Украинский атомный проект
Тут на неделе начали обсуждать намек Зеленского о принципиальной возможности создать атомную бомбу для Украины. Решил прикинуть для себя насколько это реалистично и что ему для этого понадобится.
По большому счету для создания ЯО и ТЯО нужно всего две вещи -
- Специальные знания
- Делящиеся материалы
В силу того что в советские годы Украина безусловно была одним из центров по разработке советского ядерного оружия. то бытует мнение что с первым у Украины все будет автоматически просто, но на мой взгляд это некоторое преувеличение. Людям которые работали в СССР над ЯО сейчас уже за 60, да и в памяти можно удержать далеко не все. Но очевидно и то что технологии доступные Северной Корее будут вполне доступны и Украине. Вопрос упирается исключительно в потребное на отработку проекта время, которое вероятно составит от 4-6 месяцев до 2-3 лет.
А вот с делящимися матералами у Украины все очень и очень непросто. В природе существует всего два материала практически пригодных для создания ЯО - это уран и плутоний. При этом из изотопов урана подходят лишь U-233 и U-235 а из изотопов плутония - Pu-239 и Pu-241. В природе U-235 встречается лишь в виде небольшой примеси к U-238 который для создания атомного оружия не подходит и разделить эти два изотопа очень сложно. Это требует создания специального завода по разделению в котором используются довольно специфичные и строго контролируемые технологии. Это путь требующий по меньшей мере нескольких лет работы и при этом довольно заметный
Остальные 3 изотопа не встречаются в природе, но могут производиться на ядерных реакторах. Из хороших для Украины новостей - такие реакторы у нее есть и даже в промышленных количествах. Из плохих - все эти реакторы контролируются МАГАТЭ и плохо подходят для производства материалов пригодных для ядерного оружия.
Давайте пройдемся здесь по возможным путям.
Pu-241 можно сразу списать со счетов - он производится в реакторах в незначительных количествах как побочный продукт из Pu-239.
U-233 производится путем облучения в реакторах тория. Природный торий дешев, широко доступен и является практически чистым изотопом Th-232. Так что берем химически очищенный торий, делаем из него стержни без примесей урана, загружаем в реактор, ждем некоторое время, затем вытаскиваем и химическим путем отделяем образовавшийся уран который будет смесью из U-233 и намного меньшего количества U-232, U-234 и U-235. Полученный материал пригоден для изготовления атомной бомбы, причем очень компактной, надежной и конструктивно простой. США одно время рассматривали его как интересный оружейный вариант и по слухам даже накопили пару тонн. Однако на практике его применение не зашло дальше нескольких экспериментов, так что оценить насколько он эффективен довольно сложно. Из известных проблем с U-233 является то что материал полученный в реакторе является сильно радиоактивным из-за сложно отделяемых примесей U-232, что здорово затрудняет любую работу с ним. Кроме того создание U-233 в Украине потребует создания специальных ториевых стержней (что является не быстрым процесом), загрузка этих стержней в реактор наверняка привлечет к себе внимание, да и время потребное на наработку достаточного количества U-233 будет исчисляться как минимум месяцами.
Pu-239 производится путем облучения в реакторах урана, а точнее говоря его изотопа U-238. Причем во всех существующих ныне реакторах этого U-238 находится целый вагон в составе ядерного топлива, так что практически любой атомный реактор автоматически производит Pu-239 в товарных количествах просто как побочный продукт своей нормальной работы, что естественно делает его весьма привлекательным материалом для создания атомного оружия. Берем обычное атомное топливо отработавшее свой срок в ядерном реакторе (т.е. по сути ядерные отходы), химическим путем отделяем плутоний (его там в среднем около 1% по массе относительно урана) - и вуаля! Материал для атомной бомбы готов! Или нет?
Проблема с Pu-239 состоит в том что пока этот изотоп плутония остается в атомном реакторе, то он медленно превращается в другой изотоп плутония, Pu-240 (а тот потом превращается дальше в Pu-241). В итоге плутоний выделенный из ОЯТ (отработанного ядерного топлива) является смесью Pu-239, Pu-240 и Pu-241 которые разделить еще сложнее чем отделить U-235 от U-238. И если плутоний-241 ничем не мешает ядерному оружию, то у Pu-240 есть весьма неприятная для его создателей особенность - он является мощным источником нейтронов.
Любое ядерное оружие в ходе своего срабатывания проходит через стадию т.н. «сборки» когда делящийся материал переводится из безопасного стабильного состояния в критическое. Попадание нейтрона в материал уже находящийся в критическом состоянии «поджигает» его - запускает самоподдерживающуюся цепную реакцию, поэтому «поджигающий» источник нейтронов является важным элементом любой атомной бомбы. Казалось бы что особенности Pu-240 здесь должны только помогать, но есть ньюанс - попадание нейрона в материал который является почти критическим приводит к неприятной «вспышке» которая гаснет, но успевает сильно нагреть материал. А любая бомба неизбежно проходит через этот этап до того как стать критической. Если мы будем «собирать» бомбу «слишком медленно», то процесс разогрева может привеси к тому что делящийся материал нагреется до десятков тысяч градусов и испарится еще до того как станет критическим. Поэтому сборку во всех ныне существующих атомных бомбах проводят мощным взрывом который сводит время «сборки» к минимуму. Однако сильные источники нейтронов типа Pu-240 резко усиливают энерговыделение в ходе «сборки» и соответственно делают ее крайне проблематичной. Соответственно чем больше Pu-240 в делящемся материале - тем быстрее должна происходить сборка. Свыше некоторого процента Pu-240 требования к скорости сборки возрастают настолько что она становится невозможной с использованием даже самой мощной взрывчатки. Для коммерческих реакторов это делает плутоний выделенный из ОЯТ бесполезным для создания ЯО.
Как же тогла плутоний получают для ЯО военные? Секрет состоит в том чтобы не давать Pu-239 задерживаться в реакторе. Скорость «производства» в реакторе Pu-240 прямо пропорциональна количеству Pu-239, соответственно если Pu-239 мало, то и Pu-240 производится тоже мало. Скорость же производства Pu-239 пропорциональна количеству U-238 которого мы можем туда погрузить очень много. Фактически это приводит к тому что количество Pu-239 в реакторе поначалу растет линейно со временем, а количество Pu-240 - квадратично; соотношение Pu-240 / Pu-239 соответственно увеличивается со временем линейно. Чтобы получить оружейный плутоний стержни из урана-238 надо держать в реакторе не дольше нескольких недель, вынимая их из реактора задолго до того как топливо в них «выгорит». При этом количество получаемого за один заход чистого плутония невелико (это вам не 1% в обычном ОЯТ), а в большистве современных реакторов извлечение стержня требует остановки, остывания и разборки реакторной установки что и долго и неудобно. Чтобы эту проблему обойти военные используют специальные реакторы где стержни можно заменять гораздо быстрее обычного и нередко делать это без полной остановки реактора. Из советских примеров классическим в этом плане является печально известный реактор РБМК который специально был спроектирован так чтобы допускать перегрузку стержней без остановки реактора и загружать их в большом количестве. Но единственные реакторы типа РБМК в Украине находятся в Чернобыле и давным-давно остановлены, а специальных «военных» реакторов у нее просто нет. На остальных же украинских реакторах получение оружейного плутония крайне затруднено и невозможно без привлечения к себе внимания. На этом собственно и держится вся ныне существующая система по контролю за распространением ядерного оружия: запрет на ядерные реакторы пригодные для производства оружейного плутония и контроль за тем что в реактор грузится и из него изымается.
Но... в этом месте нужно сделать важную оговорку: проблема с источниками нейтронов не является уникальной для Pu-240. С началом создания противоракетных систем обороны в 60х было предложено уничтожать атомные боеголовки специальными нейтронными бомбами установленными на противоракетах. Мощный поток нейтронов создаваемый подобной бомбой невозможно экранировать, а проходя через делящийся в материал в боеголовке противника он создает в ней некоторое количество радиоактивных веществ, среди которых будут мощные источники нейтронов (включая тот самый Pu-240). Фактически взрывая такую бомбу на противоракете мы как бы помещаем на некоторое время боеголовку противника в атомный реактор. «Отравленная» таким образом боеголовка уже не сможет нормально взорваться. Кроме того нейтроны нагревающие делящийся материал в ходе «сборки» - это случайный процесс. Из-за этого результат «сборки» получается непредсказуемым: иногда бомба взрывается с мощностью 20% от номинальной, иногда с мощностью 200%. Поэтому с момента появления первых атомных бомб физики вели исследования направленные на поиск вариантов которые позволяли бы эффективно «собирать» бомбу даже при наличии мощного потока нейтронов. И по известным данным к 70м годам нашли их. По очевидным причинам все подробности являются засекреченными ноу-хау, но есть мнение что при правильном дизайне ядерного устройства в нем все-таки можно использовать плутоний полученный из ОЯТ. Это сложно, это сильно снижает мощность устройства и ухудшает его надежность по сравнению с оружейным плутонием, но это не полностью невозможно.
Я встречал мнение что любой процесс производства плутония из ОЯТ не останется незамеченным. Мне кажется это преувеличением. Для производства одной атомной бомбы по известным источникам нужно порядка 6 кг плутония. Этот объем с запасом можно выделить из всего 1 тонны ОЯТ. Это всего три отработавшие топливные кассеты ВВЭР, а их у Украины накоплены десятки тысяч. Все они конечно контролируются, но возможность незаметно утащить несколько единиц мне не представляется чем-то невозможным.
Тогда что же? Украина может легко создать себе ЯО? Тут опять таки есть ньюанс. ОЯТ называются «ядерными отходами» не просто так - они сильно радиоактивны из-за чего работать с ними и как-то их переиспользовать сложно. Обычный химический процесс по очистке плутония (PUREX) сам по себе не очень сложен технически, но все используемое в нем оборудование становится радиоактивным + на выходе помимо плутония мы имеем кучу жидких радиоактивных отходов. Обычно это означает что под это дело строится здоровенный завод рассчитанный на крупномасштабное производство с довольно сложными системами защиты и очистки. Строительство такого завода вряд ли останется незамеченным, да и по времени займет много.
Тупик для Украины? Нууу.... опять же не совсем. Небольшое производство + люди готовые рискнуть здоровьем и работать с минимумом защиты несмотря на радиацию дает вполне реалистичную возможность произвести несколько плутониевых зарядов в год оставаясь при этом незамеченными.
Если просуммировать все вышесказанное - Украина на мой взгляд имеет вполне реалистичную возможность произвести ЯО где-то наверное за полгода, но это не будет простым процессом и результат с первой попытки ей отнюдь не гарантирован. Кроме того этот процесс ей будет довольно непросто (хотя и не полностью невозможно) скрывать от МАГАТЭ. При этом наиболее надежные и эффективные пути для получения ЯО являются и легче всего поддающимися обнаружению.
ИМХО основных сдерживающих факторов для Украины сейчас два:
- Отсутствие эффективных «средств доставки» для ядерного боеприпаса который на первых порах скорее всего будет немаленьким и массивным
- Трудности в сокрытии атомного проекта от Запада, в помощи которого Украина сильно нуждается
Но чем больше проходит времени и чем менее удачно развивается для Украины военная кампания - тем привлекательнее становится создание ЯО.