Войти
«Ядро демона »: воссоздание конфигурации, используемой в роковом 1945 году авария с критичностью со сферой из плутония, окружающей нейтронно-отражающими блоками карбида вольфрама. 
Прецизионная плутониевая литейная форма, 1959 карьер, названный в честь твердое ядро фруктов, таких как персики и абрикосы, ядром ядерного оружия имплозии - расщепляющегося материала и любых нейтронный отражатель или тампер, прикрепленный к нему. В некоторых случаях оружия, испытанных в 1950-х годах, использовались ямы, сделанные только из U-235 или из композита с плутонием, но полностью плутониевые ямы имеют наименьший диаметр и были стандартом с начала 1960-х годов.
Ямы первого ядерного оружия были твердыми, с нейтронным инициатором из ежа в центре. Gadget и Fat Man использовали ямы из 6,2 кг твердого горячего прессования плутоний-галлиевого сплава (при 400 ° C и 200 ° C). МПа в стальных штампах - 750 ° F и 29000 фунтов на квадратный дюйм) полусферы диаметром 9,2 см (3,6 дюйма) с внутренней полостью 2,5 см (1 дюйм) для инициатора. Яма устройства была гальванически покрыта 0,13 мм серебром ; однако на слое образовались пузыри, и пузыри пришлось отшлифовать и покрыть сусальным золотом перед испытанием. Яма «Толстяка» и ямы моделей были покрыты никелем . полая яма считалась более эффективной, но в целом была отклонена из-за более высоких требований к точности имплозии.
В более поздних конструкциях использовались инициаторы ТОМ аналогичной конструкции, но диаметром всего около 1 см (½ дюйма). Позднее внутренние нейтронные инициаторы были сняты с производства и заменены импульсными источниками нейтронов, а также ядерным оружием с усиленным делением.
Сплошные сердечники были известны как конструкция «Кристи », в честь Роберта Кристи, который воплотил проект сплошного карьера в реальности после того, как он был использован предложен Эдвард Теллер. Помимо ямы, весь пакет физики также был неофициально назван «Устройство Кристи».
Эффективность имплозии может быть увеличена за счет оставляя пустое пространство между тампером и ямой, вызывая быстрое ускорение ударной волны до того, как она коснется ямы. Этот метод как известен имплозия левитирующей ямы. Левитирующие ямы были испытаны в 1948 году с бомбами в стиле Толстяка (Mark IV ). Раннее оружие с левитирующей ямой имело съемную яму, называемую открытой ямой . Он хранился отдельно в специальной капсуле под названием птичья клетка .
Во время взрыва полой ямы слой плутония ускоряется внутрь, сталкиваясь посередине и образуя сверхкритическую высокоплотную сферу.. Из-за добавленного порошка плутоний сам играет роль тампера, требуя меньшего количества урана в защитном слое, уменьшая вес и размер боеголовки. Полые ямы более эффективны, чем сплошные, но требуют более точной имплозии; Поэтому сплошные ямы «Кристи» были предпочтительны для первых конструкций оружия. После окончания войны в августе 1945 года лаборатория снова сосредоточилась на проблеме полой ямы, и до конца года ее лидл Ганс Бете, руководитель его группы и преемник теоретического отдела., при этом полый композитный сердечник представляет наибольший интерес из-за стоимости плутония и проблем с наращиванием мощности реакторов Хэнфорда.
Эффективность полых ям может быть увеличена путем нагнетания смесей 50% / 50% дейтерия и трития в полость непосредственно перед взрывом, так называемое «усиление синтез» ; это также снижает минимальное количество плутония для успешного взрыва. Более высокая степень контроля инициирования, как за счет количества впрыскиваемой дейтерий-тритиевой смеси, так и за счет времени и мощности нейтронного импульса внешнего генератора, облегчение конструкцию оружия с мощностью.
В то время поставки плутония-239 были недостаточными. Чтобы уменьшить его количество, необходимое для карьера, была увеличена композитная активная зона, в которой полая оболочка из плутония была окружена внешней оболочкой из более многочисленного высокообогащенного урана. К концу 1947 г. композитные сердечники были доступны для ядерные бомбардировщики Mark 3. Например, композитный сердечник для бомбы US Mark 4, сердечник 49-LCC-C был сделан из 2,5 кг плутония и 5 кг урана. Его взрыв высвобождает только 35% энергии плутония и 25% урана, поэтому он не очень эффективен, но экономия веса плутония значительна.
Другим фактором для рассмотрения различных материалов карьера является различие поведения плутония и урана. Плутоний делится быстрее и производит больше нейтронов, но тогда его было производство более дорогим, и его было мало из-за ограничений потенциальных реакторов. Уран медленнее расщепляется, поэтому из него можно получить более сверхкритическую массу, что позволяет увеличить мощность оружия. Создание композитного сердечника рассматривалось еще в июле 1945 года, а композитные сердечники стали доступны в 1946 году. Приоритетом для Лос-Аламоса тогда было проектирование полностью уранового карьера. Новые конструкции карьера были испытаны в Operation Sandstone.
Активная зона, содержащая только плутоний, с ее высокой фоновой нейтронной скоростью, высокая вероятность преддетонации с пониженным выходом. Сведение к минимуму этой вероятности требует меньшей массы плутония, что примерно ограничивает достижимый выход до 10 кт, или использование высокочистого плутония-239 с непрактично низким уровнем загрязнения плутонием-240. Возможный композитного сердечника возможность поддерживать высокий выход при низком уровне риска преддетонации и использовать оба доступных делящегося материала. Ограничение мощности стало неактуальным в середине 1950-х годов с появлением термоядерного усиления, а затем и с использованием термоядерного оружия.
Мощность оружием также можно контролировать, выбирая из множества ям. Например, ядерная бомба Mark 4 могла быть оборудована различными ямами: 49-LTC-C (левитирующий уран-235, испытанный в ходе испытаний Zebra 14 мая 1948 г.), 49-LCC-C (левитирующий композит уран-плутоний) и 50-LCC-C (левитирующий композит). Этот подход не подходит для полевого оружия более современного оружия с несъемными ямами, но позволяет выполнять несколько подтипов оружия с разной мощностью для различных тактических целей. Первые проекты в США были основаны на стандартизированных сборках карьера Тип C и Тип D . В бомбе Mark 4 использовались ямы типа C и типа D, которые вставлялись вручную в полете. Бомба Mark 5 использовала ямы типа D с автоматической установкой в полете; БЧ W-5 использовала то же самое. Его преемница, бомба Марка 6, предположительно использовала те же или аналогичные ямы.
Яма может состоять только из плутония-239, плутония-239 / урана-235 или только из урана-235. Плутоний - наиболее распространенный выбор, но, например, в бомбе Violet Club и боеголовке Orange Herald использовались массивные полые ямы, состоящие из 87 и 117 кг (98 и 125 кг по другим данным) высокообогащенного урана. Ядро деления Зеленая трава состояло из сферы из высокообогащенного урана с внутренним диаметром 560 мм, толщиной 3,6 мм и массой 70–86 кг; Яма была полностью поддержана окружающим тампером из природного урана. Такие массивные ямы, состоящие из более чем одной критической массы делящего материала, включают значительную угрозу безопасности, поскольку даже асимметричный взрыв имплозионной оболочки может вызвать взрыв на килотонном расстоянии. В мощном оружии чистого деления, 500-килотонной самой ядерной бомбе Mark 18, использовалась полая яма, состоящая из более чем 60 кг высокообогащенного урана, примерно четыре критических массы; Закрепление производилось цепочкой алюминий - бор, вставленной в яму.
Составной карьер из плутония и урана-233, основанный на активной зоне плутоний-U235 от ядерной бомбы TX-7E Mark 7, был испытан в 1955 году во время года Операция «Чайник» в тесте МЕТ. Мощность составила 22 килотонны вместо ожидаемых 33 килотонн.
A герметичные ямы означает, что вокруг ямы внутри ядерного оружия образуется прочный металлический барьер без отверстий. Это защищает ядерные материалы от разрушения окружающей среды и снижает вероятность их выброса в случае случайного пожара или небольшого взрыва. Первым оружием США, в котором использовалась герметичная яма, была боеголовка W25. Металлом часто является нержавеющая сталь, но также используются бериллий, алюминий и, возможно, ванадий. Бериллий хрупкий, токсичный и дорогой, но он является привлекательным выбором из-за его роли отражателя нейтронов, снижающего критическую массу ямы. Вероятно, существует слой межфазного металла между плутонием и бериллием, улавливающий альфа-частицы от распада плутония (а также америций и других загрязняющих веществ), которые в случае вступили в реакцию с бериллием и образовали нейтроны. Бериллиевые тамперы / отражатели начали использовать в середине 1950-х годов; Были изготовлены из прессованных деталей порошковых бериллиевых заготовок на заводе Rocky Flats Plant.
Более современные плутониевые карьеры полые. Часто цитируемая специализация, применимая к другим карьерам, приблизительного размера и веса для боулинга, с каналом для инжекции трития (в случае боеприп ядерного деления ) с внутренней поверхностью, покрытой плутонием. Часто классифицируются размер, обычно от шара для боулинга до теннисного мяча, точность сферичности, вес и изотопный состав делящевого материала - факторы, влияющие на свойства оружия. Полые ямки могут быть выполнены из полуоболочек с тремя стыковыми сварными швами вокруг экватора и трубкой , припаянной (к бериллиевой или алюминиевой оболочке) или электронным пучком или Сварка TIG (с корпусом из нержавеющей стали) для впрыска наддува. Ямы, уязвимые бериллием, более уязвимы к разрушению, более чувствительны к колебаниям температуры, с большей вероятностью требуют очистки, восприимчивы к коррозии с хлоридами и влагой и могут подвергать воздействию токсичного бериллия.
Более новые карьеры содержат около 3 килограммов плутония. В более старых ямах использовалось около 4-5 килограммов.
Дальнейшая миниатюризация была достигнута с помощью линейной имплозии. Удлиненная подкритическая твердая яма, преобразованная в сверхкритическую сферическую форму двумя противоположными ударными волнами, а и полая яма с более точными ударными волнами, позволили создать относительно очень небольшие ядерные боеголовки. Конфигурация, однако, считалась предрасположенной к случайному производительному взрыву, когда взрывчатое вещество было случайным образом, в отличие от сборки сферической имплозии, где асимметричная имплозия разрушает оружие, не вызывая ядерной детонации. Это потребовало специальных мер предосторожности при проектировании и серии испытаний на безопасность, включая одноточечную безопасность. Несферические ямы представляют собой значительный технологический прогресс, позволяющий разрабатывать меньшие и более легкие ядерные устройства, подходящие, например, для несколько боеголовок с независимым наведением. Миниатюрные боеголовки с линейной имплозивной конструкцией, например W88, часто используют несферические, сплюснутые сфероидальные ямки. Эта конфигурация впервые прошла в W47.
В сентябре 1992 года Китай якобы успешное ядерное испытание несферической ямы, что стало важным технологическим достижением.
Ямы могут быть разделены между конструкциями оружия. Например, говорят, что боеголовка W89 повторно использует ямы из W68s. Многие проекты ям стандартизированы и используются разными физическими пакетами; одни и те же пакеты физики часто используются в разных боеголовках. Ямы также можно использовать повторно; запечатанные ямы, извлеченные из разобранного оружия, обычно складываются для прямого повторного использования. Из-за низкой скорости старения плутоний-галлиевого сплава срок хранения ям оценивается в столетие и более. Самым старым карьерам в арсенале США все еще менее 50 лет.
Герметичные ямки можно разделить на связанные и несвязанные. Незакрепленные ямы можно демонтировать механически; токарного станка достаточно для отделения плутония. Переработка скрепленных ям требует химической обработки.
Считается, что ямы современного оружия имеют радиус около 5 см.
| Лаборатория проектирования | Оружие | Тип ямы | Статус | Используется в | Комментарий |
|---|---|---|---|---|---|
| LANL | B61 -3, 4,10 | 123 | Постоянный запас | бомба | |
| LANL | B61 -7,11 | 125 | Постоянный запас | бомба | |
| LANL | B61 -4 | 118 | Постоянный запас | бомба | |
| LANL | W76 | 116 | Постоянный запас | Trident I и Trident II БРПЛ | наиболее термочувствительная конструкция LANL |
| LANL | W78 | 117 | Постоянный запас | LGM-30 Minuteman МБР | |
| LANL | W80 | 124 | Постоянный запас | очень похож на W84, модификацию B61; AGM-86, AGM-129, BGM-109 Tomahawk | ответственность передается LLNL |
| LANL | W80 | 119 | Enduring Stockpile | очень похож на W84, модификацию B61; AGM-86, AGM-129, BGM-109 Tomahawk | |
| LANL | W80-0 | Enduring Stockpile | BGM-109 Tomahawk | сверхчистый плутоний, с низким уровнем радиации, для подводных лодок | |
| LANL | W88 | 126 | Enduring Stockpile | Trident II SLBM | линейный взрыв, несферическая яма |
| LLNL | B83 | MC3350 | Enduring Stockpile | гравитационная бомба | самая тяжелая яма, огнестойкая яма |
| LLNL | W62 | MC2406 | Постоянный запас | LGM-30 Minuteman ICBM | |
| LLNL | W84 | ? | Постоянный запас | очень похож на W80; BGM-109G GLCM | огнестойкая яма |
| LLNL | W87 | MC3737 | Enduring Stockpile | LGM-118A Peacekeeper | огнестойкая яма |
| LANL | B28 | 83 | в отставке | бомба | |
| LANL | B28-0 | 93 | в отставке | бомба | минимум тепловыделение |
| LANL | B43 | 79 | списанная | бомба | покрытая бериллием |
| ЛАНЛ | B43-1 | 101 | на пенсии | первичный цеце ; бомба | покрытая бериллием |
| LANL | W33 | ? | в отставке | 8 "ядерная артиллерия снаряд | |
| LANL | W44 | 74 | в отставке | Цеце первичный ; RUR-5 ASROC противолодочный | бериллий-одетый |
| LANL | W44 - 1 | 100 | на пенсии | цеце первичный | бериллиевый слой |
| LANL | W50-1 | 103 | пенсионер | цеце первичный ; MGM-31 Pershing IRBM | |
| LANL | 81 | списанный | бомба | требует очистки перед долгосрочным хранением | |
| LANL | 96 | списанный | бомба | требует очистки перед долгосрочным хранением | |
| LANL | B57 | 104 | в отставке | Цеце первичный ; бомба | |
| ЛАНЛ | W59 | 90 | в отставке | Цеце первичный ; Минитмен I МБР | |
| LANL | B61-0 | 110 | в отставке | бомба | |
| LANL | B61 -2, 5 | 114 | в отставке | бомба | |
| LANL | W66 | 112 | в отставке | S печать противоракетная ракета | |
| LANL | W69 | 111 | в отставке | AGM-69 SRAM | |
| LANL | W85 | 128 | в отставке | Pershing II | |
| LLNL | W48 | MC1397 | в отставке | 6,1 "ядерная артиллерия снаряд | бериллий- с оболочкой, требует очистки перед длительным хранением |
| LLNL | W55 | MC1324 | списанный | UUM-44 SUBROC противолодочная ракета | с бериллиевым покрытием? |
| LLNL | W56 | MC1801 | списанный | Minuteman I, Minuteman II | высокий уровень излучения, требуется очистка перед длительным хранением |
| LLNL | W68 | MC1978 | в отставке | UGM-73 Poseidon SLBM | |
| LLNL | W70 -0 | MC2381 | в отставке | MGM-52 Lance | |
| LLNL | W70 -1 | MC2381a | в отставке | MGM-52 Lance | |
| LLNL | W70 -2 | MC2381b | в отставке | Копье MGM-52 | |
| LLNL | W70 -3 | MC2381c | в отставке | MGM-52 Lance, с повышенной радиацией | |
| LLNL | W71 | ? | в отставке | LIM-49 Spartan противоракетная ракета | требуют очистки перед длительным хранением |
| LLNL | W79 | MC2574 | списанный | 8 "ядерный артиллерийский снаряд | Бериллиевое покрытие? |
Защита стального шара 
Одноточечный тест на безопасность Первое ор ужие имело установлены съемные ямы, которые были в бомбу незадолго до ее использования. продолжающийся процесс миниатюризации привел к изменениям конструкции, в результате чего яма могла быть вставлена на заводе во время сборки устройства. Это потребовало испытаний на безопасность, чтобы убедиться, что случайный взрыв взрывчатого вещества не вызовет полномасштабный ядерный взрыв; Проект 56 был одним из таких испытаний.
Случайная детонация с большой мощностью всегда была проблемой. Конструкция с левитирующей ямой делала практичную возможность в полете вставлять ямы в бомбы, отделяя делящийся сердечник от взрывчатых веществ вокруг него. Многие случаи случайных потерь бомб и взрывов поэтому привели только к рассеянию урана от тампера бомбы. Однако более поздние конструкции с полыми ямами, когда между ямой и трамбовкой не было места, сделали это невозможным.
Ямы более раннего оружия имели доступные внутренние полости. Для безопасности предметы вставлялись в яму и удалялись только при необходимости. Некоторые ямы большего размера, например у британцев Green Grass внутренняя полость была облицована резиной и заполнена металлическими шариками; эта конструкция была импровизирована и далека от оптимальной, например, в том, что защищенная яма с шарами внутри подвергалась вибрации, например в самолете, может привести к его повреждению. Вместо этого может использоваться тонкая металлическая цепочка из материала, поглощающего нейтроны (такая же, как и для управляющих стержней реактора , например, кадмий ). Ямка боеголовки W47 былазаполнена кадмиево- борной проволокой при ее изготовлении; при включении оружия проволока вытаскивалась на катушку небольшомом и не могла быть вставлена повторно. Однако сделана невозможным ее полное удаление и превратилось в неразорвавшуюся часть.
Переход от сплошных ямок к полым вызвал проблемы с безопасностью работы; большее отношение поверхности к массе привело к сравнительно большему излучению гамма-лучей и потребовало лучшей радиационной защиты на производственном объекте Рокки Флэтс. Увеличенное количество требуемых прокаток и механической обработки привело к более высокому расходу машинного масла и тетрахлорметана, которые использовались для последующего обезжиривания деталей и создания большого количества загрязненных отходов. пирофорная плутониевая стружка также представляла риск самовоспламенения.
Герметичные ямы требуют другого метода защиты. Используются многие методы, в том числе системы Ссылки разрешающего действия и Сильное звено слабое звено, предназначенные для отказа в случае аварии или неправильной постановки постановки на охрану; к ним механические блокировки, критические детали, предназначенные для выхода из строя в случае пожара или удара, и т. д.
Бериллиевая оболочка, хотя и является технически выгодной, представляет риск для сотрудников оружейного завода. При механической обработке оболочек тамперов образуется пыль бериллия и оксида бериллия ; его вдыхание может вызвать бериллиоз. В 1996 году министерство энергетики США выявило более 50 случаев хронического бериллиоза среди сотрудников атомной промышленности, в том числе три десятка на заводе в Рокки Флэтс; несколько человек погибли.
После крушения 1966 Palomares B-52 и крушения B-52 на авиабазе Туле в 1968 году безопасность оружия от случайного рассеивания плутония стала обороноспособностью США.
Огнестойкие ямы (FRP ) - это средство безопасности современного ядерного оружия, уменьшающее распространение плутония в случае пожара. Существующие ямы предназначены для хранения расплавленного плутония при температуре до 1000 ° C, приблизительной температуры горящего авиационного топлива, в течение нескольких часов. Огнестойкие ямы не помогут в случаях, когда ямы рассыпаны взрывом; поэтому они используются вместе с нечувствительными бризантными веществами, которые должны быть устойчивы к случайной детонации от удара или огня, и неразорвавшимися порохами при использовании в ракетах. Облицовка из ванадия была протестирована для проектирования огнеупорных ям, но неизвестно, она используется или только экспериментальная. Боеголовка W87 является примером сборки из FRP. Стеклопластик не обеспечивает защиты, если облицовка ямы механически повреждена, и может выйти из строя, если подвергнется возгоранию ракетного топлива, которое имеет более высокую температуру горения (около 2000 ° C), чем авиационное топливо. Жесткие ограничения по весу и размеру препятствуют использованию как FRP, так и нечувствительных взрывчатых веществ. БРПЛ с учетом их размеров и более энергичным и уязвимым топливом, как правило, менее безопасны, чем межконтинентальные баллистические ракеты.
Другое энергетические материалы в непосредственной близости от котлована также воздействия на его безопасность. Ракетное топливо США делится на два основных класса. Класс 1.3, пожарная опасность, но взорвать очень трудно или невозможно; примером является 70% перхлората аммония, 16% алюминия и 14% связующего. Класс 1.1, как пожарная, так и детонационная опасность, представляет собой двухосновное топливо на основе сшитого полимера, содержащее 52% HMX, 18% нитроглицерин, 18% алюминия, 4% перхлората аммония и 8% связующего. Пропеллент 1.1 имеет на 4% больший удельный импульс (примерно 270 с по сравнению с 260 с), что дает на 8% больший диапазон при постоянном времени горения. Нечувствительные фугасные взрывчатые вещества также менее, что требует более крупных и тяжелых боеголовок, снижает дальность действия ракеты или снижает мощность. Компромисс между безопасностью и производительностью особенно важен, например, для подводные лодки. По состоянию на 1990 год в БРПЛ Trident использовалось как детонирующее топливо, так и нечувствительные взрывчатые вещества.
Отливка и последующая обработка плутония затруднены не только из-за его токсичности., но потому что плутоний имеет много различных металлических фаз, а также известных как аллотропов. Когда плутоний охлаждается, изменения фазы приводят к искажению и растрескиванию. Это искажение обычно преодолевается легированием его 3–3,5 мол.% (0,9–1,0% по весу) галлием, с образованием плутоний-галлиевого сплава, который заставляет его поглощать дельта-фаза в широком диапазоне температур. При охлаждении из расплава он претерпевает только одно фазовое изменение от эпсилон на дельта вместо четырех изменений. Другие трехвалентные металлы также будут работать, но галлий имеет небольшое сечение нейтронов и помогает защитить плутоний от коррозии. Недостатком является то, что соединения галлия сами по себе являются коррозионными, и поэтому, если плутоний извлекается из демонтированного оружия для преобразования в диоксид плутония для энергетических реакторов, удаление галлия затруднено.
Плутоний химически активен, обычно покрывают яму тонким слоем инертного металла, что также снижает опасность отравления. В устройстве использовалось гальваническое серебряное покрытие; Использовался использовался никель, осажденный из паров тетракарбонила никеля, но теперь предпочтительным является золото.
Получение первого ямок горячее прессование было использовано для оптимального использования дефицитного плутония. В более поздних конструкциях использовались механически обработанные карьеры, но токарная обработка приводит к образованию большого количества отходов, как пирофорных превращений плутония, и загрязненных плутонием масел. и смазочно-охлаждающие жидкости. Задача на будущее - прямая заливка ямы. Однако в ядерных испытаниях может затруднить различие в характеристиках.
И уран, и плутоний очень чувствительны к коррозия. Ряд проблемных боеголовок W47 UGM-27 Polaris заменить после того, как во время текущего обслуживания была обнаружена коррозия делящего материала. Ямы W58 также пострадали от коррозии. Яма W45 была подвержена коррозии, которая могла изменить ее геометрию. Яма Зеленая трава также была подвержена коррозии. Радиоактивность используемых материалов также может вызывать повреждение окружающих материалов. Плутоний очень чувствителен к воздействию; влажный воздух увеличивает скорость коррозии примерно в 200 раз. Водород оказывает сильное каталитическое действие на коррозию; его может увеличить скорость коррозии на 13 порядков. Водород может образовываться из влаги и близлежащих материалов (например, пластмасс) в результате радиолиза. Эти факторы вызывают проблемы с хранением плутония. Увеличение объема во время окисления может вызвать разрыв контейнеров для хранения или деформацию ямок.
Загрязнение ямы дейтерием и тритием, случайно или если оно заполнено по конструкции, может вызвать гидридную коррозию, которая проявляется как точечная коррозия и рост поверхностного покрытия из пирофорного гидрида плутония. Это также значительно увеличивает коррозию кислородом воздуха. Дейтерий и тритий также вызывают водородное охрупчивание во многих материалах.
Неправильное хранение может вызвать коррозию ямок. Сообщается, что контейнеры AL-R8, используемые на установке Pantex для хранения ям, способствуют, а не препятствуют коррозии, имеют тенденцию к коррозии. Выделяемое ямами тепло распада также беспокойство; Некоторые ямы при хранении могут достичь температуры 150 ° C, а помещения для хранения большего количества ям могут потребовать активного охлаждения. Контроль может вызвать проблемы при хранении в ямах.
Бериллиевая оболочка может подвергаться коррозии некоторыми используемыми используемыми для очистки ям. Исследования показали, что трихлорэтилен (TCE) вызывает коррозию бериллия, а трихлорэтан (TCA) - нет. Точечная коррозия бериллиевой оболочки представляет собой серьезную проблему при длительном хранении карьеров на предприятии Pantex.
Присутствие плутония-240 в материале ямы вызывает повышенное выделение тепла и нейтронов, снижает эффективность деления и увеличивает риск преддетонации и выдохся. оружейный плутоний, следовательно, имеет содержание плутония-240 не более 7%. Сверхчистый плутоний содержит менее 4% изотопа 240 и используется в системах, где радиоактивность вызывает беспокойство, например, в ВМС США оружие, которое делит ограниченное пространство на кораблях и подводных лодках с экипажами.
Плутоний-241, обычно обеспечивается примерно 0,5% оружейного плутония, распадается до америция-241, который является мощным излучателем гамма-излучения. Спустя несколько лет америций накапливается в металлическом плутонии, что приводит к увеличению гамма-активности, что создает профессиональную опасность для рабочих. Поэтому америций следует отделить, обычно химически, от вновь произведенного и переработанного плутония. Однако примерно в 1967 г. Завод Роки Флэтс прекратил это разделение, вместо этого сливая до 80% старых америцийсодержащих карьеров непосредственно в литейный цех, чтобы снизить затраты и повысить производительность; это привело к более высокому воздействию гамма-излучения на рабочих.
Металлический плутоний, особенно в форме плутоний-галлиевого сплава, главным образом за счет двух механизмов: коррозии и само- облучения.
В очень сухом воздухе плутоний, несмотря на его высокую химическую активность, образует пассивирующий слой из оксида плутония (IV), который замедляет коррозию примерно до 200 нанометров в год. Однако во влажном воздухе этот слой разрушается, и коррозия протекает с 200-кратной скоростью (0,04 мм / год) при комнатной температуре и в 100000 раз быстрее (20 мм / год) при 100 ° C. Плутоний отделяет воду от кислорода, поглощает выделившийся водород и образует гидрид плутония. Слой гидрида может расти со скоростью до 20 см / час, для более тонких оболочек его образование можно считать практически мгновенным. В введении воды диоксид плутония становится гиперстехиометрическим, вплоть до ПуО 2,26. Плутониевая стружка может самовоспламеняться; механизм включает образование слоя Pu 2O3, который быстро окисляется до PuO 2, и выделяется тепла достаточно для доведения частиц с низкой тепловой массой до температуры самовоспламенения (около 500 ° C).
Самооблучение происходит, когда плутоний подвергается альфа-распаду. Распадающийся атом плутония-239 высвобождает альфа-частицу и ядро урана-235. Альфа-частица имеет энергию более 5 60 МэВ 14 и в металлической решетке имеет диапазон около 10 микрометров; затем он останавливается, захватывает два электрона от соседних атомов и становится атомом гелия . Загрязняющее вещество плутоний-241 бета-распад до америций-241, который альфа-распад до нептуний-237.
альфа-частицы теряют большую часть своей энергии на электроны, что проявляется в нагревании материала. Более тяжелое ядро урана имеет около 85 кэВ, и около трех четвертей ее депонируется в виде каскада атомных смещений; само ядро урана имеет размер решетки около 12 нанометров. Каждое такое событие распада влияет примерно на 20000 других атомов, 90% из которых остаются в узле своей решетки и только термически возбуждаются, а остальные смещаются, что приводит к образованию примерно 2500 пар Френкеля и локальному тепловому всплеску, продолжающемуся. несколько пикосекунд, в течение которых вновь образованные дефекты рекомбинируют или мигрируют. В типичном объемном материале оружейного качества каждый атом смещается в среднем один раз в 10 лет.
При криогенных температурах, когда отжиг практически не происходит, α-фаза плутония расширяется (набухает) во время самооблучения, δ-фаза заметно сжимается, а β-фаза слегка сжимается. Повышается электрическое сопротивление, что свидетельствует об увеличении дефектов решетки. Все три фазы за достаточное время переходят в аморфное состояние со средней плотностью 18,4 г / см. Однако при нормальной температуре большая часть повреждений отжигается; более 200К вакансий становятся мобильными, а примерно при 400К кластеры межузельных и вакансий рекомбинируют, залечивая повреждения. Плутоний, хранящийся при некриогенных температурах, не показывает признаков серьезных макроскопических структурных изменений по прошествии более 40 лет.
После 50 лет хранения типичный образец содержит 2000 частей на миллион гелия, 3700 частей на миллион америция, 1700 частей на миллион урана и 300 частей на миллион нептуния. Один килограмм материала содержит 200 см гелия, что соответствует трем атмосферам давления в том же пустом объеме. Гелий мигрирует по решетке подобно вакансиям и может в них захватываться. Вакансии, заполненные гелием, могут сливаться, образуя пузыри и вызывая набухание. Однако набухание пустоты более вероятно, чем набухание пузырей.
Этот метод 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 детекторами высокого разрешения германия. Линия 870,7 кэВ в спектре, соответствующая первому возбужденному состоянию кислорода-17, указывает на присутствие оксида плутония (IV) в образце. Возраст плутония можно определить методом измерения отношения плутония-241 и продукта его распада, америция-241. Как они определяют использование материалов, например, изотопный состав плутония, который можно считать секретом.
Между 1954 и 1989 годами ямы для американского оружия производились на Заводе Роки Флэтс ; Позже завод был закрыт из-за проблем с безопасностью. Министерство энергетики пыталось возобновить добычу на карьерах, но неоднократно терпело неудачу. В 1993 году Министерство энергетики перенесло производство бериллия с несуществующего 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, содержит около 15 тонн плутония, проверенные стратегические резервы; остальное - излишки, кишечные изъятию. Текущее производство новых ям в LANL ограничено примерно 20 ямами в год, хотя NNSA настаивает на увеличении производства по программе Надежная замена боеголовки. Однако Конгресс США неоднократно отказывался от финансирования.
Примерно до 2010 года Лос-Аламосская национальная лаборатория могла дать от 10 до 20 питов в год. Химический и металлургический научно-исследовательский центр (CMMR) расширит эту возможность, но неизвестно насколько. В отчете История добычи оборонного анализа, написанном до 2008 года, «будущая потребность в карьерной системе составляет 125 в год на CMRR с всплеска в 200».
Россия хранит материал, выведенный из эксплуатации Ямы на объекте Маяк.
Извлечение плутония из выведенных из эксплуатации карьеров может быть достигнуто Под эрозией подразумевается как механическое (например, снятие плакировки на токарном станке ), так и химическое. Обычно используется гидридный метод.>гидрид плутония, который падает воронку и тигель, где плавится, выделяется водород. струкций 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, чтобы препятствовать его повторному использованию в оружии.
