Πώς λειτουργούν τα πυρηνικά όπλα; Πώς λειτουργεί μια ατομική βόμβα;

Η ιστορία της δημιουργίας της ατομικής βόμβας, και ειδικότερα των όπλων, ξεκινά το 1939, με την ανακάλυψη που έκανε ο Joliot Curie. Ήταν από αυτή τη στιγμή που οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι η αλυσιδωτή αντίδραση του ουρανίου θα μπορούσε να γίνει όχι μόνο μια πηγή τεράστιας ενέργειας, αλλά και ένα τρομερό όπλο. Και έτσι, ο σχεδιασμός μιας ατομικής βόμβας βασίζεται στη χρήση πυρηνικής ενέργειας, η οποία απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης.

Το τελευταίο συνεπάγεται τη διαδικασία σχάσης βαρέων πυρήνων ή σύντηξης ελαφρών πυρήνων. Με αποτέλεσμα, ατομική βόμβαείναι όπλο μαζικής καταστροφής, λόγω του ότι στο συντομότερο χρονικό διάστημα γίνεται απελευθέρωση τεράστιο ποσόενδοπυρηνική ενέργεια σε μικρό χώρο. Κατά την είσοδο σε αυτή τη διαδικασία, συνηθίζεται να επισημαίνονται δύο βασικά σημεία.

Πρώτον, αυτό είναι το κέντρο πυρηνική έκρηξη, όπου λαμβάνει χώρα άμεσα αυτή η διαδικασία. Και, δεύτερον, αυτό είναι το επίκεντρο, το οποίο αντιπροσωπεύει εγγενώς την προβολή της ίδιας της διαδικασίας στην επιφάνεια (γη ή νερό). Επίσης, μια πυρηνική έκρηξη απελευθερώνει τέτοια ποσότητα ενέργειας που όταν προβάλλεται στη γη εμφανίζονται σεισμικοί δονήσεις. Και το εύρος διάδοσης τέτοιων δονήσεων είναι απίστευτα μεγάλο, αν και προκαλούν σημαντική ζημιά στο περιβάλλον μόνο σε απόσταση λίγων μόλις εκατοντάδων μέτρων.

Περαιτέρω, αξίζει να σημειωθεί ότι μια πυρηνική έκρηξη συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλες ποσότητεςθερμότητα και φως, που δημιουργεί μια φωτεινή λάμψη. Επιπλέον, η δύναμή του υπερβαίνει πολλαπλάσια τη δύναμη των ακτίνων του ήλιου. Έτσι, ζημιά από το φως και τη θερμότητα μπορεί να συμβεί σε απόσταση ακόμη και πολλών χιλιομέτρων.

Αλλά ένας εξαιρετικά επικίνδυνος τύπος ζημιάς από μια ατομική βόμβα είναι η ακτινοβολία που παράγεται κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής έκρηξης. Η διάρκεια της έκθεσης σε αυτό το φαινόμενο είναι μικρή, κατά μέσο όρο 60 δευτερόλεπτα, αλλά η διεισδυτική ικανότητα αυτού του κύματος είναι εκπληκτική.

Όσο για τη δομή της ατομικής βόμβας, περιλαμβάνει μια ολόκληρη σειράδιάφορα εξαρτήματα. Κατά κανόνα, υπάρχουν δύο βασικά στοιχεία αυτού του τύπουόπλα: σώμα και σύστημα αυτοματισμού.

Το περίβλημα περιέχει πυρηνικό φορτίο και αυτοματισμό και είναι αυτό που εκτελεί προστατευτική λειτουργία σε σχέση με διάφορους τύπους επιρροής (μηχανική, θερμική κ.λπ.). Και ο ρόλος του συστήματος αυτοματισμού είναι να διασφαλίσει ότι η έκρηξη θα συμβεί σε έναν σαφώς καθορισμένο χρόνο, και όχι νωρίτερα ή αργότερα. Το σύστημα αυτοματισμού αποτελείται από συστήματα όπως: έκρηξη έκτακτης ανάγκης. προστασία και όπλιση. τροφοδοτικό? Αισθητήρες έκρηξης και έκρηξης φορτίου.

Αλλά οι ατομικές βόμβες παραδίδονται χρησιμοποιώντας βαλλιστικούς, κρουζ και αντιαεροπορικούς πυραύλους. Εκείνοι. Τα πυρηνικά όπλα μπορεί να είναι στοιχείο εναέριας βόμβας, τορπίλης, νάρκης και ούτω καθεξής.

Και ακόμη και τα συστήματα πυροδότησης για μια ατομική βόμβα μπορεί να είναι διαφορετικά. Ένα από τα απλούστερα συστήματα είναι το σύστημα έγχυσης, όταν η ώθηση για μια πυρηνική έκρηξη είναι όταν ένα βλήμα χτυπά τον στόχο, ακολουθούμενο από το σχηματισμό μιας υπερκρίσιμης μάζας. Ήταν αυτός ο τύπος ατομικής βόμβας που πυροδοτήθηκε για πρώτη φορά πάνω από τη Χιροσίμα το 1945, που περιείχε ουράνιο. Αντίθετα, η βόμβα που έπεσε στο Ναγκασάκι την ίδια χρονιά ήταν πλουτώνιο.

Μετά από μια τόσο ζωντανή επίδειξη της δύναμης και της δύναμης των ατομικών όπλων, έπεσε αμέσως στην κατηγορία των πιο επικίνδυνα μέσαμαζικής καταστροφής. Μιλώντας για τα είδη των ατομικών όπλων, θα πρέπει να αναφερθεί ότι καθορίζονται από το μέγεθος του διαμετρήματος. Έτσι, αυτή τη στιγμή υπάρχουν τρία κύρια διαμετρήματα για αυτό το όπλο: μικρό, μεγάλο και μεσαίο. Η ισχύς της έκρηξης χαρακτηρίζεται συχνότερα από ισοδύναμο TNT. Για παράδειγμα, ένα ατομικό όπλο μικρού διαμετρήματος συνεπάγεται ισχύ φόρτισης ίση με αρκετές χιλιάδες τόνους TNT. Και τα πιο ισχυρά ατομικά όπλα, ακριβέστερα μεσαίου διαμετρήματος, ανέρχονται ήδη σε δεκάδες χιλιάδες τόνους TNT και, τέλος, το τελευταίο μετράται ήδη σε εκατομμύρια. Ταυτόχρονα όμως δεν πρέπει να συγχέουμε τις έννοιες των ατομικών όπλων και του υδρογόνου, που γενικά ονομάζονται πυρηνικά όπλα. Η κύρια διαφορά μεταξύ ατομικών όπλων και όπλων υδρογόνου είναι η αντίδραση σχάσης των πυρήνων ενός αριθμού βαρέων στοιχείων, όπως το πλουτώνιο και το ουράνιο. Και τα όπλα υδρογόνου περιλαμβάνουν τη διαδικασία σύνθεσης των πυρήνων των ατόμων ενός στοιχείου σε ένα άλλο, δηλ. ήλιο από υδρογόνο.

Πρώτη δοκιμή ατομικής βόμβας

Η πρώτη δοκιμή ενός ατομικού όπλου πραγματοποιήθηκε από τον αμερικανικό στρατό στις 16 Ιουλίου 1945 σε ένα μέρος που ονομάζεται Almogordo, δείχνοντας την πλήρη ισχύ της ατομικής ενέργειας. Μετά από αυτό, οι ατομικές βόμβες που ήταν διαθέσιμες στις δυνάμεις των ΗΠΑ φορτώθηκαν σε ένα πολεμικό πλοίο και στάλθηκαν στις ακτές της Ιαπωνίας. Η άρνηση της ιαπωνικής κυβέρνησης να συμμετάσχει σε ειρηνικό διάλογο κατέστησε δυνατή την επίδειξη της πλήρους ισχύος των ατομικών όπλων, θύματα των οποίων ήταν πρώτα η πόλη της Χιροσίμα και λίγο αργότερα το Ναγκασάκι. Έτσι, στις 6 Αυγούστου 1945, χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά ατομικά όπλα άμαχος πληθυσμός, με αποτέλεσμα η πόλη πρακτικά να αφανιστεί από τα ωστικά κύματα. Περισσότεροι από τους μισούς κατοίκους της πόλης πέθαναν τις πρώτες ημέρες της ατομικής επίθεσης και συνολικά ήταν περίπου διακόσιες σαράντα χιλιάδες άνθρωποι. Και μόλις τέσσερις ημέρες αργότερα, δύο αεροπλάνα με επικίνδυνο φορτίο έφυγαν αμέσως από τη στρατιωτική βάση των ΗΠΑ, στόχοι των οποίων ήταν ο Κοκούρα και το Ναγκασάκι. Κι αν ο Κοκούρα, τυλιγμένος σε αδιαπέραστο καπνό, ήταν δύσκολος στόχος, τότε στο Ναγκασάκι ο στόχος χτυπήθηκε. Τελικά, η ατομική βόμβα στο Ναγκασάκι τις πρώτες ημέρες σκότωσε 73 χιλιάδες ανθρώπους από τραυματισμούς και μια λίστα με τριάντα πέντε χιλιάδες άτομα προστέθηκε σε αυτά τα θύματα. Επιπλέον, ο θάνατος των τελευταίων θυμάτων ήταν αρκετά οδυνηρός, αφού οι επιπτώσεις της ακτινοβολίας είναι απίστευτα καταστροφικές.

Παράγοντες καταστροφής ατομικών όπλων

Έτσι, τα ατομικά όπλα έχουν διάφορους τύπους καταστροφής. φως, ραδιενεργό, κρουστικό κύμα, διεισδυτική ακτινοβολία και ηλεκτρομαγνητικό παλμό. Όταν δημιουργείται φωτεινή ακτινοβολία μετά την έκρηξη ενός πυρηνικού όπλου, η οποία αργότερα μετατρέπεται σε καταστροφική θερμότητα. Ακολουθεί η σειρά της ραδιενεργής μόλυνσης, η οποία είναι επικίνδυνη μόνο τις πρώτες ώρες μετά την έκρηξη. Το ωστικό κύμα θεωρείται το πιο επικίνδυνο στάδιο μιας πυρηνικής έκρηξης, γιατί προκαλεί τεράστιες ζημιές σε διάφορα κτίρια, εξοπλισμό και ανθρώπους μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Αλλά η διεισδυτική ακτινοβολία είναι πολύ επικίνδυνη για το ανθρώπινο σώμα και συχνά προκαλεί ασθένεια ακτινοβολίας. Ένας ηλεκτρομαγνητικός παλμός χτυπά τον εξοπλισμό. Όλα αυτά μαζί, καθιστούν τα ατομικά όπλα πολύ επικίνδυνα.

Μετά το τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι χώρες του αντιχιτλερικού συνασπισμού προσπάθησαν γρήγορα να προηγηθούν η μία από την άλλη στην ανάπτυξη μιας πιο ισχυρής πυρηνικής βόμβας.

Η πρώτη δοκιμή, που έγινε από τους Αμερικανούς σε πραγματικά αντικείμενα στην Ιαπωνία, θέρμανε την κατάσταση μεταξύ ΕΣΣΔ και ΗΠΑ στο όριο. Ισχυρές εκρήξεις που βρόντηξαν στις ιαπωνικές πόλεις και ουσιαστικά κατέστρεψαν όλη τη ζωή σε αυτές ανάγκασαν τον Στάλιν να εγκαταλείψει πολλές διεκδικήσεις στην παγκόσμια σκηνή. Οι περισσότεροι Σοβιετικοί φυσικοί «πετάχτηκαν» επειγόντως στην ανάπτυξη πυρηνικών όπλων.

Πότε και πώς εμφανίστηκαν τα πυρηνικά όπλα;

Το έτος γέννησης της ατομικής βόμβας μπορεί να θεωρηθεί το 1896. Τότε ήταν που ο Γάλλος χημικός A. Becquerel ανακάλυψε ότι το ουράνιο είναι ραδιενεργό. Η αλυσιδωτή αντίδραση του ουρανίου δημιουργεί ισχυρή ενέργεια, η οποία χρησιμεύει ως βάση για μια τρομερή έκρηξη. Είναι απίθανο ο Μπεκερέλ να φανταζόταν ότι η ανακάλυψή του θα οδηγούσε στη δημιουργία πυρηνικών όπλων - το ίδιο τρομερό όπλοσε όλο τον κόσμο.

Το τέλος του 19ου και οι αρχές του 20ου αιώνα ήταν ένα σημείο καμπής στην ιστορία της εφεύρεσης των πυρηνικών όπλων. Ήταν κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου που επιστήμονες από όλο τον κόσμο μπόρεσαν να ανακαλύψουν τους ακόλουθους νόμους, ακτίνες και στοιχεία:

• Ακτίνες άλφα, γάμμα και βήτα.
• Ανακαλύφθηκαν πολλά ισότοπα χημικών στοιχείων με ραδιενεργές ιδιότητες.
• Ανακαλύφθηκε ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης, ο οποίος καθορίζει τον χρόνο και την ποσοτική εξάρτηση της έντασης της ραδιενεργής διάσπασης, ανάλογα με τον αριθμό των ραδιενεργών ατόμων στο δείγμα δοκιμής.
• Η πυρηνική ισομετρία γεννήθηκε.

Στη δεκαετία του 1930, κατάφεραν να διασπάσουν τον ατομικό πυρήνα του ουρανίου για πρώτη φορά απορροφώντας νετρόνια. Παράλληλα, ανακαλύφθηκαν ποζιτρόνια και νευρώνες. Όλα αυτά έδωσαν μια ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη όπλων που χρησιμοποιούσαν ατομική ενέργεια. Το 1939 κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το πρώτο σχέδιο ατομικής βόμβας στον κόσμο. Αυτό έγινε από έναν φυσικό από τη Γαλλία, τον Frederic Joliot-Curie.

Ως αποτέλεσμα περαιτέρω έρευνας και ανάπτυξης σε αυτόν τον τομέα, γεννήθηκε η πυρηνική βόμβα. Η ισχύς και το εύρος καταστροφής των σύγχρονων ατομικών βομβών είναι τόσο μεγάλη που μια χώρα που έχει πυρηνικό δυναμικό ουσιαστικά δεν χρειάζεται ισχυρό στρατό, αφού μια ατομική βόμβα μπορεί να καταστρέψει ένα ολόκληρο κράτος.

Πώς λειτουργεί μια ατομική βόμβα;

Μια ατομική βόμβα αποτελείται από πολλά στοιχεία, τα κυριότερα από τα οποία είναι:

• Σώμα ατομικής βόμβας;
• Σύστημα αυτοματισμού που ελέγχει τη διαδικασία έκρηξης.
• Πυρηνικό φορτίο ή κεφαλή.

Το σύστημα αυτοματισμού βρίσκεται στο σώμα της ατομικής βόμβας, μαζί με το πυρηνικό φορτίο. Ο σχεδιασμός του περιβλήματος πρέπει να είναι αρκετά αξιόπιστος ώστε να προστατεύει την κεφαλή από διάφορα εξωτερικούς παράγοντεςκαι επιπτώσεις. Για παράδειγμα, διάφορες μηχανικές, θερμοκρασιακές ή παρόμοιες επιρροές, που μπορεί να οδηγήσουν σε μια απρογραμμάτιστη έκρηξη τεράστιας ισχύος που μπορεί να καταστρέψει τα πάντα γύρω.

Το καθήκον του αυτοματισμού είναι ο πλήρης έλεγχος της έκρηξης που συμβαίνει μέσα κατάλληλη στιγμή, επομένως το σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:

• Μια συσκευή υπεύθυνη για την έκρηξη έκτακτης ανάγκης.
• Τροφοδοτικό συστήματος αυτοματισμού;
• Σύστημα αισθητήρα έκρηξης;
• Συσκευή όπλισης.
• Συσκευή ασφαλείας.

Όταν έγιναν οι πρώτες δοκιμές, παραδόθηκαν πυρηνικές βόμβες σε αεροπλάνα που κατάφεραν να φύγουν από την πληγείσα περιοχή. Οι σύγχρονες ατομικές βόμβες είναι τόσο ισχυρές που μπορούν να παραδοθούν μόνο με χρήση πυραύλων κρουζ, βαλλιστικών ή τουλάχιστον αντιαεροπορικών πυραύλων.

Οι ατομικές βόμβες χρησιμοποιούν διάφορα συστήματα έκρηξης. Το απλούστερο από αυτά είναι μια συμβατική συσκευή που ενεργοποιείται όταν ένα βλήμα χτυπά έναν στόχο.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των πυρηνικών βομβών και πυραύλων είναι η διαίρεση τους σε διαμετρήματα, τα οποία είναι τριών τύπων:

• Μικρή, η ισχύς των ατομικών βομβών αυτού του διαμετρήματος είναι ισοδύναμη με αρκετές χιλιάδες τόνους TNT.
• Μέση (ισχύς έκρηξης - αρκετές δεκάδες χιλιάδες τόνοι TNT).
• Μεγάλο, η ισχύς φόρτισης του οποίου μετριέται σε εκατομμύρια τόνους TNT.

Είναι ενδιαφέρον ότι τις περισσότερες φορές η ισχύς όλων των πυρηνικών βομβών μετριέται ακριβώς σε ισοδύναμο TNT, καθώς τα ατομικά όπλα δεν έχουν τη δική τους κλίμακα για τη μέτρηση της ισχύος της έκρηξης.

Αλγόριθμοι για τη λειτουργία πυρηνικών βομβών

Οποιαδήποτε ατομική βόμβα λειτουργεί με βάση την αρχή της χρήσης πυρηνικής ενέργειας, η οποία απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αντίδρασης. Αυτή η διαδικασία βασίζεται είτε στη σχάση βαρέων πυρήνων είτε στη σύνθεση ελαφρών πυρήνων. Δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης απελευθερώνεται μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, και μέσα συντομότερο χρόνο, η ακτίνα καταστροφής μιας πυρηνικής βόμβας είναι πολύ εντυπωσιακή. Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού πυρηνικά όπλαταξινομούνται ως όπλα μαζικής καταστροφής.

Κατά τη διαδικασία που πυροδοτείται από την έκρηξη μιας ατομικής βόμβας, υπάρχουν δύο βασικά σημεία:

• Αυτό είναι το άμεσο κέντρο της έκρηξης, όπου λαμβάνει χώρα η πυρηνική αντίδραση.
• Το επίκεντρο της έκρηξης, το οποίο βρίσκεται στο σημείο όπου εξερράγη η βόμβα.

Η πυρηνική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την έκρηξη μιας ατομικής βόμβας είναι τόσο ισχυρή που αρχίζουν οι σεισμικές δονήσεις στη γη. Ταυτόχρονα, αυτές οι δονήσεις προκαλούν άμεση καταστροφή μόνο σε απόσταση αρκετών εκατοντάδων μέτρων (αν και αν ληφθεί υπόψη η δύναμη της έκρηξης της ίδιας της βόμβας, αυτές οι δονήσεις δεν επηρεάζουν πλέον τίποτα).

Παράγοντες ζημιάς κατά τη διάρκεια πυρηνικής έκρηξης

Η έκρηξη μιας πυρηνικής βόμβας δεν προκαλεί μόνο τρομερή στιγμιαία καταστροφή. Οι συνέπειες αυτής της έκρηξης θα γίνουν αισθητές όχι μόνο στους ανθρώπους που έχουν πιαστεί στην πληγείσα περιοχή, αλλά και στα παιδιά τους που γεννήθηκαν μετά την ατομική έκρηξη. Οι τύποι καταστροφής από ατομικά όπλα χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:

• Ακτινοβολία φωτός που εμφανίζεται απευθείας κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης.
• Το ωστικό κύμα που διαδόθηκε από τη βόμβα αμέσως μετά την έκρηξη.
• Ηλεκτρομαγνητικός παλμός;
• Διαπεραστική ακτινοβολία;
• Ραδιενεργή μόλυνση που μπορεί να διαρκέσει για δεκαετίες.

Αν και με την πρώτη ματιά μια λάμψη φωτός φαίνεται να είναι η λιγότερο απειλητική, στην πραγματικότητα είναι το αποτέλεσμα της απελευθέρωσης τεράστιων ποσοτήτων θερμότητας και φωτεινής ενέργειας. Η ισχύς και η δύναμή του ξεπερνούν κατά πολύ τη δύναμη των ακτίνων του ήλιου, επομένως η ζημιά από το φως και τη θερμότητα μπορεί να είναι θανατηφόρα σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων.

Η ακτινοβολία που εκλύεται κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης είναι επίσης πολύ επικίνδυνη. Αν και δεν δρα για πολύ, καταφέρνει να μολύνει τα πάντα γύρω, αφού η διεισδυτική του δύναμη είναι απίστευτα υψηλή.

Το κρουστικό κύμα κατά τη διάρκεια μιας ατομικής έκρηξης δρα παρόμοια με το ίδιο κύμα κατά τις συμβατικές εκρήξεις, μόνο που η ισχύς και η ακτίνα καταστροφής του είναι πολύ μεγαλύτερες. Σε λίγα δευτερόλεπτα προκαλεί ανεπανόρθωτη ζημιά όχι μόνο στους ανθρώπους, αλλά και στον εξοπλισμό, τα κτίρια και το περιβάλλον.

Η διεισδυτική ακτινοβολία προκαλεί την ανάπτυξη ασθένειας ακτινοβολίας και ο ηλεκτρομαγνητικός παλμός αποτελεί κίνδυνο μόνο για τον εξοπλισμό. Ο συνδυασμός όλων αυτών των παραγόντων, συν τη δύναμη της έκρηξης, καθιστά την ατομική βόμβα το πιο επικίνδυνο όπλο στον κόσμο.

Οι πρώτες δοκιμές πυρηνικών όπλων στον κόσμο

Η πρώτη χώρα που ανέπτυξε και δοκίμασε πυρηνικά όπλα ήταν οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Ήταν η κυβέρνηση των ΗΠΑ που διέθεσε τεράστιες οικονομικές επιδοτήσεις για την ανάπτυξη νέων πολλά υποσχόμενων όπλων. Μέχρι το τέλος του 1941, πολλοί εξέχοντες επιστήμονες στον τομέα της ατομικής ανάπτυξης προσκλήθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι οποίοι μέχρι το 1945 μπόρεσαν να παρουσιάσουν ένα πρωτότυπο ατομικής βόμβας κατάλληλο για δοκιμή.

Οι πρώτες δοκιμές στον κόσμο ατομικής βόμβας εξοπλισμένης με εκρηκτικό μηχανισμό πραγματοποιήθηκαν στην έρημο στο Νέο Μεξικό. Η βόμβα, που ονομάζεται "Gadget", πυροδοτήθηκε στις 16 Ιουλίου 1945. Το αποτέλεσμα της δοκιμής ήταν θετικό, αν και ο στρατός ζήτησε να δοκιμαστεί η πυρηνική βόμβα σε πραγματικές συνθήκες μάχης.

Βλέποντας ότι είχε απομείνει μόνο ένα βήμα πριν από τη νίκη στον ναζιστικό συνασπισμό και μια τέτοια ευκαιρία μπορεί να μην εμφανιστεί ξανά, το Πεντάγωνο αποφάσισε να εξαπολύσει πυρηνικό χτύπημα στον τελευταίο σύμμαχο Η Γερμανία του Χίτλερ- Ιαπωνία. Επιπλέον, η χρήση μιας πυρηνικής βόμβας έπρεπε να λύσει πολλά προβλήματα ταυτόχρονα:

• Για να αποφευχθεί η περιττή αιματοχυσία που θα συνέβαινε αναπόφευκτα εάν τα αμερικανικά στρατεύματα πατούσαν το πόδι τους στο αυτοκρατορικό ιαπωνικό έδαφος.
• Με ένα χτύπημα, γονατίστε τους ανυποχώρητους Ιάπωνες, αναγκάζοντάς τους να αποδεχτούν όρους ευνοϊκούς για τις Ηνωμένες Πολιτείες.
• Δείξτε στην ΕΣΣΔ (ως πιθανό αντίπαλο στο μέλλον) ότι ο στρατός των ΗΠΑ έχει ένα μοναδικό όπλο ικανό να εξαφανίσει οποιαδήποτε πόλη από προσώπου γης.
• Και, φυσικά, να δούμε στην πράξη τι είναι ικανά τα πυρηνικά όπλα σε πραγματικές συνθήκες μάχης.

Στις 6 Αυγούστου 1945, η πρώτη ατομική βόμβα στον κόσμο, η οποία χρησιμοποιήθηκε σε στρατιωτικές επιχειρήσεις, έπεσε στην ιαπωνική πόλη Χιροσίμα. Αυτή η βόμβα ονομαζόταν «Μωρό» γιατί ζύγιζε 4 τόνους. Η βόμβα σχεδιάστηκε προσεκτικά και χτύπησε ακριβώς εκεί που σχεδιάστηκε. Όσα σπίτια δεν καταστράφηκαν από το κύμα της έκρηξης κάηκαν, καθώς οι σόμπες που έπεσαν στα σπίτια πυροδότησε φωτιές και ολόκληρη η πόλη τυλίχτηκε στις φλόγες.

Το λαμπερό φλας ακολουθήθηκε από ένα κύμα καύσωνα που έκαψε όλη τη ζωή σε ακτίνα 4 χιλιομέτρων και το ωστικό κύμα που ακολούθησε κατέστρεψε τα περισσότερα κτίρια.

Όσοι υπέστησαν θερμοπληξία σε ακτίνα 800 μέτρων κάηκαν ζωντανοί. Το κύμα έκρηξης έσκισε το καμένο δέρμα πολλών. Λίγα λεπτά αργότερα άρχισε να πέφτει μια περίεργη μαύρη βροχή, αποτελούμενη από ατμό και στάχτη. Όσοι πιάστηκε στη μαύρη βροχή υπέστησαν ανίατα εγκαύματα στο δέρμα τους.

Όσοι λίγοι είχαν την τύχη να επιβιώσουν υπέφεραν από ασθένεια ακτινοβολίας, η οποία εκείνη την εποχή ήταν όχι μόνο αμελητέα, αλλά και εντελώς άγνωστη. Οι άνθρωποι άρχισαν να αναπτύσσουν πυρετό, έμετο, ναυτία και κρίσεις αδυναμίας.

Στις 9 Αυγούστου 1945, η δεύτερη αμερικανική βόμβα, που ονομάζεται «Fat Man», έπεσε στην πόλη του Ναγκασάκι. Αυτή η βόμβα είχε περίπου την ίδια ισχύ με την πρώτη και οι συνέπειες της έκρηξής της ήταν εξίσου καταστροφικές, αν και πέθαναν οι μισοί άνθρωποι.

Οι δύο ατομικές βόμβες που έπεσαν στις ιαπωνικές πόλεις ήταν οι πρώτες και μοναδικές περιπτώσεις στον κόσμο χρήσης ατομικών όπλων. Περισσότεροι από 300.000 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους τις πρώτες ημέρες μετά τον βομβαρδισμό. Περίπου 150 χιλιάδες άλλοι πέθαναν από ασθένεια ακτινοβολίας.

Μετά τους πυρηνικούς βομβαρδισμούς των ιαπωνικών πόλεων, ο Στάλιν δέχτηκε ένα πραγματικό σοκ. Του έγινε σαφές ότι το ζήτημα της ανάπτυξης πυρηνικών όπλων σε Σοβιετική Ρωσία- Αυτό είναι θέμα ασφάλειας για ολόκληρη τη χώρα. Ήδη στις 20 Αυγούστου 1945 άρχισε να λειτουργεί ειδική επιτροπή για θέματα ατομικής ενέργειας, η οποία δημιουργήθηκε επειγόντως από τον Ι. Στάλιν.

Αν και έρευνα στην πυρηνική φυσική διεξήχθη από μια ομάδα ενθουσιωδών πίσω στην τσαρική Ρωσία, Σοβιετική εποχήδεν της δόθηκε αρκετή προσοχή. Το 1938, κάθε έρευνα σε αυτόν τον τομέα σταμάτησε εντελώς και πολλοί πυρηνικοί επιστήμονες καταπιέστηκαν ως εχθροί του λαού. Μετά τις πυρηνικές εκρήξεις στην Ιαπωνία, η σοβιετική κυβέρνηση άρχισε απότομα να αποκαθιστά την πυρηνική βιομηχανία στη χώρα.

Υπάρχουν ενδείξεις ότι η ανάπτυξη πυρηνικών όπλων πραγματοποιήθηκε στη ναζιστική Γερμανία και ήταν Γερμανοί επιστήμονες που τροποποίησαν την "ακατέργαστη" αμερικανική ατομική βόμβα, έτσι η κυβέρνηση των ΗΠΑ αφαίρεσε από τη Γερμανία όλους τους πυρηνικούς ειδικούς και όλα τα έγγραφα που σχετίζονται με την ανάπτυξη πυρηνικών όπλα.

Η σοβιετική σχολή πληροφοριών, η οποία κατά τη διάρκεια του πολέμου μπόρεσε να παρακάμψει όλες τις ξένες υπηρεσίες πληροφοριών, μετέφερε μυστικά έγγραφα σχετικά με την ανάπτυξη πυρηνικών όπλων στην ΕΣΣΔ το 1943. Ταυτόχρονα, σοβιετικοί πράκτορες διείσδυσαν σε όλα τα μεγάλα αμερικανικά πυρηνικά ερευνητικά κέντρα.

Ως αποτέλεσμα όλων αυτών των μέτρων, ήδη από το 1946, ήταν έτοιμες οι τεχνικές προδιαγραφές για την παραγωγή δύο σοβιετικών πυρηνικών βομβών:

• RDS-1 (με φορτίο πλουτωνίου);
• RDS-2 (με δύο μέρη φορτίου ουρανίου).

Η συντομογραφία «RDS» σήμαινε «Η Ρωσία το κάνει η ίδια», κάτι που ήταν σχεδόν απόλυτα αληθές.

Η είδηση ​​ότι η ΕΣΣΔ ήταν έτοιμη να απελευθερώσει τα πυρηνικά της όπλα ανάγκασε την κυβέρνηση των ΗΠΑ να λάβει δραστικά μέτρα. Το 1949 αναπτύχθηκε το Τρωικό σχέδιο, σύμφωνα με το οποίο 70 μεγαλύτερες πόλειςΗ ΕΣΣΔ σχεδίαζε να ρίξει ατομικές βόμβες. Μόνο οι φόβοι για αντίποινα εμπόδισαν αυτό το σχέδιο να πραγματοποιηθεί.

Αυτές οι ανησυχητικές πληροφορίες που προέρχονταν από αξιωματικούς των σοβιετικών πληροφοριών ανάγκασαν τους επιστήμονες να εργαστούν σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης. Ήδη τον Αύγουστο του 1949 πραγματοποιήθηκαν δοκιμές της πρώτης ατομικής βόμβας που παρήχθη στην ΕΣΣΔ. Όταν οι Ηνωμένες Πολιτείες έμαθαν για αυτές τις δοκιμές, το σχέδιο της Τρωίας αναβλήθηκε επ' αόριστον. Ξεκίνησε η εποχή της αντιπαράθεσης δύο υπερδυνάμεων, γνωστή στην ιστορία ως Ψυχρός Πόλεμος.

Η πιο ισχυρή πυρηνική βόμβα στον κόσμο, γνωστή ως Tsar Bomba, ανήκει συγκεκριμένα στην περίοδο του Ψυχρού Πολέμου. Οι επιστήμονες της ΕΣΣΔ δημιούργησαν την πιο ισχυρή βόμβα στην ανθρώπινη ιστορία. Η ισχύς του ήταν 60 μεγατόνων, αν και σχεδιαζόταν η δημιουργία βόμβας ισχύος 100 κιλοτόνων. Αυτή η βόμβα δοκιμάστηκε τον Οκτώβριο του 1961. Η διάμετρος της βολίδας κατά τη διάρκεια της έκρηξης ήταν 10 χιλιόμετρα, και το κύμα έκρηξης γύρισε την υδρόγειο τρεις φορές. Ήταν αυτή η δοκιμή που ανάγκασε τις περισσότερες χώρες του κόσμου να υπογράψουν μια συμφωνία για τη διακοπή των πυρηνικών δοκιμών όχι μόνο στην ατμόσφαιρα της γης, αλλά ακόμη και στο διάστημα.

Αν και τα ατομικά όπλα είναι ένα εξαιρετικό μέσο εκφοβισμού επιθετικών χωρών, από την άλλη πλευρά είναι ικανά να εξουδετερώσουν κάθε στρατιωτική σύγκρουση στην αρχή, καθώς μια ατομική έκρηξη μπορεί να καταστρέψει όλα τα μέρη στη σύγκρουση.

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. Οι χημικές ιδιότητες των ισοτόπων είναι απολύτως ίδιες, 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 (ουράνιο εξαφθορίδιο), και στη συνέχεια αντλείται μέσω αμέτρητων πορωδών χωρισμάτων. 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 μεγαλύτερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια οποιουδήποτε γεγονότος χημική αντίδραση, στο οποίο η σύσταση 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 που περιέχει 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 (σε αντίστοιχα υψηλότερη ή χαμηλότερη 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 αργά - ώστε να σταματήσει την αύξησή του την κατάλληλη στιγμή με την εισαγωγή απορροφητών 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 στο εσωτερικό

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 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, απογυμνωμένων ηλεκτρονίων και ακτινοβολίας με πυκνότητα γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό (προσπαθήστε να φανταστείτε πόσο καλά μπορείτε να μαυρίσετε κάτω από φως που έχει αποκτήσει την πυκνότητα αλουμινίου!) - όλα όσα πριν από λίγο ήταν φορτίο - μπαίνει κάποια ομοιότητα ισορροπίας. Σε μια πολύ νεαρή βολίδα, η θερμοκρασία φτάνει τους δεκάδες εκατομμύρια βαθμούς.

βολίδα

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 αλλάξτε την κατεύθυνση της 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: δεν υπάρχει σχεδόν καμία ουσία στο εσωτερικό, όλα πετούν 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 ουσία - πάνω από 150.000 atm! Το κέλυφος δεν είναι προορισμένο να γίνει πολύ λεπτό, σκάει, σχηματίζοντας «φλύκταινες».

Ποιος από τους μηχανισμούς μεταφοράς της ενέργειας της βολίδας στο περιβάλλον εξαρτάται από τη δύναμη της έκρηξης: εάν είναι μεγάλη, τον κύριο ρόλο παίζει η διάχυση της ακτινοβολίας, εάν είναι μικρή, η διαστολή της φυσαλίδας πλάσματος κύριο ρόλο. Είναι σαφές ότι μια ενδιάμεση περίπτωση είναι επίσης δυνατή, όταν και οι δύο μηχανισμοί είναι αποτελεσματικοί.

Η διαδικασία συλλαμβάνει νέα στρώματα αέρα, 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 τήξη στερεά, χώμα, βράχοι, σπίτια ρέουν σαν υγρό κάτω από την τερατώδη πίεση του αερίου, καταστρέφοντας όλες τις ισχυρές συνδέσεις, θερμαινόμενες σε μια λάμψη αφόρητη στα μάτια.

Τέλος, το ωστικό κύμα απέχει πολύ από το σημείο της έκρηξης, όπου ένα χαλαρό και εξασθενημένο, αλλά διευρυμένο πολλές φορές, σύννεφο ατμών αυτού που ήταν το πλάσμα του φορτίου και αυτό που ήταν κοντά την τρομερή του ώρα, παραμένει συμπυκνωμένο, μετατράπηκε σε μικροσκοπική και πολύ ραδιενεργή σκόνη σε ένα μέρος από το οποίο πρέπει να μείνει κανείς όσο το δυνατόν πιο μακριά. 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 επίσης δυνατή τη ρύθμισή της! Είναι σαφές ότι, έχοντας λάβει μια αποστολή μάχης, κατά τη ρύθμιση της οποίας πρέπει να υποδεικνύεται η ισχύς πυρηνικό χτύπημα, κανείς δεν αποσυναρμολογεί το φορτίο για να το εξοπλίσει με ένα συγκρότημα πλουτωνίου που είναι το 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 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 απλώς θα θερμανθεί, αλλά μπορεί να απελευθερωθεί η επινικελίωση (και το πλουτώνιο είναι πολύ τοξικό).

Πηγή νετρονίων

Πρώτα πυρηνικές βόμβεςχρησιμοποιήθηκε 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 ενός κορεσμένου με τρίτιο στόχο (κάθοδος) (1) και ενός 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. παρά μέσα περισσότεροσυγκρούσεις, εμπλέκονται τα νετρόνια, τόσο περισσότερο επιβραδύνονται, 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. Ματιά όμορφες φωτογραφίεςαπό όλο τον κόσμο στη σελίδα μας στο Instagram

Εάν βρείτε κάποιο σφάλμα, επιλέξτε ένα κομμάτι κειμένου και πατήστε Ctrl+Enter.

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 συνδυάζονται σε ένα ενιαίο σύνολο με τεράστια ταχύτητα, αλλά θα συμπιέζονται για κάποιο χρονικό διάστημα από όλες τις πλευρές από την τεράστια πίεση των προϊόντων της έκρηξης και δεν θα μπορούν να διαχωριστούν αμέσως μόλις ένα πυρηνικό Η αλυσιδωτή αντίδραση ξεκινά 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 εκτοξεύει 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)

Η παραγωγή πυρηνικής ενέργειας είναι μια σύγχρονη και ταχέως αναπτυσσόμενη μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Γνωρίζετε πώς λειτουργούν οι πυρηνικοί σταθμοί; Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού; Τι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων υπάρχουν σήμερα; Θα προσπαθήσουμε να εξετάσουμε λεπτομερώς το σχέδιο λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού, να εμβαθύνουμε στο σχεδιασμό ενός πυρηνικού αντιδραστήρα και να μάθουμε πόσο ασφαλής είναι η πυρηνική μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Οποιοσδήποτε σταθμός είναι μια κλειστή περιοχή μακριά από μια κατοικημένη περιοχή. Στην επικράτειά του υπάρχουν πολλά κτίρια. Η πιο σημαντική δομή είναι το κτίριο του αντιδραστήρα, δίπλα του είναι το δωμάτιο του στροβίλου από το οποίο ελέγχεται ο αντιδραστήρας και το κτίριο ασφαλείας.

Το σχέδιο είναι αδύνατο χωρίς πυρηνικό αντιδραστήρα. Ένας ατομικός (πυρηνικός) αντιδραστήρας είναι μια συσκευή πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας που έχει σχεδιαστεί για να οργανώνει μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης νετρονίων με την υποχρεωτική απελευθέρωση ενέργειας κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Ποια είναι όμως η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού;

Ολόκληρη η εγκατάσταση του αντιδραστήρα στεγάζεται στο κτίριο του αντιδραστήρα, ένα μεγάλο τσιμεντένιο πύργο που κρύβει τον αντιδραστήρα και θα περιέχει όλα τα προϊόντα της πυρηνικής αντίδρασης σε περίπτωση ατυχήματος. Αυτός ο μεγάλος πύργος ονομάζεται περιορισμός, ερμητικό κέλυφος ή ζώνη περιορισμού.

Η ερμητική ζώνη στους νέους αντιδραστήρες έχει 2 χοντρούς τοίχους από σκυρόδεμα - κοχύλια.
Το εξωτερικό κέλυφος, πάχους 80 cm, προστατεύει τη ζώνη συγκράτησης από εξωτερικές επιδράσεις.

Το εσωτερικό κέλυφος, πάχους 1 μέτρο 20 cm, έχει ειδικά χαλύβδινα καλώδια που αυξάνουν την αντοχή του σκυροδέματος σχεδόν τρεις φορές και θα αποτρέψουν την κατάρρευση της κατασκευής. Στο εσωτερικό, είναι επενδεδυμένο με ένα λεπτό φύλλο ειδικού χάλυβα, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να χρησιμεύει ως πρόσθετη προστασία για τον περιορισμό και, σε περίπτωση ατυχήματος, να μην απελευθερώνει το περιεχόμενο του αντιδραστήρα εκτός της ζώνης περιορισμού.

Αυτός ο σχεδιασμός του πυρηνικού σταθμού του επιτρέπει να αντέξει μια αεροπορική συντριβή βάρους έως και 200 ​​τόνων, έναν σεισμό 8 Ρίχτερ, έναν ανεμοστρόβιλο και ένα τσουνάμι.

Το πρώτο σφραγισμένο κέλυφος κατασκευάστηκε στο αμερικανικό πυρηνικό εργοστάσιο του Κονέκτικατ Γιάνκι το 1968.

Το συνολικό ύψος της ζώνης περιορισμού είναι 50-60 μέτρα.

Από τι αποτελείται ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;

Για να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, και συνεπώς την αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, πρέπει να κατανοήσετε τα συστατικά στοιχεία του αντιδραστήρα.

• Ενεργή ζώνη. Αυτή είναι η περιοχή όπου τοποθετούνται το πυρηνικό καύσιμο (γεννήτρια καυσίμου) και ο συντονιστής. Τα άτομα καυσίμου (τις περισσότερες φορές το ουράνιο είναι το καύσιμο) υφίστανται μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης. Ο συντονιστής έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει τη διαδικασία σχάσης και επιτρέπει την απαιτούμενη αντίδραση όσον αφορά την ταχύτητα και τη δύναμη.
• Ανακλαστήρας νετρονίων. Ένας ανακλαστήρας περιβάλλει τον πυρήνα. Αποτελείται από το ίδιο υλικό με τον συντονιστή. Στην ουσία πρόκειται για ένα κουτί, ο κύριος σκοπός του οποίου είναι να αποτρέψει τα νετρόνια από το να φύγουν από τον πυρήνα και να εισέλθουν στο περιβάλλον.
• Ψυκτικό. Το ψυκτικό πρέπει να απορροφά τη θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση των ατόμων του καυσίμου και να τη μεταφέρει σε άλλες ουσίες. Το ψυκτικό υγρό καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τον τρόπο σχεδιασμού ενός πυρηνικού σταθμού. Το πιο δημοφιλές ψυκτικό σήμερα είναι το νερό.
  Σύστημα ελέγχου αντιδραστήρα. Αισθητήρες και μηχανισμοί που τροφοδοτούν έναν αντιδραστήρα πυρηνικών σταθμών.

Καύσιμα για πυρηνικούς σταθμούς

Με τι λειτουργεί ένας πυρηνικός σταθμός; Τα καύσιμα για τους πυρηνικούς σταθμούς είναι χημικά στοιχεία με ραδιενεργές ιδιότητες. Σε όλους τους πυρηνικούς σταθμούς, αυτό το στοιχείο είναι το ουράνιο.

Ο σχεδιασμός των σταθμών συνεπάγεται ότι οι πυρηνικοί σταθμοί λειτουργούν με πολύπλοκα σύνθετα καύσιμα και όχι με καθαρό χημικό στοιχείο. Και για να εξαχθεί το καύσιμο ουρανίου από το φυσικό ουράνιο, το οποίο φορτώνεται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, είναι απαραίτητο να γίνουν πολλοί χειρισμοί.

Εμπλουτισμένο ουράνιο

Το ουράνιο αποτελείται από δύο ισότοπα, περιέχει δηλαδή πυρήνες με διαφορετική μάζα. Ονομάστηκαν από τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων ισότοπο -235 και ισότοπο-238. Ερευνητές του 20ου αιώνα άρχισαν να εξάγουν ουράνιο 235 από μετάλλευμα, επειδή... ήταν πιο εύκολο να αποσυντεθεί και να μεταμορφωθεί. Αποδείχθηκε ότι τέτοιο ουράνιο στη φύση είναι μόνο 0,7% (το υπόλοιπο ποσοστό πηγαίνει στο 238ο ισότοπο).

Τι να κάνετε σε αυτή την περίπτωση; Αποφάσισαν να εμπλουτίσουν ουράνιο. Ο εμπλουτισμός ουρανίου είναι μια διαδικασία κατά την οποία πολλά από τα απαραίτητα ισότοπα 235x και λίγα περιττά ισότοπα 238x παραμένουν σε αυτόν. Το καθήκον των εμπλουτιστών ουρανίου είναι να μετατρέψουν το 0,7% σε σχεδόν 100% ουράνιο-235.

Το ουράνιο μπορεί να εμπλουτιστεί χρησιμοποιώντας δύο τεχνολογίες: διάχυση αερίου ή φυγόκεντρο αερίου. Για τη χρήση τους, το ουράνιο που εξάγεται από μετάλλευμα μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση. Είναι εμπλουτισμένο με τη μορφή αερίου.

Σκόνη ουρανίου

Το εμπλουτισμένο αέριο ουρανίου μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση - διοξείδιο του ουρανίου. Αυτό το καθαρό στερεό ουράνιο 235 εμφανίζεται ως μεγάλοι λευκοί κρύσταλλοι, οι οποίοι αργότερα συνθλίβονται σε σκόνη ουρανίου.

Ταμπλέτες ουρανίου

Τα δισκία ουρανίου είναι συμπαγείς μεταλλικοί δίσκοι, μήκους μερικών εκατοστών. Για να σχηματιστούν τέτοια δισκία από σκόνη ουρανίου, αναμιγνύεται με μια ουσία - έναν πλαστικοποιητή βελτιώνει την ποιότητα της συμπίεσης των δισκίων.

Τα συμπιεσμένα σφουγγάρια ψήνονται σε θερμοκρασία 1200 βαθμών Κελσίου για περισσότερο από μία ημέρα για να δώσουν στα δισκία ιδιαίτερη αντοχή και αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Το πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός σταθμός εξαρτάται άμεσα από το πόσο καλά συμπιέζεται και ψήνεται το καύσιμο ουρανίου.

Τα δισκία ψήνονται σε κουτιά από μολυβδαίνιο, γιατί μόνο αυτό το μέταλλο είναι ικανό να μην λιώνει σε «κολασμένες» θερμοκρασίες άνω των μιάμιση χιλιάδων βαθμών. Μετά από αυτό, το καύσιμο ουρανίου για πυρηνικούς σταθμούς θεωρείται έτοιμο.

Τι είναι το TVEL και το FA;

Ο πυρήνας του αντιδραστήρα μοιάζει με τεράστιο δίσκο ή σωλήνα με τρύπες στα τοιχώματα (ανάλογα με τον τύπο του αντιδραστήρα), 5 φορές μεγαλύτερο από το ανθρώπινο σώμα. Αυτές οι τρύπες περιέχουν καύσιμο ουράνιο, τα άτομα του οποίου πραγματοποιούν την επιθυμητή αντίδραση.

Είναι αδύνατο να πετάξετε απλώς καύσιμο στον αντιδραστήρα, εκτός κι αν θέλετε να προκαλέσετε μια έκρηξη ολόκληρου του σταθμού και ένα ατύχημα με συνέπειες για μερικές κοντινές πολιτείες. Επομένως, το καύσιμο ουρανίου τοποθετείται σε ράβδους καυσίμου και στη συνέχεια συλλέγεται σε συγκροτήματα καυσίμου. Τι σημαίνουν αυτές οι συντομογραφίες;

• Το TVEL είναι στοιχείο καυσίμου (δεν πρέπει να συγχέεται με το ίδιο όνομα της ρωσικής εταιρείας που τα παράγει). Ουσιαστικά είναι ένας λεπτός και μακρύς σωλήνας ζιρκονίου κατασκευασμένος από κράματα ζιρκονίου μέσα στον οποίο τοποθετούνται ταμπλέτες ουρανίου. Είναι στις ράβδους καυσίμου που τα άτομα ουρανίου αρχίζουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, απελευθερώνοντας θερμότητα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.

Το ζιρκόνιο επιλέχθηκε ως υλικό για την παραγωγή ράβδων καυσίμου λόγω της ανθεκτικότητας και των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων του.

Ο τύπος των ράβδων καυσίμου εξαρτάται από τον τύπο και τη δομή του αντιδραστήρα. Κατά κανόνα, η δομή και ο σκοπός των ράβδων καυσίμου δεν αλλάζουν το μήκος και το πλάτος του σωλήνα.

Το μηχάνημα φορτώνει περισσότερα από 200 σφαιρίδια ουρανίου σε έναν σωλήνα ζιρκονίου. Συνολικά, περίπου 10 εκατομμύρια σφαιρίδια ουρανίου λειτουργούν ταυτόχρονα στον αντιδραστήρα.
FA – συγκρότημα καυσίμου. Οι εργαζόμενοι του NPP καλούν τα συγκροτήματα καυσίμων πακέτα.

Ουσιαστικά, πρόκειται για αρκετές ράβδους καυσίμου στερεωμένες μεταξύ τους. Η FA είναι τελειωμένο πυρηνικό καύσιμο, με αυτό που λειτουργεί ένας πυρηνικός σταθμός. Είναι τα συγκροτήματα καυσίμου που φορτώνονται στον πυρηνικό αντιδραστήρα. Περίπου 150 – 400 συγκροτήματα καυσίμου τοποθετούνται σε έναν αντιδραστήρα.
Ανάλογα με τον αντιδραστήρα στον οποίο θα λειτουργήσουν τα συγκροτήματα καυσίμου, μπορούν να είναι διαφορετικά σχήματα. Άλλοτε οι δέσμες διπλώνονται σε κυβικό, άλλοτε σε κυλινδρικό, άλλοτε σε εξαγωνικό σχήμα.

Ένα συγκρότημα καυσίμου για 4 χρόνια λειτουργίας παράγει την ίδια ποσότητα ενέργειας με την καύση 670 αυτοκινήτων άνθρακα, 730 δεξαμενών με φυσικό αέριο ή 900 δεξαμενών φορτωμένων με πετρέλαιο.
Σήμερα, τα συγκροτήματα καυσίμων παράγονται κυρίως σε εργοστάσια στη Ρωσία, τη Γαλλία, τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία.

Για την παράδοση καυσίμου για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε άλλες χώρες, τα συγκροτήματα καυσίμου σφραγίζονται σε μακρούς και φαρδιούς μεταλλικούς σωλήνες, ο αέρας αντλείται από τους σωλήνες και παραδίδεται με ειδικά μηχανήματα στα αεροπλάνα φορτίου.

Τα πυρηνικά καύσιμα για πυρηνικούς σταθμούς ζυγίζουν απαγορευτικά πολύ, επειδή... το ουράνιο είναι ένα από τα βαρύτερα μέταλλα στον πλανήτη. Το ειδικό του βάρος είναι 2,5 φορές μεγαλύτερο από αυτό του χάλυβα.

Πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής: αρχή λειτουργίας

Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού; Η αρχή λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών βασίζεται σε μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης ατόμων μιας ραδιενεργής ουσίας - ουρανίου. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει στον πυρήνα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΝΑ ΓΝΩΡΙΖΕΤΕ:

Χωρίς να μπούμε στις περιπλοκές της πυρηνικής φυσικής, η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού μοιάζει με αυτό:
Μετά την εκκίνηση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, οι ράβδοι απορρόφησης αφαιρούνται από τις ράβδους καυσίμου, οι οποίες εμποδίζουν την αντίδραση του ουρανίου.

Μόλις αφαιρεθούν οι ράβδοι, τα νετρόνια ουρανίου αρχίζουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Όταν τα νετρόνια συγκρούονται, συμβαίνει μια μίνι έκρηξη σε ατομικό επίπεδο, απελευθερώνεται ενέργεια και γεννιούνται νέα νετρόνια, αρχίζει να συμβαίνει μια αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτή η διαδικασία παράγει θερμότητα.

Η θερμότητα μεταφέρεται στο ψυκτικό υγρό. Ανάλογα με τον τύπο του ψυκτικού, μετατρέπεται σε ατμό ή αέριο, το οποίο περιστρέφει τον στρόβιλο.

Ο στρόβιλος κινεί μια ηλεκτρική γεννήτρια. Είναι αυτός που στην πραγματικότητα παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα.

Εάν δεν παρακολουθείτε τη διαδικασία, τα νετρόνια ουρανίου μπορεί να συγκρουστούν μεταξύ τους μέχρι να εκραγούν στον αντιδραστήρα και να συντρίψουν ολόκληρο το πυρηνικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής. Η διαδικασία ελέγχεται από αισθητήρες υπολογιστή. Ανιχνεύουν αύξηση της θερμοκρασίας ή αλλαγή της πίεσης στον αντιδραστήρα και μπορούν αυτόματα να σταματήσουν τις αντιδράσεις.

Σε τι διαφέρει η αρχή λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής από τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια (θερμοηλεκτρικοί σταθμοί);

Υπάρχουν διαφορές στην εργασία μόνο στα πρώτα στάδια. Σε έναν πυρηνικό σταθμό, το ψυκτικό υγρό λαμβάνει θερμότητα από τη διάσπαση ατόμων καυσίμου ουρανίου σε ένα θερμοηλεκτρικό σταθμό, το ψυκτικό υγρό λαμβάνει θερμότητα από την καύση οργανικού καυσίμου (άνθρακας, φυσικό αέριο ή πετρέλαιο). Αφού είτε τα άτομα ουρανίου είτε το αέριο και ο άνθρακας απελευθερώσουν θερμότητα, τα σχήματα λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και των θερμοηλεκτρικών σταθμών είναι τα ίδια.

Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων

Ο τρόπος λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού εξαρτάται από το πώς ακριβώς λειτουργεί ο πυρηνικός του αντιδραστήρας. Σήμερα υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αντιδραστήρων, οι οποίοι ταξινομούνται σύμφωνα με το φάσμα των νευρώνων:
Ένας αργός αντιδραστήρας νετρονίων, που ονομάζεται επίσης θερμικός αντιδραστήρας.

Για τη λειτουργία του χρησιμοποιείται ουράνιο 235 που περνά από τα στάδια του εμπλουτισμού, της δημιουργίας σφαιριδίων ουρανίου κ.λπ. Σήμερα, η συντριπτική πλειοψηφία των αντιδραστήρων χρησιμοποιεί αργά νετρόνια.
Γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων.

Αυτοί οι αντιδραστήρες είναι το μέλλον, γιατί... Δουλεύουν στο ουράνιο-238, το οποίο είναι μια δεκάρα στη φύση και δεν χρειάζεται να εμπλουτιστεί αυτό το στοιχείο. Το μόνο μειονέκτημα τέτοιων αντιδραστήρων είναι το πολύ υψηλό κόστος σχεδιασμού, κατασκευής και εκκίνησης. Σήμερα, αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων λειτουργούν μόνο στη Ρωσία.

Το ψυκτικό στους αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων είναι υδράργυρος, αέριο, νάτριο ή μόλυβδος.

Οι αντιδραστήρες αργού νετρονίου, που χρησιμοποιούν σήμερα όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί στον κόσμο, διατίθενται επίσης σε διάφορους τύπους.

Ο οργανισμός ΔΟΑΕ (Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας) έχει δημιουργήσει τη δική του ταξινόμηση, η οποία χρησιμοποιείται συχνότερα στην παγκόσμια βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας. Δεδομένου ότι η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή του ψυκτικού και του συντονιστή, ο ΔΟΑΕ στήριξε την ταξινόμησή του σε αυτές τις διαφορές.

Από χημική άποψη, το οξείδιο του δευτερίου είναι ιδανικός μετριαστής και ψυκτικό μέσο, ​​γιατί Τα άτομα του αλληλεπιδρούν πιο αποτελεσματικά με τα νετρόνια του ουρανίου σε σύγκριση με άλλες ουσίες. Με απλά λόγια, το βαρύ νερό εκτελεί το καθήκον του με ελάχιστες απώλειες και μέγιστο αποτέλεσμα. Ωστόσο, η παραγωγή του κοστίζει χρήματα, ενώ το συνηθισμένο «ελαφρύ» και οικείο νερό είναι πολύ πιο εύκολο στη χρήση.

Λίγα στοιχεία για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες...

Είναι ενδιαφέρον ότι ένας αντιδραστήρας πυρηνικής ενέργειας χρειάζεται τουλάχιστον 3 χρόνια για να κατασκευαστεί!
Για να φτιάξετε έναν αντιδραστήρα, χρειάζεστε εξοπλισμό που να λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα 210 κιλοαμπέρ, που είναι ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερο από το ρεύμα που μπορεί να σκοτώσει έναν άνθρωπο.

Ένα κέλυφος (δομικό στοιχείο) ενός πυρηνικού αντιδραστήρα ζυγίζει 150 τόνους. Υπάρχουν 6 τέτοια στοιχεία σε έναν αντιδραστήρα.

Αντιδραστήρας νερού υπό πίεση

Έχουμε ήδη ανακαλύψει πώς λειτουργεί γενικά ένας πυρηνικός σταθμός για να βάλουμε τα πάντα σε προοπτική, ας δούμε πώς λειτουργεί ο πιο δημοφιλής πυρηνικός αντιδραστήρας υπό πίεση.
Σε όλο τον κόσμο σήμερα, χρησιμοποιούνται αντιδραστήρες νερού υπό πίεση 3+ γενιάς. Θεωρούνται τα πιο αξιόπιστα και ασφαλή.

Όλοι οι αντιδραστήρες νερού υπό πίεση στον κόσμο, όλα τα χρόνια λειτουργίας τους, έχουν ήδη συσσωρεύσει περισσότερα από 1000 χρόνια απρόσκοπτης λειτουργίας και δεν έχουν δώσει ποτέ σοβαρές αποκλίσεις.

Η δομή των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν αντιδραστήρες υπό πίεση νερού συνεπάγεται ότι το απεσταγμένο νερό που θερμαίνεται στους 320 βαθμούς κυκλοφορεί μεταξύ των ράβδων καυσίμου. Για να αποφευχθεί η μετάβαση σε κατάσταση ατμού, διατηρείται υπό πίεση 160 ατμοσφαιρών. Το διάγραμμα του πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής το ονομάζει νερό πρωτογενούς κυκλώματος.

Το θερμαινόμενο νερό εισέρχεται στη γεννήτρια ατμού και δίνει τη θερμότητά του στο νερό του δευτερεύοντος κυκλώματος, μετά το οποίο "επιστρέφει" ξανά στον αντιδραστήρα. Εξωτερικά, φαίνεται ότι οι σωλήνες νερού του πρώτου κυκλώματος είναι σε επαφή με άλλους σωλήνες - το νερό του δεύτερου κυκλώματος, μεταφέρουν θερμότητα μεταξύ τους, αλλά τα νερά δεν έρχονται σε επαφή. Οι σωλήνες είναι σε επαφή.

Έτσι, αποκλείεται η πιθανότητα εισόδου ακτινοβολίας στο νερό του δευτερογενούς κυκλώματος, η οποία θα συμμετάσχει περαιτέρω στη διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ασφάλεια λειτουργίας NPP

Έχοντας μάθει την αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών, πρέπει να καταλάβουμε πώς λειτουργεί η ασφάλεια. Η κατασκευή πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σήμερα απαιτεί αυξημένη προσοχή στους κανόνες ασφαλείας.
Το κόστος ασφάλειας των πυρηνικών σταθμών αντιπροσωπεύει περίπου το 40% του συνολικού κόστους της ίδιας της μονάδας.

Ο σχεδιασμός του πυρηνικού σταθμού περιλαμβάνει 4 φυσικά εμπόδια που εμποδίζουν την απελευθέρωση ραδιενεργών ουσιών. Τι πρέπει να κάνουν αυτά τα εμπόδια; Την κατάλληλη στιγμή, μπορείτε να σταματήσετε την πυρηνική αντίδραση, να εξασφαλίσετε συνεχή απομάκρυνση θερμότητας από τον πυρήνα και τον ίδιο τον αντιδραστήρα και να αποτρέψετε την απελευθέρωση ραδιονουκλεϊδίων πέρα ​​από τον περιορισμό (ερμητική ζώνη).

• Το πρώτο εμπόδιο είναι η αντοχή των σφαιριδίων ουρανίου.Είναι σημαντικό να μην καταστρέφονται από τις υψηλές θερμοκρασίες σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Μεγάλο μέρος του τρόπου λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού εξαρτάται από το πώς «ψήνονται» τα σφαιρίδια ουρανίου κατά το αρχικό στάδιο της κατασκευής. Εάν τα σφαιρίδια καυσίμου ουρανίου δεν ψηθούν σωστά, οι αντιδράσεις των ατόμων ουρανίου στον αντιδραστήρα θα είναι απρόβλεπτες.
• Το δεύτερο εμπόδιο είναι η στεγανότητα των ράβδων καυσίμου.Οι σωλήνες ζιρκονίου πρέπει να σφραγίζονται ερμητικά εάν η σφράγιση είναι σπασμένη το καλύτερο σενάριοο αντιδραστήρας θα καταστραφεί και η εργασία θα σταματήσει, στη χειρότερη περίπτωση, όλα θα ανατιναχτούν.
• Το τρίτο εμπόδιο είναι ένα ανθεκτικό δοχείο αντιδραστήρα από χάλυβαα, (αυτός ο ίδιος μεγάλος πύργος - ερμητική ζώνη) που «περιέχει» όλες τις ραδιενεργές διεργασίες. Εάν το περίβλημα καταστραφεί, η ακτινοβολία θα διαφύγει στην ατμόσφαιρα.
• Το τέταρτο εμπόδιο είναι οι ράβδοι προστασίας έκτακτης ανάγκης.Ράβδοι με συντονιστές αιωρούνται πάνω από τον πυρήνα με μαγνήτες, οι οποίοι μπορούν να απορροφήσουν όλα τα νετρόνια σε 2 δευτερόλεπτα και να σταματήσουν την αλυσιδωτή αντίδραση.

Εάν, παρά το σχεδιασμό ενός πυρηνικού σταθμού με πολλούς βαθμούς προστασίας, δεν είναι δυνατό να ψύξει ο πυρήνας του αντιδραστήρα την κατάλληλη στιγμή και η θερμοκρασία του καυσίμου ανέλθει στους 2600 βαθμούς, τότε η τελευταία ελπίδα του συστήματος ασφαλείας μπαίνει στο παιχνίδι - η λεγόμενη παγίδα τήξης.

Το γεγονός είναι ότι σε αυτή τη θερμοκρασία ο πυθμένας του δοχείου του αντιδραστήρα θα λιώσει και όλα τα υπολείμματα πυρηνικού καυσίμου και λιωμένων δομών θα ρέουν σε ένα ειδικό «γυαλί» που αιωρείται πάνω από τον πυρήνα του αντιδραστήρα.

Η παγίδα τήξης είναι ψυγείο και πυρίμαχη. Είναι γεμάτο με το λεγόμενο «θυσιαστικό υλικό», το οποίο σταδιακά σταματά την αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης.

Έτσι, ο σχεδιασμός του πυρηνικού σταθμού συνεπάγεται αρκετούς βαθμούς προστασίας, οι οποίοι σχεδόν εξαλείφουν πλήρως κάθε πιθανότητα ατυχήματος.