Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
В 1977 году президент Картер признал риск распространения ядерного оружия слишком большим и запретил осуществлять рециклирование плутония из отработавшего топлива на промышленных атомных электростанциях США. Он надеялся подать пример, которому последуют другие ядерные государства. Однако они не последовали. Напротив, они предпочли экономический стимул, связанный с переработкой плутония из отработавшего топлива.
Переработанный плутоний можно смешивать с ураном, получая смешанное оксидное топливо (МОХ-топливо). Из одного грамма МОХ-топлива можно получить столько же электричества, как от сжигания одной тонны нефти, а нефть - это предмет потребления, который такие страны, как Франция и Япония вынуждены импортировать. Сегодня МОХ-топливо используется в 32 реакторах Бельгии, Франции, Германии и Швейцарии. Япония также начала сжигание МОХ-топлива.
Мирные ядерные взрывы
В рамках программы “Атом для мира” стали проводить ядерные взрывы в мирных целях, которые известны как мирные ядерные взрывы (МЯВ). Работы по американскому проекту Плаушер начались в 1957 году, при этом первоначально исследовалась возможность использования МЯВ для крупномасштабного перемещения земли, в том числе для прокладки второго канала от Атлантического до Тихого океана через Центральную Америку. Рассматривались и дополнительные мирные приложения, такие как интенсификация добычи нефти и газа.
В США было проведено 27 МЯВ. Однако в результате МЯВ мощностью около 10 килотонн в локальную окружающую среду выбрасывается несколько килограммов продуктов деления и актиноидов. Поэтому радиоактивное загрязнение является одним из рисков, связанных со взрывами. В середине 70-х годов от программы отказались, поскольку сочли, что риски перевешивают выигрыш.
СССР произвел 124 подземных МЯВ. Они использовались как мощнейшее средство выемки грунта при создании плотин и озер и для изменения направления течения рек. С помощью МЯВ выполнялась геологическая съемка обширных регионов СССР и создавались огромные подземные полости для хранения газоконденсата. Российские ученые-ядерщики продолжают выступать за использование МЯВ для уничтожения химического оружия, химических отходов и даже ядерных зарядов. Однако по рекомендации США все ядерные взрывы, в том числе и МЯВ, были за-
14
Los Alamos Science Number 26 2000
Исторический обзор
прещены в соответствии с Договором о всеобщем запрещении ядерных испытаний, (а) заключенным в 1996 году.
Ядерные батареи
Плутоний является источником энергии для ядерных батарей, вырабатывающих тепло и электричество. Когда плутоний распадается, излучаются а-частицы, которые передают большую часть своей энергии в 5 МэВ электронам плутония. В результате выделяется тепло. Один грамм плутония-239 в процессе а-распада производит всего лишь 0,002 ватта. Ho период полураспада плутония-238, который также образуется в ядерных реакторах, составляет 89 лет, а его a-активность примерно в 280 раз выше, чем у плутония-239. Его собственное тепловыделение составляет приблизительно 0,5 ватта на грамм. Термоэлемент может преобразовывать тепло в электричество, и нескольких сотен граммов плутония-238 достаточно для генерации необходимого количества электроэнергии.
Первоначально рассматривалось несколько вариантов использования ядерных батарей, в том числе для обеспечения энергией задающих генераторов ритма сердца и удаленных наземных электростанций. Однако в связи с трудностями обращения с плутонием в промышленных приложениях ядерные батареи используются в настоящее время только для дальних космических полетов. Эффектные фотографии и научные данные, поступившие со спутников “Пионер” и “Путешественник” (Pioneer и Voyager), были получены только благодаря чрезвьиайно надежной работе источников энергии на основе плутония-238.
Современная батарея, известная как универсальный тепловой источник, представляет собой таблетку из диоксида плутония-238 массой 150 г, которая окружена несколькими слоями защитных материалов. 72 универсальных тепловых источника соединены системой термопар и образуют радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ) мощностью 285 Вт. Блок РТГ компактен и очень надежен. В капсулах меньшего размера (называемых радиоизотопными нагревателями) содержится 2,7 г диоксида плутония-238. Они используются в качестве источников тепла для обеспечения необходимого теплового режима оборудования и поддержания его в рабочем состоянии. Например, три радиоизотопных нагревателя были установлены на малом роботе, исследовавшем поверхность Марса. ¦
Российский реактор “Топаз”
В течение нескольких десятилетий СССР и США эксплуатировали компактные ядерные реакторы для космических полетов в случаях, когда требовалась много большая энергия, чем получаемая от термоэлектрических генераторов. У этих реакторов была сложная история обеспечения безопасности. Сегодня интерес к ним сохранился лишь на уровне исследований
(а) К 2004 году космический летательный аппарат Cassini, показанный здесь в процессе сборки, должен подлететь к Сатурну, где он будет собирать научные данные в течение четырех лет. На борту Cassini почти 1 кВт электричества вырабатывается тремя термоэлектрическими генераторами, каждый из которых запитывается от универсального источника тепла, содержащего 72 таблетки диоксида плу-тония-238. От каждой таблетки производится 62 Вт тепла в результате естественного радиационного распада плутония-238. При теплоизоляции каждая таблетка горит ярко-оранжевым светом, как это показано на рис. (б). Таблетки заварены в оболочку из иридия и сварены, как это показано на рис. (в), а затем дополнительно защищены несколькими графитовыми оболочками для обеспечения термостойкости и ударопрочности, (г) Легкие нагревательные элементы из плутония-238 мощностью 1 Вт используются для подогрева чувствительных электрических и механических систем на борту космического летательного аппарата
