История Манхэттенского проекта часто игнорирует этап разработки более мощного оружия - "Супер", основанного на термоядерном синтезе дейтерия и трития. Хотя первоначально были созданы атомные бомбы, вскоре водородные бомбы заняли центральное место в ядерных арсеналах.
Для современного двухступенчатого термоядерного боеприпаса, помимо плутония или обогащенного урана, необходимы дейтерий и тритий. Дейтерий легко получить, однако тритий является одним из самых редких элементов, производимых в ядерных реакторах. Весь мировой запас коммерческого трития не превышает 25 килограммов.
Тритий, обладающий периодом полураспада в 12 лет, критически важен для ядерных боеголовок США, требуя постоянного производства для поддержания ядерного сдерживания. Национальная администрация по ядерной безопасности (NNSA) отвечает за создание всех компонентов боеголовок, часто с большим запасом. Учитывая наращивание ядерных арсеналов в России, Китае и Северной Корее, США усиливают свои мощности по производству трития, чтобы обеспечить гибкость в принятии будущих решений относительно своего ядерного арсенала.
Тритий, открытый в 1934 году Эрнестом Резерфордом, имеет ядро из одного протона и двух нейтронов. Физики быстро осознали его потенциал для атомной бомбы. В 1942 году, на встрече по разработке оружия, Эмиль Конопинский предложил использовать тритий для увеличения мощности термоядерного устройства.
Производство трития для ядерного арсенала в США стартовало в 1953 году на реакторе R на площадке Саванна-Ривер. Этот объект стал частью инициативы по разработке водородных бомб, инициированной президентом Трумэном в ответ на угрозу со стороны Советского Союза. На протяжении Холодной войны почти весь тритий производился на пяти реакторах в Саванна-Ривер. Однако к концу 1980-х годов, на фоне снижения напряженности с СССР и после катастрофы на Чернобыле, безопасность этих реакторов вызвала сомнения. К 1988 году все реакторы были закрыты, оставив США без собственного производства трития.
После 15-летнего перерыва, когда потребности в тритии удовлетворялись за счет распаренного оружия, Министерство энергетики США нашло новое решение. Вместо создания дорогостоящего специализированного комплекса было достигнуто соглашение с Tennessee Valley Authority. В настоящее время тритий производится на гражданской атомной электростанции Уоттс-Бар, расположенной между Чаттанугой и Ноксвиллом, без повышения тарифов для потребителей.
Ключевую функцию выполняют поглощающие стержни, производящие тритий. Эти 3,96-метровые трубки, наполненные гранулами лития, устанавливаются в топливные сборки реакторов Уоттс-Бар. Они эффективно поглощают избыточные нейтроны, необходимые для управления ядерной реакцией, одновременно производя тритий.
Разработка этих стержней осуществляется в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Здесь проводятся исследования и инженерные работы, направленные на оптимизацию их производства и понимание работы в реакторе. Экспериментальные капсулы подвергаются облучению в реакторе Национальной лаборатории Айдахо, а материалы для стержней поставляются различными частными компаниями по всей стране.
Изготовленные стержни помещаются в реакторы Уоттс-Бар на срок 18 месяцев. После этого коммерческий поставщик отправляет облученные стержни на объект Саванна Ривер, где происходит извлечение и очистка трития для нужд национальной безопасности, включая системы газопередачи в ядерных боеголовках.
Первый сбор трития в 2007 году составил лишь 223 грамма. Для удовлетворения растущих потребностей к 2025 году планировалось достигнуть производства 2800 граммов трития за 18-месячный цикл, но впоследствии цель была поднята до 3300 граммов к 2027 году. Инженерные усовершенствования позволили достичь этих показателей раньше запланированного. Ожидается, что к весне 2025 года объем урожая трития составит примерно 3400 граммов.
Процесс производства трития зависит от множества факторов, таких как количество стержней, их размещение и метод извлечения. Увеличение числа стержней является наиболее эффективным способом повышения выхода трития, однако это требует изменения обогащения урана и пропорции стержней к топливным сборкам. Основная цель — обеспечить электроэнергией Tennessee Valley Authority и пополнить национальный запас трития.
После детального анализа, Комиссия по ядерному регулированию дала разрешение на увеличение числа стержней, устанавливаемых в каждый блок Watts Bar, которые уже работали на пределе своих возможностей. Были также внесены изменения в сами стержни: увеличение содержания лития способствует росту выхода трития. Практика показала, что стержни могут выдерживать значительно более высокую концентрацию трития, чем ожидалось, что позволяет добавлять больше лития и приводит к недавнему рекордному выходу. Дизайнеры с оптимизмом смотрят на возможность достижения 5800 граммов за 18-месячные циклы двух реакторов.
Для увеличения производства трития важен не только сам процесс, но и вид используемого ядерного топлива. США, являясь одной из пяти стран, обладающих ядерным оружием по Договору о нераспространении, применяют исключительно отечественный обогащенный уран для производства трития. Это также обеспечивает иностранным поставщикам уверенность в том, что их топливо будет использоваться только в мирных целях, предотвращая развитие оружейных программ в других странах. Независимость от внешних источников топлива обеспечивает гибкость в удовлетворении оборонительных нужд без внешнего вмешательства.
Министерство энергетики США обнаружило достаточно "необремененного" топлива для реакторов Уоттс-Бар до начала 2040-х годов, включая переработку высокообогащенного уранового "лома". Параллельно возобновляется отечественное обогащение урана, приостановленное в 1992 году, с целью производства низкообогащенного урана для трития и высокообогащенного для ВМС.
Производство трития является жизненно важным элементом для обеспечения ядерного сдерживания и стратегической независимости США. В условиях нарастающей глобальной напряженности и усиления ядерной конкуренции с Россией и Китаем, неспособность нарастить производство трития может поставить под угрозу национальную безопасность. Растущий спрос на тритий, вызванный как военными, так и гражданскими потребностями, включая перспективы термоядерной энергетики, требует немедленных и масштабных инвестиций. Отказ от усиления производственных мощностей будет означать стратегическое отставание США, ставя под сомнение их способность эффективно противостоять угрозам. Инвестиции в тритий - это не просто топливная политика, это демонстрация решимости и силы в новой, опасной ядерной эпохе.
Оценили 12 человек
30 кармы