В конструкции ядерного оружия пит — это ядро имплозивного ядерного оружия , состоящее из делящегося материала и любого нейтронного отражателя или тампера , связанного с ним. Некоторые виды оружия, испытанные в 1950-х годах, использовали питы, изготовленные только из урана-235 или в виде композита с плутонием . [1] Полностью плутониевые питы имеют наименьший диаметр и являются стандартом с начала 1960-х годов. Пит назван в честь твердого ядра, обнаруженного в косточковых фруктах, таких как персики и абрикосы . [2]
Ямы первого ядерного оружия были сплошными, с нейтронным инициатором в виде морского ежа в центре. Гайка и Толстяк использовали ямы, изготовленные из 6,2 кг цельного горячепрессованного сплава плутония и галлия (при 400 °C и 200 МПа в стальных штампах – 750 °F и 29 000 фунтов на квадратный дюйм) полусфер диаметром 9,2 см (3,6 дюйма) с внутренней полостью 2,5 см (1 дюйм) для инициатора. Яма Гайки была гальванически покрыта 0,13 мм серебра из-за восприимчивости плутония к коррозии в кислородной атмосфере. Однако этот слой образовывал пузыри, которые приходилось шлифовать. Эти зазоры затем заделывали золотым листом перед испытанием. Яма Толстяка и ямы последующих моделей были покрыты никелем . [3] Было установлено, что полая яма более эффективна, но в конечном итоге от нее отказались из-за более высоких требований к точности имплозии. [ необходима ссылка ]
В более поздних разработках использовались инициаторы TOM аналогичной конструкции, но с диаметром всего около 1 см ( 3 ⁄ 8 дюйма). Внутренние нейтронные инициаторы были позже выведены из эксплуатации и заменены импульсными источниками нейтронов и усиленным оружием деления. [ необходима цитата ]
Твердотельные ядра были известны как конструкция « Кристи » в честь Роберта Кристи , который воплотил в жизнь конструкцию твердой ямы после того, как она была первоначально предложена Эдвардом Теллером . [4] [5] [6] Наряду с ямой весь физический пакет также был неофициально прозван «Гаджетом Кристи». [7]
Эффективность имплозии можно повысить, оставив пустое пространство между тампером и ямой, что приведет к быстрому ускорению ударной волны до того, как она достигнет ямы. Этот метод известен как имплозия с левитирующей ямой . Левитирующие ямы были испытаны в 1948 году с бомбами в стиле Fat Man ( Mark IV ). Раннее оружие с левитирующей ямой имело съемную яму, называемую открытой ямой . Она хранилась отдельно, в специальной капсуле, называемой птичьей клеткой . [8]
Во время имплозии полой ямки слой плутония ускоряется внутрь, сталкиваясь в середине и образуя сверхкритическую высокоплотную сферу. Из-за добавленного импульса сам плутоний играет часть роли тампера, требуя меньшего количества урана в слое тампера, уменьшая вес и размер боеголовки. Полые ямки более эффективны, чем сплошные, но требуют более точной имплозии; поэтому сплошные ямки «Кристи» были предпочтительны для первых конструкций оружия. После окончания войны в августе 1945 года лаборатория снова сосредоточилась на проблеме полой ямки, и в течение оставшейся части года ее возглавлял Ганс Бете , его руководитель группы и преемник теоретического подразделения, причем наибольший интерес представляло полое композитное ядро [9] из-за стоимости плутония и проблем с наращиванием мощности реакторов в Хэнфорде.
Эффективность полых ям может быть дополнительно увеличена путем введения смеси 50%/50% дейтерия и трития в полость непосредственно перед имплозией, так называемое «усиление синтеза» ; это также снижает минимальное количество плутония для достижения успешного взрыва. Более высокая степень контроля инициирования, как по количеству впрыскиваемой смеси дейтерия и трития, так и по времени и интенсивности нейтронного импульса от внешнего генератора, облегчила проектирование оружия с переменной мощностью . [ необходима цитата ]
В ранний период разработки ядерного оружия поставки плутония-239 были скудными. Чтобы снизить его количество, необходимое для пит, был разработан композитный сердечник , в котором полая оболочка из плутония была окружена внешней оболочкой из более обильного тогда высокообогащенного урана . Композитные сердечники были доступны для ядерных бомб Mark 3 к концу 1947 года . [10] Например, композитный сердечник для американской бомбы Mark 4, сердечник 49-LCC-C, был изготовлен 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. [11]
Другим фактором для рассмотрения различных материалов ям является различное поведение плутония и урана. [12] Плутоний делится быстрее и производит больше нейтронов, но тогда его производство было более дорогим, и он был дефицитным из-за ограничений имеющихся реакторов. Уран делится медленнее, поэтому его можно собрать в более сверхкритическую массу, что позволяет увеличить выход оружия. Составное ядро рассматривалось еще в июле 1945 года, и составные ядра стали доступны в 1946 году. Приоритетом для Лос-Аламоса тогда было проектирование полностью урановой ямы. Новые конструкции ям были испытаны в ходе операции Sandstone .
Ядро, состоящее только из плутония, с его высокой фоновой скоростью нейтронов, имело высокую вероятность преддетонации с уменьшенным выходом. [13] Минимизация этой вероятности требовала меньшей массы плутония, что ограничивало достижимый выход примерно 10 кт, или использования высокочистого плутония-239 с непрактично низким уровнем загрязнения плутонием-240. Преимуществом составного ядра была возможность поддерживать более высокие выходы при сохранении низкого риска преддетонации и использовать оба доступных расщепляющихся материала. Ограничение выхода стало неактуальным в середине 1950-х годов с появлением термоядерного форсирования, а позднее с использованием термоядерного оружия. [14]
Мощность оружия также можно контролировать, выбирая среди выбора питов. Например, ядерная бомба Mark 4 могла быть оснащена тремя различными питами: 49-LTC-C (левитирующий уран-235, испытанный в тесте Zebra 14 мая 1948 года), 49-LCC-C (левитирующий композитный уран-плутоний) и 50-LCC-C (левитирующий композитный). [15] Такой подход не подходит для полевой возможности выбора мощности более современного оружия с несъемными питами, но позволяет производить несколько подтипов оружия с различной мощностью для различных тактических применений. Ранние американские конструкции были основаны на стандартизированных сборках питов типа C и типа D. Бомба Mark 4 использовала питы типа C и типа D, которые можно было вставлять вручную в полете. Бомба Mark 5 использовала питы типа D с автоматизированной вставкой в полете; боеголовка W-5 использовала то же самое. Ее преемница, бомба Mark 6 , предположительно использовала те же или похожие ямы. [ необходима цитата ]
Яма может состоять из плутония-239, композита плутония-239/урана-235 или только из урана-235. Плутоний является наиболее распространенным выбором, но, например, бомба Violet Club [16] и боеголовка Orange Herald использовали массивные полые ямы, состоящие из 87 и 117 кг (98 и 125 кг по другим источникам) высокообогащенного урана . Ядро деления Green Grass состояло из сферы высокообогащенного урана с внутренним диаметром 560 мм, толщиной стенки 3,6 мм и массой 70–86 кг; яма полностью поддерживалась окружающим тампером из природного урана. Такие массивные ямы, состоящие из более чем одной критической массы делящегося материала, представляют значительный риск безопасности, поскольку даже асимметричная детонация имплозивной оболочки может вызвать взрыв килотонного диапазона. [17] Самое мощное чистое ядерное оружие, 500-килотонное ядерное оружие Mark 18 , использовало полую яму, состоящую из более чем 60 кг высокообогащенного урана, что составляет около четырех критических масс; защита осуществлялась с помощью алюминиево - борной цепи, вставленной в яму.
Композитный пит из плутония и урана-233 , основанный на сердечнике из плутония-U235 из ядерной бомбы TX-7E Mark 7 , был испытан в 1955 году во время операции Teapot в тесте MET . Мощность составила 22 килотонны вместо ожидаемых 33 килотонн. [ необходима цитата ]
Герметичная яма означает, что вокруг ямы внутри ядерного оружия формируется сплошной металлический барьер без отверстий. Это защищает ядерные материалы от деградации окружающей среды и помогает снизить вероятность их выброса в случае случайного пожара или незначительного взрыва. Первым оружием США, использующим герметичную яму, была боеголовка W25 . Металлом часто является нержавеющая сталь , но также используются бериллий , алюминий и, возможно, ванадий . Бериллий хрупкий, токсичный и дорогой, но является привлекательным выбором из-за его роли в качестве отражателя нейтронов , снижающего необходимую критическую массу ямы. Вероятно, между плутонием и бериллием есть слой интерфейсного металла, улавливающий альфа-частицы от распада плутония (и америция и других загрязняющих веществ), которые в противном случае реагировали бы с бериллием и производили нейтроны. Бериллиевые тамперы/отражатели начали использоваться в середине 1950-х годов; детали были изготовлены из прессованных порошковых бериллиевых заготовок на заводе Роки Флэтс . [18]
Более современные плутониевые питы полые. Часто цитируемая спецификация, применимая к некоторым современным питам, описывает полую сферу из подходящего конструкционного металла, приблизительного размера и веса шара для боулинга , с каналом для инъекции трития (в случае усиленного оружия деления ), с внутренней поверхностью, выложенной плутонием. Размер, обычно между шаром для боулинга и теннисным мячом , точность сферичности, а также вес и изотопный состав делящегося материала, основные факторы, влияющие на свойства оружия, часто классифицируются. Полые питы могут быть сделаны из половин оболочек с тремя сварными швами вокруг экватора и трубки, припаянной (к бериллиевой или алюминиевой оболочке) или электронно-лучевой или TIG-сваркой (к оболочке из нержавеющей стали) для инъекции газа наддува. [19] Ямы, покрытые бериллием, более подвержены трещинам, более чувствительны к колебаниям температуры, чаще требуют очистки, подвержены коррозии под воздействием хлоридов и влаги и могут подвергать рабочих воздействию токсичного бериллия.
Новые ямы содержат около 3 килограммов плутония. Старые ямы использовали около 4-5 килограммов. [20]
Дальнейшая миниатюризация была достигнута с помощью линейной имплозии . Удлиненная субкритическая твердая яма, преобразованная в сверхкритическую сферическую форму двумя противоположными ударными волнами, а позднее полая яма с более точно сформированными ударными волнами, позволила построить относительно очень маленькие ядерные боеголовки. Однако конфигурация считалась подверженной случайной детонации высокой мощности, когда взрывчатое вещество случайно инициируется, в отличие от сферической имплозивной сборки, где асимметричная имплозия уничтожает оружие, не вызывая ядерной детонации. Это потребовало специальных мер предосторожности при проектировании и серии испытаний на безопасность, включая одноточечную безопасность .
Питы могут быть общими для разных конструкций оружия. Например, говорят, что боеголовка W89 повторно использует питы из W68 . Многие конструкции питов стандартизированы и используются совместно различными физическими пакетами; одни и те же физические пакеты часто используются в разных боеголовках. Питы также могут быть использованы повторно; запечатанные питы, извлеченные из разобранного оружия, обычно складируются для прямого повторного использования. Из-за низких темпов старения сплава плутония и галлия срок годности питов оценивается в столетие или более. Самым старым питам в арсенале США все еще менее 50 лет. [ необходима цитата ]
Герметичные питы можно классифицировать как связанные и несвязанные. Несвязанные питы можно разобрать механически; токарного станка достаточно для отделения плутония. Переработка связанных питов требует химической обработки. [19]
Говорят, что ямы современного оружия имеют радиус около 5 см. [21] [ оспаривается – обсудить ]
Первые образцы оружия имели съемные питы, которые устанавливались в бомбу незадолго до ее развертывания. Продолжающийся процесс миниатюризации привел к изменениям в конструкции, благодаря которым пит мог быть вставлен на заводе во время сборки устройства. Это потребовало испытаний безопасности, чтобы убедиться, что случайная детонация взрывчатых веществ не приведет к полномасштабному ядерному взрыву; Проект 56 был одним из таких испытаний.
Случайная детонация высокой мощности всегда была проблемой. Конструкция левитирующей шахты сделала практичной возможность вставки шахт в бомбы в полете, отделяя делящийся сердечник от взрывчатых веществ вокруг него. Поэтому многие случаи случайных потерь бомб и взрывов приводили только к рассеиванию урана из тампера бомбы. Однако более поздние конструкции с полыми шахтами, в которых между шахтой и тампером не было пространства, сделали это невозможным. [ необходима цитата ]
В ямах более раннего оружия были доступны внутренние полости. В целях безопасности предметы вставлялись в яму и вынимались только при необходимости. Некоторые более крупные ямы, например, British Green Grass , имели внутреннюю полость, выстланную резиной и заполненную металлическими шариками; эта конструкция была импровизированной и далекой от оптимальной, например, в том, что подвергание защищенной ямы с шариками внутри вибрации, например, в самолете, могло привести к ее повреждению. Вместо нее можно использовать тонкую металлическую цепь из поглощающего нейтроны материала (того же, что используется для стержней управления реактором , например, кадмия ). Яма боеголовки W47 была заполнена кадмиево- боровой проволокой при ее изготовлении; при взведении оружия проволока вытягивалась на катушку небольшим двигателем и не могла быть вставлена обратно. Однако проволока имела тенденцию становиться хрупкой и ломаться во время извлечения, что делало ее полное извлечение невозможным и делало боеголовку негодной. [28]
Переход от сплошных к полым ямам вызвал проблему безопасности труда; большее отношение поверхности к массе привело к сравнительно более высокому уровню излучения гамма-лучей и потребовало установки лучшей радиационной защиты на производственном объекте Rocky Flats. Увеличение требуемого количества прокатки и обработки привело к большему потреблению машинного масла и тетрахлорметана , используемых для обезжиривания деталей впоследствии, и созданию большого количества загрязненных отходов. Пирофорная плутониевая стружка также представляла риск самовозгорания. [29]
Герметичные шахты требуют другого метода обеспечения безопасности. Используется множество методов, включая Permissive Action Links [30] и системы сильного звена со слабым звеном , разработанные так, чтобы они выходили из строя в случае аварии или неправильной последовательности взведения; они включают механические блокировки, критические детали, разработанные так, чтобы они выходили из строя в случае пожара или удара и т. д.
Бериллиевая оболочка, хотя и выгодна с технической точки зрения, представляет опасность для работников оружейного завода. Обработка оболочек тамперов производит пыль бериллия и оксида бериллия ; ее вдыхание может вызвать бериллиоз . К 1996 году Министерство энергетики США выявило более 50 случаев хронического бериллиоза среди работников ядерной промышленности, в том числе три десятка на заводе Роки Флэтс; несколько человек умерли. [18]
После катастрофы B-52 в Паломаресе в 1966 году и катастрофы B-52 на авиабазе Туле в 1968 году безопасность оружия от случайного рассеивания плутония стала предметом беспокойства для американских военных. [ необходима цитата ]
Огнестойкие ямки ( FRP ) являются элементом безопасности современного ядерного оружия, уменьшающим рассеивание плутония в случае пожара. Текущие ямы предназначены для удержания расплавленного плутония при температурах до 1000 °C, приблизительной температуры горящего авиационного топлива, в течение нескольких часов. [31] Огнестойкие ямы не помогут в случаях, когда ямы были разбросаны взрывом; поэтому они используются вместе с нечувствительными взрывчатыми веществами , которые должны быть устойчивы к случайной детонации при ударе или пожаре, и недетонируемыми топливными веществами при использовании в ракетах. Ванадиевая оболочка была испытана для проектирования огнестойких ямок, но неизвестно, используется ли она или только экспериментальная. Боеголовка W87 является примером сборки, использующей FRP. [32] Однако FRP не обеспечивает защиты, если облицовка шахты механически повреждена, и может выйти из строя, если подвергнется воздействию ракетного топлива, которое имеет более высокую температуру горения (около 2000 °C), чем авиационное топливо. [33] [34] Жесткие ограничения по весу и размеру могут исключить использование как FRP, так и нечувствительных взрывчатых веществ. [35] БРПЛ , с учетом их размеров и более энергичного и уязвимого топлива, как правило, менее безопасны, чем МБР . [36]
Другие энергетические материалы в непосредственной близости от ямы также влияют на ее безопасность. Ракетное топливо США делится на два общих класса. Класс 1.3, пожароопасное, но очень трудно или невозможно детонировать; например, 70% перхлората аммония , 16% алюминия и 14% связующего вещества. Класс 1.1, как пожароопасный, так и детонационный, представляет собой двухосновное топливо на основе сшитого полимера, содержащее 52% октогена , 18% нитроглицерина , 18% алюминия, 4% перхлората аммония и 8% связующего вещества. Топливо 1.1 имеет на 4% более высокий удельный импульс (около 270 с против 260 с), что дает на 8% большую дальность при постоянном времени горения. Нечувствительные взрывчатые вещества также менее мощные, что требует более крупных и тяжелых боеголовок, что снижает дальность полета ракеты – или жертвует некоторой мощностью. Компромисс между безопасностью и производительностью особенно важен, например, для подводных лодок . [34] По состоянию на 1990 год в баллистических ракетах подводных лодок «Трайдент» использовались как детонирующее топливо, так и нечувствительные взрывчатые вещества. [37]
Литье и последующая обработка плутония сложны не только из-за его токсичности, но и потому, что плутоний имеет много различных металлических фаз , также известных как аллотропы . По мере охлаждения плутония изменения в фазе приводят к искажению и растрескиванию. Это искажение обычно преодолевается путем легирования его 3–3,5 молярными % (0,9–1,0 % по весу) галлием , образуя сплав плутония с галлием , который заставляет его принимать свою дельта-фазу в широком диапазоне температур. [38] При охлаждении из расплавленного состояния он затем претерпевает только одно изменение фазы, с эпсилон на дельта, вместо четырех изменений, которые он бы в противном случае прошел. Другие трехвалентные металлы также подойдут, но галлий имеет небольшое поперечное сечение поглощения нейтронов и помогает защитить плутоний от коррозии . Недостатком является то, что соединения галлия сами по себе являются едкими, поэтому, если плутоний извлекается из демонтированного оружия для преобразования в диоксид плутония для энергетических реакторов , возникают трудности с удалением галлия.
Поскольку плутоний химически активен, обычно готовую яму покрывают тонким слоем инертного металла, что также снижает токсическую опасность. [39] В Gadget использовалось гальваническое серебряное покрытие; впоследствии использовался никель , осажденный из паров тетракарбонила никеля , [39] но сейчас предпочтение отдается золоту . [ необходима цитата ]
Для производства первых ям использовалось горячее прессование , чтобы оптимально использовать дефицитный плутоний. Более поздние разработки использовали обработанные ямки, но точение производит большое количество отходов, как в виде пирофорной стружки плутония, так и загрязненных плутонием масел и смазочно- охлаждающих жидкостей . Цель на будущее — прямое литье ямок. Однако при отсутствии ядерных испытаний несколько иная природа литых и обработанных поверхностей может привести к трудно предсказуемым различиям в производительности. [40]
И уран, и плутоний очень восприимчивы к коррозии . Ряд проблемных боеголовок W47 UGM-27 Polaris пришлось заменить после того, как во время планового обслуживания была обнаружена коррозия делящегося материала. Ямы W58 также страдали от проблем с коррозией. [41] Яма W45 была склонна к коррозии, которая могла изменить ее геометрию. [42] Яма Green Grass также была подвержена коррозии. Радиоактивность используемых материалов также может вызывать радиационную коррозию окружающих материалов. Плутоний очень восприимчив к влажности; влажный воздух увеличивает скорость коррозии примерно в 200 раз. Водород оказывает сильное каталитическое воздействие на коррозию; его присутствие может ускорить скорость коррозии на 13 порядков. Водород может образовываться из влаги и близлежащих органических материалов (например, пластика) путем радиолиза . Эти факторы вызывают проблемы с хранением плутония. Увеличение объема во время окисления может привести к разрыву контейнеров для хранения или деформации ям. [43]
Загрязнение питтера дейтерием и тритием, будь то случайное или намеренное заполнение, может вызвать гидридную коррозию, которая проявляется как точечная коррозия и рост поверхностного покрытия из пирофорного гидрида плутония . Это также значительно ускоряет скорость коррозии под воздействием атмосферного кислорода. [19] Дейтерий и тритий также вызывают водородную хрупкость во многих материалах.
Неправильное хранение может способствовать коррозии ямок. Говорят, что контейнеры AL-R8, используемые на предприятии Pantex для хранения ямок, способствуют, а не препятствуют коррозии, и имеют тенденцию к коррозии. Тепло распада, выделяемое ямками, также вызывает беспокойство; некоторые ямы в хранилище могут достигать температуры до 150 °C, а хранилища для большего количества ямок могут потребовать активного охлаждения. Контроль влажности также может представлять проблемы для хранения ямок. [44]
Бериллиевая оболочка может быть разъедена некоторыми растворителями, используемыми для очистки питтингов. Исследования показали, что трихлорэтилен (TCE) вызывает коррозию бериллия, тогда как трихлорэтан (TCA) — нет. [45] Точечная коррозия бериллиевой оболочки является серьезной проблемой при длительном хранении питтингов на предприятии Pantex .
Присутствие плутония-240 в материале пит-снаряда приводит к повышенному выделению тепла и нейтронов, снижает эффективность деления и увеличивает риск преждевременной детонации и шипения . Поэтому оружейный плутоний имеет содержание плутония-240, ограниченное менее чем 7%. Плутоний высшего качества содержит менее 4% изотопа 240 и используется в системах, где радиоактивность вызывает беспокойство, например, в оружии ВМС США , которое должно делить замкнутые пространства на кораблях и подводных лодках с экипажами.
Плутоний-241 , обычно составляющий около 0,5% оружейного плутония, распадается на америций-241 , который является мощным источником гамма-излучения . Через несколько лет америций накапливается в металлическом плутонии, что приводит к повышению гамма-активности, которая представляет собой профессиональную опасность для рабочих. Поэтому америций следует отделять, как правило, химическим путем, от вновь произведенного и переработанного плутония. [20] Однако примерно в 1967 году завод Rocky Flats прекратил это разделение, смешивая до 80% старых ям, содержащих америций, непосредственно в литейном цехе, чтобы сократить расходы и повысить производительность; это привело к более высокому воздействию гамма-излучения на рабочих. [29]
Металлический плутоний, особенно в форме сплава плутония с галлием, разрушается в основном двумя механизмами: коррозией и самооблучением.
В очень сухом воздухе плутоний, несмотря на свою высокую химическую активность, образует пассивирующий слой оксида плутония(IV) , который замедляет коррозию примерно до 200 нанометров в год. Однако во влажном воздухе этот пассивирующий слой нарушается, и коррозия протекает со скоростью в 200 раз большей (0,04 мм/год) при комнатной температуре и в 100 000 раз быстрее (20 мм/год) при 100 °C. Плутоний отнимает кислород у воды, поглощает выделяющийся водород и образует гидрид плутония . Гидридный слой может расти со скоростью до 20 см/час, для более тонких оболочек его образование можно считать почти мгновенным. В присутствии воды диоксид плутония становится гиперстехиометрическим, вплоть до PuO 2,26 . Плутониевые чипы могут самопроизвольно воспламеняться; Механизм включает образование слоя Pu 2 O 3 , который затем быстро окисляется до PuO 2 , а выделяющегося тепла достаточно, чтобы довести мелкие частицы 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 МэВ и в решетке металла имеет пробег около 10 микрометров; затем она останавливается, приобретает два электрона от соседних атомов и становится атомом гелия . Загрязняющий плутоний-241 бета-распадается до америция-241 , который затем альфа-распадается до нептуния-237 .
Альфа-частицы теряют большую часть своей энергии электронами, что проявляется в нагревании материала. Более тяжелое ядро урана имеет энергию около 85 кэВ, и около трех четвертей ее откладывается в виде каскада атомных смещений; само ядро урана имеет диапазон около 12 нанометров в решетке. Каждое такое событие распада влияет примерно на 20 000 других атомов, 90% из которых остаются в своем узле решетки и только термически возбуждаются, остальные смещаются, что приводит к образованию около 2500 пар Френкеля и локального теплового всплеска длительностью несколько пикосекунд, в течение которых вновь образованные дефекты рекомбинируют или мигрируют. В типичном оружейном объемном материале 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 сжимается незначительно. Электрическое сопротивление увеличивается, что указывает на увеличение дефектов в решетке. Все три фазы при достаточном времени сходятся к аморфоподобному состоянию со средней плотностью 18,4 г/см3 . Однако при нормальной температуре большая часть повреждений отжигается; выше 200 К вакансии становятся подвижными, а при температуре около 400 К скопления междоузлий и вакансий рекомбинируют, залечивая повреждения. Плутоний, хранящийся при некриогенных температурах, не проявляет признаков крупных макроскопических структурных изменений после более чем 40 лет.
После 50 лет хранения типичный образец содержит 2000 ppm гелия, 3700 ppm америция, 1700 ppm урана и 300 ppm нептуния. Один килограмм материала содержит 200 см 3 гелия, что соответствует трем атмосферам давления в том же пустом объеме. Гелий мигрирует через решетку подобно вакансиям и может быть в них захвачен. Вакансии, занятые гелием, могут объединяться, образуя пузырьки и вызывая вздутие. Однако вздутие пустот более вероятно, чем вздутие пузырьков. [46]
Система идентификации радиации входит в число методов, разработанных для инспекций ядерного оружия. Она позволяет проводить идентификацию ядерного оружия, чтобы можно было проверить его идентичность и статус. Используются различные физические методы, включая гамма-спектроскопию с германиевыми детекторами высокого разрешения. Линия 870,7 кэВ в спектре, соответствующая первому возбужденному состоянию кислорода-17 , указывает на присутствие оксида плутония (IV) в образце. Возраст плутония можно установить, измерив соотношение плутония-241 и продукта его распада, америция-241 . [47] Однако даже пассивные измерения гамма-спектров могут быть спорным вопросом в международных инспекциях оружия, поскольку они позволяют характеризовать используемые материалы, например изотопный состав плутония, который можно считать секретным.
Между 1954 и 1989 годами на заводе Rocky Flats производились рудники для американского оружия ; позже завод был закрыт из-за многочисленных проблем с безопасностью. Министерство энергетики пыталось возобновить там производство рудников, но неоднократно терпело неудачу. В 1993 году DOE переместило операции по производству бериллия с закрытого завода Rocky Flats в Лос-Аламосскую национальную лабораторию ; в 1996 году производство рудников также было перенесено туда. [48] Резервные и излишние рудники, а также рудники, извлеченные из разобранного ядерного оружия, в общей сложности более 12 000 штук, хранятся на заводе Pantex . [19] 5000 из них, содержащие около 15 тонн плутония, обозначены как стратегический резерв; остальное — излишки, подлежащие изъятию. [49] Текущее производство LANL новых питов ограничено примерно 20 питами в год, хотя NNSA настаивает на увеличении производства для программы Reliable Replacement Warhead . Однако Конгресс США неоднократно отклонял финансирование.
До 2010 года Национальная лаборатория Лос-Аламоса имела возможность производить от 10 до 20 питов в год. Химический и металлургический исследовательский завод по замене (CMMR) расширит эти возможности, но неизвестно, насколько. В отчете Института оборонных анализов, написанном до 2008 года, была оценена «будущая потребность в производстве питов в CMRR в размере 125 в год с пиковой мощностью в 200». [50]
Россия хранит материал из выведенных из эксплуатации карьеров на предприятии «Маяк» . [51]
Извлечение плутония из выведенных из эксплуатации ям может быть достигнуто многочисленными способами, как механическими (например, удаление оболочки на токарном станке ), так и химическими. Обычно используется гидридный метод; яма разрезается пополам, половина ямы укладывается внутренней стороной вниз над воронкой и тиглем в герметичном аппарате, и в пространство впрыскивается некоторое количество водорода. Водород реагирует с плутонием, образуя гидрид плутония , который падает в воронку и тигель, где он расплавляется, выделяя водород. Плутоний также может быть преобразован в нитрид или оксид. Практически весь плутоний может быть извлечен из ямы таким образом. Процесс осложняется большим разнообразием конструкций и составов сплавов ям, а также существованием композитных уран-плутониевых ям. Оружейный плутоний также должен быть смешан с другими материалами, чтобы изменить его изотопный состав в достаточной степени, чтобы затруднить его повторное использование в оружии.