РЕАКТОР - НАРАБОТЧИК ОРУЖЕЙНОГО ПЛУТОНИЯ

Weapons-Grade Plutonium Production Reactor

Ядерный реактор, специально предназначенный для наработки 239Pu – плутония (Pu) оружейной кондиции, с изотопной чистотой не менее 94% по основному материалу (плутонию).

РНОП обладают следующими характеристиками:

1) используют ядерное топливо с минимальным обогащением по 235U по двум причинам: во-первых, физическая основа наработки 239Pu (захват нейтрона 238U с двумя последующими β-распадами) такова, что обогащение топлива по 235U существенно уменьшает удельную (на единицу тепловой мощности реактора) наработку плутония; вовторых, повышенное обогащение ядерного топлива для РНОП по 235U ведет к увеличению содержания в наработанном плутонии легкого изотопа 238Pu, что для оружейного плутония недопустимо из-за его неблагоприятных ядерно-физических свойств и высокого тепловыделения;

2) работают в режиме «коротких» облучений топлива. Длительность облучения должна быть порядка времени достижения режима насыщения в облучаемом 238U наиболее долгоживущим предшественником 239Pu в цепочке его образования – 239Np (т. е. режима, при котором достигается равенство числа образующихся и распадающихся в единицу времени ядер 239Np). Это происходит по прошествии 6–7 величин его Т1/2 (2,36 дня), т. е. через 15–20 дней после начала облучения. После этого облученное ядерное топливо (в виде уранового блочка) должно быть извлечено из реактора и помещено в бассейн выдержки на такое же (или несколько большее) время, чтобы накопившиеся в блочке продукты захвата нейтронов ядрами 238U (239U и 239Np) распались в 239Pu.

Одновременно выдержка играет важную технологическую роль, значительно уменьшая первоначальную (весьма высокую) активность облученных блочков и облегчая последующее радиохимическое выделение из них плутония.

Совокупность этих требований может быть достигнута лишь в реакторе на тепловых нейтронах, с топливом на естественном или очень низко обогащенном уране (U) и тяжеловодным или графитовым замедлителем, допускающим перегрузку топлива «на ходу» (без снятия с мощности). Такими и являются все известные РНОП. С другой стороны, эти требования обуславливают практическую непригодность для наработки оружейного плутония наиболее распространенного типа энергетических ядерных реакторов – водо-водяных PWR (ВВЭР). Длительное (год и более) время облучения ядерного топлива, характерное для них, резко ухудшает оружейную кондицию нарабатываемого плутония из-за накопления в нем вредных (балластных) изотопов – уже упоминавшегося 238Pu, 240Pu (его наличие в оружейном плутонии не должно превышать приблизительно 6% из-за высокого собственного нейтронного фона, значительного тепловыделения и увеличения критической массы материала) и 241Pu (образующийся при его распаде высокорадиоактивный 241Am существенно усложняет обслуживание ядерного боеприпаса);

3) имеют достаточно высокую тепловую мощность (W), необходимую для наработки промышленного количества оружейного плутония. Для тяжеловодных и графитовых РНОП в штатном режиме эксплуатации наработка оружейного плутония приближенно может быть оценена по формуле P ≈ 1/3 W, где P выражено в кг/год, W – в МВт. Т. е., в случае завершения строительства и запуска в штатную эксплуатацию в Иране тяжеловодного реактора IR-40 мощностью 40 МВт, ежегодно в стране может нарабатываться до 13 кг оружейного плутония.

За годы «холодной войны» в США были построены 14 РНОП, в СССР – 13. В США последний РНОП был выведен из эксплуатации в 1988 г. В России по состоянию на 1 июля 2008 г. в эксплуатации находился один РНОП (Железногорск Красноярского края), ожидающий завершения строительства замещающих его энергетических мощностей на органическом топливе (нарабатываемый в нем плутоний для целей производства ядерного оружия не выделяется).