Николай Карпан - Чернобыль. Месть мирного атома

Общая ответственность за разработку атомной бомбы была возложена на Артура Комптона, который в июле 1942 года назначил Роберта Оппенгеймера непосредственным руководителем научных разработок по бомбе, проводившихся в лос-аламосской лаборатории.

Лос-Аламос, лаборатория атомной бомбы США, возникла посередине пустыни Нью-Мексико, на недоступном высоком плато. Атомщики под руководством Роберта Оппенгеймера работали здесь над созданием атомного взрывчатого вещества. Было рассчитано, что оно может взорваться только при наборе определенной критической массы делящихся изотопов, которая может быть образована соединением двух частей в виде полусфер, выполненных из этого вещества. Необходимо было очень быстро соединять эти две полусферы, чтобы нейтроны мгновенно, с взрывной скоростью начали инициировать цепную реакцию деления ядер. С самого начала предполагалось, что этим веществом будет уран-235 или 94-й элемент таблицы Менделеева (плутоний), причем для бомбы требовалось несколько (до 20) килограммов этих веществ очень высокой чистоты (т.е. без посторонних примесей).

Справка для подготовленных читателей:

Оружейный уран. Природный уран состоит из трех изотопов: и 2з8, V235 и и 234 с их процентным содержанием: 99,284; 0,711 и 0,0055% соответственно. Делящимся под действием тепловых нейтронов является уран-235. Его процентное содержание в смеси изотопов урана может быть повышено методами газодиффузионного разделения изотопов или применением специальных ультрацентрифуг. Уран с обогащением по 1] 2з5 до 20% называют низкообогащенным ураном (НОУ). При обогащении в диапазоне 3-5% уран называют энергетическим, поскольку именно с таким обогащением по и235 он служит топливным сырьем для энергетических реакторов действующих АЭС. Уран с 20% и большим содержанием и235 классифицируется как высокообогащенный уран (ВОУ). Он используется, в основном, в составе тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) всех корабельных ядерных реакторов и реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, а также реакторов производящих тритий и в загрузке некоторых исследовательских реакторов. И, наконец, уран, обогащенный по и 235более 90% - является так называемым оружейных ураном (ОрУ).

Для изготовления ядерного взрывного устройства (боезаряда) требуется от 12 до 20 кг ОрУ, в зависимости от его модификации.

Плутоний (Ри). Ри получают из облученного в реакторе природного урана. На специальном химико-технологическом комплексе плутоний отделяют от остатков невыгоревшего урана, а также от продуктов его деления и распада. При этом во всех случаях, когда говорится о плутонии, имеется в виду смесь известных его 15 изотопов с массовыми числами от 232 до 246. Из них только два получили широкое практическое применение: Ри 2з8 используется для создания компактных термоэлектрических генераторов и Ри 239- для создания ядерного оружия. Искусственно получаемый плутоний считается одним из наиболее опасных радиоактивных веществ. Его удельная активность в 200 ООО раз выше, чем у изотопов урана, а допустимое содержание в живых организмах измеряется лишь миллиардными долями грамма.

Плутоний условно подразделяется (в зависимости от изотопного состава) на собственно оружейный, и на энергетический (топливный и реакторный), который выделяется из отработавшего топлива АЭС. Определяющим является содержание основного делящегося изотопа Ри 239при как можно меньшем содержании неделящегося Ри 240и других его изотопов. Так, нормативно оружейный плутоний характеризуется содержанием Ри 239, Ри 240, Ри 241в процентах соответственно: 93,5; 6,0;

0,5. Всех других примесей должно быть менее 0,01%.

Для изготовления полноценного ядерного боезаряда требуется от 3 до 5 кг оружейного плутония, в зависимости от модификации. Наряду с этим, известно о создании особо малых ядерных зарядов мощностью порядка килотонны в тротиловом эквиваленте, для которых требуется всего лишь около одного килограмма оружейного плутония.

Композиция изотопов плутония, накапливающегося в атомном реакторе в результате реакций происходящих в урановом топливе, зависит от степени выгорания топлива. Из 5 основных образовавшихся

239 241

изотопов два (с нечетными массовыми номерами - Ри и Ри) являются расщепляющимися, т.е. способными к делению под действием тепловых (медленных) нейтронов, и в принципе могут быть использованы в качестве реакторного топлива. Поэтому, если речь идет о возможности использования плутония в качестве реакторного топлива, значение имеет количество накопленного Ри и Ри. Для ядерного же оружия необходим практически чистый 239Ри, т.к. излучатели нейтронов 240Ри и 238Ри могут спонтанно вызвать "предначальное воспламенение", что приведет к существенно меньшей силе взрыва атомной бомбы. Поэтому разница в "качестве" плутония обычно определяется его изотопным составом.