podstawy materiałów rozszczepialnych

czym są materiały rozszczepialne?

materiały rozszczepialne składają się z atomów, które mogą być dzielone przez neutrony w samowystarczalnej reakcji łańcuchowej, aby uwolnić ogromne ilości energii. W reaktorach jądrowych proces rozszczepienia jest kontrolowany, a energia jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej. W broni jądrowej energia rozszczepienia jest uwalniana jednocześnie, aby wywołać gwałtowną eksplozję. Najważniejsze materiały rozszczepialne dla energii jądrowej i broni jądrowej to izotop plutonu, Pluton-239 i izotop uranu, uran-235. Uran-235 występuje w przyrodzie. Ze względów praktycznych Pluton-239 nie.

co to jest Pluton-239?

Pluton-239 (zwany dalej „plutonem”) jest ciężkim pierwiastkiem składającym się z 94 protonów i 145 neutronów. Może mieć wiele form chemicznych. Broń jądrowa wykorzystuje Pluton metalowy. Dwutlenek plutonu jest stosowany jako składnik niektórych paliw jądrowych. Pluton ma okres półtrwania ponad 24 000 lat (okres półtrwania to czas potrzebny na połowę danej ilości materiału radioaktywnego do rozpadu na inne pierwiastki).

jak powstaje Pluton?

do zdobycia plutonu potrzebne są dwa kluczowe obiekty. Po pierwsze, w reaktorze jądrowym uran-238 pochłania neutron. Prowadzi to do reakcji jądrowych, które przekształcają go w Pluton. Pluton trafia do zużytego paliwa jądrowego wraz z nieużywanym Uranem i wysoce radioaktywnymi produktami rozszczepienia. Zasadniczo wszystkie reaktory jądrowe na świecie produkują Pluton w ten sposób, ale Pluton w wypalonym paliwie nie nadaje się do wykorzystania w energetyce jądrowej lub broni jądrowej. Aby Pluton mógł być użyteczny, potrzebny jest drugi kluczowy zakład, Zakład Przerobu, do chemicznego oddzielenia plutonu od innych materiałów w wypalonym paliwie. Regeneracja jest ogólnie uważana za jedno z kluczowych powiązań między cywilną zdolnością do wytwarzania energii jądrowej a zdolnością do produkcji broni jądrowej (drugim jest wzbogacanie uranu — patrz poniżej).

do czego służy Pluton?

po rozdzieleniu plutonu można go przetworzyć i przekształcić w rdzeń rozszczepienia broni jądrowej, zwany „jamą”. Broń jądrowa zazwyczaj wymaga od trzech do pięciu kilogramów plutonu. Pluton może być również przekształcony w tlenek i zmieszany z dwutlenkiem uranu w celu utworzenia mieszanego tlenku (MOX) paliwa dla reaktorów jądrowych.

według stanu na rok 1995 w spisach wojskowych znajdowało się około 270 ton metrycznych wydzielonego plutonu i około 180 ton metrycznych wydzielonego plutonu w spisach cywilnych na całym świecie.

gdzie jest produkowany Pluton?

Wielka Brytania, Francja, Rosja, Indie, Japonia, Izrael i Chiny prowadzą zakłady przeróbcze w celu uzyskania plutonu (dwa ostatnie tylko do celów wojskowych). Inne kraje Europy Zachodniej posiadają pluton, który został wydzielony w Wielkiej Brytanii i / lub Francji. Korea Północna prowadziła również zakład przeróbczy.

w Stanach Zjednoczonych do ponownego przetworzenia broni jądrowej doszło w rezerwacie Hanford w stanie Waszyngton i na terenie rzeki Savannah w Karolinie Południowej. W latach 1966-1972 w West Valley w stanie Nowy Jork doszło również do przeróbek cywilnych i wojskowych. USA Reaktory produkujące Pluton zostały zamknięte w 1988 roku, a wstrzymanie ponownego przetwarzania dla celów wojskowych zostało wprowadzone do formalnej polityki w lipcu 1992 roku. Stany Zjednoczone nie popierają ponownego przetwarzania ze względu na niebezpieczeństwa proliferacji, ale w praktyce USA wybiórczo sprzeciwiają się ponownemu przetwarzaniu w innych krajach

co to jest wysoce wzbogacony uran?

innym ważnym materiałem rozszczepialnym, który został użyty do broni jądrowej, jest wysoce wzbogacony uran (HEU), Zwykle definiowany jako uran, którego udział uranu-235, rozszczepialnego izotopu uranu, został zwiększony do ponad 90%. Naturalny uran wydobywany z ziemi składa się z około 0,7% uranu-235 (U-235) i około 99,3% uranu-238 (U-238), a wzbogacanie jest procesem zwiększania stosunku U-235 do U-238. Okres półtrwania uranu-235 wynosi 704 miliony lat, podczas gdy okres półtrwania u-238 wynosi około 4,5 miliarda lat.

ważne jest, aby pamiętać, że większość reaktorów jądrowych działa na nisko wzbogaconym Uranie (LEU), który zwykle wynosi 3% -5% uranu-235. LEU nie może być używany w broni jądrowej.

jak powstaje wysoce wzbogacony uran?

tradycyjnie uran wydobywano z kopalń podziemnych i odkrywkowych. Ten naturalny Uran jest przetwarzany, a następnie wzbogacany. Opracowano wiele technologii wzbogacania uranu, takich jak dyfuzja gazowa, wirówki i separacja elektromagnetyczna. Wszystkie te technologie wymagają dużych początkowych inwestycji i dużych ilości energii do działania.

do czego służy HEU?

HEU został po raz pierwszy opracowany do użycia w broni jądrowej. Może być łączony z plutonem w celu utworzenia „dołu” lub rdzenia broni jądrowej, lub może być używany samodzielnie jako materiał wybuchowy. Bomba zrzucona na Hiroszimę używała tylko HEU. Około 15-20 kg HEU wystarcza do zbudowania bomby bez plutonu.

HEU ma również inne zastosowania niż broń. Jest stosowany jako paliwo w reaktorach badawczych i reaktorach jądrowych, które zasilają niektóre statki morskie.

około 2300 ton HEU zostało wyprodukowanych do celów wojskowych na całym świecie — głównie przez Stany Zjednoczone i Związek Radziecki. Około 20 ton metrycznych HEU zostały wykorzystane w reaktorach badawczych na całym świecie.

gdzie jest produkowany HEU?

HEU może być teoretycznie produkowany w dowolnym zakładzie wzbogacania. Kilka krajów prowadzi zakłady wzbogacania do produkcji LEU dla reaktorów jądrowych, ale nie wszystkie z tych krajów wykorzystały swoje zakłady do produkcji wysoko wzbogaconego uranu. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej, Agencja Narodów Zjednoczonych, jest odpowiedzialna za zapewnienie, że Uran z cywilnych programów jądrowych nie jest kierowany do celów broni – tylko w państwach nienależących do broni jądrowej, które są sygnatariuszami Traktatu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. HEU produkowany był w Stanach Zjednoczonych w Oak Ridge w stanie Tennessee i Portsmouth w stanie Ohio. Stany Zjednoczone nie produkują już HEU. Nadal wykorzystuje HEU ze swoich zapasów do reaktorów badawczych i napędu morskiego.

ten arkusz informacyjny opracowany wspólnie z lekarzami w zakresie odpowiedzialności społecznej.