stringtranslate.com

Реакторный плутоний

Реакторный плутоний (RGPu) [1] [2] — это изотопный сорт плутония, который содержится в отработанном ядерном топливе после сгорания основного топлива урана-235 , используемого в ядерном энергетическом реакторе . Уран-238 , из которого путем захвата нейтронов получается большинство изотопов плутония , содержится вместе с U-235 в низкообогащенном урановом топливе гражданских реакторов.

В отличие от низкого выгорания в течение недель или месяцев, которое обычно требуется для производства оружейного плутония (WGPu/ 239 Pu ), длительное время в реакторе, который производит реакторный плутоний, приводит к трансмутации большей части делящегося , относительно долгого периода полураспада изотопа 239 Pu в ряд других изотопов плутония , которые являются менее делящимися или более радиоактивными. Когда239
Pu поглощает нейтрон, он не всегда подвергается ядерному делению . Иногда поглощение нейтрона вместо этого производит240
Pu при нейтронных температурах и топливных составах, присутствующих в типичных легководных реакторах , с концентрацией240
Содержание Pu неуклонно растет при более длительном облучении, что со временем приводит к получению все более и более низкого качества плутония.

Реакторы на тепловых нейтронах второго поколения (сегодняшние самые многочисленные атомные электростанции ) могут повторно использовать реакторный плутоний только в ограниченной степени в качестве МОКС-топлива и только для второго цикла. Реакторы на быстрых нейтронах , из которых несколько работают сегодня, а полдюжины находятся в стадии строительства, могут использовать реакторное плутонийное топливо в качестве средства для снижения содержания трансурановых элементов в отработанном ядерном топливе /ядерных отходах. Россия также произвела новый тип топлива Remix , которое напрямую перерабатывает реакторный плутоний с концентрацией 1% или менее в свежее или повторно обогащенное урановое топливо, имитирующее 1% уровень плутония в топливе с высоким выгоранием.

Классификация по изотопному составу

В начале промышленного производства плутония-239 в реакторах военного времени первоначально наблюдалось его загрязнение следами или его совместное производство с плутонием-240 , и эти следовые количества привели к отказу от разработки оружия «Худой человек» как от неработоспособного. [3] Разница в чистоте, в том, насколько она велика, продолжает оставаться важной при оценке значимости в контексте ядерного распространения и возможности использования в качестве оружия.

Проценты указаны от общей скорости трансмутации каждого нуклида в LWR , которая низка для многих неделящихся актинидов . После выхода из реактора происходит только распад.

Определение реакторного плутония DOE изменилось в 1976 году . До этого были признаны три сорта. Изменение определения реакторного плутония с описания плутония с содержанием Pu-240 более 7% до 1976 года на определение реакторного плутония как содержащего 19% или более Pu-240 совпадает с публикацией в 1977 году информации о " ядерном испытании реакторного качества " 1962 года. Вопрос о том, какое определение или обозначение применяется, старой или новой схемы, к испытанию "реакторного качества" 1962 года, официально не раскрывался.

С 1976 года были признаны четыре степени:

Переработка или рециркуляция отработанного топлива из наиболее распространенного класса гражданских электрогенерирующих или энергетических реакторов , LWR (примерами являются PWR или BWR ), позволяет получить плутоний реакторного качества (определенный с 1976 года), а не топливного качества . [5] [6]

Физическая смесь изотопов в реакторном плутонии делает его чрезвычайно сложным в обращении и формировании, и поэтому объясняет его нежелательность в качестве оружейного вещества, в отличие от оружейного плутония, с которым можно работать относительно безопасно, используя толстые перчатки. [4]

Для производства оружейного плутония урановое ядерное топливо должно находиться в активной зоне реактора не более нескольких недель, прежде чем его извлекут, что обеспечивает низкое выгорание топлива . Для того чтобы это можно было осуществить в реакторе с водой под давлением — наиболее распространенной конструкции реактора для производства электроэнергии — реактор должен был бы преждевременно достичь холодного останова после того, как только что был заправлен топливом, что означает, что реактору необходимо было бы охладить остаточное тепло , а затем сбросить давление в корпусе реактора , после чего следует выгрузка топлива из топливного стержня . Если бы такая операция была проведена, ее было бы легко обнаружить, [4] [1] и потребовались бы непомерно дорогие модификации реактора. [7]

Одним из примеров того, как этот процесс может быть обнаружен в реакторах PWR , является то, что в течение этих периодов будет значительное количество времени простоя, то есть большие промежутки времени, когда реактор не вырабатывает электроэнергию в сеть. [8] С другой стороны, современное определение плутония «реакторного качества» производится только тогда, когда реактор работает с высокими уровнями выгорания и, следовательно, вырабатывает высокий коэффициент мощности выработки электроэнергии . По данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2009 году коэффициент мощности атомных электростанций США был выше, чем у всех других форм выработки энергии, при этом ядерные реакторы вырабатывали электроэнергию примерно 90,3% времени, а угольные тепловые электростанции — 63,8%, при этом время простоя приходилось на простое плановое техническое обслуживание и заправку топливом. [9]

Аэрофотоснимок кратера Тринити (ядерного испытания) вскоре после испытания. Имея почти идентичную конструкцию с бомбой «Толстяк» , использованной в Нагасаки, обе использовали то, что сейчас было бы определено как супероружейный плутоний , [10] [11] В ней использовался тампер из природного урана , который внес примерно 1/4 конечной энергии взрыва и в общей сложности высвободил предполагаемую энергию в 22 килотонны или 22 000 тонн тротилового эквивалента . [примечание 1] Меньший кратер в юго-восточном углу был от более раннего калибровочного испытательного взрыва , в котором использовалась обычная масса взрывчатых веществ в 0,1 килотонны или 108 тонн тротилового эквивалента (450 ГДж).

Степень, в которой типичный реактор второго поколения с высоким выгоранием, произведенный реакторный плутоний, менее полезен, чем оружейный плутоний для создания ядерного оружия, является предметом споров, при этом многие источники утверждают, что максимально вероятный теоретический выход будет граничить с шипящим взрывом в диапазоне от 0,1 до 2 килотонн в устройстве типа Fat Man . Как показывают расчеты, энергетический выход ядерного взрывчатого вещества уменьшается на один и два порядка , если содержание 240 Pu увеличивается с 5% (почти оружейный плутоний) до 15% (2 кт) и 25% (0,2 кт) соответственно. [12] Эти расчеты являются теоретическими и предполагают, что нетривиальная проблема, связанная с выделением тепла из-за более высокого содержания неоружейного Pu-238, может быть решена. Поскольку преждевременное инициирование от спонтанного деления Pu -240 обеспечило бы низкую взрывную мощность в таком устройстве, преодоление обеих проблем при создании импровизированного ядерного устройства описывается как представляющее «устрашающие» препятствия для конструкции имплозивного устройства эпохи «Толстяка », а возможность того, что террористы достигнут такой взрывной мощности, рассматривается как «преувеличенное» опасение с учетом имеющихся мер безопасности. [13] [7] [14] [15] [16] [17]

Другие не согласны по теоретическим основаниям и заявляют, что, хотя они не подходят для хранения или размещения на ракете в течение длительных периодов времени, можно достичь надежно высокого уровня мощности без взрыва , [18] [19] [20] [21] [22] [23] утверждая, что для хорошо финансируемой организации, имеющей доступ к тритию, усиливающему термоядерный синтез , и опыту было бы «относительно легко» преодолеть проблему предварительной детонации, создаваемую присутствием Pu-240, и что удаленная манипуляционная установка может быть использована при сборке высокорадиоактивных компонентов бомбы, испускающих гамма-лучи , в сочетании со средствами охлаждения оружейной шахты во время хранения, чтобы предотвратить плавление плутониевого заряда, содержащегося в шахте, и конструкцией, которая предохраняет взрывчатые вещества механизмов имплозии от разрушения под воздействием тепла шахты. Однако, при всех этих основных конструкционных соображениях, этот первичный реакторный плутоний с термоядерным усилением все равно выйдет из строя, если компонент деления первичного реактора не выделит более 0,2 килотонн мощности, что считается минимальной энергией, необходимой для начала термоядерного горения. [24] Вероятность того, что устройство деления не сможет достичь этого порогового значения мощности, увеличивается по мере увеличения значения выгорания топлива. [18]

Башня испытания Upshot–Knothole Ruth . На ранних этапах разработки ядерных взрывных устройств испытывались доступные делящиеся материалы, отличавшиеся от обычных специальных форм ядерного материала. На снимке — результаты устройства на основе гидрида урана . Ограниченные структурные повреждения после выстрела от  шипящего взрыва, оцененные как эквивалентные той же ядерной энергии, что и 200 тонн химической энергии в тротиловом эквиваленте (0,2 килотонны), не смогли разрушить испытательную башню, лишь немного повредив ее.

Никакая информация, доступная в открытом доступе, не предполагает, что какая-либо хорошо финансируемая организация когда-либо серьезно занималась созданием ядерного оружия с изотопным составом, аналогичным современному, высоковыгорающему, реакторному плутонию. Все ядерные державы пошли по более традиционному пути к ядерному оружию, либо путем обогащения урана , либо путем производства низковыгорающего, «топливного» и оружейного плутония в реакторах, способных работать как производственные реакторы , изотопный состав реакторного плутония, созданного наиболее распространенной конструкцией коммерческого энергетического реактора, реактором с водой под давлением , никогда напрямую не рассматривался для использования в качестве оружия. [25] [26]

По состоянию на апрель 2012 года насчитывалось тридцать одна страна , имеющая гражданские атомные электростанции, [27] из которых девять имеют ядерное оружие , и почти каждое государство, обладающее ядерным оружием, начало сначала производить оружие, а не коммерческие атомные электростанции. Перепрофилирование гражданской ядерной промышленности в военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении ядерного оружия .

Поскольку конструкции ядерных реакторов бывают самыми разными и иногда со временем совершенствуются, изотопное соотношение того, что считается «плутонием реакторного качества» в одной конструкции, по сравнению с другой, может существенно отличаться. Например, британский реактор Magnox , конструкция газоохлаждаемого реактора (GCR) поколения I , редко может производить выгорание топлива более 2-5  ГВт·д / т U. [28] [29] Таким образом, «плутоний реакторного качества» и чистота Pu-239 из выгруженных реакторов Magnox составляет примерно 80% в зависимости от значения выгорания. [30] Напротив, обычный гражданский реактор с водой под давлением обычно выгорает (что типично для реакторов поколения II 2015 года ) на 45  ГВт·д /тU , в результате чего чистота Pu-239 составляет 50,5%, а содержание Pu-240 — 25,2%, [5] [6] Оставшаяся часть включает в себя гораздо больше теплогенерирующих изотопов Pu-238 и Pu-241 , чем их можно найти в «плутонии реакторного качества» из реактора Magnox.

Ядерные испытания плутония «реакторного качества»

Испытание ядерного плутония реакторного качества было «маломощным (менее 20 килотонн)» подземным ядерным испытанием с использованием неоружейного плутония , проведенным на американском испытательном полигоне в Неваде в 1962 году. [31] [32] Некоторая информация об этом испытании была рассекречена в июле 1977 года по указанию президента Джимми Картера в качестве предыстории его решения запретить ядерную переработку в США.

Плутоний, использованный для испытательного устройства 1962 года, был произведен Соединенным Королевством и поставлен США в соответствии с Соглашением о взаимной обороне между США и Великобританией 1958 года . [31]

Первоначальное кодовое название проекта реактора Magnox среди правительственного агентства, которое его санкционировало, UKAEA , было « Производство энергии и плутония под давлением» (PIPPA), и, как следует из этого кодового названия, реактор был спроектирован как электростанция и, при работе с низким «выгоранием» топлива, как производитель плутония-239 для зарождающейся программы ядерного оружия в Великобритании. [33] Этот преднамеренный подход двойного назначения к созданию электрических энергетических реакторов, которые могли бы работать как производственные реакторы в раннюю эпоху холодной войны , был типичен для реакторов поколения I многих стран . [34] Поскольку все эти проекты были сосредоточены на предоставлении доступа к топливу после короткого выгорания, что известно как онлайн-дозаправка .

Северокорейское ядерное испытание 2006 года , первое в КНДР, как также говорят, имело реактор Magnox в качестве основного источника плутония, работавший в Ядерном научно-исследовательском центре в Йонбёне в Северной Корее. Этот испытательный взрыв привел к созданию маломощного шипящего взрыва, производящего предполагаемую мощность приблизительно 0,48 килотонн, [35] из нераскрытого изотопного состава. Северокорейское ядерное испытание 2009 года также было основано на плутонии. [36] Оба дали мощность от 0,48 до 2,3 килотонн тротилового эквивалента соответственно, и оба были описаны как шипящие события из-за их низкой мощности, причем некоторые комментаторы даже предполагали, что при более низких оценках мощности для испытания 2006 года взрыв мог быть эквивалентен аммиачной селитре стоимостью 100 000 долларов США . [37] [38]

Изотопный состав американо-британского испытания 1962 года также не был раскрыт, за исключением описания реакторного качества , и не было раскрыто, какое определение использовалось при описании материала для этого испытания как реакторного качества . [31] По словам Александра ДеВолпи, изотопный состав плутония, использованного в американо-британском испытании 1962 года, не мог быть тем, что мы сейчас считаем реакторным, и Министерство энергетики теперь подразумевает, но не утверждает, что плутоний был топливным. [14] Аналогичным образом, Всемирная ядерная ассоциация предполагает, что американо-британское испытание 1962 года содержало не менее 85% плутония-239 , что намного выше концентрации изотопов, которая обычно присутствует в отработанном топливе большинства действующих гражданских реакторов. [39]

В 2002 году бывший заместитель генерального директора МАГАТЭ Бруно Пело заявил, что заявление Министерства энергетики США было вводящим в заблуждение и что испытание будет иметь современное определение качества топлива с содержанием Pu-240 всего 12% [40]

В 1997 году политический аналитик Мэтью Банн и советник президента по технологиям Джон Холдрен , оба из Центра науки и международных отношений Белфера , процитировали официальную оценку США 1990-х годов программных альтернатив утилизации плутония. Хотя в ней не уточняется, о каком определении RGPu идет речь, тем не менее, в ней говорится, что «реакторный плутоний (с неопределенным изотопным составом) может использоваться для производства ядерного оружия на всех уровнях технической сложности», и «продвинутые ядерные державы, такие как США и Россия, используя современные разработки, могли бы производить оружие из «реакторного плутония», имеющего надежную взрывную мощность, вес и другие характеристики, в целом сопоставимые с характеристиками оружия, изготовленного из оружейного плутония» [41]

В статье 2008 года Кесслер и др. использовали тепловой анализ, чтобы сделать вывод о том, что гипотетическое ядерное взрывное устройство было «технически невыполнимо» с использованием реакторного плутония из реактора, имеющего значение выгорания 30 ГВт·д/т при использовании «низкотехнологичных» конструкций, подобных « Толстяку » со сферическими взрывными линзами, или 55 ГВт·д/т для «среднетехнологичных» конструкций. [42]

Согласно критериям Кесслера и др., «высокотехнологичные» гипотетические ядерные взрывные устройства (ГЯВУ), которые могли бы быть произведены государствами, имеющими опыт в области ядерного оружия (ЯО), были бы технически неосуществимы с реакторным плутонием, содержащим более 9% выделяющего тепло изотопа Pu-238 . [43] [44]

Типичный изотопный состав реакторного плутония

Британский реактор Magnox, конструкция газоохлаждаемого реактора (GCR) поколения I , редко может производить выгорание топлива более 2-5  ГВт·д / т U. [45] [29] Конструкция реактора Magnox получила кодовое название PIPPA (Pressurised Pile Producing Power and Plutonium) от UKAEA , чтобы обозначить двойную коммерческую ( энергетический реактор ) и военную ( производственный реактор ) роль завода . Чистота Pu-239 из выгруженных реакторов Magnox составляет приблизительно 80% в зависимости от величины выгорания. [30]

В отличие от этого, например, изотопный состав отработанного ядерного топлива типичного гражданского реактора с водой под давлением , после типичного реактора второго поколения со скоростью выгорания 45  ГВт·д /тU , составляет 1,11% плутония, из которых 0,56% составляет Pu-239, а 0,28% - Pu-240, что соответствует содержанию Pu-239 50,5% и содержанию Pu-240 25,2%. [46] Для более низкой типичной скорости выгорания 43 000 МВт·д /т, опубликованной в 1989 году, содержание плутония-239 составляло 53% от всех изотопов плутония в отработанном ядерном топливе реактора . [6] NRC США заявила, что коммерческий парк легководных реакторов , в настоящее время обеспечивающих электроэнергией жилые дома, имел среднюю выработку приблизительно 35 ГВт·д/МТЕ в 1995 году, тогда как в 2015 году средний показатель улучшился до 45 ГВт·д/МТЕ. [47]

Нечетные делящиеся изотопы плутония, присутствующие в отработанном ядерном топливе, такие как Pu-239, значительно уменьшаются в процентном отношении к общему составу всех изотопов плутония (который составлял 1,11% в первом примере выше) по мере того, как происходит все большее выгорание, в то время как четные неделящиеся изотопы плутония (например, Pu-238 , Pu-240 и Pu-242 ) все больше накапливаются в топливе с течением времени. [48]

По мере развития технологии энергетических реакторов одной из целей является сокращение объема отработанного ядерного топлива за счет повышения эффективности использования топлива и одновременного сокращения времени простоя, насколько это возможно, для повышения экономической жизнеспособности электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, работающих на ядерном топливе . С этой целью реакторы в США удвоили свои средние скорости выгорания с 20 до 25 ГВт·д/ т U в 1970-х годах до более 45 ГВт·д/ т U в 2000-х годах. [29] [49] Строящиеся реакторы поколения III имеют проектную скорость выгорания в диапазоне 60 ГВт·д/т U и необходимость в перезарядке примерно раз в 2 года. Например, Европейский реактор под давлением имеет проектную мощность 65 ГВт·д/т, [50] а AP1000 имеет проектную среднюю скорость выгорания при сбросе 52,8 ГВт·д/т и максимальную 59,5 ГВт·д/т. [50] Проектируемые реакторы поколения IV будут иметь еще более высокую скорость выгорания .

Повторное использование в реакторах

Разделение урана и плутония из отработанного ядерного топлива методом влажной химии PUREX 1940-1950-х годов . [51] Этот химический процесс является спорным, поскольку он также является путем, который производит химически чистый WGPu.
200+ ГВт·д/ТЕ топливного цикла выгорания, [52] предложенный в концепции интегрального быстрого реактора (IFR) 1990-х годов (цветной), также доступна анимация технологии пирообработки . [53] В отличие от стандартной мировой практики разделения PUREX , плутоний не отделяется сам по себе в этом пилотном масштабе, цикле переработки, вместо этого все актиниды « электрически извлекаются » или «очищаются» из «истинных отходов» продуктов деления в отработанном топливе. Поэтому плутоний вместо этого поступает смешанным со всеми гамма- и альфа-излучающими актинидами , видами, которые «самозащищаются» в многочисленных возможных сценариях кражи. Для реактора, работающего на полной загрузке этого смешанного актинидного топлива, реакторы на быстрых нейтронах являются без исключения единственным вариантом, который считается возможным.
Концепция IFR (черно-белая с более понятным текстом). Пиропроцессный цикл не ограничивается реакторами на быстрых нейтронах натрии, такими как изображенный IFR, многие другие концептуальные реакторы, такие как реактор на стабильной соли, спроектированы так, чтобы полагаться на топливо из него, а не из PUREX.

Современные реакторы с замедленным или тепловым режимом в основном работают по однократному топливному циклу , хотя они могут повторно использовать однократный реакторный плутоний в ограниченной степени в форме смешанного оксидного или МОКС-топлива , что является обычной коммерческой практикой в ​​большинстве стран за пределами США, поскольку это повышает устойчивость ядерного деления и снижает объем высокоактивных ядерных отходов. [54]

Треть энергии/делений в конце практического срока службы топлива в тепловом реакторе приходится на плутоний, конец цикла происходит, когда процент U-235 падает, первичное топливо, которое управляет экономией нейтронов внутри реактора, и падение требует необходимости в свежем топливе, поэтому без изменения конструкции треть расщепляющегося топлива в новой топливной загрузке может быть расщепляющимся реакторным плутонием, при этом необходимо добавить на треть меньше низкообогащенного урана для продолжения цепных реакций, таким образом достигая частичной переработки. [55]

Типичный комплект МОКС-топлива энергетического плутония с содержанием 5,3% преобразуется при его повторном сжигании (эта практика типична для французских тепловых реакторов) в дважды прошедший энергетическое испытание плутоний с изотопным составом 40,8%.239
Пу
и 30,6%240
Пу
в конце цикла (EOC). [56] [примечание 2] Плутоний класса МОКС (MGPu) обычно определяется как имеющий более 30%240
Пу
. [1]

В тепловых реакторах существует ограничение на количество рециклов , в отличие от ситуации в быстрых реакторах, поскольку в спектре тепловых нейтронов делятся только нечетные изотопы плутония , таким образом, четные изотопы накапливаются во всех сценариях выгорания с высоким тепловым спектром. Плутоний-240 , четный изотоп, является в спектре тепловых нейтронов фертильным материалом , как уран-238 , становясь делящимся плутонием-241 при захвате нейтронов; однако четный плутоний-242 не только имеет низкое сечение захвата нейтронов в тепловом спектре, но и требует 3 захвата нейтронов, прежде чем стать делящимся нуклидом. [55]

В то время как большинство реакторов на тепловых нейтронах должны ограничивать МОКС-топливо менее чем половиной от общей топливной загрузки по причинам ядерной стабильности, из-за конструкции реактора, работающего в пределах ограничений теплового спектра нейтронов, реакторы на быстрых нейтронах, с другой стороны, могут использовать плутоний любого изотопного состава, работать на полностью переработанном плутонии и в режиме быстрого « сжигателя » или топливного цикла, деления и тем самым устранять весь плутоний, присутствующий в мировом запасе однократно отработанного топлива. [57] Модернизированная конструкция IFR, известная как концепция S-PRISM и концепция реактора на стабильной соли , являются двумя такими быстрыми реакторами, которые предлагаются для сжигания/ликвидации запасов плутония в Великобритании , которые были произведены в результате эксплуатации ее парка реакторов Magnox, генерирующих крупнейший гражданский запас топливного/«реакторного плутония» в мире. [58]

В уравнении Батке для «уровня привлекательности» ядерного материала оружейного качества показатель качества (FOM), который генерируется в результате расчета, возвращает предположение о том, что реакторы-размножители на быстрых нейтронах на основе натрия вряд ли достигнут желаемого уровня устойчивости к распространению, в то время как реакторы-размножители на расплавленных солях с большей вероятностью достигнут этого. [59]

В цикле быстрого реактора-размножителя или режиме быстрого размножителя, в отличие от быстрого сжигания, французский реактор Phénix уникально продемонстрировал многократную переработку и повторное использование своего реакторного плутония. [60] Подобные концепции реакторов и топливного цикла, наиболее известным из которых является интегральный быстрый реактор, считаются одними из немногих, которые могут реально достичь «устойчивости планетарного масштаба», обеспечивая энергией мир с населением 10 миллиардов человек, при этом сохраняя небольшой экологический след. [61] В режиме размножителя быстрые реакторы поэтому часто предлагаются как форма возобновляемой или устойчивой ядерной энергии . Хотя «экономика [реакторного] плутония », которую он мог бы создать, в настоящее время вызывает социальное отвращение и различные аргументы о потенциале распространения в общественном сознании.

Как это обычно бывает в гражданских европейских тепловых реакторах, связка МОКС-топлива плутония с содержанием 5,3%, произведенная путем обычной влажной химической/PUREX- переработки исходной топливной сборки, которая вырабатывала 33 ГВт·сут/т до того, как стать отработанным ядерным топливом , при сжигании в тепловом реакторе создает отработанное ядерное топливо с изотопным составом плутония 40,8%.239
Пу
и 30,6%240
Пу
. [56] [примечание 2]

Свежая сборка ядерного топлива , проходящая проверку перед поступлением в реактор.

Расчеты показывают, что выход энергии ядерного взрывчатого вещества уменьшается на два порядка, если240
Пу
содержание увеличивается до 25%, (0,2 кт). [12]

Переработка , которая в основном принимает форму переработки реакторного плутония обратно в тот же или более продвинутый парк реакторов, была запланирована в США в 1960-х годах. В то время ожидалось, что рынок урана станет переполненным, а поставки — ограниченными, поэтому вместе с переработкой топлива более эффективные быстрые реакторы-размножители рассматривались как немедленно необходимые для эффективного использования ограниченных известных запасов урана. Это стало менее актуальным со временем, как с уменьшением прогнозов спроса, так и с увеличением открытий урановой руды, по этим экономическим причинам свежее топливо и зависимость исключительно от свежего топлива оставались более дешевыми в коммерческом плане, чем переработанное.

В 1977 году администрация Картера ввела запрет на переработку отработанного топлива, стремясь подать международный пример, поскольку в США существует мнение, что это приведет к распространению ядерного оружия. [62] Это решение остается спорным и рассматривается многими американскими физиками и инженерами как принципиально ошибочное, которое стоило налогоплательщикам США и фонда, сформированного операторами американских реакторов , с отмененными программами и более чем 1 миллиардом долларов инвестиций в предложенную альтернативу, хранилище ядерных отходов Yucca Mountain, что закончилось протестами, судебными исками и неоднократными решениями о прекращении и продолжении работы в зависимости от мнения новых вступающих президентов. [63] [64]

После временного хранения в бассейне отработанного топлива связки отработанных топливных сборок типичной атомной электростанции часто хранятся на месте в восьми контейнерах для сухого хранения, изображенных выше. [65] На атомной электростанции Янки-Роу , которая за время своего существования выработала 44 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в США, весь ее запас отработанного топлива содержится в шестнадцати контейнерах. [66] Теперь они ожидают решения об отправке в геологическое хранилище или на отечественный/иностранный завод по переработке.

Как «нежелательное» загрязняющее вещество с точки зрения производства оружия,240
Пу
, распадается быстрее, чем239
Пу
, с периодами полураспада 6500 и 24000 лет соответственно, качество плутония со временем увеличивается (хотя его общее количество также уменьшается в течение этого времени). Таким образом, физики и инженеры указали, что по прошествии сотен/тысяч лет альтернатива быстрому реакторному «сжиганию» или переработке плутония из мирового парка реакторов до тех пор, пока он не сгорит весь, альтернатива сжиганию, наиболее часто предлагаемая, а именно глубокое геологическое хранилище , такое как хранилище отработанного ядерного топлива Онкало , имеет потенциал стать «плутониевыми рудниками», из которых оружейный материал для ядерного оружия можно будет получить путем простого извлечения методом PUREX в грядущие столетия или тысячелетия. [67] [22] [68]

Цель ядерного терроризма

Аум Синрикё , которая преуспела в разработке зарина и нервно-паралитического газа VX , как считается, не имела технических знаний для разработки или кражи ядерного оружия. Аналогичным образом, Аль-Каида подверглась многочисленным мошенничествам, связанным с продажей радиоактивных отходов и других неоружейных материалов. Корпорация RAND предположила, что их многократный опыт неудач и мошенничества, возможно, привел к тому, что террористы пришли к выводу, что приобретение ядерного оружия слишком сложно и слишком дорого, чтобы за ним бороться. [69]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Категоризация ядерного материала в контексте комплексных гарантий
  2. ^ Использование плутония в нескольких конструкциях MSR. 2016
  3. ^ "Ядерная химия - первые атомные бомбы". Архивировано из оригинала 2012-03-01.
  4. ^ abc "Производство плутония - Ядерное оружие". Архивировано из оригинала 2013-07-01 . Получено 2013-07-03 .
  5. ^ ab http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация запасов отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав выгрузки сборки WE 17×17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, которая накопила выгорание 45 ГВт·д/тU/
  6. ^ abc https://fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Архивировано 03.02.2009 на Wayback Machine Источник: Плутониевое топливо - Отчет ОЭСР, 1989
  7. ^ ab "Архивная копия". Архивировано из оригинала 2012-05-20 . Получено 2012-07-21 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ «Изучение требований противоракетной обороны США в 2010 году | Глава четвертая | IFPA».
  9. ^ Ежегодный отчет по электроэнергии за 2009 г. Таблица 5.2 Апрель 2011 г.
  10. ^ 8.0 Первое ядерное оружие Версия 2.17: 1 августа 2002 г. КЭРИ САБЛЕТТ
  11. ^ Производство и изготовление плутония
  12. ^ ab Şahin, Sümer (1981). "Замечания о проблеме предварительного зажигания, вызванного плутонием-240, в ядерном устройстве". Nuclear Technology . 54 (1): 431–432. doi :10.13182/NT81-A32795. Энергетический выход ядерного взрывчатого вещества уменьшается на один и два порядка, если содержание 240 Pu увеличивается с 5 (почти оружейный плутоний) до 15 и 25% соответственно.
  13. ^ http://www.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.html Американское физическое общество Бомбы, переработка и реакторный плутоний Джеральд Э. Марш и Джордж С. Стэнфорд
  14. ^ ab "Американское физическое общество, том 25, номер 4, октябрь 1996 г. СТАТЬИ, Сокрытие информации о ядерных испытаниях? А. ДеВольпи".
  15. ^ "Письмо (неопубликованное) от А. ДеВолпи в Physics and Society. Опубликовано здесь с разрешения доктора ДеВолпи. Ответ на статью "Применимость реакторного плутония в ядерном оружии: ответ Алексу ДеВолпи" в Physics and Society, том 26(3) (10 июля 1997 г.): автор А. ДеВолпи, Вудридж, Иллинойс".
  16. ^ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ: Откровенные противники задержек и ошибок в демилитаризации плутония: Часть 4. Александр ДеВольпи, физик (в отставке, Аргоннская национальная лаборатория); бывший менеджер по ядерной диагностике и технический менеджер программы по контролю над вооружениями и нераспространению; автор книги «Распространение, плутоний и политика».
  17. ^ http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/chapter13.html#1 Коэн. Глава 13 — ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ next=> ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  18. ^ ab J. Carson Mark (август 1990 г.). "Взрывчатые свойства реакторного плутония" (PDF) . Nuclear Control Institute. Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2010 г. . Получено 10 мая 2010 г. .
  19. ^ Международная группа экспертов по расщепляющимся материалам, Глобальный отчет по расщепляющимся материалам 2011: Запасы и производство ядерного оружия и расщепляющихся материалов (см. Приложение 1), получено 1 октября 2012 г.
  20. ^ https://fas.org/rlg/980826-pu.htm Ричард Лоуренс Гарвин , старший научный сотрудник по науке и технологиям, Совет по международным отношениям, Нью-Йорк, проект от 26 августа 1998 г.
  21. ^ Взрывчатые свойства реакторного плутония, Дж. Карсон Марк, Фрэнк фон Хиппель, Эдвард Лайман. Наука и всеобщая безопасность, 2009 DOI: 10.1080/08929880903368690
  22. ^ ab http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_3.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  23. ^ Виктор Гилински, Марвин Миллер и Хармон Хаббард, «Новый взгляд на опасность распространения легководных реакторов», Центр образования по политике нераспространения, стр. 40
  24. ^ «Операция Hardtack, тестовый запуск Juniper, 0,2 кт — это примерно мощность усиленного первичного заряда, который не усилился».
  25. ^ В некоторых случаях государства были готовы вкладывать крупные средства в приобретение оружейного, а не реакторного плутония: например, в 1980-х годах Соединенные Штаты рассматривали возможность потратить миллиарды долларов на специальный завод по разделению изотопов для обогащения реакторного плутония до оружейного.
  26. ^ Виртуальные инструменты — Эксперимент в Лос-Аламосе. Процесс молекулярного лазерного разделения изотопов (MLIS) в газообразном гексафториде плутония
  27. ^ "Ядерная энергетика в современном мире". World-nuclear.org . Получено 22.06.2013 .
  28. ^ "Журнал Forbes. Новые модные крышки для контейнеров с ядерными отходами, поскольку содержимое становится горячее". "Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд МАГАТЭ 2005". Forbes .
  29. ^ abc "Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд Ю.А. Соколов Заместитель Генерального директора МАГАТЭ" (PDF) .
  30. ^ на стр. 19, таблица 1
  31. ^ abc "Дополнительная информация о подземном испытании ядерного оружия реакторного плутония". Министерство энергетики США . Июнь 1994 г. Получено 15.03.2007 г.
  32. ^ Джонс, Грег (6 мая 2013 г.). «Повторное рассмотрение испытания американского оружия на основе реакторного плутония 1962 года» . Получено 22 декабря 2021 г.
  33. ^ «Развитие ядерной энергетики в Соединенном Королевстве | Развитие ядерной энергетики в Великобритании - Всемирная ядерная ассоциация».
  34. ^ Нотт, Дж. (2014). «Атомные электростанции: типы, компоненты и требования к материалам». Конструкционные сплавы для электростанций . стр. 69–101. doi :10.1533/9780857097552.1.69. ISBN 9780857092380.
  35. ^ Лянь-Фэн Чжао, Сяо-Би Се, Вэй-Минь Ван и Чжэнь-Син Яо, «Региональные сейсмические характеристики северокорейского ядерного испытания 9 октября 2006 г. Архивировано 23 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Бюллетень сейсмологического общества Америки , декабрь 2008 г. 98:2571-2589; doi:10.1785/0120080128
  36. ↑ Северокорейское топливо идентифицировано как плутоний. Архивировано 19 декабря 2016 г. на Wayback Machine , Том Шанкер и Дэвид Э. Сэнгер, New York Times , 17 октября 2006 г.
  37. ^ Seitz, Russel (13 октября 2006 г.). «Комментарий – Пакет пародийной физики?». Wall Street Journal . Архивировано из оригинала 11 января 2009 г. Получено 13 октября 2006 г.
  38. ^ Брод, Уильям, «Секретная страна дает экспертам мало подсказок, чтобы судить о ее ядерной программе», New York Times , 12 февраля 2013 г. «Как это обычно бывает с испытаниями, проводимыми скрытным Севером, даже не было ясно, было ли подземное испытание ядерным, а не обычными взрывами бомб, призванными имитировать подземное ядерное испытание»;
  39. ^ Участники WNA (март 2009 г.). "Плутоний". Всемирная ядерная ассоциация. Архивировано из оригинала 2010-03-30 . Получено 2010-02-28 . {{cite web}}: |author=имеет общее название ( помощь )
  40. ^ http://npolicy.org/books/Reactor-Grade_Plutonium_and_Nuclear_Weapons/Chapter_8.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  41. ^ Управление военным ураном и плутонием в Соединенных Штатах и ​​бывшем Советском Союзе, Мэтью Банн и Джон П. Холдрен, Annu. Rev. Energy Environ. 1997. 22:403–86
  42. ^ Кесслер, Г.; Хёбель, В.; Гоэль, Б.; Зайфритц, В. (2008). «Потенциальный выход ядерного взрывчатого вещества реакторного плутония с использованием теории разборки раннего анализа безопасности реактора». Ядерная инженерия и проектирование . 238 (12): 3475–3499. Bibcode : 2008NuEnD.238.3475K. doi : 10.1016/j.nucengdes.2008.08.014.
  43. ^ Ллойд, Коди; Годдард, Брейден (2018). «Устойчивый к распространению плутоний: обновленный анализ». Ядерная инженерия и проектирование . 330 : 297–302. Bibcode : 2018NuEnD.330..297L. doi : 10.1016/j.nucengdes.2018.02.012.
  44. ^ «Рассмотрение устойчивости к распространению конструкции активной зоны FBR. JAEA» (PDF) . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  45. ^ "Журнал Forbes. Новые модные крышки для контейнеров с ядерными отходами, поскольку содержимое становится горячее". "Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд МАГАТЭ 2005". Forbes .
  46. ^ http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub37993.pdf Категоризация запасов отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 34 рисунок 20. Изотопный состав выгрузки сборки WE 17×17 с начальным обогащением 4,5 мас.%, которая накопила выгорание 45 ГВт·д/тU/
  47. ^ "Backgrounder on High Burnup Spent Nuclear Fuel". Архивировано из оригинала 2017-02-26.
  48. ^ Категоризация инвентаря отработанного ядерного топлива в поддержку комплексной национальной стратегии ядерного топливного цикла. стр. 35 рисунок 21. Изотопный состав сброса сборки с начальным обогащением U-235 4,5 мас. %, которая накопила выгорание 45 ГВт·д/тU. Изотопный состав отработанного ядерного топлива как функция выгорания для типовой топливной сборки PWR
  49. ^ «Новые модные крышки для контейнеров с ядерными отходами, поскольку содержимое становится горячее». «Состояние ядерной энергетики: глобальный взгляд МАГАТЭ 2005». Forbes .
  50. ^ ab "Advanced Nuclear Power Reactors | Generation III+ Nuclear Reactors - World Nuclear Association". Архивировано из оригинала 2014-08-27 . Получено 2013-07-02 .
  51. ↑ Гринвуд, стр. 1255, 1261.
  52. ^ LC Walters (18 сентября 1998 г.). «Тридцать лет информации о топливе и материалах от EBR-II». Журнал ядерных материалов . 270 (1–2). Elsevier: 39–48. Bibcode : 1999JNuM..270...39W. doi : 10.1016/S0022-3115(98)00760-0.
  53. ^ "Историческое видео о концепции интегрального быстрого реактора (IFR). Загружено - Nuclear Engineering at Argonne". YouTube . Архивировано из оригинала 21.12.2021.
  54. ^ Poinssot, Ch.; Bourg, S.; Ouvrier, N.; Combernoux, N.; Rostaing, C.; Vargas-Gonzalez, M.; Bruno, J. (2014). «Оценка экологического следа ядерных энергетических систем. Сравнение замкнутых и открытых топливных циклов». Energy . 69 : 199–211. Bibcode :2014Ene....69..199P. doi : 10.1016/j.energy.2014.02.069 .
  55. ^ ab "Сжигание плутония для утилизации чистого плутония, Ричард Уилсон Гарвардский университет". Архивировано из оригинала 2017-10-07 . Получено 2018-05-15 .
  56. ^ ab http://www.oecd-nea.org/pt/docs/1999/neastatus99/AnnexE.pdf См. таблицу B «МОКС-топливо».
  57. ^ Натараджан, Р. (2015). «Переработка отработанного ядерного топлива быстрых реакторов». Переработка и рециклинг отработанного ядерного топлива . С. 213–243. doi :10.1016/B978-1-78242-212-9.00009-5. ISBN 9781782422129.
  58. ^ Коннор, Стив (28.10.2011). «Новая жизнь старой идеи, которая могла бы растворить наши ядерные отходы». The Independent . Лондон . Получено 30.10.2011 .
  59. ^ Рассмотрение устойчивости к распространению конструкции активной зоны FBR. JAEA
  60. ^ PHENIX - УНИКАЛЬНЫЙ В МИРЕ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И МНОГОКРАТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ
  61. ^ Устойчивая, полномасштабная ядерная энергия деления в планетарном масштабе. Устойчивость 2012, 4(11), 3088-3123; https://doi.org/10.3390/su4113088
  62. ^ Почему США не перерабатывают ядерное топливо?
  63. ^ "Сжигание плутония для утилизации чистого плутония", Ричард Уилсон Гарвардский университет. "Использование европейских или японских реакторов для сжигания плутония, хотя и является самым быстрым способом выполнения задачи сжигания оружейного плутония, пошлет сигнал (нежелательный для этой группы людей) о том, что европейский и японский подход (который больше напоминает подход Эйзенхауэра, чем подход Картера) имеет свои достоинства. Но обратное также может быть верным. Отказ просить остальной мир помочь в сжигании плутония может быть, и в некоторых кругах воспринимается как сигнал о том, что Соединенные Штаты несерьезно относятся к уничтожению оружейных запасов. "". Архивировано из оригинала 2017-10-07 . Получено 2018-05-15 .
  64. ^ Коэн. Глава 13 — ВАРИАНТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ далее=> ПЛУТОНИЙ И БОМБЫ
  65. ^ "NRC: Сухое хранение бочек". Nrc.gov. 2013-03-26 . Получено 2013-06-22 .
  66. ^ "Атомная электростанция Янки". Yankeerowe.com . Получено 22.06.2013 .
  67. ^ Лайман, Эдвин С. (декабрь 1994 г.). «Взгляд на риски распространения плутониевых рудников». Nuclear Control Institute . Архивировано из оригинала 2015-11-25 . Получено 2015-11-25 .
  68. ^ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs07lyman.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  69. ^ https://www.rand.org/pubs/research_briefs/RB165/index1.html Борьба с ядерным терроризмом. Уроки «Аум Синрикё», «Аль-Каиды» и [исследовательского] реактора в Киншасе.

Внешние ссылки

  1. ^ Энергия взрывной волны была эквивалентна 10 килотоннам тротила , тогда как оставшиеся ~12 килотонн энергии были выброшены в виде ядерных излучений: рентгеновского, гамма-, бета-излучения, радиоактивных осадков и т. д.
  2. ^ ab, а остальное 14,9%241
    Пу
    , 10,6%242
    Пу
    и 3,1%238
    Пу