декабря 2000 г. Ядерные испытания в США, июль 1945 г. - сентябрь 1992 г." (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 15.06.2010.
  36. ^ «Устройства и оружие ядерного распространения». Архивировано из оригинал на 22 сентября 2017 г.
  37. ^ "Ядерное развитие в Соединенном Королевстве | Развитие ядерной энергетики Соединенного Королевства - Всемирная ядерная ассоциация".
  38. ^ Knott, J. (2014). «Атомные электростанции: типы, элементы и требования к материалам». Конструкционные сплавы для электростанций. С. 69–101. Дои:10.1533/9780857097552.1.69. ISBN  9780857092380.
  39. ^ Лянь-Фэн Чжао, Сяо-Би Се, Вэй-Минь Ван и Чжэнь-Син Яо "Региональные сейсмические характеристики северокорейского ядерного испытания 9 октября 2006 г., Бюллетень сейсмологического общества Америки, December 2008 98: 2571-2589; DOI: 10.1785 / 0120080128
  40. ^ Северокорейское топливо идентифицировано как плутоний В архиве 19 декабря 2016 г. Wayback Machine, Том Шанкер и Дэвид Э. Сэнгер, Нью-Йорк Таймс, 17 октября 2006 г.
  41. ^ Зейтц, Рассел (13 октября 2006 г.). "Комментарий - Пакет физики пародии?". Wall Street Journal. В архиве с оригинала от 11 января 2009 г.. Получено 13 октября, 2006.
  42. ^ Броуд, Уильям "Скрытная страна дает экспертам несколько подсказок, чтобы судить о ее ядерной программе ", Нью-Йорк Таймс, 12 февраля 2013 г. «Как это обычно бывает с испытаниями скрытного Севера, не было даже ясно, было ли подземное испытание ядерным, а не взрывами обычных бомб, имитирующих подземное ядерное испытание»;
  43. ^ Участники WNA (март 2009 г.). "Плутоний". Всемирная ядерная ассоциация. Получено 2010-02-28.
  44. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_8.pdf
  45. ^ Управление военным ураном и плутонием в США и бывшем Советском Союзе, Мэтью Банн и Джон П. Холдрен, Annu. Rev. Energy Environ. 1997. 22: 403–86.
  46. ^ Кесслер, G .; Höbel, W .; Goel, B .; Сейфриц, В. (2008). «Возможный ядерный взрывной выход реакторного плутония с использованием теории разборки раннего анализа безопасности реактора». Ядерная инженерия и дизайн. 238 (12): 3475–3499. Дои:10.1016 / j.nucengdes.2008.08.014.
  47. ^ Ллойд, Коди; Годдард, Брейден (2018). «Плутоний, устойчивый к распространению: обновленный анализ». Ядерная инженерия и дизайн. 330: 297–302. Дои:10.1016 / j.nucengdes.2018.02.012.
  48. ^ «Рассмотрение устойчивости конструкции сердечника FBR к распространению. JAEA» (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  49. ^ "Журнал Forbes. Новые причудливые крышки баков для ядерных отходов, по мере того, как содержание становится все горячее." Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд, МАГАТЭ 2005 ".
  50. ^ стр.19, таблица 1
  51. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация инвентаризации отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав разряда сборки WE 17 × 17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU /
  52. ^ https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Источник: Плутониевое топливо - Отчет ОЭСР, 1989 г.
  53. ^ [1]
  54. ^ Категоризация инвентаризации отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 35 рисунок 21. Изотопный состав выброса сборки с исходным обогащением по U-235 4,5 мас.%, накопившей выгорание 45 ГВт · сут / тU. Изотопный состав отработавшего ядерного топлива в зависимости от степени выгорания типовой топливной сборки PWR
  55. ^ «Новые причудливые крышки для контейнеров с ядерными отходами, по мере того, как содержимое становится все горячее». Состояние ядерной энергетики: общий взгляд, МАГАТЭ 2005 ».
  56. ^ а б "Усовершенствованные ядерные энергетические реакторы | Ядерные реакторы поколения III + - Всемирная ядерная ассоциация".
  57. ^ Гринвуд, стр. 1255, 1261
  58. ^ Л. К. Уолтерс (18 сентября 1998 г.). «Тридцать лет информации о топливе и материалах от EBR-II». Журнал ядерных материалов. Эльзевир. 270 (1–2): 39–48. Bibcode:1999JNuM..270 ... 39Вт. Дои:10.1016 / S0022-3115 (98) 00760-0.
  59. ^ «Исторический видеоролик о концепции интегрального быстрого реактора (IFR). Загружено - Nuclear Engineering at Argonne».
  60. ^ Пуансо, гл .; Bourg, S .; Ouvrier, N .; Combernoux, N .; Rostaing, C .; Vargas-Gonzalez, M .; Бруно, Дж. (2014). «Оценка воздействия ядерно-энергетических систем на окружающую среду. Сравнение замкнутого и открытого топливных циклов». Энергия. 69: 199–211. Дои:10.1016 / j.energy.2014.02.069.
  61. ^ Сжигание плутония для утилизации чистого плутония, Ричард Уилсон Гарвардский университет.
  62. ^ http://www.oecd-nea.org/pt/docs/1999/neastatus99/AnnexE.pdf См. Таблицу B «МОКС-топливо».
  63. ^ Категоризация ядерного материала в контексте интегрированных гарантий
  64. ^ Сжигание плутония для утилизации чистого плутония, Ричард Уилсон Гарвардский университет.
  65. ^ Натараджан, Р. (2015). «Переработка отработавшего ядерного топлива быстрых реакторов». Переработка и переработка отработавшего ядерного топлива. С. 213–243. Дои:10.1016 / B978-1-78242-212-9.00009-5. ISBN  9781782422129.}
  66. ^ Коннор, Стив (28.10.2011). «Новая жизнь для старой идеи, которая могла бы растворить наши ядерные отходы». Независимый. Лондон. Получено 2011-10-30.
  67. ^ [https://web.archive.org/web/20171120061221/https://www.jaea.go.jp/04/np/activity/2011-02-22/2011-02-22-08.pdf Рассмотрение устойчивости конструкции сердечника FBR к распространению. JAEA]
  68. ^ УНИКАЛЬНЫЙ В МИРЕ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И МНОЖЕСТВЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ФЕНИКСА А
  69. ^ Устойчивая, полномасштабная энергия ядерного деления в планетарном масштабе. Устойчивое развитие 2012, 4 (11), 3088-3123; https://doi.org/10.3390/su4113088
  70. ^ http://www.oecd-nea.org/pt/docs/1999/neastatus99/AnnexE.pdf См. Таблицу B «МОКС-топливо».
  71. ^ Почему США не перерабатывают ядерное топливо?
  72. ^ [http://users.physics.harvard.edu/~wilson/publications/ppaper643.html Сжигание плутония для утилизации чистого плутония, Ричард Уилсон Гарвардский университет. "Использование европейских или японских реакторов для сжигания плутония, в то время как наиболее быстрое средство решения задачи сжигания оружейного плутония, пошло бы сигнал (нежелательный для этой группы людей), что европейский и японский подход (который больше похож на подход Эйзенхауэра) чем у Картера) имеет свои достоинства. Но и обратное тоже может быть правдой. Отказ попросить остальной мир о помощи в сжигании плутония может иметь место, а в некоторых кругах воспринимается как сигнал о том, что Соединенные Штаты не серьезно уничтожение запасов оружия ".
  73. ^ Коэн. Глава 13 - ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ следующая => ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  74. ^ «NRC: Хранение сухих контейнеров». Nrc.gov. 2013-03-26. Получено 2013-06-22.
  75. ^ «Атомная электростанция Янки». Yankeerowe.com. Получено 2013-06-22.
  76. ^ Лайман, Эдвин С. (декабрь 1994 г.). "Взгляд на риски распространения плутониевых рудников". Институт ядерного контроля. В архиве из оригинала от 25.11.2015. Получено 2015-11-25.
  77. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_3.pdf
  78. ^ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs07lyman.pdf
  79. ^ https://www.rand.org/pubs/research_briefs/RB165/index1.html Борьба с ядерным терроризмом Уроки из Аум Синрике, Аль-Каиды и [исследовательского] реактора в Киншасе.

внешняя ссылка

  1. ^ Энергия взрывной волны была эквивалент 10 килотонн в тротиловом эквиваленте, тогда как оставшиеся ~ 12 килотонн энергии были испущены в виде ядерных излучений: рентгеновских лучей, гамма, бета, ядерных осадков и т. д.
  2. ^ а б остальное - 14,9% Pu-241, 10,6% Pu-242 и 3,1% Pu-238.