Bom atom ialah peluru yang direka untuk menghasilkan letupan berkuasa tinggi hasil daripada pelepasan tenaga nuklear (atom) yang sangat pantas.
Prinsip operasi bom atom
Caj nuklear dibahagikan kepada beberapa bahagian kepada saiz kritikal supaya dalam setiap satunya reaksi berantai yang tidak terkawal yang berkembang sendiri bagi pembelahan atom bahan pembelahan tidak boleh bermula. Tindak balas sedemikian akan berlaku hanya apabila semua bahagian cas disambungkan dengan cepat menjadi satu keseluruhan. Kesempurnaan tindak balas dan, akhirnya, kuasa letupan sangat bergantung pada kelajuan penumpuan bahagian individu. Untuk memberikan kelajuan tinggi kepada bahagian cas, letupan bahan letupan konvensional boleh digunakan. Jika bahagian caj nuklear diletakkan dalam arah jejari pada jarak tertentu dari pusat, dan caj TNT diletakkan di luar, maka adalah mungkin untuk melakukan letupan caj konvensional yang diarahkan ke arah pusat caj nuklear. Semua bahagian cas nuklear bukan sahaja akan bergabung menjadi satu keseluruhan dengan kelajuan yang besar, tetapi juga akan mendapati diri mereka untuk beberapa waktu dimampatkan pada semua sisi oleh tekanan besar produk letupan dan tidak akan dapat dipisahkan serta-merta sebaik sahaja tindak balas rantai nuklear bermula dalam cas. Akibatnya, pembelahan yang lebih besar akan berlaku berbanding tanpa pemampatan sedemikian, dan, akibatnya, kuasa letupan akan meningkat. Reflektor neutron juga menyumbang kepada peningkatan kuasa letupan untuk jumlah bahan fisil yang sama (pemantul yang paling berkesan ialah berilium< Be >, grafit, air berat< H3O >). Pembelahan pertama, yang akan memulakan tindak balas berantai, memerlukan sekurang-kurangnya satu neutron. Adalah mustahil untuk mengira permulaan tindak balas berantai yang tepat pada masanya di bawah pengaruh neutron yang muncul semasa pembelahan nukleus secara spontan, kerana ia berlaku agak jarang: untuk U-235 - 1 pereputan sejam setiap 1 g. bahan-bahan. Terdapat juga sedikit neutron yang wujud dalam bentuk bebas di atmosfera: melalui S = 1 cm/sq. Secara purata, kira-kira 6 neutron terbang sesaat. Atas sebab ini, sumber tiruan neutron digunakan dalam cas nuklear - sejenis kapsul detonator nuklear. Ia juga memastikan bahawa banyak pembelahan bermula serentak, jadi tindak balas diteruskan dalam bentuk letupan nuklear.
Pilihan letupan (Skim pistol dan letupan)
Terdapat dua skim utama untuk meletupkan cas fisil: meriam, atau dipanggil balistik, dan letupan.
"Reka bentuk meriam" digunakan dalam beberapa senjata nuklear generasi pertama. Intipati litar meriam adalah untuk menembak cas serbuk mesiu dari satu blok bahan fisil jisim subkritikal (“peluru”) ke satu lagi pegun (“sasaran”). Blok direka bentuk supaya apabila disambungkan, jumlah jisimnya menjadi superkritikal.
Kaedah letupan ini hanya boleh dilakukan dalam peluru uranium, kerana plutonium mempunyai dua urutan magnitud latar belakang neutron yang lebih tinggi, yang secara mendadak meningkatkan kemungkinan perkembangan pramatang tindak balas berantai sebelum blok disambungkan. Ini membawa kepada pelepasan tenaga yang tidak lengkap (yang dipanggil "bergas", Bahasa Inggeris Untuk melaksanakan litar meriam dalam peluru plutonium, adalah perlu untuk meningkatkan kelajuan sambungan bahagian caj ke tahap yang tidak boleh dicapai secara teknikal , uranium lebih baik menahan beban mekanikal daripada plutonium.
Skim yang menggemparkan. Skim letupan ini melibatkan mencapai keadaan superkritikal dengan memampatkan bahan pembelahan dengan gelombang kejutan terfokus yang dihasilkan oleh letupan bahan letupan kimia. Untuk memfokuskan gelombang kejutan, apa yang dipanggil kanta letupan digunakan, dan letupan dilakukan serentak pada banyak titik dengan ketepatan ketepatan. Penciptaan sistem sedemikian untuk penempatan bahan letupan dan letupan pada satu masa adalah salah satu tugas yang paling sukar. Pembentukan gelombang kejutan bertumpu dipastikan dengan penggunaan kanta letupan daripada bahan letupan "cepat" dan "lambat" - TATV (Triaminotrinitrobenzene) dan baratol (campuran trinitrotoluene dengan barium nitrat), dan beberapa bahan tambahan)
Watak meletup
Nukleus uranium mengandungi 92 proton. Uranium semulajadi terutamanya adalah campuran dua isotop: U238 (yang mempunyai 146 neutron dalam nukleusnya) dan U235 (143 neutron), dengan hanya 0.7% daripada yang terakhir dalam uranium semula jadi. Sifat kimia isotop benar-benar sama, oleh itu adalah mustahil untuk memisahkannya dengan kaedah kimia, tetapi perbezaan jisim (235 dan 238 unit) membolehkan ini dilakukan dengan kaedah fizikal: campuran uranium ditukar menjadi gas (uranium). hexafluoride), dan kemudian dipam melalui sekatan berliang yang tidak terkira banyaknya. Walaupun isotop uranium tidak dapat dibezakan sama ada dari segi rupa atau kimia, ia dipisahkan oleh jurang dalam sifat sifat nuklearnya.
Proses pembelahan U238 ialah proses berbayar: neutron yang datang dari luar mesti membawa bersama tenaga - 1 MeV atau lebih. Dan U235 tidak mementingkan diri sendiri: tiada apa yang diperlukan daripada neutron masuk untuk pengujaan dan pereputan seterusnya tenaga pengikatnya dalam nukleus cukup mencukupi.
Apabila neutron terkena nukleus yang mampu pembelahan, sebatian tidak stabil terbentuk, tetapi sangat cepat (selepas 10−23−10−22 s) nukleus sedemikian terurai kepada dua serpihan yang tidak sama jisim dan “segera” (dalam 10 −16−10− 14 c) memancarkan dua atau tiga neutron baru, supaya dari semasa ke semasa bilangan nukleus pembelahan boleh membiak (tindak balas ini dipanggil tindak balas berantai). Ini hanya boleh dilakukan dalam U235, kerana U238 yang tamak tidak mahu berkongsi daripada neutronnya sendiri, yang tenaganya adalah tertib magnitud kurang daripada 1 MeV. Tenaga kinetik zarah hasil pembelahan adalah banyak urutan magnitud yang lebih besar daripada tenaga yang dibebaskan semasa sebarang tindak balas kimia di mana komposisi nukleus tidak berubah.
Perhimpunan kritikal
Hasil pembelahan tidak stabil dan mengambil masa yang lama untuk "pulih", memancarkan pelbagai sinaran (termasuk neutron). Neutron yang dipancarkan dalam masa yang ketara (sehingga berpuluh-puluh saat) selepas pembelahan dipanggil tertunda, dan walaupun bahagiannya adalah kecil berbanding dengan serta-merta (kurang daripada 1%), peranan yang mereka mainkan dalam operasi pemasangan nuklear adalah yang paling penting.
Hasil pembelahan, semasa banyak perlanggaran dengan atom sekeliling, menyerahkan tenaga mereka kepada mereka, meningkatkan suhu. Selepas neutron muncul dalam pemasangan yang mengandungi bahan fisil, kuasa pelepasan haba boleh meningkat atau berkurangan, dan parameter pemasangan di mana bilangan pembelahan per unit masa adalah malar dipanggil kritikal. Kekritisan pemasangan boleh dikekalkan dengan kedua-dua neutron yang besar dan sedikit (pada kuasa pelepasan haba yang lebih tinggi atau lebih rendah). Kuasa terma ditingkatkan sama ada dengan mengepam neutron tambahan ke dalam pemasangan kritikal dari luar, atau dengan menjadikan pemasangan superkritikal (kemudian neutron tambahan dibekalkan oleh generasi nukleus fisil yang semakin banyak). Sebagai contoh, jika perlu untuk meningkatkan kuasa terma reaktor, ia dibawa ke rejim di mana setiap generasi neutron segera adalah kurang sedikit daripada yang sebelumnya, tetapi terima kasih kepada neutron yang tertangguh, reaktor hampir tidak nyata masuk ke dalam keadaan kritikal. Kemudian ia tidak memecut, tetapi memperoleh kuasa secara perlahan - supaya peningkatannya dapat dihentikan pada saat yang tepat dengan memperkenalkan penyerap neutron (rod yang mengandungi kadmium atau boron).
Neutron yang dihasilkan semasa pembelahan sering terbang melepasi nukleus sekeliling tanpa menyebabkan pembelahan selanjutnya. Lebih dekat dengan permukaan bahan yang dihasilkan neutron, lebih besar peluangnya untuk melarikan diri daripada bahan boleh belah dan tidak akan kembali. Oleh itu, bentuk pemasangan yang menjimatkan bilangan neutron yang paling banyak ialah sfera: untuk jisim tertentu ia mempunyai luas permukaan minimum. Bola tak bulat (bersendirian) 94% U235 tanpa rongga di dalamnya menjadi kritikal dengan jisim 49 kg dan jejari 85 mm. Jika himpunan uranium yang sama ialah silinder dengan panjang yang sama dengan diameter, ia menjadi kritikal dengan jisim 52 kg. Luas permukaan juga berkurangan dengan peningkatan ketumpatan. Itulah sebabnya pemampatan letupan, tanpa mengubah jumlah bahan mudah pecah, boleh membawa pemasangan ke dalam keadaan kritikal. Proses inilah yang mendasari reka bentuk biasa cas nuklear.
Perhimpunan bola
Tetapi selalunya bukan uranium yang digunakan dalam senjata nuklear, tetapi plutonium-239. Ia dihasilkan dalam reaktor dengan menyinari uranium-238 dengan fluks neutron yang kuat. Plutonium berharga kira-kira enam kali lebih tinggi daripada U235, tetapi apabila pembelahan, nukleus Pu239 mengeluarkan purata 2.895 neutron - lebih daripada U235 (2.452). Di samping itu, kebarangkalian pembelahan plutonium adalah lebih tinggi. Semua ini membawa kepada fakta bahawa bola Pu239 bersendirian menjadi kritikal dengan jisim hampir tiga kali ganda kurang daripada bola uranium, dan yang paling penting, dengan jejari yang lebih kecil, yang memungkinkan untuk mengurangkan dimensi pemasangan kritikal.
Perhimpunan diperbuat daripada dua bahagian yang dipasang dengan teliti dalam bentuk lapisan sfera (dalam berongga); ia jelas subkritikal - walaupun untuk neutron haba dan walaupun selepas dikelilingi oleh penyederhana. Caj dipasang di sekeliling pemasangan blok letupan yang dipasang dengan sangat tepat. Untuk menyelamatkan neutron, adalah perlu untuk mengekalkan bentuk bola yang mulia semasa letupan - untuk ini, lapisan bahan letupan mesti diletupkan secara serentak di sepanjang permukaan luarnya, memampatkan pemasangan secara sama rata. Secara meluas dipercayai bahawa ini memerlukan banyak peledak elektrik. Tetapi ini hanya berlaku pada awal "pembinaan bom": untuk mencetuskan berpuluh-puluh letupan, banyak tenaga dan saiz sistem permulaan yang besar diperlukan. Caj moden menggunakan beberapa detonator yang dipilih dengan teknik khas, serupa dari segi ciri, dari mana bahan letupan yang sangat stabil (dari segi kelajuan letupan) dicetuskan dalam alur yang digiling dalam lapisan polikarbonat (bentuk yang pada permukaan sfera dikira menggunakan geometri Riemann kaedah). Peledakan pada kelajuan kira-kira 8 km/s akan bergerak di sepanjang alur pada jarak yang sama, pada masa yang sama ia akan mencapai lubang dan meletupkan cas utama - serentak di semua titik yang diperlukan.
Letupan di dalam
Letupan yang diarahkan ke dalam memampatkan pemasangan dengan tekanan lebih daripada sejuta atmosfera. Permukaan pemasangan berkurangan, rongga dalaman dalam plutonium hampir hilang, ketumpatan meningkat, dan sangat cepat - dalam sepuluh mikrosaat, pemasangan boleh mampat melepasi keadaan kritikal dengan neutron haba dan menjadi superkritikal dengan neutron pantas.
Selepas tempoh yang ditentukan oleh masa yang tidak penting bagi neutron yang perlahan perlahan, setiap generasi baru yang lebih banyak daripada mereka menambah tenaga sebanyak 202 MeV secara pembelahan kepada bahan pemasangan, yang sudah penuh dengan tekanan yang dahsyat. Pada skala fenomena yang berlaku, kekuatan walaupun keluli aloi terbaik adalah sangat kecil sehingga tidak pernah terfikir oleh sesiapa pun untuk mengambil kiranya semasa mengira dinamik letupan. Satu-satunya perkara yang menghalang pemasangan daripada terbang berasingan ialah inersia: untuk mengembangkan bola plutonium dengan hanya 1 cm dalam berpuluh-puluh nanosaat, adalah perlu untuk memberikan pecutan kepada bahan yang berpuluh trilion kali lebih besar daripada pecutan jatuh bebas, dan ini tidak mudah.
Pada akhirnya, perkara itu masih berselerak, pembelahan berhenti, tetapi prosesnya tidak berakhir di sana: tenaga diagihkan semula antara serpihan terion dari nukleus yang dipisahkan dan zarah lain yang dipancarkan semasa pembelahan. Tenaga mereka berada pada urutan puluhan dan bahkan ratusan MeV, tetapi hanya kuanta gamma dan neutron tenaga tinggi neutral elektrik yang mempunyai peluang untuk mengelakkan interaksi dengan jirim dan "melarikan diri." Zarah bercas cepat kehilangan tenaga dalam tindakan perlanggaran dan pengionan. Dalam kes ini, sinaran dipancarkan - walau bagaimanapun, ia bukan lagi sinaran nuklear yang keras, tetapi lebih lembut, dengan tenaga tiga urutan magnitud lebih rendah, tetapi masih lebih daripada mencukupi untuk mengetuk keluar elektron daripada atom - bukan sahaja dari kulit luar, tetapi daripada segala-galanya secara umum. Campuran nukleus kosong, elektron yang dilucutkan daripadanya dan sinaran dengan ketumpatan gram setiap sentimeter padu (cuba bayangkan sejauh mana anda boleh menyamak di bawah cahaya yang telah memperoleh ketumpatan aluminium!) - segala-galanya yang sebentar tadi adalah cas - datang ke dalam beberapa persamaan keseimbangan. Dalam bola api yang sangat muda, suhu mencecah puluhan juta darjah.
Bola api
Nampaknya walaupun sinaran lembut yang bergerak pada kelajuan cahaya harus meninggalkan perkara yang menjananya jauh di belakang, tetapi ini tidak begitu: dalam udara sejuk, julat kuantiti tenaga Kev adalah sentimeter, dan mereka tidak bergerak dalam garis lurus, tetapi mengubah arah pergerakan, memancarkan semula dengan setiap interaksi. Kuanta mengionkan udara dan merebak melaluinya, seperti jus ceri yang dituangkan ke dalam segelas air. Fenomena ini dipanggil resapan sinaran.
Bola api muda dengan letupan 100 kt beberapa puluh nanosaat selepas berakhirnya pecahan pembelahan mempunyai jejari 3 m dan suhu hampir 8 juta Kelvin. Tetapi selepas 30 mikrosaat jejarinya ialah 18 m, walaupun suhu jatuh di bawah sejuta darjah. Bola memakan ruang, dan udara terion di belakang hadapannya hampir tidak bergerak: sinaran tidak dapat memindahkan momentum yang ketara kepadanya semasa resapan. Tetapi ia mengepam tenaga yang besar ke dalam udara ini, memanaskannya, dan apabila tenaga sinaran kehabisan, bola mula berkembang disebabkan oleh pengembangan plasma panas, pecah dari dalam dengan apa yang digunakan untuk menjadi caj. Mengembang, seperti gelembung yang melambung, cangkerang plasma menjadi lebih nipis. Tidak seperti gelembung, sudah tentu, tiada apa yang mengembang: hampir tiada bahan yang tersisa di bahagian dalam, semuanya terbang dari pusat dengan inersia, tetapi 30 mikrosaat selepas letupan, kelajuan penerbangan ini lebih daripada 100 km/s, dan tekanan hidrodinamik dalam bahan - lebih daripada 150,000 atm! Cangkang tidak ditakdirkan untuk menjadi terlalu nipis; ia pecah, membentuk "lepuh".
Mekanisme pemindahan tenaga bola api ke persekitaran yang manakah bergantung pada kuasa letupan: jika ia besar, peranan utama dimainkan oleh penyebaran sinaran jika ia kecil, pengembangan gelembung plasma memainkan a peranan utama. Adalah jelas bahawa kes perantaraan adalah mungkin apabila kedua-dua mekanisme berkesan.
Proses ini menangkap lapisan udara baru; tiada lagi tenaga yang mencukupi untuk menanggalkan semua elektron daripada atom. Tenaga lapisan terion dan serpihan gelembung plasma telah habis; Tetapi apakah udara sebelum letupan bergerak, melepaskan diri dari bola, menyerap lebih banyak lapisan udara sejuk... Pembentukan gelombang kejutan bermula.
Gelombang kejutan dan cendawan atom
Apabila gelombang kejutan berpisah daripada bola api, ciri-ciri lapisan pemancar berubah dan kuasa sinaran di bahagian optik spektrum meningkat secara mendadak (yang dipanggil maksimum pertama). Seterusnya, proses pencahayaan dan perubahan dalam ketelusan udara sekeliling bersaing, yang membawa kepada realisasi maksimum kedua, kurang berkuasa, tetapi lebih lama - sehingga output tenaga cahaya lebih besar daripada maksimum pertama. .
Berhampiran letupan, segala-galanya di sekeliling menguap, semakin jauh ia cair, tetapi lebih jauh lagi, di mana aliran haba tidak lagi mencukupi untuk mencairkan pepejal, tanah, batu, rumah mengalir seperti cecair, di bawah tekanan gas yang dahsyat yang memusnahkan semua ikatan yang kuat , dipanaskan sehingga tidak tertanggung untuk keserian mata.
Akhirnya, gelombang kejutan pergi jauh dari titik letupan, di mana terdapat kekal longgar dan lemah, tetapi mengembang berkali-kali, awan wap terkondensasi yang bertukar menjadi habuk kecil dan sangat radioaktif daripada apa yang plasma cas, dan daripada apa adalah dekat pada waktu yang mengerikan ke tempat yang mana seseorang harus tinggal sejauh mungkin. Awan mula naik. Ia menyejuk, menukar warnanya, "memakai" penutup putih lembapan pekat, diikuti dengan habuk dari permukaan bumi, membentuk "kaki" yang biasa dipanggil "cendawan atom".
Permulaan neutron
Pembaca yang penuh perhatian boleh menganggarkan pelepasan tenaga semasa letupan dengan pensel di tangan mereka. Apabila masa pemasangan berada dalam keadaan superkritikal adalah mengikut tertib mikrosaat, umur neutron adalah mengikut tertib picosaat, dan faktor pendaraban adalah kurang daripada 2, kira-kira gigajoule tenaga dilepaskan, yang bersamaan dengan ... 250 kg TNT. Di manakah kilo dan megaton?
Hakikatnya ialah rantai pembelahan dalam pemasangan tidak bermula dengan satu neutron: pada mikrosaat yang diperlukan, mereka disuntik ke dalam pemasangan superkritikal oleh berjuta-juta. Dalam cas nuklear pertama, sumber isotop yang terletak di dalam rongga di dalam pemasangan plutonium digunakan untuk ini: polonium-210, pada saat pemampatan, digabungkan dengan berilium dan menyebabkan pelepasan neutron dengan zarah alfanya. Tetapi semua sumber isotop agak lemah (dalam produk pertama Amerika kurang daripada satu juta neutron dihasilkan setiap mikrosaat), dan polonium sangat mudah rosak - hanya dalam 138 hari ia mengurangkan separuh aktivitinya. Oleh itu, isotop telah digantikan dengan yang kurang berbahaya (yang tidak memancarkan apabila tidak dihidupkan), dan yang paling penting, oleh tiub neutron yang memancarkan lebih kuat (lihat bar sisi): dalam beberapa mikrosaat (tempoh nadi yang dibentuk oleh tiub) beratus juta neutron dilahirkan. Tetapi jika ia tidak berfungsi atau berfungsi pada masa yang salah, apa yang dipanggil bang atau "zilch" akan berlaku - letupan haba kuasa rendah.
Permulaan neutron bukan sahaja meningkatkan pelepasan tenaga letupan nuklear dengan banyak urutan magnitud, tetapi juga memungkinkan untuk mengawalnya! Adalah jelas bahawa, setelah menerima misi tempur, apabila menetapkan mana kuasa serangan nuklear mesti ditunjukkan, tiada siapa yang membongkar caj untuk melengkapkannya dengan pemasangan plutonium yang optimum untuk kuasa tertentu. Dalam peluru dengan setara TNT boleh tukar, cukup untuk menukar voltan bekalan ke tiub neutron. Sehubungan itu, hasil neutron dan pelepasan tenaga akan berubah (sudah tentu, apabila kuasa dikurangkan dengan cara ini, banyak plutonium yang mahal dibazirkan).
Tetapi mereka mula berfikir tentang keperluan untuk mengawal pelepasan tenaga lebih lama kemudian, dan pada tahun-tahun pasca perang pertama tidak ada perbincangan tentang mengurangkan kuasa. Lebih berkuasa, lebih berkuasa dan lebih berkuasa! Tetapi ternyata terdapat sekatan fizikal dan hidrodinamik nuklear pada dimensi sfera subkritikal yang dibenarkan. TNT bersamaan dengan letupan seratus kiloton adalah hampir kepada had fizikal untuk peluru fasa tunggal, di mana hanya pembelahan berlaku. Akibatnya, pembelahan telah ditinggalkan sebagai sumber tenaga utama, dan tumpuan diberikan kepada tindak balas kelas lain - gabungan.
Khayalan Nuklear
Ketumpatan plutonium pada saat letupan meningkat disebabkan oleh peralihan fasa
Plutonium logam wujud dalam enam fasa, ketumpatannya antara 14.7 hingga 19.8 g/cm3. Pada suhu di bawah 119 °C terdapat fasa alfa monoklinik (19.8 g/cm3), tetapi plutonium sedemikian sangat rapuh, dan dalam fasa delta berpusat muka kubik (15.9) ia adalah plastik dan diproses dengan baik (fasa inilah yang mereka cuba untuk mengekalkan menggunakan bahan tambahan mengaloi). Semasa pemampatan letupan, tiada peralihan fasa boleh berlaku - plutonium berada dalam keadaan separa cecair. Peralihan fasa berbahaya semasa pengeluaran: dengan bahagian yang besar, walaupun dengan sedikit perubahan dalam ketumpatan, keadaan kritikal boleh dicapai. Sudah tentu, tidak akan ada letupan - bahan kerja hanya akan menjadi panas, tetapi penyaduran nikel boleh dilepaskan (dan plutonium sangat toksik).
Sumber neutron
Bom nuklear pertama menggunakan sumber neutron berilium-polonium. Caj moden menggunakan tiub neutron yang lebih mudah Dalam tiub neutron vakum, voltan nadi 100 kV digunakan antara sasaran tepu tritium (katod) (1) dan pemasangan anod (2). Apabila voltan adalah maksimum, adalah perlu bahawa ion deuterium berada di antara anod dan katod, yang perlu dipercepatkan. Sumber ion digunakan untuk ini. Nadi penyalaan digunakan pada anodnya (3), dan nyahcas, melalui permukaan seramik tepu deuterium (4), membentuk ion deuterium. Setelah dipercepatkan, mereka mengebom sasaran tepu dengan tritium, akibatnya tenaga sebanyak 17.6 MeV dilepaskan dan neutron dan nukleus helium-4 terbentuk.
Dari segi komposisi zarah dan juga pengeluaran tenaga, tindak balas ini adalah sama dengan pelakuran - proses pelakuran nukleus cahaya. Pada tahun 1950-an, ramai yang percaya bahawa ini adalah gabungan, tetapi kemudiannya ternyata bahawa "gangguan" berlaku dalam tiub: sama ada proton atau neutron (yang membentuk ion deuterium, dipercepatkan oleh medan elektrik) "terperangkap" dalam nukleus sasaran (tritium) . Jika proton tersangkut, neutron akan terlepas dan menjadi bebas.
Neutron - perlahan dan cepat
Dalam bahan bukan fisil, "melantun" daripada nukleus, neutron memindahkan kepada mereka sebahagian daripada tenaga mereka, semakin besar nukleus lebih ringan (lebih dekat dengan mereka dalam jisim). Semakin banyak perlanggaran neutron mengambil bahagian, semakin perlahan, dan kemudian, akhirnya, mereka mencapai keseimbangan terma dengan jirim di sekeliling - mereka dipanaskan (ini mengambil masa milisaat). Kelajuan neutron terma ialah 2200 m/s (tenaga 0.025 eV). Neutron boleh melarikan diri daripada penyederhana dan ditangkap oleh nukleusnya, tetapi dengan kesederhanaan keupayaan mereka untuk memasuki tindak balas nuklear meningkat dengan ketara, jadi neutron yang tidak "hilang" lebih daripada mengimbangi penurunan bilangan.
Oleh itu, jika sebiji bola bahan fisil dikelilingi oleh penyederhana, banyak neutron akan meninggalkan penyederhana atau diserap di dalamnya, tetapi ada juga yang akan kembali ke bola (“mencerminkan”) dan, setelah kehilangan tenaga mereka, lebih berkemungkinan menyebabkan peristiwa pembelahan. Jika bola dikelilingi oleh lapisan berilium setebal 25 mm, maka 20 kg U235 boleh disimpan dan masih mencapai keadaan kritikal pemasangan. Tetapi penjimatan sedemikian datang dengan kos masa: setiap generasi neutron berikutnya mesti perlahan sebelum menyebabkan pembelahan. Kelewatan ini mengurangkan bilangan generasi neutron yang dilahirkan setiap unit masa, yang bermaksud bahawa pelepasan tenaga ditangguhkan. Lebih sedikit bahan boleh pecah dalam pemasangan, lebih banyak penyederhana diperlukan untuk membangunkan tindak balas berantai, dan pembelahan berlaku dengan neutron tenaga yang semakin rendah. Dalam kes mengehadkan, apabila kritikal dicapai hanya dengan neutron haba, contohnya dalam larutan garam uranium dalam penyederhana yang baik - air, jisim perhimpunan adalah beratus-ratus gram, tetapi penyelesaiannya hanya mendidih secara berkala. Gelembung wap yang dilepaskan mengurangkan ketumpatan purata bahan pembelahan, tindak balas berantai berhenti, dan apabila gelembung meninggalkan cecair, wabak pembelahan berulang (jika anda menyumbat kapal, wap akan pecah - tetapi ini akan menjadi haba letupan, tanpa semua tanda "nuklear" biasa).
Video: Letupan nuklear
Langgan dan baca penerbitan terbaik kami di Yandex.Zen. Lihat foto cantik dari seluruh dunia di halaman kami di Instagram
Jika anda mendapati ralat, sila pilih sekeping teks dan tekan Ctrl+Enter.
Penjanaan kuasa nuklear adalah kaedah moden dan pesat membangun untuk menghasilkan tenaga elektrik. Adakah anda tahu bagaimana loji kuasa nuklear berfungsi? Apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear? Apakah jenis reaktor nuklear yang wujud hari ini? Kami akan cuba mempertimbangkan secara terperinci skim operasi loji kuasa nuklear, menyelidiki struktur reaktor nuklear dan mengetahui sejauh mana selamat kaedah nuklear untuk menjana elektrik.
Mana-mana stesen adalah kawasan tertutup yang jauh dari kawasan perumahan. Terdapat beberapa bangunan di wilayahnya. Struktur yang paling penting ialah bangunan reaktor, di sebelahnya adalah bilik turbin dari mana reaktor dikawal, dan bangunan keselamatan.
Skim ini adalah mustahil tanpa reaktor nuklear. Reaktor atom (nuklear) ialah peranti loji kuasa nuklear yang direka untuk mengatur tindak balas berantai pembelahan neutron dengan pembebasan tenaga yang wajib semasa proses ini. Tetapi apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear?
Keseluruhan pemasangan reaktor ditempatkan di bangunan reaktor, sebuah menara konkrit besar yang menyembunyikan reaktor dan akan mengandungi semua produk tindak balas nuklear sekiranya berlaku kemalangan. Menara besar ini dipanggil pembendungan, cengkerang hermetik atau zon pembendungan.
Zon hermetik dalam reaktor baru mempunyai 2 dinding konkrit tebal - cengkerang.
Kulit luar setebal 80 cm melindungi zon pembendungan daripada pengaruh luar.
Cangkang dalam, setebal 1 meter 20 cm, mempunyai kabel keluli khas yang meningkatkan kekuatan konkrit hampir tiga kali ganda dan akan menghalang struktur daripada runtuh. Di bahagian dalam, ia dilapisi dengan kepingan nipis keluli khas, yang direka untuk berfungsi sebagai perlindungan tambahan untuk pembendungan dan, sekiranya berlaku kemalangan, bukan untuk melepaskan kandungan reaktor di luar zon pembendungan.
Reka bentuk loji tenaga nuklear ini membolehkannya menahan nahas kapal terbang seberat 200 tan, gempa bumi 8 magnitud, puting beliung dan tsunami.
Cangkerang tertutup pertama dibina di loji kuasa nuklear Amerika Connecticut Yankee pada tahun 1968.
Jumlah ketinggian zon pembendungan ialah 50-60 meter.
Apakah reaktor nuklear terdiri daripada?
Untuk memahami prinsip operasi reaktor nuklear, dan oleh itu prinsip operasi loji kuasa nuklear, anda perlu memahami komponen reaktor. 
- Zon aktif. Ini adalah kawasan di mana bahan api nuklear (penjana bahan api) dan moderator diletakkan. Atom bahan api (paling kerap uranium adalah bahan api) mengalami tindak balas pembelahan berantai. Moderator direka untuk mengawal proses pembelahan dan membenarkan tindak balas yang diperlukan dari segi kelajuan dan kekuatan.
- Pemantul neutron. Reflektor mengelilingi teras. Ia terdiri daripada bahan yang sama seperti moderator. Pada dasarnya, ini adalah kotak, tujuan utamanya adalah untuk menghalang neutron daripada meninggalkan teras dan memasuki alam sekitar.
- Bahan penyejuk. Bahan penyejuk mesti menyerap haba yang dibebaskan semasa pembelahan atom bahan api dan memindahkannya ke bahan lain. Bahan penyejuk sebahagian besarnya menentukan cara loji kuasa nuklear direka bentuk. Penyejuk yang paling popular hari ini ialah air.
Sistem kawalan reaktor. Penderia dan mekanisme yang menggerakkan reaktor loji kuasa nuklear.
Bahan api untuk loji tenaga nuklear
Apakah loji kuasa nuklear beroperasi? Bahan api untuk loji tenaga nuklear adalah unsur kimia dengan sifat radioaktif. Di semua loji tenaga nuklear, unsur ini adalah uranium.
Reka bentuk stesen membayangkan bahawa loji kuasa nuklear beroperasi pada bahan api komposit yang kompleks, dan bukan pada unsur kimia tulen. Dan untuk mengekstrak bahan api uranium daripada uranium semula jadi, yang dimuatkan ke dalam reaktor nuklear, adalah perlu untuk menjalankan banyak manipulasi.
uranium diperkaya
Uranium terdiri daripada dua isotop, iaitu, ia mengandungi nukleus dengan jisim yang berbeza. Mereka dinamakan mengikut bilangan proton dan neutron isotop -235 dan isotop-238. Penyelidik abad ke-20 mula mengekstrak uranium 235 daripada bijih, kerana... ia lebih mudah terurai dan berubah. Ternyata uranium seperti itu hanya 0.7% (peratusan selebihnya pergi ke isotop ke-238). 
Apa yang perlu dilakukan dalam kes ini? Mereka memutuskan untuk memperkayakan uranium. Pengayaan uranium ialah proses di mana banyak isotop 235x yang diperlukan kekal di dalamnya dan beberapa isotop 238x yang tidak diperlukan. Tugas pengaya uranium adalah mengubah 0.7% menjadi hampir 100% uranium-235.
Uranium boleh diperkaya menggunakan dua teknologi: resapan gas atau emparan gas. Untuk menggunakannya, uranium yang diekstrak daripada bijih ditukar kepada keadaan gas. Ia diperkaya dalam bentuk gas.
Serbuk uranium
Gas uranium yang diperkaya ditukar kepada keadaan pepejal - uranium dioksida. Uranium pepejal tulen 235 ini kelihatan sebagai kristal putih besar, yang kemudiannya dihancurkan menjadi serbuk uranium.
Tablet uranium
Tablet uranium ialah cakera logam pepejal, sepanjang beberapa sentimeter. Untuk membentuk tablet sedemikian daripada serbuk uranium, ia dicampur dengan bahan - pemplastik; ia meningkatkan kualiti menekan tablet.
Kepingan yang ditekan dibakar pada suhu 1200 darjah Celcius selama lebih daripada sehari untuk memberikan tablet kekuatan istimewa dan ketahanan terhadap suhu tinggi. Cara loji kuasa nuklear beroperasi secara langsung bergantung pada sejauh mana bahan api uranium dimampatkan dan dibakar. 
Tablet dibakar dalam kotak molibdenum, kerana hanya logam ini mampu tidak cair pada suhu "neraka" melebihi satu setengah ribu darjah. Selepas ini, bahan api uranium untuk loji tenaga nuklear dianggap sedia.
Apakah TVEL dan FA?
Teras reaktor kelihatan seperti cakera besar atau paip dengan lubang di dinding (bergantung kepada jenis reaktor), 5 kali lebih besar daripada badan manusia. Lubang-lubang ini mengandungi bahan api uranium, atom-atomnya menjalankan tindak balas yang dikehendaki.
Tidak mustahil untuk hanya membuang bahan api ke dalam reaktor, melainkan anda mahu seluruh stesen meletup dan kemalangan dengan akibat untuk beberapa negeri berdekatan. Oleh itu, bahan api uranium diletakkan dalam rod bahan api dan kemudian dikumpulkan dalam pemasangan bahan api. Apakah maksud singkatan ini?
- TVEL ialah elemen bahan api (jangan dikelirukan dengan nama yang sama dengan syarikat Rusia yang mengeluarkannya). Ia pada asasnya adalah tiub zirkonium nipis dan panjang yang diperbuat daripada aloi zirkonium di mana tablet uranium diletakkan. Ia adalah dalam rod bahan api bahawa atom uranium mula berinteraksi antara satu sama lain, membebaskan haba semasa tindak balas.
Zirkonium dipilih sebagai bahan untuk penghasilan rod bahan api kerana sifat refraktori dan anti-karatnya.
Jenis rod bahan api bergantung kepada jenis dan struktur reaktor. Sebagai peraturan, struktur dan tujuan rod bahan api tidak berubah; panjang dan lebar tiub boleh berbeza. 
Mesin memuatkan lebih daripada 200 pelet uranium ke dalam satu tiub zirkonium. Secara keseluruhan, kira-kira 10 juta pelet uranium berfungsi serentak di dalam reaktor.
FA – pemasangan bahan api. Pekerja NPP memanggil himpunan bahan api bundle.
Pada asasnya, ini adalah beberapa batang bahan api yang diikat bersama. FA adalah bahan api nuklear yang telah siap, yang mana loji kuasa nuklear beroperasi. Ia adalah pemasangan bahan api yang dimuatkan ke dalam reaktor nuklear. Kira-kira 150 – 400 pemasangan bahan api diletakkan dalam satu reaktor.
Bergantung pada reaktor di mana pemasangan bahan api akan beroperasi, ia datang dalam bentuk yang berbeza. Kadang-kadang berkas dilipat menjadi kubik, kadang-kadang menjadi silinder, kadang-kadang menjadi bentuk heksagon.
Satu pemasangan bahan api selama 4 tahun beroperasi menghasilkan jumlah tenaga yang sama seperti apabila membakar 670 kereta arang batu, 730 tangki dengan gas asli atau 900 tangki sarat dengan minyak.
Hari ini, pemasangan bahan api dihasilkan terutamanya di kilang di Rusia, Perancis, Amerika Syarikat dan Jepun.
Untuk menghantar bahan api untuk loji kuasa nuklear ke negara lain, pemasangan bahan api dimeterai dalam paip logam yang panjang dan lebar, udara dipam keluar dari paip dan dihantar oleh mesin khas di atas kapal terbang kargo.
Bahan api nuklear untuk loji tenaga nuklear sangat berat, kerana... uranium adalah salah satu logam terberat di planet ini. Graviti tentu adalah 2.5 kali lebih besar daripada keluli.
Loji kuasa nuklear: prinsip operasi
Apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear? Prinsip operasi loji kuasa nuklear adalah berdasarkan tindak balas rantai pembelahan atom bahan radioaktif - uranium. Tindak balas ini berlaku dalam teras reaktor nuklear.
PENTING UNTUK TAHU:
Tanpa masuk ke selok-belok fizik nuklear, prinsip operasi loji kuasa nuklear kelihatan seperti ini:
Selepas permulaan reaktor nuklear, rod penyerap dikeluarkan daripada rod bahan api, yang menghalang uranium daripada bertindak balas.
Sebaik sahaja rod dikeluarkan, neutron uranium mula berinteraksi antara satu sama lain.
Apabila neutron berlanggar, letupan mini berlaku pada tahap atom, tenaga dibebaskan dan neutron baru dilahirkan, tindak balas berantai mula berlaku. Proses ini menghasilkan haba.
Haba dipindahkan ke penyejuk. Bergantung pada jenis penyejuk, ia bertukar menjadi wap atau gas, yang memutarkan turbin.
Turbin memacu penjana elektrik. Dialah yang sebenarnya menjana arus elektrik.
Jika anda tidak memantau prosesnya, neutron uranium boleh berlanggar antara satu sama lain sehingga ia meletupkan reaktor dan menghancurkan seluruh loji tenaga nuklear sehingga berkecai. Proses ini dikawal oleh penderia komputer. Mereka mengesan peningkatan suhu atau perubahan tekanan dalam reaktor dan secara automatik boleh menghentikan tindak balas.
Bagaimanakah prinsip operasi loji kuasa nuklear berbeza daripada loji janakuasa haba (loji kuasa terma)?
Terdapat perbezaan dalam kerja hanya pada peringkat pertama. Dalam loji kuasa nuklear, penyejuk menerima haba daripada pembelahan atom bahan api uranium; dalam loji kuasa haba, penyejuk menerima haba daripada pembakaran bahan api organik (arang batu, gas atau minyak). Selepas sama ada atom uranium atau gas dan arang batu telah membebaskan haba, skim operasi loji kuasa nuklear dan loji kuasa haba adalah sama.
Jenis-jenis reaktor nuklear
Cara loji kuasa nuklear beroperasi bergantung pada cara tepat reaktor nuklearnya beroperasi. Hari ini terdapat dua jenis utama reaktor, yang dikelaskan mengikut spektrum neuron:
Reaktor neutron perlahan, juga dipanggil reaktor haba.
Untuk operasinya, uranium 235 digunakan, yang melalui peringkat pengayaan, penciptaan pelet uranium, dll. Hari ini, sebahagian besar reaktor menggunakan neutron perlahan.
Reaktor neutron pantas.
Reaktor ini adalah masa depan, kerana... Mereka bekerja pada uranium-238, yang merupakan sedozen dalam alam semula jadi dan tidak perlu untuk memperkayakan unsur ini. Satu-satunya kelemahan reaktor sedemikian ialah kos reka bentuk, pembinaan dan permulaan yang sangat tinggi. Hari ini, reaktor neutron pantas beroperasi hanya di Rusia.
Bahan penyejuk dalam reaktor neutron cepat ialah merkuri, gas, natrium atau plumbum. 
Reaktor neutron perlahan, yang digunakan oleh semua loji kuasa nuklear di dunia hari ini, juga terdapat dalam beberapa jenis.
Organisasi IAEA (International Atomic Energy Agency) telah mencipta klasifikasinya sendiri, yang paling kerap digunakan dalam industri tenaga nuklear global. Memandangkan prinsip operasi loji kuasa nuklear sebahagian besarnya bergantung pada pilihan penyejuk dan penyederhana, IAEA mengasaskan klasifikasinya pada perbezaan ini.
Dari sudut pandangan kimia, deuterium oksida adalah penyederhana dan penyejuk yang ideal, kerana atomnya berinteraksi paling berkesan dengan neutron uranium berbanding dengan bahan lain. Ringkasnya, air berat melaksanakan tugasnya dengan kerugian yang minimum dan hasil yang maksimum. Walau bagaimanapun, pengeluarannya memerlukan wang, manakala "cahaya" biasa dan air biasa lebih mudah digunakan.
Beberapa fakta tentang reaktor nuklear...
Sungguh menarik bahawa satu reaktor loji tenaga nuklear mengambil masa sekurang-kurangnya 3 tahun untuk dibina!
Untuk membina reaktor, anda memerlukan peralatan yang beroperasi pada arus elektrik 210 kiloampere, iaitu sejuta kali lebih tinggi daripada arus yang boleh membunuh seseorang.
Satu cengkerang (elemen struktur) reaktor nuklear mempunyai berat 150 tan. Terdapat 6 elemen sedemikian dalam satu reaktor.
Reaktor air bertekanan
Kami telah mengetahui cara loji kuasa nuklear berfungsi secara umum; untuk meletakkan segala-galanya dalam perspektif, mari kita lihat bagaimana reaktor nuklear air bertekanan yang paling popular berfungsi.
Hari ini, reaktor air bertekanan generasi 3+ digunakan di seluruh dunia. Mereka dianggap paling dipercayai dan selamat.
Semua reaktor air bertekanan di dunia, sepanjang tahun operasinya, telah mengumpul lebih daripada 1000 tahun operasi tanpa masalah dan tidak pernah memberikan penyelewengan yang serius. 
Struktur loji kuasa nuklear menggunakan reaktor air bertekanan membayangkan bahawa air suling yang dipanaskan hingga 320 darjah beredar di antara rod bahan api. Untuk mengelakkannya daripada memasuki keadaan wap, ia disimpan di bawah tekanan 160 atmosfera. Gambar rajah loji kuasa nuklear memanggilnya air litar primer.
Air yang dipanaskan memasuki penjana stim dan memberikan habanya kepada air litar sekunder, selepas itu ia "kembali" ke reaktor semula. Secara luaran, ia kelihatan seperti tiub air litar pertama bersentuhan dengan tiub lain - air litar kedua, mereka memindahkan haba antara satu sama lain, tetapi air tidak bersentuhan. Tiub bersentuhan.
Oleh itu, kemungkinan sinaran memasuki air litar sekunder, yang akan terus mengambil bahagian dalam proses penjanaan elektrik, dikecualikan.
keselamatan operasi NPP
Setelah mempelajari prinsip operasi loji tenaga nuklear, kita mesti memahami cara keselamatan berfungsi. Reka bentuk loji kuasa nuklear hari ini memerlukan perhatian yang lebih tinggi terhadap peraturan keselamatan.
Kos keselamatan NPP menyumbang kira-kira 40% daripada jumlah kos loji itu sendiri. 
Reka bentuk loji tenaga nuklear termasuk 4 halangan fizikal yang menghalang pembebasan bahan radioaktif. Apakah halangan ini sepatutnya lakukan? Pada masa yang tepat, dapat menghentikan tindak balas nuklear, memastikan penyingkiran haba berterusan dari teras dan reaktor itu sendiri, dan menghalang pembebasan radionuklid di luar pembendungan (zon hermetik).
- Penghalang pertama ialah kekuatan pelet uranium. Adalah penting bahawa mereka tidak dimusnahkan oleh suhu tinggi dalam reaktor nuklear. Kebanyakan cara loji kuasa nuklear beroperasi bergantung pada cara pelet uranium "dibakar" semasa peringkat pembuatan awal. Jika pelet bahan api uranium tidak dibakar dengan betul, tindak balas atom uranium dalam reaktor akan menjadi tidak dapat diramalkan.
- Halangan kedua ialah ketat rod bahan api. Tiub zirkonium mesti dimeteraikan dengan ketat; jika meterai dipecahkan, maka paling baik reaktor akan rosak dan kerja akan berhenti paling teruk, semuanya akan terbang ke udara.
- Penghalang ketiga ialah kapal reaktor keluli tahan lasak a, (menara besar yang sama - zon hermetik) yang "menahan" semua proses radioaktif. Jika perumahan rosak, sinaran akan terlepas ke atmosfera.
- Penghalang keempat ialah rod perlindungan kecemasan. Rod dengan moderator digantung di atas teras oleh magnet, yang boleh menyerap semua neutron dalam 2 saat dan menghentikan tindak balas berantai.
Jika, walaupun reka bentuk loji kuasa nuklear dengan banyak darjah perlindungan, tidak mungkin untuk menyejukkan teras reaktor pada masa yang tepat, dan suhu bahan api meningkat kepada 2600 darjah, maka harapan terakhir sistem keselamatan akan dimainkan - perangkap cair yang dipanggil.
Hakikatnya ialah pada suhu ini bahagian bawah kapal reaktor akan cair, dan semua sisa bahan api nuklear dan struktur cair akan mengalir ke dalam "kaca" khas yang digantung di atas teras reaktor.
Perangkap cair disejukkan dan tahan api. Ia dipenuhi dengan apa yang dipanggil "bahan korban", yang secara beransur-ansur menghentikan tindak balas rantai pembelahan.
Oleh itu, reka bentuk loji kuasa nuklear membayangkan beberapa darjah perlindungan, yang hampir menghapuskan sebarang kemungkinan kemalangan.
Sejarah penciptaan bom atom, dan khususnya senjata, bermula pada tahun 1939, dengan penemuan yang dibuat oleh Joliot Curie. Dari saat inilah para saintis menyedari bahawa tindak balas rantai uranium boleh menjadi bukan sahaja sumber tenaga yang sangat besar, tetapi juga senjata yang dahsyat. Oleh itu, reka bentuk bom atom adalah berdasarkan penggunaan tenaga nuklear, yang dikeluarkan semasa tindak balas rantai nuklear.
Yang terakhir ini membayangkan proses pembelahan nukleus berat atau gabungan nukleus ringan. Akibatnya, bom atom adalah senjata pemusnah besar-besaran, kerana fakta bahawa dalam tempoh masa yang singkat sejumlah besar tenaga intranuklear dilepaskan dalam ruang kecil. Apabila memasuki proses ini, adalah kebiasaan untuk menyerlahkan dua tempat utama.
Pertama, ini adalah pusat letupan nuklear, di mana proses ini berlaku secara langsung. Dan, kedua, ini adalah pusat gempa, yang secara semula jadi mewakili unjuran proses itu sendiri ke permukaan (bumi atau air). Juga, letupan nuklear melepaskan sejumlah tenaga sehingga apabila ia diunjurkan ke bumi, gegaran seismik muncul. Dan julat penyebaran getaran sedemikian adalah sangat besar, walaupun ia menyebabkan kerosakan yang ketara kepada alam sekitar hanya pada jarak hanya beberapa ratus meter.
Selanjutnya, perlu diperhatikan bahawa letupan nuklear disertai dengan pembebasan sejumlah besar haba dan cahaya, yang menghasilkan kilat terang. Lebih-lebih lagi, kuasanya melebihi berkali-kali ganda kuasa sinaran matahari. Oleh itu, kerosakan daripada cahaya dan haba boleh berlaku pada jarak bahkan beberapa kilometer.
Tetapi satu jenis kerosakan yang sangat berbahaya daripada bom atom ialah sinaran yang dihasilkan semasa letupan nuklear. Tempoh pendedahan kepada fenomena ini adalah pendek, dengan purata 60 saat, tetapi keupayaan penembusan gelombang ini sangat mengagumkan.
Bagi reka bentuk bom atom, ia termasuk beberapa komponen yang berbeza. Sebagai peraturan, terdapat dua elemen utama senjata jenis ini: badan dan sistem automasi.
Perumahan mengandungi caj nuklear dan automasi, dan inilah yang melaksanakan fungsi perlindungan berhubung dengan pelbagai jenis pengaruh (mekanikal, haba, dan sebagainya). Dan peranan sistem automasi adalah untuk memastikan bahawa letupan berlaku pada masa yang jelas, dan bukan lebih awal atau kemudian. Sistem automasi terdiri daripada sistem seperti: letupan kecemasan; perlindungan dan cocking; bekalan kuasa; Penderia letupan dan pengecasan letupan.
Tetapi bom atom dihantar menggunakan peluru berpandu balistik, pelayaran dan anti-pesawat. Itu. senjata nuklear boleh menjadi unsur bom udara, torpedo, periuk api darat, dan sebagainya.
Malah sistem letupan untuk bom atom boleh berbeza. Salah satu sistem yang paling mudah ialah sistem suntikan, apabila dorongan untuk letupan nuklear adalah apabila peluru mengenai sasaran, diikuti dengan pembentukan jisim superkritikal. Ia adalah jenis bom atom yang pertama kali diletupkan di atas Hiroshima pada tahun 1945, mengandungi uranium. Sebaliknya, bom yang dijatuhkan di Nagasaki pada tahun yang sama adalah plutonium.
Selepas demonstrasi yang jelas tentang kuasa dan kekuatan senjata atom, mereka serta-merta jatuh ke dalam kategori cara pemusnahan besar-besaran yang paling berbahaya. Bercakap mengenai jenis senjata atom, perlu disebutkan bahawa ia ditentukan oleh saiz kaliber. Jadi, pada masa ini terdapat tiga kaliber utama untuk senjata ini: kecil, besar dan sederhana. Kuasa letupan paling kerap dicirikan oleh setara TNT. Sebagai contoh, senjata atom berkaliber kecil membayangkan kuasa cas bersamaan dengan beberapa ribu tan TNT. Dan senjata atom yang lebih berkuasa, lebih tepatnya berkaliber sederhana, sudah berjumlah puluhan ribu tan TNT, dan, akhirnya, yang terakhir sudah diukur dalam jutaan. Tetapi pada masa yang sama, seseorang tidak boleh mengelirukan konsep senjata atom dan hidrogen, yang secara umum dipanggil senjata nuklear. Perbezaan utama antara senjata atom dan senjata hidrogen ialah tindak balas pembelahan nukleus beberapa unsur berat, seperti plutonium dan uranium. Dan senjata hidrogen melibatkan proses mensintesis nukleus atom satu unsur kepada unsur lain, i.e. helium daripada hidrogen.
Ujian bom atom pertama
Ujian pertama senjata atom telah dijalankan oleh tentera Amerika pada 16 Julai 1945 di sebuah tempat bernama Almogordo, menunjukkan kuasa penuh tenaga atom. Selepas itu, bom atom yang tersedia untuk tentera AS telah dimuatkan ke dalam kapal perang dan dihantar ke pantai Jepun. Keengganan kerajaan Jepun untuk terlibat dalam dialog damai memungkinkan untuk menunjukkan dalam tindakan kuasa penuh senjata atom, yang menjadi mangsa pertama adalah bandar Hiroshima, dan sedikit kemudian Nagasaki. Oleh itu, pada 6 Ogos 1945, untuk pertama kalinya, senjata atom digunakan pada orang awam, akibatnya bandar itu hampir dihapuskan oleh gelombang kejutan. Lebih separuh daripada penduduk kota itu mati pada hari-hari pertama serangan atom, dan secara keseluruhan terdapat kira-kira dua ratus empat puluh ribu orang. Dan hanya empat hari kemudian, dua pesawat dengan kargo berbahaya di dalamnya meninggalkan pangkalan tentera AS sekaligus, yang sasarannya adalah Kokura dan Nagasaki. Dan jika Kokura, yang diselubungi asap yang tidak dapat ditembusi, adalah sasaran yang sukar, maka di Nagasaki sasaran itu telah dipukul. Akhirnya, bom atom di Nagasaki pada hari-hari pertama membunuh 73 ribu orang akibat kecederaan dan radiasi, senarai tiga puluh lima ribu orang telah ditambahkan kepada mangsa-mangsa ini. Lebih-lebih lagi, kematian mangsa terakhir agak menyakitkan, kerana kesan radiasi adalah sangat merosakkan.
Faktor pemusnahan senjata atom
Oleh itu, senjata atom mempunyai beberapa jenis pemusnahan; cahaya, radioaktif, gelombang kejutan, sinaran menembusi dan nadi elektromagnet. Apabila sinaran cahaya dijana selepas letupan senjata nuklear, yang kemudiannya bertukar menjadi haba yang merosakkan. Seterusnya datang giliran pencemaran radioaktif, yang berbahaya hanya untuk beberapa jam pertama selepas letupan. Gelombang kejutan dianggap sebagai peringkat paling berbahaya letupan nuklear, kerana ia menyebabkan kerosakan besar kepada pelbagai bangunan, peralatan dan orang dalam beberapa saat. Tetapi sinaran menembusi sangat berbahaya untuk tubuh manusia, dan sering menyebabkan penyakit radiasi. Nadi elektromagnet mengenai peralatan. Jika digabungkan, semua ini menjadikan senjata atom sangat berbahaya.
Korea Utara mengancam AS dengan menguji bom hidrogen yang sangat berkuasa di Lautan Pasifik. Jepun, yang mungkin menderita akibat ujian itu, menyifatkan rancangan Korea Utara tidak boleh diterima sama sekali. Presiden Donald Trump dan Kim Jong-un berhujah dalam temu bual dan bercakap tentang konflik ketenteraan terbuka. Bagi mereka yang tidak memahami senjata nuklear, tetapi ingin mengetahui, The Futurist telah menyusun panduan.
Bagaimanakah senjata nuklear berfungsi?
Seperti sebatang dinamit biasa, bom nuklear menggunakan tenaga. Hanya ia dikeluarkan bukan semasa tindak balas kimia primitif, tetapi dalam proses nuklear yang kompleks. Terdapat dua cara utama untuk mengekstrak tenaga nuklear daripada atom. DALAM pembelahan nuklear nukleus atom mereput kepada dua serpihan yang lebih kecil dengan neutron. Percantuman nuklear – proses di mana Matahari menghasilkan tenaga – melibatkan penyambungan dua atom yang lebih kecil untuk membentuk yang lebih besar. Dalam sebarang proses, pembelahan atau pelakuran, sejumlah besar tenaga haba dan sinaran dibebaskan. Bergantung kepada sama ada pembelahan nuklear atau gabungan digunakan, bom dibahagikan kepada nuklear (atom) Dan termonuklear .
Bolehkah anda memberitahu saya lebih lanjut mengenai pembelahan nuklear?
Letupan bom atom ke atas Hiroshima (1945)
Seperti yang anda ingat, atom terdiri daripada tiga jenis zarah subatom: proton, neutron dan elektron. Pusat atom, dipanggil teras , terdiri daripada proton dan neutron. Proton bercas positif, elektron bercas negatif, dan neutron tidak mempunyai cas sama sekali. Nisbah proton-elektron sentiasa satu kepada satu, jadi atom secara keseluruhan mempunyai cas neutral. Sebagai contoh, atom karbon mempunyai enam proton dan enam elektron. Zarah disatukan oleh daya asas - kuasa nuklear yang kuat .
Sifat atom boleh berubah dengan ketara bergantung kepada berapa banyak zarah yang berbeza yang terkandung di dalamnya. Jika anda menukar bilangan proton, anda akan mempunyai unsur kimia yang berbeza. Jika anda menukar bilangan neutron, anda mendapat isotop elemen yang sama yang anda ada di tangan anda. Sebagai contoh, karbon mempunyai tiga isotop: 1) karbon-12 (enam proton + enam neutron), yang merupakan bentuk unsur yang stabil dan biasa, 2) karbon-13 (enam proton + tujuh neutron), yang stabil tetapi jarang berlaku. , dan 3) karbon -14 (enam proton + lapan neutron), yang jarang dan tidak stabil (atau radioaktif).
Kebanyakan nukleus atom adalah stabil, tetapi ada yang tidak stabil (radioaktif). Nukleus ini secara spontan mengeluarkan zarah yang dipanggil oleh saintis sebagai radiasi. Proses ini dipanggil pereputan radioaktif . Terdapat tiga jenis pereputan:
Pereputan alfa : Nukleus mengeluarkan zarah alfa - dua proton dan dua neutron terikat bersama. Pereputan beta : Neutron bertukar menjadi proton, elektron dan antineutrino. Elektron yang dikeluarkan adalah zarah beta. pembelahan spontan: nukleus hancur kepada beberapa bahagian dan mengeluarkan neutron, dan juga memancarkan nadi tenaga elektromagnet - sinar gamma. Ia adalah jenis pereputan terakhir yang digunakan dalam bom nuklear. Neutron bebas yang dipancarkan akibat pembelahan bermula tindakbalas berantai , yang membebaskan sejumlah besar tenaga.
Bom nuklear diperbuat daripada apa?
Mereka boleh dibuat daripada uranium-235 dan plutonium-239. Uranium berlaku di alam semula jadi sebagai campuran tiga isotop: 238 U (99.2745% uranium semula jadi), 235 U (0.72%) dan 234 U (0.0055%). 238 U yang paling biasa tidak menyokong tindak balas berantai: hanya 235 U yang mampu melakukan ini Untuk mencapai kuasa letupan maksimum, kandungan 235 U dalam "pengisian" bom adalah sekurang-kurangnya 80%. Oleh itu, uranium dihasilkan secara buatan memperkayakan . Untuk melakukan ini, campuran isotop uranium dibahagikan kepada dua bahagian supaya satu daripadanya mengandungi lebih daripada 235 U.
Biasanya, pemisahan isotop meninggalkan banyak uranium yang habis yang tidak dapat menjalani tindak balas berantai-tetapi ada cara untuk membuatnya berbuat demikian. Hakikatnya ialah plutonium-239 tidak berlaku di alam semula jadi. Tetapi ia boleh diperolehi dengan mengebom 238 U dengan neutron.
Bagaimanakah kuasa mereka diukur?
Kuasa cas nuklear dan termonuklear diukur dalam setara TNT - jumlah trinitrotoluene yang mesti diletupkan untuk mendapatkan hasil yang serupa. Ia diukur dalam kiloton (kt) dan megaton (Mt). Hasil senjata nuklear ultra-kecil adalah kurang daripada 1 kt, manakala bom yang sangat berkuasa menghasilkan lebih daripada 1 mt.
Kuasa "Tsar Bomb" Soviet adalah, menurut pelbagai sumber, dari 57 hingga 58.6 megaton dalam setara TNT; kuasa bom termonuklear, yang diuji oleh DPRK pada awal September, adalah kira-kira 100 kiloton.
Siapa yang mencipta senjata nuklear?
Ahli fizik Amerika Robert Oppenheimer dan Jeneral Leslie Groves
Pada tahun 1930-an, ahli fizik Itali Enrico Fermi menunjukkan bahawa unsur yang dibombardir oleh neutron boleh diubah menjadi unsur baru. Hasil kerja ini adalah penemuan neutron perlahan , serta penemuan unsur baharu yang tidak diwakili pada jadual berkala. Tidak lama selepas penemuan Fermi, saintis Jerman Otto Hahn Dan Fritz Strassmann uranium dibombardir dengan neutron, mengakibatkan pembentukan isotop radioaktif barium. Mereka membuat kesimpulan bahawa neutron berkelajuan rendah menyebabkan nukleus uranium pecah kepada dua bahagian yang lebih kecil.
Kerja ini menggembirakan minda seluruh dunia. Di Universiti Princeton Niels Bohr bekerja dengan John Wheeler untuk membangunkan model hipotesis proses pembelahan. Mereka mencadangkan bahawa uranium-235 mengalami pembelahan. Pada masa yang sama, saintis lain mendapati bahawa proses pembelahan menghasilkan lebih banyak neutron. Ini mendorong Bohr dan Wheeler untuk bertanya soalan penting: bolehkah neutron bebas yang dicipta oleh pembelahan memulakan tindak balas berantai yang akan membebaskan sejumlah besar tenaga? Jika ini berlaku, maka adalah mungkin untuk mencipta senjata dengan kuasa yang tidak dapat dibayangkan. Andaian mereka disahkan oleh ahli fizik Perancis Frederic Joliot-Curie . Kesimpulannya menjadi pendorong kepada perkembangan dalam penciptaan senjata nuklear.
Ahli fizik dari Jerman, England, Amerika Syarikat, dan Jepun bekerja pada penciptaan senjata atom. Sebelum bermulanya Perang Dunia Kedua Albert Einstein menulis kepada Presiden AS Franklin Roosevelt bahawa Nazi Jerman merancang untuk membersihkan uranium-235 dan mencipta bom atom. Kini ternyata bahawa Jerman jauh dari melakukan tindak balas berantai: mereka sedang mengusahakan bom yang "kotor", sangat radioaktif. Walau apa pun, kerajaan AS telah melakukan segala usaha untuk mencipta bom atom secepat mungkin. Projek Manhattan telah dilancarkan, diketuai oleh seorang ahli fizik Amerika Robert Oppenheimer dan umum Leslie Groves . Ia dihadiri oleh saintis terkemuka yang berhijrah dari Eropah. Menjelang musim panas tahun 1945, senjata atom dicipta berdasarkan dua jenis bahan fisil - uranium-235 dan plutonium-239. Satu bom, plutonium "Thing," telah diletupkan semasa ujian, dan dua lagi, uranium "Bayi" dan plutonium "Fat Man," dijatuhkan di bandar Hiroshima dan Nagasaki Jepun.
Bagaimanakah bom termonuklear berfungsi dan siapa yang menciptanya?
Bom termonuklear adalah berdasarkan tindak balas gabungan nuklear . Tidak seperti pembelahan nuklear, yang boleh berlaku sama ada secara spontan atau paksa, pelakuran nuklear adalah mustahil tanpa bekalan tenaga luar. Nukleus atom bercas positif - jadi mereka menolak satu sama lain. Keadaan ini dipanggil halangan Coulomb. Untuk mengatasi tolakan, zarah ini mesti dipercepatkan ke kelajuan gila. Ini boleh dilakukan pada suhu yang sangat tinggi - mengikut urutan beberapa juta Kelvin (oleh itu namanya). Terdapat tiga jenis tindak balas termonuklear: berdikari (berlaku di kedalaman bintang), terkawal dan tidak terkawal atau meletup - ia digunakan dalam bom hidrogen.
Idea bom dengan gabungan termonuklear yang dimulakan oleh cas atom telah dicadangkan oleh Enrico Fermi kepada rakan sekerjanya Edward Teller kembali pada tahun 1941, pada permulaan Projek Manhattan. Walau bagaimanapun, kemudian idea ini tidak dalam permintaan. Perkembangan Teller telah diperbaiki Stanislav Ulam , menjadikan idea bom termonuklear boleh dilaksanakan dalam amalan. Pada tahun 1952, alat letupan termonuklear pertama telah diuji di Atol Enewetak semasa Operasi Ivy Mike. Walau bagaimanapun, ia adalah sampel makmal, tidak sesuai untuk pertempuran. Setahun kemudian, Kesatuan Soviet meletupkan bom termonuklear pertama di dunia, dipasang mengikut reka bentuk ahli fizik Andrey Sakharov Dan Yulia Kharitona . Peranti itu menyerupai kek lapis, jadi senjata yang menggerunkan itu digelar "Puff". Dalam perkembangan selanjutnya, bom paling berkuasa di Bumi, "Tsar Bomba" atau "Ibu Kuzka," telah dilahirkan. Pada Oktober 1961, ia telah diuji di kepulauan Novaya Zemlya.
Bom termonuklear diperbuat daripada apa?
Jika anda fikir begitu hidrogen dan bom termonuklear adalah perkara yang berbeza, anda silap. Kata-kata ini sinonim. Ia adalah hidrogen (atau lebih tepat, isotopnya - deuterium dan tritium) yang diperlukan untuk menjalankan tindak balas termonuklear. Walau bagaimanapun, terdapat kesukaran: untuk meletupkan bom hidrogen, pertama sekali perlu mendapatkan suhu tinggi semasa letupan nuklear konvensional - barulah nukleus atom mula bertindak balas. Oleh itu, dalam kes bom termonuklear, reka bentuk memainkan peranan yang besar.
Dua skim diketahui secara meluas. Yang pertama ialah "pastri puff" Sakharov. Di tengahnya terdapat peledak nuklear, yang dikelilingi oleh lapisan litium deuterida bercampur dengan tritium, yang diselingi dengan lapisan uranium yang diperkaya. Reka bentuk ini memungkinkan untuk mencapai kuasa dalam 1 Mt. Yang kedua ialah skim American Teller-Ulam, di mana bom nuklear dan isotop hidrogen terletak secara berasingan. Ia kelihatan seperti ini: di bawah terdapat bekas dengan campuran cecair deuterium dan tritium, di tengahnya terdapat "palam pencucuh" - batang plutonium, dan di atas - cas nuklear konvensional, dan semua ini dalam cangkerang logam berat (contohnya, uranium yang habis). Neutron pantas yang dihasilkan semasa letupan menyebabkan tindak balas pembelahan atom dalam kulit uranium dan menambah tenaga kepada jumlah tenaga letupan. Menambah lapisan tambahan litium uranium-238 deuteride memungkinkan untuk mencipta projektil kuasa tanpa had. Pada tahun 1953, ahli fizik Soviet Victor Davidenko secara tidak sengaja mengulangi idea Teller-Ulam, dan berdasarkannya Sakharov menghasilkan skema pelbagai peringkat yang memungkinkan untuk mencipta senjata kuasa yang belum pernah terjadi sebelumnya. "Ibu Kuzka" bekerja dengan tepat mengikut skema ini.
Apakah bom lain yang ada?
Terdapat juga neutron, tetapi ini biasanya menakutkan. Pada asasnya, bom neutron ialah bom termonuklear berkuasa rendah, 80% daripada tenaga letupannya adalah sinaran (radiasi neutron). Ia kelihatan seperti cas nuklear berkuasa rendah biasa, yang mana blok dengan isotop berilium, sumber neutron, telah ditambah. Apabila cas nuklear meletup, tindak balas termonuklear dicetuskan. Senjata jenis ini telah dibangunkan oleh ahli fizik Amerika Samuel Cohen . Adalah dipercayai bahawa senjata neutron memusnahkan semua makhluk hidup, walaupun di tempat perlindungan, tetapi julat kemusnahan senjata sedemikian adalah kecil, kerana atmosfera menyerakkan aliran neutron pantas, dan gelombang kejutan lebih kuat pada jarak yang jauh.
Bagaimana pula dengan bom kobalt?
Tidak, nak, ini hebat. Secara rasmi, tiada negara yang mempunyai bom kobalt. Secara teorinya, ini adalah bom termonuklear dengan cangkang kobalt, yang memastikan pencemaran radioaktif yang kuat di kawasan itu walaupun dengan letupan nuklear yang agak lemah. 510 tan kobalt boleh menjangkiti seluruh permukaan Bumi dan memusnahkan semua hidupan di planet ini. ahli fizik Leo Szilard , yang menggambarkan reka bentuk hipotesis ini pada tahun 1950, memanggilnya "Mesin Hari Kiamat".
Apa yang lebih sejuk: bom nuklear atau termonuklear?
Model skala penuh "Tsar Bomba"
Bom hidrogen jauh lebih maju dan berteknologi tinggi daripada bom atom. Kuasa letupannya jauh melebihi kuasa atom dan hanya dihadkan oleh bilangan komponen yang ada. Dalam tindak balas termonuklear, lebih banyak tenaga dibebaskan untuk setiap nukleon (yang dipanggil nukleus konstituen, proton dan neutron) daripada dalam tindak balas nuklear. Contohnya, pembelahan nukleus uranium menghasilkan 0.9 MeV (megaelektronvolt) setiap nukleon, dan pelakuran nukleus helium daripada nukleus hidrogen membebaskan tenaga sebanyak 6 MeV.
Seperti bom menyampaikanke matlamat?
Pada mulanya mereka digugurkan dari pesawat, tetapi sistem pertahanan udara sentiasa bertambah baik, dan menghantar senjata nuklear dengan cara ini ternyata tidak bijak. Dengan pertumbuhan pengeluaran peluru berpandu, semua hak untuk menghantar senjata nuklear telah dipindahkan kepada peluru berpandu balistik dan pelayaran pelbagai pangkalan. Oleh itu, bom kini bermakna bukan bom, tetapi kepala peledak.
Bom hidrogen Korea Utara dipercayai terlalu besar untuk dipasang pada roket - jadi jika DPRK memutuskan untuk melaksanakan ancaman itu, ia akan dibawa dengan kapal ke lokasi letupan.
Apakah akibat perang nuklear?
Hiroshima dan Nagasaki hanyalah sebahagian kecil daripada kemungkinan kiamat. Sebagai contoh, hipotesis "musim sejuk nuklear" diketahui, yang dikemukakan oleh ahli astrofizik Amerika Carl Sagan dan ahli geofizik Soviet Georgy Golitsyn. Diandaikan bahawa letupan beberapa kepala peledak nuklear (bukan di padang pasir atau air, tetapi di kawasan berpenduduk) akan menyebabkan banyak kebakaran, dan sejumlah besar asap dan jelaga akan tumpah ke atmosfera, yang akan membawa kepada penyejukan global. Hipotesis telah dikritik dengan membandingkan kesannya dengan aktiviti gunung berapi, yang mempunyai sedikit kesan ke atas iklim. Di samping itu, sesetengah saintis menyatakan bahawa pemanasan global lebih berkemungkinan berlaku daripada penyejukan - walaupun kedua-dua pihak berharap bahawa kita tidak akan tahu.
Adakah senjata nuklear dibenarkan?
Selepas perlumbaan senjata pada abad ke-20, negara-negara sedar dan memutuskan untuk mengehadkan penggunaan senjata nuklear. PBB menerima pakai perjanjian mengenai tidak percambahan senjata nuklear dan larangan ujian nuklear (yang terakhir tidak ditandatangani oleh kuasa nuklear muda India, Pakistan, dan DPRK). Pada Julai 2017, perjanjian baharu mengenai larangan senjata nuklear telah diterima pakai.
“Setiap Negara Pihak tidak sekali-kali berjanji dalam apa jua keadaan untuk membangunkan, menguji, menghasilkan, mengeluarkan, sebaliknya memperoleh, memiliki atau menyimpan senjata nuklear atau alat letupan nuklear lain,” kata artikel pertama perjanjian itu.
Bagaimanapun, dokumen itu tidak akan berkuat kuasa sehingga 50 negeri meratifikasinya.