Давайте разбираться.


В руках у физика Гарольда Агню контейнер с первым в истории человечества плутониевым ядром атомной бомбы.

Итак, что вообще гипотетически может испортится в плутонии?

• Сам плутоний, который “работает” в бомбе (изотоп 239) распадается темпом аж 0,0028% в год - причем распадается он в основном в другой оружейный материал - U235. Первые заметные изменения в бомбе по этой причине произойдут лет через 300-400.


• Однако в плутонии оружейного качества, как мы знаем, только 90-95% 239 изотопа, есть и другие (типичный состав Weapon Grade: 93% Pu239, 4% Pu240, 2,2% Pu241, 0.6% Pu242, 0,15% Pu238 и 0,05% Pu243). Изотопный состав плутония с точки зрения обозримых длительностей (например, 50 лет) почти не меняется - единственные изотопы плутония, которые распадаются относительно быстро (241 - 14 лет и 238 - 88 лет), только мешаются в бомбе. Получается, что вылеживаясь, изотопный состав плутония становится только лучше. По этой причине бомба не деградирует.


• Есть, правда, проблемка - 2,2% быстрораспадающегося изотопа Pu241 постепенно превращаются в изотоп америция Am241 - а это слабо гамма-излучающий нуклид, который имеет период полураспада 433 лет (т. е. его концентрация непрерывно растет, пока не распадается основная часть Pu241). Am241 начинает портить своим гамма-излучением элементы бомбы и облучатть ходящих мимо боеприпаса людей, к тому же является "нейтронным ядом". Максимально допускаемая концентрация в боеприпасе Am241 - от 0,5 до 1%. Именно накопление Am241 является определяющим “старение” ядерного боеприпаса. Получается довольно неожиданная вещь - уже через 5-8 лет плутониевое ядро бомбы, сделанное из материала с высоким содержанием Pu241, надо извлекать, и отправлять на переплавку с очисткой от америция - иначе бомба рискует не взорваться (из-за деградации, например, взрывчатки от гамма-излучения). Однако через 3-4 таких переочисток Pu241 в таком плутонии заканчивается, и дальше трогать плутоний не нужно. Получается, что первые 28 лет жизни плутония его надо регулярно переплавлять и очищать от америция, но затем, с потерей ~2% массы ситуация устаканивается, и плутоний перестает деградировать.


• Следующий механизм деградации - это воздействие радиации распада плутония на сам материал плутониевого ядра. Плутоний (почти все изотопы) предпочитает распадаться через альфа-распад, а вылетающие альфа-частицы повреждают материал, от чего он охрупчивается из-за повреждения решетки, в нем накапливается гелий, и металл увеличивается в размере (что называется "ядерным распуханием"). Интересно, что такие изменения материала положительно влияют на свойства плутония, как ядерной взрывчатки, но, увы, не добавляют надежности конкретному механическому изделию - ядерной бомбе. Поэтому раз в 15-30 лет плутониевое ядро надо отжигать или переплавлять, чтобы возвращать ему исходные свойства.