Urāna atombumba. Urāna bumba un bumba, kas izgatavota no "nepiezemes" materiāla

Neitronu iniciators.
Pirmais posms, neitronu iniciators, ko sauc arī par Urchin, ir berilija sfērisks apvalks ar diametru 2 cm un biezumu 0,6 cm.Tā iekšpusē atrodas berilija čaula ar diametru 0,8 cm Kopējais konstrukcijas svars ir apmēram 7 grami. Uz korpusa iekšējās virsmas ir izveidotas 15 ķīļveida spraugas ar 2,09 mm dziļumu. Pašu apvalku iegūst, karsti presējot karbonilniķeļa atmosfērā, tā virsma un iekšējā sfēra ir pārklāta ar niķeļa un zelta slāni. 50 polonija-210 karija (11 mg) tika nogulsnētas uz iekšējās sfēras un čaumalas plaisām. Zelta un niķeļa slāņi aizsargā beriliju no alfa daļiņām, ko emitē polonijs vai plutonijs, kas ieskauj iniciatoru. Iniciators ir uzstādīts uz kronšteina, kas atrodas plutonija serdeņa dobumā ar diametru 2,5 cm.
Urchin tiek aktivizēts, kad triecienvilnis sasniedz lādiņa centru. Kad triecienvilnis sasniedz plutonija iekšējā dobuma sienas, triecienvilnis no iztvaicētā plutonija iedarbojas uz iniciatoru, sasmalcinot spraugas ar poloniju un radot Munro efektu - spēcīgas materiāla strūklas, kas ātri sajauc poloniju un beriliju no ārējā un iekšējā sfēra. Po-210 emitētās alfa daļiņas absorbē berilija atomi, kas savukārt izstaro neitronus.

Plutonija lādiņš.
Deviņu centimetru sfēra, kuras centrā ir 2,5 cm dobums neitronu iniciatoram. Šo lādiņa veidu ierosināja Roberts Kristijs, lai samazinātu asimetriju un nestabilitāti sabrukšanas laikā.
Kodolā esošais plutonijs tiek stabilizēts zema blīvuma delta fāzē (blīvums 15,9), sakausējot to ar 3% gallija pēc vielas daudzuma (0,8% pēc masas). Delta fāzes izmantošanas priekšrocības salīdzinājumā ar blīvāko alfa fāzi (blīvums 19,2) ir tādas, ka delta fāze ir kaļama un lokana, bet alfa fāze ir trausla un trausla, turklāt plutonija stabilizācija delta fāzē ļauj izvairīties no saraušanās laikā. sagataves atdzesēšana un deformācija pēc liešanas vai karstās apstrādes. Var šķist, ka zemāka blīvuma materiāla izmantošana kodolam var būt neizdevīga, jo labāk izmantot blīvāku materiālu, jo ir palielināta efektivitāte un samazināts vajadzīgā plutonija daudzums, taču izrādās, ka tas nav pilnīgi taisnība. Delta stabilizētais plutonijs tiek pakļauts pārejai uz alfa fāzi salīdzinoši zemā spiedienā, kas sasniedz desmitiem tūkstošu atmosfēru. Vairāku miljonu atmosfēru spiediens, kas rodas eksplozijas sprādziena laikā, padara šo pāreju kopā ar citām parādībām, kas rodas šādas saspiešanas laikā. Tādējādi ar plutoniju delta fāzē ir lielāks blīvuma pieaugums un lielāka reaktivitātes ievade, nekā tas notiktu blīvas alfa fāzes gadījumā.

Kodols ir salikts no divām puslodēm, iespējams, sākotnēji izlietas sagatavēs un pēc tam apstrādātas, karsti presējot karbonilniķeļa atmosfērā. Tā kā plutonijs ir ļoti reaģējošs metāls un turklāt bīstams dzīvībai, katra puslode ir pārklāta ar niķeļa (vai sudraba, kā ziņots par sīkrīka kodolu) slāni. Šis pārklājums radīja problēmas ar sīkrīka kodolu, jo plutonijs tiek ātri galvanizēts. ar niķeli (vai sudrabu) izraisīja čaulu veidošanos metālā un tā nepiemērotību lietošanai kodolā. Rūpīga zelta kārtu slīpēšana un slāņošana atjaunoja pusložu radītos defektus. Tomēr plāns zelta slānis (apmēram 0,1 mm biezs) starp puslodēm jebkurā gadījumā bija nepieciešama konstrukcijas sastāvdaļa, kas kalpoja, lai novērstu priekšlaicīgu triecienviļņu strūklu iespiešanos starp puslodēm, kas varētu priekšlaicīgi aktivizēt neitronu iniciatoru.

Urāna korpuss/neitronu reflektors.
Plutonija lādiņu ieskauj apvalks, kas izgatavots no dabiskā urāna, kas sver 120 kg un kura diametrs ir 23 cm. Šis apvalks ap plutoniju veido septiņu centimetru slāni. Urāna biezumu nosaka neitronu saglabāšanas uzdevums, tāpēc neitronu bremzēšanas nodrošināšanai pietiek ar vairāku centimetru slāni. Biezāks korpuss (pārsniedz 10 cm biezumā) nodrošina ievērojamu neitronu saglabāšanu visai struktūrai, tomēr "īslaicīgas absorbcijas" efekts, kas raksturīgs ātrai, eksponenciāli attīstošai ķēdes reakcijai, samazina priekšrocības, ko sniedz biezāka reflektora izmantošana.
Apmēram 20% no bumbas enerģijas izdalās ātras urāna apvalka skaldīšanas rezultātā. Kodols un korpuss kopā veido minimāli subkritisku sistēmu. Kad eksplozijas sprādziens saspiež mezglu līdz 2,5 reizes lielākam par tā normālo blīvumu, kodols sāk saturēt apmēram četras līdz piecas kritiskās masas.

"Stūmējs"/neitronu absorbētājs.
Alumīnija slānis, kas ieskauj urānu, 11,5 cm biezs, sver 120 kg. Šīs sfēras, ko sauc par "stūmēju", galvenais mērķis ir samazināt Teilora viļņa ietekmi, strauju spiediena samazināšanos, kas notiek aiz detonācijas frontes. Šim vilnim ir tendence palielināties sabrukšanas laikā, izraisot arvien straujāku spiediena kritumu, detonācijas frontei saplūstot vienā punktā. Daļēja trieciena viļņa atstarošana, kas rodas sprāgstvielas (sastāvs “B”)/alumīnija saskarnē (blīvumu atšķirības dēļ: 1,65/2,71), sekundāro priekšpusi nosūta atpakaļ sprāgstvielai, nomācot Teilora vilni. Tas palielina pārraidītā viļņa spiedienu, palielinot kompresiju serdes centrā.
Alumīnija “stūmējs” satur arī daļu bora. Tā kā bors pats par sevi ir trausla nemetāliska viela un to ir grūti lietot, iespējams, ka tas ir viegli apstrādājama alumīnija sakausējuma veidā, ko sauc par boraks (35–50% bora). Lai gan tā kopējā daļa čaulā ir neliela, boram ir neitronu absorbētāja loma, neļaujot no turienes izplūstošajiem neitroniem atgriezties plutonija-urāna mezglā, kas palēnina alumīniju un sprāgstvielas līdz termiskajam ātrumam.

Sprādzienbīstama čaula un detonācijas sistēma.
Sprāgstvielas apvalks ir spēcīgas sprāgstvielas slānis. Tas ir apmēram 47 cm biezs un sver vismaz 2500 kg. Šajā sistēmā ir 32 sprādzienbīstamas lēcas, no kurām 20 ir sešstūra formas un 12 ir piecstūrainas. Lēcas ir savienotas kopā futbolam līdzīgā veidā, veidojot sfērisku sprāgstvielu komplektu, kura diametrs ir aptuveni 130 cm. Katrai ir 3 daļas: divas no tām ir izgatavotas no sprāgstvielas ar lielu detonācijas ātrumu, viena no tām ir izgatavota ar mazu detonācijas ātrumu. Ātri detonējošas sprāgstvielas ārējai daļai ir konusa formas padziļinājums, kas piepildīts ar sprāgstvielām ar mazu detonācijas ātrumu. Šīs savienojošās daļas veido aktīvu lēcu, kas spēj radīt apļveida, augošu triecienvilni, kas vērsta uz centru. Ātri detonējošās sprāgstvielas iekšējā puse gandrīz nosedz alumīnija sfēru, lai uzlabotu saplūstošo triecienu.
Lēcas bija precīzi izlietas, tāpēc sprāgstviela pirms lietošanas bija jāizkausē. Galvenā ātri detonējošā sprāgstviela bija “sastāvs B”, 60% heksagēna (RDX) maisījums - ļoti ātri detonējoša, bet slikti kūstoša sprāgstviela, 39% TNT (TNT) - ļoti sprādzienbīstama un viegli kūstoša sprāgstviela un 1%. vasks. “Lēnā” sprāgstviela bija baratols - TNT un bārija nitrāta maisījums (TNT īpatsvars parasti ir 25-33%) ar 1% vasku kā saistvielu.
Lēcu sastāvs un blīvums tika precīzi kontrolēti un palika nemainīgi. Objektīvu sistēma tika noregulēta uz ļoti stingru pielaidi, lai detaļas sakristu kopā mazāk nekā 1 mm robežās, lai izvairītos no nelīdzenumiem triecienviļņā, taču objektīva virsmas izlīdzināšana bija vēl svarīgāka par to salikšanu kopā.
Lai panāktu ļoti precīzu detonatora laiku, standarta detonatoriem nebija primāro/sekundāro sprādzienbīstamo vielu kombināciju un tiem bija elektriski apsildāmi vadītāji. Šie vadītāji ir plānas stieples gabali, kas uzreiz iztvaiko no strāvas pārsprieguma, kas saņemts no jaudīga kondensatora. Detonatora sprādzienbīstamais materiāls tiek uzspridzināts. Kondensatoru baterijas izlādi un stieples iztvaikošanu visiem detonatoriem var veikt gandrīz vienlaikus - starpība ir +/- 10 nanosekundes. Šādas sistēmas negatīvie aspekti ir nepieciešamība pēc lieliem akumulatoriem, augstsprieguma barošanas avota un jaudīgas kondensatoru bankas (ko sauc par X-Unit, kas sver aptuveni 200 kg), kas paredzētas 32 detonatoru vienlaicīgai izšaušanai.
Gatavo sprāgstvielu apvalku ievieto duralumīnija korpusā. Korpusa struktūra sastāvēja no centrālās jostas, kas samontēta no 5 apstrādātiem duralumīnija lējumiem, un augšējās un apakšējās puslodes, kas veido pilnīgu apvalku.

Pēdējais montāžas posms.
Bumbas galīgajā dizainā ir iekļauts īpašs “vāks”, caur kuru galā tiek ievietoti skaldāmie materiāli. Lādiņu var izgatavot pilnībā, izņemot plutonija ieliktni ar iniciatoru. Drošības apsvērumu dēļ montāža tiek pabeigta tieši pirms praktiskās lietošanas. Duralumīnija puslode tiek noņemta kopā ar vienu no sprādzienbīstamām lēcām. Neitronu iniciators ir uzstādīts starp plutonija puslodēm un uzstādīts 40 kg smaga urāna cilindrā, un pēc tam visa šī konstrukcija tiek ievietota urāna atstarotāja iekšpusē. Objektīvs atgriežas savā vietā, tam tiek pievienots detonators, un vāciņš tiek ieskrūvēts vietā.
Fat Man bija nopietns risks, kad tas tika nosūtīts un uzglabāts gatavs lietošanai, lai gan pat sliktākajā gadījumā tas joprojām bija mazāk bīstams nekā Little Boy. Kodola ar urāna reflektoru kritiskā masa ir 7,5 kg plutonija delta fāzei un tikai 5,5 kg alfa fāzei. Jebkura nejauša sprāgstvielas čaulas uzspridzināšana var izraisīt Fat Man 6,2 kilogramus smagas kodola saspiešanu superkritiskajā alfa fāzē. Aprēķinātais sprādziena spēks no šādas nesankcionētas lādiņa detonācijas būtu no desmitiem tonnu (rupji runājot kārtu vairāk nekā sprādzienbīstamais lādiņš bumbā) līdz pāris simtiem tonnu trotila ekvivalenta. Taču galvenās briesmas slēpjas caurejošā starojuma plūsmā sprādziena laikā. Gamma stari un neitroni var izraisīt nāvi vai nopietnas saslimšanas daudz tālāk nekā triecienviļņu izplatīšanās zonu.Tādējādi neliels 20 tonnu kodolsprādziens radīs nāvējošu 640 rem lielu starojuma devu 250 m attālumā.
Drošības apsvērumu dēļ Fat Man transportēšana nekad netika veikta pilnībā samontētā veidā, bumbas tika pabeigtas tieši pirms lietošanas. Ieroča sarežģītības dēļ šis process prasīja vismaz pāris dienas (ņemot vērā starppārbaudes) Samontētā bumba nevarēja darboties ilgu laiku, jo X-Unit baterijas bija zemas.
Dzīvās plutonija bumbas kontūra galvenokārt sastāv no eksperimentālas sīkrīka konstrukcijas, kas iepakota tērauda apvalkā. Abas tērauda elipsoīda puses ir piestiprinātas spridzināšanas sistēmas pārsējam kopā ar X-Unit, akumulatoriem, drošinātājiem un sprūda elektroniku, kas atrodas uz čaulas priekšpuse.
Tāpat kā Little Boy, arī Fat Man augstkalnu drošinātājs ir Atchis radara tālmēra sistēma (Archies - tās antenas var redzēt sānos Little Boy fotogrāfijās). Kad lādiņš sasniedz nepieciešamo augstumu virs zemes (iestatīts uz 1850+-100 pēdām), tas dod signālu par detonāciju. Turklāt bumba ir aprīkota arī ar barometrisko sensoru, kas novērš sprādzienu virs 7000 pēdām.

Plutonija bumbas izmantošanas apkarošana.
Uz salas notika Resnā cilvēka pēdējā montāža. Tinian.
1945. gada 26. jūlijā ar lidmašīnu C-54 no Kērtlendas gaisa spēku bāzes uz Tinjanu tika nosūtīts plutonija kodols ar iniciatoru.
28. jūlijā uz salas ierodas kodols. Šajā dienā trīs B-29 izlido no Kērtlandes uz Tinjanu ar trim iepriekš samontētiem Fat Mans.
2. augusts — ierodas B-29. Sprādziena datums noteikts 11. augusts, mērķis ir arsenāls Kokurā. Pirmās bumbas daļa, kas nav saistīta ar kodolu, bija gatava līdz 5. augustam.
7. augustā nāk prognoze par 11. lidojumam nelabvēlīgiem laikapstākļiem, lidojuma datums tiek pārcelts uz 10. augustu, pēc tam uz 9. augustu. Datuma maiņas dēļ notiek paātrināts darbs pie lādiņa montāžas.
Astotās dienas rītā Fat Man montāža ir pabeigta, un līdz pulksten 22:00 viņš tiek iekrauts B-29 "Block's Car".
9. augusts:
03:47 Lidmašīna paceļas no Tinjanas, mērķis tiek identificēts kā Kokur Arsenāls. Pilots - Čārlzs Svīnijs.
10:44 Laiks tuvoties Kokurai, bet sliktas redzamības apstākļos mērķis ir neredzams. Pretgaisa artilērijas apšaude un japāņu iznīcinātāju parādīšanās liek pārtraukt meklēšanu un pagriezties uz rezerves mērķi – Nagasaki.
Virs pilsētas bija mākoņu kārta - tāpat kā virs Kokuras, vienai piegājienam bija atlikusi tikai degviela, tāpēc bumba tika iemesta pirmajā piemērotajā mākoņu spraugā vairākas jūdzes no noteiktā mērķa.
11:02 503 m augstumā netālu no pilsētas robežas notiek sprādziens, jauda pēc mērījumiem 1987. gadā ir 21 kt. Neskatoties uz to, ka sprādziens notika uz apdzīvotas pilsētas daļas robežas, upuru skaits pārsniedza 70 000 cilvēku. Tika iznīcinātas arī Mitsubishi ieroču ražotnes.

Tas ir viens no pārsteidzošākajiem, noslēpumainākajiem un briesmīgākajiem procesiem. Kodolieroču darbības princips ir balstīts uz ķēdes reakciju. Šis ir process, kura progress aizsāk tā turpināšanu. Ūdeņraža bumbas darbības princips ir balstīts uz kodolsintēzi.

Dažu radioaktīvo elementu izotopu (plutonija, kalifornija, urāna un citu) kodoli spēj sabrukt, vienlaikus uztverot neitronu. Pēc tam tiek atbrīvoti vēl divi vai trīs neitroni. Viena atoma kodola iznīcināšana ideālos apstākļos var izraisīt vēl divu vai trīs atomu sabrukšanu, kas savukārt var izraisīt citus atomus. Un tā tālāk. Notiek lavīnai līdzīgs pieaugoša skaita kodolu iznīcināšanas process, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu atomu saišu pārraušanai. Sprādziena laikā ārkārtīgi īsā laika periodā tiek atbrīvotas milzīgas enerģijas. Tas notiek vienā brīdī. Tāpēc atombumbas sprādziens ir tik spēcīgs un postošs.

Lai uzsāktu ķēdes reakciju, radioaktīvās vielas daudzumam jāpārsniedz kritiskā masa. Acīmredzot jums ir jāņem vairākas urāna vai plutonija daļas un jāapvieno tās vienā. Tomēr ar to nepietiek, lai izraisītu atombumbas eksploziju, jo reakcija apstāsies, pirms tiks atbrīvots pietiekami daudz enerģijas, vai arī process noritēs lēni. Lai gūtu panākumus, ir nepieciešams ne tikai pārsniegt vielas kritisko masu, bet to izdarīt ārkārtīgi īsā laika periodā. Vislabāk ir izmantot vairākas.Tas tiek panākts, izmantojot citus un pārmaiņus ātri un lēni sprāgstvielas.

Pirmais kodolizmēģinājums tika veikts 1945. gada jūlijā ASV netālu no Almogordo pilsētas. Tā paša gada augustā amerikāņi izmantoja šos ieročus pret Hirosimu un Nagasaki. Atombumbas sprādziens pilsētā izraisīja briesmīgu iznīcināšanu un lielākās daļas iedzīvotāju nāvi. PSRS atomieroči tika radīti un pārbaudīti 1949. gadā.

H-bumba

Tas ir ierocis ar ļoti lielu postošo spēku. Tās darbības princips ir balstīts uz smagāku hēlija kodolu sintēzi no vieglākiem ūdeņraža atomiem. Tas atbrīvo ļoti lielu enerģijas daudzumu. Šī reakcija ir līdzīga procesiem, kas notiek uz Saules un citām zvaigznēm. Vienkāršākais veids ir izmantot ūdeņraža (tritija, deitērija) un litija izotopus.

Pirmo ūdeņraža kaujas lādiņu amerikāņi izmēģināja 1952. gadā. Mūsdienu izpratnē šo ierīci diez vai var saukt par bumbu. Tā bija trīsstāvu ēka, kas piepildīta ar šķidru deitēriju. Pēc sešiem mēnešiem tika veikts pirmais ūdeņraža bumbas sprādziens PSRS. Padomju kodoltermiskā munīcija RDS-6 tika uzspridzināta 1953. gada augustā netālu no Semipalatinskas. PSRS 1961. gadā izmēģināja lielāko ūdeņraža bumbu ar 50 megatonnu jaudu (car Bomba). Vilnis pēc munīcijas sprādziena trīs reizes aplidoja planētu.

Ziemeļkoreja draud ASV ar superjaudīgas ūdeņraža bumbas izmēģināšanu Klusajā okeānā. Japāna, kas var ciest testu rezultātā, Ziemeļkorejas plānus nodēvēja par pilnīgi nepieņemamiem. Prezidenti Donalds Tramps un Kims Čenuns intervijās strīdas un runā par atklātu militāru konfliktu. Tiem, kas nesaprot kodolieročus, bet vēlas būt informēti, The Futurist ir sastādījis ceļvedi.

Kā darbojas kodolieroči?

Tāpat kā parasta dinamīta nūja, kodolbumba izmanto enerģiju. Tikai tas izdalās nevis primitīvas ķīmiskas reakcijas laikā, bet sarežģītos kodolprocesos. Ir divi galvenie veidi, kā iegūt kodolenerģiju no atoma. IN kodola skaldīšana atoma kodols ar neitronu sadalās divos mazākos fragmentos. Kodolsintēze – process, kurā Saule ražo enerģiju – ietver divu mazāku atomu savienošanu, veidojot lielāku. Jebkurā procesā, skaldīšanas vai saplūšanas laikā, izdalās liels daudzums siltumenerģijas un starojuma. Atkarībā no tā, vai tiek izmantota kodola skaldīšana vai kodolsintēze, bumbas tiek sadalītas kodols (atomu) Un kodoltermiskā .

Vai varat pastāstīt vairāk par kodola skaldīšanu?

Atombumbas sprādziens virs Hirosimas (1945)

Kā jūs atceraties, atoms sastāv no trīs veidu subatomiskām daļiņām: protoniem, neitroniem un elektroniem. Atoma centrs, ko sauc kodols , sastāv no protoniem un neitroniem. Protoni ir pozitīvi uzlādēti, elektroni ir negatīvi uzlādēti, un neitroniem vispār nav lādiņa. Protonu un elektronu attiecība vienmēr ir viens pret vienu, tāpēc atomam kopumā ir neitrāls lādiņš. Piemēram, oglekļa atomam ir seši protoni un seši elektroni. Daļiņas satur kopā fundamentāls spēks - spēcīgs kodolspēks .

Atoma īpašības var būtiski mainīties atkarībā no tā, cik daudz dažādu daļiņu tas satur. Ja mainīsit protonu skaitu, jums būs cits ķīmiskais elements. Ja maināt neitronu skaitu, jūs saņemsiet izotops tas pats elements, kas ir jūsu rokās. Piemēram, ogleklim ir trīs izotopi: 1) ogleklis-12 (seši protoni + seši neitroni), kas ir stabila un izplatīta elementa forma, 2) ogleklis-13 (seši protoni + septiņi neitroni), kas ir stabils, bet reti sastopams. , un 3) ogleklis -14 (seši protoni + astoņi neitroni), kas ir reti sastopams un nestabils (vai radioaktīvs).

Lielākā daļa atomu kodolu ir stabili, bet daži ir nestabili (radioaktīvi). Šie kodoli spontāni izdala daļiņas, kuras zinātnieki sauc par starojumu. Šo procesu sauc radioaktīvā sabrukšana . Ir trīs sabrukšanas veidi:

Alfa sabrukšana : Kodols izstaro alfa daļiņu - divus protonus un divus neitronus, kas saistīti kopā. Beta sabrukšana : Neitrons pārvēršas par protonu, elektronu un antineitrīnu. Izmestais elektrons ir beta daļiņa. Spontāna skaldīšana: kodols sadalās vairākās daļās un izstaro neitronus, kā arī izstaro elektromagnētiskās enerģijas impulsu - gamma staru. Tas ir pēdējais sabrukšanas veids, ko izmanto kodolbumbā. Sākas dalīšanās rezultātā izdalītie brīvie neitroni ķēdes reakcija , kas atbrīvo kolosālu enerģijas daudzumu.

No kā izgatavotas kodolbumbas?

Tos var izgatavot no urāna-235 un plutonija-239. Urāns dabā sastopams kā trīs izotopu maisījums: 238 U (99,2745% dabiskā urāna), 235 U (0,72%) un 234 U (0,0055%). Visizplatītākais 238 U neatbalsta ķēdes reakciju: to spēj tikai 235 U. Lai sasniegtu maksimālo sprādziena jaudu, ir nepieciešams, lai 235 U saturs bumbas “pildījumā” būtu vismaz 80%. Tāpēc urāns tiek ražots mākslīgi bagātināt . Lai to izdarītu, urāna izotopu maisījumu sadala divās daļās tā, lai vienā no tām būtu vairāk nekā 235 U.

Parasti izotopu atdalīšana atstāj aiz sevis daudz noplicināta urāna, kas nespēj iziet ķēdes reakciju, taču ir veids, kā to panākt. Fakts ir tāds, ka plutonijs-239 dabā nav sastopams. Bet to var iegūt, bombardējot 238 U ar neitroniem.

Kā tiek mērīta viņu jauda?

Kodolenerģijas un kodoltermiskā lādiņa jaudu mēra TNT ekvivalentā - trinitrotoluola daudzumā, kas jādetonē, lai iegūtu līdzīgu rezultātu. To mēra kilotonās (kt) un megatonās (Mt). Īpaši mazo kodolieroču ražība ir mazāka par 1 kt, savukārt superjaudīgas bumbas dod vairāk nekā 1 mt.

Padomju “cara bumbas” jauda saskaņā ar dažādiem avotiem bija no 57 līdz 58,6 megatonnām TNT ekvivalentā; kodolbumbas jauda, ​​ko KTDR pārbaudīja septembra sākumā, bija aptuveni 100 kilotonnas.

Kas radīja kodolieročus?

Amerikāņu fiziķis Roberts Openheimers un ģenerālis Leslijs Grovs

30. gados itāļu fiziķis Enriko Fermi parādīja, ka neitronu bombardētie elementi var tikt pārveidoti par jauniem elementiem. Šī darba rezultāts bija atklājums lēni neitroni , kā arī jaunu elementu atklāšana, kas nav pārstāvēti periodiskajā tabulā. Drīz pēc Fermi atklājuma vācu zinātnieki Otto Hāns Un Frics Strasmans bombardēja urānu ar neitroniem, kā rezultātā izveidojās bārija radioaktīvs izotops. Viņi secināja, ka zema ātruma neitroni izraisa urāna kodola sadalīšanos divos mazākos gabalos.

Šis darbs saviļņoja visas pasaules prātus. Prinstonas Universitātē Nīls Bors strādāja ar Džons Vīlers izstrādāt hipotētisku skaldīšanas procesa modeli. Viņi ierosināja, ka urāns-235 sadalās. Aptuveni tajā pašā laikā citi zinātnieki atklāja, ka skaldīšanas process radīja vēl vairāk neitronu. Tas mudināja Boru un Vīleru uzdot svarīgu jautājumu: vai skaldīšanas radītie brīvie neitroni varētu sākt ķēdes reakciju, kas atbrīvotu milzīgu enerģijas daudzumu? Ja tas tā ir, tad ir iespējams radīt neiedomājama spēka ieročus. Viņu pieņēmumus apstiprināja franču fiziķis Frederiks Džolio-Kirī . Viņa secinājums kļuva par stimulu kodolieroču radīšanas attīstībai.

Fiziķi no Vācijas, Anglijas, ASV un Japānas strādāja pie atomieroču radīšanas. Pirms Otrā pasaules kara sākuma Alberts Einšteins rakstīja ASV prezidentam Franklins Rūzvelts ka nacistiskā Vācija plāno attīrīt urānu-235 un izveidot atombumbu. Tagad izrādās, ka Vācija bija tālu no ķēdes reakcijas: viņi strādāja pie “netīras”, ļoti radioaktīvas bumbas. Lai kā arī būtu, ASV valdība pielika visas pūles, lai pēc iespējas ātrāk izveidotu atombumbu. Manhetenas projekts tika uzsākts, un to vadīja amerikāņu fiziķis Roberts Oppenheimers un vispārīgi Leslija Grova . Tajā piedalījās ievērojami zinātnieki, kuri emigrēja no Eiropas. Līdz 1945. gada vasarai tika izveidoti atomieroči, kuru pamatā bija divu veidu skaldāmie materiāli - urāns-235 un plutonijs-239. Pārbaudes laikā tika uzspridzināta viena bumba, plutonija "Thing", un vēl divas, urāna "Baby" un plutonija "Fat Man", tika nomestas Japānas pilsētās Hirosimas un Nagasaki.

Kā darbojas kodoltermiskā bumba un kas to izgudroja?

Kodoltermiskās bumbas pamatā ir reakcija kodolsintēze . Atšķirībā no kodola skaldīšanas, kas var notikt spontāni vai piespiedu kārtā, kodolsintēze nav iespējama bez ārējas enerģijas piegādes. Atomu kodoli ir pozitīvi uzlādēti – tātad viens otru atgrūž. Šo situāciju sauc par Kulona barjeru. Lai pārvarētu atgrūšanos, šīs daļiņas ir jāpaātrina līdz neprātīgam ātrumam. To var izdarīt ļoti augstā temperatūrā - vairāku miljonu Kelvinu (tātad nosaukums). Ir trīs veidu kodoltermiskās reakcijas: pašpietiekamas (notiek zvaigžņu dziļumā), kontrolētas un nekontrolētas jeb sprādzienbīstamas – tās izmanto ūdeņraža bumbās.

Ideju par bumbu ar kodolsintēzi, ko ierosināja atomu lādiņš, savam kolēģim ierosināja Enriko Fermi Edvards Tellers tālajā 1941. gadā, pašā Manhetenas projekta sākumā. Taču šī ideja tolaik nebija pieprasīta. Tellera izstrāde tika uzlabota Staņislavs Ulams , padarot ideju par kodolbumbu praktiski īstenojamu. 1952. gadā operācijas Ivy Mike laikā Enevetakas atolā tika izmēģināta pirmā kodoltermiskā sprādzienbīstamība. Tomēr tas bija laboratorijas paraugs, kas nebija piemērots cīņai. Gadu vēlāk Padomju Savienība uzspridzināja pasaulē pirmo kodolbumbu, kas tika samontēta pēc fiziķu projekta Andrejs Saharovs Un Jūlija Haritona . Ierīce atgādināja slāņu kūku, tāpēc milzīgais ierocis tika nosaukts par "Puff". Turpmākās attīstības gaitā dzima visspēcīgākā bumba uz Zemes - "Cara Bomba" jeb "Kuzkas māte". 1961. gada oktobrī tas tika izmēģināts Novaja Zemļas arhipelāgā.

No kā izgatavotas kodoltermiskās bumbas?

Ja tu tā domāji ūdeņradis un kodolbumbas ir dažādas lietas, tu kļūdījies. Šie vārdi ir sinonīmi. Tas ir ūdeņradis (vai drīzāk tā izotopi - deitērijs un tritijs), kas ir nepieciešams, lai veiktu kodoltermisko reakciju. Tomēr ir grūtības: lai uzspridzinātu ūdeņraža bumbu, vispirms ir nepieciešams iegūt augstu temperatūru parastā kodolsprādziena laikā – tikai tad sāks reaģēt atomu kodoli. Tāpēc kodolbumbas gadījumā dizainam ir liela nozīme.

Plaši zināmas divas shēmas. Pirmā ir Saharova “kārtainā mīkla”. Centrā atradās kodoldetonators, ko ieskauj litija deiterīda slāņi, kas sajaukti ar tritiju, kas bija mijas ar bagātināta urāna slāņiem. Šis dizains ļāva sasniegt jaudu 1 Mt robežās. Otrais ir amerikāņu Teller-Ulam shēma, kur kodolbumba un ūdeņraža izotopi atradās atsevišķi. Tas izskatījās šādi: apakšā bija trauks ar šķidra deitērija un tritija maisījumu, kura centrā atradās “aizdedzes svece” - plutonija stienis, bet augšpusē - parasts kodollādiņš, un tas viss smago metālu apvalks (piemēram, noplicināts urāns). Ātrie neitroni, kas rodas sprādziena laikā, izraisa atomu skaldīšanas reakcijas urāna apvalkā un pievieno enerģiju kopējai sprādziena enerģijai. Papildu litija urāna-238 deuterīda slāņu pievienošana ļauj izveidot neierobežotas jaudas šāviņus. 1953. gadā padomju fiziķis Viktors Davidenko nejauši atkārtoja Tellera-Ulama ideju, un, pamatojoties uz to, Saharovs nāca klajā ar daudzpakāpju shēmu, kas ļāva radīt bezprecedenta spēka ieročus. “Kuzkas māte” strādāja tieši saskaņā ar šo shēmu.

Kādas tur vēl bumbas?

Ir arī neitroni, taču tas parasti ir biedējoši. Būtībā neitronu bumba ir mazjaudas kodoltermiskā bumba, kuras sprādziena enerģijas 80% ir starojums (neitronu starojums). Tas izskatās pēc parasta mazjaudas kodollādiņa, kuram pievienots bloks ar berilija izotopu, neitronu avotu. Kad kodollādiņš eksplodē, tiek iedarbināta kodoltermiskā reakcija. Šāda veida ieroci izstrādāja amerikāņu fiziķis Semjuels Koens . Tika uzskatīts, ka neitronu ieroči iznīcina visu dzīvo, pat patversmēs, taču šādu ieroču iznīcināšanas diapazons ir mazs, jo atmosfēra izkliedē ātru neitronu plūsmas, un triecienvilnis ir spēcīgāks lielos attālumos.

Kā ar kobalta bumbu?

Nē, dēls, tas ir fantastiski. Oficiāli nevienai valstij nav kobalta bumbas. Teorētiski šī ir kodoltermiskā bumba ar kobalta čaulu, kas nodrošina spēcīgu teritorijas radioaktīvo piesārņojumu pat ar salīdzinoši vāju kodolsprādzienu. 510 tonnas kobalta var inficēt visu Zemes virsmu un iznīcināt visu dzīvību uz planētas. Fiziķis Leo Szilards , kurš aprakstīja šo hipotētisko dizainu 1950. gadā, nosauca to par "Pasdienas mašīnu".

Kas ir vēsāks: kodolbumba vai kodoltermiskā?

"Tsar Bomba" pilna mēroga modelis

Ūdeņraža bumba ir daudz progresīvāka un tehnoloģiski attīstītāka nekā atombumba. Tā sprādzienbīstamība ievērojami pārsniedz atomu sprādzienbīstamību, un to ierobežo tikai pieejamo komponentu skaits. Kodoltermiskajā reakcijā katram nukleonam (tā saucamajiem kodoliem, protoniem un neitroniem) izdalās daudz vairāk enerģijas nekā kodolreakcijā. Piemēram, urāna kodola sadalīšanās rezultātā uz vienu kodolu rodas 0,9 MeV (megaelektronvolti), un hēlija kodola saplūšana no ūdeņraža kodoliem atbrīvo 6 MeV enerģiju.

Kā bumbas piegādātuz mērķi?

Sākumā tie tika izmesti no lidmašīnām, bet pretgaisa aizsardzības sistēmas nepārtraukti pilnveidojās, un kodolieroču piegāde šādā veidā izrādījās neprātīga. Pieaugot raķešu ražošanai, visas tiesības piegādāt kodolieročus tika nodotas dažādu bāzu ballistiskajām un spārnotajām raķetēm. Tāpēc bumba tagad nozīmē nevis bumbu, bet gan kaujas galviņu.

Tiek uzskatīts, ka Ziemeļkorejas ūdeņraža bumba ir pārāk liela, lai to uzstādītu uz raķetes - tādēļ, ja KTDR nolems īstenot draudus, tā tiks nogādāta ar kuģi uz sprādziena vietu.

Kādas ir kodolkara sekas?

Hirosima un Nagasaki ir tikai neliela daļa no iespējamās apokalipses. Piemēram, ir zināma “kodolziemas” hipotēze, kuru izvirzīja amerikāņu astrofiziķis Karls Sagans un padomju ģeofiziķis Georgijs Goļicins. Tiek pieļauts, ka vairāku kodollādiņu sprādziens (nevis tuksnesī vai ūdenī, bet apdzīvotās vietās) izraisīs daudz ugunsgrēku, un atmosfērā izplūdīs liels daudzums dūmu un sodrēju, kas novedīs pie globālas atdzišanas. Hipotēze ir kritizēta, salīdzinot ietekmi ar vulkānisko aktivitāti, kas maz ietekmē klimatu. Turklāt daži zinātnieki atzīmē, ka globālā sasilšana, visticamāk, notiks nekā atdzišana – lai gan abas puses cer, ka mēs to nekad neuzzināsim.

Vai kodolieroči ir atļauti?

Pēc bruņošanās sacensībām 20. gadsimtā valstis nāca pie prāta un nolēma ierobežot kodolieroču izmantošanu. ANO pieņēma līgumus par kodolieroču neizplatīšanu un kodolizmēģinājumu aizliegumu (pēdējos neparakstīja jaunās kodolvalstis Indija, Pakistāna un KTDR). 2017. gada jūlijā tika pieņemts jauns līgums par kodolieroču aizliegumu.

“Katra dalībvalsts apņemas nekad un nekādos apstākļos neizstrādāt, izmēģināt, ražot, ražot, citādi iegādāties, glabāt vai uzkrāt kodolieročus vai citas kodolsprādzienbīstamas ierīces,” teikts līguma pirmajā pantā.

Tomēr dokuments stāsies spēkā tikai tad, kad to ratificēs 50 valstis.

Integrētais ātrais reaktors (IFR) nav tikai jauna veida reaktors, tas ir jauns degvielas cikls. Integrālais ātrais reaktors ir ātro neitronu reaktors bez moderatora. Tam ir tikai aktīvā zona un nav segas.
IBR izmanto metāla degvielu- urāna un plutonija sakausējums.
Tās degvielas ciklā tiek izmantota degvielas samazināšana tieši pašā reaktorā, izmantojot piroapstrādi. IBR piroapstrādē gandrīz tīrs urāns tiek savākts uz cieta katoda, bet plutonija, amerīcija, neptūnija, kūrija, urāna un dažu dalīšanās produktu maisījums tiek savākts šķidrā kadmija katodā, kas peld elektrolīta sālī. Atlikušos dalīšanās produktus savāc elektrolīta sālī un kadmija slānī.
Integrētais ātrais reaktors tiek atdzesēts ar šķidru nātriju vai svinu. Metāla degvielas ražošana ir vienkāršāka un lētāka nekā keramikas degviela. Metāla degviela padara piroprocesu par dabisku izvēli. Metāla degvielai ir labāka siltumvadītspēja un siltumietilpība nekā oksīda degvielai.Degviela ir urāna un plutonija sakausējums.
Sākotnējā iekraušanā integrētā ātrajā reaktorā vajadzētu saturēt vairāk izotopu, kas skaldās termisko neitronu ietekmē ( > 20%) nekā termiskā neitronu reaktorā. Tas varētu būt ļoti bagātināts urāns vai plutonijs, likvidēti kodolieroči utt. Darbības laikā reaktors pārvērš materiālus (auglīgos), kas termisko neitronu ietekmē nav skaldāmi, par skaldāmiem. Auglīgie materiāli ātrā reaktorā var būt noplicināts urāns (galvenokārt U-238), dabiskais urāns, torijs vai urāns, kas apstrādāts no apstarotās degvielas no parastā ūdens reaktora.
Degviela atrodas tērauda korpusā ar šķidru nātriju, kas atrodas starp degvielu un korpusu. Brīvā telpa virs degvielas ļauj brīvi savākties hēlijam un radioaktīvajam ksenonam, būtiski nepalielinot spiedienu degvielas elementā un ļauj degvielai izplesties, nesabojājot reaktora apšuvumu.
Svina priekšrocība salīdzinājumā ar nātriju ir tā ķīmiskā inerce, īpaši attiecībā pret ūdeni vai gaisu. No otras puses, svins ir daudz viskozāks, tāpēc ir grūti sūknēt. Turklāt tajā ir neitronu aktivēti izotopi, kuru nātrija sastāvā praktiski nav.
Dzesēšanas kontūras ir veidotas tā, lai nodrošinātu siltuma pārnesi konvekcijas ceļā. Tātad, ja rodas sūkņu jaudas zudums vai negaidīta reaktora izslēgšana, siltums ap serdi būs pietiekams, lai cirkulētu dzesēšanas šķidrumu.
IBR skaldāmie izotopi netiek atdalīti no plutonija izotopiem, kā arī no skaldīšanas produktiem, un tāpēc šāda procesa izmantošana ieroču ražošanā ir praktiski neiespējama. Turklāt plutonijs netiek izņemts no reaktora, kas padara tā neatļautu izmantošanu nereālu. Pēc aktinīdu (urāna, plutonija un mazāko aktinīdu) apstrādes atlikušie atkritumi ir skaldīšanās produkti Sm-151 ar pussabrukšanas periodu 90 l vai tādi ilgstoši kā Tc-99 ar pussabrukšanas periodu 211 000 l vai vairāk. .
IBR atkritumiem ir īss pussabrukšanas periods vai ļoti garš, kas nozīmē, ka tie ir vāji radioaktīvi. Kopējais IBR atkritumu daudzums ir 1/20 no tādas pašas jaudas termisko neitronu reaktoru pārstrādātās degvielas (ko parasti uzskata par atkritumiem). 70% dalīšanās produktu ir vai nu stabili, vai arī to pussabrukšanas periods ir aptuveni gads. Tehnēcijs-99 un jods-129, no kuriem 6% sadalīšanās produktos ir ļoti garš pussabrukšanas periods, bet reaktorā var pārveidoties par izotopiem ar īsu pussabrukšanas periodu (15,46 s un 12,36 h), absorbējot neitronus reaktorā. . Cirkoniju-93 (5% atkritumos) var pārstrādāt degvielas apvalkā, kur radioaktivitāte nerada bažas. Atlikušās atkritumu sastāvdaļas ir mazāk radioaktīvas nekā dabiskais urāns.
IDB izmanto degvielas ciklu, kas ir par divām kārtām efektīvāks degvielas izmantošanas ziņā, salīdzinot ar tradicionālajiem cikliem lēno neitronu reaktoros, novēršot kodolieroču izplatību, samazinot augsta līmeņa atkritumus un turklāt izmantojot dažus atkritumus kā degvielu. .
IBR degviela un apšuvums ir konstruēti tā, ka, paaugstinoties temperatūrai un izplešoties, arvien vairāk neitronu atstāj kodolu, samazinot ķēdes reakcijas intensitāti. Tas ir, darbojas negatīvs reaktivitātes koeficients. IBR gadījumā šis efekts ir tik spēcīgs, ka var apturēt ķēdes reakciju bez operatora iejaukšanās

Piroapstrāde ‒ augstas temperatūras metode izlietotās kodoldegvielas elektrolītiskā pārstrāde. Salīdzinājumā ar hidrometalurģisko metodi(piemēram, PUREX) , piroapstrādi izmanto tieši reaktorā.Šķīdinātāji ir izkausēti sāļi (piemēram, LiCl + KCl vai LiF + CaF 2) un kausēti metāli (piemēram, kadmijs, bismuts, magnijs), nevis ūdens un organiskie savienojumi. Piroapstrādē urāna, kā arī plutonija un mazāko aktinīdu ekstrakcija notiek vienlaicīgi, un tos var nekavējoties izmantot kā degvielu. Atkritumu apjoms ir mazāks un satur galvenokārt skaldīšanas produktus. Pyro Apstrāde tiek izmantota IBR un kausētā sāls reaktoros.