Για να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας και το σχεδιασμό ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, πρέπει να κάνετε μια σύντομη εκδρομή στο παρελθόν. Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ένα αιωνόβιο, αν και όχι πλήρως υλοποιημένο, όνειρο της ανθρωπότητας για μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Ο αρχαίος «πρόγονός» του είναι μια φωτιά από ξερά κλαδιά, που κάποτε φώτιζε και ζέσταινε τους θόλους του σπηλαίου όπου οι μακρινοί μας πρόγονοι βρήκαν τη σωτηρία από το κρύο. Αργότερα, οι άνθρωποι κατέκτησαν τους υδρογονάνθρακες - άνθρακα, σχιστόλιθο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο.
Ξεκίνησε μια ταραχώδης αλλά βραχύβια εποχή ατμού, η οποία αντικαταστάθηκε από μια ακόμη πιο φανταστική εποχή ηλεκτρισμού. Οι πόλεις γέμισαν φως και τα εργαστήρια γέμισαν με το βουητό των μέχρι τότε αόρατων μηχανών που κινούνταν από ηλεκτρικούς κινητήρες. Τότε φαινόταν ότι η πρόοδος είχε φτάσει στο απόγειό της.
Όλα έχουν αλλάξει μέσα τέλη XIXαιώνα, όταν ο Γάλλος χημικός Antoine Henri Becquerel ανακάλυψε κατά λάθος ότι τα άλατα ουρανίου είναι ραδιενεργά. 2 χρόνια αργότερα, οι συμπατριώτες του Pierre Curie και η σύζυγός του Maria Sklodowska-Curie πήραν ράδιο και πολώνιο από αυτούς και το επίπεδο ραδιενέργειας τους ήταν εκατομμύρια φορές υψηλότερο από αυτό του θορίου και του ουρανίου.
Τη σκυτάλη πήρε ο Ernest Rutherford, ο οποίος μελέτησε λεπτομερώς τη φύση των ραδιενεργών ακτίνων. Έτσι ξεκίνησε η εποχή του ατόμου, που γέννησε το αγαπημένο του παιδί - τον ατομικό αντιδραστήρα.
Πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας
Το “Firstborn” προέρχεται από τις ΗΠΑ. Τον Δεκέμβριο του 1942 παρήχθη το πρώτο ρεύμα από τον αντιδραστήρα, ο οποίος πήρε το όνομά του από τον δημιουργό του, έναν από τους μεγαλύτερους φυσικούς του αιώνα, τον Ε. Φέρμι. Τρία χρόνια αργότερα, η πυρηνική εγκατάσταση ZEEP ήρθε στη ζωή στον Καναδά. Το "Bronze" πήγε στον πρώτο σοβιετικό αντιδραστήρα F-1, που εκτοξεύτηκε στα τέλη του 1946. Ο I.V Kurchatov έγινε επικεφαλής του εγχώριου πυρηνικού έργου. Σήμερα, περισσότερες από 400 μονάδες πυρηνικής ενέργειας λειτουργούν με επιτυχία στον κόσμο.
Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων
Ο κύριος σκοπός τους είναι να υποστηρίξουν μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Μερικοί αντιδραστήρες παράγουν ισότοπα. Με λίγα λόγια, είναι συσκευές στα βάθη των οποίων ορισμένες ουσίες μετατρέπονται σε άλλες με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας. Αυτό είναι ένα είδος «φούρνου», όπου αντί για παραδοσιακούς τύπουςΤο καύσιμο «καίει» ισότοπα ουρανίου – U-235, U-238 και πλουτώνιο (Pu).
Σε αντίθεση, για παράδειγμα, με ένα αυτοκίνητο σχεδιασμένο για διάφορους τύπους βενζίνης, κάθε τύπος ραδιενεργού καυσίμου έχει τον δικό του τύπο αντιδραστήρα. Υπάρχουν δύο από αυτά - σε αργά (με U-235) και γρήγορα (με U-238 και Pu) νετρόνια. Οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί έχουν αργούς αντιδραστήρες νετρονίων. Εκτός από τους πυρηνικούς σταθμούς, οι εγκαταστάσεις «δουλεύουν» σε ερευνητικά κέντρα, σε πυρηνικά υποβρύχια κ.λπ.
Πώς λειτουργεί ο αντιδραστήρας
Όλοι οι αντιδραστήρες έχουν περίπου το ίδιο κύκλωμα. Η «καρδιά» του είναι η ενεργή ζώνη. Μπορεί να συγκριθεί κατά προσέγγιση με την εστία μιας συμβατικής σόμπας. Μόνο αντί για καυσόξυλα υπάρχει πυρηνικό καύσιμο με τη μορφή στοιχείων καυσίμου με συντονιστή - ράβδους καυσίμου. Η ενεργή ζώνη βρίσκεται μέσα σε ένα είδος κάψουλας - έναν ανακλαστήρα νετρονίων. Οι ράβδοι καυσίμου "πλένονται" από το ψυκτικό - νερό. Γιατί στην «καρδιά» υπάρχει πολύ υψηλό επίπεδοραδιενέργειας, περιβάλλεται από αξιόπιστη ακτινοπροστασία.
Οι χειριστές ελέγχουν τη λειτουργία της μονάδας χρησιμοποιώντας δύο κρίσιμα συστήματα - έλεγχο αλυσιδωτής αντίδρασης και σύστημα τηλεχειρισμού. Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, ενεργοποιείται αμέσως η προστασία έκτακτης ανάγκης.
Πώς λειτουργεί ένας αντιδραστήρας;
Η ατομική «φλόγα» είναι αόρατη, αφού οι διεργασίες συμβαίνουν στο επίπεδο της πυρηνικής σχάσης. Κατά τη διάρκεια μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, οι βαρείς πυρήνες διασπώνται σε μικρότερα θραύσματα, τα οποία, όντας σε διεγερμένη κατάσταση, γίνονται πηγές νετρονίων και άλλων υποατομικών σωματιδίων. Όμως η διαδικασία δεν τελειώνει εκεί. Τα νετρόνια συνεχίζουν να «διασπώνται», με αποτέλεσμα να απελευθερώνονται μεγάλες ποσότητες ενέργειας, δηλαδή αυτό που συμβαίνει για χάρη των οποίων κατασκευάζονται πυρηνικοί σταθμοί.
Το κύριο καθήκον του προσωπικού είναι να διατηρεί την αλυσιδωτή αντίδραση με τη βοήθεια ράβδων ελέγχου σε σταθερό, ρυθμιζόμενο επίπεδο. Αυτή είναι η κύρια διαφορά του από ατομική βόμβα, όπου η διαδικασία της πυρηνικής αποσύνθεσης είναι ανεξέλεγκτη και εξελίσσεται ραγδαία, με τη μορφή ισχυρής έκρηξης.
Τι συνέβη στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ
Ένας από τους κύριους λόγους για την καταστροφή στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ τον Απρίλιο του 1986 ήταν μια κατάφωρη παραβίαση των κανόνων επιχειρησιακής ασφάλειας κατά τη διάρκεια της τακτικής συντήρησης στην 4η μονάδα ισχύος. Στη συνέχεια, 203 ράβδοι γραφίτη αφαιρέθηκαν ταυτόχρονα από τον πυρήνα αντί των 15 που επιτρέπονταν από τους κανονισμούς. Ως αποτέλεσμα, η ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση που ξεκίνησε κατέληξε σε θερμική έκρηξη και πλήρη καταστροφή της μονάδας ισχύος.
Αντιδραστήρες νέας γενιάς
Πίσω τελευταία δεκαετίαΗ Ρωσία έχει γίνει ένας από τους ηγέτες στην παγκόσμια πυρηνική ενέργεια. Επί αυτή τη στιγμήΗ κρατική εταιρεία Rosatom κατασκευάζει πυρηνικούς σταθμούς σε 12 χώρες, όπου κατασκευάζονται 34 μονάδες παραγωγής ενέργειας. Μια τόσο υψηλή ζήτηση είναι απόδειξη του υψηλού επιπέδου της σύγχρονης ρωσικής πυρηνικής τεχνολογίας. Ακολουθούν οι νέοι αντιδραστήρες 4ης γενιάς.
"Μπρεστ"
Ένα από αυτά είναι το Brest, το οποίο αναπτύσσεται στο πλαίσιο του έργου Breakthrough. Τα τρέχοντα συστήματα ανοιχτού κύκλου λειτουργούν με ουράνιο χαμηλού εμπλουτισμού, αφήνοντας μεγάλες ποσότητες αναλωμένου καυσίμου να απορρίπτονται με τεράστια έξοδα. "Brest" - ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων είναι μοναδικός στον κλειστό του κύκλο.
Σε αυτό, το αναλωμένο καύσιμο, μετά από κατάλληλη επεξεργασία σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, γίνεται και πάλι πλήρες καύσιμο, το οποίο μπορεί να φορτωθεί ξανά στην ίδια εγκατάσταση.
Η Μπρεστ διακρίνεται για υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Δεν θα «εκραγεί» ποτέ ακόμη και στο πιο σοβαρό ατύχημα, είναι πολύ οικονομικό και φιλικό προς το περιβάλλον, αφού επαναχρησιμοποιεί το «ανανεωμένο» ουράνιο του. Δεν μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πλουτωνίου για όπλα, γεγονός που ανοίγει τις ευρύτερες προοπτικές για την εξαγωγή του.
VVER-1200
Ο VVER-1200 είναι ένας καινοτόμος αντιδραστήρας γενιάς 3+ με χωρητικότητα 1150 MW. Χάρη στις μοναδικές τεχνικές του δυνατότητες, διαθέτει σχεδόν απόλυτη ασφάλεια λειτουργίας. Ο αντιδραστήρας είναι άφθονα εξοπλισμένος με συστήματα παθητικής ασφάλειας που θα λειτουργούν αυτόματα ακόμη και αν δεν υπάρχει τροφοδοσία ρεύματος.
Ένα από αυτά είναι ένα σύστημα παθητικής αφαίρεσης θερμότητας, το οποίο ενεργοποιείται αυτόματα όταν ο αντιδραστήρας απενεργοποιηθεί πλήρως. Σε αυτή την περίπτωση, παρέχονται υδραυλικές δεξαμενές έκτακτης ανάγκης. Εάν υπάρχει μη φυσιολογική πτώση πίεσης στο πρωτεύον κύκλωμα, μια μεγάλη ποσότητα νερού που περιέχει βόριο αρχίζει να παρέχεται στον αντιδραστήρα, η οποία σβήνει την πυρηνική αντίδραση και απορροφά νετρόνια.
Μια άλλη τεχνογνωσία βρίσκεται στο κάτω μέρος του προστατευτικού κελύφους - η "παγίδα τήξης". Εάν, ως αποτέλεσμα ατυχήματος, ο πυρήνας «διαρρεύσει», η «παγίδα» δεν θα επιτρέψει στο κέλυφος συγκράτησης να καταρρεύσει και θα το εμποδίσει να εισέλθει ραδιενεργά προϊόνταστο έδαφος.
Αλλά αυτό είναι κάτι που συχνά δεν γνωρίζουμε. Και γιατί εκρήγνυται και μια πυρηνική βόμβα...
Ας ξεκινήσουμε από μακριά. Κάθε άτομο έχει έναν πυρήνα και ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια - ίσως όλοι το γνωρίζουν αυτό. Με τον ίδιο τρόπο είδαν όλοι τον περιοδικό πίνακα. Μα γιατί χημικά στοιχείαΤοποθετούνται σε αυτό ακριβώς με αυτόν τον τρόπο και όχι αλλιώς; Σίγουρα όχι επειδή ο Μεντελέγιεφ το ήθελε έτσι. Ο ατομικός αριθμός κάθε στοιχείου στον πίνακα υποδεικνύει πόσα πρωτόνια υπάρχουν στον πυρήνα του ατόμου αυτού του στοιχείου. Με άλλα λόγια, ο σίδηρος είναι ο αριθμός 26 στον πίνακα επειδή υπάρχουν 26 πρωτόνια σε ένα άτομο σιδήρου. Και αν δεν είναι 26, δεν είναι πια σίδηρος.
Αλλά μπορεί να υπάρχουν διαφορετικοί αριθμοί νετρονίων στους πυρήνες του ίδιου στοιχείου, πράγμα που σημαίνει ότι η μάζα των πυρήνων μπορεί να είναι διαφορετική. Τα άτομα του ίδιου στοιχείου με διαφορετικές μάζες ονομάζονται ισότοπα. Το ουράνιο έχει πολλά τέτοια ισότοπα: το πιο κοινό στη φύση είναι το ουράνιο-238 (ο πυρήνας του έχει 92 πρωτόνια και 146 νετρόνια, συνολικά 238). Είναι ραδιενεργό, αλλά δεν μπορείτε να φτιάξετε πυρηνική βόμβα από αυτό. Αλλά το ισότοπο ουράνιο-235, μια μικρή ποσότητα του οποίου βρίσκεται σε μεταλλεύματα ουρανίου, κατάλληλο για πυρηνικό φορτίο.
Ο αναγνώστης μπορεί να έχει συναντήσει τις εκφράσεις «εμπλουτισμένο ουράνιο» και «απεμπλουτισμένο ουράνιο». Το εμπλουτισμένο ουράνιο περιέχει περισσότερο ουράνιο-235 από το φυσικό ουράνιο. σε εξαντλημένη κατάσταση, αντίστοιχα, λιγότερο. Το εμπλουτισμένο ουράνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πλουτωνίου, ένα άλλο στοιχείο κατάλληλο για πυρηνική βόμβα (σχεδόν ποτέ δεν βρίσκεται στη φύση). Το πώς εμπλουτίζεται το ουράνιο και πώς λαμβάνεται πλουτώνιο από αυτό είναι ένα θέμα για ξεχωριστή συζήτηση.
Γιατί λοιπόν εκρήγνυται μια πυρηνική βόμβα; Το γεγονός είναι ότι ορισμένοι βαρείς πυρήνες τείνουν να διασπώνται εάν χτυπηθούν από νετρόνιο. Και δεν θα χρειαστεί να περιμένετε πολύ για ένα ελεύθερο νετρόνιο – υπάρχουν πολλά από αυτά που πετούν τριγύρω. Έτσι, ένα τέτοιο νετρόνιο χτυπά τον πυρήνα του ουρανίου-235 και έτσι τον σπάει σε «θραύσματα». Αυτό απελευθερώνει μερικά ακόμη νετρόνια. Μπορείτε να μαντέψετε τι θα συμβεί αν υπάρχουν πυρήνες του ίδιου στοιχείου τριγύρω; Σωστά, θα συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Έτσι συμβαίνει.
Σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, όπου το ουράνιο-235 «διαλύεται» στο πιο σταθερό ουράνιο-238, δεν συμβαίνει έκρηξη υπό κανονικές συνθήκες. Τα περισσότερα από τα νετρόνια που πετούν έξω από τους πυρήνες σε αποσύνθεση πετούν μακριά στο γάλα, χωρίς να βρουν τους πυρήνες του ουρανίου-235. Στον αντιδραστήρα, η αποσύνθεση των πυρήνων συμβαίνει «αργή» (αλλά αυτό είναι αρκετό για να παρέχει ενέργεια ο αντιδραστήρας). Σε ένα μόνο κομμάτι ουρανίου-235, αν είναι επαρκούς μάζας, τα νετρόνια θα είναι εγγυημένα ότι θα διαλύσουν τους πυρήνες, η αλυσιδωτή αντίδραση θα ξεκινήσει ως χιονοστιβάδα και... Σταμάτα! Εξάλλου, αν φτιάξετε ένα κομμάτι ουρανίου-235 ή πλουτωνίου με τη μάζα που απαιτείται για μια έκρηξη, θα εκραγεί αμέσως. Δεν είναι αυτό το θέμα.
Τι γίνεται αν πάρετε δύο κομμάτια υποκρίσιμης μάζας και τα σπρώξετε το ένα πάνω στο άλλο χρησιμοποιώντας έναν τηλεχειριζόμενο μηχανισμό; Για παράδειγμα, τοποθετήστε και τα δύο σε ένα σωλήνα και συνδέστε ένα γέμισμα σκόνης στο ένα έτσι ώστε την κατάλληλη στιγμή το ένα κομμάτι, σαν βλήμα, να εκτοξευθεί στο άλλο. Εδώ είναι η λύση στο πρόβλημα.
Μπορείτε να το κάνετε διαφορετικά: πάρτε ένα σφαιρικό κομμάτι πλουτωνίου και συνδέστε εκρηκτικά φορτία σε ολόκληρη την επιφάνειά του. Όταν αυτά τα φορτία εκραγούν κατόπιν εντολής από το εξωτερικό, η έκρηξή τους θα συμπιέσει το πλουτώνιο από όλες τις πλευρές, θα το συμπιέσει σε μια κρίσιμη πυκνότητα και θα συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Ωστόσο, η ακρίβεια και η αξιοπιστία είναι σημαντικές εδώ: όλες οι εκρηκτικές γομώσεις πρέπει να εκτονώνονται ταυτόχρονα. Εάν μερικά από αυτά λειτουργούν, και άλλα όχι, ή κάποια λειτουργούν αργά, δεν θα προκληθεί πυρηνική έκρηξη: το πλουτώνιο δεν θα συμπιεστεί σε μια κρίσιμη μάζα, αλλά θα διαλυθεί στον αέρα. Αντί για μια πυρηνική βόμβα, θα πάρετε μια λεγόμενη «βρώμικη».
Έτσι μοιάζει μια πυρηνική βόμβα τύπου έκρηξης. Οι γομώσεις, που υποτίθεται ότι δημιουργούν μια κατευθυνόμενη έκρηξη, γίνονται με τη μορφή πολύεδρων για να καλύψουν όσο το δυνατόν πιο σφιχτά την επιφάνεια της σφαίρας του πλουτωνίου.
Ο πρώτος τύπος συσκευής ονομαζόταν συσκευή κανονιού, ο δεύτερος τύπος - συσκευή έκρηξης.
Η βόμβα «Little Boy» που έπεσε στη Χιροσίμα είχε γόμωση ουρανίου-235 και συσκευή τύπου κανονιού. Η βόμβα Fat Man, που πυροδοτήθηκε πάνω από το Ναγκασάκι, μετέφερε πλουτώνιο και ο εκρηκτικός μηχανισμός ήταν έκρηξη. Σήμερα, συσκευές τύπου όπλου δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ. οι εκρήξεις είναι πιο περίπλοκες, αλλά ταυτόχρονα σας επιτρέπουν να ρυθμίσετε τη μάζα του πυρηνικού φορτίου και να το ξοδέψετε πιο ορθολογικά. Και το πλουτώνιο έχει αντικαταστήσει το ουράνιο-235 ως πυρηνικό εκρηκτικό.
Πέρασαν αρκετά χρόνια και οι φυσικοί πρόσφεραν στον στρατό μια ακόμη πιο ισχυρή βόμβα - μια θερμοπυρηνική βόμβα ή, όπως αποκαλείται επίσης, μια βόμβα υδρογόνου. Αποδεικνύεται ότι το υδρογόνο εκρήγνυται πιο ισχυρά από το πλουτώνιο;
Το υδρογόνο είναι πράγματι εκρηκτικό, αλλά όχι τόσο εκρηκτικό. Ωστόσο, δεν υπάρχει «συνηθισμένο» υδρογόνο σε μια βόμβα υδρογόνου που χρησιμοποιεί τα ισότοπά της - το δευτέριο και το τρίτιο. Ο πυρήνας του «συνηθισμένου» υδρογόνου έχει ένα νετρόνιο, το δευτέριο έχει δύο και το τρίτιο έχει τρία.
Σε μια πυρηνική βόμβα, οι πυρήνες ενός βαριού στοιχείου χωρίζονται σε πυρήνες ελαφρύτερων. Στη θερμοπυρηνική σύντηξη, συμβαίνει η αντίθετη διαδικασία: οι ελαφροί πυρήνες συγχωνεύονται μεταξύ τους σε βαρύτερους. Οι πυρήνες δευτερίου και τριτίου, για παράδειγμα, συνδυάζονται για να σχηματίσουν πυρήνες ηλίου (αλλιώς γνωστοί ως σωματίδια άλφα) και το «επιπλέον» νετρόνιο στέλνεται σε «ελεύθερη πτήση». Αυτό απελευθερώνει σημαντικά περισσότερη ενέργεια από ό,τι κατά τη διάσπαση των πυρήνων του πλουτωνίου. Παρεμπιπτόντως, αυτή είναι ακριβώς η διαδικασία που λαμβάνει χώρα στον Ήλιο.
Ωστόσο, η αντίδραση σύντηξης είναι δυνατή μόνο σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες (γι' αυτό και ονομάζεται θερμοπυρηνική). Πώς να κάνετε το δευτέριο και το τρίτιο να αντιδράσουν; Ναι, είναι πολύ απλό: πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια πυρηνική βόμβα ως πυροκροτητή!
Δεδομένου ότι το δευτέριο και το τρίτιο είναι σταθερά, το φορτίο τους σε μια θερμοπυρηνική βόμβα μπορεί να είναι αυθαίρετα τεράστιο. Αυτό σημαίνει ότι μια θερμοπυρηνική βόμβα μπορεί να γίνει ασύγκριτα πιο ισχυρή από μια «απλή» πυρηνική. Το "Baby" που έπεσε στη Χιροσίμα είχε ισοδύναμο TNT περίπου 18 κιλοτόνων και το πιο ισχυρό H-βόμβα(ο επονομαζόμενος «Τσάρος Μπόμπα», γνωστός και ως «Μάνα του Κούζκα») – ήδη 58,6 μεγατόνων, πάνω από 3255 φορές πιο ισχυρός από το «Μωρό»!
Το σύννεφο «μανιτάρι» από τον Τσάρο Μπόμπα ανέβηκε σε ύψος 67 χιλιομέτρων και το κύμα έκρηξης γύρισε τον πλανήτη τρεις φορές.
Ωστόσο, μια τέτοια γιγαντιαία δύναμη είναι σαφώς υπερβολική. Έχοντας «παίξει αρκετά» με βόμβες μεγατόνων, στρατιωτικοί μηχανικοί και φυσικοί ακολούθησαν έναν διαφορετικό δρόμο - το μονοπάτι της σμίκρυνσης των πυρηνικών όπλων. Στη συμβατική τους μορφή, τα πυρηνικά όπλα μπορούν να εκτοξευθούν από στρατηγικά βομβαρδιστικά όπως οι εναέριες βόμβες ή να εκτοξευθούν από βαλλιστικούς πυραύλους. αν τα μικρογραφήσετε, θα έχετε μια συμπαγή πυρηνική γόμωση που δεν καταστρέφει τα πάντα για χιλιόμετρα γύρω, και η οποία μπορεί να τοποθετηθεί σε μια οβίδα πυροβολικού ή σε έναν πύραυλο αέρος-εδάφους. Η κινητικότητα θα αυξηθεί και το εύρος των εργασιών που πρέπει να επιλυθούν θα διευρυνθεί. Εκτός από τα στρατηγικά πυρηνικά όπλα, θα λάβουμε και τακτικά.
Έχει αναπτυχθεί μια ποικιλία συστημάτων παράδοσης για τακτικά πυρηνικά όπλα - πυρηνικά κανόνια, όλμοι, τυφέκια χωρίς ανάκρουση (για παράδειγμα, το αμερικανικό Davy Crockett). Η ΕΣΣΔ είχε ακόμη και ένα σχέδιο πυρηνικής σφαίρας. Είναι αλήθεια ότι έπρεπε να εγκαταλειφθεί - οι πυρηνικές σφαίρες ήταν τόσο αναξιόπιστες, τόσο περίπλοκες και δαπανηρές στην κατασκευή και αποθήκευση που δεν είχαν νόημα.
«Ντέιβι Κρόκετ». Ένας αριθμός από αυτά τα πυρηνικά όπλα ήταν σε υπηρεσία με τις Ένοπλες Δυνάμεις των ΗΠΑ και ο Δυτικογερμανός Υπουργός Άμυνας προσπάθησε ανεπιτυχώς να εξοπλίσει την Μπούντεσβερ με αυτά.
Μιλώντας για μικρά πυρηνικά όπλα, αξίζει να αναφέρουμε έναν άλλο τύπο πυρηνικού όπλου - τη βόμβα νετρονίων. Το φορτίο πλουτωνίου σε αυτό είναι μικρό, αλλά αυτό δεν είναι απαραίτητο. Εάν μια θερμοπυρηνική βόμβα ακολουθεί το μονοπάτι της αύξησης της δύναμης της έκρηξης, τότε μια βόμβα νετρονίων βασίζεται σε έναν άλλο επιβλαβή παράγοντα - την ακτινοβολία. Για την ενίσχυση της ακτινοβολίας, μια βόμβα νετρονίων περιέχει μια παροχή ισοτόπου βηρυλλίου, το οποίο κατά την έκρηξη παράγει έναν τεράστιο αριθμό γρήγορων νετρονίων.
Σύμφωνα με τους δημιουργούς της, μια βόμβα νετρονίων θα πρέπει να σκοτώσει το προσωπικό του εχθρού, αλλά να αφήσει ανέπαφο τον εξοπλισμό, ο οποίος στη συνέχεια μπορεί να συλληφθεί κατά τη διάρκεια μιας επίθεσης. Στην πράξη, αποδείχθηκε κάπως διαφορετικά: ο ακτινοβολημένος εξοπλισμός γίνεται άχρηστος - όποιος τολμήσει να τον πιλοτάρει πολύ σύντομα θα «κερδίσει» την ασθένεια της ακτινοβολίας. Αυτό δεν αλλάζει το γεγονός ότι μια έκρηξη βόμβας νετρονίων είναι ικανή να χτυπήσει έναν εχθρό μέσω θωράκισης δεξαμενής. Τα πυρομαχικά νετρονίων αναπτύχθηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες ειδικά ως όπλο κατά των σοβιετικών σχηματισμών αρμάτων μάχης. Ωστόσο, σύντομα αναπτύχθηκε θωράκιση δεξαμενής που παρείχε κάποιο είδος προστασίας από τη ροή γρήγορων νετρονίων.
Ένας άλλος τύπος πυρηνικών όπλων εφευρέθηκε το 1950, αλλά δεν κατασκευάστηκε ποτέ (από όσο είναι γνωστό). Αυτή είναι η λεγόμενη βόμβα κοβαλτίου - μια πυρηνική γόμωση με κέλυφος κοβαλτίου. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, το κοβάλτιο, που ακτινοβολείται από ένα ρεύμα νετρονίων, γίνεται εξαιρετικά ραδιενεργό ισότοπο και διασκορπίζεται σε όλη την περιοχή, μολύνοντάς την. Μόνο μια τέτοια βόμβα επαρκούς ισχύος θα μπορούσε να καλύψει ολόκληρη την υδρόγειο με κοβάλτιο και να καταστρέψει όλη την ανθρωπότητα. Ευτυχώς, αυτό το έργο παρέμεινε έργο.
Τι μπορούμε να πούμε εν κατακλείδι; Μια πυρηνική βόμβα είναι ένα πραγματικά τρομερό όπλο, και ταυτόχρονα (τι παράδοξο!) βοήθησε στη διατήρηση της σχετικής ειρήνης μεταξύ των υπερδυνάμεων. Αν ο εχθρός σου έχει πυρηνικά όπλα, θα το σκεφτείς δέκα φορές πριν του επιτεθείς. Καμία χώρα με πυρηνικό οπλοστάσιο δεν δέχτηκε ποτέ επίθεση από έξω και δεν υπήρξαν πόλεμοι μεταξύ μεγάλων κρατών στον κόσμο από το 1945. Ας ελπίσουμε ότι δεν θα υπάρξει.
Εκρηκτικός χαρακτήρας
Ο πυρήνας του ουρανίου περιέχει 92 πρωτόνια. Το φυσικό ουράνιο είναι κυρίως ένα μείγμα δύο ισοτόπων: U238 (το οποίο έχει 146 νετρόνια στον πυρήνα του) και U235 (143 νετρόνια), με μόνο το 0,7% του τελευταίου σε φυσικό ουράνιο. Χημικές ιδιότητεςτα ισότοπα είναι απολύτως πανομοιότυπα και επομένως είναι αδύνατο να διαχωριστούν με χημικές μεθόδους, αλλά η διαφορά στις μάζες (235 και 238 μονάδες) επιτρέπει αυτό να γίνει με φυσικές μεθόδους: ένα μείγμα ουρανίου μετατρέπεται σε αέριο (εξαφθοριούχο ουράνιο), και στη συνέχεια αντλείται μέσα από αμέτρητα πορώδη χωρίσματα. Αν και τα ισότοπα του ουρανίου δεν διακρίνονται από κανένα από τα δύο εμφάνιση, ούτε χημικά, τους χωρίζει μια άβυσσος στις ιδιότητες των πυρηνικών χαρακτήρων.
Η διαδικασία σχάσης του U238 είναι μια πληρωμένη διαδικασία: ένα νετρόνιο που φτάνει από έξω πρέπει να φέρει μαζί του ενέργεια - 1 MeV ή περισσότερο. Και το U235 είναι ανιδιοτελές: τίποτα δεν απαιτείται από το εισερχόμενο νετρόνιο για διέγερση και επακόλουθη διάσπαση του δεσμού του στον πυρήνα.
Όταν ένα νετρόνιο προσκρούει σε έναν πυρήνα ικανό για σχάση, σχηματίζεται μια ασταθής ένωση, αλλά πολύ γρήγορα (μετά από 10−23−10−22 δευτερόλεπτα) ένας τέτοιος πυρήνας διασπάται σε δύο θραύσματα που είναι άνισα σε μάζα και «ακαριαία» (εντός 10 −16−10− 14 γ) εκπέμποντας δύο ή τρία νέα νετρόνια, έτσι ώστε με την πάροδο του χρόνου ο αριθμός των σχάσιμων πυρήνων να μπορεί να πολλαπλασιαστεί (αυτή η αντίδραση ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση). Αυτό είναι δυνατό μόνο στο U235, επειδή το άπληστο U238 δεν θέλει να μοιραστεί από τα δικά του νετρόνια, των οποίων η ενέργεια είναι τάξη μεγέθους μικρότερη από 1 MeV. Η κινητική ενέργεια των σωματιδίων του προϊόντος σχάσης είναι πολλές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης στην οποία η σύνθεση των πυρήνων δεν αλλάζει.
Κρίσιμη συναρμολόγηση
Τα προϊόντα σχάσης είναι ασταθή και χρειάζονται πολύ χρόνο για να «ανακτηθούν», εκπέμποντας διάφορες ακτινοβολίες (συμπεριλαμβανομένων των νετρονίων). Τα νετρόνια που εκπέμπονται σημαντικό χρόνο (έως δεκάδες δευτερόλεπτα) μετά τη σχάση ονομάζονται καθυστερημένα και παρόλο που το μερίδιό τους είναι μικρό σε σύγκριση με τα στιγμιαία (λιγότερο από 1%), ο ρόλος που παίζουν στη λειτουργία των πυρηνικών εγκαταστάσεων είναι ο μεγαλύτερος σπουδαίος.
Τα προϊόντα σχάσης, κατά τη διάρκεια πολυάριθμων συγκρούσεων με τα γύρω άτομα, δίνουν την ενέργειά τους σε αυτά, αυξάνοντας τη θερμοκρασία. Αφού εμφανιστούν τα νετρόνια σε ένα συγκρότημα με σχάσιμο υλικό, η ισχύς απελευθέρωσης θερμότητας μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί και οι παράμετροι ενός συγκροτήματος στο οποίο ο αριθμός των σχάσεων ανά μονάδα χρόνου είναι σταθερός ονομάζονται κρίσιμες. Η κρισιμότητα του συγκροτήματος μπορεί να διατηρηθεί τόσο με μεγάλο όσο και με μικρό αριθμό νετρονίων (με αντίστοιχα μεγαλύτερη ή μικρότερη ισχύ απελευθέρωσης θερμότητας). Η θερμική ισχύς αυξάνεται είτε αντλώντας πρόσθετα νετρόνια στο κρίσιμο συγκρότημα από το εξωτερικό, είτε καθιστώντας το συγκρότημα υπερκρίσιμο (τότε επιπλέον νετρόνια παρέχονται από ολοένα και περισσότερες γενιές σχάσιμων πυρήνων). Για παράδειγμα, εάν είναι απαραίτητο να αυξηθεί η θερμική ισχύς ενός αντιδραστήρα, φέρεται σε ένα καθεστώς όπου κάθε γενιά άμεσων νετρονίων είναι ελαφρώς μικρότερη από την προηγούμενη, αλλά χάρη στα καθυστερημένα νετρόνια, ο αντιδραστήρας μετά βίας περνάει σε κρίσιμη κατάσταση. Τότε δεν επιταχύνεται, αλλά αποκτά ισχύ σιγά-σιγά – ώστε να σταματήσει την αύξησή του την κατάλληλη στιγμή εισάγοντας απορροφητές νετρονίων (ράβδοι που περιέχουν κάδμιο ή βόριο).
Τα νετρόνια που παράγονται κατά τη σχάση συχνά περνούν από τους περιβάλλοντες πυρήνες χωρίς να προκαλούν περαιτέρω σχάση. Όσο πιο κοντά στην επιφάνεια ενός υλικού παράγεται ένα νετρόνιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να διαφύγει από το σχάσιμο υλικό και να μην επιστρέψει ποτέ. Επομένως, η μορφή συναρμολόγησης που εξοικονομεί τον μεγαλύτερο αριθμό νετρονίων είναι μια σφαίρα: για μια δεδομένη μάζα ύλης έχει ένα ελάχιστο εμβαδόν επιφάνειας. Μια μη περικυκλωμένη (μοναχική) μπάλα 94% U235 χωρίς κοιλότητες στο εσωτερικό γίνεται κρίσιμη με μάζα 49 kg και ακτίνα 85 mm. Εάν ένα συγκρότημα από το ίδιο ουράνιο είναι ένας κύλινδρος με μήκος ίσο με τη διάμετρο, γίνεται κρίσιμο με μάζα 52 kg. Η επιφάνεια μειώνεται επίσης με την αύξηση της πυκνότητας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η εκρηκτική συμπίεση, χωρίς αλλαγή της ποσότητας του σχάσιμου υλικού, μπορεί να φέρει το συγκρότημα σε κρίσιμη κατάσταση. Αυτή η διαδικασία είναι που βασίζεται στον κοινό σχεδιασμό ενός πυρηνικού φορτίου.
Συγκρότημα μπάλας
Αλλά τις περισσότερες φορές δεν είναι το ουράνιο που χρησιμοποιείται στα πυρηνικά όπλα, αλλά το πλουτώνιο-239. Παράγεται σε αντιδραστήρες με ακτινοβολία ουρανίου-238 με ισχυρές ροές νετρονίων. Το πλουτώνιο κοστίζει περίπου έξι φορές περισσότερο από το U235, αλλά κατά τη διάσπαση, ο πυρήνας Pu239 εκπέμπει κατά μέσο όρο 2.895 νετρόνια - περισσότερα από το U235 (2.452). Επιπλέον, η πιθανότητα σχάσης πλουτωνίου είναι μεγαλύτερη. Όλα αυτά οδηγούν στο γεγονός ότι μια μοναχική σφαίρα Pu239 γίνεται κρίσιμη με σχεδόν τρεις φορές μικρότερη μάζα από μια μπάλα ουρανίου, και το πιο σημαντικό, με μικρότερη ακτίνα, που καθιστά δυνατή τη μείωση των διαστάσεων του κρίσιμου συγκροτήματος.
Το συγκρότημα είναι κατασκευασμένο από δύο προσεκτικά τοποθετημένα μισά σε μορφή σφαιρικού στρώματος (κοίλο στο εσωτερικό). είναι προφανώς υποκρίσιμο - ακόμη και για τα θερμικά νετρόνια και ακόμη και αφού περιβάλλεται από έναν συντονιστή. Μια γόμωση τοποθετείται γύρω από ένα συγκρότημα εκρηκτικών μπλοκ με πολύ ακριβή τοποθέτηση. Προκειμένου να εξοικονομηθούν νετρόνια, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί το ευγενές σχήμα της μπάλας κατά τη διάρκεια της έκρηξης - γι 'αυτό, το στρώμα του εκρηκτικού πρέπει να πυροδοτηθεί ταυτόχρονα σε ολόκληρο το εξωτερική επιφάνεια, πιέζοντας ομοιόμορφα το συγκρότημα. Πιστεύεται ευρέως ότι αυτό απαιτεί πολλούς ηλεκτρικούς πυροκροτητές. Αλλά αυτό συνέβαινε μόνο στην αυγή της «κατασκευής βόμβας»: για να ενεργοποιηθούν πολλές δεκάδες πυροκροτητές, απαιτούνταν πολλή ενέργεια και ένα σημαντικό μέγεθος του συστήματος πυροδότησης. Οι σύγχρονες γομώσεις χρησιμοποιούν αρκετούς πυροκροτητές που επιλέγονται με ειδική τεχνική, παρόμοια σε χαρακτηριστικά, από τους οποίους πυροδοτούνται εκρηκτικά υψηλής σταθερότητας (από άποψη ταχύτητας έκρηξης) σε αυλάκια αλεσμένα σε πολυανθρακικό στρώμα (το σχήμα του οποίου σε μια σφαιρική επιφάνεια υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη γεωμετρία Riemann μεθόδους). Η έκρηξη με ταχύτητα περίπου 8 km/s θα ταξιδέψει κατά μήκος των αυλακώσεων σε απολύτως ίσες αποστάσεις, την ίδια στιγμή θα φτάσει στις οπές και θα πυροδοτήσει την κύρια γόμωση - ταυτόχρονα σε όλα τα απαιτούμενα σημεία.
Έκρηξη μέσα
Η έκρηξη που κατευθύνεται προς τα μέσα συμπιέζει το συγκρότημα με πίεση μεγαλύτερη από ένα εκατομμύριο ατμόσφαιρες. Η επιφάνεια του συγκροτήματος μειώνεται, η εσωτερική κοιλότητα στο πλουτώνιο σχεδόν εξαφανίζεται, η πυκνότητα αυξάνεται και πολύ γρήγορα - μέσα σε δέκα μικροδευτερόλεπτα, το συμπιέσιμο συγκρότημα περνά την κρίσιμη κατάσταση με τα θερμικά νετρόνια και γίνεται σημαντικά υπερκρίσιμο με τα γρήγορα νετρόνια.
Μετά από μια περίοδο που καθορίζεται από τον ασήμαντο χρόνο ασήμαντης επιβράδυνσης των γρήγορων νετρονίων, κάθε νέα, πιο πολυάριθμη γενιά αυτών προσθέτει ενέργεια 202 MeV με σχάση στην ουσία συναρμολόγησης, η οποία ήδη εκρήγνυται από τερατώδη πίεση. Στην κλίμακα των φαινομένων που συμβαίνουν, η αντοχή ακόμη και των καλύτερων κραματοποιημένων χάλυβων είναι τόσο ελάχιστη που δεν περνάει από το μυαλό κανένας να τη λάβει υπόψη κατά τον υπολογισμό της δυναμικής μιας έκρηξης. Το μόνο πράγμα που εμποδίζει το συγκρότημα να πετάξει χώρια είναι η αδράνεια: για να επεκταθεί μια σφαίρα πλουτωνίου κατά μόλις 1 cm σε δεκάδες νανοδευτερόλεπτα, είναι απαραίτητο να προσδώσει επιτάχυνση στην ουσία που είναι δεκάδες τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, και αυτό δεν είναι εύκολο.
Στο τέλος, η ύλη εξακολουθεί να διασκορπίζεται, η σχάση σταματά, αλλά η διαδικασία δεν τελειώνει εκεί: η ενέργεια ανακατανέμεται μεταξύ των ιονισμένων θραυσμάτων των διαχωρισμένων πυρήνων και άλλων σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη σχάση. Η ενέργειά τους είναι της τάξης των δεκάδων και ακόμη και εκατοντάδων MeV, αλλά μόνο τα ηλεκτρικά ουδέτερα κβάντα γάμμα υψηλής ενέργειας και τα νετρόνια έχουν την ευκαιρία να αποφύγουν την αλληλεπίδραση με την ύλη και να «διαφύγουν». Τα φορτισμένα σωματίδια χάνουν γρήγορα ενέργεια σε πράξεις σύγκρουσης και ιονισμού. Σε αυτήν την περίπτωση, η ακτινοβολία εκπέμπεται - ωστόσο, δεν είναι πλέον σκληρή πυρηνική ακτινοβολία, αλλά πιο ήπια, με ενέργεια τρεις τάξεις μεγέθους χαμηλότερη, αλλά και πάλι υπεραρκετή για να εξαλείψει τα ηλεκτρόνια από τα άτομα - όχι μόνο από τα εξωτερικά κελύφη, αλλά από όλα γενικά. Ένα μείγμα γυμνών πυρήνων, ηλεκτρονίων που έχουν αφαιρεθεί από αυτούς και ακτινοβολίας με πυκνότητα γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό (προσπαθήστε να φανταστείτε πόσο καλά μπορείτε να μαυρίσετε κάτω από το φως που έχει αποκτήσει την πυκνότητα του αλουμινίου!) - όλα όσα πριν από λίγο ήταν φορτίο - έρχεται σε κάποια ομοιότητα ισορροπίας. Σε μια πολύ νεαρή βολίδα, η θερμοκρασία φτάνει τους δεκάδες εκατομμύρια βαθμούς.
Μπάλα φωτιάς
Φαίνεται ότι ακόμη και η μαλακή ακτινοβολία που κινείται με την ταχύτητα του φωτός θα πρέπει να αφήνει πολύ πίσω την ύλη που την δημιούργησε, αλλά αυτό δεν είναι έτσι: στον ψυχρό αέρα, το εύρος των κβάντων των ενεργειών Kev είναι εκατοστά και δεν κινούνται σε ευθεία γραμμή, αλλά αλλάζοντας την κατεύθυνση κίνησης, εκπέμποντας εκ νέου με κάθε αλληλεπίδραση. Τα κβάντα ιονίζουν τον αέρα και απλώνονται μέσα του, όπως ο χυμός κερασιού που χύνεται σε ένα ποτήρι νερό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάχυση ακτινοβολίας.
Μια νεαρή βολίδα μιας έκρηξης 100 kt μερικές δεκάδες νανοδευτερόλεπτα μετά το τέλος της έκρηξης της σχάσης έχει ακτίνα 3 m και θερμοκρασία σχεδόν 8 εκατομμύρια Kelvin. Αλλά μετά από 30 μικροδευτερόλεπτα η ακτίνα του είναι 18 m, αν και η θερμοκρασία πέφτει κάτω από ένα εκατομμύριο βαθμούς. Η μπάλα καταβροχθίζει χώρο και ο ιονισμένος αέρας πίσω από το μπροστινό μέρος της δεν κινείται σχεδόν καθόλου: η ακτινοβολία δεν μπορεί να της μεταφέρει σημαντική ορμή κατά τη διάχυση. Αλλά αντλεί τεράστια ενέργεια σε αυτόν τον αέρα, θερμαίνοντάς τον, και όταν η ενέργεια της ακτινοβολίας εξαντλείται, η μπάλα αρχίζει να μεγαλώνει λόγω της διαστολής του θερμού πλάσματος, που εκρήγνυται από μέσα με κάτι που ήταν κάποτε φορτίο. Διαστέλλοντας, όπως μια φουσκωμένη φυσαλίδα, το κέλυφος του πλάσματος γίνεται πιο λεπτό. Σε αντίθεση με μια φούσκα, φυσικά, τίποτα δεν τη φουσκώνει: με μέσαΔεν έχει απομείνει σχεδόν καμία ύλη, όλα πετά από το κέντρο με αδράνεια, αλλά 30 μικροδευτερόλεπτα μετά την έκρηξη, η ταχύτητα αυτής της πτήσης είναι μεγαλύτερη από 100 km/s και η υδροδυναμική πίεση στην ύλη είναι μεγαλύτερη από 150.000 atm! Το κέλυφος δεν είναι προορισμένο να γίνει πολύ λεπτό, σκάει, σχηματίζοντας «φλύκταινες».
Ποιος από τους μηχανισμούς μετάδοσης της ενέργειας μιας βολίδας περιβάλλονεπικρατεί, εξαρτάται από την ισχύ της έκρηξης: εάν είναι μεγάλη, ο κύριος ρόλος διαδραματίζεται από τη διάχυση ακτινοβολίας, εάν είναι μικρή, η διαστολή της φυσαλίδας του πλάσματος παίζει σημαντικό ρόλο. Είναι σαφές ότι μια ενδιάμεση περίπτωση είναι δυνατή όταν και οι δύο μηχανισμοί είναι αποτελεσματικοί.
Η διαδικασία συλλαμβάνει νέα στρώματα αέρα και δεν υπάρχει πλέον αρκετή ενέργεια για να αφαιρεθούν όλα τα ηλεκτρόνια από τα άτομα. Η ενέργεια του ιονισμένου στρώματος και των θραυσμάτων της φυσαλίδας του πλάσματος εξαντλείται, δεν είναι πλέον σε θέση να μετακινήσουν την τεράστια μάζα μπροστά τους και να επιβραδύνουν αισθητά. Αλλά τι ήταν αέρας πριν την έκρηξη κινείται, αποσπώντας από την μπάλα, απορροφώντας όλο και περισσότερα στρώματα κρύου αέρα... Ξεκινά ο σχηματισμός ωστικού κύματος.
Σοκ κύμα και ατομικό μανιτάρι
Όταν το κρουστικό κύμα διαχωρίζεται από τη βολίδα, τα χαρακτηριστικά του στρώματος εκπομπής αλλάζουν και η ισχύς ακτινοβολίας στο οπτικό τμήμα του φάσματος αυξάνεται απότομα (το λεγόμενο πρώτο μέγιστο). Στη συνέχεια, οι διαδικασίες φωτισμού και οι αλλαγές στη διαφάνεια του περιβάλλοντος αέρα ανταγωνίζονται, γεγονός που οδηγεί στην πραγματοποίηση ενός δεύτερου μέγιστου, λιγότερο ισχυρού, αλλά πολύ μεγαλύτερου - τόσο πολύ ώστε η παραγωγή φωτεινής ενέργειας να είναι μεγαλύτερη από ό,τι στο πρώτο μέγιστο .
Κοντά στην έκρηξη, τα πάντα γύρω του εξατμίζονται, πιο μακριά λιώνει, αλλά ακόμα πιο μακριά, όπου η ροή θερμότητας δεν είναι πλέον επαρκής για να λιώσει στερεά, χώμα, πέτρες, σπίτια ρέουν σαν υγρό, κάτω από μια τερατώδη πίεση αερίου που καταστρέφει όλους τους ισχυρούς δεσμούς , θερμαινόμενο σε σημείο αφόρητης για τα μάτια λάμψη.
Τέλος, το ωστικό κύμα απέχει πολύ από το σημείο της έκρηξης, όπου παραμένει ένα χαλαρό και εξασθενημένο, αλλά διευρυμένο πολλές φορές, σύννεφο συμπυκνωμένων ατμών που μετατράπηκε σε μικροσκοπική και πολύ ραδιενεργή σκόνη από το πλάσμα του φορτίου και από ήταν κοντά στην τρομερή ώρα του σε ένα μέρος από το οποίο έπρεπε να μείνει κανείς όσο πιο μακριά γίνεται. Το σύννεφο αρχίζει να ανεβαίνει. Ψύχεται, αλλάζοντας το χρώμα του, «βάζει» ένα λευκό καπάκι συμπυκνωμένης υγρασίας, ακολουθούμενο από σκόνη από την επιφάνεια της γης, σχηματίζοντας το «πόδι» αυτού που συνήθως αποκαλείται «ατομικό μανιτάρι».
Έναρξη νετρονίων
Οι προσεκτικοί αναγνώστες μπορούν να εκτιμήσουν την απελευθέρωση ενέργειας κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης με ένα μολύβι στα χέρια τους. Όταν ο χρόνος που το συγκρότημα βρίσκεται σε υπερκρίσιμη κατάσταση είναι της τάξης των μικροδευτερόλεπτων, η ηλικία των νετρονίων είναι της τάξης των πικοδευτερολέπτων και ο συντελεστής πολλαπλασιασμού είναι μικρότερος από 2, απελευθερώνεται περίπου ένα gigajoule ενέργειας, που ισοδυναμεί με ... 250 κιλά TNT. Πού είναι τα κιλά και τα μεγατόνια;
Το γεγονός είναι ότι η αλυσίδα σχάσης στο συγκρότημα δεν ξεκινά με ένα νετρόνιο: στο απαιτούμενο μικροδευτερόλεπτο, εγχέονται στο υπερκρίσιμο συγκρότημα κατά εκατομμύρια. Στα πρώτα πυρηνικά φορτία, για αυτό χρησιμοποιήθηκαν πηγές ισοτόπων που βρίσκονται σε μια κοιλότητα μέσα στο συγκρότημα πλουτωνίου: πολώνιο-210, τη στιγμή της συμπίεσης, σε συνδυασμό με βηρύλλιο και προκάλεσε εκπομπή νετρονίων με τα σωματίδια άλφα του. Αλλά όλες οι ισοτοπικές πηγές είναι μάλλον αδύναμες (στο πρώτο αμερικανικό προϊόν δημιουργήθηκαν λιγότερο από ένα εκατομμύριο νετρόνια ανά μικροδευτερόλεπτο) και το πολώνιο είναι πολύ φθαρτό - σε μόλις 138 ημέρες μειώνει τη δραστηριότητά του στο μισό. Ως εκ τούτου, τα ισότοπα αντικαταστάθηκαν από λιγότερο επικίνδυνα (που δεν εκπέμπουν όταν δεν είναι ενεργοποιημένα) και το πιο σημαντικό, σωλήνες νετρονίων που εκπέμπουν πιο έντονα (βλ. πλαϊνή γραμμή): σε λίγα μικροδευτερόλεπτα (ο παλμός που δημιουργείται από τον σωλήνα διαρκεί τόσο πολύ ), γεννιούνται εκατοντάδες εκατομμύρια νετρόνια. Αλλά αν δεν λειτουργεί ή λειτουργεί σε λάθος χρόνο, θα συμβεί ένα λεγόμενο κτύπημα ή "zilch" - μια θερμική έκρηξη χαμηλής ισχύος.
Η εκκίνηση νετρονίων όχι μόνο αυξάνει την απελευθέρωση ενέργειας μιας πυρηνικής έκρηξης κατά πολλές τάξεις μεγέθους, αλλά καθιστά δυνατή και τη ρύθμισή της! Είναι σαφές ότι, έχοντας λάβει μια αποστολή μάχης, όταν ορίζεται ποια είναι η ισχύς ενός πυρηνικού χτυπήματος, κανείς δεν αποσυναρμολογεί τη γόμωση για να την εξοπλίσει με ένα συγκρότημα πλουτωνίου που είναι βέλτιστο για μια δεδομένη ισχύ. Σε πυρομαχικά με ισοδύναμο με δυνατότητα μεταγωγής TNT, αρκεί απλώς να αλλάξετε την τάση τροφοδοσίας στον σωλήνα νετρονίων. Αντίστοιχα, η απόδοση νετρονίων και η απελευθέρωση ενέργειας θα αλλάξουν (φυσικά, όταν η ισχύς μειωθεί με αυτόν τον τρόπο, σπαταλάται πολύ ακριβό πλουτώνιο).
Άρχισαν όμως να σκέφτονται την ανάγκη ρύθμισης της απελευθέρωσης ενέργειας πολύ αργότερα, και στην πρώτη μεταπολεμικά χρόνιαδεν θα μπορούσε να γίνει λόγος για μείωση της ισχύος. Πιο δυνατό, πιο δυνατό και πιο δυνατό! Αλλά αποδείχθηκε ότι υπάρχουν πυρηνικοί φυσικοί και υδροδυναμικοί περιορισμοί στις επιτρεπόμενες διαστάσεις της υποκρίσιμης σφαίρας. Το ισοδύναμο TNT μιας έκρηξης εκατό κιλοτόνων είναι κοντά στο φυσικό όριο για μονοφασικά πυρομαχικά, στα οποία συμβαίνει μόνο σχάση. Ως αποτέλεσμα, η σχάση εγκαταλείφθηκε ως η κύρια πηγή ενέργειας και η εστίαση ήταν σε αντιδράσεις μιας άλλης τάξης - σύντηξης.
Πυρηνικές παρανοήσεις
Η πυκνότητα του πλουτωνίου τη στιγμή της έκρηξης αυξάνεται λόγω μιας μετάβασης φάσης
Το μεταλλικό πλουτώνιο υπάρχει σε έξι φάσεις, η πυκνότητα των οποίων κυμαίνεται από 14,7 έως 19,8 g/cm3. Σε θερμοκρασίες κάτω από 119 °C υπάρχει μια μονοκλινική άλφα φάση (19,8 g/cm3), αλλά αυτό το πλουτώνιο είναι πολύ εύθραυστο και στην κυβική φάση δέλτα με επίκεντρο το πρόσωπο (15,9) είναι πλαστικό και καλά επεξεργασμένο (αυτή η φάση είναι που προσπαθούν να συντηρηθούν χρησιμοποιώντας πρόσθετα κραμάτων). Κατά τη συμπίεση της έκρηξης, δεν μπορούν να συμβούν μεταβάσεις φάσης - το πλουτώνιο είναι σε κατάσταση σχεδόν υγρού. Οι μεταβάσεις φάσεων είναι επικίνδυνες κατά την παραγωγή: πότε μεγάλα μεγέθηεξαρτήματα, ακόμη και με μια μικρή αλλαγή στην πυκνότητα, είναι δυνατό να φτάσετε σε κρίσιμη κατάσταση. Φυσικά, δεν θα υπάρξει έκρηξη - το τεμάχιο εργασίας απλά θα θερμανθεί, αλλά μπορεί να απελευθερωθεί η επινικελίωση (και το πλουτώνιο είναι πολύ τοξικό).
Πηγή νετρονίων
Οι πρώτες πυρηνικές βόμβες χρησιμοποίησαν μια πηγή νετρονίων βηρυλλίου-πολωνίου. Τα σύγχρονα φορτία χρησιμοποιούν πολύ πιο βολικούς σωλήνες νετρονίων Σε ένα σωλήνα νετρονίων κενού, εφαρμόζεται μια παλμική τάση 100 kV μεταξύ του κορεσμένου με τρίτιο στόχο (κάθοδος) (1) και του συγκροτήματος ανόδου (2). Όταν η τάση είναι μέγιστη, είναι απαραίτητο τα ιόντα δευτερίου να βρίσκονται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, τα οποία πρέπει να επιταχυνθούν. Για αυτό χρησιμοποιείται μια πηγή ιόντων. Εφαρμόζεται ένας παλμός ανάφλεξης στην άνοδο του (3) και η εκκένωση, που διέρχεται κατά μήκος της επιφάνειας των κορεσμένων με δευτέριο κεραμικών (4), σχηματίζει ιόντα δευτερίου. Έχοντας επιταχυνθεί, βομβαρδίζουν έναν στόχο κορεσμένο με τρίτιο, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται ενέργεια 17,6 MeV και να σχηματίζονται νετρόνια και πυρήνες ηλίου-4.
Όσον αφορά τη σύνθεση των σωματιδίων και ακόμη και την παραγωγή ενέργειας, αυτή η αντίδραση είναι πανομοιότυπη με τη σύντηξη - τη διαδικασία σύντηξης ελαφρών πυρήνων. Στη δεκαετία του 1950, πολλοί πίστευαν ότι επρόκειτο για σύντηξη, αλλά αργότερα αποδείχθηκε ότι συμβαίνει μια «διαταραχή» στον σωλήνα: είτε ένα πρωτόνιο είτε ένα νετρόνιο (το οποίο αποτελεί το ιόν δευτερίου, που επιταχύνεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο) «κολλάει». στον πυρήνα στόχο (τρίτιο) . Εάν ένα πρωτόνιο κολλήσει, το νετρόνιο διασπάται και γίνεται ελεύθερο.
Νετρόνια - αργά και γρήγορα
Σε μια μη σχάσιμη ουσία, που «αναπηδά» από τους πυρήνες, τα νετρόνια μεταφέρουν σε αυτούς μέρος της ενέργειάς τους, όσο μεγαλύτεροι είναι οι ελαφρύτεροι (πιο κοντά σε αυτά σε μάζα) οι πυρήνες. Όσο περισσότερες συγκρούσεις συμμετέχουν τα νετρόνια, τόσο περισσότερο επιβραδύνουν, και στη συνέχεια, τελικά, έρχονται σε θερμική ισορροπία με την περιβάλλουσα ύλη - θερμοποιούνται (αυτό διαρκεί χιλιοστά του δευτερολέπτου). Η ταχύτητα θερμικών νετρονίων είναι 2200 m/s (ενέργεια 0,025 eV). Τα νετρόνια μπορούν να ξεφύγουν από τον συντονιστή και να αιχμαλωτιστούν από τους πυρήνες του, αλλά με μέτρο, η ικανότητά τους να εισέρχονται σε πυρηνικές αντιδράσεις αυξάνεται σημαντικά, επομένως τα νετρόνια που «δεν χάνονται» αντισταθμίζουν περισσότερο τη μείωση των αριθμών.
Έτσι, εάν μια σφαίρα σχάσιμου υλικού περιβάλλεται από έναν συντονιστή, πολλά νετρόνια θα φύγουν από τον συντονιστή ή θα απορροφηθούν σε αυτό, αλλά θα υπάρχουν και μερικά που θα επιστρέψουν στη σφαίρα («αντανακλούν») και, έχοντας χάσει την ενέργειά τους, είναι πολύ πιο πιθανό να προκαλέσουν συμβάντα σχάσης. Εάν η μπάλα περιβάλλεται από ένα στρώμα βηρυλλίου πάχους 25 mm, τότε μπορούν να εξοικονομηθούν 20 kg U235 και να επιτευχθεί η κρίσιμη κατάσταση του συγκροτήματος. Αλλά τέτοιες εξοικονομήσεις έρχονται με κόστος χρόνου: κάθε επόμενη γενιά νετρονίων πρέπει πρώτα να επιβραδύνει πριν προκαλέσει σχάση. Αυτή η καθυστέρηση μειώνει τον αριθμό των γενεών νετρονίων που γεννιούνται ανά μονάδα χρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι καθυστερεί η απελευθέρωση ενέργειας. Όσο λιγότερο σχάσιμο υλικό στο συγκρότημα, τόσο περισσότερο συντονιστής απαιτείται για την ανάπτυξη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης και η σχάση συμβαίνει με νετρόνια ολοένα και χαμηλότερης ενέργειας. Στην περιοριστική περίπτωση, όταν η κρισιμότητα επιτυγχάνεται μόνο με θερμικά νετρόνια, για παράδειγμα σε διάλυμα αλάτων ουρανίου σε καλό μέσο συντονισμού - νερό, η μάζα των συγκροτημάτων είναι εκατοντάδες γραμμάρια, αλλά το διάλυμα απλώς βράζει περιοδικά. Οι απελευθερωμένες φυσαλίδες ατμού μειώνουν τη μέση πυκνότητα της σχάσιμης ουσίας, η αλυσιδωτή αντίδραση σταματά και όταν οι φυσαλίδες φύγουν από το υγρό, η εστία σχάσης επαναλαμβάνεται (αν φράξετε το δοχείο, ο ατμός θα το σπάσει - αλλά αυτό θα είναι θερμικό έκρηξη, χωρίς όλα τα τυπικά «πυρηνικά» σημάδια).
Βίντεο: Πυρηνικές εκρήξεις
Εγγραφείτε και διαβάστε τις καλύτερες δημοσιεύσεις μας στο Yandex.Zen. Κοίτα όμορφες εικόνεςαπό όλο τον κόσμο στη σελίδα μας στο Ίνσταγκραμ
Εάν βρείτε κάποιο σφάλμα, επιλέξτε ένα κομμάτι κειμένου και πατήστε Ctrl+Enter.
Εκατοντάδες χιλιάδες διάσημοι και ξεχασμένοι οπλουργοί της αρχαιότητας πολέμησαν αναζητώντας το ιδανικό όπλο, ικανό να εξατμίσει έναν εχθρικό στρατό με ένα κλικ. Κατά καιρούς, τα ίχνη αυτών των αναζητήσεων μπορούν να βρεθούν σε παραμύθια που περιγράφουν λίγο πολύ εύλογα ένα θαυματουργό σπαθί ή ένα τόξο που χτυπά χωρίς να λείπει.
Ευτυχώς, η τεχνολογική πρόοδος κινήθηκε τόσο αργά για μεγάλο χρονικό διάστημα που η πραγματική ενσάρκωση του καταστροφικού όπλου παρέμεινε στα όνειρα και τις προφορικές ιστορίες και αργότερα στις σελίδες των βιβλίων. Το επιστημονικό και τεχνολογικό άλμα του 19ου αιώνα παρείχε τις προϋποθέσεις για τη δημιουργία της κύριας φοβίας του 20ού αιώνα. Η πυρηνική βόμβα, που δημιουργήθηκε και δοκιμάστηκε υπό πραγματικές συνθήκες, έφερε επανάσταση τόσο στις στρατιωτικές υποθέσεις όσο και στην πολιτική.
Ιστορία της δημιουργίας όπλων
Για πολύ καιρό πίστευαν ότι τα πιο ισχυρά όπλα μπορούσαν να δημιουργηθούν μόνο χρησιμοποιώντας εκρηκτικά. Οι ανακαλύψεις επιστημόνων που εργάζονται με τα μικρότερα σωματίδια έχουν δώσει επιστημονικές αποδείξεις ότι μπορεί να δημιουργηθεί τεράστια ενέργεια με τη βοήθεια στοιχειωδών σωματιδίων. Ο πρώτος σε μια σειρά ερευνητών μπορεί να ονομαστεί Becquerel, ο οποίος το 1896 ανακάλυψε τη ραδιενέργεια των αλάτων ουρανίου.
Το ίδιο το ουράνιο ήταν γνωστό από το 1786, αλλά εκείνη την εποχή κανείς δεν υποψιάστηκε τη ραδιενέργεια του. Εργασία επιστημόνων για αρχές του 19ου αιώνακαι ο εικοστός αιώνας αποκάλυψε όχι μόνο ειδικές φυσικές ιδιότητες, αλλά και τη δυνατότητα λήψης ενέργειας από ραδιενεργές ουσίες.
Η επιλογή κατασκευής όπλων με βάση το ουράνιο περιγράφηκε για πρώτη φορά λεπτομερώς, δημοσιεύθηκε και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από Γάλλους φυσικούς, τους Joliot-Curies το 1939.
Παρά την αξία του για τα όπλα, οι ίδιοι οι επιστήμονες ήταν αποφασιστικά ενάντια στη δημιουργία ενός τόσο καταστροφικού όπλου.
Έχοντας περάσει από τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο στην Αντίσταση, στη δεκαετία του 1950 το ζευγάρι (Frederick και Irene), συνειδητοποιώντας την καταστροφική δύναμη του πολέμου, υποστήριξε τον γενικό αφοπλισμό. Υποστηρίζονται από τον Niels Bohr, τον Albert Einstein και άλλους εξέχοντες φυσικούς της εποχής.
Εν τω μεταξύ, ενώ οι Joliot-Curies ήταν απασχολημένοι με το πρόβλημα των Ναζί στο Παρίσι, στην άλλη άκρη του πλανήτη, στην Αμερική, αναπτύσσονταν το πρώτο πυρηνικό φορτίο στον κόσμο. Ο Ρόμπερτ Οπενχάιμερ, ο οποίος ηγήθηκε του έργου, είχε τις ευρύτερες εξουσίες και τεράστιους πόρους. Το τέλος του 1941 σηματοδότησε την έναρξη του Manhattan Project, το οποίο τελικά οδήγησε στη δημιουργία της πρώτης πολεμικής πυρηνικής κεφαλής.
Στην πόλη Λος Άλαμος, στο Νέο Μεξικό, ανεγέρθηκαν οι πρώτες εγκαταστάσεις παραγωγής ουρανίου οπλικής ποιότητας. Στη συνέχεια, παρόμοια πυρηνικά κέντρα εμφανίστηκαν σε όλη τη χώρα, για παράδειγμα στο Σικάγο, στο Oak Ridge, στο Τενεσί, και διεξήχθη έρευνα στην Καλιφόρνια. Οι καλύτερες δυνάμεις των καθηγητών των αμερικανικών πανεπιστημίων, καθώς και των φυσικών που διέφυγαν από τη Γερμανία, ρίχτηκαν στη δημιουργία της βόμβας.
Στο ίδιο το «Τρίτο Ράιχ», ξεκίνησε η εργασία για τη δημιουργία ενός νέου τύπου όπλου με τρόπο χαρακτηριστικό του Φύρερ.
Δεδομένου ότι ο "Besnovaty" ενδιαφερόταν περισσότερο για τανκς και αεροπλάνα, και όσο περισσότερα τόσο το καλύτερο, δεν είδε μεγάλη ανάγκη για μια νέα θαυματουργή βόμβα.
Αντίστοιχα, έργα που δεν υποστηρίζονται από τον Χίτλερ το καλύτερο σενάριοκινήθηκε με ρυθμό σαλιγκαριού.
Όταν τα πράγματα άρχισαν να ζεσταίνονται και αποδείχθηκε ότι τα τανκς και τα αεροπλάνα καταβροχθίστηκαν από το Ανατολικό Μέτωπο, το νέο θαυματουργό όπλο έλαβε υποστήριξη. Αλλά ήταν πολύ αργά, σε συνθήκες βομβαρδισμού και συνεχούς φόβου για τις σφήνες των σοβιετικών δεξαμενών, δεν ήταν δυνατό να δημιουργηθεί μια συσκευή με πυρηνικό εξάρτημα.
Σοβιετική Ένωσηήταν πιο προσεκτικός στη δυνατότητα δημιουργίας ενός νέου τύπου καταστροφικού όπλου. Στην προπολεμική περίοδο, οι φυσικοί συνέλεξαν και εδραίωσαν τις γενικές γνώσεις για την πυρηνική ενέργεια και τη δυνατότητα δημιουργίας πυρηνικών όπλων. Οι μυστικές υπηρεσίες εργάστηκαν εντατικά σε όλη την περίοδο της δημιουργίας της πυρηνικής βόμβας τόσο στην ΕΣΣΔ όσο και στις ΗΠΑ. Ο πόλεμος έπαιξε σημαντικό ρόλο στην επιβράδυνση του ρυθμού ανάπτυξης, καθώς τεράστιοι πόροι πήγαν στο μέτωπο.
Είναι αλήθεια ότι ο ακαδημαϊκός Igor Vasilyevich Kurchatov, με τη χαρακτηριστική επιμονή του, προώθησε το έργο όλων των υποτελών τμημάτων προς αυτή την κατεύθυνση. Κοιτάζοντας λίγο μπροστά, είναι αυτός που θα επιφορτιστεί με την επιτάχυνση της ανάπτυξης όπλων ενόψει της απειλής αμερικανικού χτυπήματος στις πόλεις της ΕΣΣΔ. Ήταν αυτός, που στεκόταν στο χαλίκι μιας τεράστιας μηχανής εκατοντάδων και χιλιάδων επιστημόνων και εργατών, που θα έπαιρνε τον τιμητικό τίτλο του πατέρα της σοβιετικής πυρηνικής βόμβας.
Οι πρώτες δοκιμές στον κόσμο
Ας επιστρέψουμε όμως στο αμερικανικό πυρηνικό πρόγραμμα. Μέχρι το καλοκαίρι του 1945, Αμερικανοί επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν την πρώτη πυρηνική βόμβα στον κόσμο. Κάθε αγόρι που έχει φτιάξει μόνο του ή αγόρασε ένα ισχυρό κροτίδα σε ένα κατάστημα βιώνει ασυνήθιστο μαρτύριο, θέλοντας να το ανατινάξει όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Το 1945, εκατοντάδες Αμερικανοί στρατιώτες και επιστήμονες βίωσαν το ίδιο πράγμα.
Στις 16 Ιουνίου 1945, η πρώτη δοκιμή πυρηνικών όπλων και μια από τις πιο ισχυρές μέχρι σήμερα εκρήξεις έλαβε χώρα στην έρημο Alamogordo, στο Νέο Μεξικό.
Αυτόπτες μάρτυρες που παρακολουθούσαν την έκρηξη από το καταφύγιο χτυπήθηκαν από τη δύναμη με την οποία εξερράγη το φορτίο στην κορυφή του χαλύβδινου πύργου μήκους 30 μέτρων. Στην αρχή, τα πάντα πλημμύρισαν από φως, αρκετές φορές ισχυρότερο από τον ήλιο. Στη συνέχεια, μια βολίδα υψώθηκε στον ουρανό, μετατράπηκε σε στήλη καπνού που πήρε μορφή στο διάσημο μανιτάρι.
Μόλις κατακάθισε η σκόνη, ερευνητές και δημιουργοί βομβών έσπευσαν στο σημείο της έκρηξης. Παρακολούθησαν τις συνέπειες από τις δεξαμενές Sherman με μόλυβδο. Αυτό που είδαν τους εξέπληξε κανένα όπλο δεν μπορούσε να προκαλέσει τέτοια ζημιά. Η άμμος έλιωσε σε γυαλί σε ορισμένα σημεία.
Μικροσκοπικά υπολείμματα του πύργου βρέθηκαν επίσης σε έναν κρατήρα τεράστιας διαμέτρου, ακρωτηριασμένες και θρυμματισμένες κατασκευές απεικόνιζαν ξεκάθαρα την καταστροφική δύναμη.
Επιβλαβείς παράγοντες
Αυτή η έκρηξη έδωσε τις πρώτες πληροφορίες για τη δύναμη του νέου όπλου, για το τι θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει για να καταστρέψει τον εχθρό. Αυτοί είναι αρκετοί παράγοντες:
- ακτινοβολία φωτός, λάμψη, ικανή να τυφλώνει ακόμη και προστατευμένα όργανα όρασης.
- κρουστικό κύμα, ένα πυκνό ρεύμα αέρα που κινείται από το κέντρο, καταστρέφοντας τα περισσότερα κτίρια.
- ηλεκτρομαγνητικός παλμός που απενεργοποιεί τον περισσότερο εξοπλισμό και δεν επιτρέπει τη χρήση επικοινωνιών για πρώτη φορά μετά την έκρηξη.
- Η διεισδυτική ακτινοβολία, ο πιο επικίνδυνος παράγοντας για όσους έχουν βρει καταφύγιο από άλλους επιβλαβείς παράγοντες, χωρίζεται σε ακτινοβολία άλφα-βήτα-γάμα.
- ραδιενεργή μόλυνση που μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την υγεία και τη ζωή για δεκάδες ή και εκατοντάδες χρόνια.
Η περαιτέρω χρήση πυρηνικών όπλων, συμπεριλαμβανομένης της μάχης, έδειξε όλες τις ιδιαιτερότητες της επίδρασής τους στους ζωντανούς οργανισμούς και τη φύση. Η 6η Αυγούστου 1945 ήταν η τελευταία μέρα για δεκάδες χιλιάδες κατοίκους της μικρής πόλης της Χιροσίμα, γνωστής τότε για πολλές σημαντικές στρατιωτικές εγκαταστάσεις.
Η έκβαση του πολέμου στον Ειρηνικό ήταν ένα προκαθορισμένο συμπέρασμα, αλλά το Πεντάγωνο πίστευε ότι η επιχείρηση στο ιαπωνικό αρχιπέλαγος θα κόστιζε περισσότερες από ένα εκατομμύριο ζωές Αμερικανών πεζοναυτών. Αποφασίστηκε να σκοτωθούν πολλά πουλιά με μια πέτρα, να βγάλουμε την Ιαπωνία από τον πόλεμο, εξοικονομώντας χρήματα για την επιχείρηση προσγείωσης, να δοκιμάσουμε ένα νέο όπλο και να το ανακοινώσουμε σε ολόκληρο τον κόσμο και, πάνω απ 'όλα, στην ΕΣΣΔ.
Στη μία τα ξημερώματα το αεροπλάνο που μετέφερε την πυρηνική βόμβα «Baby» απογειώθηκε σε αποστολή.
Η βόμβα που έπεσε πάνω από την πόλη εξερράγη σε υψόμετρο περίπου 600 μέτρων στις 8.15 π.μ. Όλα τα κτίρια που βρίσκονται σε απόσταση 800 μέτρων από το επίκεντρο καταστράφηκαν. Οι τοίχοι μόνο λίγων κτιρίων, σχεδιασμένων για να αντέχουν σε σεισμό 9 Ρίχτερ, επέζησαν.
Από κάθε δέκα ανθρώπους που βρίσκονταν σε ακτίνα 600 μέτρων τη στιγμή της έκρηξης της βόμβας, μόνο ένας μπορούσε να επιβιώσει. Η φωτεινή ακτινοβολία μετέτρεψε τους ανθρώπους σε κάρβουνο, αφήνοντας σημάδια σκιάς στην πέτρα, ένα σκοτεινό αποτύπωμα του τόπου όπου βρισκόταν το άτομο. Το κύμα έκρηξης που ακολούθησε ήταν τόσο δυνατό που μπορούσε να σπάσει γυαλί σε απόσταση 19 χιλιομέτρων από το σημείο της έκρηξης.
Ένας έφηβος χτυπήθηκε έξω από το σπίτι μέσα από ένα παράθυρο από ένα πυκνό ρεύμα αέρα κατά την προσγείωση, ο τύπος είδε τους τοίχους του σπιτιού να διπλώνουν σαν χαρτιά. Το κύμα της έκρηξης ακολούθησε ανεμοστρόβιλος πυρκαγιάς, καταστρέφοντας όσους λίγους κατοίκους επέζησαν από την έκρηξη και δεν πρόλαβαν να εγκαταλείψουν την πυρκαγιά. Όσοι βρίσκονταν σε απόσταση από την έκρηξη άρχισαν να αισθάνονται σοβαρή αδιαθεσία, η αιτία της οποίας ήταν αρχικά ασαφής στους γιατρούς.
Πολύ αργότερα, λίγες εβδομάδες αργότερα, ανακοινώθηκε ο όρος «δηλητηρίαση από ακτινοβολία», γνωστός πλέον ως ασθένεια ακτινοβολίας.
Περισσότεροι από 280 χιλιάδες άνθρωποι έγιναν θύματα μιας μόνο βόμβας, τόσο απευθείας από την έκρηξη όσο και από επακόλουθες ασθένειες.
Ο βομβαρδισμός της Ιαπωνίας με πυρηνικά όπλα δεν τελείωσε εκεί. Σύμφωνα με το σχέδιο, μόνο τέσσερις έως έξι πόλεις επρόκειτο να χτυπηθούν, αλλά οι καιρικές συνθήκες επέτρεψαν να χτυπηθεί μόνο το Ναγκασάκι. Σε αυτή την πόλη, περισσότεροι από 150 χιλιάδες άνθρωποι έγιναν θύματα της βόμβας Fat Man.
Οι υποσχέσεις της αμερικανικής κυβέρνησης να πραγματοποιήσει τέτοιες επιθέσεις μέχρι να παραδοθεί η Ιαπωνία οδήγησαν σε ανακωχή και στη συνέχεια στην υπογραφή συμφωνίας που έληξε Παγκόσμιος πόλεμος. Αλλά για τα πυρηνικά όπλα αυτό ήταν μόνο η αρχή.
Η πιο ισχυρή βόμβα στον κόσμο
Η μεταπολεμική περίοδος σημαδεύτηκε από την αντιπαράθεση του μπλοκ της ΕΣΣΔ και των συμμάχων του με τις ΗΠΑ και το ΝΑΤΟ. Στη δεκαετία του 1940, οι Αμερικανοί εξέτασαν σοβαρά το ενδεχόμενο να χτυπήσουν τη Σοβιετική Ένωση. Για να περιοριστεί ο πρώην σύμμαχος, οι εργασίες για τη δημιουργία μιας βόμβας έπρεπε να επιταχυνθούν και ήδη το 1949, στις 29 Αυγούστου, έληξε το μονοπώλιο των ΗΠΑ στα πυρηνικά όπλα. Κατά τη διάρκεια του αγώνα των εξοπλισμών, δύο πυρηνικές δοκιμές αξίζουν τη μεγαλύτερη προσοχή.
Το Bikini Atoll, γνωστό κυρίως για τα επιπόλαια μαγιό, έκανε κυριολεκτικά πάταγο σε όλο τον κόσμο το 1954 λόγω της δοκιμής ενός ειδικά ισχυρού πυρηνικού φορτίου.
Οι Αμερικανοί, έχοντας αποφασίσει να δοκιμάσουν ένα νέο σχέδιο ατομικά όπλα, δεν υπολόγισε τη χρέωση. Ως αποτέλεσμα, η έκρηξη ήταν 2,5 φορές ισχυρότερη από την προγραμματισμένη. Οι κάτοικοι των κοντινών νησιών, καθώς και οι απανταχού Ιάπωνες ψαράδες, δέχθηκαν επίθεση.
Δεν ήταν όμως η πιο ισχυρή αμερικανική βόμβα. Το 1960, η πυρηνική βόμβα B41 τέθηκε σε λειτουργία, αλλά ποτέ δεν υποβλήθηκε σε πλήρη δοκιμή λόγω της ισχύος της. Η ισχύς της γόμωσης υπολογίστηκε θεωρητικά, υπό τον φόβο της έκρηξης ενός τόσο επικίνδυνου όπλου στο χώρο της δοκιμής.
Η Σοβιετική Ένωση, που της άρεσε να είναι η πρώτη σε όλα, βίωσε το 1961, με το παρατσούκλι "η μητέρα του Kuzka".
Απαντώντας στον πυρηνικό εκβιασμό της Αμερικής, Σοβιετικοί επιστήμονες δημιούργησαν την πιο ισχυρή βόμβα στον κόσμο. Δοκιμασμένο στο Novaya Zemlya, άφησε το στίγμα του σχεδόν σε όλες τις γωνιές του πλανήτη. Σύμφωνα με μνήμες, ένας ελαφρύς σεισμός έγινε αισθητός στις πιο απομακρυσμένες γωνιές την ώρα της έκρηξης.
Το κύμα έκρηξης, φυσικά, έχοντας χάσει όλη την καταστροφική του δύναμη, μπόρεσε να κάνει κύκλους γύρω από τη Γη. Μέχρι σήμερα, αυτή είναι η πιο ισχυρή πυρηνική βόμβα στον κόσμο που δημιουργήθηκε και δοκιμάστηκε από την ανθρωπότητα. Φυσικά, αν τα χέρια του ήταν ελεύθερα, η πυρηνική βόμβα του Κιμ Γιονγκ-ουν θα ήταν πιο ισχυρή, αλλά δεν έχει Νέα Γη για να τη δοκιμάσει.
Συσκευή ατομικής βόμβας
Ας εξετάσουμε μια πολύ πρωτόγονη, καθαρά για κατανόηση, συσκευή ατομικής βόμβας. Υπάρχουν πολλές κατηγορίες ατομικών βομβών, αλλά ας εξετάσουμε τρεις κύριες:
- Το ουράνιο, με βάση το ουράνιο 235, εξερράγη για πρώτη φορά πάνω από τη Χιροσίμα.
- πλουτώνιο, βασισμένο στο πλουτώνιο 239, εξερράγη για πρώτη φορά πάνω από το Ναγκασάκι.
- θερμοπυρηνικό, μερικές φορές αποκαλούμενο υδρογόνο, με βάση το βαρύ νερό με δευτέριο και τρίτιο, που ευτυχώς δεν χρησιμοποιείται κατά του πληθυσμού.
Οι δύο πρώτες βόμβες βασίζονται στην επίδραση της σχάσης των βαρέων πυρήνων σε μικρότερους μέσω μιας ανεξέλεγκτης πυρηνικής αντίδρασης, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Το τρίτο βασίζεται στη σύντηξη των πυρήνων του υδρογόνου (ή μάλλον των ισοτόπων του δευτερίου και τριτίου) με το σχηματισμό ηλίου, το οποίο είναι βαρύτερο σε σχέση με το υδρογόνο. Για το ίδιο βάρος βόμβας, το καταστροφικό δυναμικό μιας βόμβας υδρογόνου είναι 20 φορές μεγαλύτερο.
Αν για το ουράνιο και το πλουτώνιο αρκεί να συγκεντρωθούν μια μάζα μεγαλύτερη από την κρίσιμη (στην οποία ξεκινά μια αλυσιδωτή αντίδραση), τότε για το υδρογόνο αυτό δεν είναι αρκετό.
Για την αξιόπιστη σύνδεση πολλών τεμαχίων ουρανίου σε ένα, χρησιμοποιείται ένα εφέ κανονιού κατά το οποίο μικρότερα κομμάτια ουρανίου εκτοξεύονται σε μεγαλύτερα. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί πυρίτιδα, αλλά για αξιοπιστία χρησιμοποιούνται εκρηκτικά χαμηλής ισχύος.
Σε μια βόμβα πλουτωνίου, για να δημιουργηθούν οι απαραίτητες συνθήκες για μια αλυσιδωτή αντίδραση, τοποθετούνται εκρηκτικά γύρω από πλινθώματα που περιέχουν πλουτώνιο. Λόγω του αθροιστικού αποτελέσματος, καθώς και του εκκινητή νετρονίων που βρίσκεται στο κέντρο (βηρύλλιο με αρκετά χιλιοστόγραμμα πολώνιο), επιτυγχάνονται οι απαραίτητες συνθήκες.
Έχει μια κύρια φόρτιση, η οποία δεν μπορεί να εκραγεί από μόνη της, και μια ασφάλεια. Για να δημιουργήσουμε συνθήκες για τη σύντηξη των πυρήνων δευτερίου και τριτίου, χρειαζόμαστε αφάνταστες πιέσεις και θερμοκρασίες τουλάχιστον σε ένα σημείο. Στη συνέχεια θα συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση.
Για τη δημιουργία τέτοιων παραμέτρων, η βόμβα περιλαμβάνει ένα συμβατικό, αλλά χαμηλής ισχύος, πυρηνικό φορτίο, το οποίο είναι η ασφάλεια. Η έκρηξή του δημιουργεί τις προϋποθέσεις για την έναρξη μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης.
Για την εκτίμηση της ισχύος μιας ατομικής βόμβας, χρησιμοποιείται το λεγόμενο «ισοδύναμο TNT». Μια έκρηξη είναι μια απελευθέρωση ενέργειας, το πιο διάσημο εκρηκτικό στον κόσμο είναι το TNT (TNT - trinitrotoluene), και όλα τα νέα είδη εκρηκτικών εξισώνονται με αυτό. Βόμβα "Baby" - 13 κιλοτόνων TNT. Αυτό ισοδυναμεί με 13000.
Βόμβα "Fat Man" - 21 κιλοτόνων, "Tsar Bomba" - 58 μεγατόνων TNT. Είναι τρομακτικό να σκεφτόμαστε 58 εκατομμύρια τόνους εκρηκτικών συγκεντρωμένων σε μάζα 26,5 τόνων, τόσο βάρος έχει αυτή η βόμβα.
Ο κίνδυνος πυρηνικού πολέμου και πυρηνικών καταστροφών
Εμφανιζόμενοι στη μέση του χειρότερου πολέμου του εικοστού αιώνα, τα πυρηνικά όπλα έγιναν ο μεγαλύτερος κίνδυνος για την ανθρωπότητα. Αμέσως μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο ξεκίνησε ο Ψυχρός Πόλεμος, ο οποίος αρκετές φορές σχεδόν κλιμακώθηκε σε πλήρη πυρηνική σύγκρουση. Η απειλή της χρήσης πυρηνικών βομβών και πυραύλων από τουλάχιστον μια πλευρά άρχισε να συζητείται στη δεκαετία του 1950.
Όλοι κατάλαβαν και καταλαβαίνουν ότι δεν μπορούν να υπάρξουν νικητές σε αυτόν τον πόλεμο.
Για τον περιορισμό του, έχουν γίνει και γίνονται προσπάθειες από πολλούς επιστήμονες και πολιτικούς. Πανεπιστήμιο του Σικάγο, χρησιμοποιώντας τις απόψεις προσκεκλημένων πυρηνικών επιστημόνων, συμπεριλαμβανομένων Νομπελίστες, ρυθμίζει το Ρολόι της Κρίσης λίγα λεπτά πριν τα μεσάνυχτα. Τα μεσάνυχτα σηματοδοτούν έναν πυρηνικό κατακλυσμό, την έναρξη ενός νέου Παγκόσμιου Πολέμου και την καταστροφή του παλιού κόσμου. Με τα χρόνια, οι δείκτες του ρολογιού κυμάνθηκαν από 17 έως 2 λεπτά έως τα μεσάνυχτα.
Υπάρχουν επίσης αρκετά γνωστά μεγάλα ατυχήματα που συνέβησαν σε πυρηνικούς σταθμούς. Αυτές οι καταστροφές έχουν έμμεση σχέση με τα όπλα. Το μεγαλύτερο από αυτά:
- 1957 Ατύχημα Kyshtym, λόγω βλάβης στο σύστημα αποθήκευσης, σημειώθηκε έκρηξη κοντά στο Kyshtym.
- 1957, Βρετανία, στη βορειοδυτική Αγγλία, δεν πραγματοποιήθηκαν έλεγχοι ασφαλείας.
- 1979, Η.Π.Α., λόγω μη έγκαιρης διαρροής, σημειώθηκε έκρηξη και απελευθέρωση από πυρηνικό εργοστάσιο.
- 1986, τραγωδία στο Τσερνομπίλ, έκρηξη της 4ης μονάδας ισχύος.
- 2011, ατύχημα στο σταθμό της Φουκουσίμα, Ιαπωνία.
Κάθε μία από αυτές τις τραγωδίες άφησε βαρύ στίγμα στη μοίρα εκατοντάδων χιλιάδων ανθρώπων και μετέτρεψε ολόκληρες περιοχές σε μη οικιστικές ζώνες με ειδικό έλεγχο.
Υπήρξαν περιστατικά που παραλίγο να κοστίσουν την έναρξη μιας πυρηνικής καταστροφής. Σοβιετικά πυρηνικά υποβρύχιαείχε επανειλημμένα ατυχήματα που σχετίζονται με τον αντιδραστήρα. Οι Αμερικανοί έριξαν ένα βομβαρδιστικό Superfortress με δύο πυρηνικές βόμβες Mark 39, απόδοσης 3,8 μεγατόνων. Όμως το ενεργοποιημένο «σύστημα ασφαλείας» δεν επέτρεψε την έκρηξη των γομώσεων και αποφεύχθηκε η καταστροφή.
Πυρηνικά όπλα παρελθόν και παρόν
Σήμερα είναι σαφές σε οποιονδήποτε ότι ένας πυρηνικός πόλεμος θα καταστρέψει τη σύγχρονη ανθρωπότητα. Εν τω μεταξύ, η επιθυμία να κατέχουν πυρηνικά όπλα και να εισέλθουν στην πυρηνική λέσχη, ή μάλλον, να ξεσπάσουν σε αυτήν χτυπώντας την πόρτα, εξακολουθεί να ενθουσιάζει τα μυαλά ορισμένων κρατικών ηγετών.
Η Ινδία και το Πακιστάν δημιούργησαν πυρηνικά όπλα χωρίς άδεια και οι Ισραηλινοί κρύβουν την παρουσία βόμβας.
Για κάποια υπάρχοντα πυρηνική βόμβα– ένας τρόπος να αποδειχθεί η σημασία στη διεθνή σκηνή. Για άλλους, αποτελεί εγγύηση μη παρέμβασης από φτερωτή δημοκρατία ή άλλους εξωτερικούς παράγοντες. Αλλά το κυριότερο είναι ότι αυτά τα αποθέματα δεν λειτουργούν, για τα οποία δημιουργήθηκαν πραγματικά.
βίντεο
Η ατομική βόμβα είναι ένα βλήμα που έχει σχεδιαστεί για να παράγει μια έκρηξη υψηλής ισχύος ως αποτέλεσμα μιας πολύ γρήγορης απελευθέρωσης πυρηνικής (ατομικής) ενέργειας.
Η αρχή της λειτουργίας των ατομικών βομβών
Το πυρηνικό φορτίο χωρίζεται σε πολλά μέρη σε κρίσιμα μεγέθη, έτσι ώστε σε καθένα από αυτά να μην μπορεί να ξεκινήσει μια αυτοαναπτυσσόμενη ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης των ατόμων της σχάσιμης ουσίας. Μια τέτοια αντίδραση θα συμβεί μόνο όταν όλα τα μέρη του φορτίου συνδέονται γρήγορα σε ένα σύνολο. Από ταχύτητα κλεισίματος μεμονωμένα μέρηΗ πληρότητα της αντίδρασης και, τελικά, η ισχύς της έκρηξης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό. Για τη μετάδοση υψηλής ταχύτητας σε μέρη της γόμωσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια έκρηξη ενός συμβατικού εκρηκτικού. Εάν μέρη ενός πυρηνικού φορτίου τοποθετηθούν σε ακτινικές κατευθύνσεις σε μια ορισμένη απόσταση από το κέντρο και τα φορτία TNT τοποθετηθούν στο εξωτερικό, τότε είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί μια έκρηξη συμβατικών φορτίων που κατευθύνονται προς το κέντρο του πυρηνικού φορτίου. Όλα τα μέρη του πυρηνικού φορτίου όχι μόνο θα συνδυαστούν σε ένα ενιαίο σύνολο με τεράστια ταχύτητα, αλλά θα βρεθούν επίσης για κάποιο χρονικό διάστημα συμπιεσμένα από όλες τις πλευρές από την τεράστια πίεση των προϊόντων της έκρηξης και δεν θα μπορούν να διαχωριστούν αμέσως μόλις Η πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση αρχίζει στο φορτίο. Ως αποτέλεσμα αυτού, θα συμβεί σημαντικά μεγαλύτερη σχάση από ό,τι χωρίς τέτοια συμπίεση και, κατά συνέπεια, η ισχύς της έκρηξης θα αυξηθεί. Ένας ανακλαστήρας νετρονίων συμβάλλει επίσης στην αύξηση της ισχύος έκρηξης για την ίδια ποσότητα σχάσιμου υλικού (οι πιο αποτελεσματικοί ανακλαστήρες είναι το βηρύλλιο< Be >, γραφίτης, βαρύ νερό< H3O >). Η πρώτη σχάση, η οποία θα ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση, απαιτεί τουλάχιστον ένα νετρόνιο. Είναι αδύνατο να υπολογίζουμε στην έγκαιρη έναρξη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης υπό την επίδραση νετρονίων που εμφανίζονται κατά την αυθόρμητη σχάση των πυρήνων, επειδή εμφανίζεται σχετικά σπάνια: για U-235 - 1 αποσύνθεση την ώρα ανά 1 g. ουσίες. Υπάρχουν επίσης πολύ λίγα νετρόνια που υπάρχουν σε ελεύθερη μορφή στην ατμόσφαιρα: μέσω S = 1 cm/sq. Κατά μέσο όρο, περίπου 6 νετρόνια πετούν ανά δευτερόλεπτο. Για το λόγο αυτό, μια τεχνητή πηγή νετρονίων χρησιμοποιείται σε ένα πυρηνικό φορτίο - ένα είδος πυρηνικής κάψουλας πυροκροτητή. Εξασφαλίζει επίσης ότι πολλές σχάσεις ξεκινούν ταυτόχρονα, έτσι η αντίδραση προχωρά με τη μορφή πυρηνικής έκρηξης.
Επιλογές έκρηξης (Σχέδια όπλων και έκρηξης)
Υπάρχουν δύο βασικά σχήματα για την έκρηξη μιας σχάσιμης γόμωσης: το κανόνι, αλλιώς βαλλιστικό, και το εκρηκτικό.
Ο "σχεδιασμός κανονιού" χρησιμοποιήθηκε σε ορισμένα πυρηνικά όπλα πρώτης γενιάς. Η ουσία του κυκλώματος κανονιού είναι να εκτοξεύσει μια γόμωση πυρίτιδας από ένα μπλοκ σχάσιμου υλικού υποκρίσιμης μάζας («σφαίρα») σε ένα άλλο ακίνητο («στόχος»). Τα μπλοκ είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε όταν συνδέονται, η συνολική τους μάζα να γίνεται υπερκρίσιμη.
Αυτή η μέθοδος έκρηξης είναι δυνατή μόνο σε πυρομαχικά ουρανίου, καθώς το πλουτώνιο έχει δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο υπόβαθρο νετρονίων, το οποίο αυξάνει απότομα την πιθανότητα πρόωρης ανάπτυξης μιας αλυσιδωτής αντίδρασης πριν συνδεθούν τα μπλοκ. Αυτό οδηγεί σε ελλιπή απελευθέρωση ενέργειας (το λεγόμενο "ανθρακούχο", Αγγλικά Για να εφαρμοστεί το κύκλωμα κανονιού σε πυρομαχικά πλουτωνίου, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ταχύτητα σύνδεσης των εξαρτημάτων γόμωσης σε ένα τεχνικά ανέφικτο επίπεδο , το ουράνιο αντέχει τις μηχανικές υπερφορτώσεις καλύτερα από το πλουτώνιο.
Εκρηκτικό σχέδιο. Αυτό το σχέδιο έκρηξης περιλαμβάνει την επίτευξη μιας υπερκρίσιμης κατάστασης με τη συμπίεση του σχάσιμου υλικού με ένα εστιασμένο κρουστικό κύμα που δημιουργείται από την έκρηξη ενός χημικού εκρηκτικού. Για την εστίαση του κρουστικού κύματος χρησιμοποιούνται οι λεγόμενοι εκρηκτικοί φακοί και η έκρηξη πραγματοποιείται ταυτόχρονα σε πολλά σημεία με ακρίβεια ακριβείας. Η δημιουργία ενός τέτοιου συστήματος για την τοποθέτηση εκρηκτικών και την έκρηξη ήταν κάποτε ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα. Ο σχηματισμός ενός συγκλίνοντος ωστικού κύματος εξασφαλίστηκε με τη χρήση εκρηκτικών φακών από "γρήγορα" και "αργά" εκρηκτικά - TATV (Τριαμινοτρινιτροβενζόλιο) και βαρατόλη (ένα μείγμα τρινιτροτολουολίου με νιτρικό βάριο) και ορισμένα πρόσθετα)