Температура плавления - 641 град. Цельсия, кипения - 3222 град цельсия. При комнатной температуре предпочитает существовать в так называемой альфа-фазе, имеющей плотность 19,84 грамм/куб.см.
При застывании из расплава последовательно проходит шесть фазовых переходов, а именно:
жидкий ( >641 град Цельсия) - плотность 16,65 г/куб.см
Эпсилон (641-476 --"--) - --"-- 17,0 --"--
Дельта (ГЦК решётка)/дельта прим (ОЦ тетрагональная) (476-319 --"--) - --"-- 15,9 --"--
Гамма (319-206 --"--) - --"-- 17,2 --"--
Бета (206-122 --"--) - --"-- 17,8 --"--
Альфа ( < 122 --"--) - --"-- 19,84 --"--
Все модификации имеют исключительно высокий коэффициент температурного расширения, за исключением дельта-фазы (плутоний в дельта-фазе - это единственный известный науке металл, сжимающийся при нагревании).
Жутко пирофорен, посему любые изделия из него либо должны быть пассивированы (наращиванием защитной плёнки окисла в атмосфере сухого инертного газа со следами кислорода), либо никелированы. "На предмет самовозгорания" (ц)...
Всего в количествах, достаточных для того, чтобы обмерить всяческие интересные свойства на настоящий момент получены 15 изотопов плутония (а один из них, после того, как сняли его спектр (читай: точно узнали, что искать в природных минералах) - так даже найден в природе вне месторождений урана (т.е. имеет реликтовое происхождение), а именно: самый долгоживущий, Pu-244, с периодом полураспада 80 млн. лет - в цериевых рудах с Ильменского месторождения (Урал)). Но более-менее значимы для бомбоделия только четыре из них:
Изотоп Период полураспада Тип распада (преимущественно) Во что распадается
Pu238 -> (86 лет, альфа) -> U234
Pu239 -> (24 360 лет, альфа) -> U235
Pu240 -> (6580 лет, альфа) -> U236
Pu241 -> (11,5 лет, бета) -> Am241
Чем каждый славен:
238. Ключевое свойство - 1,1 млн делений/сек*кг. Посему во первых при минимальном отсутствии пригляда и теплоотвода норовит расплавиться (что при тепловыделении 576 вт/кг странным назвать отнюдь нельзя), а во вторых - светится не только альфа-частицами, но и нейтронами. Получается в реакторе многократным захватом нейтронов ядрами урана-235 с последующим бета-распадом продукта захвата. Удельная активность 17,5 кюри/грамм, в наиболее поганых для бомбоделов случаях содержится в реакторном плутонии в количестве до 1% от общей массы (а в среднем - так и вообще 0,05%), изводится методом правильного подбора спектра облучающих нейтронов, поскольку для 235-го и 238-го урана спектры захвата разные (для 238-го он существенно резонансный). Насколько вреден в плутонии, предназначенном для изготовления БЧ - настолько же идеален для всяческих плутоний-бериллиевых нейтронных источников в научной практике.
239. Кто сказал "ядрёна бонба" - тот сказал Pu-239, и наоборот. Получается из урана-238 захватом одного нейтрона и двумя последовательными бета-распадами. Активность - 61,5 милликюри/грамм (то есть в 16 раз меньше, чем у радия), причём излучение - практически чистая альфа, т.е. легко задерживается теми микронами никеля, которые присутствуют на деталях бонбы, изготовленных из оного. Тепловыделение - 1,92 вт/кг, т.е. примерно такое же, как у взрослого человека, выполняющего работу средней тяжести. Посему все детали, выполненные из него на ощупь - ощутимо тёплые. Получается в реакторах, в результате захвата ядром U-238 нейтрона и двух последующих бета-распадов: U-239 -> Np-239 (T1/2 = 58 мин.) и Np-239 -> Pu-239 (T1/2 = 59,6 час.)
240. Кто сказал Pu-240 - тот сказал "ППЦ нет ядрёной бонбе" (ну или если одним словом - то "шипучка"). Основная причина всяческих многоразличных неполадок в ядрёных бонбах. Активность - 227 милликюри/грамм, скорость спонтанного деления - 415 тыс делений/сек*кг (в 42 тыс раз больше, чем у 239-го). Тепловыделение - 7,1 вт/кг. Всего одного процента Pu-240 в заряде достаточно, чтобы обгадить бонбу пушечной схемы (субкритические массы в ней вскипят прежде, чем влипнут друг в друга), и 6,5% - чтообы обгадить имплоз (требуемая скорость обжатия в этом случае превысит возможности химических взрывчаток). Получается в результате захвата нейтрона ядром 239-го. Поскольку для его получения нужно наличие 239-го, то в "свежем" ЯТ накапливается очень медленно, но с увеличением глубины выгорания скорость накопления растёт практически линейно.
241. Полуфабрикат для чернобыльских осадков. Тепловыделение - 3,4 вт/кг, активность 106 кюри/грамм. самый "светящийся" из получаемых в весовых количествах изоотопов. Получается методом захвата 240-м нейтронов, с периодом 11,5 лет бета-распадается в америций-241, который в отличии от всех видов плутония - весьма сильный гамма-излучатель, а гамма воздухом не задерживается (как альфа от всех изотопов плутония). Посему активность загрязнений в том же Чернобыле первые ...надцать лет только росла. До кучи америций выделяет достаточно много тепла (106 вт/кг) и чрезвычайно плохо делится (не забывая поглощать нейтроны, так необходимые для этого). Одним словом, дрянь ещё хуже 240-го, и единственное, что его извиняет - в оружейном плутонии он присутствует в концентрациях как минимум на порядок меньших, чем 240-й (максимум до полупроцента).
Что такое WGPu и RGPu и как получить именно оружейный плутоний
WGPu - это Weapon-Grade Plutonium (ежели по русски - то "оружейный") RGPu - соответственно Reactor-Grade, то бишь "энергетический". На самом деле - смеси 239/240 (ессно плюс "мусор" в лице 238-го и 240 и выше), отличающиеся концентрацией 240-го. Если его меньше 6,5% - то такую смесь ещё можно обжать химической взрывчаткой без предетонации, если больше - то нельзя. Соответственно, всё, что меньше 6,5% - оружейный, всё, что больше - энергетический, и дорога ему одна - фтопку в реактор.
Для того, чтобы получить именно оружейный плутоний - исходное ЯТ необходимо экспонировать в реакторе с одной стороны как можно меньше (чтобы наработанный 239-й не успел нахвататься нейтронов и превратиться в 240-й), а с другой стороны - достаточно, чтобы хоть сколько-нить урана превратилось в плутоний. Так что теоретически, снижая сроки пребывания топлИва в любом реакторе мы вполне свободно можем нарабатывать именно оружейный плутоний. Но... это будет жутко невыгодно и медленно и потребует немеряных количеств исходного топлива. Посему, когда реактор строят специально для получения плутония - как правило играют на том факте, что у чётно-чётных ядер (типа урана-238) спектр захвата нейтронов - существенно резонансный (т.е. с кучей весьма высоких пиков в окрестностях 1,6 МЭв), а спектр захвата у плутония-239 и спектр деления урана-235 - плавный, и в тепловой области существенно более "выскоий", чем всё остальное (например, сечение деления урана тепловыми нейтронами - что-то в районе 580 барн, а сечение захвата их же 238-м - всего 2,3 миллибарна). Посему, если правильно рассчитать размер "таблетки" окиси урана и выпустить в практически не поглощающий нейтроны замедлитель (например, в графит у РБМКов или тяжёлую воду у CANDU) ровно столько нейтронов, сколько нужно для подддержания деления, то остальные нейтроны, не успев "остыть" будут поглощены именно ураном-238 (ибо скорость замедления нейтронов обратно пропроциональна атомному весу среды, и, следовательно, в более лёгком замедлителе "остывают" они на порядки быстрее чем в самой топливной "таблетке"). "Наиграть" на этом можно до одного порядка эффективности.
А почему нельзя обогатить реакторный плутоний до оружейного?
"Ну, Пятачок,не то, чтобы ты совсем не попал... Ты не попал в шарик!" (ц)... То есть, не то, чтобы совсем нельзя, но лучше всё-таки не пробовать...
На самом деле, вопреки общепринятым воззрениям о "необогащаемости", для плутония все методы обогащения остаются в силе, и если максимально точно соблюсти техпроцесс и исключить, например, паразитную диффузию за счёт саморазогрева смеси при газодиффузионном процессе и при центрифугировании (только не спрашивайте, как это реализовать на практике - без мата это не опишешь, а эту тему могут прочитать женщины и дети... ) - то хоть и с меньшей интенсивностью (за счёт того, что между "урановыми" 235 и 238 - три единички массы, а между "плутониевыми" 239 и 240 - одна), но разделение вполне пойдёт. Мало того, за счёт того, что начальная концентрация полезного изотопа будет не 0,7% как для урана, а минимум 60% - отпадут наиболее муторные начальные стадии. Так что для получения из энергетического плутония оружейного необходимая работа разделения будет где-то на пару порядков меньше (то есть, средняя рабочая длина центрифужного каскада может быть эдак раз в сто поменьше, т.е. всего несколько десятков - сотня-другая центрифуг, а для циклотронного обогащения хватит вообще одного прогона, так что на его исключительную энергоёмкость можно в данном случае со спокойной душой наплевать).
Но... всё это придётся делать не с ураном (который даже в металлическом виде практически не "светится" (по крайней мере, пока его в реактор не сунули ), а с только что вынутым из реактора плутонием, некоторые изотопы котрого "светят" на пару порядков сильнее, чем равное им по весу количество радия. Со всеми отсюда вытекающими... И если даже относительно несложное химическое производство обрастая всяческими биозащитами превращается в такого монстра, как завод "Маяк", то легко представить, что в результате произрастёт из даже не слишком крупного центрифужного каскада. Кроме того, риск утечки из центрифуги, имеющей кучу весьма быстровращающихся деталей - несколько выше, чем из кучи толстостенных емкостей, в которых и происходит вся радиохимия, так любимая тем же "Маяком". Так что от этого стараются по возможности воздерживаться, ибо жить хочется всем, а при общении с подобной установкой это ...хм-м... не гарантировано, потому как "убежавший" в окружающую среду плутоний в растворимой форме, попав в человеческий организм, начинает активно мимикрировать под железо (ибо в водных растворах предпочитает находится в степени окисления +4) и в результате попадает куда? Правильно. В костный мозг, печень и кровь (до лёгких, как правило, дело не доходит, они выжигаются окисью плутония, которая нерастворима). Со всеми отсюда вытекающими.
Ладно... А почему тогда именно плутоний, а не относительно безобидный уран? И почему Вы с Добряком то и дело поминаете галлий?
Сначала посмотрим: а как с наибольшим эффектом взорвать ядрёну бонбу? Ясно, что для того, чтобы максимальное количество делящегося материала успело прореагировать - нам надо соорудить закритическую массу как можно быстрее и как можно более "за" - чтобы повысить скорость выгорания и, следовательно процент того, что успеет распасться до того момента, как разлетится по сторонам. Если делать это "пушечным" методом - то КПД такого взрыва будет как у паровоза, т.е. прореагируют в лучшем случае единицы процентов заряда, а groove ("съём", если попытаться на русский перевести) будет явно меньше килотонны с килограмма (и это - при теоретически возможных для плутония 23 килотоннах на кило). Если делать имплозом (implosion, "взрывное обжатие" - звучит коряво, посему как правило пользуются "калькой" с английского) - КПД будет выше, но, увы, не намного. Но... тут мы подходим к одному весьма интересному свойству плутония.... Как известно, критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности среды (что легко получить, посчитав вероятность вылета нейтрона за её границы)... Так вот, как над ураном ни измывайся, обжать его хотя бы процентов на 25 не удастся (точнее, удастся, но для этого понадобится давление в 450 тысяч атмосфер, что всё-таки немножко много даже для тех взрывчаток, которыми предпочитают пользоваться бомбоделы). Но... плутоний, в отличии от урана может пребывать в разных кристаллических решётках, и если бы нам удалось как-то заставить пребывать его в дельта-фазе (которая кроме низкой плотности, отличается ещё и высокой технологичностью - т.е. вязкая, ковкая.и.т.д..., в отличии от альфы, которая по хрупкости приближается к стеклу), а потом разом скомандовать ему превратиться в альфу, которая как раз на ту самую четверть плотнее... Ясно дело, что эта идея пришла господам бомбоделам ровно в тот момент, когда они получили достаточно плутония, чтобы померить его механические характеристики. И после относительно недолгих поисков решение было найдено: надо в плутоний добавить 3-3,5 молярных процента галлия (соответственно, 0,9-1% по массе). При этом он единожды перешедши в процессе отливки деталей из него в дельта-фазу, будет неограниченно долго оставаться в ней даже при комнатной температуре (мало того, такая добавка резко снизит коэффициент объёмного расширения, и можно будет не бояться, что из-за термического изменения размеров плутониевая заготовка своротит остальную весьма прецизионно изготовленную начинку физического пакета). Мало того, при этом автоматически решается вопрос, как "подать сигнал перейти в альфа-фазу": у чистого плутония дельта-фаза не может существовать уже при давлении в 1000 атм, а у стабилизированного галлием... ну, в пару-тройку раз бОльшем... Впрочем, эти тысячи в любом случае лежат в пределах возможностей используемых химических взрывчаток, и такая "передача сигнала" достигается автоматически. В результате этого, образующаяся при обжатии плутониевой заготовки масса сильно более закритична, чем для урана, и в этом случае вполне можно надеяться получить groove до десятка килотонн с килограмма (ну, ессно, при наличии ещё кое-каких ухищрений.., ), а критмассу - в районе единиц килограмм (а не нескольких десятков, как для урана). В результате ЯБЧ на основе плутония вполне можно попихать даже в шестидюймовый гаубичный снаряд. Выглядеть это будет примерно так:
