Элемент с порядковым номером 94 был получен более 80 лет назад лабораторным путем. Плутонием его назвали в честь последней планеты Солнечной системы, поскольку считали. что сам он станет последним элементом в таблице Менделеева. С тех пор, правда, было открыто немалого новых соединений. А вот плутоний по-прежнему получают искусственным путем.
Можно ли добывать природный плутоний
Ученые доказали, что в отличие от урана, изотопы плутония не сохранились с тех времен, когда на планете шел интенсивный синтез химических элементов. Природных залежей этого металла не существует. Это не означает, что плутоний вообще отсутствует в горных породах. Он встречается в руде урановых месторождений. Но в слишком низкой концентрации для того, чтобы добывать его в промышленных количествах.
По сути, плутоний образуется из урана в определенных условиях, под действием космического излучения и в результате спонтанного деления ядер, создающего нейтронный поток. Сначала из урана образуется нептуний, а затем примерно половина от его объема превращается в плутоний.
В качестве примера можно привести ядерный реактор в Африке (Окло). Это природный реактор, сложившийся миллионы лет назад. Когда-то в нем было достаточно плутония. Но за прошедшее время он полностью распался.
Урановые месторождения в России есть. Они находятся:
· в Забайкальском крае (Аргунское, Жерловое) — на них приходится более 90% всей добычи;
· в Республике Бурятия (Источное), пока оно даже полностью не разведано;
· в Республике Якутия (Эльконское), запасы также не разведаны;
· на берегах Озотского моря, Ладожского и Онежского озер.
Там добывают только уран, добыча плутония не ведется в связи с тем, что его в рудах мало.
Как производят плутоний
В промышленных целях плутоний можно производить двумя способами. Во-первых, из урана, содержащегося в ядерных реакторах (путем облучения). Во-вторых, из отработанного топлива, точнее, из содержащихся в нем трансурановых элементов — также путем облучения. В обоих случаях облучение необходимо для того, чтобы создать условия для возникновения плутония и отделить его от остальных элементов.
Производство оружейного плутония
Для создания боеголовок используется плутоний-239. Десятилетиями данные о его производстве были полностью засекречены. Сегодня известно, что оружейный Pu-239 производился на нескольких комбинатах, из них остался завод Челябинск-65 (сейчас он называется комбинат "Маяк" и продолжает выделять из отработанного топлива Pu-238 для гражданских целей). На начало 2000-х годов запасы оружейного плутония оценивались в 150 т. Но в нее не входит то количество, которое может быть получено из ядерного топлива, используемого реакторами на АЭС.
Выработка плутония для боеголовок была прекращена в соответствии с советско-американскими и российско-американскими соглашениями. Кроме того, в 1997 году бал достигнута договоренность, что плутоний из реакторов АЭС не будет использоваться для производства оружия. В 1999 году были остановлены реакторы на двух комбинатах (Северск и Озерск). В 2010 году закрыли завод в Железногорске.
Плутоний для гражданских целей
В качестве топлива, в том числе используемого и в космической отрасли, используется плутоний-238. Из него не получится создать ядерное оружие, но его важной характеристикой является большое тепловыделение. В перспективе он мог бы использоваться в топливе, предназначенном для межпланетных исследований. Потому что плутоний способен выделять тепло в течение длительного времени, а период его полураспада составляет 88 лет.
Плутоний-238 получают при переработке отработанного ядерного топлива. До 2022 года это происходило в основном на заводе "Маяк" в Челябинской области. Но там производились небольшие объемы плутония С 2022 года заработал новый проект на Белоярской АЭС.
Реакторы на быстрых нейтронах на этом предприятии могут нарабатывать до 100 кг плутония-238 ежегодно, причем его себестоимость будет сравнительно небольшой. В России всего два таких реактора — БН-600 (построен в 1980 году) и БН-800 (введен в эксплуатацию в 2015 году). В мире нет их аналогов. В Китае сравнительно недавно был создан экспериментальный реактор такого типа, но он отличается меньшей мощностью.
Новая технология позволяет использовать ядерное топливо с большей эффективностью, создавая замкнутый цикл. Для атомной электростанции используется МОКС-топливо, представляющее собой смесь оксидов плутония и урана. Плутоний в нем получен из запасов оружейного Pu-239, которые по договорам подлежат переработке. Реактор возвращает плутоний в топливный цикл, в котором часть его сгорает. Остаток можно отправлять в хранилище или снова перерабатывать в топливном цикле.
Существующие технологии позволяют получать из отработанного топлива 1% плутония. Далее он становится основой МОКС-топлива. Разработками в этой области в России занимается компания "ТВЭЛ", дочернее предприятие Росатома. Она занимает третье место в мире по объемам производства, ей принадлежит 17% рынка ядерного топлива.