ระเบิดนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร? ใครเป็นผู้คิดค้นระเบิดปรมาณู? ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์และการสร้างระเบิดปรมาณูโซเวียต

ระเบิดปรมาณูเป็นกระสุนปืนที่ออกแบบมาเพื่อก่อให้เกิดการระเบิดพลังสูงอันเป็นผลมาจากการปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ (อะตอม) อย่างรวดเร็วมาก

หลักการทำงานของระเบิดปรมาณู

ประจุนิวเคลียร์แบ่งออกเป็นหลายส่วนตามขนาดวิกฤตเพื่อให้ในแต่ละส่วนปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ซึ่งพัฒนาตนเองของฟิชชันของอะตอมของสารฟิสไซล์ไม่สามารถเริ่มต้นได้ ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อทุกส่วนของประจุเชื่อมต่อกันเป็นหนึ่งเดียวอย่างรวดเร็ว ความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาและพลังของการระเบิดในท้ายที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วของการบรรจบกันของแต่ละส่วนเป็นอย่างมาก เพื่อให้ความเร็วสูงไปยังส่วนของประจุ สามารถใช้การระเบิดของวัตถุระเบิดธรรมดาได้ หากส่วนหนึ่งของประจุนิวเคลียร์ถูกวางในทิศทางแนวรัศมีที่ระยะห่างจากศูนย์กลาง และประจุของ TNT ถูกวางไว้ด้านนอก ก็เป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดการระเบิดของประจุทั่วไปที่มุ่งตรงไปยังศูนย์กลางของประจุนิวเคลียร์ ประจุนิวเคลียร์ทุกส่วนจะไม่เพียงแต่รวมกันเป็นก้อนเดียวด้วยความเร็วมหาศาลเท่านั้น แต่ยังจะถูกบีบอัดจากทุกด้านเป็นระยะเวลาหนึ่งด้วยแรงกดดันมหาศาลของผลิตภัณฑ์จากการระเบิด และจะไม่สามารถแยกออกจากกันได้ทันทีที่เกิดนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่เริ่มต้นขึ้นที่ประจุ ด้วยเหตุนี้ ฟิชชันจะเกิดขึ้นมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าที่ไม่มีการบีบอัด และผลที่ตามมาคือ พลังของการระเบิดจะเพิ่มขึ้น ตัวสะท้อนนิวตรอนยังช่วยเพิ่มพลังการระเบิดสำหรับวัสดุฟิสไซล์ในปริมาณเท่ากัน (ตัวสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือเบริลเลียม< Be >,กราไฟท์,น้ำหนักน้ำ< H3O >- ฟิชชันครั้งแรกซึ่งจะเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่ ต้องใช้นิวตรอนอย่างน้อยหนึ่งตัว เป็นไปไม่ได้ที่จะนับการเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ในเวลาที่เหมาะสมภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างการแบ่งนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเองเนื่องจาก มันเกิดขึ้นค่อนข้างน้อย: สำหรับ U-235 - 1 การสลายตัวต่อชั่วโมงต่อ 1 กรัม สาร นอกจากนี้ยังมีนิวตรอนในรูปแบบอิสระในชั้นบรรยากาศน้อยมากเช่นกัน: ถึง S = 1 ซม./ตร.ม. โดยเฉลี่ยแล้วจะมีนิวตรอนประมาณ 6 นิวตรอนบินผ่านไปต่อวินาที ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนเทียมในประจุนิวเคลียร์ซึ่งเป็นแคปซูลตัวจุดชนวนนิวเคลียร์ชนิดหนึ่ง นอกจากนี้ยังช่วยให้แน่ใจว่าฟิชชันจำนวนมากเริ่มต้นพร้อมกัน ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเกิดขึ้นในรูปแบบของการระเบิดนิวเคลียร์

ตัวเลือกการระเบิด (รูปแบบปืนและการระเบิด)

มีสองรูปแบบหลักสำหรับการระเบิดประจุฟิสไซล์: ปืนใหญ่ หรือที่เรียกว่าขีปนาวุธ และแบบระเบิด

"การออกแบบปืนใหญ่" ถูกใช้ในอาวุธนิวเคลียร์รุ่นแรกบางรุ่น สาระสำคัญของวงจรปืนใหญ่คือการยิงประจุดินปืนจากบล็อกวัสดุฟิชไซล์ที่มีมวลต่ำกว่าวิกฤต (“กระสุน”) หนึ่งบล็อกไปยังอีกบล็อกหนึ่งที่นิ่ง (“เป้าหมาย”) บล็อกได้รับการออกแบบเพื่อให้มวลรวมของบล็อกกลายเป็นวิกฤตยิ่งยวดเมื่อเชื่อมต่อกัน

วิธีการระเบิดนี้เป็นไปได้เฉพาะในกระสุนยูเรเนียมเท่านั้น เนื่องจากพลูโทเนียมมีพื้นหลังนิวตรอนสูงกว่าสองลำดับ ซึ่งเพิ่มโอกาสในการพัฒนาปฏิกิริยาลูกโซ่ก่อนกำหนดอย่างรวดเร็วก่อนที่บล็อกจะเชื่อมต่อกัน สิ่งนี้นำไปสู่การปล่อยพลังงานที่ไม่สมบูรณ์ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า "ฟอง") ในการใช้วงจรปืนใหญ่ในกระสุนพลูโตเนียมจำเป็นต้องเพิ่มความเร็วของการเชื่อมต่อชิ้นส่วนประจุให้อยู่ในระดับที่ไม่สามารถบรรลุได้ในทางเทคนิค ยูเรเนียมทนทานต่อการรับน้ำหนักเกินทางกลได้ดีกว่าพลูโตเนียม

โครงการที่ไร้เหตุผล รูปแบบการระเบิดนี้เกี่ยวข้องกับการบรรลุสภาวะวิกฤตยิ่งยวดโดยการบีบอัดวัสดุฟิสไซล์ด้วยคลื่นกระแทกแบบรวมศูนย์ซึ่งเกิดจากการระเบิดของวัตถุระเบิดเคมี ในการโฟกัสคลื่นกระแทก มีการใช้เลนส์ที่เรียกว่าวัตถุระเบิด และการระเบิดจะดำเนินการพร้อมกันในหลาย ๆ จุดด้วยความแม่นยำที่แม่นยำ การสร้างระบบดังกล่าวสำหรับการวางระเบิดและการระเบิดถือเป็นงานที่ยากที่สุดครั้งหนึ่ง การก่อตัวของคลื่นกระแทกที่มาบรรจบกันนั้นมั่นใจได้โดยการใช้เลนส์ระเบิดจากวัตถุระเบิด "เร็ว" และ "ช้า" - TATV (Triaminotrinitrobenzene) และ baratol (ส่วนผสมของ trinitrotoluene กับแบเรียมไนเตรต) และสารเติมแต่งบางชนิด)

ตัวละครระเบิด

นิวเคลียสของยูเรเนียมประกอบด้วยโปรตอน 92 ตัว ยูเรเนียมธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของสองไอโซโทป: U238 (ซึ่งมี 146 นิวตรอนในนิวเคลียส) และ U235 (143 นิวตรอน) โดยมีเพียง 0.7% ของไอโซโทปหลังในยูเรเนียมธรรมชาติ คุณสมบัติทางเคมีของไอโซโทปเหมือนกันทุกประการดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกพวกมันออกด้วยวิธีทางเคมี แต่ความแตกต่างของมวล (235 และ 238 หน่วย) ทำให้สามารถทำได้โดยวิธีทางกายภาพ: ส่วนผสมของยูเรเนียมจะถูกแปลงเป็นก๊าซ (ยูเรเนียม เฮกซาฟลูออไรด์) แล้วสูบผ่านฉากกั้นที่มีรูพรุนจำนวนนับไม่ถ้วน แม้ว่าไอโซโทปของยูเรเนียมจะแยกไม่ออกจากรูปลักษณ์หรือทางเคมี แต่ไอโซโทปของยูเรเนียมจะถูกแยกออกจากกันด้วยช่องว่างในคุณสมบัติของลักษณะทางนิวเคลียร์

กระบวนการแยกตัวของ U238 เป็นกระบวนการที่ต้องชำระเงิน โดยนิวตรอนที่มาจากภายนอกจะต้องนำพลังงานมาด้วย - 1 MeV หรือมากกว่า และ U235 นั้นไม่เห็นแก่ตัว: ไม่ต้องการสิ่งใดจากนิวตรอนที่เข้ามาเพื่อการกระตุ้นและการสลายที่ตามมา พลังงานยึดเหนี่ยวของมันในนิวเคลียสก็เพียงพอแล้ว

เมื่อนิวตรอนกระทบกับนิวเคลียสที่สามารถแบ่งตัวได้ สารประกอบที่ไม่เสถียรจะเกิดขึ้น แต่จะเกิดอย่างรวดเร็วมาก (หลังจาก 10−23−10−22 วินาที) นิวเคลียสดังกล่าวจะแตกออกเป็นสองส่วนซึ่งมีมวลไม่เท่ากันและ "ทันที" (ภายใน 10 วินาที) −16−10− 14 c) ปล่อยนิวตรอนใหม่สองหรือสามตัวออกมา ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปจำนวนนิวเคลียสฟิสไซล์จึงสามารถคูณได้ (ปฏิกิริยานี้เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่) สิ่งนี้เป็นไปได้ใน U235 เท่านั้น เนื่องจาก U238 ผู้ละโมบไม่ต้องการแบ่งปันจากนิวตรอนของตัวเองซึ่งมีพลังงานอยู่ในลำดับความสำคัญน้อยกว่า 1 MeV พลังงานจลน์ของอนุภาคผลิตภัณฑ์จากฟิชชันนั้นมีขนาดใหญ่กว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาเคมีใดๆ ซึ่งองค์ประกอบของนิวเคลียสไม่เปลี่ยนแปลง

การประกอบที่สำคัญ

ผลิตภัณฑ์จากฟิชชันไม่เสถียรและใช้เวลานานในการ "ฟื้นตัว" โดยปล่อยรังสีต่างๆ (รวมถึงนิวตรอนด้วย) นิวตรอนที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาสำคัญ (มากถึงสิบวินาที) หลังจากฟิชชันถูกเรียกว่าล่าช้า และแม้ว่าส่วนแบ่งของพวกมันจะน้อยเมื่อเทียบกับนิวตรอนที่เกิดขึ้นทันที (น้อยกว่า 1%) แต่บทบาทที่พวกมันมีในการดำเนินงานของการติดตั้งนิวเคลียร์นั้นมีมากที่สุด สำคัญ.

ผลผลิตจากฟิชชันในระหว่างการชนกันหลายครั้งกับอะตอมรอบๆ จะสูญเสียพลังงานให้กับพวกมัน และทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น หลังจากที่นิวตรอนปรากฏในส่วนประกอบที่มีวัสดุฟิชไซล์ กำลังการปล่อยความร้อนสามารถเพิ่มหรือลดลงได้ และพารามิเตอร์ของส่วนประกอบซึ่งจำนวนฟิชชันต่อหน่วยเวลาคงที่เรียกว่าวิกฤต ความวิกฤตของการประกอบสามารถรักษาไว้ได้ด้วยนิวตรอนจำนวนมากและจำนวนน้อย (ที่มีกำลังการปล่อยความร้อนมากหรือน้อยตามลำดับ) พลังงานความร้อนจะเพิ่มขึ้นโดยการอัดนิวตรอนเพิ่มเติมเข้าไปในส่วนประกอบวิกฤตจากภายนอก หรือโดยการทำให้ส่วนประกอบวิกฤตยิ่งยวด (จากนั้น นิวตรอนเพิ่มเติมจะถูกจ่ายโดยนิวเคลียสฟิสไซล์หลายรุ่นเพิ่มมากขึ้น) ตัวอย่างเช่น หากจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องปฏิกรณ์จะถูกส่งไปยังระบอบการปกครองโดยที่นิวตรอนพร้อมท์แต่ละรุ่นมีจำนวนน้อยกว่ารุ่นก่อนหน้าเล็กน้อย แต่ต้องขอบคุณนิวตรอนที่ล่าช้า เครื่องปฏิกรณ์แทบจะมองไม่เห็นผ่านเข้าไปใน สถานะวิกฤติ จากนั้นจะไม่เร่งความเร็ว แต่ได้รับพลังงานอย่างช้าๆ - เพื่อให้สามารถหยุดการเพิ่มขึ้นได้ในเวลาที่เหมาะสมโดยการแนะนำตัวดูดซับนิวตรอน (แท่งที่มีแคดเมียมหรือโบรอน)

นิวตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างฟิชชันมักจะบินผ่านนิวเคลียสที่อยู่รอบๆ โดยไม่ทำให้เกิดฟิชชันเพิ่มเติม ยิ่งนิวตรอนถูกสร้างขึ้นใกล้กับพื้นผิวของวัสดุมากเท่าใด โอกาสที่จะหลุดออกจากวัสดุฟิสไซล์และไม่กลับมาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น รูปแบบของการประกอบที่ช่วยประหยัดจำนวนนิวตรอนได้มากที่สุดจึงเป็นทรงกลม: สำหรับมวลของสสารที่กำหนด มันจะมีพื้นที่ผิวขั้นต่ำ ลูกบอลไร้ขอบ (โดดเดี่ยว) U235 94% ที่ไม่มีโพรงด้านในกลายเป็นจุดวิกฤติด้วยมวล 49 กก. และรัศมี 85 มม. ถ้าการประกอบยูเรเนียมชนิดเดียวกันเป็นทรงกระบอกที่มีความยาวเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลาง จะวิกฤตเมื่อมีมวล 52 กิโลกรัม พื้นที่ผิวก็ลดลงตามความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่การบีบอัดด้วยการระเบิด โดยไม่เปลี่ยนปริมาณของวัสดุฟิสไซล์ สามารถทำให้การประกอบเข้าสู่สถานะวิกฤตได้ กระบวนการนี้รองรับการออกแบบทั่วไปของประจุนิวเคลียร์

การประกอบลูก

แต่ส่วนใหญ่มักจะไม่ใช่ยูเรเนียมที่ใช้ในอาวุธนิวเคลียร์ แต่เป็นพลูโทเนียม-239 ผลิตในเครื่องปฏิกรณ์โดยการฉายรังสียูเรเนียม-238 ด้วยฟลักซ์นิวตรอนอันทรงพลัง พลูโตเนียมมีราคาสูงกว่า U235 ประมาณ 6 เท่า แต่เมื่อทำฟิชชัน นิวเคลียส Pu239 จะปล่อยนิวตรอนโดยเฉลี่ย 2.895 นิวตรอน ซึ่งมากกว่า U235 (2.452) นอกจากนี้ความน่าจะเป็นของการแยกตัวของพลูโตเนียมยังสูงกว่าอีกด้วย ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าลูกบอล Pu239 ที่แยกเดี่ยวกลายเป็นวิกฤตโดยมีมวลน้อยกว่าลูกบอลยูเรเนียมเกือบสามเท่า และที่สำคัญที่สุดคือมีรัศมีที่เล็กลง ซึ่งทำให้สามารถลดขนาดของการประกอบที่สำคัญได้

การประกอบประกอบด้วยสองส่วนที่ประกอบเข้ากันอย่างระมัดระวังในรูปแบบของชั้นทรงกลม (กลวงภายใน); เห็นได้ชัดว่ามันเป็นภาวะต่ำกว่าวิกฤต แม้แต่นิวตรอนความร้อนและแม้กระทั่งหลังจากถูกล้อมรอบด้วยตัวหน่วงแล้ว ประจุจะถูกติดตั้งไว้รอบๆ ส่วนประกอบของบล็อกระเบิดที่ติดตั้งอย่างแม่นยำมาก เพื่อที่จะประหยัดนิวตรอนจำเป็นต้องรักษารูปร่างอันสูงส่งของลูกบอลไว้ในระหว่างการระเบิด - ด้วยเหตุนี้ชั้นของวัตถุระเบิดจะต้องถูกจุดชนวนพร้อม ๆ กันไปตามพื้นผิวด้านนอกทั้งหมดโดยบีบอัดชุดประกอบให้เท่า ๆ กัน เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าต้องใช้เครื่องจุดชนวนไฟฟ้าจำนวนมาก แต่นี่เป็นเพียงกรณีในช่วงรุ่งสางของ "การสร้างระเบิด": เพื่อจุดชนวนระเบิดหลายสิบตัว ต้องใช้พลังงานจำนวนมากและระบบจุดระเบิดในขนาดที่พอเหมาะ ประจุสมัยใหม่ใช้ตัวจุดชนวนหลายตัวที่เลือกโดยเทคนิคพิเศษซึ่งมีลักษณะคล้ายกัน โดยมีการจุดชนวนวัตถุระเบิดที่มีความเสถียรสูง (ในแง่ของความเร็วในการระเบิด) ในร่องที่บดในชั้นโพลีคาร์บอเนต (รูปร่างที่คำนวณบนพื้นผิวทรงกลมโดยใช้เรขาคณิตของรีมันน์ วิธีการ) การระเบิดที่ความเร็วประมาณ 8 กม./วินาที จะเคลื่อนที่ไปตามร่องในระยะทางที่เท่ากันอย่างแน่นอน ในเวลาเดียวกัน มันจะไปถึงหลุมและทำให้เกิดการระเบิดของประจุหลัก - พร้อมกันที่จุดที่ต้องการทั้งหมด

ระเบิดอยู่ข้างใน

การระเบิดที่มุ่งเข้าด้านในจะบีบอัดชุดประกอบด้วยแรงดันมากกว่าหนึ่งล้านบรรยากาศ พื้นผิวของชุดประกอบลดลง ช่องภายในของพลูโตเนียมเกือบจะหายไป ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น และอย่างรวดเร็วมาก - ภายในสิบไมโครวินาที ชุดประกอบที่อัดได้จะผ่านสถานะวิกฤตด้วยนิวตรอนความร้อน และกลายเป็นวิกฤตยิ่งยวดอย่างมีนัยสำคัญด้วยนิวตรอนเร็ว

หลังจากช่วงเวลาหนึ่งซึ่งถูกกำหนดโดยเวลาที่ไม่สำคัญของการชะลอตัวของนิวตรอนเร็วอย่างไม่มีนัยสำคัญ แต่ละเจเนอเรชั่นใหม่จำนวนมากขึ้นของพวกมันจะเพิ่มพลังงาน 202 MeV ผ่านฟิชชันที่พวกมันผลิตให้กับสสารของส่วนประกอบซึ่งได้ระเบิดออกมาด้วยความชั่วร้ายแล้ว ความดัน. จากขนาดของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น ความแข็งแกร่งของแม้แต่โลหะผสมที่ดีที่สุดก็ยังมีขนาดเล็กมากจนไม่มีใครเคยคำนึงถึงเมื่อคำนวณพลวัตของการระเบิด สิ่งเดียวที่ป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนกระเด็นออกจากกันคือความเฉื่อย: เพื่อที่จะขยายลูกบอลพลูโทเนียมออกไปเพียง 1 ซม. ในสิบนาโนวินาที จำเป็นต้องให้ความเร่งแก่สสารที่มากกว่าความเร่งหลายสิบล้านล้านเท่า ของการล้มอย่างอิสระ และนี่ไม่ใช่เรื่องง่าย

ในท้ายที่สุด สสารยังคงกระจัดกระจาย และหยุดฟิชชัน แต่กระบวนการไม่ได้สิ้นสุดเพียงแค่นั้น พลังงานถูกกระจายใหม่ระหว่างชิ้นส่วนที่แตกตัวเป็นไอออนของนิวเคลียสที่แยกออกจากกันและอนุภาคอื่น ๆ ที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชัน พลังงานของพวกมันอยู่ในลำดับของ MeV นับสิบหรือหลายร้อย MeV แต่มีเพียงควอนตัมแกมมาและนิวตรอนพลังงานสูงพลังงานสูงที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเท่านั้นที่มีโอกาสหลีกเลี่ยงการมีปฏิสัมพันธ์กับสสารและ "หลบหนี" อนุภาคที่มีประจุจะสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็วเมื่อมีการชนและการแตกตัวเป็นไอออน ในกรณีนี้ การแผ่รังสีถูกปล่อยออกมา - อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เป็นรังสีนิวเคลียร์ชนิดแข็งอีกต่อไป แต่เบากว่าด้วยพลังงานที่มีขนาดต่ำกว่าสามลำดับความสำคัญ แต่ก็ยังมากเกินพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนออกจากอะตอม - ไม่เพียง แต่จากเปลือกนอกเท่านั้น แต่ จากทุกสิ่งโดยทั่วไป ส่วนผสมของนิวเคลียสเปลือย อิเล็กตรอนที่ถูกดึงออกมาจากพวกมัน และการแผ่รังสีด้วยความหนาแน่นกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ลองจินตนาการว่าคุณสามารถผิวสีแทนภายใต้แสงที่ได้รับความหนาแน่นของอลูมิเนียมได้ดีเพียงใด!) - ทุกสิ่งเมื่อครู่ที่แล้วเป็นประจุ - เข้าสู่สภาวะสมดุลบางอย่าง ในลูกไฟที่อายุน้อยมาก อุณหภูมิจะสูงถึงหลายสิบล้านองศา

ลูกไฟ

ดูเหมือนว่าแม้แต่รังสีอ่อนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงก็ควรจะทิ้งสสารที่ก่อให้เกิดมันไว้ไกล แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น: ในอากาศเย็น ช่วงควอนต้าของพลังงาน Kev คือเซนติเมตร และพวกมันจะไม่เคลื่อนที่ใน เป็นเส้นตรงแต่เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่สะท้อนกลับทุกอิริยาบถ ควอนตัมทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนและกระจายไปทั่ว เหมือนกับน้ำเชอร์รี่ที่เทลงในแก้วน้ำ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแพร่กระจายของรังสี

ลูกไฟอายุน้อยที่มีแรงระเบิด 100 นอตภายในไม่กี่สิบนาโนวินาทีหลังจากการสิ้นสุดของฟิชชันมีรัศมี 3 เมตรและอุณหภูมิเกือบ 8 ล้านเคลวิน แต่หลังจากผ่านไป 30 ไมโครวินาที รัศมีของมันก็จะอยู่ที่ 18 เมตร แม้ว่าอุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าหนึ่งล้านองศาก็ตาม ลูกบอลกินพื้นที่ และอากาศไอออไนซ์ที่อยู่ด้านหลังด้านหน้าแทบจะไม่เคลื่อนที่: การแผ่รังสีไม่สามารถถ่ายโอนโมเมนตัมที่สำคัญไปยังลูกบอลได้ในระหว่างการแพร่กระจาย แต่มันสูบพลังงานจำนวนมหาศาลเข้าสู่อากาศนี้ ทำให้ร้อนขึ้น และเมื่อพลังงานการแผ่รังสีหมดลง ลูกบอลจะเริ่มเติบโตเนื่องจากการขยายตัวของพลาสมาร้อน ซึ่งระเบิดจากด้านในด้วยสิ่งที่เคยเป็นประจุ การขยายตัวของฟองพลาสมาจะบางลงเหมือนกับฟองอากาศที่พองตัว แน่นอนว่าไม่มีอะไรพองตัวได้เหมือนฟองอากาศ แทบไม่มีสสารเหลืออยู่ข้างในเลย ทุกอย่างบินจากศูนย์กลางด้วยความเฉื่อย แต่หลังจากการระเบิด 30 ไมโครวินาที ความเร็วของการบินครั้งนี้มากกว่า 100 กม./วินาที และความดันอุทกพลศาสตร์ในสาร - มากกว่า 150,000 atm! เปลือกไม่ได้ถูกกำหนดให้บางเกินไป แต่จะแตกออกเป็น "แผลพุพอง"

กลไกใดในการถ่ายโอนพลังงานของลูกไฟสู่สิ่งแวดล้อมจะมีชัยขึ้นอยู่กับพลังของการระเบิด: หากมีขนาดใหญ่การแพร่กระจายของรังสีจะมีบทบาทหลัก หากมีขนาดเล็กการขยายตัวของฟองพลาสมาจะมีบทบาท บทบาทสำคัญ เป็นที่ชัดเจนว่ากรณีกลางก็เป็นไปได้เช่นกัน เมื่อกลไกทั้งสองมีประสิทธิผล

กระบวนการนี้จับชั้นอากาศใหม่ และไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนทั้งหมดออกจากอะตอมอีกต่อไป พลังงานของชั้นไอออไนซ์และชิ้นส่วนของฟองพลาสมาหมดลง พวกมันไม่สามารถเคลื่อนย้ายมวลขนาดใหญ่ที่อยู่ข้างหน้าพวกมันได้อีกต่อไปและช้าลงอย่างเห็นได้ชัด แต่สิ่งที่เป็นอากาศก่อนการระเบิดจะเคลื่อนตัว หลุดออกจากลูกบอล ดูดซับชั้นอากาศเย็นมากขึ้นเรื่อยๆ... การก่อตัวของคลื่นกระแทกเริ่มต้นขึ้น

คลื่นกระแทกและเห็ดปรมาณู

เมื่อคลื่นกระแทกแยกออกจากลูกไฟ ลักษณะของชั้นเปล่งแสงจะเปลี่ยนไปและพลังงานการแผ่รังสีในส่วนแสงของสเปกตรัมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (ที่เรียกว่าสูงสุดอันดับแรก) ถัดไปกระบวนการของการส่องสว่างและการเปลี่ยนแปลงในความโปร่งใสของอากาศโดยรอบแข่งขันกันซึ่งนำไปสู่การตระหนักถึงค่าสูงสุดที่สองมีพลังน้อยกว่า แต่นานกว่ามาก - มากจนมากจนการส่งออกพลังงานแสงมากกว่าในค่าสูงสุดแรก .

เมื่อใกล้เกิดการระเบิด ทุกสิ่งรอบๆ จะระเหยออกไป ยิ่งไกลออกไปก็จะละลาย แต่ยิ่งไปกว่านั้น โดยที่ความร้อนที่ไหลเวียนไม่เพียงพอที่จะละลายของแข็ง ดิน หิน บ้านเรือนจะไหลเหมือนของเหลวอีกต่อไป ภายใต้แรงกดดันมหาศาลของก๊าซที่ทำลายพันธะอันแข็งแกร่งทั้งหมด ร้อนแรงจนทนไม่ไหวเพื่อให้ดวงตาเปล่งประกาย

ในที่สุดคลื่นกระแทกไปไกลจากจุดระเบิดซึ่งยังคงมีเมฆไอระเหยที่ควบแน่นหลวมและอ่อนลง แต่ขยายตัวหลายครั้งซึ่งกลายเป็นฝุ่นกัมมันตภาพรังสีขนาดเล็กมากจากพลาสมาของประจุและจากอะไร ใกล้ถึงชั่วโมงอันเลวร้ายแล้วไปยังสถานที่ซึ่งเราควรจะอยู่ให้ไกลที่สุด เมฆเริ่มสูงขึ้น มันเย็นลงและเปลี่ยนสี จากนั้น “สวม” หมวกสีขาวที่มีความชื้นควบแน่น ตามด้วยฝุ่นจากพื้นผิวโลก ก่อตัวเป็น “ขา” ของสิ่งที่เรียกกันทั่วไปว่า “เห็ดปรมาณู”

การเริ่มต้นนิวตรอน

ผู้อ่านที่สนใจสามารถประมาณการปล่อยพลังงานระหว่างการระเบิดได้ด้วยดินสอในมือ เมื่อเวลาที่ส่วนประกอบอยู่ในสถานะวิกฤตยิ่งยวดอยู่ในลำดับไมโครวินาที อายุของนิวตรอนจะอยู่ในลำดับพิโควินาที และตัวคูณการคูณน้อยกว่า 2 จะปล่อยพลังงานประมาณหนึ่งกิกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับ ...ทีเอ็นที 250 กก. กิโลกรัมและเมกะตันอยู่ที่ไหน?

ความจริงก็คือห่วงโซ่ฟิชชันในชุดประกอบไม่ได้เริ่มต้นด้วยหนึ่งนิวตรอน: ที่ไมโครวินาทีที่ต้องการ พวกมันจะถูกฉีดเข้าไปในชุดประกอบวิกฤตยิ่งยวดเป็นล้านๆ ในประจุนิวเคลียร์ครั้งแรก แหล่งกำเนิดไอโซโทปที่อยู่ในโพรงภายในชุดประกอบพลูโทเนียมถูกนำมาใช้เพื่อสิ่งนี้: พอโลเนียม-210 ในขณะที่ถูกบีบอัด รวมกับเบริลเลียม และทำให้เกิดการปลดปล่อยนิวตรอนพร้อมกับอนุภาคแอลฟา แต่แหล่งที่มาของไอโซโทปทั้งหมดค่อนข้างอ่อนแอ (ในผลิตภัณฑ์แรกของอเมริกาสร้างนิวตรอนน้อยกว่าหนึ่งล้านนิวตรอนต่อไมโครวินาที) และพอโลเนียมนั้นเน่าเสียง่ายมาก - ในเวลาเพียง 138 วันจะลดการทำงานของมันลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นไอโซโทปจึงถูกแทนที่ด้วยไอโซโทปที่มีอันตรายน้อยกว่า (ซึ่งจะไม่ปล่อยออกมาเมื่อไม่ได้เปิดเครื่อง) และที่สำคัญที่สุดคือโดยหลอดนิวตรอนที่ปล่อยออกมาอย่างเข้มข้นมากขึ้น (ดูแถบด้านข้าง): ในเวลาไม่กี่ไมโครวินาที (ระยะเวลาของพัลส์ที่เกิดจาก tube) นิวตรอนนับร้อยล้านตัวถือกำเนิดขึ้น แต่หากไม่ได้ผลหรือทำงานผิดเวลา จะเกิดสิ่งที่เรียกว่าปังหรือ "zilch" - การระเบิดจากความร้อนพลังงานต่ำ

การเริ่มต้นของนิวตรอนไม่เพียงแต่เพิ่มการปล่อยพลังงานของการระเบิดของนิวเคลียร์ในหลายขนาดเท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถควบคุมมันได้อีกด้วย! เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อได้รับภารกิจการต่อสู้แล้ว เมื่อกำหนดว่าจะต้องระบุพลังของการโจมตีด้วยนิวเคลียร์ จะไม่มีใครแยกชิ้นส่วนประจุเพื่อติดตั้งชุดประกอบพลูโตเนียมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพลังงานที่กำหนด ในกระสุนที่เทียบเท่ากับ TNT ที่สามารถสับเปลี่ยนได้ ก็เพียงพอแล้วที่จะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับท่อนิวตรอน ดังนั้นผลผลิตนิวตรอนและการปล่อยพลังงานจะเปลี่ยนไป (แน่นอนว่าเมื่อพลังงานลดลงในลักษณะนี้ พลูโทเนียมราคาแพงจำนวนมากจะสูญเปล่าไป)

แต่พวกเขาเริ่มคิดถึงความจำเป็นในการควบคุมการปล่อยพลังงานในเวลาต่อมา และในปีแรกหลังสงคราม ก็ไม่มีการพูดถึงการลดพลังงานอีกต่อไป แรงกว่า แรงกว่า และแรงกว่า! แต่ปรากฎว่ามีข้อ จำกัด ทางกายภาพและอุทกพลศาสตร์ทางนิวเคลียร์ในขนาดที่อนุญาตของทรงกลมใต้วิกฤต ระเบิดทีเอ็นทีเทียบเท่ากับการระเบิดหนึ่งร้อยกิโลตันนั้นใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางกายภาพสำหรับอาวุธยุทโธปกรณ์แบบเฟสเดียว ซึ่งเกิดฟิชชันเท่านั้น เป็นผลให้ฟิชชันถูกละทิ้งในฐานะแหล่งพลังงานหลักและมุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาของคลาสอื่น - ฟิวชั่น

ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับนิวเคลียร์

ความหนาแน่นของพลูโตเนียมในขณะที่เกิดการระเบิดเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนเฟส

พลูโตเนียมโลหะมีอยู่หกระยะ โดยมีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 14.7 ถึง 19.8 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 119 °C จะมีเฟสอัลฟาแบบโมโนคลินิก (19.8 กรัม/ซม.3) แต่พลูโทเนียมดังกล่าวมีความเปราะบางมาก และในเฟสเดลต้าที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลางลูกบาศก์ (15.9) จะเป็นพลาสติกและผ่านกระบวนการอย่างดี (เป็นเฟสนี้ที่ พวกเขาพยายามเก็บรักษาโดยใช้สารเจือปน) ในระหว่างการบีบอัดการระเบิด จะไม่มีการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้น - พลูโทเนียมอยู่ในสถานะเสมือนของเหลว การเปลี่ยนเฟสเป็นอันตรายในระหว่างการผลิต: ด้วยชิ้นส่วนขนาดใหญ่ แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเล็กน้อย แต่ก็สามารถไปถึงสถานะวิกฤตได้ แน่นอนว่าจะไม่มีการระเบิด - ชิ้นงานจะร้อนขึ้น แต่การชุบนิกเกิลอาจปล่อยออกมา (และพลูโทเนียมเป็นพิษมาก)

แหล่งกำเนิดนิวตรอน

ระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนเบริลเลียม-โพโลเนียม ประจุสมัยใหม่ใช้หลอดนิวตรอนที่สะดวกกว่ามาก

ในหลอดนิวตรอนสุญญากาศ แรงดันพัลส์ 100 kV จะถูกใช้ระหว่างเป้าหมายที่อิ่มตัวด้วยไอโซโทป (แคโทด) (1) และชุดประกอบแอโนด (2) เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ไอออนดิวเทอเรียมจำเป็นจะต้องอยู่ระหว่างขั้วบวกและแคโทด ซึ่งจำเป็นต้องถูกเร่ง มีการใช้แหล่งกำเนิดไอออนสำหรับสิ่งนี้ พัลส์การจุดระเบิดถูกนำไปใช้กับขั้วบวก (3) และการคายประจุที่ไหลผ่านพื้นผิวของเซรามิกดิวทีเรียมอิ่มตัว (4) จะก่อให้เกิดไอออนดิวทีเรียม เมื่อเร่งความเร็วขึ้นพวกมันก็โจมตีเป้าหมายที่อิ่มตัวด้วยไอโซโทปซึ่งเป็นผลมาจากการที่พลังงาน 17.6 MeV ถูกปล่อยออกมาและเกิดนิวตรอนและนิวเคลียสฮีเลียม -4

ในแง่ขององค์ประกอบของอนุภาคและพลังงานที่ปล่อยออกมา ปฏิกิริยานี้เหมือนกับปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเป็นกระบวนการหลอมรวมของนิวเคลียสของแสง ในทศวรรษ 1950 หลายคนเชื่อว่านี่คือปฏิกิริยาฟิวชัน แต่ต่อมากลับกลายเป็นว่า "การหยุดชะงัก" เกิดขึ้นในหลอด: ไม่ว่าจะเป็นโปรตอนหรือนิวตรอน (ซึ่งประกอบเป็นดิวเทอเรียมไอออนซึ่งถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้า) "ติดอยู่" ในนิวเคลียสเป้าหมาย (ไอโซโทป) หากโปรตอนติดอยู่ นิวตรอนจะแตกตัวและกลายเป็นอิสระ

นิวตรอน - ช้าและเร็ว

ในสารที่ไม่แยกตัวซึ่ง "กระดอน" จากนิวเคลียส นิวตรอนจะถ่ายโอนส่วนหนึ่งของพลังงานไปให้นิวเคลียส ยิ่งนิวเคลียสยิ่งเบา (ใกล้กับพวกมันมากขึ้น) ยิ่งนิวตรอนชนกันมากเท่าไร มันก็จะช้าลงเท่านั้น และในที่สุดพวกมันจะเข้าสู่สมดุลทางความร้อนกับสสารที่อยู่รอบข้าง - พวกมันจะถูกทำให้ร้อน (ซึ่งใช้เวลาเป็นมิลลิวินาที) ความเร็วนิวตรอนความร้อนคือ 2200 m/s (พลังงาน 0.025 eV) นิวตรอนสามารถหลบหนีจากตัวหน่วงและถูกจับโดยนิวเคลียสของมัน แต่เมื่อพอประมาณ ความสามารถในการเข้าสู่ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นนิวตรอนที่ไม่ "สูญเสีย" มากกว่าจะชดเชยจำนวนที่ลดลง

ดังนั้น หากลูกบอลของวัสดุฟิสไซล์ถูกล้อมรอบด้วยโมเดอเรเตอร์ นิวตรอนจำนวนมากจะออกจากตัวหน่วงเวลาหรือถูกดูดซับเข้าไป แต่ก็มีบางส่วนที่จะกลับคืนสู่ลูกบอล (“สะท้อน”) และเมื่อสูญเสียพลังงานไป มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดเหตุการณ์ฟิชชันมากขึ้น หากลูกบอลถูกล้อมรอบด้วยชั้นเบริลเลียมหนา 25 มม. ก็จะสามารถประหยัด U235 ได้ 20 กก. และยังคงเข้าสู่สถานะวิกฤติของการประกอบ แต่การประหยัดดังกล่าวต้องแลกมาด้วยต้นทุนของเวลา นิวตรอนรุ่นต่อมาแต่ละรุ่นจะต้องช้าลงก่อนจะทำให้เกิดฟิชชัน การหน่วงเวลานี้จะช่วยลดจำนวนรุ่นของนิวตรอนที่เกิดต่อหน่วยเวลา ซึ่งหมายความว่าการปล่อยพลังงานจะล่าช้าออกไป ยิ่งวัสดุฟิสไซล์น้อยลงในการประกอบ ยิ่งต้องมีตัวหน่วงมากขึ้นเพื่อพัฒนาปฏิกิริยาลูกโซ่ และฟิชชันจะเกิดขึ้นเมื่อมีนิวตรอนพลังงานต่ำมากขึ้น ในกรณีที่จำกัด เมื่อบรรลุถึงวิกฤตได้เฉพาะกับนิวตรอนความร้อนเท่านั้น เช่น ในสารละลายเกลือยูเรเนียมในตัวหน่วงที่ดี - น้ำ มวลของชุดประกอบคือหลายร้อยกรัม แต่สารละลายจะเดือดเป็นระยะ ฟองไอน้ำที่ปล่อยออกมาจะลดความหนาแน่นเฉลี่ยของสารฟิสไซล์ ปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดลง และเมื่อฟองออกจากของเหลว การระบาดของฟิชชันจะเกิดขึ้นซ้ำอีก (หากคุณอุดตันภาชนะ ไอน้ำจะแตกออก - แต่นี่จะเป็นความร้อน การระเบิด โดยไม่มีสัญญาณ "นิวเคลียร์" ทั่วไปทั้งหมด)

วิดีโอ: การระเบิดของนิวเคลียร์

สมัครสมาชิกและอ่านสิ่งพิมพ์ที่ดีที่สุดของเราใน Yandex.Zen- ชมภาพสวยๆจากทั่วทุกมุมโลกได้ที่เพจของเราที่ อินสตาแกรม

หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเลือกส่วนของข้อความแล้วกด Ctrl+Enter

การผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่ทันสมัยและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว คุณรู้หรือไม่ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทใดบ้าง? เราจะพยายามพิจารณารายละเอียดรูปแบบการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เจาะลึกโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และค้นหาว่าวิธีการผลิตไฟฟ้าด้วยนิวเคลียร์มีความปลอดภัยเพียงใด

สถานีใดก็ตามที่เป็นพื้นที่ปิดซึ่งห่างไกลจากเขตที่อยู่อาศัย มีอาคารหลายหลังในอาณาเขตของตน โครงสร้างที่สำคัญที่สุดคืออาคารเครื่องปฏิกรณ์ ถัดจากอาคารคือห้องกังหันที่ใช้ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ และอาคารความปลอดภัย

โครงการนี้เป็นไปไม่ได้หากไม่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (นิวเคลียร์) เป็นอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ออกแบบมาเพื่อจัดระเบียบปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันนิวตรอนโดยการปล่อยพลังงานตามคำสั่งในระหว่างกระบวนการนี้ แต่หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร?

การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดตั้งอยู่ในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นหอคอยคอนกรีตขนาดใหญ่ที่ซ่อนเครื่องปฏิกรณ์ และจะบรรจุผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ หอคอยขนาดใหญ่นี้เรียกว่าห้องกักกัน เปลือกสุญญากาศ หรือเขตกักกัน

โซนสุญญากาศในเครื่องปฏิกรณ์ใหม่มีผนังคอนกรีตหนา 2 ผนัง - เปลือก
เปลือกนอกหนา 80 ซม. ช่วยปกป้องโซนกักกันจากอิทธิพลภายนอก

เปลือกชั้นในหนา 1 เมตร 20 ซม. มีสายเหล็กพิเศษเพิ่มความแข็งแรงของคอนกรีตเกือบ 3 เท่า และจะป้องกันไม่ให้โครงสร้างพังทลาย ด้านในบุด้วยแผ่นเหล็กพิเศษบางๆ ซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อใช้เป็นการป้องกันเพิ่มเติมสำหรับการกักเก็บ และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ จะไม่ปล่อยสิ่งที่อยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ออกนอกเขตกักกัน

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ช่วยให้สามารถทนทานต่อเครื่องบินตกที่มีน้ำหนักมากถึง 200 ตัน แผ่นดินไหวขนาด 8 พายุทอร์นาโด และสึนามิ

เปลือกปิดผนึกแห่งแรกถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ American Connecticut Yankee ในปี 1968

ความสูงรวมของเขตกักกันอยู่ที่ 50-60 เมตร

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประกอบด้วยอะไร?

เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คุณต้องเข้าใจส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์

• โซนที่ใช้งานอยู่ นี่คือบริเวณที่วางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เครื่องกำเนิดเชื้อเพลิง) และเครื่องหน่วงไฟ อะตอมเชื้อเพลิง (ส่วนใหญ่มักจะเป็นยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง) จะเกิดปฏิกิริยาฟิชชันแบบลูกโซ่ โมเดอเรเตอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมกระบวนการฟิชชันและทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ต้องการในแง่ของความเร็วและความแข็งแกร่ง
• ตัวสะท้อนนิวตรอน ตัวสะท้อนแสงล้อมรอบแกนกลาง ประกอบด้วยเนื้อหาเดียวกันกับผู้ดำเนินรายการ โดยพื้นฐานแล้วนี่คือกล่องซึ่งมีจุดประสงค์หลักเพื่อป้องกันไม่ให้นิวตรอนออกจากแกนกลางและเข้าสู่สิ่งแวดล้อม
• น้ำยาหล่อเย็น สารหล่อเย็นจะต้องดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการแยกตัวของอะตอมเชื้อเพลิงและถ่ายโอนไปยังสารอื่น สารหล่อเย็นส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดวิธีการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ น้ำยาหล่อเย็นที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือน้ำ
  ระบบควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ เซ็นเซอร์และกลไกที่จ่ายพลังงานให้กับเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานบนอะไร? เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติกัมมันตภาพรังสี ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่ง ธาตุนี้คือยูเรเนียม

การออกแบบสถานีต่างๆ บ่งบอกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงคอมโพสิตที่ซับซ้อน และไม่ได้ใช้องค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์ และเพื่อที่จะสกัดเชื้อเพลิงยูเรเนียมจากยูเรเนียมธรรมชาติซึ่งบรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จำเป็นต้องดำเนินการหลายอย่าง

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ

ยูเรเนียมประกอบด้วยสองไอโซโทป กล่าวคือ ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีมวลต่างกัน พวกมันถูกตั้งชื่อตามจำนวนโปรตอนและนิวตรอนไอโซโทป -235 และไอโซโทป-238 นักวิจัยแห่งศตวรรษที่ 20 เริ่มสกัดยูเรเนียม 235 จากแร่ เนื่องจาก... มันง่ายกว่าที่จะสลายตัวและเปลี่ยนรูป ปรากฎว่ามียูเรเนียมในธรรมชาติเพียง 0.7% (เปอร์เซ็นต์ที่เหลือไปที่ไอโซโทปที่ 238)

จะทำอย่างไรในกรณีนี้? พวกเขาตัดสินใจที่จะเสริมสมรรถนะยูเรเนียม การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมเป็นกระบวนการที่มีไอโซโทป 235x ที่จำเป็นจำนวนมากยังคงอยู่ในนั้น และไอโซโทป 238x ที่ไม่จำเป็นจำนวนเล็กน้อย งานเสริมสมรรถนะยูเรเนียมคือเปลี่ยน 0.7% ให้เป็นยูเรเนียม-235 เกือบ 100%

ยูเรเนียมสามารถเสริมสมรรถนะได้โดยใช้สองเทคโนโลยี: การแพร่กระจายก๊าซหรือการหมุนเหวี่ยงก๊าซ เพื่อนำไปใช้ ยูเรเนียมที่สกัดจากแร่จะถูกแปลงเป็นสถานะก๊าซ อุดมด้วยก๊าซ

ผงยูเรเนียม

ก๊าซยูเรเนียมเสริมสมรรถนะจะถูกแปลงเป็นสถานะของแข็ง - ยูเรเนียมไดออกไซด์ ยูเรเนียมแข็ง 235 บริสุทธิ์นี้ปรากฏเป็นผลึกสีขาวขนาดใหญ่ ซึ่งต่อมาถูกบดเป็นผงยูเรเนียม

เม็ดยายูเรเนียม

เม็ดยูเรเนียมเป็นแผ่นโลหะแข็ง ยาวสองสามเซนติเมตร ในการสร้างเม็ดยาจากผงยูเรเนียมให้ผสมกับสาร - พลาสติไซเซอร์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการกดเม็ดยา

ลูกยางอัดแข็งจะถูกอบที่อุณหภูมิ 1,200 องศาเซลเซียสเป็นเวลานานกว่าหนึ่งวัน เพื่อให้เม็ดมีความแข็งแรงเป็นพิเศษและทนทานต่ออุณหภูมิสูง วิธีดำเนินการของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยตรงขึ้นอยู่กับว่าเชื้อเพลิงยูเรเนียมถูกบีบอัดและอบได้ดีเพียงใด

เพราะเม็ดยาจะถูกอบในกล่องโมลิบดีนัมเพราะว่า มีเพียงโลหะนี้เท่านั้นที่ไม่สามารถละลายที่อุณหภูมิ "นรก" ที่มากกว่าหนึ่งพันครึ่งพันองศาได้ หลังจากนี้เชื้อเพลิงยูเรเนียมสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ถือว่าพร้อมแล้ว

TVEL และ FA คืออะไร?

แกนเครื่องปฏิกรณ์ดูเหมือนจานหรือท่อขนาดใหญ่ที่มีรูในผนัง (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์) ซึ่งใหญ่กว่าร่างกายมนุษย์ถึง 5 เท่า หลุมเหล่านี้ประกอบด้วยเชื้อเพลิงยูเรเนียมซึ่งเป็นอะตอมที่ทำปฏิกิริยาตามที่ต้องการ

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะโยนเชื้อเพลิงเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ เว้นแต่ว่าคุณต้องการทำให้เกิดการระเบิดทั่วทั้งสถานีและเกิดอุบัติเหตุที่ส่งผลตามมาสำหรับรัฐใกล้เคียงสองรัฐ ดังนั้นเชื้อเพลิงยูเรเนียมจึงถูกวางไว้ในแท่งเชื้อเพลิงแล้วรวบรวมไว้ในชุดประกอบเชื้อเพลิง คำย่อเหล่านี้หมายถึงอะไร?

• TVEL เป็นองค์ประกอบเชื้อเพลิง (อย่าสับสนกับชื่อเดียวกันของบริษัทรัสเซียที่ผลิตพวกมัน) โดยพื้นฐานแล้วมันคือท่อเซอร์โคเนียมบางและยาวที่ทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียมสำหรับใส่เม็ดยูเรเนียม มันอยู่ในแท่งเชื้อเพลิงที่อะตอมของยูเรเนียมเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กันโดยปล่อยความร้อนออกมาระหว่างการทำปฏิกิริยา

เซอร์โคเนียมได้รับเลือกให้เป็นวัสดุสำหรับการผลิตแท่งเชื้อเพลิงเนื่องจากคุณสมบัติการหักเหของแสงและป้องกันการกัดกร่อน

ประเภทของแท่งเชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับชนิดและโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ ตามกฎแล้วโครงสร้างและวัตถุประสงค์ของแท่งเชื้อเพลิงจะไม่เปลี่ยนแปลงความยาวและความกว้างของท่ออาจแตกต่างกัน

เครื่องจักรจะบรรจุเม็ดยูเรเนียมมากกว่า 200 เม็ดลงในท่อเซอร์โคเนียมหลอดเดียว โดยรวมแล้ว เม็ดยูเรเนียมประมาณ 10 ล้านเม็ดกำลังทำงานพร้อมกันในเครื่องปฏิกรณ์
FA – การประกอบเชื้อเพลิง คนงาน NPP เรียกชุดประกอบเชื้อเพลิง

โดยพื้นฐานแล้ว เหล่านี้คือแท่งเชื้อเพลิงหลายแท่งที่ยึดติดกัน FA เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำเร็จรูป ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินการอยู่ เป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่บรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงประมาณ 150 ถึง 400 ชิ้นถูกวางไว้ในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว
ขึ้นอยู่กับเครื่องปฏิกรณ์ที่จะใช้ประกอบเชื้อเพลิง พวกมันมีรูปร่างที่แตกต่างกัน บางครั้งมัดก็พับเป็นลูกบาศก์ บางครั้งก็พับเป็นทรงกระบอก บางครั้งก็พับเป็นรูปทรงหกเหลี่ยม

การประกอบเชื้อเพลิงหนึ่งชุดตลอดระยะเวลา 4 ปีของการดำเนินงานผลิตพลังงานในปริมาณเท่ากันเมื่อเผารถยนต์ถ่านหิน 670 คัน ถังก๊าซธรรมชาติ 730 ถัง หรือถังบรรจุน้ำมัน 900 ถัง
ปัจจุบันการประกอบเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ผลิตที่โรงงานในรัสเซีย ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น

ในการจัดส่งเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไปยังประเทศอื่นๆ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะถูกปิดผนึกไว้ในท่อโลหะที่ยาวและกว้าง อากาศจะถูกสูบออกจากท่อและส่งโดยเครื่องจักรพิเศษบนเครื่องบินขนส่งสินค้า

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีน้ำหนักมากพอสมควร เพราะ... ยูเรเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่หนักที่สุดในโลก ความถ่วงจำเพาะของมันมากกว่าเหล็กถึง 2.5 เท่า

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์: หลักการทำงาน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของอะตอมของสารกัมมันตภาพรังสี - ยูเรเนียม ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

สิ่งสำคัญที่ควรทราบ:

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีลักษณะดังนี้:
หลังจากการสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แท่งดูดซับจะถูกเอาออกจากแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ยูเรเนียมทำปฏิกิริยา

เมื่อถอดแท่งออกแล้ว นิวตรอนยูเรเนียมจะเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กัน

เมื่อนิวตรอนชนกัน การระเบิดขนาดเล็กจะเกิดขึ้นในระดับอะตอม พลังงานจะถูกปล่อยออกมาและเกิดนิวตรอนใหม่ ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเริ่มเกิดขึ้น กระบวนการนี้ทำให้เกิดความร้อน

ความร้อนถูกถ่ายโอนไปยังสารหล่อเย็น สารหล่อเย็นจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำหรือก๊าซซึ่งหมุนกังหันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของสารหล่อเย็น

กังหันขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เขาคือผู้สร้างกระแสไฟฟ้าจริงๆ

หากคุณไม่ติดตามกระบวนการนี้ นิวตรอนยูเรเนียมอาจชนกันจนกว่าพวกมันจะระเบิดเครื่องปฏิกรณ์และทุบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดให้แหลกสลาย กระบวนการนี้ถูกควบคุมโดยเซ็นเซอร์คอมพิวเตอร์ โดยตรวจจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือการเปลี่ยนแปลงความดันในเครื่องปฏิกรณ์และสามารถหยุดปฏิกิริยาได้โดยอัตโนมัติ

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (โรงไฟฟ้าพลังความร้อน) อย่างไร?

มีความแตกต่างในการทำงานเฉพาะในระยะแรกเท่านั้น ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากการแยกตัวของอะตอมของเชื้อเพลิงยูเรเนียม ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ (ถ่านหิน ก๊าซ หรือน้ำมัน) หลังจากที่อะตอมยูเรเนียมหรือก๊าซและถ่านหินได้ปล่อยความร้อนออกมา รูปแบบการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนจะเหมือนกัน

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างแน่นอน ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์อยู่สองประเภทหลัก ซึ่งจำแนกตามสเปกตรัมของเซลล์ประสาท:
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าหรือที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน

สำหรับการใช้งานจะใช้ยูเรเนียม 235 ซึ่งต้องผ่านขั้นตอนการเสริมสมรรถนะการสร้างเม็ดยูเรเนียม ฯลฯ ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ใช้นิวตรอนช้า
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้คืออนาคต เพราะ... พวกเขาทำงานกับยูเรเนียม-238 ซึ่งมีปริมาณเล็กน้อยในธรรมชาติและไม่จำเป็นต้องเสริมธาตุนี้ ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวคือต้นทุนการออกแบบ การก่อสร้าง และการเริ่มต้นที่สูงมาก ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วดำเนินการเฉพาะในรัสเซียเท่านั้น

สารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วคือปรอท แก๊ส โซเดียม หรือตะกั่ว

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าซึ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งในโลกใช้อยู่ในปัจจุบัน ก็มีหลายประเภทเช่นกัน

องค์กร IAEA (สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ) ได้สร้างการจำแนกประเภทของตนเองซึ่งส่วนใหญ่มักใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลก เนื่องจากหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้สารหล่อเย็นและตัวหน่วง IAEA จึงจำแนกประเภทตามความแตกต่างเหล่านี้

จากมุมมองทางเคมี ดิวทีเรียมออกไซด์เป็นตัวหน่วงและสารหล่อเย็นในอุดมคติ เนื่องจาก อะตอมของมันมีปฏิสัมพันธ์กับนิวตรอนของยูเรเนียมอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับสสารอื่น พูดง่ายๆ ก็คือ Heavy Water ทำหน้าที่โดยสูญเสียน้อยที่สุดและให้ผลลัพธ์สูงสุด อย่างไรก็ตาม การผลิตต้องเสียค่าใช้จ่าย ในขณะที่ "แสง" ธรรมดาและน้ำที่คุ้นเคยนั้นใช้ง่ายกว่ามาก

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์...

สิ่งที่น่าสนใจคือเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หนึ่งเครื่องใช้เวลาสร้างอย่างน้อย 3 ปี!
ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ คุณต้องมีอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยกระแสไฟฟ้า 210 กิโลแอมแปร์ ซึ่งสูงกว่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถฆ่าคนได้เป็นล้านเท่า

หนึ่งเปลือก (องค์ประกอบโครงสร้าง) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีน้ำหนัก 150 ตัน มีองค์ประกอบดังกล่าว 6 รายการในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน

เราได้ค้นพบวิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปแล้ว มาดูกันว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้น้ำแรงดันสูงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดทำงานอย่างไร
ปัจจุบันทั่วโลกมีการใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันรุ่น 3+ ถือว่าเชื่อถือได้และปลอดภัยที่สุด

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันทุกเครื่องในโลกตลอดระยะเวลาการดำเนินงานหลายปี ได้สั่งสมการดำเนินงานโดยปราศจากปัญหามามากกว่า 1,000 ปีแล้ว และไม่เคยมีการเบี่ยงเบนร้ายแรง

โครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันหมายความว่าน้ำกลั่นที่ให้ความร้อนถึง 320 องศาหมุนเวียนระหว่างแท่งเชื้อเพลิง เพื่อป้องกันไม่ให้กลายเป็นไอ จึงถูกเก็บไว้ภายใต้ความกดดัน 160 บรรยากาศ แผนภาพโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เรียกมันว่าน้ำในวงจรปฐมภูมิ

น้ำร้อนจะเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำและปล่อยความร้อนให้กับน้ำในวงจรทุติยภูมิ หลังจากนั้นน้ำจะ "กลับ" ไปยังเครื่องปฏิกรณ์อีกครั้ง ภายนอกดูเหมือนว่าท่อน้ำของวงจรแรกจะสัมผัสกับท่ออื่น - น้ำของวงจรที่สองจะถ่ายเทความร้อนซึ่งกันและกัน แต่น้ำไม่ได้สัมผัสกัน ท่อสัมผัสกัน

ดังนั้นจึงไม่รวมความเป็นไปได้ที่รังสีจะเข้าสู่วงจรทุติยภูมิซึ่งจะมีส่วนร่วมในกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป

ความปลอดภัยในการดำเนินงานของ กปปส

เมื่อได้เรียนรู้หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว เราต้องเข้าใจว่าความปลอดภัยทำงานอย่างไร การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับกฎความปลอดภัยมากขึ้น
ต้นทุนด้านความปลอดภัยของ NPP คิดเป็นประมาณ 40% ของต้นทุนรวมของโรงงาน

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประกอบด้วยอุปสรรคทางกายภาพ 4 ประการที่ป้องกันการปล่อยสารกัมมันตภาพรังสี อุปสรรคเหล่านี้ควรทำอย่างไร? ในช่วงเวลาที่เหมาะสม สามารถหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนอย่างต่อเนื่องจากแกนกลางและตัวเตาปฏิกรณ์เอง และป้องกันการปล่อยนิวไคลด์กัมมันตรังสีออกไปนอกการกักเก็บ (โซนสุญญากาศ)

• สิ่งกีดขวางแรกคือความแข็งแกร่งของเม็ดยูเรเนียมสิ่งสำคัญคือต้องไม่ถูกทำลายด้วยอุณหภูมิสูงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการ "อบ" เม็ดยูเรเนียมในระหว่างขั้นตอนการผลิตเริ่มแรก หากเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมไม่ได้รับการอบอย่างถูกต้อง ปฏิกิริยาของอะตอมยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์จะไม่สามารถคาดเดาได้
• สิ่งกีดขวางที่สองคือความแน่นของแท่งเชื้อเพลิงท่อเซอร์โคเนียมจะต้องปิดผนึกอย่างแน่นหนา หากซีลแตก อย่างดีที่สุดเครื่องปฏิกรณ์จะเสียหายและงานจะหยุดลง อย่างแย่ที่สุดทุกอย่างก็จะลอยขึ้นไปในอากาศ
• สิ่งกีดขวางที่สามคือถังปฏิกรณ์ที่ทำจากเหล็กซึ่งมีความทนทานก, (หอคอยขนาดใหญ่เดียวกันนั้น - โซนสุญญากาศ) ซึ่ง "บรรจุ" กระบวนการกัมมันตภาพรังสีทั้งหมด หากตัวเรือนได้รับความเสียหาย รังสีจะเล็ดลอดออกสู่ชั้นบรรยากาศ
• สิ่งกีดขวางที่สี่คือแท่งป้องกันฉุกเฉินแท่งที่มีตัวหน่วงจะถูกแม่เหล็กแขวนไว้เหนือแกนกลาง ซึ่งสามารถดูดซับนิวตรอนทั้งหมดได้ภายใน 2 วินาทีและหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่

แม้ว่าจะมีการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีการป้องกันหลายระดับ แต่ก็ไม่สามารถทำให้แกนเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงในเวลาที่เหมาะสมได้ และอุณหภูมิเชื้อเพลิงก็สูงขึ้นถึง 2,600 องศา ความหวังสุดท้ายของระบบความปลอดภัยก็เข้ามามีบทบาท - สิ่งที่เรียกว่ากับดักละลาย

ความจริงก็คือที่อุณหภูมินี้ ก้นถังปฏิกรณ์จะละลาย และส่วนที่เหลือของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และโครงสร้างที่หลอมละลายจะไหลลงสู่ "แก้ว" พิเศษที่แขวนอยู่เหนือแกนเครื่องปฏิกรณ์

กับดักละลายนั้นแช่เย็นและกันไฟได้ มันเต็มไปด้วยสิ่งที่เรียกว่า "วัสดุบูชายัญ" ซึ่งค่อยๆ หยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน

ดังนั้นการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงหมายถึงการป้องกันหลายระดับ ซึ่งเกือบจะขจัดโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุได้เกือบทั้งหมด

ประวัติความเป็นมาของการสร้างระเบิดปรมาณู โดยเฉพาะอาวุธ เริ่มต้นในปี 1939 โดยการค้นพบของ Joliot Curie นับจากวินาทีนี้เองที่นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ของยูเรเนียมไม่เพียงแต่จะกลายเป็นแหล่งพลังงานมหาศาลเท่านั้น แต่ยังเป็นอาวุธที่น่ากลัวอีกด้วย ดังนั้นการออกแบบระเบิดปรมาณูจึงขึ้นอยู่กับการใช้พลังงานนิวเคลียร์ซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

อย่างหลังหมายถึงกระบวนการฟิชชันของนิวเคลียสหนักหรือฟิวชันของนิวเคลียสเบา เป็นผลให้ระเบิดปรมาณูเป็นอาวุธทำลายล้างสูงเนื่องจากในช่วงเวลาที่สั้นที่สุดพลังงานนิวเคลียร์จำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาในพื้นที่ขนาดเล็ก เมื่อเข้าสู่กระบวนการนี้เป็นธรรมเนียมที่จะต้องเน้นสถานที่สำคัญสองแห่ง

ประการแรก นี่คือศูนย์กลางของการระเบิดนิวเคลียร์ ซึ่งกระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยตรง และประการที่สอง นี่คือจุดศูนย์กลาง ซึ่งโดยเนื้อแท้แล้วแสดงถึงการฉายภาพของกระบวนการลงบนพื้นผิว (ดินหรือน้ำ) นอกจากนี้ การระเบิดของนิวเคลียร์ยังปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่งซึ่งเมื่อถูกฉายลงสู่พื้นโลก จะเกิดแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว และระยะการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนดังกล่าวนั้นใหญ่มากอย่างไม่น่าเชื่อแม้ว่าจะสร้างความเสียหายอย่างมากต่อสิ่งแวดล้อมในระยะห่างเพียงไม่กี่ร้อยเมตรก็ตาม

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการระเบิดของนิวเคลียร์นั้นมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนและแสงจำนวนมากซึ่งทำให้เกิดแสงวาบที่สว่าง ยิ่งไปกว่านั้นพลังของมันยังมีมากกว่าพลังของแสงอาทิตย์หลายเท่า ดังนั้นความเสียหายจากแสงและความร้อนจึงสามารถเกิดขึ้นได้ในระยะทางหลายกิโลเมตร

แต่ความเสียหายประเภทหนึ่งที่อันตรายอย่างยิ่งจากระเบิดปรมาณูคือรังสีที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดนิวเคลียร์ ระยะเวลาในการสัมผัสกับปรากฏการณ์นี้สั้น โดยเฉลี่ย 60 วินาที แต่ความสามารถในการทะลุทะลวงของคลื่นนี้น่าทึ่งมาก

สำหรับการออกแบบระเบิดปรมาณูนั้นมีส่วนประกอบที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง ตามกฎแล้วอาวุธประเภทนี้มีสององค์ประกอบหลัก: ร่างกายและระบบอัตโนมัติ

ตัวเรือนประกอบด้วยประจุนิวเคลียร์และระบบอัตโนมัติ และทำหน้าที่ป้องกันโดยสัมพันธ์กับอิทธิพลประเภทต่างๆ (ทางกล ความร้อน และอื่นๆ) และบทบาทของระบบอัตโนมัติคือทำให้แน่ใจว่าการระเบิดจะเกิดขึ้นตามเวลาที่กำหนดอย่างชัดเจน และไม่เกิดก่อนหรือหลัง ระบบอัตโนมัติประกอบด้วยระบบเช่น: การระเบิดฉุกเฉิน การป้องกันและการง้าง; แหล่งจ่ายไฟ เซ็นเซอร์ตรวจจับการระเบิดและประจุ

แต่ระเบิดปรมาณูถูกส่งโดยใช้ขีปนาวุธ ขีปนาวุธครูซ และขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน เหล่านั้น. อาวุธนิวเคลียร์อาจเป็นองค์ประกอบของระเบิดทางอากาศ ตอร์ปิโด ทุ่นระเบิด และอื่นๆ

และแม้กระทั่งระบบการระเบิดของระเบิดปรมาณูก็สามารถแตกต่างออกไปได้ หนึ่งในระบบที่ง่ายที่สุดคือระบบหัวฉีด เมื่อแรงผลักดันในการระเบิดนิวเคลียร์คือเมื่อกระสุนปืนกระทบเป้าหมาย ตามด้วยการก่อตัวของมวลวิกฤตยิ่งยวด เป็นระเบิดปรมาณูชนิดนี้ที่ถูกจุดชนวนครั้งแรกเหนือฮิโรชิมาในปี พ.ศ. 2488 โดยมียูเรเนียมบรรจุอยู่ ในทางตรงกันข้าม ระเบิดที่นางาซากิทิ้งในปีเดียวกันนั้นเป็นพลูโทเนียม

หลังจากการสาธิตพลังและความแข็งแกร่งของอาวุธปรมาณูอย่างชัดเจนพวกเขาก็ตกอยู่ในประเภทของการทำลายล้างสูงที่อันตรายที่สุดทันที เมื่อพูดถึงประเภทของอาวุธปรมาณูควรกล่าวถึงว่าจะพิจารณาจากขนาดของลำกล้อง ดังนั้นในขณะนี้มีลำกล้องหลักสามลำสำหรับอาวุธนี้: เล็ก ใหญ่ และกลาง พลังของการระเบิดมักมีลักษณะเทียบเท่ากับ TNT ตัวอย่างเช่น อาวุธปรมาณูลำกล้องขนาดเล็กหมายถึงพลังประจุเท่ากับทีเอ็นทีหลายพันตัน และอาวุธปรมาณูที่ทรงพลังยิ่งกว่าลำกล้องขนาดกลางที่แม่นยำยิ่งขึ้นนั้นมีจำนวนทีเอ็นทีนับหมื่นตันแล้วและในที่สุดอย่างหลังก็มีการวัดเป็นล้านแล้ว แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่ควรสับสนแนวคิดของอาวุธปรมาณูและไฮโดรเจนซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าอาวุธนิวเคลียร์ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอาวุธปรมาณูและอาวุธไฮโดรเจนคือปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของธาตุหนักจำนวนหนึ่ง เช่น พลูโทเนียมและยูเรเนียม และอาวุธไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์นิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งไปเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งนั่นคือ ฮีเลียมจากไฮโดรเจน

การทดสอบระเบิดปรมาณูครั้งแรก

การทดสอบอาวุธปรมาณูครั้งแรกดำเนินการโดยกองทัพอเมริกันเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 ในสถานที่ที่เรียกว่าอัลโมกอร์โด ซึ่งแสดงพลังเต็มรูปแบบของพลังงานปรมาณู หลังจากนั้น ระเบิดปรมาณูที่กองทัพสหรัฐฯ สามารถบรรทุกได้บนเรือรบและส่งไปยังชายฝั่งของญี่ปุ่น การที่รัฐบาลญี่ปุ่นปฏิเสธที่จะเข้าร่วมการเจรจาอย่างสันติทำให้สามารถแสดงให้เห็นถึงพลังของอาวุธปรมาณูในการดำเนินการซึ่งเหยื่อคือเมืองฮิโรชิมาคนแรกและต่อมานางาซากิเล็กน้อย ดังนั้นในวันที่ 6 สิงหาคม พ.ศ. 2488 จึงมีการใช้อาวุธปรมาณูกับพลเรือนเป็นครั้งแรกซึ่งส่งผลให้เมืองถูกคลื่นกระแทกกวาดล้างออกไป ผู้อยู่อาศัยในเมืองมากกว่าครึ่งหนึ่งเสียชีวิตในช่วงวันแรกของการโจมตีด้วยปรมาณู และโดยรวมแล้วมีผู้คนประมาณสองแสนสี่หมื่นคน และเพียงสี่วันต่อมา เครื่องบินสองลำพร้อมสินค้าอันตรายบนเครื่องได้ออกจากฐานทัพสหรัฐฯ ในทันที โดยเป้าหมายคือโคคุระและนางาซากิ และถ้าโคคุระซึ่งจมอยู่ในควันไฟที่ไม่อาจทะลุทะลวงเป็นเป้าหมายที่ยากลำบาก เช่นนั้นในนางาซากิเป้าหมายก็จะถูกโจมตี ในที่สุดระเบิดปรมาณูในนางาซากิในวันแรกคร่าชีวิตผู้คนไป 73,000 คนจากการบาดเจ็บและการฉายรังสี มีการเพิ่มรายชื่อเหยื่อเหล่านี้สามหมื่นห้าพันคน ยิ่งไปกว่านั้น การเสียชีวิตของเหยื่อรายสุดท้ายนั้นค่อนข้างเจ็บปวด เนื่องจากผลกระทบของรังสีมีการทำลายล้างอย่างไม่น่าเชื่อ

ปัจจัยการทำลายอาวุธปรมาณู

ดังนั้นอาวุธปรมาณูจึงมีการทำลายล้างหลายประเภท แสง กัมมันตภาพรังสี คลื่นกระแทก รังสีทะลุทะลวง และชีพจรแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อรังสีแสงเกิดขึ้นหลังจากการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ ซึ่งต่อมากลายเป็นความร้อนทำลายล้าง ถัดมาคือการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสีซึ่งเป็นอันตรายเพียงสองสามชั่วโมงแรกหลังการระเบิด คลื่นกระแทกถือเป็นระยะที่อันตรายที่สุดของการระเบิดนิวเคลียร์ เพราะมันสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่ออาคาร อุปกรณ์ และผู้คนต่างๆ ได้ในไม่กี่วินาที แต่รังสีที่ทะลุผ่านนั้นเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์มากและมักทำให้เกิดอาการเจ็บป่วยจากรังสี ชีพจรแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับอุปกรณ์ เมื่อนำมารวมกันทั้งหมดนี้ทำให้อาวุธปรมาณูมีอันตรายมาก

เกาหลีเหนือข่มขู่สหรัฐฯ ด้วยการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนที่ทรงพลังในมหาสมุทรแปซิฟิก ญี่ปุ่นซึ่งอาจต้องทนทุกข์ทรมานจากการทดสอบ เรียกแผนการของเกาหลีเหนือว่ายอมรับไม่ได้โดยสิ้นเชิง ประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์และคิม จองอึน โต้แย้งในการสัมภาษณ์และพูดคุยเกี่ยวกับความขัดแย้งทางทหารที่เปิดกว้าง สำหรับผู้ที่ไม่เข้าใจอาวุธนิวเคลียร์ แต่อยากมีความรู้ The Futurist ได้รวบรวมคำแนะนำ

อาวุธนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

เช่นเดียวกับระเบิดไดนาไมต์ทั่วไป ระเบิดนิวเคลียร์ใช้พลังงาน เฉพาะมันไม่ได้ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาเคมีดั้งเดิม แต่ในกระบวนการนิวเคลียร์ที่ซับซ้อน มีสองวิธีหลักในการสกัดพลังงานนิวเคลียร์จากอะตอม ใน นิวเคลียร์ฟิชชัน นิวเคลียสของอะตอมจะสลายตัวเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ สองชิ้นพร้อมกับนิวตรอน นิวเคลียร์ฟิวชัน – กระบวนการที่ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงาน – เกี่ยวข้องกับการรวมอะตอมขนาดเล็กสองอะตอมเข้าด้วยกันเพื่อก่อตัวเป็นอะตอมที่ใหญ่ขึ้น ในกระบวนการฟิชชันหรือฟิวชันใดๆ พลังงานความร้อนและการแผ่รังสีจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา ขึ้นอยู่กับว่ามีการใช้นิวเคลียร์ฟิชชันหรือฟิวชัน ระเบิดจะถูกแบ่งออกเป็น นิวเคลียร์ (อะตอม) และ แสนสาหัส .

คุณช่วยบอกฉันเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกตัวของนิวเคลียร์ได้ไหม

ระเบิดปรมาณูระเบิดเหนือฮิโรชิมา (2488)

อย่างที่คุณจำได้ อะตอมประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอมสามประเภท: โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ศูนย์กลางของอะตอมเรียกว่า แกนกลาง ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนมีประจุบวก อิเล็กตรอนมีประจุลบ และนิวตรอนไม่มีประจุเลย อัตราส่วนโปรตอน-อิเล็กตรอนจะเป็นหนึ่งต่อหนึ่งเสมอ ดังนั้นอะตอมโดยรวมจึงมีประจุเป็นกลาง ตัวอย่างเช่น อะตอมของคาร์บอนมีโปรตอนหกตัวและอิเล็กตรอนหกตัว อนุภาคถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยแรงพื้นฐาน - พลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง .

คุณสมบัติของอะตอมสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่บรรจุอยู่ ถ้าคุณเปลี่ยนจำนวนโปรตอน คุณจะมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างออกไป ถ้าคุณเปลี่ยนจำนวนนิวตรอน คุณจะได้ ไอโซโทป องค์ประกอบเดียวกับที่คุณมีอยู่ในมือ ตัวอย่างเช่น คาร์บอนมีไอโซโทปสามชนิด: 1) คาร์บอน-12 (หกโปรตอน + หกนิวตรอน) ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เสถียรและมีอยู่ทั่วไป 2) คาร์บอน-13 (หกโปรตอน + เจ็ดนิวตรอน) ซึ่งมีความเสถียรแต่หายาก และ 3) คาร์บอน -14 (หกโปรตอน + แปดนิวตรอน) ซึ่งหายากและไม่เสถียร (หรือมีกัมมันตภาพรังสี)

นิวเคลียสของอะตอมส่วนใหญ่มีเสถียรภาพ แต่บางส่วนก็ไม่เสถียร (กัมมันตภาพรังสี) นิวเคลียสเหล่านี้ปล่อยอนุภาคออกมาเองตามธรรมชาติซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่ารังสี กระบวนการนี้เรียกว่า การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี - การเสื่อมสลายมีสามประเภท:

อัลฟ่าสลายตัว : นิวเคลียสปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา - โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวรวมตัวกัน เบต้าสลายตัว : นิวตรอนกลายเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมานั้นเป็นอนุภาคบีตา ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง: นิวเคลียสสลายตัวออกเป็นหลายส่วนและปล่อยนิวตรอนออกมาและยังปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นชีพจร - รังสีแกมมา เป็นการสลายประเภทหลังที่ใช้ในระเบิดนิวเคลียร์ นิวตรอนอิสระที่ปล่อยออกมาจากฟิชชันเริ่มต้นขึ้น ปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา

ระเบิดนิวเคลียร์ทำมาจากอะไร?

สามารถทำจากยูเรเนียม-235 และพลูโทเนียม-239 ยูเรเนียมเกิดขึ้นในธรรมชาติโดยเป็นส่วนผสมของไอโซโทปสามชนิด: 238 U (99.2745% ของยูเรเนียมธรรมชาติ), 235 U (0.72%) และ 234 U (0.0055%) 238 U ที่พบบ่อยที่สุดไม่รองรับปฏิกิริยาลูกโซ่: มีเพียง 235 U เท่านั้นที่สามารถทำได้ เพื่อให้ได้พลังการระเบิดสูงสุด จำเป็นต้องมีเนื้อหาของ 235 U ใน "การเติม" ของระเบิดอย่างน้อย 80% ดังนั้นจึงผลิตยูเรเนียมเทียม เสริมสร้าง - เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ส่วนผสมของไอโซโทปยูเรเนียมจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเพื่อให้หนึ่งในนั้นประกอบด้วยมากกว่า 235 U

โดยทั่วไปแล้ว การแยกไอโซโทปจะทิ้งยูเรเนียมหมดสภาพจำนวนมากซึ่งไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ แต่มีวิธีที่จะทำให้ทำเช่นนั้นได้ ความจริงก็คือพลูโตเนียม-239 ไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ แต่สามารถรับได้โดยการระดมยิง 238 U ด้วยนิวตรอน

พลังของพวกเขาวัดกันอย่างไร?

​กำลังของประจุนิวเคลียร์และเทอร์โมนิวเคลียร์วัดได้เทียบเท่ากับ TNT ซึ่งเป็นปริมาณของไตรไนโตรโทลูอีนที่ต้องระเบิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน มีหน่วยวัดเป็นกิโลตัน (kt) และเมกะตัน (Mt) ผลผลิตของอาวุธนิวเคลียร์ขนาดเล็กพิเศษนั้นน้อยกว่า 1 kt ในขณะที่ระเบิดพลังพิเศษให้ผลผลิตมากกว่า 1 mt

อ้างอิงจากแหล่งต่างๆ พลังของ "ระเบิดซาร์ซาร์" ของโซเวียตอยู่ที่ 57 ถึง 58.6 เมกะตันเทียบเท่ากับ TNT; พลังของระเบิดแสนสาหัสซึ่ง DPRK ทดสอบเมื่อต้นเดือนกันยายนอยู่ที่ 100 กิโลตัน

ใครเป็นผู้สร้างอาวุธนิวเคลียร์?

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Robert Oppenheimer และ General Leslie Groves

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี เอนริโก เฟอร์มี แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่ถูกถล่มด้วยนิวตรอนสามารถเปลี่ยนเป็นองค์ประกอบใหม่ได้ ผลลัพธ์ของงานนี้คือการค้นพบ นิวตรอนช้า ตลอดจนการค้นพบธาตุใหม่ๆ ที่ไม่มีอยู่ในตารางธาตุ ไม่นานหลังจากการค้นพบของ Fermi นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ออตโต ฮาห์น และ ฟริตซ์ สตราสมันน์ ยูเรเนียมระดมยิงด้วยนิวตรอน ส่งผลให้เกิดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของแบเรียม พวกเขาสรุปว่านิวตรอนความเร็วต่ำทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ สองชิ้น

งานนี้ทำให้จิตใจของคนทั้งโลกตื่นเต้น ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน นีลส์ บอร์ ทำงานร่วมกับ จอห์น วีลเลอร์ เพื่อพัฒนาแบบจำลองสมมุติของกระบวนการฟิชชัน พวกเขาแนะนำว่ายูเรเนียม-235 เกิดการฟิชชัน ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ค้นพบว่ากระบวนการฟิชชันทำให้เกิดนิวตรอนเพิ่มมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้บอร์และวีลเลอร์ถามคำถามสำคัญ: นิวตรอนอิสระที่เกิดจากฟิชชันสามารถเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาได้หรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น ก็สามารถสร้างอาวุธที่มีพลังเหนือจินตนาการได้ สมมติฐานของพวกเขาได้รับการยืนยันโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เฟรเดริก โจเลียต-กูรี - ข้อสรุปของเขากลายเป็นแรงผลักดันในการพัฒนาการสร้างอาวุธนิวเคลียร์

นักฟิสิกส์จากเยอรมนี อังกฤษ สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่นทำงานเกี่ยวกับการสร้างอาวุธปรมาณู ก่อนเริ่มสงครามโลกครั้งที่สอง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เขียนถึงประธานาธิบดีสหรัฐฯ แฟรงคลิน โรสเวลต์ นาซีเยอรมนีวางแผนที่จะชำระล้างยูเรเนียม-235 และสร้างระเบิดปรมาณู ตอนนี้ปรากฎว่าเยอรมนียังห่างไกลจากปฏิกิริยาลูกโซ่: พวกเขากำลังทำงานกับระเบิดกัมมันตภาพรังสีสูง "สกปรก" อาจเป็นไปได้ว่ารัฐบาลสหรัฐฯ พยายามอย่างเต็มที่ในการสร้างระเบิดปรมาณูโดยเร็วที่สุด เปิดตัวโครงการแมนฮัตตัน นำโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน โรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์ และทั่วไป เลสลี่ โกรฟส์ - มีนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังที่อพยพมาจากยุโรปเข้าร่วม ในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2488 อาวุธปรมาณูถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุฟิสไซล์สองประเภท ได้แก่ ยูเรเนียม-235 และพลูโทเนียม-239 ระเบิดลูกหนึ่งคือพลูโทเนียม “ธิง” ถูกจุดชนวนในระหว่างการทดสอบ และอีกสองลูกคือยูเรเนียม “เบบี้” และพลูโทเนียม “แฟตแมน” ถูกทิ้งในเมืองฮิโรชิมาและนางาซากิของญี่ปุ่น

ระเบิดแสนสาหัสทำงานอย่างไรและใครเป็นผู้คิดค้นมัน?

ระเบิดแสนสาหัสนั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชัน - ต่างจากฟิชชันนิวเคลียร์ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้เองหรือโดยบังคับ นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นไปไม่ได้หากไม่มีพลังงานจากภายนอก นิวเคลียสของอะตอมมีประจุบวก ดังนั้นพวกมันจึงผลักกัน สถานการณ์นี้เรียกว่าอุปสรรคคูลอมบ์ เพื่อเอาชนะแรงผลัก อนุภาคเหล่านี้จะต้องถูกเร่งความเร็วจนบ้าคลั่ง ซึ่งสามารถทำได้ที่อุณหภูมิสูงมาก หรือประมาณหลายล้านเคลวิน (จึงเป็นที่มาของชื่อ) ปฏิกิริยาแสนสาหัสมีสามประเภท: การพึ่งพาตนเอง (เกิดขึ้นในส่วนลึกของดวงดาว) แบบควบคุมและไม่มีการควบคุมหรือระเบิด - ใช้ในระเบิดไฮโดรเจน

แนวคิดเรื่องระเบิดที่มีการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัสซึ่งริเริ่มโดยประจุปรมาณูถูกเสนอโดย Enrico Fermi ต่อเพื่อนร่วมงานของเขา เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ ย้อนกลับไปในปี 1941 ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของโครงการแมนฮัตตัน อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ไม่เป็นที่ต้องการในเวลานั้น พัฒนาการของ Teller ได้รับการปรับปรุง สตานิสลาฟ อูลาม ทำให้แนวคิดเรื่องระเบิดแสนสาหัสเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ ในปี พ.ศ. 2495 มีการทดสอบอุปกรณ์ระเบิดแสนสาหัสชิ้นแรกบนเอเนเวตักอะทอลล์ระหว่างปฏิบัติการไอวี่ไมค์ อย่างไรก็ตาม มันเป็นตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ ไม่เหมาะสำหรับการสู้รบ หนึ่งปีต่อมาสหภาพโซเวียตได้จุดชนวนระเบิดแสนสาหัสลูกแรกของโลกซึ่งประกอบขึ้นตามการออกแบบของนักฟิสิกส์ อันเดรย์ ซาคารอฟ และ ยูเลีย คาริโทน่า - อุปกรณ์ดังกล่าวมีลักษณะคล้ายเค้กชั้น ดังนั้นอาวุธที่น่าเกรงขามจึงมีชื่อเล่นว่า "พัฟ" ในระหว่างการพัฒนาเพิ่มเติม ระเบิดที่ทรงพลังที่สุดในโลก "ซาร์บอมบา" หรือ "แม่ของคุซคา" ได้ถือกำเนิดขึ้น ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2504 มีการทดสอบบนหมู่เกาะ Novaya Zemlya

ระเบิดแสนสาหัสทำมาจากอะไร?

ถ้าคุณคิดอย่างนั้น ไฮโดรเจน และระเบิดแสนสาหัสนั้นต่างกัน คุณคิดผิด คำเหล่านี้เป็นคำพ้องความหมาย มันคือไฮโดรเจน (หรือมากกว่าไอโซโทป - ดิวทีเรียมและทริเทียม) ที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยาแสนสาหัส อย่างไรก็ตาม มีปัญหา: เพื่อที่จะระเบิดระเบิดไฮโดรเจน สิ่งแรกที่ต้องทำคือต้องมีอุณหภูมิสูงในระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์แบบธรรมดา จากนั้นนิวเคลียสของอะตอมจึงจะเริ่มทำปฏิกิริยา ดังนั้นในกรณีของระเบิดแสนสาหัส การออกแบบจึงมีบทบาทสำคัญ

ทั้งสองรูปแบบเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง อย่างแรกคือ "พัฟเพสตรี้" ของ Sakharov ตรงกลางมีเครื่องระเบิดนิวเคลียร์ ซึ่งล้อมรอบด้วยชั้นของลิเธียมดิวเทอไรด์ผสมกับไอโซโทป ซึ่งสลับกับชั้นของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ การออกแบบนี้ทำให้สามารถบรรลุพลังภายในระยะ 1 Mt. ประการที่สองคือโครงการ American Teller-Ulam ซึ่งแยกระเบิดนิวเคลียร์และไอโซโทปไฮโดรเจนออกจากกัน ดูเหมือนว่า: ด้านล่างมีภาชนะที่มีส่วนผสมของดิวทีเรียมเหลวและไอโซโทปซึ่งอยู่ตรงกลางซึ่งมี "หัวเทียน" - แท่งพลูโตเนียมและด้านบน - ประจุนิวเคลียร์แบบธรรมดาและทั้งหมดนี้อยู่ใน เปลือกโลหะหนัก (เช่น ยูเรเนียมหมดสภาพ) นิวตรอนเร็วที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันของอะตอมในเปลือกยูเรเนียมและเพิ่มพลังงานให้กับพลังงานทั้งหมดของการระเบิด การเพิ่มลิเธียมยูเรเนียม-238 ดิวเทอไรด์อีกชั้นทำให้สามารถสร้างขีปนาวุธที่มีกำลังไม่จำกัดได้ ในปี 1953 นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต วิคเตอร์ ดาวิเดนโก ความคิดของ Teller-Ulam ซ้ำไปซ้ำมาโดยไม่ได้ตั้งใจและบนพื้นฐานของมัน Sakharov ก็เกิดโครงการหลายขั้นตอนที่ทำให้สามารถสร้างอาวุธที่มีพลังอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน “ แม่ของ Kuzka” ทำงานได้ตรงตามโครงการนี้ทุกประการ

มีระเบิดอะไรอีกบ้าง?

มีนิวตรอนด้วย แต่โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้จะน่ากลัว โดยพื้นฐานแล้ว ระเบิดนิวตรอนเป็นระเบิดแสนสาหัสพลังงานต่ำ 80% ของพลังงานการระเบิดเป็นรังสี (รังสีนิวตรอน) ดูเหมือนว่าประจุนิวเคลียร์พลังงานต่ำธรรมดาซึ่งมีการเพิ่มบล็อกที่มีไอโซโทปเบริลเลียมซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของนิวตรอนเข้าไป เมื่อประจุนิวเคลียร์ระเบิด จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ อาวุธประเภทนี้ได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ซามูเอล โคเฮน - เชื่อกันว่าอาวุธนิวตรอนทำลายสิ่งมีชีวิตทุกชนิดแม้แต่ในที่พักอาศัย แต่ระยะการทำลายล้างของอาวุธดังกล่าวมีน้อยเนื่องจากบรรยากาศจะกระเจิงกระแสนิวตรอนเร็วและคลื่นกระแทกจะรุนแรงขึ้นในระยะไกลมาก

แล้วระเบิดโคบอลต์ล่ะ?

ไม่นะลูกชาย นี่มันสุดยอดมาก อย่างเป็นทางการไม่มีประเทศใดที่มีระเบิดโคบอลต์ ตามทฤษฎีแล้วนี่คือระเบิดแสนสาหัสที่มีเปลือกโคบอลต์ซึ่งรับประกันการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสีอย่างรุนแรงในพื้นที่แม้ว่าจะมีการระเบิดนิวเคลียร์ที่ค่อนข้างอ่อนก็ตาม โคบอลต์ 510 ตันสามารถแพร่เชื้อไปทั่วทั้งพื้นผิวโลกและทำลายสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก นักฟิสิกส์ ลีโอ สซิลาร์ด ซึ่งบรรยายถึงการออกแบบสมมุตินี้ในปี 1950 เรียกมันว่า "เครื่องจักรวันโลกาวินาศ"

อะไรเจ๋งกว่า: ระเบิดนิวเคลียร์หรือระเบิดแสนสาหัส?

แบบจำลองขนาดเต็มของ "ซาร์บอมบา"

ระเบิดไฮโดรเจนมีความก้าวหน้าและมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากกว่าระเบิดปรมาณูมาก พลังระเบิดของมันสูงกว่าอะตอมอย่างมาก และถูกจำกัดด้วยจำนวนส่วนประกอบที่มีอยู่เท่านั้น ในปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ พลังงานจะถูกปล่อยออกมาสำหรับแต่ละนิวคลีออน (ที่เรียกว่านิวเคลียสที่เป็นส่วนประกอบ โปรตอน และนิวตรอน) มากกว่าในปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่น การแยกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมทำให้เกิด 0.9 MeV (เมกะอิเล็กตรอนโวลต์) ต่อนิวคลีออน และการหลอมรวมของนิวเคลียสฮีเลียมจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนจะปล่อยพลังงาน 6 MeV

เหมือนระเบิด ส่งมอบถึงเป้าหมายเหรอ?

ในตอนแรกพวกเขาถูกปล่อยลงจากเครื่องบิน แต่ระบบป้องกันภัยทางอากาศได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และการส่งมอบอาวุธนิวเคลียร์ในลักษณะนี้กลับกลายเป็นว่าไม่ฉลาด ด้วยการเติบโตของการผลิตขีปนาวุธ สิทธิ์ทั้งหมดในการส่งมอบอาวุธนิวเคลียร์จึงถูกโอนไปยังขีปนาวุธและขีปนาวุธร่อนของฐานต่างๆ ดังนั้น ระเบิดจึงไม่ได้หมายถึงระเบิด แต่เป็นหัวรบ

เชื่อกันว่าระเบิดไฮโดรเจนของเกาหลีเหนือมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะติดตั้งบนจรวด ดังนั้นหาก DPRK ตัดสินใจที่จะดำเนินการตามภัยคุกคาม ก็จะถูกขนส่งทางเรือไปยังจุดระเบิด

สงครามนิวเคลียร์จะส่งผลอย่างไร?

ฮิโรชิมาและนางาซากิเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของหายนะที่อาจเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น รู้จักสมมติฐาน "ฤดูหนาวนิวเคลียร์" ซึ่งเสนอโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน คาร์ล เซแกน และนักธรณีฟิสิกส์ชาวโซเวียต Georgy Golitsyn สันนิษฐานว่าการระเบิดของหัวรบนิวเคลียร์หลายลูก (ไม่ใช่ในทะเลทรายหรือน้ำ แต่ในพื้นที่ที่มีประชากร) จะทำให้เกิดไฟไหม้จำนวนมากและควันและเขม่าจำนวนมากจะทะลักสู่ชั้นบรรยากาศซึ่งจะนำไปสู่การระบายความร้อนทั่วโลก สมมติฐานนี้ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์โดยการเปรียบเทียบผลกระทบของการปะทุของภูเขาไฟ ซึ่งมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อสภาพอากาศ นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งข้อสังเกตว่าภาวะโลกร้อนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากกว่าความเย็น แม้ว่าทั้งสองฝ่ายหวังว่าจะไม่มีทางรู้ก็ตาม

อนุญาตให้ใช้อาวุธนิวเคลียร์หรือไม่?

หลังจากการแข่งขันด้านอาวุธในศตวรรษที่ 20 ประเทศต่างๆ ได้ตระหนักรู้และตัดสินใจจำกัดการใช้อาวุธนิวเคลียร์ สหประชาชาติรับรองสนธิสัญญาว่าด้วยการไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์และการห้ามการทดสอบนิวเคลียร์ (ฉบับหลังไม่ได้ลงนามโดยมหาอำนาจนิวเคลียร์รุ่นเยาว์อย่างอินเดีย ปากีสถาน และเกาหลีเหนือ) ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 ได้มีการนำสนธิสัญญาใหม่เกี่ยวกับการห้ามใช้อาวุธนิวเคลียร์มาใช้

“รัฐภาคีแต่ละรัฐจะไม่ดำเนินการภายใต้สถานการณ์ใดๆ ที่จะพัฒนา ทดสอบ ผลิต ผลิต ได้มา ครอบครอง หรือสะสมอาวุธนิวเคลียร์หรืออุปกรณ์ระเบิดนิวเคลียร์อื่นๆ” ระบุในมาตราแรกของสนธิสัญญา

อย่างไรก็ตาม เอกสารดังกล่าวจะไม่มีผลใช้บังคับจนกว่ารัฐ 50 รัฐจะให้สัตยาบัน