हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम: अनुप्रयोग, उत्पादन, निपटान

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

मानवता हमेशा ऊर्जा के नए स्रोतों की तलाश में रही है जो कई समस्याओं का समाधान कर सके। हालांकि, वे हमेशा सुरक्षित नहीं होते हैं। इसलिए, विशेष रूप से, परमाणु रिएक्टरों का आज व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, हालांकि वे इतनी बड़ी मात्रा में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम हैं, जिसकी सभी को आवश्यकता होती है, फिर भी एक नश्वर खतरा होता है। लेकिन, शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा के उपयोग के अलावा, हमारे ग्रह के कुछ देशों ने सेना में इसका इस्तेमाल करना सीख लिया है, खासकर परमाणु हथियार बनाने के लिए। यह लेख ऐसे विनाशकारी हथियार के आधार पर चर्चा करेगा, जिसका नाम है हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम।

त्वरित संदर्भ

धातु के इस कॉम्पैक्ट रूप में 239Pu समस्थानिक का कम से कम 93.5% होता है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को अपने "रिएक्टर भाई" से अलग करने के लिए इसका नाम दिया गया था। सिद्धांत रूप में, प्लूटोनियम हमेशा किसी भी परमाणु रिएक्टर में बनता है, जो बदले में, कम समृद्ध या प्राकृतिक यूरेनियम पर चलता है, जिसमें अधिकांश भाग के लिए, आइसोटोप 238U होता है।

सैन्य आवेदन

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम 239Pu परमाणु हथियारों का आधार है। उसी समय, 240 और 242 द्रव्यमान संख्या वाले समस्थानिकों का उपयोग अप्रासंगिक है, क्योंकि वे बहुत बनाते हैंन्यूट्रॉन की एक उच्च पृष्ठभूमि, जो अंततः अत्यधिक प्रभावी परमाणु गोला बारूद बनाना और डिजाइन करना मुश्किल बनाती है। इसके अलावा, प्लूटोनियम समस्थानिक 240Pu और 241Pu में 239Pu की तुलना में बहुत कम आधा जीवन होता है, इसलिए प्लूटोनियम के हिस्से बहुत गर्म हो जाते हैं। इसी सिलसिले में इंजीनियरों को अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए परमाणु हथियार में अतिरिक्त तत्व जोड़ने के लिए मजबूर होना पड़ता है। वैसे शुद्ध 239Pu मानव शरीर से अधिक गर्म होता है। इस तथ्य को ध्यान में रखना भी असंभव है कि भारी आइसोटोप के क्षय उत्पाद धातु क्रिस्टल जाली को हानिकारक परिवर्तनों के अधीन करते हैं, और यह स्वाभाविक रूप से प्लूटोनियम भागों के विन्यास को बदल देता है, जो अंत में, पूरी तरह से विफलता का कारण बन सकता है एक परमाणु विस्फोटक उपकरण।

कुल मिलाकर इन सभी कठिनाइयों को दूर किया जा सकता है। और व्यवहार में, "रिएक्टर" प्लूटोनियम पर आधारित विस्फोटक उपकरणों का पहले ही बार-बार परीक्षण किया जा चुका है। लेकिन यह समझा जाना चाहिए कि परमाणु हथियारों में, उनकी कॉम्पैक्टनेस, कम वजन, स्थायित्व और विश्वसनीयता अंतिम स्थिति से बहुत दूर है। इस संबंध में, वे विशेष रूप से हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उपयोग करते हैं।

औद्योगिक रिएक्टरों की डिजाइन विशेषताएं

रूस में व्यावहारिक रूप से सभी प्लूटोनियम का उत्पादन एक ग्रेफाइट मॉडरेटर से लैस रिएक्टरों में किया गया था। प्रत्येक रिएक्टर बेलनाकार ग्रेफाइट ब्लॉकों के आसपास बनाया गया है।

इकट्ठे होने पर, ग्रेफाइट ब्लॉकों में शीतलक के निरंतर संचलन को सुनिश्चित करने के लिए उनके बीच विशेष स्लॉट होते हैं, जोनाइट्रोजन का उपयोग किया जाता है। इकट्ठी संरचना में, पानी को ठंडा करने और उनके माध्यम से ईंधन के पारित होने के लिए लंबवत स्थित चैनल भी होते हैं। असेंबली को पहले से विकिरणित ईंधन को शिप करने के लिए उपयोग किए जाने वाले चैनलों के नीचे छेद वाले ढांचे द्वारा दृढ़ता से समर्थित किया जाता है। इसके अलावा, प्रत्येक चैनल एक हल्के और अतिरिक्त मजबूत एल्यूमीनियम मिश्र धातु से डाली गई पतली दीवार वाली पाइप में स्थित है। अधिकांश वर्णित चैनलों में 70 ईंधन छड़ें हैं। ठंडा पानी सीधे ईंधन की छड़ों के चारों ओर बहता है, जिससे उनमें से अतिरिक्त गर्मी दूर हो जाती है।

उत्पादन रिएक्टरों की क्षमता में वृद्धि

शुरुआत में पहला मयाक रिएक्टर 100 थर्मल मेगावाट की क्षमता से संचालित हुआ। हालांकि, सोवियत परमाणु हथियार कार्यक्रम के प्रमुख इगोर कुरचटोव ने प्रस्ताव दिया कि रिएक्टर को सर्दियों में 170-190 मेगावाट और गर्मियों में 140-150 मेगावाट पर काम करना चाहिए। इस दृष्टिकोण ने रिएक्टर को प्रति दिन लगभग 140 ग्राम कीमती प्लूटोनियम का उत्पादन करने की अनुमति दी।

1952 में, निम्नलिखित विधियों द्वारा कार्यशील रिएक्टरों की उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए पूर्ण शोध कार्य किया गया:

• परमाणु संस्थापन के सक्रिय क्षेत्रों के माध्यम से ठंडा करने और बहने के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी के प्रवाह को बढ़ाकर।
• चैनल लाइनर के पास होने वाली जंग की घटना के प्रतिरोध को बढ़ाकर।
• ग्रेफाइट ऑक्सीकरण की दर को कम करना।
• ईंधन कोशिकाओं के अंदर तापमान बढ़ाना।

परिणामस्वरूप, ईंधन और चैनल की दीवारों के बीच की खाई बढ़ने के बाद परिसंचारी पानी का प्रवाह काफी बढ़ गया है। हम जंग से छुटकारा पाने में भी कामयाब रहे। ऐसा करने के लिए, हमने सबसे उपयुक्त एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को चुना और सक्रिय रूप से सोडियम बाइक्रोमेट को जोड़ना शुरू किया, जिससे अंततः ठंडे पानी की कोमलता बढ़ गई (पीएच लगभग 6.0-6.2 हो गया)। इसे ठंडा करने के लिए नाइट्रोजन का उपयोग करने के बाद ग्रेफाइट ऑक्सीकरण एक जरूरी समस्या नहीं रह गई (पहले केवल हवा का उपयोग किया जाता था)।

1950 के दशक के करीब आते ही, नवाचारों को पूरी तरह से व्यवहार में लाया गया, विकिरण के कारण यूरेनियम के अत्यधिक अनावश्यक गुब्बारे को कम करना, यूरेनियम छड़ की गर्मी सख्त को कम करना, क्लैडिंग प्रतिरोध में सुधार, और विनिर्माण गुणवत्ता नियंत्रण में सुधार करना।

मायाक में प्रोडक्शन

"चेल्याबिंस्क -65" उन बहुत ही गुप्त कारखानों में से एक है जहां हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम बनाया गया था। उद्यम में कई रिएक्टर थे, हम उनमें से प्रत्येक को बेहतर तरीके से जान पाएंगे।

रिएक्टर ए

इकाई को प्रसिद्ध एन.ए. डोलेझल के मार्गदर्शन में डिजाइन और निर्मित किया गया था। उसने 100 मेगावाट की शक्ति के साथ काम किया। रिएक्टर में ग्रेफाइट ब्लॉक में 1149 लंबवत व्यवस्थित नियंत्रण और ईंधन चैनल थे। संरचना का कुल द्रव्यमान लगभग 1050 टन था। लगभग सभी चैनल (25 को छोड़कर) यूरेनियम से भरे हुए थे, जिसका कुल द्रव्यमान 120-130 टन था। नियंत्रण छड़ के लिए 17 चैनलों का उपयोग किया गया था और 8 के लिएप्रयोगों का संचालन। ईंधन सेल की अधिकतम डिजाइन गर्मी रिलीज 3.45 किलोवाट थी। सबसे पहले, रिएक्टर ने प्रति दिन लगभग 100 ग्राम प्लूटोनियम का उत्पादन किया। प्लूटोनियम धातु का पहली बार उत्पादन 16 अप्रैल 1949 को हुआ था।

तकनीकी खामियां

काफी गंभीर समस्याओं की पहचान लगभग तुरंत कर ली गई, जिसमें एल्युमीनियम लाइनर्स का क्षरण और ईंधन सेल कोटिंग्स शामिल थे। यूरेनियम की छड़ें भी फूल गईं और टूट गईं, और ठंडा पानी सीधे रिएक्टर के मूल में लीक हो गया। प्रत्येक रिसाव के बाद, ग्रेफाइट को हवा से सुखाने के लिए रिएक्टर को 10 घंटे तक रोकना पड़ा। जनवरी 1949 में, चैनल लाइनर्स को बदल दिया गया। उसके बाद, स्थापना का शुभारंभ 26 मार्च, 1949 को हुआ।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, जिसका रिएक्टर ए में उत्पादन सभी प्रकार की कठिनाइयों के साथ था, का उत्पादन 1950-1954 की अवधि में 180 मेगावाट की औसत इकाई शक्ति के साथ किया गया था। रिएक्टर के बाद के संचालन के साथ इसके अधिक गहन उपयोग के साथ शुरू हुआ, जो स्वाभाविक रूप से अधिक बार शटडाउन (महीने में 165 बार तक) का कारण बना। नतीजतन, अक्टूबर 1963 में, रिएक्टर को बंद कर दिया गया और 1964 के वसंत में ही इसका संचालन फिर से शुरू कर दिया गया। उन्होंने 1987 में अपना अभियान पूरा किया और कई वर्षों के संचालन की पूरी अवधि में 4.6 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया।

एबी रिएक्टर

1948 की शरद ऋतु में चेल्याबिंस्क-65 उद्यम में तीन एबी रिएक्टर बनाने का निर्णय लिया गया। उनकी उत्पादन क्षमता प्रति दिन 200-250 ग्राम प्लूटोनियम थी। परियोजना के मुख्य डिजाइनर ए सविन थे।प्रत्येक रिएक्टर में 1996 चैनल थे, जिनमें से 65 नियंत्रण चैनल थे। प्रतिष्ठानों में एक तकनीकी नवीनता का उपयोग किया गया था - प्रत्येक चैनल एक विशेष शीतलक रिसाव डिटेक्टर से सुसज्जित था। इस तरह के एक कदम ने रिएक्टर के संचालन को रोके बिना ही लाइनरों को बदलना संभव बना दिया।

रिएक्टरों के संचालन के पहले वर्ष से पता चला कि उन्होंने प्रति दिन लगभग 260 ग्राम प्लूटोनियम का उत्पादन किया। हालांकि, संचालन के दूसरे वर्ष से, क्षमता को धीरे-धीरे बढ़ाया गया था, और 1963 में पहले से ही इसका आंकड़ा 600 मेगावाट था। दूसरे ओवरहाल के बाद, लाइनर्स की समस्या पूरी तरह से हल हो गई थी, और 270 किलोग्राम के वार्षिक प्लूटोनियम उत्पादन के साथ क्षमता पहले से ही 1200 मेगावाट थी। ये संकेतक रिएक्टरों के पूर्ण बंद होने तक बने रहे।

एआई-आईआर रिएक्टर

चेल्याबिंस्क उद्यम ने 22 दिसंबर, 1951 से 25 मई, 1987 तक इस स्थापना का उपयोग किया। यूरेनियम के अलावा, रिएक्टर ने कोबाल्ट -60 और पोलोनियम -210 का भी उत्पादन किया। प्रारंभ में, साइट ने ट्रिटियम का उत्पादन किया, लेकिन बाद में प्लूटोनियम प्राप्त करना शुरू कर दिया।

इसके अलावा, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के प्रसंस्करण के लिए संयंत्र में भारी जल रिएक्टर और एकमात्र हल्के जल रिएक्टर (इसका नाम रुस्लान है) का संचालन किया गया था।

साइबेरियन जायंट

"टॉम्स्क-7" - यह उस संयंत्र का नाम है, जिसमें प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए पांच रिएक्टर हैं। प्रत्येक इकाई ने न्यूट्रॉन को धीमा करने के लिए ग्रेफाइट और उचित शीतलन प्रदान करने के लिए साधारण पानी का उपयोग किया।

रिएक्टर I-1 ने सिस्टम के साथ काम कियाठंडा, जिसमें पानी एक बार गुजरा। हालांकि, शेष चार इकाइयों को हीट एक्सचेंजर्स से लैस बंद प्राथमिक सर्किट के साथ प्रदान किया गया था। इस डिजाइन ने अतिरिक्त रूप से भाप उत्पन्न करना संभव बना दिया, जिससे बिजली के उत्पादन और विभिन्न आवासीय परिसरों को गर्म करने में मदद मिली।

"टॉम्स्क -7" में ईआई -2 नामक एक रिएक्टर भी था, जिसका बदले में, एक दोहरा उद्देश्य था: यह प्लूटोनियम का उत्पादन करता था और उत्पन्न भाप से 100 मेगावाट बिजली उत्पन्न करता था, साथ ही साथ 200 मेगावाट थर्मल ऊर्जा।

महत्वपूर्ण जानकारी

वैज्ञानिकों के अनुसार हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का आधा जीवन लगभग 24,360 वर्ष है। बड़ी संख्या! इस संबंध में, प्रश्न विशेष रूप से तीव्र हो जाता है: "इस तत्व के उत्पादन अपशिष्ट से ठीक से कैसे निपटें?" सबसे इष्टतम विकल्प हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के बाद के प्रसंस्करण के लिए विशेष उद्यमों का निर्माण है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इस मामले में तत्व अब सैन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है और एक व्यक्ति द्वारा नियंत्रित किया जाएगा। इस तरह रूस में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का निपटान किया जाता है, लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका ने एक अलग रास्ता अपनाया, इस प्रकार अपने अंतरराष्ट्रीय दायित्वों का उल्लंघन किया।

इस प्रकार, अमेरिकी सरकार अत्यधिक समृद्ध परमाणु ईंधन को औद्योगिक तरीके से नष्ट करने का प्रस्ताव नहीं करती है, लेकिन प्लूटोनियम को पतला करके और इसे 500 मीटर की गहराई पर विशेष कंटेनरों में संग्रहीत करती है। यह बिना कहे चला जाता है कि इस मामले में सामग्री आसानी से हो सकती हैइसे जमीन से निकालें और इसे सैन्य उद्देश्यों के लिए फिर से लॉन्च करें। रूसी राष्ट्रपति व्लादिमीर पुतिन के अनुसार, शुरू में देश प्लूटोनियम को इस विधि से नष्ट करने के लिए नहीं, बल्कि औद्योगिक सुविधाओं पर निपटान करने के लिए सहमत हुए।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की लागत विशेष ध्यान देने योग्य है। विशेषज्ञों के अनुसार, इस तत्व के दसियों टन की कीमत कई अरब अमेरिकी डॉलर हो सकती है। और कुछ विशेषज्ञों ने 500 टन हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का अनुमान भी लगाया है, जो 8 ट्रिलियन डॉलर तक है। राशि वास्तव में प्रभावशाली है। यह स्पष्ट करने के लिए कि यह कितना पैसा है, मान लें कि 20वीं सदी के अंतिम दस वर्षों में रूस की औसत वार्षिक जीडीपी $400 बिलियन थी। यानी असल में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की वास्तविक कीमत रूसी संघ के बीस वार्षिक जीडीपी के बराबर थी।