Атомната бомба е снаряд, предназначен да предизвика експлозия с висока мощност в резултат на много бързо освобождаване на ядрена (атомна) енергия.
Принципът на действие на атомните бомби
Ядреният заряд е разделен на няколко части до критични размери, така че във всяка от тях да не може да започне саморазвиваща се неконтролирана верижна реакция на делене на атоми на делящото се вещество. Такава реакция ще възникне само когато всички части на заряда бързо се свържат в едно цяло. Пълнотата на реакцията и в крайна сметка силата на експлозията зависи до голяма степен от скоростта на сближаване на отделните части. За да се придаде висока скорост на части от заряда, може да се използва експлозия на конвенционален експлозив. Ако части от ядрен заряд се поставят в радиални посоки на определено разстояние от центъра, а TNT зарядите се поставят отвън, тогава е възможно да се извърши експлозия на конвенционални заряди, насочени към центъра на ядрения заряд. Всички части на ядрения заряд не само ще се съединят в едно цяло с огромна скорост, но и ще се окажат за известно време притиснати от всички страни от огромното налягане на продуктите на експлозията и няма да могат да се отделят веднага щом ядрена верижна реакция започва в заряда. В резултат на това ще се получи значително по-голямо делене, отколкото без такова компресиране, и следователно мощността на експлозията ще се увеличи. Неутронният рефлектор също допринася за увеличаване на мощността на експлозия за същото количество делящ се материал (най-ефективните рефлектори са берилиевите< Be >, графит, тежка вода< H3O >). Първото делене, което би започнало верижна реакция, изисква поне един неутрон. Невъзможно е да се разчита на своевременното начало на верижна реакция под въздействието на неутрони, появяващи се по време на спонтанното делене на ядрата, т.к. среща се сравнително рядко: за U-235 - 1 разпадане на час на 1 g. вещества. Освен това в атмосферата има много малко неутрони в свободна форма: чрез S = 1 cm/sq. Средно около 6 неутрона прелитат в секунда. Поради тази причина в ядрен заряд се използва изкуствен източник на неутрони - нещо като капсул-детонатор на ядрено изригване. Той също така гарантира, че много деления започват едновременно, така че реакцията протича под формата на ядрена експлозия.
Опции за детонация (схеми за пистолет и имплозия)
Има две основни схеми за детониране на делящ се заряд: оръдие, иначе наречено балистично, и имплозивно.
„Дизайнът на оръдието“ е използван в някои ядрени оръжия от първо поколение. Същността на оръдейната верига е да изстреля заряд от барут от един блок делящ се материал с подкритична маса („куршум“) в друг неподвижен („мишена“). Блоковете са проектирани така, че при свързване общата им маса става свръхкритична.
Този метод на детонация е възможен само в уранови боеприпаси, тъй като плутоният има два порядъка по-висок неутронен фон, което рязко увеличава вероятността от преждевременно развитие на верижна реакция преди блоковете да бъдат свързани. Това води до непълно освобождаване на енергия (т.нар. "газирано", английски). , уранът издържа на механични претоварвания по-добре от плутония.
Имплозивна схема. Тази схема на детонация включва постигане на свръхкритично състояние чрез компресиране на делящия се материал с фокусирана ударна вълна, създадена от експлозията на химически експлозив. За фокусиране на ударната вълна се използват така наречените експлозивни лещи, като детонацията се извършва едновременно в много точки с прецизна точност. Създаването на такава система за поставяне на експлозиви и взривяване навремето беше една от най-трудните задачи. Образуването на конвергираща ударна вълна беше осигурено чрез използването на експлозивни лещи от „бързи“ и „бавни“ експлозиви - TATV (триаминотринитробензен) и баратол (смес от тринитротолуен с бариев нитрат) и някои добавки)
Експлозивен характер
Ядрото на урана съдържа 92 протона. Природният уран е основно смес от два изотопа: U238 (който има 146 неутрона в ядрото си) и U235 (143 неутрона), като само 0,7% от последния е в естествения уран. Химичните свойства на изотопите са абсолютно идентични, поради което е невъзможно да се разделят по химически методи, но разликата в масите (235 и 238 единици) позволява това да се направи чрез физически методи: смес от уран се превръща в газ (уран хексафлуорид), след което се изпомпва през безброй порести прегради. Въпреки че изотопите на урана са неразличими нито на външен вид, нито химически, те са разделени от пропаст в свойствата на техните ядрени характеристики.
Процесът на делене на U238 е платен процес: неутрон, пристигащ отвън, трябва да носи със себе си енергия - 1 MeV или повече. И U235 е безкористен: нищо не се изисква от входящия неутрон за възбуждане и последващ разпад; неговата енергия на свързване в ядрото е напълно достатъчна.
Когато неутрон удари способно на делене ядро, се образува нестабилно съединение, но много бързо (след 10−23−10−22 s) такова ядро се разпада на два фрагмента, които са различни по маса и „мигновено“ (в рамките на 10 −16−10− 14 c) излъчване на два или три нови неутрона, така че с течение на времето броят на делящите се ядра да може да се умножи (тази реакция се нарича верижна реакция). Това е възможно само в U235, тъй като алчният U238 не иска да споделя от собствените си неутрони, чиято енергия е с порядък по-малък от 1 MeV. Кинетичната енергия на частиците продукти на делене е с много порядъци по-голяма от енергията, освободена по време на всяка химическа реакция, при която съставът на ядрата не се променя.
Критичен монтаж
Продуктите на делене са нестабилни и отнемат много време за „възстановяване“, излъчвайки различни лъчения (включително неутрони). Неутроните, които се излъчват значително време (до десетки секунди) след деленето, се наричат забавени и въпреки че делът им е малък в сравнение с мигновените (по-малко от 1%), ролята, която играят в работата на ядрените инсталации, е най-голяма. важно.
Продуктите на делене, по време на многобройни сблъсъци с околните атоми, им предават енергията си, повишавайки температурата. След като неутроните се появят в сглобка, съдържаща делящ се материал, мощността на отделяне на топлина може да се увеличи или намали, а параметрите на сглобката, в която броят на деленията за единица време е постоянен, се наричат критични. Критичността на монтажа може да се поддържа както с голям, така и с малък брой неутрони (при съответно по-висока или по-ниска мощност на топлоотдаване). Топлинната мощност се увеличава или чрез изпомпване на допълнителни неутрони в критичния модул отвън, или чрез превръщане на блока в суперкритичен (тогава допълнителни неутрони се доставят от все по-многобройни поколения делящи се ядра). Например, ако е необходимо да се увеличи топлинната мощност на реактора, той се довежда до режим, при който всяко поколение бързи неутрони е малко по-малко от предишното, но благодарение на забавените неутрони реакторът едва забележимо преминава в критично състояние. Тогава той не се ускорява, а бавно набира мощност - така че увеличаването му да може да бъде спряно в точния момент чрез въвеждане на неутронни абсорбери (пръчки, съдържащи кадмий или бор).
Неутроните, произведени по време на делене, често летят покрай околните ядра, без да причиняват по-нататъшно делене. Колкото по-близо до повърхността на даден материал се произвежда неутрон, толкова по-голям е шансът той да избяга от делящия се материал и никога повече да не се върне. Следователно формата на сглобяване, която спестява най-голям брой неутрони, е сфера: за дадена маса материя тя има минимална повърхност. Неоградена (единична) топка от 94% U235 без кухини вътре става критична с маса 49 kg и радиус 85 mm. Ако комплект от същия уран е цилиндър с дължина, равна на диаметъра, той става критичен с маса 52 kg. Площта на повърхността също намалява с увеличаване на плътността. Ето защо експлозивното компресиране, без да променя количеството на делящия се материал, може да доведе сглобката в критично състояние. Именно този процес е в основата на общия дизайн на ядрения заряд.
Сглобяване на топка
Но най-често в ядрените оръжия не се използва уран, а плутоний-239. Произвежда се в реактори чрез облъчване на уран-238 с мощни неутронни потоци. Плутоният струва около шест пъти повече от U235, но при делене ядрото Pu239 излъчва средно 2,895 неутрона - повече от U235 (2,452). Освен това вероятността от делене на плутоний е по-висока. Всичко това води до факта, че самотна топка Pu239 става критична с почти три пъти по-малка маса от топка от уран и най-важното, с по-малък радиус, което позволява да се намалят размерите на критичната сглобка.
Монтажът е направен от две внимателно монтирани половини под формата на сферичен слой (кух отвътре); очевидно е подкритичен - дори за топлинни неутрони и дори след като е заобиколен от модератор. Зарядът е монтиран около комплект от много прецизно монтирани експлозивни блокове. За да се спестят неутрони, е необходимо да се запази благородната форма на топката по време на експлозия - за това слоят експлозив трябва да бъде взривен едновременно по цялата му външна повърхност, компресирайки сглобката равномерно. Широко разпространено е мнението, че това изисква много електрически детонатори. Но това беше така само в зората на „конструкцията на бомбата“: за да се задействат много десетки детонатори, беше необходима много енергия и значителен размер на системата за иницииране. Съвременните заряди използват няколко детонатора, избрани по специална техника, сходни по характеристики, от които се задействат високо стабилни (по отношение на скоростта на детонация) експлозиви в жлебове, фрезовани в поликарбонатен слой (чиято форма върху сферична повърхност се изчислява с помощта на геометрията на Риман методи). Детонацията със скорост около 8 km/s ще се движи по жлебовете на абсолютно равни разстояния, в един и същи момент ще достигне дупките и ще детонира основния заряд - едновременно във всички необходими точки.
Експлозия вътре
Експлозията, насочена навътре, компресира модула с налягане от повече от един милион атмосфери. Повърхността на сглобката намалява, вътрешната кухина в плутония почти изчезва, плътността се увеличава и много бързо - в рамките на десет микросекунди, свиваемата сглобка преминава критичното състояние с топлинни неутрони и става значително свръхкритична с бързи неутрони.
След период, определен от незначителното време на незначително забавяне на бързите неутрони, всяко ново, по-многобройно поколение от тях добавя енергия от 202 MeV чрез делене към веществото на сглобката, която вече се пръска от чудовищен натиск. В мащаба на случващите се явления силата дори на най-добрите легирани стомани е толкова малка, че на никого не му хрумва да я вземе предвид при изчисляването на динамиката на експлозията. Единственото нещо, което пречи на модула да се разлети, е инерцията: за да се разшири плутониева топка само с 1 см за десетки наносекунди, е необходимо да се придаде ускорение на веществото, което е десетки трилиони пъти по-голямо от ускорението свободно падане, а това не е лесно.
В крайна сметка материята все още се разпръсква, деленето спира, но процесът не свършва дотук: енергията се преразпределя между йонизираните фрагменти на отделените ядра и други частици, излъчени по време на деленето. Тяхната енергия е от порядъка на десетки и дори стотици MeV, но само електрически неутралните високоенергийни гама-кванти и неутроните имат шанс да избегнат взаимодействието с материята и да „избягат“. Заредените частици бързо губят енергия при актове на сблъсъци и йонизация. В този случай се излъчва радиация - но вече не е твърда ядрена радиация, а по-мека, с енергия с три порядъка по-ниска, но все още повече от достатъчна, за да избие електрони от атомите - не само от външните обвивки, но от всичко като цяло. Смес от оголени ядра, откъснати от тях електрони и радиация с плътност от грамове на кубичен сантиметър (опитайте се да си представите колко добре можете да почернявате под светлина, която е придобила плътността на алуминия!) - всичко, което преди малко беше заряд - влиза в някакво подобие на равновесие. В много млада огнена топка температурата достига десетки милиони градуси.
Огнена топка
Изглежда, че дори мекото излъчване, движещо се със скоростта на светлината, трябва да остави материята, която го е генерирала, далеч назад, но това не е така: в студения въздух обхватът на квантите на Kev енергиите е сантиметри и те не се движат в права линия, но променя посоката на движение, излъчвайки отново при всяко взаимодействие. Квантите йонизират въздуха и се разпространяват в него, като черешов сок, излят в чаша вода. Това явление се нарича радиационна дифузия.
Младо огнено кълбо с експлозия от 100 kt няколко десетки наносекунди след края на взрива на делене има радиус от 3 m и температура от почти 8 милиона Келвина. Но след 30 микросекунди радиусът му е 18 м, въпреки че температурата пада под милион градуса. Топката поглъща пространството, а йонизираният въздух зад нейната предна част почти не се движи: радиацията не може да му предаде значителен импулс по време на дифузия. Но тя изпомпва огромна енергия в този въздух, нагрявайки го и когато радиационната енергия свърши, топката започва да расте поради разширяването на гореща плазма, избухваща отвътре с това, което преди е било заряд. Разширявайки се, като надут балон, плазмената обвивка става по-тънка. За разлика от мехура, разбира се, нищо не го надува: отвътре почти не е останало вещество, всичко лети от центъра по инерция, но 30 микросекунди след експлозията скоростта на този полет е повече от 100 km/s, а хидродинамичното налягане в веществото - повече от 150 000 атм! Черупката не е предназначена да стане твърде тънка; тя се спуква, образувайки „мехури“.
Кой от механизмите за предаване на енергията на огненото кълбо в околната среда ще преобладава зависи от силата на експлозията: ако е голяма, основната роля играе дифузията на радиацията, ако е малка, играе разширяването на плазмения мехур Главна роля. Ясно е, че е възможен междинен случай, когато и двата механизма са ефективни.
Процесът улавя нови слоеве въздух; вече няма достатъчно енергия за отстраняване на всички електрони от атомите. Енергията на йонизирания слой и фрагментите на плазмения мехур се изчерпват, те вече не могат да движат огромната маса пред себе си и значително забавят. Но това, което беше въздух преди експлозията, се движи, откъсвайки се от топката, поглъщайки все повече и повече слоеве студен въздух... Започва образуването на ударна вълна.
Ударна вълна и атомна гъба
Когато ударната вълна се отдели от огненото кълбо, характеристиките на излъчващия слой се променят и мощността на излъчване в оптичната част на спектъра рязко нараства (т.нар. първи максимум). След това процесите на осветяване и промените в прозрачността на околния въздух се конкурират, което води до реализирането на втори максимум, по-малко мощен, но много по-дълъг - дотолкова, че изходът на светлинна енергия е по-голям, отколкото в първия максимум. .
Близо до експлозията всичко наоколо се изпарява, по-далече се топи, но още по-нататък, където топлинният поток вече не е достатъчен, за да разтопи твърдите частици, почвата, скалите, къщите текат като течност, под чудовищно налягане на газ, който разрушава всички здрави връзки , нажежен до непоносим за очите блясък.
И накрая, ударната вълна отива далеч от точката на експлозия, където остава хлабав и отслабен, но разширен многократно облак от кондензирани пари, които се превърнаха в малък и много радиоактивен прах от това, което беше плазмата на заряда, и от това, което беше близо в своя ужасен час до място, от което човек трябва да стои възможно най-далеч. Облакът започва да се издига. Той се охлажда, променя цвета си, „поставя“ бяла шапка от кондензирана влага, последвана от прах от повърхността на земята, образувайки „крака“ на това, което обикновено се нарича „атомна гъба“.
Неутронно иницииране
Внимателните читатели могат да оценят освобождаването на енергия по време на експлозия с молив в ръцете си. Когато времето, през което модулът е в суперкритично състояние, е от порядъка на микросекунди, възрастта на неутроните е от порядъка на пикосекунди и коефициентът на умножение е по-малък от 2, се освобождава около гигаджаул енергия, което е еквивалентно на ... 250 кг тротил. Къде са килограмите и мегатоните?
Факт е, че веригата на делене в блока не започва с един неутрон: за необходимата микросекунда те се инжектират в свръхкритичния блок от милиони. В първите ядрени заряди за това са използвани изотопни източници, разположени в кухина вътре в плутониевия модул: полоний-210 в момента на компресия се комбинира с берилий и предизвиква неутронно излъчване със своите алфа-частици. Но всички изотопни източници са доста слаби (в първия американски продукт са генерирани по-малко от милион неутрона на микросекунда), а полоният е много нетраен - само за 138 дни намалява активността си наполовина. Следователно изотопите са заменени с по-малко опасни (които не излъчват, когато не са включени) и най-важното с неутронни тръби, които излъчват по-интензивно (вижте страничната лента): за няколко микросекунди (продължителността на импулса, образуван от тръба) се раждат стотици милиони неутрони. Но ако не работи или работи в неподходящ момент, ще настъпи така нареченият взрив или „цилч“ - термична експлозия с ниска мощност.
Неутронното иницииране не само увеличава отделянето на енергия от ядрена експлозия с много порядъци, но също така прави възможно регулирането му! Ясно е, че след получаване на бойна мисия, при определяне на която трябва да се посочи мощността на ядрен удар, никой не разглобява заряда, за да го оборудва с плутониев монтаж, който е оптимален за дадена мощност. В боеприпаси с превключваем тротилов еквивалент е достатъчно просто да промените захранващото напрежение към неутронната тръба. Съответно, добивът на неутрони и освобождаването на енергия ще се променят (разбира се, когато мощността се намали по този начин, се губи много скъп плутоний).
Но те започнаха да мислят за необходимостта от регулиране на освобождаването на енергия много по-късно и в първите следвоенни години не можеше да се говори за намаляване на мощността. По-мощен, по-мощен и по-мощен! Но се оказа, че има ядрени физически и хидродинамични ограничения за допустимите размери на субкритичната сфера. TNT еквивалентът на експлозия от сто килотона е близо до физическата граница за еднофазни боеприпаси, в които се получава само делене. В резултат на това деленето беше изоставено като основен източник на енергия и фокусът беше върху реакциите от друг клас - синтез.
Ядрени погрешни схващания
Плътността на плутония в момента на експлозия се увеличава поради фазов преход
Металният плутоний съществува в шест фази, чиято плътност варира от 14,7 до 19,8 g/cm3. При температури под 119 °C има моноклинна алфа фаза (19,8 g/cm3), но такъв плутоний е много крехък, а в кубичната лицево центрирана делта фаза (15,9) е пластична и добре обработена (именно тази фаза те се опитват да консервират с помощта на легиращи добавки). По време на детонационното компресиране не могат да възникнат фазови преходи - плутоният е в състояние на квазитечност. Фазовите преходи са опасни по време на производството: при големи части, дори при лека промяна в плътността, може да се достигне критично състояние. Разбира се, няма да има експлозия - детайлът просто ще се нагрее, но никелирането може да се освободи (а плутоният е много токсичен).
Източник на неутрони
Първите ядрени бомби са използвали берилий-полониев неутронен източник. Съвременните заряди използват много по-удобни неутронни тръби Във вакуумна неутронна тръба се прилага импулсно напрежение от 100 kV между наситената с тритий мишена (катод) (1) и анодния възел (2). Когато напрежението е максимално е необходимо между анода и катода да има деутериеви йони, които трябва да се ускорят. За това се използва източник на йони. Към неговия анод (3) се прилага импулс на запалване, а разрядът, преминавайки по повърхността на наситената с деутерий керамика (4), образува деутериеви йони. След като се ускорят, те бомбардират цел, наситена с тритий, в резултат на което се освобождава енергия от 17,6 MeV и се образуват неутрони и ядра на хелий-4.
По отношение на състава на частиците и дори отделянето на енергия тази реакция е идентична с термоядрения синтез – процесът на сливане на леки ядра. През 50-те години на миналия век мнозина вярваха, че това е термоядрен синтез, но по-късно се оказа, че в тръбата възниква „смущение“: или протон, или неутрон (който съставлява деутериевия йон, ускорен от електрическо поле) „засяда“ в целевото ядро (тритий) . Ако протонът заседне, неутронът се откъсва и се освобождава.
Неутрони – бавни и бързи
В неделящо се вещество, „отскачащо“ от ядрата, неутроните им предават част от енергията си, толкова по-голяма е, колкото по-леки (по-близо до тях по маса) ядрата. В колкото повече сблъсъци участват неутроните, толкова повече се забавят и след това, накрая, влизат в топлинно равновесие със заобикалящата ги материя - термализират се (това отнема милисекунди). Скоростта на топлинните неутрони е 2200 m/s (енергия 0,025 eV). Неутроните могат да избягат от модератора и да бъдат уловени от неговите ядра, но с умереност способността им да влизат в ядрени реакции се увеличава значително, така че неутроните, които не са „загубени“, повече от компенсират намаляването на броя.
Така, ако топка от делящ се материал е заобиколена от модератор, много неутрони ще напуснат модератора или ще бъдат погълнати от него, но ще има и такива, които ще се върнат в топката („отразяват“) и, след като са загубили енергията си, са много по-склонни да причинят събития на делене. Ако топката е заобиколена от 25 mm дебел слой берилий, тогава 20 kg U235 могат да бъдат спестени и все още да се постигне критичното състояние на сглобката. Но такива спестявания идват с цената на време: всяко следващо поколение неутрони трябва първо да се забави, преди да причини делене. Това забавяне намалява броя на поколенията неутрони, родени за единица време, което означава, че освобождаването на енергия се забавя. Колкото по-малко делящ се материал в сглобката, толкова повече модератор е необходим за развиване на верижна реакция, а деленето се случва с все по-нискоенергийни неутрони. В пределния случай, когато критичността се постига само с топлинни неутрони, например в разтвор на уранови соли в добър модератор - вода, масата на възлите е стотици грама, но разтворът просто периодично кипи. Освободените парни мехурчета намаляват средната плътност на делящото се вещество, верижната реакция спира и когато мехурчетата напуснат течността, избухването на делене се повтаря (ако запушите съда, парата ще го разкъса - но това ще бъде топлинно експлозия, лишена от всички типични „ядрени“ признаци).
Видео: Ядрени експлозии
Абонирайте се и четете най-добрите ни публикации в Yandex.Zen. Вижте красиви снимки от цял свят на нашата страница на Instagram
Ако намерите грешка, моля, изберете част от текста и натиснете Ctrl+Enter.
Производството на ядрена енергия е модерен и бързо развиващ се метод за производство на електроенергия. Знаете ли как работят атомните електроцентрали? Какъв е принципът на работа на атомната електроцентрала? Какви видове ядрени реактори съществуват днес? Ще се опитаме да разгледаме подробно схемата на работа на атомна електроцентрала, да се впуснем в структурата на ядрен реактор и да разберем колко безопасен е ядреният метод за производство на електроенергия.
Всяка станция е затворена зона, далеч от жилищен район. На територията му има няколко сгради. Най-важната структура е сградата на реактора, до нея е турбинната зала, от която се управлява реакторът, и сградата за безопасност.
Схемата е невъзможна без ядрен реактор. Атомният (ядрен) реактор е устройство за атомна електроцентрала, предназначено да организира верижна реакция на делене на неутрони със задължително освобождаване на енергия по време на този процес. Но какъв е принципът на работа на атомната електроцентрала?
Цялата реакторна инсталация се помещава в сградата на реактора, голяма бетонна кула, която скрива реактора и ще съдържа всички продукти от ядрената реакция в случай на авария. Тази голяма кула се нарича херметична обвивка или херметична зона.
Херметичната зона в новите реактори има 2 дебели бетонни стени - обвивки.
Външната обвивка с дебелина 80 см предпазва зоната на задържане от външни влияния.
Вътрешната обвивка с дебелина 1 метър 20 см има специални стоманени въжета, които увеличават здравината на бетона почти три пъти и предпазват конструкцията от разпадане. Отвътре той е облицован с тънък лист от специална стомана, която е предназначена да служи като допълнителна защита на херметичната конструкция и в случай на авария да не изхвърля съдържанието на реактора извън херметичната зона.
Този дизайн на атомната електроцентрала й позволява да издържи самолетна катастрофа с тегло до 200 тона, земетресение с магнитуд 8, торнадо и цунами.
Първата херметична обвивка е построена в американската атомна електроцентрала Yankee в Кънектикът през 1968 г.
Общата височина на защитната зона е 50-60 метра.
От какво се състои ядрен реактор?
За да разберете принципа на работа на атомния реактор и следователно принципа на работа на атомната електроцентрала, трябва да разберете компонентите на реактора. 
- Активна зона. Това е зоната, където са разположени ядреното гориво (генератор на гориво) и модераторът. Атомите на горивото (най-често горивото е уран) претърпяват верижна реакция на делене. Модераторът е проектиран да контролира процеса на делене и позволява необходимата реакция по отношение на скорост и сила.
- Неутронен рефлектор. Рефлектор обгражда ядрото. Състои се от същия материал като модератора. По същество това е кутия, чиято основна цел е да попречи на неутроните да напуснат активната зона и да навлязат в околната среда.
- Антифриз. Охлаждащата течност трябва да абсорбира топлината, отделена по време на деленето на атомите на горивото, и да я прехвърли на други вещества. Охлаждащата течност до голяма степен определя как е проектирана атомната електроцентрала. Най-популярната охлаждаща течност днес е водата.
Система за управление на реактора. Сензори и механизми, захранващи реактора на атомна електроцентрала.
Гориво за атомни електроцентрали
На какво работи атомната електроцентрала? Горивото за атомните електроцентрали са химически елементи с радиоактивни свойства. Във всички атомни електроцентрали този елемент е уран.
Дизайнът на станциите предполага, че атомните електроцентрали работят на сложно композитно гориво, а не на чист химичен елемент. А за да се извлече ураново гориво от природен уран, който се зарежда в ядрен реактор, е необходимо да се извършат много манипулации.
Обогатен уран
Уранът се състои от два изотопа, тоест съдържа ядра с различна маса. Те са наречени по броя на протоните и неутроните изотоп -235 и изотоп -238. Изследователите от 20-ти век започнаха да извличат уран 235 от руда, защото... беше по-лесно да се разложи и трансформира. Оказа се, че такъв уран в природата е само 0,7% (останаващият процент отива към 238-ия изотоп). 
Какво да направите в този случай? Решиха да обогатят уран. Обогатяването на уран е процес, при който много от необходимите изотопи 235x остават в него и малко ненужни изотопи 238x. Задачата на обогатителите на уран е да превърнат 0,7% в почти 100% уран-235.
Уранът може да бъде обогатен с помощта на две технологии: газова дифузия или газова центрофуга. За да се използват, уранът, извлечен от руда, се превръща в газообразно състояние. Обогатен е под формата на газ.
Уранов прах
Обогатеният уранов газ се превръща в твърдо състояние - уранов диоксид. Този чист твърд уран 235 изглежда като големи бели кристали, които по-късно се натрошават на уран на прах.
Уранови таблетки
Таблетките с уран са твърди метални дискове с дължина няколко сантиметра. За да се образуват такива таблетки от уранов прах, той се смесва с вещество - пластификатор, което подобрява качеството на пресоване на таблетките.
Пресованите шайби се пекат при температура от 1200 градуса по Целзий повече от един ден, за да придадат на таблетките специална здравина и устойчивост на високи температури. Как работи атомната електроцентрала зависи пряко от това колко добре е компресирано и изпечено урановото гориво. 
Таблетките се пекат в кутии от молибден, т.к само този метал е способен да не се топи при „адски“ температури над една и половина хиляди градуса. След това ураново гориво за атомни електроцентрали се счита за готово.
Какво представляват ТВЕЛ и ФА?
Ядрото на реактора изглежда като огромен диск или тръба с дупки в стените (в зависимост от вида на реактора), 5 пъти по-големи от човешкото тяло. Тези дупки съдържат ураново гориво, чиито атоми извършват желаната реакция.
Невъзможно е просто да хвърлите гориво в реактора, освен ако не искате цялата станция да експлодира и да се случи инцидент с последствия за няколко близки държави. Следователно урановото гориво се поставя в горивни пръти и след това се събира в горивни касети. Какво означават тези съкращения?
- TVEL е горивен елемент (да не се бърка със същото име на руската компания, която ги произвежда). По същество това е тънка и дълга циркониева тръба, изработена от циркониеви сплави, в която се поставят уранови таблетки. Именно в горивните пръти атомите на урана започват да взаимодействат помежду си, отделяйки топлина по време на реакцията.
Цирконият е избран като материал за производството на горивни пръти поради неговата огнеупорност и антикорозионни свойства.
Видът на горивните пръти зависи от типа и конструкцията на реактора. По правило структурата и предназначението на горивните пръти не се променят; дължината и ширината на тръбата могат да бъдат различни. 
Машината зарежда повече от 200 уранови топчета в една циркониева тръба. Общо около 10 милиона уранови топчета работят едновременно в реактора.
FA – горивна касета. Работниците в АЕЦ наричат горивните възли снопове.
По същество това са няколко горивни пръта, закрепени заедно. FA е готово ядрено гориво, с което работи атомната електроцентрала. Именно горивните касети се зареждат в ядрения реактор. В един реактор се поставят около 150 – 400 горивни касети.
В зависимост от реактора, в който ще работят горивните касети, те се предлагат в различни форми. Понякога снопчетата са сгънати в кубична, понякога в цилиндрична, понякога в шестоъгълна форма.
Една горивна касета за 4 години работа произвежда същото количество енергия, както при изгаряне на 670 коли с въглища, 730 резервоара с природен газ или 900 резервоара, заредени с петрол.
Днес горивните възли се произвеждат главно в заводи в Русия, Франция, САЩ и Япония.
За доставка на гориво за атомни електроцентрали в други страни горивните касети се затварят в дълги и широки метални тръби, въздухът се изпомпва от тръбите и се доставя от специални машини на борда на товарни самолети.
Ядреното гориво за АЕЦ тежи непосилно много, защото... уранът е един от най-тежките метали на планетата. Неговото специфично тегло е 2,5 пъти по-голямо от това на стоманата.
Атомна електроцентрала: принцип на работа
Какъв е принципът на работа на атомната електроцентрала? Принципът на работа на атомните електроцентрали се основава на верижна реакция на делене на атоми на радиоактивно вещество - уран. Тази реакция протича в сърцевината на ядрен реактор.
ВАЖНО Е ДА ЗНАЕТЕ:
Без да навлизаме в тънкостите на ядрената физика, принципът на работа на атомната електроцентрала изглежда така:
След стартиране на ядрен реактор, абсорбиращите пръти се отстраняват от горивните пръти, които предотвратяват реакцията на урана.
След като прътите бъдат отстранени, урановите неутрони започват да взаимодействат един с друг.
Когато неутроните се сблъскат, възниква миниексплозия на атомно ниво, освобождава се енергия и се раждат нови неутрони, започва верижна реакция. Този процес генерира топлина.
Топлината се предава на охлаждащата течност. В зависимост от вида на охлаждащата течност тя се превръща в пара или газ, който върти турбината.
Турбината задвижва електрически генератор. Именно той всъщност генерира електрически ток.
Ако не наблюдавате процеса, урановите неутрони могат да се сблъскат един с друг, докато експлодират реактора и разбият цялата атомна електроцентрала на парчета. Процесът се контролира от компютърни сензори. Те отчитат повишаване на температурата или промяна в налягането в реактора и могат автоматично да спрат реакциите.
Как принципът на работа на атомните електроцентрали се различава от топлоелектрическите централи (топлоелектрически централи)?
Разлики в работата има само в първите етапи. В атомна електроцентрала охлаждащата течност получава топлина от деленето на атоми на ураново гориво; в топлоелектрическа централа охлаждащата течност получава топлина от изгарянето на органично гориво (въглища, газ или нефт). След като урановите атоми или газът и въглищата отделят топлина, схемите на работа на атомните електроцентрали и топлоелектрическите централи са еднакви.
Видове ядрени реактори
Как работи атомната електроцентрала зависи от това как точно работи нейният ядрен реактор. Днес има два основни вида реактори, които се класифицират според спектъра на невроните:
Реактор на бавни неутрони, наричан още термичен реактор.
За работата му се използва уран 235, който преминава през етапите на обогатяване, създаване на уранови топчета и др. Днес по-голямата част от реакторите използват бавни неутрони.
Реактор на бързи неутрони.
Тези реактори са бъдещето, защото... Те работят с уран-238, който е стотинка в природата и няма нужда да се обогатява този елемент. Единственият недостатък на такива реактори са много високите разходи за проектиране, изграждане и стартиране. Днес реакторите на бързи неутрони работят само в Русия.
Охлаждащата течност в реакторите на бързи неутрони е живак, газ, натрий или олово. 
Реакторите на бавни неутрони, които днес използват всички атомни електроцентрали в света, също се предлагат в няколко вида.
Организацията МААЕ (Международната агенция за атомна енергия) създаде своя собствена класификация, която се използва най-често в световната ядрена енергетика. Тъй като принципът на работа на атомната електроцентрала до голяма степен зависи от избора на охлаждаща течност и модератор, МААЕ базира своята класификация на тези разлики.
От химическа гледна точка деутериевият оксид е идеален модератор и охладител, т.к неговите атоми взаимодействат най-ефективно с неутроните на урана в сравнение с други вещества. Просто казано, тежката вода изпълнява задачата си с минимални загуби и максимални резултати. Производството му обаче струва пари, докато обикновената „лека“ и позната вода е много по-лесна за използване.
Няколко факта за ядрените реактори...
Интересното е, че изграждането на един реактор на атомна електроцентрала отнема поне 3 години!
За да построите реактор, имате нужда от оборудване, което работи с електрически ток от 210 килоампера, което е милион пъти по-високо от тока, който може да убие човек.
Една обвивка (конструкционен елемент) на ядрен реактор тежи 150 тона. В един реактор има 6 такива елемента.
Воден реактор под налягане
Вече разбрахме как работи атомната електроцентрала като цяло; нека да разгледаме как работи най-популярният ядрен реактор с вода под налягане.
Днес навсякъде по света се използват реактори с вода под налягане поколение 3+. Те се считат за най-надеждни и безопасни.
Всички реактори с вода под налягане в света, през всичките години на тяхната експлоатация, вече са натрупали повече от 1000 години безаварийна работа и никога не са давали сериозни отклонения. 
Структурата на атомните електроцентрали, използващи реактори с вода под налягане, предполага, че дестилирана вода, загрята до 320 градуса, циркулира между горивните пръти. За да се предотврати преминаването му в състояние на пара, той се поддържа под налягане от 160 атмосфери. Диаграмата на атомната електроцентрала го нарича вода от първи контур.
Загрятата вода постъпва в парогенератора и отдава топлината си на водата от втория контур, след което отново се „връща“ в реактора. Външно изглежда, че водните тръби от първия кръг са в контакт с други тръби - водата от втория кръг, те предават топлина една на друга, но водите не влизат в контакт. Тръбите са в контакт.
По този начин се изключва възможността за навлизане на радиация във водата от втория контур, която по-нататък ще участва в процеса на генериране на електроенергия.
Безопасност на експлоатацията на АЕЦ
След като научихме принципа на работа на атомните електроцентрали, трябва да разберем как работи безопасността. Изграждането на атомни електроцентрали днес изисква повишено внимание към правилата за безопасност.
Разходите за безопасност на АЕЦ са приблизително 40% от общите разходи за самата централа. 
Проектът на атомната електроцентрала включва 4 физически бариери, които предотвратяват изпускането на радиоактивни вещества. Какво трябва да правят тези бариери? В точния момент можете да спрете ядрената реакция, да осигурите постоянно отвеждане на топлината от активната зона и самия реактор и да предотвратите изпускането на радионуклиди извън херметичната зона.
- Първата бариера е силата на урановите пелети.Важно е те да не бъдат унищожени от високи температури в ядрен реактор. Голяма част от това как работи атомната електроцентрала зависи от това как урановите пелети се „изпичат“ по време на началния етап на производство. Ако пелетите с ураново гориво не са изпечени правилно, реакциите на атомите на урана в реактора ще бъдат непредвидими.
- Втората бариера е херметичността на горивните пръти.Циркониевите тръби трябва да бъдат плътно запечатани; в най-добрия случай реакторът ще се повреди и в най-лошия случай всичко ще излети във въздуха.
- Третата бариера е издръжлив стоманен корпус на реактораа, (същата тази голяма кула - херметична зона), която "задържа" всички радиоактивни процеси. Ако корпусът е повреден, радиацията ще излезе в атмосферата.
- Четвъртата бариера са пръти за аварийна защита.Пръти с модератори са окачени над активната зона с магнити, които могат да абсорбират всички неутрони за 2 секунди и да спрат верижната реакция.
Ако въпреки дизайна на атомна електроцентрала с много степени на защита, не е възможно да се охлади ядрото на реактора в точното време и температурата на горивото се повиши до 2600 градуса, тогава последната надежда на системата за безопасност влиза в действие - така нареченият капан за стопяване.
Факт е, че при тази температура дъното на корпуса на реактора ще се стопи и всички остатъци от ядрено гориво и разтопени конструкции ще се влеят в специално „стъкло“, окачено над ядрото на реактора.
Капанът за стопилка е охладен и огнеупорен. Той е пълен с така наречения „жертвен материал“, който постепенно спира верижната реакция на делене.
По този начин дизайнът на атомната електроцентрала предполага няколко степени на защита, които почти напълно елиминират всяка възможност за авария.
Историята на създаването на атомната бомба и по-специално на оръжията започва през 1939 г. с откритието, направено от Жолио Кюри. От този момент учените осъзнаха, че верижната реакция на урана може да се превърне не само в източник на огромна енергия, но и в ужасно оръжие. И така, дизайнът на атомна бомба се основава на използването на ядрена енергия, която се освобождава по време на ядрена верижна реакция.
Последното предполага процес на делене на тежки ядра или сливане на леки ядра. В резултат на това атомната бомба е оръжие за масово унищожение, поради факта, че за най-кратък период от време се освобождава огромно количество вътрешноядрена енергия в малко пространство. При влизане в този процес е обичайно да се подчертават две ключови места.
Първо, това е центърът на ядрен взрив, където директно протича този процес. И второ, това е епицентърът, който по своята същност представлява проекцията на самия процес върху повърхността (земя или вода). Освен това ядрената експлозия освобождава такова количество енергия, че когато се проектира върху земята, се появяват сеизмични трусове. А обхватът на разпространение на такива вибрации е невероятно голям, въпреки че те причиняват значителни щети на околната среда само на разстояние от няколкостотин метра.
Освен това си струва да се отбележи, че ядрената експлозия е придружена от отделяне на голямо количество топлина и светлина, което създава ярка светкавица. Освен това силата му надвишава многократно силата на слънчевите лъчи. Така щетите от светлина и топлина могат да настъпят на разстояние дори от няколко километра.
Но един много опасен вид щети от атомна бомба е радиацията, която се произвежда по време на ядрена експлозия. Продължителността на излагане на това явление е кратка, средно 60 секунди, но проникващата способност на тази вълна е невероятна.
Що се отнася до конструкцията на атомна бомба, тя включва редица различни компоненти. По правило има два основни елемента на този тип оръжие: тялото и системата за автоматизация.
Корпусът съдържа ядрен заряд и автоматика и именно той изпълнява защитна функция по отношение на различни видове влияния (механични, термични и т.н.). А ролята на системата за автоматизация е да гарантира, че експлозията ще се случи в точно определено време, а не по-рано или по-късно. Системата за автоматизация се състои от такива системи като: аварийна детонация; защита и взвеждане; захранване; Сензори за детонация и детонация на заряд.
Но атомните бомби се доставят с балистични, крилати и противовъздушни ракети. Тези. ядрените оръжия могат да бъдат елемент от авиационна бомба, торпедо, противопехотна мина и т.н.
И дори системите за детонация на атомна бомба могат да бъдат различни. Една от най-простите системи е системата за инжектиране, когато импулсът за ядрен взрив е, когато снаряд удари целта, последвано от образуването на суперкритична маса. Именно този тип атомна бомба беше взривена за първи път над Хирошима през 1945 г., съдържаща уран. За разлика от това бомбата, хвърлена над Нагасаки същата година, беше плутониева.
След такава ярка демонстрация на мощта и силата на атомните оръжия, те моментално попаднаха в категорията на най-опасните средства за масово унищожение. Говорейки за видовете атомни оръжия, трябва да се спомене, че те се определят от размера на калибъра. И така, в момента има три основни калибра за това оръжие: малък, голям и среден. Силата на експлозията най-често се характеризира с тротилов еквивалент. Например атомно оръжие с малък калибър предполага зарядна мощност, равна на няколко хиляди тона TNT. А по-мощните атомни оръжия, по-точно среден калибър, вече възлизат на десетки хиляди тонове тротил и накрая, последният вече се измерва в милиони. Но в същото време не трябва да се бъркат понятията атомни и водородни оръжия, които обикновено се наричат ядрени оръжия. Основната разлика между атомните оръжия и водородните оръжия е реакцията на делене на ядрата на редица тежки елементи, като плутоний и уран. А водородните оръжия включват процеса на синтезиране на ядрата на атомите на един елемент в друг, т.е. хелий от водород.
Първият тест на атомна бомба
Първият тест на атомно оръжие е извършен от американските военни на 16 юли 1945 г. на място, наречено Алмогордо, показвайки пълната мощ на атомната енергия. След което атомните бомби, с които разполагаха американските сили, бяха натоварени на военен кораб и изпратени до бреговете на Япония. Отказът на японското правителство да се включи в мирен диалог позволи да се демонстрира в действие пълната мощ на атомното оръжие, чиято жертва беше първо град Хирошима, а малко по-късно Нагасаки. Така на 6 август 1945 г. за първи път е използвано атомно оръжие срещу цивилни, в резултат на което градът е практически заличен от ударни вълни. Повече от половината жители на града загинаха през първите дни на атомната атака, а общо имаше около двеста и четиридесет хиляди души. И само четири дни по-късно два самолета с опасни товари на борда напуснаха американската военна база наведнъж, чиито цели бяха Кокура и Нагасаки. И ако Кокура, погълната от непроницаем дим, беше трудна цел, то в Нагасаки целта беше улучена. В крайна сметка атомната бомба в Нагасаки уби 73 хиляди души от наранявания и радиация; към тези жертви беше добавен списък от тридесет и пет хиляди души. Освен това смъртта на последните жертви беше доста болезнена, тъй като ефектите от радиацията са невероятно разрушителни.
Фактори за унищожаване на атомни оръжия
По този начин атомните оръжия имат няколко вида унищожение; светлина, радиоактивност, ударна вълна, проникваща радиация и електромагнитен импулс. Когато след експлозията на ядрено оръжие се генерира светлинно лъчение, което по-късно се превръща в разрушителна топлина. След това идва ред на радиоактивното замърсяване, което е опасно само през първите няколко часа след експлозията. Ударната вълна се счита за най-опасният етап от ядрената експлозия, тъй като причинява огромни щети на различни сгради, оборудване и хора за секунди. Но проникващата радиация е много опасна за човешкото тяло и често причинява лъчева болест. Електромагнитен импулс удря оборудването. Взети заедно, всичко това прави атомните оръжия много опасни.
Северна Корея заплаши САЩ с изпитание на свръхмощна водородна бомба в Тихия океан. Япония, която може да пострада в резултат на тестовете, нарече плановете на Северна Корея напълно неприемливи. Президентите Доналд Тръмп и Ким Чен-ун спорят в интервюта и говорят за открит военен конфликт. За тези, които не разбират от ядрени оръжия, но искат да бъдат наясно, The Futurist е съставил ръководство.
Как работят ядрените оръжия?
Подобно на обикновената пръчка динамит, ядрената бомба използва енергия. Само че се отделя не по време на примитивна химическа реакция, а в сложни ядрени процеси. Има два основни начина за извличане на ядрена енергия от атом. IN ядрено делене ядрото на атома се разпада на два по-малки фрагмента с неутрон. Ядрен синтез – процесът, чрез който Слънцето произвежда енергия – включва свързването на два по-малки атома, за да образуват по-голям. При всеки процес, делене или синтез, се освобождават големи количества топлинна енергия и радиация. В зависимост от това дали се използва ядрен делене или синтез, бомбите се делят на ядрен (атомен) И термоядрен .
Можете ли да ми кажете повече за ядреното делене?
Експлозия на атомна бомба над Хирошима (1945 г.)
Както си спомняте, атомът се състои от три вида субатомни частици: протони, неутрони и електрони. Центърът на атома, т.нар сърцевина , се състои от протони и неутрони. Протоните са положително заредени, електроните са отрицателно заредени, а неутроните изобщо нямат заряд. Съотношението протон-електрон винаги е едно към едно, така че атомът като цяло има неутрален заряд. Например въглероден атом има шест протона и шест електрона. Частиците се държат заедно от фундаментална сила - силна ядрена сила .
Свойствата на един атом могат да се променят значително в зависимост от това колко различни частици съдържа. Ако промените броя на протоните, ще имате различен химичен елемент. Ако промените броя на неутроните, получавате изотоп същият елемент, който имате в ръцете си. Например въглеродът има три изотопа: 1) въглерод-12 (шест протона + шест неутрона), който е стабилна и често срещана форма на елемента, 2) въглерод-13 (шест протона + седем неутрона), който е стабилен, но рядък и 3) въглерод -14 (шест протона + осем неутрона), който е рядък и нестабилен (или радиоактивен).
Повечето атомни ядра са стабилни, но някои са нестабилни (радиоактивни). Тези ядра спонтанно излъчват частици, които учените наричат радиация. Този процес се нарича радиоактивно разпадане . Има три вида гниене:
Алфа разпад : Ядрото излъчва алфа частица - два протона и два неутрона, свързани заедно. Бета разпад : Неутронът се превръща в протон, електрон и антинеутрино. Изхвърленият електрон е бета частица. Спонтанно делене: ядрото се разпада на няколко части и излъчва неутрони, а също така излъчва импулс от електромагнитна енергия - гама лъч. Това е последният тип разпад, който се използва в ядрена бомба. Започват свободните неутрони, излъчени в резултат на деленето верижна реакция , при което се отделя колосално количество енергия.
От какво са направени ядрените бомби?
Те могат да бъдат направени от уран-235 и плутоний-239. Уранът се среща в природата като смес от три изотопа: 238 U (99,2745% от естествения уран), 235 U (0,72%) и 234 U (0,0055%). Най-често срещаният 238 U не поддържа верижна реакция: само 235 U е способен на това. За да се постигне максимална мощност на експлозия, е необходимо съдържанието на 235 U в „пълнежа“ на бомбата да е поне 80%. Следователно уранът се произвежда изкуствено обогатяват . За да направите това, сместа от уранови изотопи се разделя на две части, така че една от тях да съдържа повече от 235 U.
Обикновено отделянето на изотопи оставя след себе си много обеднен уран, който не може да претърпи верижна реакция, но има начин да го накарате да го направи. Факт е, че плутоний-239 не се среща в природата. Но може да се получи чрез бомбардиране на 238 U с неутрони.
Как се измерва мощността им?
Мощността на ядрен и термоядрен заряд се измерва в TNT еквивалент - количеството тринитротолуен, което трябва да бъде детонирано, за да се получи подобен резултат. Измерва се в килотони (kt) и мегатони (Mt). Мощността на свръхмалките ядрени оръжия е по-малка от 1 kt, докато свръхмощните бомби дават повече от 1 mt.
Мощността на съветската „Цар бомба“ е била, според различни източници, от 57 до 58,6 мегатона в тротилов еквивалент; мощността на термоядрената бомба, която КНДР тества в началото на септември, е била около 100 килотона.
Кой създаде ядрени оръжия?
американският физик Робърт Опенхаймер и генерал Лесли Гроувс
През 30-те години на миналия век италиански физик Енрико Ферми демонстрира, че елементи, бомбардирани от неутрони, могат да бъдат трансформирани в нови елементи. Резултатът от тази работа беше откритието бавни неутрони , както и откриването на нови елементи, които не са представени в периодичната таблица. Скоро след откритието на Ферми немски учени Ото Хан И Фриц Щрасман бомбардира уран с неутрони, което води до образуването на радиоактивен изотоп на барий. Те стигнаха до заключението, че неутроните с ниска скорост карат ядрото на урана да се разпадне на две по-малки части.
Тази работа развълнува умовете на целия свят. В Принстънския университет Нилс Бор работил с Джон Уилър да се разработи хипотетичен модел на процеса на делене. Те предполагат, че уран-235 претърпява делене. Приблизително по същото време други учени откриха, че процесът на делене произвежда още повече неутрони. Това накара Бор и Уилър да зададат важен въпрос: могат ли свободните неутрони, създадени от деленето, да започнат верижна реакция, която да освободи огромни количества енергия? Ако това е така, тогава е възможно да се създадат оръжия с невъобразима сила. Предположенията им бяха потвърдени от френски физик Фредерик Жолио-Кюри . Неговото заключение стана тласък за развитието на създаването на ядрени оръжия.
Физици от Германия, Англия, САЩ и Япония са работили върху създаването на атомни оръжия. Преди началото на Втората световна война Алберт Айнщайн писа до президента на САЩ Франклин Рузвелт че нацистка Германия планира да пречисти уран-235 и да създаде атомна бомба. Сега се оказва, че Германия е далеч от извършването на верижна реакция: те работят върху „мръсна“, силно радиоактивна бомба. Както и да е, правителството на САЩ хвърли всичките си усилия за създаването на атомна бомба възможно най-скоро. Стартира проектът Манхатън, ръководен от американски физик Робърт Опенхаймер и общ Лесли Гроувс . В него участваха видни учени, емигрирали от Европа. До лятото на 1945 г. са създадени атомни оръжия на базата на два вида делящ се материал - уран-235 и плутоний-239. Една бомба, плутониевата „Нещото“, беше взривена по време на тестване, а други две, урановата „Бебе“ и плутониевата „Дебел човек“, бяха хвърлени върху японските градове Хирошима и Нагасаки.
Как работи термоядрената бомба и кой я е изобретил?
Термоядрената бомба се основава на реакцията ядрен синтез . За разлика от ядреното делене, което може да се случи спонтанно или принудително, ядреният синтез е невъзможен без доставка на външна енергия. Атомните ядра са положително заредени - така че те се отблъскват. Тази ситуация се нарича бариера на Кулон. За да преодолеят отблъскването, тези частици трябва да бъдат ускорени до луди скорости. Това може да стане при много високи температури – от порядъка на няколко милиона Келвина (откъдето идва и името). Има три вида термоядрени реакции: самоподдържащи се (протичат в дълбините на звездите), контролирани и неконтролирани или експлозивни - използват се във водородни бомби.
Идеята за бомба с термоядрен синтез, инициирана от атомен заряд, е предложена от Енрико Ферми на неговия колега Едуард Телър през 1941 г., в самото начало на проекта Манхатън. Тази идея обаче не беше търсена по това време. Разработките на Teller бяха подобрени Станислав Улам , правейки идеята за термоядрена бомба осъществима на практика. През 1952 г. първото термоядрено взривно устройство е тествано на атола Ениветак по време на операцията Айви Майк. Това обаче беше лабораторна проба, непригодна за бой. Година по-късно Съветският съюз детонира първата в света термоядрена бомба, сглобена според дизайна на физиците Андрей Сахаров И Юлия Харитона . Устройството приличаше на пластова торта, така че страхотното оръжие беше наречено „Puff“. В хода на по-нататъшното развитие се ражда най-мощната бомба на Земята, „Цар Бомба“ или „Майката на Кузка“. През октомври 1961 г. той е тестван на архипелага Нова Земля.
От какво са направени термоядрените бомби?
Ако сте мислили така водород и термоядрените бомби са различни неща, сбъркал си. Тези думи са синоними. Това е водород (или по-скоро неговите изотопи - деутерий и тритий), който е необходим за извършване на термоядрена реакция. Има обаче една трудност: за да се взриви водородна бомба, първо е необходимо да се получи висока температура по време на конвенционална ядрена експлозия - едва тогава атомните ядра ще започнат да реагират. Следователно в случая на термоядрена бомба дизайнът играе голяма роля.
Широко известни са две схеми. Първият е „бутер тестото“ на Сахаров. В центъра имаше ядрен детонатор, който беше заобиколен от слоеве литиев деутерид, смесен с тритий, които бяха разпръснати със слоеве обогатен уран. Този дизайн направи възможно постигането на мощност в рамките на 1 Mt. Втората е американската схема Телър-Улам, където ядрената бомба и изотопите на водорода са разположени отделно. Изглеждаше така: отдолу имаше контейнер със смес от течен деутерий и тритий, в центъра на който имаше „запалителна свещ“ - плутониев прът, а отгоре - конвенционален ядрен заряд и всичко това в черупка от тежък метал (например обеднен уран). Бързите неутрони, произведени по време на експлозията, предизвикват реакции на атомно делене в урановата обвивка и добавят енергия към общата енергия на експлозията. Добавянето на допълнителни слоеве литиев уран-238 деутерид прави възможно създаването на снаряди с неограничена мощност. През 1953 г. съветски физик Виктор Давиденко случайно повтори идеята на Телер-Улам и на нейна основа Сахаров излезе с многоетапна схема, която направи възможно създаването на оръжия с безпрецедентна сила. „Майката на Кузка“ работи точно по тази схема.
Какви други бомби има?
Има и неутронни, но това като цяло е страшно. По същество неутронната бомба е термоядрена бомба с ниска мощност, 80% от енергията на експлозията на която е радиация (неутронно лъчение). Прилича на обикновен маломощен ядрен заряд, към който е добавен блок с изотоп на берилий, източник на неутрони. Когато ядрен заряд експлодира, се задейства термоядрена реакция. Този тип оръжие е разработено от американски физик Самюел Коен . Смяташе се, че неутронните оръжия унищожават всички живи същества, дори в убежища, но обхватът на унищожаване на такива оръжия е малък, тъй като атмосферата разпръсква потоци от бързи неутрони, а ударната вълна е по-силна на големи разстояния.
Какво ще кажете за кобалтовата бомба?
Не, синко, това е фантастично. Официално нито една държава няма кобалтови бомби. Теоретично това е термоядрена бомба с кобалтова обвивка, която осигурява силно радиоактивно замърсяване на района дори при относително слаб ядрен взрив. 510 тона кобалт могат да заразят цялата повърхност на Земята и да унищожат целия живот на планетата. Физик Лео Силард , който описа този хипотетичен дизайн през 1950 г., го нарече „Машината на Страшния съд“.
Какво е по-готино: ядрена бомба или термоядрена?
Пълномащабен модел на "Цар Бомба"
Водородната бомба е много по-модерна и технологично напреднала от атомната. Експлозивната му сила далеч надвишава тази на атомната и е ограничена само от броя на наличните компоненти. При термоядрена реакция се отделя много повече енергия за всеки нуклон (така наречените съставни ядра, протони и неутрони), отколкото при ядрена реакция. Например деленето на ураново ядро произвежда 0,9 MeV (мегаелектронволт) на нуклон, а сливането на хелиево ядро от водородни ядра освобождава енергия от 6 MeV.
Като бомби доставямкъм целта?
Първоначално те бяха изхвърлени от самолети, но системите за противовъздушна отбрана непрекъснато се подобряваха и доставянето на ядрени оръжия по този начин се оказа неразумно. С нарастването на производството на ракети всички права за доставка на ядрени оръжия бяха прехвърлени на балистични и крилати ракети от различни бази. Следователно бомба вече означава не бомба, а бойна глава.
Смята се, че севернокорейската водородна бомба е твърде голяма, за да бъде монтирана на ракета - така че ако КНДР реши да изпълни заплахата, тя ще бъде транспортирана с кораб до мястото на експлозията.
Какви са последствията от ядрена война?
Хирошима и Нагасаки са само малка част от възможния апокалипсис. Известна е например хипотезата за „ядрената зима“, изложена от американския астрофизик Карл Сейгън и съветския геофизик Георгий Голицин. Предполага се, че експлозията на няколко ядрени бойни глави (не в пустинята или водата, а в населените места) ще предизвика много пожари и голямо количество дим и сажди ще се излеят в атмосферата, което ще доведе до глобално охлаждане. Хипотезата беше критикувана чрез сравняване на ефекта с вулканичната активност, която има малък ефект върху климата. Освен това някои учени отбелязват, че е по-вероятно да настъпи глобално затопляне, отколкото охлаждане - въпреки че и двете страни се надяват, че никога няма да разберем.
Разрешени ли са ядрени оръжия?
След надпреварата във въоръжаването през 20 век страните се опомниха и решиха да ограничат използването на ядрени оръжия. ООН прие договори за неразпространение на ядрени оръжия и за забрана на ядрени опити (последният не беше подписан от младите ядрени сили Индия, Пакистан и КНДР). През юли 2017 г. беше приет нов договор за забрана на ядрените оръжия.
„Всяка държава страна се задължава никога и при никакви обстоятелства да не разработва, тества, произвежда, произвежда, придобива по друг начин, притежава или складира ядрени оръжия или други ядрени експлозивни устройства“, гласи първият член на договора.
Документът обаче няма да влезе в сила, докато 50 държави не го ратифицират.