Как это часто к сожалению бывает, полезные
изобретения часто используют и для дурных целей. Это относится и к
использованию цепной реакции деления. Борьба с распространением
атомного оружия идет с переменным успехом. Наибольшую опасность
представляет обладание атомным оружием у авторитарных режимов и, тем
более у террористов. Рассмотрим различные типы атомных бомб и
опасности, связанные с возможностью распространения технологий их
производства.
Бомба из урана-235
Атомную бомбу можно изготовить из U-235, Pu-239 и U-233.
Из них только U-235 существует в природе. Pu-239 и U-233 получаются
бомбардировкой других изотопов нейтронами.
Проще всего можно изготовить атомную бомбу из урана. Для
этого не надо реактора. Например, для этого нужно иметь необходимое количество
природного урана, газовые центрифуги. Уран переводится в газообразное состояние
− гексафторид урана UF6,
который пропускается через центрифуги. Степень разделения определяется
количеством отдельных центрифуг, собранных в каскад. "Немного" терпения, и у вас оружейный
уран (>90% 235U).
Для того, чтобы создать урановую бомбу без плутония) необходимо около 15-20 кг
оружейного урана.
Однако, хотя в принципе процесс обогащения урана известен,
для того, чтобы получить достаточное количество высокообогащенного урана
требуется сырье, квалификация, инфраструктура и большое количество энергии. Так
что даже получение высокообогащенного урана террористами весьма маловероятно.
Скорее всего, его постараются просто украсть. Таким образом, страны, обладающие
запасами оружейного урана должны строго следить за своими хранилищами.
Наработка оружейного урана посильна только странам с достаточно развитой
технологической базой.
Кроме того из обогащенного урана надо еще изготовить бомбу.
Наиболее примитивная атомная бомба − так называемая
бомба "пушечного" типа.
Бомба "пушечного" типа
Бомба "пушечного" типа проста по конструкции. В ней один
"кусок" U-235 "выстреливается с помощью соответствующего заряда в другой
"кусок", при этомобразуется критическая масса. В результате возникает цепная реакция.
Такая бомба неэффективно использует делящийся материал; только 1.4%
высокообогащенного урана в бомбе этого типа разделилась. Таую бомбу сбросили
на Хиросиму. Она слишком велика для ракеты однако может быть
доставлена, например, на самолете.
Бомба из плутония-239
Плутонии является побочным продуктом всех реакторов.
Однако, для того, чтобы его использовать как делящийся материал, его
надо химически очистить от остатков высокоактивных отходов. Это
дорогостоящий и опасный процесс, требующий специальных знаний и
оборудования.
Плутоний образуется в ядерном реакторе при бомбардировке U-238
тепловыми нейтронами
Для производства
ядерного оружия используется Pu-239. Сечения деления и
рассеяния, а также количество нейтронов при делении у Pu-239 больше,
чем у U-235 и, соответственно меньшая критическая масса, т.е. для
реализации самоподдерживающейся реакции деления плутония надо
меньше, чем урана. Для плутониевой атомной бомбы обычно необходимо
3-5 кг Pu-239.
Из-за
относительно небольшого периода полураспада (в сравнении с U-235),
Pu-239 из-за испускаемого им излучения заметно нагревается.
Тепловыделение Pu-239 - 1.92 Вт/кг. Так, хорошо изолированный кусок плутония за два часа нагревается от
комнатной температуры до 100о. Это, естественно, создает
трудности при конструировании бомбы. Физические свойства плутония
таковы, что в бомбе пушечного типа не удается достаточно быстро
соединить два куска плутония, чтобы образовать критическую массу.
Для плутония нужно применять более сложную схему.
Бомба имплозионного типа
В центре бомбы имплозионного типа находится плутоний
высокообогащенный уран или их смесь. Направленный внутрь на
плутониевый кор взрыв реализуется с помощью системы специальных
линз, которые срабатывают одновременно. Плутоний сильно и равномерно
сжимается. Масса становится критической. Однако, простое сжатие
плутония до критической массы еще не гарантирует начала цепной
реакции. Для этого необходимы нейтроны от нейтронного источника,
который располагается в центре устройства и одновременно со сжатием облучает плутоний.
Плутоний экстрагируемый из облученного топлива и
снова используемый в реакторе становится все менее пригодным для
производства оружия из-за увеличения в нем доли Pu-238, Pu-240 и
Pu-242.
Основная
вредная примесь для оружейного плутония − Pu-240 из-за его высокой
скорости спонтанного деления. Она больше, чем у Pu-239 в 30000 раз.
Всего 1% Pu-240 в смеси производит такое количество нейтронов, что в
имплозионной системе возможен взрыв.
Наличие последнего в больших пропорциях существенно осложняет задачу
проектирования надежного боезаряда с заданными характеристиками
(номинальная мощность, безопасность при длительном хранении и т. д.)
Оружейный плутоний, характеризуется весьма высоким (свыше
90 %) содержанием делящегося изотопа 239Pu
и малым содержанием изотопа 240Pu
(до ~5 %).
«Гражданский» плутоний, выделяемый при переработке (репроцессинге)
отработавшего топлива ядерных реакторов АЭС и характеризующийся
средним соотношением содержания изотопов 239 (60 %) и 240 (40 %).
Использование «гражданского» плутония для изготовления ядерных
боезарядов в принципе возможно.
Бомба из урана-233
В странах, где мало урана, но много тория (например
Индия), представляет интерес получения делящегося изотопа U-233 с помощью цепочки
реакций:
Как взрывчатый материал 233U почти так же эффективен как 239Pu.
Осложняет ситуацию в военном применении 233U примеси 232U,
дочерние продукты которого, являются сильными гамма-источниками, что осложняет
работу с ним.
232U образуется в результате реакции:
,
231Th образуется в двух реакциях
232Th + n → 231Th
+ 2n и 230Th + n
→ 231Th.
Первая (n,2n) реакция происходит с заметной вероятностью,
если есть нейтроны с энергиями >6МэВ. Только
небольшое число нейтронов деления имеют такую энергию. В ториевом бридере
обычно нет нейтронов с энергиями бόльшими порога деления 232Th (500
кэВ). Таким образом,
232U почти не образуется. Вторая реакция
очень интенсивно проходит с тепловыми нейтронами и минимизация образования
232U достигается тем, что в естественном тории
концентрация 230Th мала.
Основная проблема в использовании бридинга тория, чтобы получить делящийся
материал, в том чтобы в нем не содержалось реакторного топлива, например
238U. Для осуществления бридинга тория нужно
использовать в топливе вместе с ним обогащенные 235U, 233U,
239Pu. В реакторах на медленных нейтронах для бридинга тория можно
использовать 233U, если в качестве
замедлителя будет тяжелая вода
,
