Расчетная модель и физико- технические факторы, определяющие защищенность плутония

23.03.2018 2018 - №01 Атомные электростанции

Е.Г. Куликов Г.Г. Куликов В.А. Апсэ А.Н. Шмелев Н.И. Гераскин

https://doi.org/10.26583/npe.2018.1.03

Поскольку замыкание ядерного топливного цикла предполагает выделение плутония из облученного топлива и его рецикл в ядерных реакторах в составе загружаемого топлива, то важное практическое значение приобретает проблема защищенности делящихся материалов (плутония). Важно понимать, в какой мере физико-технические свойства делящихся материалов способны препятствовать их переключению на неэнергетические цели. В работе рассматривается термин «защищенность» с физико-технической точки зрения без привлечения мер по физической защите, учету и контролю ядерных материалов. Так, под защищенностью плутония подразумевается техническая невозможность изготовления на его основе ядерного взрывного устройства (ЯВУ) имплозивного типа по причине перегрева компонентов устройства и выходу его из строя.

Цель работы – обсуждение корректности методической стороны подхода, используемого в предыдущих работах по обоснованию защищенности плутония и разработке модели, устраняющей недостатки этих работ. Для этого привлекались исходные данные, методика и результаты предыдущих работ по данной тематике, а также собственные оценки и расчеты авторов.

Получены следующие выводы.

1. Не является обоснованной оценка защищенности плутония, опирающаяся на анализ ЯВУ имплозивного типа, в котором исключается использование современных термостойких и теплопроводных химических взрывчатых веществ (ВВ) ввиду их недоступности.
2. Рассмотрение асимптотического профиля температур в элементах ЯВУ является недостаточно обоснованным при выработке рекомендаций по защищенности плутония.
3. При анализе физико-технических факторов, определяющих защищенность плутония, не исчерпаны варианты, позволяющие замедлить процесс прогрева ЯВУ.

Общий вывод. В фундаментальной монографии доктора Г. Кесслера оказался недостаточно верным основополагающий посыл, который привел к необоснованному заключению о защищенности плутония. Развитие используемой методики и учет других факторов может повысить требования к содержанию изотопа 238Pu в плутонии для обеспечения его защищенности.

Ссылки

1. Gillette Robert Impure Plutonium Used in ’62 A-Test. – Los Angeles Times, September 16, 1977. – Part 1. – P. 3.
2. International Conference on Nuclear Power and its Fuel Cycle, Vol. 2. «The nuclear fuel cycle, part 1». – Salzburg, Austria, 2-13 May 1977.
3. DeVolpi A. Denaturing Fissile Materials // Progress in Nuclear Energy. – 1982. – Vol. 10. – № 2. – PP. 161-220.
4. Carson Mark J. Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium. // Science & Global Security. – 1993. – Vol. 4. – PP. 111-128.
5. HeisingGoodman C.D. An Evaluation of the Plutonium Denaturing Concept as an Effective Safeguards Method. // Nuclear Technology. – 1980. – Vol. 50. – PP. 242-251.
6. Kessler G. Plutonium Denaturing by 238Pu // Nuclear Science and Engineering. – 2007. – Vol. 155. – PP. 53-73.
7. Kessler G., Chen X. N. Thermal Analysis of Hypothetical Nuclear Explosive Devices Containing Reactor-grade Plutonium with Higher Content of Pu-238. International Workshop on Non-proliferation of Nuclear Materials. – Obninsk, Russia, 29 September – 3 October 2008.
8. Kessler G. Proliferation Resistance of Americium Originating from Spent Irradiated Reactor Fuel of Pressurized Water Reactors, Fast Reactors and Accelerator-Driven Systems with Different Fuel Cycle Options. // Nuclear Science & Engineering. – 2008. – Vol. 159. – PP. 56-82.
9. Kessler G. Proliferation-Proof Uranium. Plutonium Fuel Cycles. / Safeguards and Non-Proliferation. KIT Scientific Publishing, Germany, 2011.
10. Куликов Е.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Куликов Г.Г. Расчетные модели для количественной оценки защищенности делящихся материалов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2010. – № 2. – С. 184-195.
11. Kulikov E., Shmelev A., Apse V., Kulikov G. Mathematical models for quantitative evaluation of fissionable materials proliferation protection. American Nuclear Society. IV-th Topical Meeting on Advances in Nuclear Fuel Management 2009 (ANFM IV). – Hilton Head Island, South Carolina, USA, April 12-15, 2009.
12. Электронный ресурс: https://en.wikipedia.org/wiki/Composition_B (дата доступа 11 апр. 2017).
13. Электронный ресурс: https://en.wikipedia.org/wiki/Baratol (дата доступа 11 апр. 2017).
14. Электронный ресурс: https://en.wikipedia.org/wiki/Polymer-bonded_explosive (дата доступа 11 апр. 2017).
15. Электронный ресурс: https://en.wikipedia.org/wiki/PBX (дата доступа 11 апр. 2017).
16. Манелис Г.Б., Назин Г.М., Рубцов Ю.И., Струнин В.А. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов. – М.: Наука, 1996. – 224 с.
17. Доктор Хан: ядерный контрабандист прервал затянувшееся молчание. // Интернет-журнал AtomInfo.ru, 10.09.2009. Электронный ресурс: http://www.atominfo.ru/news/air7423.htm (дата доступа 22 окт. 2016).
18. Ядерное нераспространение: Учебное пособие для ВУЗов. В 2-х томах. Т. 1. / Под общ. ред. В.А. Орлова. – М.: ПИР-Центр, 2002. 528 с.
19. Stiller W. Arrhenius Equation and Non-Equilibrium Kinetics. 100 Years of the Arrhenius Equation. – Leipzig: BSB B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, 1989.
20. Плутоний. Фундаментальные проблемы. Т. 2. Пер. с англ. / Под ред. д.ф.-м. н. Б.А. Надыкто и к.т.н. Л.Ф. Тимофеевой. – Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2003.

плутоний плутоний 238 защищенность от распространения ядерное взрывное устройство взрывчатое вещество криогенные температуры

Ссылка для цитирования статьи: Куликов Е.Г., Куликов Г.Г., Апсэ В.А., Шмелев А.Н., Гераскин Н.И. Расчетная модель и физико- технические факторы, определяющие защищенность плутония. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 1. – С. 23-32. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.1.03 .