Bagaimanakah senjata nuklear berfungsi? Bagaimanakah senjata nuklear berfungsi?

Beratus-ratus buku telah ditulis mengenai sejarah konfrontasi nuklear antara kuasa besar dan reka bentuk bom nuklear pertama. Tetapi terdapat banyak mitos mengenai senjata nuklear moden. "Mekanik Popular" memutuskan untuk menjelaskan isu ini dan memberitahu bagaimana senjata paling merosakkan yang dicipta oleh manusia berfungsi.

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 adalah sama sekali, 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 partition 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 tiba 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 terkena neutron, nukleus uranium-235 mudah terbelah, menghasilkan neutron baru. Di bawah keadaan tertentu, tindak balas berantai bermula.

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 susunan magnitud yang lebih tinggi daripada tenaga yang dibebaskan semasa sebarang tindak balas kimia di mana komposisi nukleus tidak berubah.

Plutonium logam wujud dalam enam fasa, yang ketumpatannya berkisar antara 14.7 hingga 19.8 kg/cm 3 . Pada suhu di bawah 119 darjah Celcius, terdapat fasa alfa monoklinik (19.8 kg/cm 3), tetapi plutonium sedemikian sangat rapuh, dan dalam fasa delta berpusat muka kubik (15.9) ia adalah plastik dan diproses dengan baik (inilah ini. fasa yang mereka cuba untuk diawet menggunakan bahan tambahan mengaloi). Semasa pemampatan letupan, tiada peralihan fasa boleh berlaku—plutonium berada dalam keadaan separa-cecair. Peralihan fasa adalah berbahaya semasa pengeluaran: dengan bahagian yang besar, walaupun dengan sedikit perubahan dalam ketumpatan, keadaan kritikal boleh dicapai. Sudah tentu, ini akan berlaku tanpa letupan - bahan kerja hanya akan menjadi panas, tetapi pelepasan penyaduran nikel mungkin berlaku (dan plutonium sangat toksik).

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.

Kanta letupan mencipta gelombang menumpu. Kebolehpercayaan telah dipastikan oleh sepasang detonator di setiap blok.

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).

Pemasangan plutonium (lapisan sfera di tengah) dikelilingi oleh selongsong uranium-238 dan kemudian lapisan aluminium.

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.

Senjata nuklear pertama menggunakan polonium dan berilium (tengah) sebagai sumber neutron.

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 ia membelah, 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 bersendirian Pu239 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.

Lapisan aluminium digunakan untuk mengurangkan gelombang rarefaction selepas letupan bahan letupan.

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 seluruh 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, sama dalam 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.

Angka-angka itu menunjukkan detik-detik pertama kehidupan bola api cas nuklear - penyebaran sinaran (a), pengembangan plasma panas dan pembentukan "lepuh" (b) dan peningkatan kuasa sinaran dalam julat yang boleh dilihat semasa pemisahan. daripada gelombang kejutan (c).

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 ketara untuk memperlahankan neutron laju yang tidak ketara, setiap generasi baru yang lebih banyak daripada mereka menambah tenaga sebanyak 202 MeV melalui pembelahan yang mereka hasilkan kepada bahan pemasangan, yang sudah dipenuhi dengan dahsyat. tekanan. 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 susunan magnitud kurang, 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 terlucut 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 bercas sebentar tadi - masuk ke dalam beberapa kemiripan 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".

Dalam tiub neutron vakum, voltan nadi seratus kilovolt digunakan di 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, yang 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 begitu, tetapi kemudiannya ternyata "gangguan" berlaku dalam tiub: sama ada proton atau neutron (yang membentuk ion deuterium, dipercepatkan oleh medan elektrik) "terperangkap" dalam sasaran nukleus (tritium). Jika proton tersangkut, neutron akan terlepas dan menjadi bebas.

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 cukup 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 sinaran 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 waktunya yang mengerikan ke tempat dari 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 himpunan 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?

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 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 yang melampau, apabila kritikal dicapai hanya dengan neutron haba, sebagai contoh, dalam larutan garam uranium dalam penyederhana yang baik - air, jisim perhimpunan adalah beratus-ratus gram, tetapi penyelesaiannya hanya mendidih secara berkala. Gelembung wap yang dikeluarkan 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).

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 caj 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 (produk pertama Amerika menjana kurang daripada sejuta neutron setiap mikrosaat), dan polonium sangat mudah rosak—ia mengurangkan aktivitinya separuh dalam masa 138 hari sahaja. Oleh itu, isotop telah digantikan dengan yang kurang berbahaya (yang tidak memancarkan apabila tidak dihidupkan), dan yang paling penting, 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 dentuman atau "zilch" akan berlaku-letupan haba berkuasa 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 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 mereka bergantung pada tindak balas kelas lain - gabungan.

Watak meletup

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, 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 dapat diserap 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).

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, sama dalam 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

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 caj - datang ke dalam beberapa persamaan keseimbangan. Dalam bola api yang sangat muda, suhu mencecah puluhan juta darjah.

Bola api

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".

Gelombang kejutan dan cendawan atom

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 berseri-seri mata.

Permulaan neutron

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 caj 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 ledakan atau "zilch" akan berlaku - letupan haba kuasa rendah.

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 adalah 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

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.

Beratus-ratus ribu tukang senjata zaman dahulu yang terkenal dan terlupa berjuang untuk mencari senjata yang ideal, yang mampu menyejat tentera musuh dengan satu klik. Dari semasa ke semasa, jejak carian ini boleh ditemui dalam cerita dongeng yang lebih kurang munasabah menggambarkan pedang ajaib atau busur yang mengenai tanpa hilang.

Nasib baik, kemajuan teknologi bergerak sangat perlahan untuk masa yang lama sehingga penjelmaan sebenar senjata pemusnah kekal dalam mimpi dan cerita lisan, dan kemudiannya di halaman buku. Lonjakan saintifik dan teknologi abad ke-19 menyediakan syarat untuk penciptaan fobia utama abad ke-20. Bom nuklear, dicipta dan diuji dalam keadaan sebenar, merevolusikan kedua-dua hal ehwal ketenteraan dan politik.

Sejarah penciptaan senjata

Untuk masa yang lama dipercayai bahawa senjata paling berkuasa hanya boleh dibuat menggunakan bahan letupan. Penemuan saintis yang bekerja dengan zarah terkecil telah memberikan bukti saintifik bahawa tenaga yang sangat besar boleh dijana dengan bantuan zarah asas. Yang pertama dalam satu siri penyelidik boleh dipanggil Becquerel, yang pada tahun 1896 menemui keradioaktifan garam uranium.

Uranium sendiri telah diketahui sejak 1786, tetapi pada masa itu tiada siapa yang mengesyaki keradioaktifannya. Kerja saintis pada pergantian abad ke-19 dan ke-20 mendedahkan bukan sahaja sifat fizikal khas, tetapi juga kemungkinan mendapatkan tenaga daripada bahan radioaktif.

Pilihan untuk membuat senjata berasaskan uranium pertama kali diterangkan secara terperinci, diterbitkan dan dipatenkan oleh ahli fizik Perancis, Joliot-Curies pada tahun 1939.

Walaupun nilainya untuk senjata, para saintis sendiri dengan tegas menentang penciptaan senjata yang dahsyat itu.

Setelah melalui Perang Dunia Kedua dalam Penentangan, pada tahun 1950-an pasangan itu (Frederick dan Irene), menyedari kuasa pemusnah perang, menganjurkan pelucutan senjata am. Mereka disokong oleh Niels Bohr, Albert Einstein dan ahli fizik terkemuka lain pada masa itu.

Sementara itu, ketika Joliot-Curies sibuk dengan masalah Nazi di Paris, di seberang planet, di Amerika, cas nuklear pertama di dunia sedang dibangunkan. Robert Oppenheimer, yang mengetuai kerja itu, diberi kuasa yang paling luas dan sumber yang sangat besar. Penghujung tahun 1941 menandakan permulaan Projek Manhattan, yang akhirnya membawa kepada penciptaan hulu peledak nuklear tempur pertama.

Di bandar Los Alamos, New Mexico, kemudahan pengeluaran pertama untuk uranium gred senjata telah didirikan. Selepas itu, pusat nuklear yang serupa muncul di seluruh negara, contohnya di Chicago, di Oak Ridge, Tennessee, dan penyelidikan telah dijalankan di California. Pasukan terbaik profesor universiti Amerika, serta ahli fizik yang melarikan diri dari Jerman, telah dilemparkan ke dalam mencipta bom.

Dalam "Third Reich" itu sendiri, kerja untuk mencipta jenis senjata baharu telah dilancarkan dengan cara yang bercirikan Fuhrer.

Memandangkan "Besnovaty" lebih berminat dengan kereta kebal dan kapal terbang, dan semakin baik, dia tidak melihat banyak keperluan untuk bom ajaib baru.

Sehubungan itu, projek yang tidak disokong oleh Hitler bergerak pada kadar siput yang terbaik.

Apabila keadaan mula menjadi panas, dan ternyata kereta kebal dan pesawat telah ditelan oleh Front Timur, senjata ajaib baru itu mendapat sokongan. Tetapi sudah terlambat; dalam keadaan pengeboman dan ketakutan berterusan terhadap baji kereta kebal Soviet, tidak mungkin untuk mencipta peranti dengan komponen nuklear.

Kesatuan Soviet lebih prihatin terhadap kemungkinan mencipta jenis senjata pemusnah baharu. Dalam tempoh sebelum perang, ahli fizik mengumpul dan menyatukan pengetahuan am tentang tenaga nuklear dan kemungkinan mencipta senjata nuklear. Perisikan bekerja secara intensif sepanjang tempoh penciptaan bom nuklear di USSR dan di Amerika Syarikat. Peperangan memainkan peranan penting dalam memperlahankan kadar pembangunan, kerana sumber yang besar pergi ke hadapan.

Benar, Ahli Akademik Igor Vasilyevich Kurchatov, dengan ketabahan cirinya, mempromosikan kerja semua jabatan bawahan ke arah ini. Memandang ke hadapan sedikit, dialah yang akan ditugaskan untuk mempercepatkan pembangunan senjata dalam menghadapi ancaman serangan Amerika di bandar-bandar USSR. Dialah yang berdiri di dalam kerikil mesin besar yang terdiri daripada ratusan dan ribuan saintis dan pekerja, yang akan dianugerahkan gelaran kehormat bapa bom nuklear Soviet.

Ujian pertama dunia

Tetapi mari kita kembali kepada program nuklear Amerika. Menjelang musim panas 1945, saintis Amerika berjaya mencipta bom nuklear pertama di dunia. Mana-mana budak lelaki yang membuat sendiri atau membeli mercun yang berkuasa di kedai mengalami siksaan yang luar biasa, mahu meletupkannya secepat mungkin. Pada tahun 1945, ratusan askar dan saintis Amerika mengalami perkara yang sama.

Pada 16 Jun 1945, ujian senjata nuklear pertama dan salah satu letupan paling kuat setakat ini berlaku di Gurun Alamogordo, New Mexico.

Saksi mata yang menyaksikan letupan dari kubu itu kagum dengan kekuatan yang meletupkan caj di bahagian atas menara keluli sepanjang 30 meter itu. Pada mulanya, semuanya dibanjiri cahaya, beberapa kali lebih kuat daripada matahari. Kemudian bola api naik ke langit, bertukar menjadi tiang asap, dibentuk menjadi cendawan yang terkenal.

Sebaik sahaja debu mendap, penyelidik dan pencipta bom bergegas ke lokasi letupan. Mereka melihat akibat daripada kereta kebal Sherman yang bertatahkan plumbum. Apa yang mereka lihat mengejutkan mereka; Pasir cair menjadi kaca di beberapa tempat.

Sisa-sisa kecil menara itu juga ditemui di dalam kawah berdiameter besar, struktur yang dicacat dan dihancurkan dengan jelas menggambarkan kuasa yang merosakkan.

Faktor yang merosakkan

Letupan ini memberikan maklumat pertama tentang kuasa senjata baru, tentang apa yang boleh digunakan untuk memusnahkan musuh. Ini adalah beberapa faktor:

sinaran cahaya, kilat, mampu membutakan organ penglihatan yang dilindungi;
gelombang kejutan, aliran udara padat yang bergerak dari tengah, memusnahkan kebanyakan bangunan;
nadi elektromagnet yang melumpuhkan kebanyakan peralatan dan tidak membenarkan penggunaan komunikasi buat kali pertama selepas letupan;
sinaran menembusi, faktor paling berbahaya bagi mereka yang telah berlindung daripada faktor merosakkan lain, dibahagikan kepada penyinaran alfa-beta-gamma;
pencemaran radioaktif yang boleh menjejaskan kesihatan dan kehidupan secara negatif selama berpuluh-puluh atau bahkan ratusan tahun.

Penggunaan selanjutnya senjata nuklear, termasuk dalam pertempuran, menunjukkan semua keanehan kesannya terhadap organisma hidup dan alam semula jadi. 6 Ogos 1945 adalah hari terakhir bagi puluhan ribu penduduk kota kecil Hiroshima, yang ketika itu terkenal dengan beberapa pemasangan tentera yang penting.

Kesudahan perang di Pasifik adalah kesimpulan yang tidak dapat dielakkan, tetapi Pentagon percaya bahawa operasi di kepulauan Jepun akan mengorbankan lebih daripada satu juta nyawa Marin AS. Ia telah memutuskan untuk membunuh beberapa burung dengan satu batu, membawa Jepun keluar dari perang, menjimatkan operasi pendaratan, menguji senjata baru dan mengumumkannya ke seluruh dunia, dan, di atas semua, ke USSR.

Pada pukul satu pagi, pesawat yang membawa bom nuklear "Bayi" itu berlepas untuk menjalankan misi.

Bom yang dijatuhkan di bandar itu meletup pada ketinggian kira-kira 600 meter pada 8.15 pagi. Semua bangunan yang terletak pada jarak 800 meter dari pusat gempa telah musnah. Dinding hanya beberapa bangunan, yang direka untuk menahan gempa bumi 9 magnitud, terselamat.

Daripada setiap sepuluh orang yang berada dalam radius 600 meter pada masa letupan bom, hanya seorang yang dapat bertahan. Sinaran cahaya mengubah manusia menjadi arang batu, meninggalkan kesan bayangan pada batu itu, kesan gelap tempat orang itu berada. Gelombang letupan seterusnya sangat kuat sehingga boleh memecahkan kaca pada jarak 19 kilometer dari lokasi letupan.

Seorang remaja diusir keluar dari rumah melalui tingkap oleh aliran udara yang padat apabila dia mendarat, lelaki itu melihat dinding rumah berlipat seperti kad. Gelombang letupan itu diikuti dengan puting beliung api, memusnahkan beberapa penduduk yang terselamat daripada letupan dan tidak sempat meninggalkan zon kebakaran. Mereka yang berada jauh dari letupan mula mengalami kelesuan yang teruk, puncanya pada mulanya tidak jelas kepada doktor.

Tidak lama kemudian, beberapa minggu kemudian, istilah "keracunan radiasi" diumumkan, kini dikenali sebagai penyakit radiasi.

Lebih daripada 280 ribu orang menjadi mangsa hanya satu bom, kedua-duanya secara langsung daripada letupan dan daripada penyakit berikutnya.

Pengeboman Jepun dengan senjata nuklear tidak berakhir di situ. Mengikut perancangan, hanya empat hingga enam bandar yang akan dilanda, tetapi keadaan cuaca hanya membenarkan Nagasaki dilanda. Di bandar ini, lebih 150 ribu orang menjadi mangsa bom Lelaki Gemuk.

Janji oleh kerajaan Amerika untuk melakukan serangan sedemikian sehingga Jepun menyerah kalah membawa kepada gencatan senjata dan kemudiannya menandatangani perjanjian yang menamatkan Perang Dunia II. Tetapi untuk senjata nuklear ini hanyalah permulaan.

Bom paling kuat di dunia

Tempoh selepas perang ditandai dengan konfrontasi antara blok USSR dan sekutunya dengan AS dan NATO. Pada tahun 1940-an, Amerika serius mempertimbangkan kemungkinan untuk menyerang Kesatuan Soviet. Untuk membendung bekas sekutu itu, kerja mencipta bom perlu dipercepatkan, dan sudah pada tahun 1949, pada 29 Ogos, monopoli AS dalam senjata nuklear telah ditamatkan. Semasa perlumbaan senjata, dua ujian nuklear patut diberi perhatian.

Bikini Atoll, terkenal terutamanya untuk pakaian renang remeh, benar-benar membuat percikan di seluruh dunia pada tahun 1954 kerana ujian cas nuklear yang berkuasa khas.

Orang Amerika, setelah memutuskan untuk menguji reka bentuk baru senjata atom, tidak mengira caj. Akibatnya, letupan itu 2.5 kali lebih kuat daripada yang dirancang. Penduduk pulau berhampiran, serta nelayan Jepun di mana-mana, diserang.

Tetapi ia bukanlah bom Amerika yang paling berkuasa. Pada tahun 1960, bom nuklear B41 telah dimasukkan ke dalam perkhidmatan, tetapi ia tidak pernah menjalani ujian penuh kerana kuasanya. Kuasa pertuduhan dikira secara teori, kerana bimbang senjata berbahaya itu meletup di tapak ujian.

Kesatuan Soviet, yang suka menjadi yang pertama dalam segala-galanya, berpengalaman pada tahun 1961, atau digelar "ibu Kuzka."

Menjawab pemerasan nuklear Amerika, saintis Soviet mencipta bom paling berkuasa di dunia. Diuji pada Novaya Zemlya, ia meninggalkan kesan di hampir semua penjuru dunia. Mengikut ingatan, gempa bumi sedikit dirasai di sudut paling terpencil ketika letupan berlaku.

Gelombang letupan, sudah tentu, setelah kehilangan semua kuasa pemusnahnya, dapat mengelilingi Bumi. Sehingga kini, ini adalah bom nuklear paling berkuasa di dunia yang dicipta dan diuji oleh manusia. Sudah tentu, jika tangannya bebas, bom nuklear Kim Jong-un akan menjadi lebih kuat, tetapi dia tidak mempunyai Bumi Baru untuk mengujinya.

Alat bom atom

Mari kita pertimbangkan peranti bom atom yang sangat primitif, semata-mata untuk pemahaman. Terdapat banyak kelas bom atom, tetapi mari kita pertimbangkan tiga yang utama:

uranium, berasaskan uranium 235, pertama kali meletup di atas Hiroshima;
plutonium, berdasarkan plutonium 239, pertama kali meletup di atas Nagasaki;
termonuklear, kadangkala dipanggil hidrogen, berasaskan air berat dengan deuterium dan tritium, mujur tidak digunakan terhadap populasi.

Dua bom pertama adalah berdasarkan kesan pembelahan nukleus berat kepada yang lebih kecil melalui tindak balas nuklear yang tidak terkawal, melepaskan sejumlah besar tenaga. Yang ketiga adalah berdasarkan gabungan nukleus hidrogen (atau lebih tepatnya isotop deuterium dan tritium) dengan pembentukan helium, yang lebih berat berbanding hidrogen. Untuk berat bom yang sama, potensi pemusnah bom hidrogen adalah 20 kali lebih besar.

Jika untuk uranium dan plutonium cukup untuk menyatukan jisim yang lebih besar daripada yang kritikal (di mana tindak balas rantai bermula), maka untuk hidrogen ini tidak mencukupi.

Untuk menyambung beberapa kepingan uranium menjadi satu dengan pasti, kesan meriam digunakan di mana kepingan uranium yang lebih kecil ditembak menjadi yang lebih besar. Serbuk mesiu juga boleh digunakan, tetapi untuk kebolehpercayaan, bahan letupan berkuasa rendah digunakan.

Dalam bom plutonium, untuk mewujudkan keadaan yang diperlukan untuk tindak balas berantai, bahan letupan diletakkan di sekeliling jongkong yang mengandungi plutonium. Oleh kerana kesan kumulatif, serta pemula neutron yang terletak di tengah-tengah (berilium dengan beberapa miligram polonium), keadaan yang diperlukan dicapai.

Ia mempunyai cas utama, yang tidak boleh meletup sendiri, dan fius. Untuk mewujudkan keadaan untuk percantuman nukleus deuterium dan tritium, kita memerlukan tekanan dan suhu yang tidak dapat dibayangkan sekurang-kurangnya satu titik. Seterusnya, tindak balas berantai akan berlaku.

Untuk mencipta parameter sedemikian, bom itu termasuk cas nuklear konvensional, tetapi berkuasa rendah, iaitu fius. Peledakannya mewujudkan keadaan untuk permulaan tindak balas termonuklear.

Untuk menganggarkan kuasa bom atom, apa yang dipanggil "setara TNT" digunakan. Letupan adalah pelepasan tenaga, bahan letupan paling terkenal di dunia ialah TNT (TNT - trinitrotoluene), dan semua jenis bahan letupan baru disamakan dengannya. Bom "Bayi" - 13 kiloton TNT. Itu bersamaan dengan 13000.

Bom "Lelaki Gemuk" - 21 kiloton, "Tsar Bomba" - 58 megaton TNT. Sungguh menakutkan untuk memikirkan 58 juta tan bahan letupan tertumpu dalam jisim 26.5 tan, itulah beratnya bom ini.

Bahaya perang nuklear dan bencana nuklear

Muncul di tengah-tengah perang terburuk abad kedua puluh, senjata nuklear menjadi bahaya terbesar kepada manusia. Sejurus selepas Perang Dunia II, Perang Dingin bermula, beberapa kali hampir memuncak menjadi konflik nuklear sepenuhnya. Ancaman penggunaan bom nuklear dan peluru berpandu oleh sekurang-kurangnya satu pihak mula dibincangkan pada tahun 1950-an.

Semua orang faham dan faham bahawa tidak mungkin ada pemenang dalam peperangan ini.

Untuk membendungnya, usaha telah dan sedang dilakukan oleh ramai saintis dan ahli politik. Universiti Chicago, menggunakan input saintis nuklear yang melawat, termasuk pemenang Nobel, menetapkan Jam Kiamat beberapa minit sebelum tengah malam. Tengah malam menandakan bencana nuklear, permulaan Perang Dunia baru dan kemusnahan dunia lama. Selama bertahun-tahun, jarum jam berubah-ubah dari 17 hingga 2 minit hingga tengah malam.

Terdapat juga beberapa kemalangan besar yang diketahui berlaku di loji tenaga nuklear. Bencana ini mempunyai kaitan tidak langsung dengan senjata; loji kuasa nuklear masih berbeza daripada bom nuklear, tetapi ia menunjukkan dengan sempurna hasil penggunaan atom untuk tujuan ketenteraan. Yang terbesar antara mereka:

1957, kemalangan Kyshtym, kerana kegagalan dalam sistem penyimpanan, letupan berlaku berhampiran Kyshtym;
1957, Britain, di barat laut England, pemeriksaan keselamatan tidak dijalankan;
1979, Amerika Syarikat, disebabkan kebocoran yang dikesan tidak pada masanya, letupan dan pelepasan dari loji kuasa nuklear berlaku;
1986, tragedi di Chernobyl, letupan unit kuasa ke-4;
2011, kemalangan di stesen Fukushima, Jepun.

Setiap tragedi ini meninggalkan kesan berat kepada nasib ratusan ribu orang dan menjadikan seluruh kawasan menjadi zon bukan kediaman dengan kawalan khas.

Terdapat insiden yang hampir mengakibatkan permulaan bencana nuklear. Kapal selam nuklear Soviet telah berulang kali mengalami kemalangan berkaitan reaktor di atas kapal. Amerika menjatuhkan pengebom Superfortress dengan dua bom nuklear Mark 39 di atas kapal, dengan hasil 3.8 megaton. Tetapi "sistem keselamatan" yang diaktifkan tidak membenarkan caj meletup dan bencana dapat dielakkan.

Senjata nuklear dahulu dan sekarang

Hari ini jelas kepada sesiapa sahaja bahawa perang nuklear akan memusnahkan manusia moden. Sementara itu, keinginan untuk memiliki senjata nuklear dan memasuki kelab nuklear, atau lebih tepat, menerjah ke dalamnya dengan mengetuk pintu, masih mengujakan fikiran beberapa pemimpin negeri.

India dan Pakistan mencipta senjata nuklear tanpa kebenaran, dan Israel menyembunyikan kehadiran bom.

Bagi sesetengah orang, memiliki bom nuklear adalah satu cara untuk membuktikan kepentingan mereka di pentas antarabangsa. Bagi yang lain, ia adalah jaminan tidak campur tangan oleh demokrasi bersayap atau faktor luaran lain. Tetapi perkara utama ialah rizab ini tidak masuk ke dalam perniagaan, yang mana ia benar-benar dicipta.

Video

Reaktor nuklear berfungsi dengan lancar dan cekap. Jika tidak, seperti yang anda tahu, akan ada masalah. Tetapi apa yang berlaku di dalam? Mari cuba rumuskan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear) secara ringkas, jelas, dengan hentian.

Pada dasarnya, proses yang sama berlaku di sana seperti semasa letupan nuklear. Hanya letupan berlaku dengan cepat, tetapi di dalam reaktor semua ini terbentang untuk masa yang lama. Akibatnya, semuanya kekal selamat dan sihat, dan kita menerima tenaga. Bukan sehinggakan segala-galanya di sekeliling akan musnah sekaligus, tetapi cukup memadai untuk membekalkan elektrik ke bandar.

Sebelum anda memahami bagaimana tindak balas nuklear terkawal berlaku, anda perlu tahu apakah itu tindak balas nuklear sama sekali.

Tindak balas nuklear ialah proses penjelmaan (pembelahan) nukleus atom apabila ia berinteraksi dengan zarah asas dan sinar gamma.

Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan kedua-dua penyerapan dan pembebasan tenaga. Reaktor menggunakan tindak balas kedua.

reaktor nuklear ialah peranti yang tujuannya adalah untuk mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan pembebasan tenaga.

Selalunya reaktor nuklear juga dipanggil reaktor atom. Mari kita ambil perhatian bahawa tidak ada perbezaan asas di sini, tetapi dari sudut pandangan sains adalah lebih tepat untuk menggunakan perkataan "nuklear". Kini terdapat banyak jenis reaktor nuklear. Ini adalah reaktor perindustrian besar yang direka untuk menjana tenaga dalam loji kuasa, reaktor nuklear kapal selam, reaktor eksperimen kecil yang digunakan dalam eksperimen saintifik. Malah terdapat reaktor yang digunakan untuk menyahsinasi air laut.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear pertama dilancarkan pada tahun 1942 yang tidak begitu jauh. Ini berlaku di Amerika Syarikat di bawah pimpinan Fermi. Reaktor ini dipanggil Chicago Woodpile.

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama, yang dilancarkan di bawah pimpinan Kurchatov, mula beroperasi. Badan reaktor ini adalah bola berdiameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak mempunyai sistem penyejukan, dan kuasanya adalah minimum. Dengan cara ini, reaktor Soviet mempunyai kuasa purata 20 Watts, dan yang Amerika - hanya 1 Watt. Sebagai perbandingan: kuasa purata reaktor kuasa moden ialah 5 Gigawatt. Kurang daripada sepuluh tahun selepas pelancaran reaktor pertama, loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia dibuka di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear).

Mana-mana reaktor nuklear mempunyai beberapa bahagian: teras Dengan bahan api Dan moderator , pemantul neutron , penyejuk , sistem kawalan dan perlindungan . Isotop paling kerap digunakan sebagai bahan api dalam reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232). Teras adalah dandang di mana air biasa (penyejuk) mengalir. Antara penyejuk lain, "air berat" dan grafit cecair kurang biasa digunakan. Jika kita bercakap tentang operasi loji kuasa nuklear, maka reaktor nuklear digunakan untuk menghasilkan haba. Elektrik itu sendiri dijana menggunakan kaedah yang sama seperti dalam jenis loji kuasa lain - wap memutar turbin, dan tenaga pergerakan ditukar kepada tenaga elektrik.

Di bawah ialah gambarajah operasi reaktor nuklear.

Seperti yang telah kita katakan, pereputan nukleus uranium berat menghasilkan unsur yang lebih ringan dan beberapa neutron. Neutron yang terhasil berlanggar dengan nukleus lain, juga menyebabkan mereka pembelahan. Pada masa yang sama, bilangan neutron bertambah seperti runtuhan salji.

Ia harus disebut di sini faktor pendaraban neutron . Jadi, jika pekali ini melebihi nilai yang sama dengan satu, letupan nuklear berlaku. Jika nilainya kurang daripada satu, terdapat terlalu sedikit neutron dan tindak balas akan mati. Tetapi jika anda mengekalkan nilai pekali sama dengan satu, tindak balas akan berlangsung lama dan stabil.

Persoalannya ialah bagaimana untuk melakukan ini? Dalam reaktor, bahan api berada dalam apa yang dipanggil unsur bahan api (TVELAkh). Ini adalah rod yang mengandungi, dalam bentuk tablet kecil, bahan api nuklear . Rod bahan api disambungkan ke dalam kaset berbentuk heksagon, yang boleh terdapat ratusan dalam reaktor. Kaset dengan rod bahan api disusun secara menegak, dan setiap rod bahan api mempunyai sistem yang membolehkan anda melaraskan kedalaman rendamannya ke dalam teras. Sebagai tambahan kepada kaset itu sendiri, mereka termasuk rod kawalan Dan rod perlindungan kecemasan . Rod diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Oleh itu, rod kawalan boleh diturunkan ke kedalaman yang berbeza dalam teras, dengan itu melaraskan faktor pendaraban neutron. Rod kecemasan direka bentuk untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan.

Bagaimanakah reaktor nuklear dimulakan?

Kami telah mengetahui prinsip operasi itu sendiri, tetapi bagaimana untuk memulakan dan membuat fungsi reaktor? Secara kasarnya, inilah - sekeping uranium, tetapi tindak balas berantai tidak bermula di dalamnya dengan sendirinya. Hakikatnya dalam fizik nuklear ada konsep jisim kritikal .

Jisim kritikal ialah jisim bahan fisil yang diperlukan untuk memulakan tindak balas rantai nuklear.

Dengan bantuan rod bahan api dan rod kawalan, jisim kritikal bahan api nuklear mula-mula dicipta dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tahap kuasa optimum dalam beberapa peringkat.

Dalam artikel ini, kami cuba memberi anda gambaran umum tentang struktur dan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear). Jika anda mempunyai sebarang soalan mengenai topik tersebut atau pernah ditanya masalah dalam fizik nuklear di universiti, sila hubungi kepada pakar syarikat kami. Seperti biasa, kami sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak berkenaan pengajian anda. Dan sementara kami melakukannya, berikut adalah satu lagi video pendidikan untuk perhatian anda!

Ia adalah salah satu proses yang paling menakjubkan, misteri dan dahsyat. Prinsip operasi senjata nuklear adalah berdasarkan tindak balas berantai. Ini adalah proses yang kemajuannya memulakan kesinambungannya. Prinsip operasi bom hidrogen adalah berdasarkan pelakuran.

Bom atom

Nukleus beberapa isotop unsur radioaktif (plutonium, californium, uranium dan lain-lain) mampu mereput, sambil menangkap neutron. Selepas ini, dua atau tiga lagi neutron dilepaskan. Pemusnahan nukleus satu atom dalam keadaan ideal boleh menyebabkan pereputan dua atau tiga lagi, yang seterusnya, boleh memulakan atom lain. Dan sebagainya. Proses pemusnahan seperti runtuhan salji bagi peningkatan bilangan nukleus berlaku, membebaskan sejumlah besar tenaga untuk memecahkan ikatan atom. Semasa letupan, tenaga besar dilepaskan dalam tempoh masa yang sangat singkat. Ini berlaku pada satu ketika. Inilah sebabnya mengapa letupan bom atom sangat kuat dan merosakkan.

Untuk memulakan tindak balas berantai, jumlah bahan radioaktif mesti melebihi jisim kritikal. Jelas sekali, anda perlu mengambil beberapa bahagian uranium atau plutonium dan menggabungkannya menjadi satu. Walau bagaimanapun, ini tidak mencukupi untuk menyebabkan bom atom meletup, kerana tindak balas akan berhenti sebelum tenaga yang mencukupi dibebaskan, atau proses akan berjalan perlahan. Untuk mencapai kejayaan, bukan sahaja perlu melebihi jisim kritikal bahan, tetapi untuk melakukan ini dalam tempoh yang sangat singkat. Lebih baik menggunakan beberapa. Ini dicapai dengan menggunakan yang lain Selain itu, bahan letupan yang cepat dan perlahan.

Ujian nuklear pertama telah dijalankan pada Julai 1945 di Amerika Syarikat berhampiran bandar Almogordo. Pada bulan Ogos tahun yang sama, Amerika menggunakan senjata ini terhadap Hiroshima dan Nagasaki. Letupan bom atom di bandar itu membawa kepada kemusnahan yang dahsyat dan kematian sebahagian besar penduduk. Di USSR, senjata atom dicipta dan diuji pada tahun 1949.

bom H

Ia adalah senjata dengan kuasa pemusnah yang sangat hebat. Prinsip operasinya adalah berdasarkan sintesis nukleus helium yang lebih berat daripada atom hidrogen yang lebih ringan. Ini membebaskan sejumlah besar tenaga. Tindak balas ini serupa dengan proses yang berlaku pada Matahari dan bintang lain. Pelauran termonuklear berlaku paling mudah menggunakan isotop hidrogen (tritium, deuterium) dan litium.

Amerika menguji hulu peledak hidrogen pertama pada tahun 1952. Dalam pemahaman moden, peranti ini hampir tidak boleh dipanggil bom. Ia adalah bangunan tiga tingkat yang dipenuhi dengan cecair deuterium. Letupan bom hidrogen pertama di USSR telah dilakukan enam bulan kemudian. Amunisi termonuklear Soviet RDS-6 telah diletupkan pada Ogos 1953 berhampiran Semipalatinsk. USSR menguji bom hidrogen terbesar dengan hasil 50 megaton (Tsar Bomba) pada tahun 1961. Gelombang selepas letupan peluru mengelilingi planet tiga kali.