РВСН и прочие СЯС, а также ТЯО

About 1% of the mass is 239Pu and 240Pu resulting from conversion of 238U, which may be considered either as a useful byproduct, or as dangerous and inconvenient waste. One of the main concerns regarding nuclear proliferation is to prevent this plutonium from being used by states, other than those already established as nuclear weapons states, to produce nuclear weapons. If the reactor has been used normally, the plutonium is reactor-grade, not weapons-grade: it contains more than 19% 240Pu and less than 80% 239Pu, which makes it not ideal for making bombs. If the irradiation period has been short then the plutonium is weapons-grade (more than 80%, up to 93%).

...

Промышленный плутоний подразделяется на два типа: оружейный и реакторный (энергетический, «гражданский»). В оружии из 15 изотопов плутония можно применять только один – плутоний-239. Оружейный плутоний должен содержать не более 6–7% примеси плутония-240, который склонен к самопроизвольному делению и усложняет изготовление боевых зарядов. Оружейный плутоний производят в специальных (промышленных) ядерных реакторах, работающих на уране с природным соотношением изотопов, поскольку образуется он при поглощении нейтронов ядрами урана-238.
Реакторный плутоний образуется в энергетических ядерных установках, работающих на обогащенном по урану-235 топливе. Обычная степень обогащения от 2 до 5%, поэтому и здесь основной компонент уран-238. Степень выгорания урана в энергетических реакторах сравнительно невелика, и его необходимо регенерировать. Например, в отработавшем топливе реактора ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор-1000) содержится 0,8–1,0% урана-235, 0,95–1,20% плутония, 3–4% продуктов деления и 94–95% урана-238. 
При регенерации урана из отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) выделяют и плутоний. Однако плутоний образуется по нескольким ядерным реакциям, в результате которых продукт содержит до 27% изотопа плутоний-240 и не годится для создания эффективных ядерных зарядов.

...

«Оружейным» его называют, чтобы отличить от «реакторного». Плутоний образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или низкообогащённом уране, содержащем в основном изотоп 238U, при захвате им избыточных нейтронов. Но по мере работы реактора оружейный изотоп плутония быстро выгорает, в итоге в реакторе накапливается большое количество изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, образующихся при последовательных захватах нескольких нейтронов — так как глубина выгорания обычно определяется экономическими факторами. Чем меньше глубина выгорания, тем меньше изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, будет содержать плутоний, выделенный из облучённого ядерного топлива, но тем меньшее количество плутония в топливе образуется.

Специальное производство плутония для оружия, содержащего почти исключительно 239Pu, требуется, в основном, потому, что изотопы с массовыми числами 240 и 242 создают высокий нейтронный фон, затрудняющий конструирование эффективных ядерных боеприпасов, кроме того, 240Pu и 241Pu имеют существенно меньший период полураспада, чем 239Pu, из-за чего плутониевые детали нагреваются, и в конструкцию ядерного боеприпаса приходится дополнительно вводить элементы теплоотвода. Дополнительно, продукты распада тяжёлых изотопов портят кристаллическую решётку металла, что может привести к изменению формы деталей из плутония, что чревато отказом ядерного взрывного устройства.

В принципе, все эти затруднения преодолимы, и были успешно испытаны ядерные взрывные устройства из «реакторного» плутония, однако, в боеприпасах, где не последнюю роль играет компактность, малый вес, надёжность и долговечность, применяется исключительно специально произведённый оружейный плутоний. Критическая масса металлических 240Pu и 242Pu весьма велика, 241Pu — несколько больше, чем у 239Pu

...

Commercial nuclear power programs, mainly in Europe and Japan, produce most of the global stock of civil unirradiated plutonium. These stocks continue to grow because the separation of plutonium continues to outpace the recycling of this plutonium in commercial power reactors. This unirradiated plutonium exists in three main forms: separated plutonium oxide or nitrate, plutonium being fabricated into mixed-oxide (MOX) fuel, or fresh MOX fuel.

...

Germany's MOX-consumption capacities should be sufficient to irradiate the remaining plutonium, although further delays are expected that could leave Germany with an inventory of separated (unirradiated) plutonium.

...

Руководящих принципов обращения с плутонием (содержащихся в документе INFCIRC/5491 от 30 марта 1998 года и далее именуемых «Руководящие принципы») и согласно приложениям В и С Руководящих принципов правительство Японии представило ежегодные данные о запасах гражданского необлученного плутония и об оценочных количествах плутония, содержащегося в отработавшем топливе гражданских реакторов, по состоянию на 31 декабря 2016 года. 

...

Japan has accumulated 44 tons of separated plutonium and now plans to separate annually an additional 8 tons. Plutonium is a nuclear weapon material and separating it makes no sense economically.  In spent fuel, it is virtually inaccessible, but separated plutonium is an attractive target for would-be nuclear terrorists. The 8 tons that Japan plans to separate annually would be sufficient to make one thousand Nagasaki-type bombs. 

With the failure of the breeder-reactor commercialization program, Japan decided to recycle its accumulating separated plutonium into mixed-oxide (MOX) uraniumplutonium fuel for light water reactors. This program too has failed thus far.

...

Fuel for light water reactors
France and Japan, however, embarked on programs to use their separated civilian plutonium, mixed with depleted uranium, in mixed oxide (MOX) fuel for use in watercooled reactors. In MOX fuel, chain-reacting plutonium-239 and plutonium-241 substitute for a similar amount of uranium-235 in low enriched uranium (LEU).

France and a few of its former reprocessing customers in Western Europe are using their separated plutonium in the form of MOX fuel in light water reactors. Japan’s utilities planned to do the same but, because of political opposition to MOX at the prefecture level, in ten years of trying before the Fukushima accident, managed to irradiate only 2.5 tons of plutonium out of almost 40 tons of plutonium separated from Japan’s spent fuel in Europe.* The United Kingdom has separated over 100 tons of its own plutonium but has yet to use any of it in MOX fuel. 

Continued plutonium separation through reprocessing despite the failure of breeder reactor commercialization programs and the poor economics of plutonium use in light water reactor MOX has resulted in a buildup of stocks of separated plutonium. 

С одной стороны, стоимость плутония падает с ростом доли 240Pu. С другой - 240Pu увеличивает критическую массу. Содержание 6-7% 240Pu делает общую стоимость плутония, с учетом указанных причин, минимальной. Принимая средний состав оружейного плутония: 93.4% 239Pu, 6.0% 240Pu и 0.6% 241Pu (с весьма малым содержанием остальных изотопов) можно просчитать следующие его свойства. Начальная тепловая мощность свежевыработанного оружейного плутония 2.2 Вт/кг, уровень спонтанного деления 27100 делений/с. Этот показатель деления позволяет использовать в оружии 4-5 кг плутония с очень низкой вероятностью предетонации в хорошей имплозионной системе. По прошествии пары десятилетий, большая часть 241Pu превратится в 241Am, существенно увеличив тепловыделение - до 2.8 Вт/кг. Поскольку 241Pu прекрасно делится, а 241Am - нет, это приводёт к снижению запаса реактивности плутония, что должно приниматься в расчет конструкторами. 
Из-за малой разницы в массах 239Pu и 240Pu, эти изотопы не разделяются промышленно широко распространенными способами обогащения. Впрочем, при желании эти изотопы плутония всегда можно разделить на электромагнитном сепараторе. Проще, однако, более чистый 239Pu получить путём сокращения времени пребывания в реакторе кассеты с 238U. Для развитых государств нет причин для снижения процента 240Pu менее 6, так как эта концентрация не мешает создавать эффективные и надежные триггеры термоядерных зарядов. Очень малое количество 240Pu позволяет достичь некоторой дополнительной гибкости, требующейся специализированным или экзотическим изделиям. 
Помимо оружейного, существует и реакторный плутоний. Плутоний из отработанного ядерного топлива состоит из множества изотопов. Состав зависит от типа реактора и рабочего режима. Типичные значения для реактора на легкой воде (CANDU): 238Pu - 2%, 239Pu - 61%,
240Pu - 24%, 241Pu - 10%, 242Pu – 3%. Из такого плутония бомбу изготовить трудно (для террористов – практически невозможно). Однако, как уже упоминалось, в странах с развитой технологией реакторный плутоний вполне можно пустить на производство ядерных зарядов (в основном - для триггеров водородных бомб). Композиция изотопов плутония, накапливающегося в реакторе в результате реакций, происходящих в урановом топливе, зависит от степени выгорания топлива. Из пяти основных образовавшихся изотопов два с
нечетными массовыми номерами - 239Pu и 241Pu являются расщепляющимися, т.е. способными к расщеплению под действием тепловых (медленных) нейтронов, и в принципе могут быть использованы в качестве реакторного топлива. Поэтому, если речь идет о возможности использования плутония в качестве реакторного топлива, значение имеет количество накопленного 239Pu и 241Pu. Для ядерного же оружия
необходим практически чистый 239Pu, т.к. излучатели нейтронов 240Pu и 238Pu могут спонтанно вызвать «предначальное воспламенение», а это приведет к существенно меньшей силе взрыва атомной бомбы. Поэтому разница в «качестве» плутония обычно определяется его изотопным составом. 


...

Плутоний-239 имеет большие сечения рассеивания и поглощения, чем уран, и большее число нейтронов в расчете на одно деление, и меньшую критическую массу, которая составляет 10 кг в альфа-фазе. При ядерном распаде плутония-239 посредством воздействия на него нейтронами этот нуклид распадается на два осколка (примерно равные между собой более лёгкие атомы), выделяя примерно 200 МэВ энергии. Это приблизительно в 50 млн раз больше выделяемой при горении энергии (C+O2 → CO2↑). «Сгорая» в ядерном реакторе, изотоп выделяет 2·107 ккал. Чистый 239Pu имеет среднюю величину испускания нейтронов от спонтанного деления примерно 30 нейтронов/с·кг (примерно 10 делений в секунду на килограмм). Тепловая мощность составляет 1,92 Вт/кг (для сравнения: теплота обмена веществ у взрослого человека составляет меньшую тепловую мощность), что делает его теплым на ощупь. Удельная активность равна 61,5 мКи/г.

Плутоний-240 является основным изотопом, загрязняющим оружейный 239Pu. Уровень его содержания главным образом важен из-за интенсивности спонтанного деления, которая составляет 415 000 делений/с·кг, но испускается примерно 1·105 нейтронов/(с·кг), так как каждое деление рождает приблизительно 2,2 нейтрона, что примерно в 30 000 раз больше, чем у 239Pu. Плутоний-240 хорошо делится, чуть лучше, чем 235U. Тепловой выход больше, чем у плутония-239 и составляет 7,1 Вт/кг, что обостряет проблему перегрева. Удельная активность равна 227 мКи/г.

...

Сложность обращения с металлическим плутонием 
Хотя испускание нейтронов не является такой уж серьезной проблемой для конструкторов оружия, оно может создать сложности в производстве и обращении с таким зарядом. Нейтроны создают дополнительный вклад в облучение тех, кто собирает или обслуживает оружие. Заряды требующие непосредственный контакт с людьми, например Davy Crocket, требуют по этой причине сверхчистого плутония с низким уровнем испускания нейтронов.Непосредственная отливка и обработка плутония выполняется вручную в герметичных камерах с перчатками для оператора. Это подразумевает совсем небольшую защиту человека от испускающего нейтроны плутония. Поэтому плутоний с большим содержанием 240Pu обрабатывается только дистанционно либо жёстко ограничивается время работы с ним каждого работника. Этими причинами (радиоактивность, худшие свойства 240Pu) объясняется, почему плутоний реакторного качества не применяется для изготовления оружия - дешевле нарабатывать оружейный плутоний в специальных реакторах. Хотя и из реакторного плутония, как мы уже говорили, можно изготовить ядерное взрывное устройство. 

At the lowest level of sophistication, a potential proliferating state or subnational group using designs and technologies no more sophisticated than those used in first-generation nuclear weapons could build a nuclear weapon from reactor-grade plutonium that would have an assured, reliable yield of one or a few kilotons (and a probable yield significantly higher than that).

At the other end of the spectrum, advanced nuclear weapon states such as the United States and Russia, using modern designs, could produce weapons from reactor-grade plutonium having reliable explosive yields, weight, and other characteristics generally comparable to those of weapons made from weapons-grade plutonium.

The greater radioactivity would mean increased radiation doses to workers fabricating such weapons, and military personnel spending long periods of time in close proximity to them, and the greater heat and radiation generated from reactor-grade plutonium might result in a need to replace certain weapon components more frequently.

Proliferating states using designs of intermediate sophistication could produce weapons with assured yields substantially higher than the kiloton-range possible with a simple, first-generation nuclear device.

Every state which has built nuclear weapons from plutonium to date has chosen to produce weapons-grade plutonium for that purpose. States have been willing to make large investments in some cases to acquire weapon-grade rather than reactor-grade plutonium: the United States, for example, in the 1980s, considered spending billions of dollars on the Special Isotope Separation facility to enrich reactor-grade plutonium to weapon-grade.

The disadvantage of reactor-grade plutonium is not so much in the effectiveness of the nuclear weapons that can be made from it as in the increased complexity in designing, fabricating, and handling them. The possibility that either a state or a sub-national group would choose to use reactor-grade plutonium, should sufficient stocks of weapon-grade plutonium not be readily available, cannot be discounted.

In short, reactor-grade plutonium is weapons-usable, whether by unsophisticated proliferators or by advanced nuclear weapon states. Theft of separated plutonium, whether weapons-grade or reactor-grade, would pose a grave security risk.

The plutonium-240 content even in weapons-grade plutonium is sufficiently large that very rapid assembly is necessary to prevent pre-initiation. Hence the simplest type of nuclear explosive, a "gun type," in which the optimum critical configuration is assembled more slowly than in an "implosion type" device, cannot be made with plutonium but only with highly enriched uranium, in which spontaneous fission is rare.

This makes HEU [Highly Enriched Uranium] an even more attractive material than plutonium for potential proliferators with limited access to sophisticated technology.

Either material can be used in an implosion device.