Плутоний
Плутоний
Плутоний: первый образец 239Pu, использовавшийся для определения его ядерных свойств в марте 1941 года
Кольцо электрорафинированного оружейного плутония (чистота 99,9 %). Кольцо весит 5,3 кг, имеет размер 11 см в диаметре. Такая форма необходима, чтобы не создалась критическая масса
Свечение диоксида плутония-238 238PuO2
12 микрограмм чистого гидроксида плутония (сентябрь 1942)
Растворы трехвалентного (слева) и четырехвалентного (справа) плутония
Плутоний в различных степенях окисления
Сплав плутония и галлия
Циклотрон в Беркли, на котором были получены нептуний и плутоний
Два альтернативных принципа инициации взрыва атомной бомбы
1. "Пушечная схема". С помощью заряда пороха урановый "снаряд" выстреливается в неподвижную урановую "мишень". При объединении двух блоков урана докритической массы образуется сверхкритическая масса урана и начинается цепная реакция. По такому принципу действовала атомная бомба "Малыш" (которая разрушила Хиросиму).
В случае плутония данный принцип не срабатывает, поскольку плутоний выделяет гораздо больше нейтронов (за счет спонтанного деления) и ядерная реакция с большой вероятностью может начаться еще до объединения блоков докритической массы - в результате большая часть ядерного топлива рассеется.
2. Имплозия (взрыв, направленный внутрь). Сфера из плутония сжимается со всех сторон ударной волной, которая образуется при синхронном взрыве "обычной" (химической) взрывчатки, расположенной концентрически вокруг плутония. В результате сильного сжатия плутония начинается цепная реакция. Создание взрывной волны, равномерно сжимающей плутониевую сферу, было довольно трудной задачей, которая была решена с помощью специальной комбинации взрывчатых веществ.
По такой схеме действовал ядерный заряд во время первого испытания "Trinity" ("Троица"), а также атомная бомба "Толстяк" ("Fat Man"), которую применили в Нагасаки. Принцип имплозии показан на картинке ниже
В случае плутония данный принцип не срабатывает, поскольку плутоний выделяет гораздо больше нейтронов (за счет спонтанного деления) и ядерная реакция с большой вероятностью может начаться еще до объединения блоков докритической массы - в результате большая часть ядерного топлива рассеется.
2. Имплозия (взрыв, направленный внутрь). Сфера из плутония сжимается со всех сторон ударной волной, которая образуется при синхронном взрыве "обычной" (химической) взрывчатки, расположенной концентрически вокруг плутония. В результате сильного сжатия плутония начинается цепная реакция. Создание взрывной волны, равномерно сжимающей плутониевую сферу, было довольно трудной задачей, которая была решена с помощью специальной комбинации взрывчатых веществ.
По такой схеме действовал ядерный заряд во время первого испытания "Trinity" ("Троица"), а также атомная бомба "Толстяк" ("Fat Man"), которую применили в Нагасаки. Принцип имплозии показан на картинке ниже
Подрыв плутониевого заряда с помощью имплозии
Плутоний: ядерный заряд в виде сферы
Взрыв плутониевой бомбы над Нагасаки
Войска наблюдают за ядерным взрывом во время учений Desert Rock I (1 ноября 1951 г.)
Взрыв ядерной бомбы мощностью 23 килотонны. Полигон в Неваде (1953 г.)
Запуск "Чикагской поленницы" - первого в мире ядерного реактора, созданного руками человека (рисунок художника)
Ученые, принимавшие участие в разработке и запуске "Чикагской поленницы-1".
В первом ряду, второй справа: Лео Силлард; первый слева: Энрико Ферми
Графитовый реактор X-10 (для производства оружейного плутония и радиоизотопов)
Пресс, на котором были изготовлены плутониевые сферы для испытания "Trinity" и бомбы "Толстяк"
Радиоизотопный термоэлектрический генератор космического аппарата Новые Горизонты (New Horizons), который был запущен в 2006 г. к Плутону. Источником питания служит плутоний-238
[Радиоизотопный генератор содержал 11 кг высокочистого диоксида 238Pu, производившего в среднем 220 Вт электроэнергии на протяжении всего пути (240 Вт в начале пути и 200 Вт к концу)]
Радиоизотопный термоэлектрический генератор, применявшийся в миссии Аполлон-14 (в центре), также использовал энергию распада плутония-238 (в советских луноходах использовался полоний)
Схема выделения урана и плутония из отработанного ядерного топлива
__________________________________
PUREX-процесс (Plutonium-URanium EXtraction process) был разработан в Металлургической лаборатории Университета Чикаго в рамках Манхэттенского проекта. Первый патент, в котором трибутилфосфат был заявлен как основной экстрагент плутония был подан в 1947 году.
Вследствие высокой радиоактивности отработанного ядерного топлива экстрагент неизбежно загрязняется продуктами радиолиза, способными в свою очередь экстрагировать ряд элементов вместе с ураном и плутонием. Кроме того, в экстракт может переходить технеций в виде ионной пары уранил-пертехнетат. Полная очистка урана и плутония от продуктов деления требует нескольких циклов экстракции (- прим. чит.).
PUREX-процесс (Plutonium-URanium EXtraction process) был разработан в Металлургической лаборатории Университета Чикаго в рамках Манхэттенского проекта. Первый патент, в котором трибутилфосфат был заявлен как основной экстрагент плутония был подан в 1947 году.
Вследствие высокой радиоактивности отработанного ядерного топлива экстрагент неизбежно загрязняется продуктами радиолиза, способными в свою очередь экстрагировать ряд элементов вместе с ураном и плутонием. Кроме того, в экстракт может переходить технеций в виде ионной пары уранил-пертехнетат. Полная очистка урана и плутония от продуктов деления требует нескольких циклов экстракции (- прим. чит.).
Малая планета Плутон и ее спутник Харон (фотография телескопа "Хаббл")