1 października amerykański Państwowy Urząd Bezpieczeństwa Nuklearnego (National Nuclear Security Administration, NNSA) potwierdził prawidłowość wyprodukowania pierwszego seryjnego egzemplarza ładunku plutonowego w ramach programu modernizacji głowic termojądrowych W87-1. Wkład wykonany z plutonu lub uranu jest kluczowym elementem broni jądrowej, w którym zachodzi łańcuchowa reakcja rozszczepień jąder atomowych powodująca wybuch. Po zakończeniu zimnej wojny Amerykanie utracili zdolność do produkcji przemysłowej tych elementów, a teraz ją odtwarzają na potrzeby opracowywanych pocisków balistycznych Sentinel.
Według szacunków w czasie zimnej wojny Stany Zjednoczone wyprodukowały łącznie około 70 tysięcy głowic jądrowych wszystkich typów. Nie wszystkie były używane jednocześnie. Szczyt przypadł w połowie lat 60. Amerykanie mieli wtedy w arsenale około 31 tysięcy głowic. Większość z nich była głowicami plutonowymi. Materiał rozszczepialny produkowano w większości w fabryce plutonu w Hanfordzie w stanie Waszyngton, natomiast przerabianie surowego plutonu na wkłady do głowic jądrowych następowało w zakładach Rocky Flats Plant w stanie Kolorado. Wydajność wynosiła około 1000 wkładów rocznie. W 1989 roku produkcję wstrzymano, a cały zakład zamknięto ostatecznie w 1992 roku.
Wbrew temu, czego można by się spodziewać, wstrzymanie produkcji i zamknięcie zakładu nie było podyktowane zakończeniem zimnej wojny, ale oskarżeniami o łamanie przepisów o ochronie środowiska. Do wstrzymania produkcji doszło w wyniku szturmu FBI na fabrykę, mającego zapobiec zniszczeniu dowodów. Od tego momentu Stany Zjednoczone nie dysponują zapleczem przemysłowym do produkcji ładunków plutonowych na masową skalę. W 1993 roku Departament Energii zlecił uruchomienie produkcji ładunków laboratorium w Los Alamos, ale wyprodukowanie pojedynczego ładunku o jakości odpowiadającej wyrobom fabryki Rocky Flats zajęło dekadę. Od 2000 roku w Los Alamos wyprodukowano łącznie tylko trzydzieści ładunków plutonowych.
Fabryka Rocky Flats.
(National Nuclear Security Administration)
Jest to liczba zdecydowanie zbyt mała dla utrzymania wymaganego poziomu amerykańskiego arsenału jądrowego. Wkłady plutonowe nie są wieczne. Składają się z trzech izotopów plutonu: Pu-239, Pu-240 i Pu-241. O ile ten pierwszy jest stabilny, o tyle dwa pozostałe są nietrwałe i z czasem następuje ich samorzutny rozpad. W czasie tego procesu dochodzi do wzrostu temperatury, co może spowodować zmianę gęstości i pogorszenie właściwości materiału rozszczepialnego. Ponadto wzrost temperatury może być szkodliwy dla systemów elektronicznych wewnątrz głowicy. Z tego powodu wkłady plutonowe powinny być wymieniane co kilka lat. Do tego dochodzi kwestia projektowania nowych głowic, które mogą mieć inne wymagania co do rozmiarów wkładu z plutonu bojowego.
Wobec tych problemów już w 2016 roku ruszył program modernizacji amerykańskiego arsenału jądrowego. W latach 2017–2046 na ten cel zaplanowano 1,2 biliona dolarów, a po uwzględnieniu inflacji suma ta może się zwiększyć do 1,7 biliona. Z tej kwoty od 28 do 37 miliardów dolarów zostało przeznaczone na wznowienie produkcji przemysłowej wkładów plutonowych. Jest to największe przedsięwzięcie przemysłowe NNSA od zakończenia Projektu Manhattan. W rezultacie do 2030 roku Amerykanie chcą mieć możliwość produkcji osiemdziesięciu wkładów plutonowych rocznie. Trzydzieści będzie produkowanych w Los Alamos National Laboratory, a pięćdziesiąt – w zakładach Savannah River Site.
Odkąd rozpoczęliśmy finansowanie Konfliktów przez Patronite i Buycoffee, serwis pozostał dzięki Waszej hojności wolny od reklam Google. Aby utrzymać ten stan rzeczy, potrzebujemy 1700 złotych miesięcznie. Rozumiemy, że nie każdy może sobie pozwolić na to, by nas sponsorować, ale jeśli wspomożecie nas finansowo, obiecujemy, że Wasze pieniądze się nie zmarnują.
Konfliktom nie grozi zamknięcie, jeśli jednak nie dopniemy budżetu tą drogą, będziemy musieli w przyszłym miesiącu na pewien czas przywrócić reklamy Google.
Możecie nas wspierać przez Patronite.pl i przez Buycoffee.to.
Jest to ogromne wyzwanie inżynieryjne, gdyż po nagłym zamknięciu fabryki Rocky Flats utracono pamięć instytucjonalną, a wiele dokumentów zaginęło. Dzięki szczęśliwemu zbiegowi okoliczności na początku XXI wieku w jednym z archiwów odnaleziono ogromne ilości dokumentów związanych z zamkniętą fabryką. Przez lata były one digitalizowane i pomogły w odtworzeniu technologii produkcji rdzeni plutonowych.
– Uruchomienie produkcji rdzeni plutonowych w Los Alamos na podstawie archiwów z Rocky Flats jest jak próba odtworzenia Kaplicy Sykstyńskiej na podstawie rysunków Leonarda da Vinci – powiedział pracujący w Los Alamos Bob Putnam. – Chcemy się uczyć na podstawie bogatej historii produkcji w Rocky Flats. Nawet jeśli nie odtworzymy dokładnie ich technologii, archiwa pokażą nam, jak te rzeczy robiono w fabryce znanej z wysokiej wydajności. Jeśli masz dwadzieścia kilka lat, nie byłeś nauczony, jak pisać procedury w przemyśle jądrowym, dlatego dobrze jest móc zobaczyć, jak to działało w przeszłości.
W proces uruchomienia produkcji rdzeni są zaangażowane Lawrence Livermore National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Kansas City National Security Campus i Nevada National Security Site. Lawrence Livermore odpowiadało za zaprojektowanie samego rdzenia plutonowego, zakład w Kansas City – za produkcję komponentów niejądrowych, a finalna produkcja jest realizowana w Los Alamos.
Produkcja odbywa się w budynku PF-4 (widocznym powyżej), w którym w ostatnich latach wyprodukowano metodą rzemieślniczą wspomniane trzydzieści rdzeni. Obecnie wyposażenie budynku jest przebudowywane. Prace toczą się całą dobę. Na pierwszej zmianie trwa już produkcja nowych wkładów plutonowych, a druga i trzecia zmiana zajmują się usuwaniem starego wyposażenia, wyburzaniem ścian, stawianiem nowych, dekontaminacją i montażem nowych urządzeń. Jeden z pracowników laboratorium porównał to do przeprowadzania przeglądu i modernizacji samolotu w czasie lotu.
Wyprodukowanie pierwszego wkładu plutonowego pożądanej jakości zajęło pracownikom Los Alamos i pozostałych instytucji ponad osiem lat. Do tego wliczony jest również czas potrzebny na certyfikację i akceptację przez wojsko i NNSA. W tym czasie wyprodukowano ponad czterdzieści rdzeni doświadczalnych lub wadliwych. Doświadczenie zdobyte w czasie ich produkcji pozwoliło na dokładne poznanie specyfiki technologii i zrozumienie, gdzie są najczęściej popełniane błędy.
Plan zakłada osiągnięcie pełnej wydajności trzydziestu wkładów rocznie do 2026 roku. W tej chwili dotrzymanie tego terminu jest zagrożone przez równoległe prowadzenie produkcji i prac budowlanych. Kierownictwo laboratorium w Los Alamos ma nadzieję na zwiększenie wydajności poprzez całodobową pracę na tych stanowiskach, gdzie prace budowlane i wyposażeniowe już się zakończyły.
Praca z plutonem wymaga specjalnych warunków. Pomijając oczywiste zagrożenia związane z promieniowaniem, sam materiał jest wrażliwy na wpływ otoczenia. Staje się nietrwały w kontakcie z powietrzem i szybko się utlenia, koroduje nawet przy niskiej wilgotności powietrza, a w stanie sproszkowanym jest silnie pirotechniczny. Produkcja wymaga więc zachowania szczególnych warunków, aby wyprodukowany wkład zadziałał prawidłowo.
Pluton w stanie ciekłym.
(National Nuclear Security Administration)
Produkcja wkładów plutonowych do głowic W87-1 nie wymaga wyprodukowania od podstaw samego plutonu. Stany Zjednoczone mają w magazynach kilkadziesiąt ton tego materiału, wyprodukowanego jeszcze w czasie zimnej wojny. Część jest składowana w formie około 14 tysięcy wkładów plutonowych do starszych głowic jądrowych i to właśnie one są wykorzystywane do produkcji nowych wkładów dla W87-1.
W pierwszym etapie stare wkłady, które mają kształt kuli, są przepoławiane i poddawane obróbce cieplnej. Recykling materiałów jądrowych za pomocą pyrochemii to proces chemiczny, który odbywa się w wysokich temperaturach (powyżej 500 °C) i pozwala na oczyszczanie produktów jądrowych i odzyskanie czystego plutonu. Następnie oczyszczony pluton jest topiony do formy płynnej i wlewany do form w kształcie połowy kuli. Na końcu obie połówki są ze sobą spawane.
Połączenie musi być idealne. W całym Los Alamos tylko dziesięć osób ma kompetencje odpowiednie do tej pracy. Ich szkolenie zajmuje cztery lata, a później każdego roku przechodzą badania fizyczne i psychiczne. Pracownicy ubrani w kombinezony ochronne ręcznie spawają połówki wkładów w komorach rękawicowych. Jest to trudne, ponieważ w zakres ruchu rąk w komorze jest ograniczony, podobnie jak widoczność. Dokładny przebieg tego procesu jest niejawny. Pracujący w Los Alamos Sheldon Apgar odpowiadający za rozwiązywanie problemów z komorami rękawicowymi porównuje pracę w komorze do próby nawleczenia nici na igłę w ubranych grubych rękawicach zimowych i z w pełni wyciągniętymi ramionami.
Komora rękawicowa w laboratorium Los Alamos.
(Los Alamos National Laboratory)
Jeśli cała praca została wykonana dobrze, na gotowym rdzeniu plutonowym stawia się pieczęć w kształcie diamentu. To tradycja zapoczątkowana jeszcze w latach 50. Jest to znak jakości symbolizujący dokładność wykonania i gwarantujący, że w wypadku wojny broń jądrowa z takim rdzeniem zadziała prawidłowo. Rdzenie plutonowe oznaczone symbolem diamentu są określane mianem rezerwy wojennej (War Reserve). Są one magazynowane przez Departament Energii i w razie potrzeby przekazywane Departamentowi Obrony do wykorzystania w czasie wojny. Właśnie taki symbol diamentu otrzymał 1 października pierwszy rdzeń plutonowy wyprodukowany na nowej linii w Los Alamos.
Jak wspomniano, druga linia produkcyjna zostanie uruchomiona w zakładach przetwórstwa plutonu Savannah River Plutonium Processing Facility. Zakład założony w latach 50. służył jako miejsce przygotowania materiałów rozszczepialnych do wykorzystania w głowicach jądrowych. Obecnie główna aktywność polega na pracach związanych z usuwaniem skutków wcześniejszej działalności. Ponadto jest to jedyna w Stanach Zjednoczonych fabryka trytu, również niezbędnego dla broni jądrowej. Planowano też uruchomienie produkcji paliwa jądrowego MOX, czyli paliwa przeznaczonego dla cywilnych elektrowni jądrowych wyprodukowanego ze zmodyfikowanego plutonu bojowego ze starych głowic jądrowych.
Prace nad instalacją do produkcji paliwa MOX wstrzymano w 2019 roku. Właśnie w budynku przewidzianym do produkcji paliwa jądrowego będzie teraz prowadzona produkcja wkładów plutonowych do głowic. Obecnie trwają prace projektowe związanie z przystosowaniem budynku do nowej roli. Zamówiono już także pierwsze wyposażenie, na którego dostawy czeka się kilka lat. Ukończenie budowy linii produkcyjnej nie będzie oznaczało automatycznego rozpoczęcia produkcji seryjnej wkładów plutonowych. Konieczność kalibrowania urządzeń, zdobycia zatwierdzeń na stosowanie poszczególnych procedur i przejście przez inne formalności zajmie kilka kolejnych lat. Także przejście od wyprodukowania pierwszego egzemplarza do pełnej wydajności zajmie trochę czasu – jest spodziewane w połowie lat 30.
Obróbka próbki plutonu w komorze rękawicowej w Lawrence Livermore National Laboratory.
(Garry McLeod / LLNL)
Nowe rdzenie plutonowe są przeznaczone dla głowic W87-1, które będą wykorzystywane w pociskach międzykontynentalnych LGM-35A Sentinel. Każdy pocisk będzie uzbrojony w jedną głowicę, ale spekuluje się na temat zwiększenia tej liczby do trzech w razie zmiany sytuacji bezpieczeństwa Stanów Zjednoczonych. Obecnie zakłada się, że wstępna gotowość operacyjna nowych pocisków zostanie ogłoszona do czerwca 2030 roku. Termin może ulec przesunięciu ze względu na trapiące program problemy techniczne i finansowe. Są one związanie nie tylko z pociskiem, ale również z budową silosów i obiektów dyżurowania.
Siły powietrzne planują zakup 659 nowych pocisków balistycznych LGM-35A Sentinel i modernizację 450 istniejących obiektów startowych, w których mieściło się 400 Minutemanów III. Celem programu jest również przeprowadzenie modernizacji 400 podziemnych silosów i pozostałej infrastruktury. Sentinele zastąpią Minutemany w bazach lotniczych F.E. Warren, Minot i Malmstrom.
Bibliografia:
Jim Carrier, How to Make a ‘War Reserve’ Nuclear Bomb, progressive.org, 5.09.2024.
Katharine Coggeshall, Raiders of the Lost Archive, lanl.gov, 6.07.2020.
W.J. Hennigan, In the Lab Oppenheimer Built, the U.S. Is Building Nuclear Bomb Cores Again, time.com, 24.07.2023.
Grzegorz Kiarszys, Atomowi Żołnierze Wolności, Uniwersytet Szczeciński, Szczecin 2019.
Stanisław Zacharyta, Broń jądrowa w kształtowaniu bezpieczeństwa 1945–2015, Bellona, Warszawa 2016
NNSA completes and diamond-stamps first plutonium pit for W87-1 warhead, NNSA, energy.gov, 2.10.2024.
Plutonium Pit Production Efforts fact sheet, NNSA, energy.gov.
Sheldon Apgar: A glovebox worker’s best friend, lanl.gov, 21.07.2020.
