Visz a víz sodor - Plutónium- 239 – es előállítása

2014.06.04 19:10

 

Kiemelt..

Church of God - A Sátán zsinagógája és a Születési jog áldásai

Szíriai hírek - Szíria elnöke a amerikai és nyugati vezetőkről

Eseményhorizont - Energia szökőkutak Kunhalmokon


 

Előzmény..

Maga a valóság - A sötét oldal

 

 

Kapcsolódó link..

Hajnalhasadás - Sugárzás és hazatérés

MAGYAR MÉRFÖLDKÖVEK a tudomány felé vezető úton - vitéz Hamvas J. József írása

Alkímia a testben - Alkímia a tudományban

PI Klub - Az időjárásra is lecsap az állam

Kisérletek tudatunk ellopására és kedélyállapotunk átverésére

A legerősebb lézer új rekordja

ÉG-bOlt

 

 

 

1939 augusztus 2-án, Albert Einstein levelet küldött Franklin D. Roosevelt amerikai elnöknek. A levélben arról tájékoztatták az Elnököt, hogy az uránium elem a közeljövőben új, fontos energiaforrássá válhat, mivel nagy tömeg urániumban lehetséges nukleáris láncreakciót megvalósítani.


 
A láncreakcióra 1934-ben Szilárd Leó jelentett be szabadalmat. Rájöttek arra, hogy ha az atommagokat neutronnal bombázzákakkor azok befogják - főleg a lassú - neutronokat. Így az atom tömegszáma eggyel nő, a rendszáma marad, tehátugyan annak az elemnek egy izotópja keletkezik, ami instabil: a neutron protonná és elektronná bomlik. Az elektron béta-részecske alakjában távozikHa az urán magját (92 proton, 146 neutron) bombázzák neutronnal, akkor egy új - instabil -elem a neptúnium (1939-ben mutatták ki a létezését) keletkezik, ami egy béta részecske leadásával nagyobb rendszámú, mesterséges elemmé,plutóniummá alakul. (94 proton 145 neutron.) A plutóniumot 1941-ben mutatták ki.
Otto Hahn vette észre, hogy még bárium és kripton is keletkezik a folyamatban,és ezek rendszámának összege (56 36=92) pontosan megegyezik az uránéval.Tehát az uránmag kettéhasadt és két hasadványtermék keletkezett. Közben felszabadult 200 MeV energia és több neutron is keletkezett, azaz láncreakció jött létre. Hasításra azonban csak az urán 235-ös rendszámú izotópja volt hajlamos, amiből a természetes uránban csak 0,7% van, a többi 238-as izotóp, ami nem hasadt.
Az új elem, a plutónium 239-es izotópja, szintén alkalmas volt a láncreakció létrehozására.
1942-ben Chicagóban Szilárd és Fermi vezetésével beindítják az első szabályozott láncreakciót - az atommáglyát. Ez grafittéglákból és kadmium rudakból állt. Agrafit összetartotta és lelasította (moderálta) a neutronokat, a kadmium pedig elnyelte (szabályozta) őket. Ez volt az első atomreaktor, amire Enrico Fermi és Szilárd Leó kapott szabadalmat.
Mi történik akkor, ha nem szabályozzák, nem állítják meg a láncreakciót? - Óriási energia szabadulhat fel igen rövid időn belül, tehát a láncreakció alkalmas bomba készítésére.
Történelmi tény, hogy több magyar származású tudós működött közre abban, hogy elkezdődjön az atombomba gyártása. Ez Amerikában elnöki segítség nélkül elképzelhetetlen lett volna .
Teller Ede volt az, aki kitalálta, hogy ha el akarnak juttatni az amerikai elnökhöz egy levelet, akkor azt Einsteinnek kell megírnia, mert így biztosan vevő lesz rá az elnök. Végül a levél elkészült és Alexander Sachs bankár segítségével célhoz is ért. A tényleges levelet Einstein diktálta németül, Wigner fordította angolra, és az általa fordított változat maradt fönn. A levélben összefoglalta az atomkutatás eredményeit és lehetőségeit. Javasolta az atombomba gyártás megkezdését, a láncreakció elvének gyakorlati továbbfejlesztését. A bomba elkészítéséhez a tudósok és az ipar összefogására, továbbá pénzre, és uránra volt szükség. Abban az időben Csehszlovákiában és Belga Kongóban voltak jeleltős uránkészletek. A tudósok felhívták a figyelmet arra, hogy a belga kongói uránt a németek is megkaparinthatják. Wigner Jenő emlékeztette Einsteint, hogy ő egyszer már találkozott a belga királynővel. Erre Einstein Long Islandból írt a belga királynőnek is egy figyelmeztető levelet urán témában. Roosevelt elnök Einstein levelének hatására konferenciát hívott össze a Szabványügyi Hivatalban, ahol a maghasadás katonai felhasználhatóságáról tárgyaltak és megalakították az Uránium Bizottságot amely rögtön elő is irányzott 6000 dollárt az atomprogram elindítására. A bizottság az első időkben igyekezett a külföldi tagjait amerikai születésűekre cserélni, így lecserélték Wignert, Tellert, Szilárdot és Enrico Fermit is. 1940-ben azonban a kisérletek felelős vezetőjéül Fermit nevezték ki. 1941-ben már az atombomba elkészítéséről is döntöttek, de az igazi munka csak a Pearl Harbor-i japán támadás után indult be. Elkezdték az "atombomba előállítására irányuló maximális erőfeszítések" megtételét. A tudósok megkapták a beígért 6000 dollárt is, amiből megvásárolhatták a szükséges grafit mennyiséget.
A kutatás központja a Chicagói Egyetem Metallurgiai Laboratóriuma lett. A tudományos vezető Arthur H. Compton, a katonai vezető pedig Leslie R. Groves vezérőrnagy volt. Oak Ridgeben az urán 235-ös, Hanfordban pedig a plutónium 239-es izotópját állították elő.
 
                                                Hanfordi reaktor sémája

 
Az első atombombák (később a szovjet és az angoloké is) töltete plutónium volt. Ennek az a magyarázata, hogy a plutóniumot egyszerűbb és gyorsabb -negyven, negyvenöt nap besugárzás - volt előállítani a reaktorban,mint a 235-ös izotópban magasan dúsított uránt a bonyolúlt és időigényes gázdiffúziós, vagy centrifugás dúsítókban. A plutónium-239 izotóp legegyszerűbben úgy hozható létre, hogy az urán nehezebb izotópja, az urán-238 atommagja befog egy neutront, majd két lépésben plutónium-239 atommaggá alakul át.
A mai energiatermelő vagy kísérleti atomreaktorok üzemanyagában túlnyomórészt urán-238 izotópok vannak. Az urán-235 hasadása során felszabaduló neutronok egy részét az urán-238 magok befogják, és plutóniummá alakulnak át. Az atomerőmű típusától függ, hogy ez az átalakulási folyamat milyen mértékben megy végbe. Egyes reaktortípusokat kifejezetten plutónium gyártására fejlesztettek ki. Ilyen például a természetes uránnal, grafit-szabályozókkal üzemelő reaktortípus. Ha a fűtőelemeket nem távolítják el elég korán, vagyis üzemszerűen, békés céllal használják a reaktort, akkor a keletkező Pu-239 folyamatosan Pu-240-né alakul, így a kiégett fűtőelemekben lévő Pu-239-tartalom túl szennyezett lesz. A katonai célú plutónium csak legfeljebb 7%-ban tartalmaz Pu-240-et, ideális esetben pedig csupán 2-3%-ot. A civil reaktorokból kikerülő plutónium azonban akár 20%-nál is több Pu-240-plutónium-izotópot tartalmazhat.

 

 
Hanford-i üzemanyag

 
Az amerikai fegyveriparnak három központja alakult ki: a Washington államban lévő Hanford, 60 ezres barakkvárossal, a Tennessee államban lévő Oak Ridge és az Új-Mexikó államban, Santa Fétől 50 kilóméterre lévő Los Alamos, amelyet 1943-ban - kizárólag az atombomba előállítására - hoztak létre. A nukleáris telephelyeket úgy választották ki, hogy azok jól elkülöníthetők és védhetők legyenek, ugyanakkor az energiaellátásuk is biztosítva legyen. Például a hanfordi telep egy sivatagi medencében, a Columbia folyó mentén lett felépítve. Hanfordban 1944. szeptember 26-án indult el az első - jelentős teljesítményű - plutónium termelésére alkalmas reaktor: a "B Pile". Ennek felépítése hasonló volt a chicagói atommáglyáéhoz, de itt már gondoskodni kellett a hűtésről is.
Ezt a zónán keresztül másodpercenként 5 köbméter víz áramoltatásával oldották meg, Wigner Jenő javaslatára. A reaktort DuPont építette Wigner és csoportja tervei szerint. A neutronokat lassító moderátor szerepét 1200 tonna szupertisztaságú grafit töltötte be. A töltetet 200 tonna fémurán alkotta. A "B Pile" 250 MW teljesítménnyel üzemelt és egy hónap alatt kb. 6 kg plutóniumot termelt.
 
B Pile

 
"Hanford volt Wigner mérnöki tevékenységének koronája, és ez egymagában elegendő bizonyíték arra az állításomra, hogy ő volt az első nukleáris mérnök, vagy e szakma megalapítója." - mondta Wigner Jenőről Alvin Weinberger. (Alvin Weinberger, Wignerrel együtt - többek között - az Oak Ridgei Nemzeti Laboratórium igazgatói is voltak.)
Wigner tervezett egy víz-hűtéses, víz-moderátoros átalakítót isamely lehetővé tette, hogy a hasadó plutóniumból kiszabaduló neutronok a tóriumot urán-233-rá alakítsák át, ezzel ő lett a mai kutató-reaktorok, tengerészeti reaktorok és atomerőművek "nagyapja".
1945-ben három atombombát készítettek az USA-ban. Ebből kettő plutónium töltetű, egy pedig urán 235-ös volt. Az első atombomba, amit Alamogordoban robbantotak fel, plutónium bomba volt. Működésbe hozatala szerint a második bomba, a "Little Boy", urántöltetű volt és 1945. augusztus 6-án, helyi idő szerint 8 óra 15 perckor robbant Hirosima felett. A harmadik a "Fat Man" az első bombához hasonlóan plutónium bomba volt és bevetését már semmi sem indokolta. Mégis három nap múlva, augusztus 9-én, 11 óra 02 perckor Nagaszakit atomtámadás érte...A második atombomba bevetésének valójában már politikai okai voltak. Truman így akarta Sztálin tudtára adni Potsdamban, hogy az amerikaiaknak több bombájuk is van. A két támadásban közel 150 000 ember azonnal meghalt, több tízezer pedig a sugárzás következtében később halt meg, vagy szenvedett maradandó károsodást.)

 
Little Boy

 
Fat Man


Honnan volt az USA-nak annyi uránja, hogy bombát tudtak készíteni?

Jacques Vanderlinden professzor a Brüsszeli Szabadegyetem történelem szakos tanára 2004-ben közzétette, (The Mainichi Newspapers, 2004. augusztus 5.i szám.) hogy az általa megtalált iratok alapján bizonyítható, hogy a Japánra ledobott atombombákhoz szükséges uránium 75%-ban Belga-USA titkos szerződés alapján került Kongóból az USA-ba. A fuvarokmányokon az uránium oxid "Q-11" a rádium "K-65" néven szerepelt. A II. Világháború kezdetéig a Belga Kongóban 30 000 tonna körüli uránércet bányásztak ki, ennek az értéke 100 millió dollár volt.
Az USA egyik vezérkari főnöke, William D. Leahy légi admirális szerint "Ennek a barbárbár fegyvernek alkalmazása Hirosimában és Nagaszakiban nem volt lényeges segítség a Japán elleni háborúnkban. A japánok már majdnem vereséget szenvedtek és készek voltak a fegyverletételre." 1945. május 23-án és 25-én 500-nál több B-29-es nehézbombázó -  mindkét napon -  4500-4500 tonna gyújtó és rombolóbombát dobott le Tokióra, óriási pusztítást okozva. Ezt megelőzően 1945 áprilisában és májusában Japán a semleges Svédországon és Portugálián keresztül három kísérletet is tett a háború békés befejezésére.
Ma, szinte kivétel nélkül azt tanítják az iskolákban, azt láthatjuk a történelmi témájú filmekben, hogy az atombomba "milliók életét mentette meg", mert elősegítette a háború gyors befejezését. A csendes-óceáni térségben harcoló amerikai és szövetséges katonák bizonyára így is érezték, hálát adva Istennek, hogy nem kell tovább harcolniuk a fanatikus japcsikkal. Az igazságot - ötven év távlatából nézve - jobban megközelítik Edward Stettinius külügyminiszter szavai, amelyeket 1945 májusában mondott az ENSZ alapító okiratának aláírásakor, egy magánbeszélgetésen:
 
"Ha Japán kilép a háborúból, nem lesz olyan élő népesség, amelyen kipróbálhatjuk a bombát."
John Foster Dulles reagálása ez volt:
"Tartsuk Japánt háborúban három hónapig és bevetjük a bombát a városaikra. A háborút úgy fogjuk befejezni, hogy a világ összes népe rettegni fog tőlünk és engedelmeskedi fog az akaratunknak." ("Elhallgatott történelem -  Japán bombázása a második világháborúban." AustraliaFreePress.org)

 
A plutónium előállítása valamivel egyszerűbb. Az U-238 neutronbesugárzásra Pu-239-cé alakul. A nukleáris reaktorokban ez a folyamat állandó, de ez az anyag újabb neutron hatására Pu-240-né alakul tovább, amely már elvileg nem használható nukleáris robbanótöltetbe, mivel a Pu-240 túl sok neutront szabadít fel spontán. Ahhoz, hogy a kinyerhető anyag ne legyen túl szennyezett, a reaktorból viszonylag rövid idő alatt el kell távolítani a Pu-239-et tartalmazó fűtőrudat, melyből kémiai úton kivonható a szükséges izotóp.

Ha a fűtőelemeket nem távolítják el, vagyis üzemszerűen, békés céllal használják a reaktort, akkor a keletkező Pu-239 folyamatosan Pu-240-né alakul, így a kiégett fűtőelemekben lévő Pu-239-tartalom túl szennyezett lesz. A katonai célú plutónium csak legfeljebb 7%-ban tartalmaz Pu-240-et, ideális esetben pedig csupán 2-3%-ot. A civil reaktorokból kikerülő plutónium azonban akár 20%-nál is több Pu-240-plutónium-izotópot tartalmazhat.

 


Az X-10 plutóniumgyártó kísérleti reaktor 1943-ban

Noha az általános vélemény az, hogy ez a plutónium nem használható atomfegyverben, ezt némi kétkedéssel kell fogadnunk. Anglia 1953-ban egy kísérleti atombombát robbantott fel, a Totem I-et, ami hagyományos nukleáris reaktorból kikerült plutóniumból készült. Legalább 17%-os volt a Pu-240 tartalma, célja pedig pont az volt, hogy tapasztalatokat gyűjtsenek a Pu-240 szennyezésről. India legalább egy kis robbanóerejű kisérleti töltetett robbantott fel, amely civil nukleáris reaktorból származó plutóminot használt.

Egy 11 cm átmérőjű, 5,3kg-os,
99,96%-os tisztaságú Pu-239-gyűrű

Ugyan kétségkívűl nem ideális az ilyen kiégett civil reaktor-fűtőanyagból származó plutónium egy nukleáris fegyver létrehozására, de a jelek szerint korántsem lehetetlen. A nagyhatalmak általában speciális reaktorokat használtak, melyek feladata kifejezetten a Pu-239 előállítása volt, de mára ezek jó részét leállították, mivel egyfelől kevés új plutónium fegyver készül, ráadásul a nukleáris leszerelés miatt sok bombát szétszereltek, amelyekből szintén jelentős mennyiségű plutónium került a raktárakba. A mai napig mintegy 300 tonna katonai célú plutóniumot gyártottak, az USA mintegy 100 tonnát, Szovjetunió/Oroszország körülbelül 180 tonnát, Franciaország, Anglia és Kína pedig 12 tonna körül. 

A bomba alapvető működése

Adva van tehát a szükséges mennyiségű U-235 vagy Pu-239 hasadóanyagunk. De hogyan fogjuk elérni, hogy rövid idő alatt megfusson a reakció? Ez két fő eljárással valósítható meg. Az elsőnél két vagy több, a kritikus tömegnél kisebb anyagmennyiséget robbanótöltetekkel összelöknek, amihez általában plusz neutronforrást is biztosítanak, hogy a láncreakció garantáltan beinduljon. A hirtelen megfutó reakciót a gyors neutronok hozzák létre. Rövid idő alatt hatalmas energiák szabadulnak fel, és a másodperc milliomod része alatt több millió fokos hőmérséklet keletkezik.
 

 
Ez az eljárás egyszerű, és a hatása sem kérdéses. Ilyen elven működött a Little Boy, amit Hirosimára dobtak le 1945 augusztusában. Azonban ez az eljárás csak U-235 esetén működhet, Pu-239 esetén nem, mivel abból nagyobb számban szabadulnak fel spontán neutronok, és a láncreakció által keletkező hő egyszerűen szétvetné a bombát, mielőtt a részek megfelelően egybeérnének, és kellően reaktívvá válna. Ennek a problémának a megoldására dolgozták ki a berobbantásnak nevezett megoldást.

Itt a reakcióanyag egy üreges gömb (de egyes bombáknál később állítólag áttértek az amerikai focilabdára emlékeztető alakra), amely körül robbanóanyag van. A robbanóanyagnak igen rövid idő alatt kell a Pu-239-et egyetlen pontba összenyomnia. A hirtelen felületcsökkenés (ahol a keletkező neutronok megszökhetnek) és a megnőtt sűrűség miatt szuperkritikussá válik az anyag. A reakció megindulását itt is egy neutronforrás biztosítja, és egy U-238- vagy berilliumtükör veszi körbe a plutóniummagot, amely nagyban javítja a fegyver hatásfokát.
 

 
A modern, összetett berobbantási módszerekkel hatásosan lehet csökkenteni a szükséges reakcióanyag mennyiségét. Amíg egy tiszta Pu-239 hasadóanyag kritikus tömege gömb formában mintegy 10 kg körüli, berobbantásos eljárással ez 4 kg-ra, a fejlettebb berobbantásos megoldásokkal pedig egyes becslések szerint akár 1-2 kg-ra is lecsökkenthető. A berobbantásos eljárás használható az U-235-bombáknál is, ahol a kritikus tömeg mintegy 15 kg-ra csökkenthető le.

http://viszavzsodor.blogspot.hu/2014/05/plutonium-239-es-eloallitasa.html