En atombombe er et projektil designet til at producere en eksplosion med høj effekt som følge af en meget hurtig frigivelse af atomenergi.
Princippet om drift af atombomber
Kerneladningen er opdelt i flere dele til kritiske størrelser, således at der i hver af dem ikke kan begynde en selvudviklende ukontrolleret kædereaktion af fission af atomer af det fissile stof. En sådan reaktion vil kun forekomme, når alle dele af ladningen hurtigt forbindes til en helhed. Fuldstændigheden af reaktionen og i sidste ende eksplosionens kraft afhænger i høj grad af de enkelte deles konvergenshastighed. For at give høj hastighed til dele af ladningen kan en eksplosion af et konventionelt sprængstof anvendes. Hvis dele af en atomladning placeres i radiale retninger i en vis afstand fra centrum, og TNT-ladninger placeres på ydersiden, så er det muligt at udføre en eksplosion af konventionelle ladninger rettet mod centrum af atomladningen. Alle dele af atomladningen vil ikke blot kombineres til en enkelt helhed med enorm hastighed, men vil også i nogen tid blive komprimeret til alle sider af det enorme tryk fra eksplosionsprodukterne og vil ikke være i stand til at adskilles umiddelbart efter en nuklear kædereaktion begynder i ladningen. Som et resultat af dette vil der forekomme væsentligt større fission end uden en sådan kompression, og som følge heraf vil eksplosionens kraft øges. En neutronreflektor bidrager også til en stigning i eksplosionskraften for den samme mængde fissilt materiale (de mest effektive reflektorer er beryllium< Be >, grafit, tungt vand< H3O >). Den første fission, som ville starte en kædereaktion, kræver mindst én neutron. Det er umuligt at regne med den rettidige start af en kædereaktion under påvirkning af neutroner, der opstår under den spontane fission af kerner, fordi det forekommer relativt sjældent: for U-235 - 1 henfald i timen pr. 1 g. stoffer. Der findes også meget få neutroner i fri form i atmosfæren: gennem S = 1 cm/sq. I gennemsnit flyver omkring 6 neutroner forbi i sekundet. Af denne grund bruges en kunstig kilde til neutroner i en nuklear ladning - en slags nuklear detonatorkapsel. Det sikrer også, at mange spaltninger begynder samtidigt, så reaktionen forløber i form af en atomeksplosion.
Detonationsmuligheder (pistol- og implosionsordninger)
Der er to hovedsystemer til at detonere en fissil ladning: kanon, ellers kaldet ballistisk, og implosiv.
"Kanondesignet" blev brugt i nogle første generations atomvåben. Essensen af kanonkredsløbet er at skyde en ladning krudt fra en blok fissilt materiale med subkritisk masse ("kugle") ind i en anden stationær ("mål"). Blokkene er designet således, at når de er forbundet, bliver deres samlede masse superkritisk.
Denne detonationsmetode er kun mulig i uraniumammunition, da plutonium har en to størrelsesordener højere neutronbaggrund, hvilket markant øger sandsynligheden for for tidlig udvikling af en kædereaktion, før blokkene forbindes. Dette fører til en ufuldstændig frigivelse af energi (det såkaldte "fizzy", engelsk For at implementere kanonkredsløbet i plutoniumammunition er det nødvendigt at øge hastigheden af tilslutningen af ladningsdelene til et teknisk uopnåeligt niveau , uran modstår mekaniske overbelastninger bedre end plutonium.
Implosiv ordning. Dette detonationsskema involverer opnåelse af en superkritisk tilstand ved at komprimere det fissile materiale med en fokuseret chokbølge skabt af eksplosionen af et kemisk sprængstof. For at fokusere chokbølgen bruges såkaldte eksplosive linser, og detonationen udføres samtidigt på mange punkter med præcisionsnøjagtighed. Oprettelsen af et sådant system til placering af sprængstoffer og detonation var på et tidspunkt en af de sværeste opgaver. Dannelsen af en konvergerende chokbølge blev sikret ved brug af eksplosive linser fra "hurtige" og "langsomme" sprængstoffer - TATV (Triaminotrinitrobenzen) og baratol (en blanding af trinitrotoluen med bariumnitrat) og nogle tilsætningsstoffer)
Eksplosiv karakter
Urankernen indeholder 92 protoner. Naturligt uran er hovedsageligt en blanding af to isotoper: U238 (som har 146 neutroner i sin kerne) og U235 (143 neutroner), med kun 0,7% af sidstnævnte i naturligt uran. De kemiske egenskaber af isotoper er absolut identiske, derfor er det umuligt at adskille dem ved kemiske metoder, men forskellen i masser (235 og 238 enheder) gør det muligt at gøre dette ved fysiske metoder: en blanding af uran omdannes til gas (uranium) hexafluorid), og derefter pumpet gennem utallige porøse skillevægge. Selvom isotoper af uran ikke kan skelnes enten i udseende eller kemisk, er de adskilt af en kløft i egenskaberne af deres nukleare karakterer.
Fissionsprocessen i U238 er en betalt proces: en neutron, der ankommer udefra, skal medbringe energi - 1 MeV eller mere. Og U235 er uselvisk: intet kræves fra den indkommende neutron til excitation og efterfølgende henfald dens bindingsenergi i kernen er ganske tilstrækkelig.
Når en neutron rammer en fissionsdygtig kerne, dannes der en ustabil forbindelse, men meget hurtigt (efter 10−23−10−22 s) falder en sådan kerne fra hinanden i to fragmenter, der er ulige i masse og "øjeblikkeligt" (indenfor 10 −16−10− 14 c) at udsende to eller tre nye neutroner, så antallet af fissile kerner over tid kan formere sig (denne reaktion kaldes en kædereaktion). Dette er kun muligt i U235, fordi grådige U238 ikke ønsker at dele fra sine egne neutroner, hvis energi er en størrelsesorden mindre end 1 MeV. Den kinetiske energi af fissionsproduktpartikler er mange størrelsesordener større end den energi, der frigives under enhver kemisk reaktion, hvor sammensætningen af kernerne ikke ændres.
Kritisk forsamling
Fissionsprodukter er ustabile og tager lang tid at "genoprette", og udsender forskellige strålinger (inklusive neutroner). Neutroner, der udsendes en betydelig tid (op til titusvis af sekunder) efter fission, kaldes for forsinket, og selvom deres andel er lille sammenlignet med øjeblikkelige (mindre end 1%), er den rolle, de spiller i driften af nukleare installationer, den mest vigtig.
Fissionsprodukter afgiver under talrige kollisioner med omgivende atomer deres energi til dem, hvilket øger temperaturen. Efter neutroner optræder i en samling, der indeholder fissilt materiale, kan varmeafgivelseseffekten stige eller falde, og parametrene for en samling, hvor antallet af spaltninger pr. tidsenhed er konstant, kaldes kritiske. Samlingens kritikalitet kan opretholdes med både et stort og et lille antal neutroner (ved en tilsvarende højere eller lavere varmeafgivelseseffekt). Den termiske effekt øges enten ved at pumpe yderligere neutroner ind i den kritiske samling udefra, eller ved at gøre samlingen superkritisk (derefter tilføres yderligere neutroner af stadig flere generationer af fissile kerner). For eksempel, hvis det er nødvendigt at øge den termiske effekt af en reaktor, bringes den til et regime, hvor hver generation af prompte neutroner er lidt mindre talrige end den forrige, men takket være forsinkede neutroner passerer reaktoren knap mærkbart ind i en kritisk tilstand. Så accelererer den ikke, men får langsomt kraft - så dens stigning kan stoppes i det rigtige øjeblik ved at indføre neutronabsorbere (stænger indeholdende cadmium eller bor).
Neutronerne produceret under fission flyver ofte forbi omgivende kerner uden at forårsage yderligere fission. Jo tættere på overfladen af et materiale en neutron produceres, jo større chance har den for at slippe ud af det fissile materiale og aldrig vende tilbage. Derfor er den samlingsform, der gemmer det største antal neutroner, en kugle: for en given stofmasse har den et minimumsoverfladeareal. En uomgivet (ensom) kugle af 94 % U235 uden hulrum indeni bliver kritisk med en masse på 49 kg og en radius på 85 mm. Hvis en samling af samme uran er en cylinder med en længde svarende til diameteren, bliver den kritisk med en masse på 52 kg. Overfladearealet falder også med stigende tæthed. Det er grunden til, at eksplosiv kompression, uden at ændre mængden af fissilt materiale, kan bringe samlingen i en kritisk tilstand. Det er denne proces, der ligger til grund for det fælles design af en nuklear ladning.
Boldsamling
Men oftest er det ikke uran, der bruges i atomvåben, men plutonium-239. Det fremstilles i reaktorer ved at bestråle uran-238 med kraftige neutronstrømme. Plutonium koster omkring seks gange mere end U235, men ved fission udsender Pu239-kernen i gennemsnit 2.895 neutroner - mere end U235 (2.452). Derudover er sandsynligheden for plutoniumfission højere. Alt dette fører til, at en solitær Pu239-kugle bliver kritisk med næsten tre gange mindre masse end en kugle af uran, og vigtigst af alt, med en mindre radius, hvilket gør det muligt at reducere dimensionerne af den kritiske samling.
Samlingen er lavet af to omhyggeligt tilpassede halvdele i form af et sfærisk lag (hult indvendigt); det er naturligvis underkritisk - selv for termiske neutroner og selv efter at være omgivet af en moderator. En ladning er monteret omkring en samling af meget præcist monterede eksplosive blokke. For at spare neutroner er det nødvendigt at bevare boldens ædle form under en eksplosion - for dette skal sprængstoflaget detoneres samtidigt langs hele dens ydre overflade og komprimere enheden jævnt. Det er en udbredt opfattelse, at dette kræver mange elektriske detonatorer. Men dette var kun tilfældet ved begyndelsen af "bombekonstruktionen": For at udløse mange snesevis af detonatorer krævedes en masse energi og en betydelig størrelse af initieringssystemet. Moderne ladninger bruger flere detonatorer udvalgt ved en speciel teknik, der ligner karakteristika, hvorfra meget stabile (med hensyn til detonationshastighed) sprængstoffer udløses i riller fræset i et polycarbonatlag (hvis formen på en sfærisk overflade beregnes ved hjælp af Riemann-geometrien metoder). Detonation med en hastighed på cirka 8 km/s vil bevæge sig langs rillerne med absolut lige store afstande, i samme øjeblik vil den nå hullerne og detonere hovedladningen - samtidigt på alle nødvendige punkter.
Eksplosion indeni
Eksplosionen rettet indad komprimerer samlingen med et tryk på mere end en million atmosfærer. Overfladen af samlingen falder, det indre hulrum i plutonium forsvinder næsten, tætheden øges, og meget hurtigt - inden for ti mikrosekunder, passerer den komprimerbare samling den kritiske tilstand med termiske neutroner og bliver signifikant superkritisk med hurtige neutroner.
Efter en periode bestemt af den ubetydelige tid med ubetydelig opbremsning af hurtige neutroner, tilføjer hver af de nye, mere talrige generationer af dem en energi på 202 MeV ved fission til samlingens substans, som allerede er sprængfyldt med monstrøst tryk. På omfanget af de opståede fænomener er styrken af selv de bedste legerede stål så lille, at det aldrig falder nogen ind at tage det i betragtning, når man beregner dynamikken i en eksplosion. Det eneste, der forhindrer samlingen i at flyve fra hinanden, er inerti: for at udvide en plutoniumkugle med kun 1 cm på titusvis af nanosekunder, er det nødvendigt at give stoffet en acceleration, der er titallioner af gange større end accelerationen frit fald, og det er ikke nemt.
I sidste ende spredes stoffet stadig, fission stopper, men processen slutter ikke der: energien omfordeles mellem de ioniserede fragmenter af de adskilte kerner og andre partikler, der udsendes under fission. Deres energi er i størrelsesordenen titusinder og endda hundredvis af MeV, men kun elektrisk neutrale højenergi-gamma-kvanter og neutroner har en chance for at undgå interaktion med stof og "undslippe." Ladede partikler mister hurtigt energi ved kollisioner og ionisering. I dette tilfælde udsendes stråling - dog er det ikke længere hård kernestråling, men blødere, med en energi tre størrelsesordener lavere, men stadig mere end tilstrækkelig til at slå elektroner ud fra atomer - ikke kun fra de ydre skaller, men fra alt generelt. En blanding af nøgne kerner, elektroner fjernet fra dem og stråling med en tæthed på gram pr. kubikcentimeter (prøv at forestille dig, hvor godt du kan brune under lys, der har opnået tætheden af aluminium!) - alt, hvad der for et øjeblik siden var en ladning - kommer i et eller andet udseende af ligevægt. I en meget ung ildkugle når temperaturen titusinder af grader.
Ildbold
Det ser ud til, at selv blød stråling, der bevæger sig med lysets hastighed, skulle efterlade stoffet, der genererede det, langt tilbage, men det er ikke tilfældet: i kold luft er rækkevidden af kvanta af Kev-energier centimeter, og de bevæger sig ikke i en lige linje, men skift bevægelsesretningen, genudsendes ved hver interaktion. Quanta ioniser luften og spred gennem den, som kirsebærjuice hældt i et glas vand. Dette fænomen kaldes strålingsdiffusion.
En ung ildkugle af en 100 kt eksplosion et par titusvis af nanosekunder efter afslutningen af fissionssprængningen har en radius på 3 m og en temperatur på næsten 8 millioner Kelvin. Men efter 30 mikrosekunder er dens radius 18 m, selvom temperaturen falder til under en million grader. Bolden fortærer rummet, og den ioniserede luft bag dens forside bevæger sig næsten ikke: stråling kan ikke overføre væsentligt momentum til den under diffusion. Men den pumper enorm energi ind i denne luft, opvarmer den, og når strålingsenergien løber tør, begynder kuglen at vokse på grund af udvidelsen af varmt plasma, og sprænger indefra med, hvad der plejede at være en ladning. Udvider sig som en oppustet boble, plasmaskallen bliver tyndere. I modsætning til en boble er der selvfølgelig intet, der puster den op: der er næsten intet stof tilbage på indersiden, det hele flyver fra midten af inerti, men 30 mikrosekunder efter eksplosionen er hastigheden på denne flyvning mere end 100 km/s, og det hydrodynamiske tryk i stoffet - mere end 150.000 atm! Skallen er ikke bestemt til at blive for tynd, den brister og danner "blærer".
Hvilken af mekanismerne til at overføre ildkuglens energi til miljøet, afhænger af eksplosionens kraft: hvis den er stor, spilles hovedrollen af strålingsdiffusion, hvis den er lille, spiller udvidelsen af plasmaboblen hovedrolle. Det er klart, at et mellemliggende tilfælde er muligt, når begge mekanismer er effektive.
Processen fanger nye luftlag, og der er ikke længere nok energi til at fjerne alle elektronerne fra atomerne. Energien i det ioniserede lag og fragmenter af plasmaboblen løber ud, de er ikke længere i stand til at flytte den enorme masse foran dem og bremser mærkbart. Men det, der var luft, før eksplosionen bevæger sig, bryder væk fra bolden, absorberer flere og flere lag kold luft... Dannelsen af en chokbølge begynder.
Chokbølge og atomsvamp
Når chokbølgen adskilles fra ildkuglen, ændres det emitterende lags karakteristika, og strålingseffekten i den optiske del af spektret stiger kraftigt (det såkaldte første maksimum). Dernæst konkurrerer processerne med belysning og ændringer i den omgivende lufts gennemsigtighed, hvilket fører til realiseringen af et andet maksimum, mindre kraftfuldt, men meget længere - så meget, at outputtet af lysenergi er større end i det første maksimum .
I nærheden af eksplosionen fordamper alt omkring, længere væk smelter det, men endnu længere, hvor varmestrømmen ikke længere er tilstrækkelig til at smelte faste stoffer, flyder jorden, klipperne, husene som væske, under et monstrøst tryk af gas, der ødelægger alle stærke bindinger , opvarmet til et punkt af uudholdelig for øjnene udstråling.
Endelig går chokbølgen langt fra eksplosionspunktet, hvor der forbliver en løs og svækket, men udvidet mange gange, sky af kondenserede dampe, der blev til lillebitte og meget radioaktivt støv fra det, der var ladningens plasma, og fra hvad var i sin frygtelige stund tæt på et sted, hvorfra man skulle opholde sig så langt som muligt. Skyen begynder at stige. Den køler ned, ændrer farve, "sætter på" en hvid hætte af kondenseret fugt, efterfulgt af støv fra jordens overflade, og danner "benet" af det, der almindeligvis kaldes en "atomsvamp".
Neutron initiering
Opmærksomme læsere kan vurdere energifrigivelsen under en eksplosion med en blyant i hænderne. Når tiden samlingen er i en superkritisk tilstand er i størrelsesordenen mikrosekunder, neutronernes alder er i størrelsesordenen picosekunder, og multiplikationsfaktoren er mindre end 2, frigives ca. en gigajoule energi, hvilket svarer til ... 250 kg TNT. Hvor er kilo- og megatons?
Faktum er, at fissionskæden i samlingen ikke begynder med én neutron: Ved det nødvendige mikrosekund sprøjtes de ind i den superkritiske samling i millioner. I de første nukleare ladninger blev isotopkilder placeret i et hulrum inde i plutoniumsamlingen brugt til dette: polonium-210, i kompressionsøjeblikket, kombineret med beryllium og forårsagede neutronemission med dets alfapartikler. Men alle isotopkilder er ret svage (i det første amerikanske produkt blev der genereret mindre end en million neutroner pr. mikrosekund), og polonium er meget letfordærveligt - på kun 138 dage reducerer det sin aktivitet til det halve. Derfor er isotoper blevet erstattet af mindre farlige (som ikke udsender, når de ikke er tændt), og vigtigst af alt, af neutronrør, der udsender mere intenst (se sidebjælke): på få mikrosekunder (varigheden af pulsen dannet af rør) bliver hundreder af millioner neutroner født. Men hvis det ikke virker eller virker på det forkerte tidspunkt, vil der opstå et såkaldt bang eller "zilch" - en termisk eksplosion med lav effekt.
Neutroninitiering øger ikke kun energifrigivelsen af en atomeksplosion med mange størrelsesordener, men gør det også muligt at regulere den! Det er klart, at efter at have modtaget en kampmission, når man indstiller, hvilken kraft et atomangreb skal angives, er der ingen, der adskiller ladningen for at udstyre den med en plutoniumsamling, der er optimal for en given magt. I ammunition med en omskiftelig TNT-ækvivalent er det nok blot at ændre forsyningsspændingen til neutronrøret. Følgelig vil neutronudbyttet og energifrigivelsen ændre sig (naturligvis, når strømmen reduceres på denne måde, spildes en masse dyrt plutonium).
Men de begyndte at tænke på behovet for at regulere energifrigivelsen meget senere, og i de første efterkrigsår kunne der ikke være tale om at reducere strømmen. Mere kraftfuld, mere kraftfuld og mere kraftfuld! Men det viste sig, at der er nukleare fysiske og hydrodynamiske begrænsninger på de tilladte dimensioner af den subkritiske sfære. TNT-ækvivalenten til en eksplosion på hundrede kiloton er tæt på den fysiske grænse for enfaset ammunition, hvor kun fission forekommer. Som et resultat blev fission opgivet som den vigtigste energikilde, og fokus var på reaktioner af en anden klasse - fusion.
Nukleare misforståelser
Tætheden af plutonium i eksplosionsøjeblikket stiger på grund af en faseovergang
Metallisk plutonium findes i seks faser, hvis densitet varierer fra 14,7 til 19,8 g/cm3. Ved temperaturer under 119 °C er der en monoklin alfafase (19,8 g/cm3), men sådan plutonium er meget skrøbelig, og i den kubiske fladecentrerede deltafase (15,9) er det plastisk og velforarbejdet (det er denne fase, der de forsøger at konservere ved hjælp af legeringsadditiver). Under detonationskompression kan der ikke forekomme faseovergange - plutonium er i en tilstand af næsten flydende. Faseovergange er farlige under produktion: med store dele, selv med en lille ændring i tæthed, kan en kritisk tilstand nås. Selvfølgelig vil der ikke være nogen eksplosion - emnet vil simpelthen varme op, men fornikling kan frigives (og plutonium er meget giftigt).
Neutronkilde
De første atombomber brugte en beryllium-polonium neutronkilde. Moderne ladninger bruger meget mere bekvemme neutronrør I et vakuum-neutronrør påføres en pulsspænding på 100 kV mellem det tritiummættede mål (katode) (1) og anodesamlingen (2). Når spændingen er maksimal, er det nødvendigt, at deuteriumioner er mellem anoden og katoden, som skal accelereres. Til dette bruges en ionkilde. En tændingsimpuls påføres dens anode (3), og udledningen, der passerer langs overfladen af deuteriummættet keramik (4), danner deuteriumioner. Efter at have accelereret bombarderer de et mål mættet med tritium, som et resultat af hvilket en energi på 17,6 MeV frigives, og neutroner og helium-4-kerner dannes.
Med hensyn til partikelsammensætning og endda energioutput er denne reaktion identisk med fusion - processen med fusion af lette kerner. I 1950'erne troede mange, at dette var fusion, men senere viste det sig, at der opstår en "afbrydelse" i røret: enten en proton eller en neutron (som udgør deuterium-ionen, accelereret af et elektrisk felt) "sætter sig fast" i målkernen (tritium). Hvis en proton sætter sig fast, bryder neutronen væk og bliver fri.
Neutroner - langsomt og hurtigt
I et ikke-fissilt stof, der "studser" af kerner, overfører neutroner en del af deres energi til dem, jo større jo lettere (tættere på dem i masse) er kernerne. Jo flere kollisioner neutroner deltager i, jo mere bremser de, og så kommer de endelig i termisk ligevægt med det omgivende stof - de termaliseres (dette tager millisekunder). Termisk neutronhastighed er 2200 m/s (energi 0,025 eV). Neutroner kan undslippe moderatoren og fanges af dens kerner, men med moderation øges deres evne til at indgå i kernereaktioner betydeligt, så de neutroner, der ikke "tabes" mere end kompenserer for faldet i antallet.
Således, hvis en kugle af fissilt materiale er omgivet af en moderator, vil mange neutroner forlade moderatoren eller blive absorberet i den, men der vil også være nogle, der vil vende tilbage til kuglen ("reflektere") og, efter at have mistet deres energi, er meget mere tilbøjelige til at forårsage fissionsbegivenheder. Hvis bolden er omgivet af et 25 mm tykt lag beryllium, så kan 20 kg U235 spares og stadig opnå den kritiske tilstand af samlingen. Men sådanne besparelser kommer på bekostning af tid: hver efterfølgende generation af neutroner skal først bremse, før de forårsager fission. Denne forsinkelse reducerer antallet af generationer af neutroner født pr. tidsenhed, hvilket betyder, at energifrigivelsen er forsinket. Jo mindre fissilt materiale i samlingen, jo mere moderator kræves der for at udvikle en kædereaktion, og fission sker med stadigt lavere energi-neutroner. I det begrænsende tilfælde, når kritikalitet kun opnås med termiske neutroner, for eksempel i en opløsning af uransalte i en god moderator - vand, er massen af samlingerne hundredvis af gram, men opløsningen koger simpelthen periodisk. De frigivne dampbobler reducerer den gennemsnitlige tæthed af det fissile stof, kædereaktionen stopper, og når boblerne forlader væsken, gentages fissionsudbruddet (hvis du tilstopper beholderen, vil dampen sprænge det - men dette vil være en termisk eksplosion, blottet for alle de typiske "nukleare" tegn).
Video: Atomeksplosioner
Abonner og læs vores bedste publikationer i Yandex.Zen. Se smukke billeder fra hele verden på vores side på Instagram
Hvis du finder en fejl, skal du vælge et stykke tekst og trykke på Ctrl+Enter.
Atomkraftproduktion er en moderne og hurtigt udviklende metode til at producere elektricitet. Ved du, hvordan atomkraftværker fungerer? Hvad er driftsprincippet for et atomkraftværk? Hvilke typer atomreaktorer findes i dag? Vi vil forsøge at overveje i detaljer driftsskemaet for et atomkraftværk, dykke ned i strukturen af en atomreaktor og finde ud af, hvor sikker den nukleare metode til at generere elektricitet er.
Enhver station er et lukket område langt fra et boligområde. Der er flere bygninger på dets område. Den vigtigste struktur er reaktorbygningen, ved siden af er turbinerummet, hvorfra reaktoren styres, og sikkerhedsbygningen.
Ordningen er umulig uden en atomreaktor. En atomreaktor (atomreaktor) er et atomkraftværk, der er designet til at organisere en kædereaktion af neutronfission med den obligatoriske frigivelse af energi under denne proces. Men hvad er driftsprincippet for et atomkraftværk?
Hele reaktorinstallationen har til huse i reaktorbygningen, et stort betontårn, der skjuler reaktoren og vil indeholde alle atomreaktionens produkter i tilfælde af en ulykke. Dette store tårn kaldes indeslutning, hermetisk skal eller indeslutningszone.
Den hermetiske zone i nye reaktorer har 2 tykke betonvægge - skaller.
Den ydre skal, 80 cm tyk, beskytter indeslutningszonen mod ydre påvirkninger.
Den indvendige skal, 1 meter 20 cm tyk, har specielle stålkabler, der øger betonens styrke næsten tre gange og vil forhindre strukturen i at smuldre. På indersiden er den foret med en tynd plade af specialstål, som er designet til at tjene som yderligere beskyttelse af indeslutningen og i tilfælde af et uheld ikke at frigive reaktorens indhold uden for indeslutningszonen.
Dette design af atomkraftværket gør det muligt at modstå et flystyrt, der vejer op til 200 tons, et jordskælv med en styrke på 8, en tornado og en tsunami.
Den første forseglede granat blev bygget på det amerikanske Connecticut Yankee atomkraftværk i 1968.
Den samlede højde af indeslutningszonen er 50-60 meter.
Hvad består en atomreaktor af?
For at forstå driftsprincippet for en atomreaktor, og derfor driftsprincippet for et atomkraftværk, skal du forstå reaktorens komponenter. 
- Aktiv zone. Dette er det område, hvor det nukleare brændsel (brændstofgenerator) og moderator er placeret. Brændselsatomer (oftest uran er brændstoffet) gennemgår en kædefissionsreaktion. Moderatoren er designet til at styre fissionsprocessen og giver mulighed for den nødvendige reaktion med hensyn til hastighed og styrke.
- Neutronreflektor. En reflektor omgiver kernen. Den består af samme materiale som moderatoren. I bund og grund er dette en kasse, hvis hovedformål er at forhindre neutroner i at forlade kernen og komme ind i miljøet.
- Kølevæske. Kølevæsken skal absorbere den varme, der frigives under spaltningen af brændstofatomer og overføre den til andre stoffer. Kølevæsken bestemmer i høj grad, hvordan et atomkraftværk er designet. Den mest populære kølevæske i dag er vand.
Reaktor kontrolsystem. Sensorer og mekanismer, der driver en atomkraftværksreaktor.
Brændstof til atomkraftværker
Hvad fungerer et atomkraftværk på? Brændstof til atomkraftværker er kemiske grundstoffer med radioaktive egenskaber. På alle atomkraftværker er dette grundstof uran.
Udformningen af stationerne indebærer, at atomkraftværker opererer på komplekst kompositbrændsel og ikke på et rent kemisk element. Og for at udvinde uranbrændstof fra naturligt uran, som er lastet ind i en atomreaktor, er det nødvendigt at udføre mange manipulationer.
Beriget uran
Uran består af to isotoper, det vil sige, at det indeholder kerner med forskellige masser. De blev navngivet efter antallet af protoner og neutroner isotop -235 og isotop-238. Forskere fra det 20. århundrede begyndte at udvinde uran 235 fra malm, fordi... det var lettere at nedbryde og transformere. Det viste sig, at sådan uran i naturen kun er 0,7% (den resterende procentdel går til den 238. isotop). 
Hvad skal man gøre i dette tilfælde? De besluttede at berige uran. Uranberigelse er en proces, hvor mange af de nødvendige 235x isotoper forbliver i den og få unødvendige 238x isotoper. Uranberigernes opgave er at omdanne 0,7 % til næsten 100 % uran-235.
Uran kan beriges ved hjælp af to teknologier: gasdiffusion eller gascentrifuge. For at bruge dem omdannes uran udvundet fra malm til en gasformig tilstand. Det er beriget i form af gas.
Uran pulver
Beriget urangas omdannes til en fast tilstand - urandioxid. Dette rene faste uran 235 fremstår som store hvide krystaller, som senere knuses til uranpulver.
Uran tabletter
Uranium tabletter er solide metalskiver, et par centimeter lange. For at danne sådanne tabletter fra uranpulver blandes det med et stof - et blødgøringsmiddel det forbedrer kvaliteten af at presse tabletterne.
De pressede pucke bages ved en temperatur på 1200 grader Celsius i mere end et døgn for at give tabletterne særlig styrke og modstandsdygtighed over for høje temperaturer. Hvordan et atomkraftværk fungerer, afhænger direkte af, hvor godt uranbrændstoffet er komprimeret og bagt. 
Tabletterne bages i molybdænæsker, pga kun dette metal er i stand til ikke at smelte ved "helvedes" temperaturer på over halvandet tusinde grader. Herefter anses uranbrændsel til atomkraftværker som klar.
Hvad er TVEL og FA?
Reaktorkernen ligner en enorm skive eller rør med huller i væggene (afhængigt af typen af reaktor), 5 gange større end menneskekroppen. Disse huller indeholder uranbrændstof, hvis atomer udfører den ønskede reaktion.
Det er umuligt bare at smide brændstof ind i reaktoren, ja, med mindre man vil forårsage en eksplosion af hele stationen og en ulykke med konsekvenser for et par nærliggende stater. Derfor anbringes uranbrændstof i brændstofstave og opsamles derefter i brændstofsamlinger. Hvad betyder disse forkortelser?
- TVEL er et brændstofelement (ikke at forveksle med det samme navn på det russiske firma, der producerer dem). Det er i det væsentlige et tyndt og langt zirconiumrør lavet af zirconiumlegeringer, hvori uranium tabletter er placeret. Det er i brændselsstave, at uranatomer begynder at interagere med hinanden og frigiver varme under reaktionen.
Zirconium blev valgt som materiale til fremstilling af brændselsstave på grund af dets ildfaste og anti-korrosionsegenskaber.
Typen af brændselsstave afhænger af reaktorens type og struktur. Som regel ændres brændstofstængernes struktur og formål ikke længden og bredden af røret. 
Maskinen læsser mere end 200 uran-piller i et zirkoniumrør. I alt arbejder omkring 10 millioner uran-piller samtidigt i reaktoren.
FA – brændstofsamling. NPP-arbejdere kalder brændstofsamlinger bundter.
I det væsentlige er disse flere brændstofstænger fastgjort sammen. FA er færdigt nukleart brændsel, hvad et atomkraftværk opererer på. Det er brændselselementerne, der bliver læsset ind i atomreaktoren. Omkring 150 – 400 brændselselementer er placeret i en reaktor.
Afhængigt af reaktoren, hvor brændstofsamlingerne skal fungere, kommer de i forskellige former. Nogle gange er bundterne foldet til en kubisk, nogle gange i en cylindrisk, nogle gange i en sekskantet form.
En brændstofsamling over 4 års drift producerer den samme mængde energi som ved afbrænding af 670 biler kul, 730 tanke med naturgas eller 900 tanke fyldt med olie.
I dag produceres brændstofelementer hovedsageligt på fabrikker i Rusland, Frankrig, USA og Japan.
For at levere brændstof til atomkraftværker til andre lande forsegles brændselselementer i lange og brede metalrør, luften pumpes ud af rørene og leveres af specielle maskiner ombord på fragtfly.
Atombrændsel til atomkraftværker vejer uoverkommeligt meget, fordi... uran er et af de tungeste metaller på planeten. Dens vægtfylde er 2,5 gange større end ståls.
Atomkraftværk: driftsprincip
Hvad er driftsprincippet for et atomkraftværk? Driftsprincippet for atomkraftværker er baseret på en kædereaktion af fission af atomer af et radioaktivt stof - uran. Denne reaktion sker i kernen af en atomreaktor.
DET ER VIGTIGT AT VIDE:
Uden at gå ind i kernefysikkens forviklinger ser driftsprincippet for et atomkraftværk således ud:
Efter opstart af en atomreaktor fjernes absorberstænger fra brændselsstavene, som forhindrer uranen i at reagere.
Når stængerne er fjernet, begynder uran neutronerne at interagere med hinanden.
Når neutroner kolliderer, sker der en minieksplosion på atomniveau, energi frigives og nye neutroner fødes, en kædereaktion begynder at ske. Denne proces genererer varme.
Varme overføres til kølevæsken. Afhængigt af typen af kølemiddel bliver det til damp eller gas, som roterer turbinen.
Turbinen driver en elektrisk generator. Det er ham, der faktisk genererer den elektriske strøm.
Hvis man ikke overvåger processen, kan uran-neutroner kollidere med hinanden, indtil de eksploderer reaktoren og slår hele atomkraftværket i stykker. Processen styres af computersensorer. De registrerer en stigning i temperatur eller ændring i tryk i reaktoren og kan automatisk stoppe reaktioner.
Hvordan adskiller driftsprincippet for atomkraftværker sig fra termiske kraftværker (termiske kraftværker)?
Der er kun forskelle i arbejdet i de første faser. I et atomkraftværk modtager kølevæsken varme fra spaltningen af atomer af uranbrændsel i et termisk kraftværk, modtager kølevæsken varme fra forbrændingen af organisk brændsel (kul, gas eller olie). Efter enten uranatomer eller gas og kul har frigivet varme, er driftsplanerne for atomkraftværker og termiske kraftværker de samme.
Typer af atomreaktorer
Hvordan et atomkraftværk fungerer afhænger af præcis, hvordan dets atomreaktor fungerer. I dag er der to hovedtyper af reaktorer, som er klassificeret efter spektret af neuroner:
En langsom neutronreaktor, også kaldet en termisk reaktor.
Til dens drift bruges uran 235, som går gennem stadierne af berigelse, skabelse af uran pellets osv. I dag bruger langt de fleste reaktorer langsomme neutroner.
Hurtig neutronreaktor.
Disse reaktorer er fremtiden, fordi... De arbejder på uran-238, som er en skilling et dusin i naturen, og der er ingen grund til at berige dette element. Den eneste ulempe ved sådanne reaktorer er de meget høje omkostninger ved design, konstruktion og opstart. I dag fungerer hurtige neutronreaktorer kun i Rusland.
Kølevæsken i hurtige neutronreaktorer er kviksølv, gas, natrium eller bly. 
Langsomme neutronreaktorer, som alle atomkraftværker i verden bruger i dag, findes også i flere typer.
IAEA-organisationen (International Atomic Energy Agency) har lavet sin egen klassifikation, som oftest bruges i den globale atomenergiindustri. Da driftsprincippet for et atomkraftværk i høj grad afhænger af valget af kølemiddel og moderator, baserede IAEA sin klassificering på disse forskelle.
Fra et kemisk synspunkt er deuteriumoxid en ideel moderator og kølemiddel, fordi dets atomer interagerer mest effektivt med neutroner af uran sammenlignet med andre stoffer. Kort sagt, tungt vand udfører sin opgave med minimale tab og maksimale resultater. Dens produktion koster dog penge, mens almindeligt "let" og velkendt vand er meget nemmere at bruge.
Et par fakta om atomreaktorer...
Det er interessant, at en atomkraftværksreaktor tager mindst 3 år at bygge!
For at bygge en reaktor skal du bruge udstyr, der fungerer på en elektrisk strøm på 210 kiloampere, hvilket er en million gange højere end den strøm, der kan dræbe en person.
En skal (strukturelement) af en atomreaktor vejer 150 tons. Der er 6 sådanne elementer i en reaktor.
Trykvandsreaktor
Vi har allerede fundet ud af, hvordan et atomkraftværk generelt fungerer for at sætte alt i perspektiv, lad os se på, hvordan den mest populære trykvands-atomreaktor fungerer.
Over hele verden i dag anvendes generation 3+ trykvandsreaktorer. De betragtes som de mest pålidelige og sikre.
Alle trykvandsreaktorer i verden har i alle årene af deres drift allerede akkumuleret mere end 1000 års problemfri drift og har aldrig givet alvorlige afvigelser. 
Strukturen af atomkraftværker, der anvender trykvandsreaktorer, indebærer, at destilleret vand opvarmet til 320 grader cirkulerer mellem brændselsstavene. For at forhindre det i at gå i damptilstand holdes det under tryk på 160 atmosfærer. Atomkraftværksdiagrammet kalder det primært kredsløbsvand.
Det opvarmede vand kommer ind i dampgeneratoren og afgiver sin varme til det sekundære kredsløbsvand, hvorefter det "vender tilbage" til reaktoren igen. Udadtil ser det ud som om vandrørene i det første kredsløb er i kontakt med andre rør - vandet i det andet kredsløb overfører varme til hinanden, men vandet kommer ikke i kontakt. Rørene er i kontakt.
Således er muligheden for, at stråling kommer ind i det sekundære kredsløbsvand, som yderligere vil deltage i processen med at generere elektricitet, udelukket.
NPP driftssikkerhed
Efter at have lært princippet om drift af atomkraftværker, skal vi forstå, hvordan sikkerhed fungerer. Opførelsen af atomkraftværker i dag kræver øget opmærksomhed på sikkerhedsregler.
NPP-sikkerhedsomkostninger udgør cirka 40% af de samlede omkostninger ved selve anlægget. 
Atomkraftværkets design omfatter 4 fysiske barrierer, der forhindrer frigivelse af radioaktive stoffer. Hvad skal disse barrierer gøre? På det rigtige tidspunkt være i stand til at stoppe kernereaktionen, sikre konstant varmefjernelse fra kernen og selve reaktoren og forhindre frigivelse af radionuklider ud over indeslutningen (hermetisk zone).
- Den første barriere er styrken af uran pellets. Det er vigtigt, at de ikke ødelægges af høje temperaturer i en atomreaktor. Meget af, hvordan et atomkraftværk fungerer, afhænger af, hvordan uranpillerne "bages" under den indledende fremstillingsfase. Hvis uranbrændselpillerne ikke er bagt korrekt, vil reaktionerne af uranatomerne i reaktoren være uforudsigelige.
- Den anden barriere er tætheden af brændstofstave. Zirkoniumrør skal være tæt forseglet, hvis forseglingen er brudt, vil reaktoren i bedste fald blive beskadiget, og arbejdet stopper, i værste fald vil alt flyve op i luften.
- Den tredje barriere er en holdbar stålreaktorbeholder a, (det samme store tårn - hermetisk zone), som "holder" alle radioaktive processer. Hvis huset er beskadiget, vil stråling slippe ud i atmosfæren.
- Den fjerde barriere er nødbeskyttelsesstænger. Stænger med moderatorer er ophængt over kernen af magneter, som kan absorbere alle neutroner på 2 sekunder og stoppe kædereaktionen.
Hvis det på trods af designet af et atomkraftværk med mange beskyttelsesgrader ikke er muligt at afkøle reaktorkernen på det rigtige tidspunkt, og brændselstemperaturen stiger til 2600 grader, så kommer det sidste håb i sikkerhedssystemet i spil - den såkaldte smeltefælde.
Faktum er, at ved denne temperatur vil bunden af reaktorbeholderen smelte, og alle resterne af nukleart brændsel og smeltede strukturer vil strømme ind i et specielt "glas" suspenderet over reaktorkernen.
Smeltefælden er nedkølet og brandsikker. Den er fyldt med såkaldt "offermateriale", som gradvist stopper fissionskædereaktionen.
Atomkraftværkets design indebærer således flere beskyttelsesgrader, som næsten fuldstændigt eliminerer enhver mulighed for en ulykke.
Historien om skabelsen af atombomben, og især våben, begynder i 1939, med opdagelsen gjort af Joliot Curie. Det var fra dette øjeblik, at forskerne indså, at kædereaktionen af uran ikke kun kunne blive en kilde til enorm energi, men også et forfærdeligt våben. Og så er designet af en atombombe baseret på brugen af atomenergi, som frigives under en atomkædereaktion.
Sidstnævnte indebærer processen med fission af tunge kerner eller fusion af lette kerner. Som et resultat er en atombombe et masseødelæggelsesvåben, på grund af det faktum, at der på kortest tid frigives en enorm mængde intranuklear energi i et lille rum. Når man går ind i denne proces, er det sædvanligt at fremhæve to nøglesteder.
For det første er dette centrum for en atomeksplosion, hvor denne proces direkte finder sted. Og for det andet er dette epicentret, som i sagens natur repræsenterer projektionen af selve processen på overfladen (jord eller vand). Også en atomeksplosion frigiver en sådan mængde energi, at når den projiceres på jorden, opstår der seismiske rystelser. Og udbredelsesområdet for sådanne vibrationer er utroligt stort, selvom de kun forårsager betydelig skade på miljøet i en afstand af blot et par hundrede meter.
Yderligere er det værd at bemærke, at en atomeksplosion er ledsaget af frigivelsen af en stor mængde varme og lys, som danner en lys flash. Desuden overstiger dens kraft mange gange styrken af solens stråler. Skader fra lys og varme kan således opstå på en afstand af endda flere kilometer.
Men en meget farlig type skade fra en atombombe er strålingen, der produceres under en atomeksplosion. Varigheden af eksponeringen for dette fænomen er kort, i gennemsnit 60 sekunder, men denne bølges gennemtrængende evne er fantastisk.
Hvad angår designet af en atombombe, omfatter den en række forskellige komponenter. Som regel er der to hovedelementer i denne type våben: kroppen og automatiseringssystemet.
Huset indeholder en nuklear ladning og automatisering, og det er denne, der udfører en beskyttende funktion i forhold til forskellige typer påvirkning (mekanisk, termisk og så videre). Og automatiseringssystemets rolle er at sikre, at eksplosionen sker på et klart defineret tidspunkt, og ikke tidligere eller senere. Automatiseringssystemet består af sådanne systemer som: nøddetonation; beskyttelse og spænding; Strømforsyning; Detonations- og ladningsdetonationssensorer.
Men atombomber leveres ved hjælp af ballistiske, krydstogt- og luftværnsmissiler. De der. atomvåben kan være et element i en luftbombe, torpedo, landmine og så videre.
Og selv detonationssystemerne for en atombombe kan være anderledes. Et af de enkleste systemer er injektionssystemet, når drivkraften til en atomeksplosion er, når et projektil rammer et mål, efterfulgt af dannelsen af en superkritisk masse. Det var denne type atombombe, der første gang blev detoneret over Hiroshima i 1945, indeholdende uran. I modsætning hertil var bomben, der blev kastet over Nagasaki samme år, plutonium.
Efter en så levende demonstration af atomvåbens kraft og styrke faldt de øjeblikkeligt i kategorien af de farligste masseødelæggelsesmidler. Når vi taler om typerne af atomvåben, skal det nævnes, at de bestemmes af kaliberens størrelse. Så i øjeblikket er der tre hovedkalibre til dette våben: lille, stor og mellem. Eksplosionens kraft er oftest karakteriseret ved TNT-ækvivalent. For eksempel indebærer et lille kaliber atomvåben en ladningsstyrke svarende til flere tusinde tons TNT. Og mere kraftfulde atomvåben, mere præcist medium kaliber, udgør allerede titusindvis af tons TNT, og endelig er sidstnævnte allerede målt i millioner. Men samtidig skal man ikke forveksle begreberne atom- og brintvåben, som i almindelighed kaldes atomvåben. Den største forskel mellem atomvåben og brintvåben er fissionsreaktionen af kernerne i en række tunge grundstoffer, såsom plutonium og uran. Og brintvåben involverer processen med at syntetisere kernerne af atomer af et grundstof til et andet, dvs. helium fra brint.
Første atombombetest
Den første test af et atomvåben blev udført af det amerikanske militær den 16. juli 1945 på et sted kaldet Almogordo, hvilket viser den fulde kraft af atomenergi. Hvorefter de atombomber, der var til rådighed for amerikanske styrker, blev lastet på et krigsskib og sendt til Japans kyster. Den japanske regerings afvisning af at indgå i en fredelig dialog gjorde det muligt i aktion at demonstrere den fulde kraft af atomvåben, hvis ofre først var byen Hiroshima og lidt senere Nagasaki. Således blev der den 6. august 1945 for første gang brugt atomvåben på civile, hvilket resulterede i, at byen praktisk talt blev udslettet af chokbølger. Mere end halvdelen af byens indbyggere døde i løbet af de første dage af atomangrebet, og i alt var der omkring to hundrede og fyrre tusinde mennesker. Og blot fire dage senere forlod to fly med farlig last om bord den amerikanske militærbase på én gang, hvis mål var Kokura og Nagasaki. Og hvis Kokura, opslugt af uigennemtrængelig røg, var et vanskeligt mål, så blev målet ramt i Nagasaki. I sidste ende dræbte atombomben i Nagasaki i de første dage 73 tusinde mennesker på grund af kvæstelser og stråling en liste på femogtredive tusinde mennesker blev tilføjet til disse ofre. Desuden var de sidste ofres død ret smertefuldt, da virkningerne af stråling er utroligt ødelæggende.
Faktorer for ødelæggelse af atomvåben
Atomvåben har således flere former for ødelæggelse; lys, radioaktivt, stødbølge, gennemtrængende stråling og elektromagnetisk puls. Når lysstråling genereres efter eksplosionen af et atomvåben, som senere bliver til destruktiv varme. Dernæst kommer turen til radioaktiv forurening, som kun er farlig de første par timer efter eksplosionen. Chokbølgen anses for at være det farligste stadie af en atomeksplosion, fordi den forårsager enorme skader på forskellige bygninger, udstyr og mennesker i løbet af få sekunder. Men gennemtrængende stråling er meget farlig for den menneskelige krop og forårsager ofte strålesyge. En elektromagnetisk puls rammer udstyr. Tilsammen gør alt dette atomvåben meget farlige.
Nordkorea truer USA med at teste en superstærk brintbombe i Stillehavet. Japan, som kan lide under testene, kaldte Nordkoreas planer fuldstændig uacceptable. Præsidenterne Donald Trump og Kim Jong-un skændes i interviews og taler om åben militær konflikt. For dem, der ikke forstår atomvåben, men gerne vil vide det, har The Futurist udarbejdet en guide.
Hvordan virker atomvåben?
Som en almindelig dynamitstang bruger en atombombe energi. Kun det frigives ikke under en primitiv kemisk reaktion, men i komplekse nukleare processer. Der er to hovedmåder at udvinde atomenergi fra et atom. I nuklear fission kernen i et atom henfalder til to mindre fragmenter med en neutron. Kernefusion – den proces, hvorved Solen producerer energi – involverer sammenføjning af to mindre atomer til et større. I enhver proces, fission eller fusion, frigives store mængder termisk energi og stråling. Afhængigt af om der anvendes nuklear fission eller fusion, opdeles bomber i nuklear (atomare) Og termonuklear .
Kan du fortælle mig mere om nuklear fission?
Atombombeeksplosion over Hiroshima (1945)
Som du husker, er et atom opbygget af tre typer subatomære partikler: protoner, neutroner og elektroner. Atomets centrum, kaldet kerne , består af protoner og neutroner. Protoner er positivt ladede, elektroner er negativt ladede, og neutroner har slet ingen ladning. Proton-elektronforholdet er altid en til en, så atomet som helhed har en neutral ladning. For eksempel har et carbonatom seks protoner og seks elektroner. Partikler holdes sammen af en fundamental kraft - stærk atomkraft .
Et atoms egenskaber kan ændre sig væsentligt afhængigt af hvor mange forskellige partikler det indeholder. Hvis du ændrer antallet af protoner, vil du have et andet kemisk grundstof. Hvis du ændrer antallet af neutroner, får du isotop det samme element, som du har i hænderne. For eksempel har kulstof tre isotoper: 1) kulstof-12 (seks protoner + seks neutroner), som er en stabil og almindelig form for grundstoffet, 2) kulstof-13 (seks protoner + syv neutroner), som er stabil, men sjælden og 3) kulstof -14 (seks protoner + otte neutroner), som er sjælden og ustabil (eller radioaktiv).
De fleste atomkerner er stabile, men nogle er ustabile (radioaktive). Disse kerner udsender spontant partikler, som forskerne kalder stråling. Denne proces kaldes Radioaktivt henfald . Der er tre typer henfald:
Alfa henfald : Kernen udsender en alfapartikel - to protoner og to neutroner bundet sammen. Beta-forfald : En neutron bliver til en proton, elektron og antineutrino. Den udstødte elektron er en beta-partikel. Spontan fission: kernen opløses i flere dele og udsender neutroner og udsender også en puls af elektromagnetisk energi - en gammastråle. Det er den sidstnævnte form for henfald, der bruges i en atombombe. Frie neutroner, der udsendes som følge af fission, begynder kædereaktion , som frigiver en kolossal mængde energi.
Hvad er atombomber lavet af?
De kan være lavet af uranium-235 og plutonium-239. Uran forekommer i naturen som en blanding af tre isotoper: 238 U (99,2745% af naturligt uran), 235 U (0,72%) og 234 U (0,0055%). Den mest almindelige 238 U understøtter ikke en kædereaktion: kun 235 U er i stand til dette For at opnå maksimal eksplosionskraft er det nødvendigt, at indholdet af 235 U i bombens "fyldning" er mindst 80%. Derfor fremstilles uran kunstigt berige . For at gøre dette er blandingen af uranisotoper opdelt i to dele, så en af dem indeholder mere end 235 U.
Typisk efterlader isotopadskillelse en masse forarmet uran, der ikke er i stand til at gennemgå en kædereaktion - men der er en måde at få det til. Faktum er, at plutonium-239 ikke forekommer i naturen. Men det kan opnås ved at bombardere 238 U med neutroner.
Hvordan måles deres effekt?
Effekten af en nuklear og termonuklear ladning måles i TNT-ækvivalent - mængden af trinitrotoluen, der skal detoneres for at opnå et lignende resultat. Det måles i kilotons (kt) og megatons (Mt). Udbyttet af ultrasmå atomvåben er mindre end 1 kt, mens supermægtige bomber yder mere end 1 mt.
Kraften af den sovjetiske "zarbombe" var ifølge forskellige kilder fra 57 til 58,6 megaton i TNT-ækvivalent kraften af den termonukleare bombe, som DPRK testede i begyndelsen af september, var omkring 100 kilotons.
Hvem skabte atomvåben?
Den amerikanske fysiker Robert Oppenheimer og general Leslie Groves
I 1930'erne italiensk fysiker Enrico Fermi demonstreret, at grundstoffer bombarderet af neutroner kunne omdannes til nye grundstoffer. Resultatet af dette arbejde var opdagelsen langsomme neutroner , samt opdagelsen af nye grundstoffer, der ikke er repræsenteret i det periodiske system. Kort efter Fermis opdagelse, tyske videnskabsmænd Otto Hahn Og Fritz Strassmann bombarderet uran med neutroner, hvilket resulterede i dannelsen af en radioaktiv isotop af barium. De konkluderede, at lavhastighedsneutroner får urankernen til at bryde i to mindre stykker.
Dette arbejde ophidsede sindene i hele verden. På Princeton University Niels Bohr arbejdet med John Wheeler at udvikle en hypotetisk model for fissionsprocessen. De foreslog, at uran-235 gennemgår fission. Omtrent på samme tid opdagede andre forskere, at fissionsprocessen producerede endnu flere neutroner. Dette fik Bohr og Wheeler til at stille et vigtigt spørgsmål: kunne de frie neutroner skabt af fission starte en kædereaktion, der ville frigive enorme mængder energi? Hvis dette er tilfældet, så er det muligt at skabe våben med ufattelig magt. Deres antagelser blev bekræftet af en fransk fysiker Frederic Joliot-Curie . Hans konklusion blev drivkraften til udviklingen i skabelsen af atomvåben.
Fysikere fra Tyskland, England, USA og Japan arbejdede på at skabe atomvåben. Før Anden Verdenskrigs begyndelse Albert Einstein skrev til den amerikanske præsident Franklin Roosevelt at Nazityskland planlægger at rense uran-235 og skabe en atombombe. Det viser sig nu, at Tyskland langt fra var i gang med en kædereaktion: de arbejdede på en "beskidt", højradioaktiv bombe. Hvorom alting er, den amerikanske regering kastede alle sine bestræbelser på at skabe en atombombe så hurtigt som muligt. Manhattan-projektet blev lanceret, ledet af en amerikansk fysiker Robert Oppenheimer og generelt Leslie Groves . Den blev overværet af fremtrædende videnskabsmænd, der emigrerede fra Europa. I sommeren 1945 blev atomvåben skabt baseret på to typer fissilt materiale - uran-235 og plutonium-239. En bombe, plutonium "Thing", blev detoneret under testning, og to mere, uran "Baby" og plutonium "Fat Man", blev kastet over de japanske byer Hiroshima og Nagasaki.
Hvordan fungerer en termonuklear bombe, og hvem opfandt den?
Termonuklear bombe er baseret på reaktionen kernefusion . I modsætning til nuklear fission, som kan opstå enten spontant eller tvunget, er nuklear fusion umulig uden tilførsel af ekstern energi. Atomkerner er positivt ladede – så de frastøder hinanden. Denne situation kaldes Coulomb-barrieren. For at overvinde frastødning skal disse partikler accelereres til vanvittige hastigheder. Dette kan gøres ved meget høje temperaturer - i størrelsesordenen flere millioner Kelvin (deraf navnet). Der er tre typer termonukleare reaktioner: selvopretholdende (foregår i stjernernes dybder), kontrollerede og ukontrollerede eller eksplosive - de bruges i brintbomber.
Ideen om en bombe med termonuklear fusion initieret af en atomladning blev foreslået af Enrico Fermi til sin kollega Edward Teller tilbage i 1941, helt i begyndelsen af Manhattan-projektet. Denne idé var dog ikke efterspurgt på det tidspunkt. Tellers udvikling blev forbedret Stanislav Ulam , hvilket gør ideen om en termonuklear bombe mulig i praksis. I 1952 blev den første termonukleare eksplosive enhed testet på Enewetak Atoll under Operation Ivy Mike. Det var dog en laboratorieprøve, uegnet til kamp. Et år senere detonerede Sovjetunionen verdens første termonukleare bombe, samlet efter fysikeres design Andrey Sakharov Og Yulia Kharitona . Enheden lignede en lagkage, så det formidable våben fik tilnavnet "Puff". I løbet af den videre udvikling blev den kraftigste bombe på Jorden, "Tsar Bomba" eller "Kuzkas mor", født. I oktober 1961 blev den testet på Novaya Zemlya-øgruppen.
Hvad er termonukleare bomber lavet af?
Hvis du troede det brint og termonukleare bomber er forskellige ting, du tog fejl. Disse ord er synonyme. Det er brint (eller rettere, dets isotoper - deuterium og tritium), der kræves for at udføre en termonuklear reaktion. Der er dog en vanskelighed: For at detonere en brintbombe er det først nødvendigt at opnå en høj temperatur under en konventionel atomeksplosion - først derefter vil atomkernerne begynde at reagere. Derfor spiller design en stor rolle i tilfælde af en termonuklear bombe.
To ordninger er almindeligt kendte. Den første er Sakharovs "smørdej". I midten var der en nuklear detonator, som var omgivet af lag af lithiumdeuterid blandet med tritium, som var spækket med lag af beriget uran. Dette design gjorde det muligt at opnå en effekt inden for 1 Mt. Den anden er den amerikanske Teller-Ulam-ordning, hvor atombomben og brintisotoperne var placeret hver for sig. Det så sådan ud: Nedenunder var der en beholder med en blanding af flydende deuterium og tritium, i midten af hvilken der var et "tændrør" - en plutoniumstang, og på toppen - en konventionel atomladning, og alt dette i en skal af tungmetal (for eksempel forarmet uran). Hurtige neutroner produceret under eksplosionen forårsager atomare fissionsreaktioner i uranskallen og tilføjer energi til eksplosionens samlede energi. Tilføjelse af yderligere lag af lithium uranium-238 deuterid gør det muligt at skabe projektiler med ubegrænset kraft. I 1953, sovjetisk fysiker Victor Davidenko ved et uheld gentog Teller-Ulam-ideen, og på grundlag heraf kom Sakharov med et flertrinsskema, der gjorde det muligt at skabe våben med hidtil uset magt. "Kuzkas mor" fungerede nøjagtigt efter denne ordning.
Hvilke andre bomber er der?
Der er også neutron, men det er generelt skræmmende. Grundlæggende er en neutronbombe en termonuklear bombe med lav effekt, hvor 80% af eksplosionsenergien er stråling (neutronstråling). Det ligner en almindelig atomladning med lav effekt, hvortil der er tilføjet en blok med en berylliumisotop, en kilde til neutroner. Når en nuklear ladning eksploderer, udløses en termonuklear reaktion. Denne type våben blev udviklet af en amerikansk fysiker Samuel Cohen . Det blev antaget, at neutronvåben ødelægger alle levende ting, selv i krisecentre, men rækkevidden af ødelæggelse af sådanne våben er lille, da atmosfæren spreder strømme af hurtige neutroner, og chokbølgen er stærkere på store afstande.
Hvad med koboltbomben?
Nej, søn, det er fantastisk. Officielt har intet land koboltbomber. Teoretisk set er der tale om en termonuklear bombe med en koboltskal, som sikrer kraftig radioaktiv forurening af området selv ved en forholdsvis svag atomeksplosion. 510 tons kobolt kan inficere hele Jordens overflade og ødelægge alt liv på planeten. Fysiker Leo Szilard , der beskrev dette hypotetiske design i 1950, kaldte det "Dommedagsmaskinen".
Hvad er sejere: en atombombe eller en termonuklear?
Fuldskala model af "Tsar Bomba"
Brintbomben er meget mere avanceret og teknologisk avanceret end den atomare. Dens eksplosive kraft overstiger langt en atomart og er kun begrænset af antallet af tilgængelige komponenter. Ved en termonuklear reaktion frigives der meget mere energi for hver nukleon (de såkaldte konstituerende kerner, protoner og neutroner) end ved en kernereaktion. For eksempel producerer fissionen af en urankerne 0,9 MeV (megaelektronvolt) pr. nukleon, og fusionen af en heliumkerne fra brintkerner frigiver en energi på 6 MeV.
Som bomber afleveretil målet?
Først blev de droppet fra fly, men luftforsvarssystemerne blev konstant forbedret, og levering af atomvåben på denne måde viste sig at være uklogt. Med væksten i missilproduktionen blev alle rettigheder til at levere atomvåben overført til ballistiske missiler og krydsermissiler fra forskellige baser. Derfor betyder en bombe nu ikke en bombe, men et sprænghoved.
Det menes, at den nordkoreanske brintbombe er for stor til at blive monteret på en raket – så hvis DPRK beslutter sig for at udføre truslen, vil den blive båret med skib til eksplosionsstedet.
Hvad er konsekvenserne af en atomkrig?
Hiroshima og Nagasaki er kun en lille del af den mulige apokalypse. For eksempel kendes hypotesen om "nuklear vinter", som blev fremsat af den amerikanske astrofysiker Carl Sagan og den sovjetiske geofysiker Georgy Golitsyn. Det antages, at eksplosionen af flere nukleare sprænghoveder (ikke i ørkenen eller vandet, men i befolkede områder) vil forårsage mange brande, og en stor mængde røg og sod vil spilde ud i atmosfæren, hvilket vil føre til global afkøling. Hypotesen er blevet kritiseret ved at sammenligne effekten med vulkansk aktivitet, som har ringe effekt på klimaet. Derudover bemærker nogle videnskabsmænd, at der er større sandsynlighed for, at global opvarmning forekommer end afkøling - selvom begge sider håber, at vi aldrig vil vide det.
Er atomvåben tilladt?
Efter våbenkapløbet i det 20. århundrede kom landene til fornuft og besluttede at begrænse brugen af atomvåben. FN vedtog traktater om ikke-spredning af atomvåben og forbuddet mod atomprøvesprængninger (sidstnævnte blev ikke underskrevet af de unge atommagter Indien, Pakistan og DPRK). I juli 2017 blev en ny traktat om forbud mod atomvåben vedtaget.
"Hver deltagerstat forpligter sig aldrig til under nogen omstændigheder at udvikle, teste, producere, fremstille, på anden måde erhverve, besidde eller oplagre atomvåben eller andre nukleare eksplosive anordninger," hedder det i traktatens første artikel.
Dokumentet træder dog ikke i kraft, før 50 stater har ratificeret det.