Μια βόμβα ουρανίου και μια βόμβα από «απόκοσμο» υλικό. Βόμβα ουρανίου Διαστάσεις σύγχρονων βομβών ουρανίου και πλουτωνίου

Εκκινητής νετρονίων.
Το πρώτο στάδιο, ο εκκινητής νετρονίων, που ονομάζεται και Αχινός, είναι ένα σφαιρικό κέλυφος βηρυλλίου με διάμετρο 2 εκ. και πάχος 0,6 εκ. Στο εσωτερικό του υπάρχει επένδυση βηρυλλίου με διάμετρο 0,8 εκ. Το συνολικό βάρος της κατασκευής είναι περίπου 7 γραμμάρια. Στην εσωτερική επιφάνεια του κελύφους υπάρχουν 15 σφηνοειδείς σχισμές με βάθος 2,09 mm. Το ίδιο το κέλυφος λαμβάνεται με θερμή πίεση σε μια ατμόσφαιρα καρβονυλικού νικελίου· η επιφάνειά του και η εσωτερική σφαίρα καλύπτονται με ένα στρώμα νικελίου και χρυσού. 50 curies πολώνιο-210 (11 mg) εναποτέθηκαν στην εσωτερική σφαίρα και σε ρωγμές στο κέλυφος. Στρώματα χρυσού και νικελίου προστατεύουν το βηρύλλιο από τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται από το πολώνιο ή το πλουτώνιο που περιβάλλει τον εκκινητή. Ο εκκινητής είναι τοποθετημένος σε ένα βραχίονα μέσα σε μια κοιλότητα με διάμετρο 2,5 cm στον πυρήνα του πλουτωνίου.
Το Urchin ενεργοποιείται όταν το κρουστικό κύμα φτάσει στο κέντρο της φόρτισης. Όταν το κρουστικό κύμα φτάσει στα τοιχώματα της εσωτερικής κοιλότητας του πλουτωνίου, το κρουστικό κύμα από το εξατμισμένο πλουτώνιο δρα στον εκκινητή, συνθλίβοντας τα κενά με πολώνιο και δημιουργώντας το φαινόμενο Munroe - ισχυρούς πίδακες υλικού που αναμειγνύουν γρήγορα πολώνιο και βηρύλλιο από το εξωτερικές και εσωτερικές σφαίρες. Τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται από το Po-210 απορροφώνται από άτομα βηρυλλίου, τα οποία με τη σειρά τους εκπέμπουν νετρόνια.

Φορτίο πλουτωνίου.
Μια σφαίρα εννέα εκατοστών, με μια κοιλότητα 2,5 cm στο κέντρο για έναν εκκινητή νετρονίων. Αυτή η μορφή φόρτισης προτάθηκε από τον Robert Christy για τη μείωση της ασυμμετρίας και της αστάθειας κατά τη διάρκεια της έκρηξης.
Το πλουτώνιο στον πυρήνα σταθεροποιείται στη φάση δέλτα χαμηλής πυκνότητας (πυκνότητα 15,9) με σύντηξή του με 3% γάλλιο κατά ποσότητα της ουσίας (0,8% κατά μάζα). Τα πλεονεκτήματα της χρήσης της φάσης δέλτα έναντι της πιο πυκνής άλφα φάσης (πυκνότητα 19,2) είναι ότι η φάση δέλτα είναι εύπλαστη και εύκαμπτη, ενώ η φάση άλφα είναι εύθραυστη και εύθραυστη, επιπλέον, η σταθεροποίηση του πλουτωνίου στη φάση δέλτα επιτρέπει την αποφυγή συρρίκνωσης κατά τη διάρκεια ψύξη και παραμόρφωση του τεμαχίου εργασίας μετά από χύτευση ή θερμή επεξεργασία. Μπορεί να φαίνεται ότι η χρήση υλικού χαμηλότερης πυκνότητας για τον πυρήνα μπορεί να είναι μειονεκτική, καθώς η χρήση πυκνότερου υλικού είναι προτιμότερη λόγω αυξημένης απόδοσης και μείωσης της απαιτούμενης ποσότητας πλουτωνίου, αλλά αυτό αποδεικνύεται ότι δεν είναι απολύτως αληθές. Το σταθεροποιημένο με δέλτα πλουτώνιο υφίσταται μετάβαση στην άλφα φάση σε σχετικά χαμηλές πιέσεις δεκάδων χιλιάδων ατμοσφαιρών. Η πίεση πολλών εκατομμυρίων ατμοσφαιρών που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης έκρηξης κάνει αυτή τη μετάβαση μαζί με άλλα φαινόμενα που προκύπτουν κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας συμπίεσης. Έτσι, με το πλουτώνιο στη φάση δέλτα υπάρχει μεγαλύτερη αύξηση της πυκνότητας και μεγαλύτερη εισροή αντιδραστικότητας από ό,τι θα συνέβαινε στην περίπτωση μιας πυκνής άλφα φάσης.

Ο πυρήνας συναρμολογείται από δύο ημισφαίρια, που πιθανώς αρχικά χύθηκε σε κενά και στη συνέχεια υποβλήθηκε σε επεξεργασία με θερμή πίεση σε ατμόσφαιρα καρβονυλικού νικελίου. Δεδομένου ότι το πλουτώνιο είναι ένα πολύ αντιδραστικό μέταλλο και, επιπλέον, επικίνδυνο για τη ζωή, κάθε ημισφαίριο είναι επικαλυμμένο με ένα στρώμα νικελίου (ή ασήμι, όπως αναφέρεται για τον πυρήνα Gadget). με νικέλιο (ή ασήμι) οδήγησε στο σχηματισμό κελυφών στο μέταλλο και στην ακαταλληλότητά του για χρήση στον πυρήνα. Η προσεκτική λείανση και στρώση στρωμάτων χρυσού αποκατέστησε τα ελαττώματα που δημιουργήθηκαν από τα ημισφαίρια. Ωστόσο, ένα λεπτό στρώμα χρυσού (πάχους περίπου 0,1 mm) μεταξύ των ημισφαιρίων ήταν σε κάθε περίπτωση απαραίτητο μέρος του σχεδιασμού, που χρησίμευε για να αποτρέψει την πρόωρη διείσδυση των πίδακες κρουστικών κυμάτων μεταξύ των ημισφαιρίων, που θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν πρόωρα τον εκκινητή νετρονίων.

Περίβλημα ουρανίου/ανακλαστήρας νετρονίων.
Το φορτίο πλουτωνίου περιβάλλεται από ένα περίβλημα από φυσικό ουράνιο βάρους 120 κιλών και με διάμετρο 23 εκ. Αυτό το περίβλημα σχηματίζει ένα στρώμα επτά εκατοστών γύρω από το πλουτώνιο. Το πάχος του ουρανίου καθορίζεται από το έργο της διατήρησης των νετρονίων, επομένως ένα στρώμα αρκετών εκατοστών είναι αρκετό για να εξασφαλίσει πέδηση νετρονίων. Ένα παχύτερο σώμα (πάχους που υπερβαίνει τα 10 cm) παρέχει περαιτέρω σημαντική διατήρηση νετρονίων για ολόκληρη τη δομή, ωστόσο, το φαινόμενο "προσωρινής απορρόφησης" που είναι εγγενές σε γρήγορες, εκθετικά αναπτυσσόμενες αλυσιδωτές αντιδράσεις μειώνει τα οφέλη από τη χρήση παχύτερου ανακλαστήρα.
Περίπου το 20% της ενέργειας της βόμβας απελευθερώνεται από την ταχεία σχάση του περιβλήματος ουρανίου. Ο πυρήνας και το σώμα μαζί σχηματίζουν ένα ελάχιστα υποκριτικό σύστημα. Όταν μια έκρηξη έκρηξης συμπιέζει το συγκρότημα σε 2,5 φορές την κανονική του πυκνότητα, ο πυρήνας αρχίζει να περιέχει περίπου τέσσερις έως πέντε κρίσιμες μάζες.

"Pusher"/απορροφητής νετρονίων.
Το στρώμα αλουμινίου που περιβάλλει το ουράνιο, πάχους 11,5 cm, ζυγίζει 120 κιλά. Ο κύριος σκοπός αυτής της σφαίρας, που ονομάζεται "ώθηση", είναι να μειώσει την επίδραση του κύματος Taylor, της ταχείας μείωσης της πίεσης που συμβαίνει πίσω από το μέτωπο της έκρηξης. Αυτό το κύμα τείνει να αυξάνεται κατά την έκρηξη, προκαλώντας ολοένα και πιο γρήγορη πτώση της πίεσης καθώς το μέτωπο της έκρηξης συγκλίνει σε ένα σημείο. Η μερική ανάκλαση του κρουστικού κύματος που εμφανίζεται στη διεπαφή εκρηκτικού (σύνθεση «Β»)/αλουμινίου (λόγω της διαφοράς στις πυκνότητες: 1,65/2,71) στέλνει το δευτερεύον μπροστινό μέρος πίσω στο εκρηκτικό, καταστέλλοντας το κύμα Taylor. Αυτό αυξάνει την πίεση του μεταδιδόμενου κύματος, αυξάνοντας τη συμπίεση στο κέντρο του πυρήνα.
Το αλουμίνιο "ωθητής" περιέχει επίσης μια αναλογία βορίου. Δεδομένου ότι το ίδιο το βόριο είναι μια εύθραυστη μη μεταλλική ουσία και δύσκολη στη χρήση, είναι πιθανό να περιέχεται με τη μορφή ενός εύκολου στην επεξεργασία κράματος αλουμινίου που ονομάζεται βόρακας (35-50% βόριο). Αν και η συνολική του αναλογία στο κέλυφος είναι μικρή, το βόριο παίζει το ρόλο του απορροφητή νετρονίων, εμποδίζοντας τα νετρόνια που διαφεύγουν από εκεί να επιστρέψουν στο συγκρότημα πλουτωνίου-ουρανίου, επιβραδύνοντας το αλουμίνιο και τα εκρηκτικά σε θερμικές ταχύτητες.

Εκρηκτικό κέλυφος και σύστημα έκρηξης.
Το περίβλημα των εκρηκτικών είναι ένα στρώμα ισχυρής εκρηκτικής ύλης. Έχει πάχος περίπου 47 εκατοστά και ζυγίζει τουλάχιστον 2500 κιλά. Αυτό το σύστημα περιέχει 32 εκρηκτικούς φακούς, 20 από τους οποίους είναι εξαγωνικοί και 12 πενταγωνικοί. Οι φακοί συνδέονται μεταξύ τους με τρόπο που μοιάζει με ποδόσφαιρο για να σχηματίσουν ένα σφαιρικό εκρηκτικό συγκρότημα, διαμέτρου περίπου 130 cm. Το καθένα έχει 3 μέρη: δύο από αυτά είναι κατασκευασμένα από εκρηκτικό με υψηλή ταχύτητα έκρηξης, ένα από αυτά είναι κατασκευασμένο από χαμηλή ταχύτητα έκρηξης. Το εξώτατο μέρος ενός εκρηκτικού ταχείας έκρηξης έχει μια κωνική εσοχή γεμάτη με εκρηκτικά με χαμηλή ταχύτητα έκρηξης. Αυτά τα ζευγάρωμα μέρη σχηματίζουν έναν ενεργό φακό ικανό να δημιουργήσει ένα κυκλικό, αυξανόμενο κύμα κρουστικού κύματος που κατευθύνεται προς το κέντρο. Η εσωτερική πλευρά του εκρηκτικού ταχέως εκρηκτικού καλύπτει σχεδόν τη σφαίρα αλουμινίου για να ενισχύσει τη συγκλίνουσα πρόσκρουση.
Οι φακοί ήταν χυτοί ακριβείας, επομένως το εκρηκτικό έπρεπε να λιώσει πριν τη χρήση. Το κύριο εκρηκτικό ταχείας έκρηξης ήταν η «σύνθεση Β», ένα μείγμα 60% εξαγόνου (RDX) - ένα πολύ γρήγορα εκρηκτικό αλλά κακώς λιώσιμο υψηλής εκρηκτικής ύλης, 39% TNT (TNT) - ένα εξαιρετικά εκρηκτικό και εύκολα λιώσιμο εκρηκτικό και 1% κερί. Το «αργό» εκρηκτικό ήταν η βαρατόλη - ένα μείγμα TNT και νιτρικού βαρίου (η αναλογία TNT είναι συνήθως 25-33%) με 1% κερί ως συνδετικό.
Η σύνθεση και η πυκνότητα των φακών ελέγχονταν με ακρίβεια και παρέμειναν σταθερές. Το σύστημα φακών προσαρμόστηκε σε πολύ στενή ανοχή, έτσι ώστε τα εξαρτήματα να ταιριάζουν μεταξύ τους σε λιγότερο από 1 mm για να αποφευχθούν ανωμαλίες στο κρουστικό κύμα, αλλά η ευθυγράμμιση της επιφάνειας του φακού ήταν ακόμη πιο σημαντική από την προσαρμογή τους μεταξύ τους.
Για να επιτευχθεί πολύ ακριβής χρονισμός πυροκροτητών, οι τυπικοί πυροκροτητές δεν είχαν συνδυασμούς πρωτεύοντος/δευτερογενούς εκρηκτικού και διέθεταν ηλεκτρικά θερμαινόμενους αγωγούς. Αυτοί οι αγωγοί είναι κομμάτια λεπτού σύρματος που εξατμίζονται αμέσως από το κύμα ρεύματος που λαμβάνεται από έναν ισχυρό πυκνωτή. Το εκρηκτικό υλικό του πυροκροτητή πυροδοτείται. Η εκφόρτιση της συστοιχίας πυκνωτών και η εξάτμιση του σύρματος για όλους τους πυροκροτητές μπορούν να πραγματοποιηθούν σχεδόν ταυτόχρονα - η διαφορά είναι +/- 10 νανοδευτερόλεπτα. Το μειονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι η ανάγκη για μεγάλες μπαταρίες, ένα τροφοδοτικό υψηλής τάσης και μια ισχυρή συστοιχία πυκνωτών (που ονομάζεται μονάδα X, βάρους περίπου 200 κιλών) σχεδιασμένη να πυροδοτεί 32 πυροκροτητές ταυτόχρονα.
Το έτοιμο εκρηκτικό κέλυφος τοποθετείται σε ένα περίβλημα ντουραλουμινίου. Η δομή του αμαξώματος αποτελούνταν από μια κεντρική ζώνη συναρμολογημένη από 5 επεξεργασμένα χυτά ντουραλουμίνια και τα άνω και κάτω ημισφαίρια σχηματίζοντας ένα πλήρες κέλυφος.

Το τελικό στάδιο της συναρμολόγησης.
Ο τελικός σχεδιασμός της βόμβας περιλαμβάνει ένα ειδικό «καπάκι» μέσα από το οποίο τοποθετούνται σχάσιμα υλικά στο άκρο. Το φορτίο μπορεί να κατασκευαστεί εξ ολοκλήρου, με εξαίρεση το ένθετο πλουτωνίου με τον εκκινητή. Για λόγους ασφαλείας, η συναρμολόγηση ολοκληρώνεται αμέσως πριν από την πρακτική χρήση. Το ημισφαίριο duralumin αφαιρείται μαζί με έναν από τους εκρηκτικούς φακούς. Ο εκκινητής νετρονίων εγκαθίσταται μεταξύ των ημισφαιρίων πλουτωνίου και τοποθετείται μέσα σε έναν κύλινδρο ουρανίου 40 κιλών, και στη συνέχεια ολόκληρη αυτή η δομή τοποθετείται μέσα στον ανακλαστήρα ουρανίου. Ο φακός επιστρέφει στη θέση του, ο πυροκροτητής συνδέεται με αυτόν και το καπάκι βιδώνεται στη θέση του από πάνω.
Το Fat Man αποτελούσε σοβαρό κίνδυνο όταν αποστέλλεται και αποθηκεύεται έτοιμο προς χρήση, αν και ακόμη και στο χειρότερο σενάριο ήταν λιγότερο επικίνδυνο από το Little Boy. Η κρίσιμη μάζα ενός πυρήνα με ανακλαστήρα ουρανίου είναι 7,5 kg πλουτωνίου για τη φάση δέλτα και μόνο 5,5 kg για τη φάση άλφα. Οποιαδήποτε τυχαία έκρηξη της εκρηκτικής οβίδας θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα τη συμπίεση του πυρήνα των 6,2 κιλών του Fat Man σε μια υπερκρίσιμη φάση άλφα. τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από την εκρηκτική γόμωση στη βόμβα) σε μερικές εκατοντάδες τόνους ισοδύναμο TNT. Αλλά ο κύριος κίνδυνος έγκειται στη ροή της διεισδυτικής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της έκρηξης. Οι ακτίνες γάμμα και τα νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν θάνατο ή σοβαρή ασθένεια πολύ περισσότερο από η ζώνη διάδοσης των κρουστικών κυμάτων Έτσι, μια μικρή πυρηνική έκρηξη 20 τόνων θα προκαλέσει θανατηφόρα δόση ακτινοβολίας 640 rem σε απόσταση 250 m.
Για λόγους ασφαλείας, η μεταφορά του Fat Man δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ σε πλήρως συναρμολογημένη μορφή· οι βόμβες ολοκληρώθηκαν αμέσως πριν τη χρήση. Λόγω της πολυπλοκότητας του όπλου, αυτή η διαδικασία απαιτούσε τουλάχιστον μερικές ημέρες (λαμβάνοντας υπόψη τους ενδιάμεσους ελέγχους) Η συναρμολογημένη βόμβα δεν μπορούσε να παραμείνει λειτουργική για μεγάλο χρονικό διάστημα λόγω των χαμηλών μπαταριών της μονάδας X.
Το περίγραμμα μιας ζωντανής βόμβας πλουτωνίου αποτελείται κυρίως από ένα πειραματικό σχέδιο Gadget συσκευασμένο σε χαλύβδινο κέλυφος Τα δύο μισά του χαλύβδινου ελλειψοειδούς είναι προσαρτημένα στον επίδεσμο του συστήματος έκρηξης μαζί με τη μονάδα X, μπαταρίες, ασφάλειες και ηλεκτρονικά σκανδάλης που βρίσκονται στο μπροστινή πλευρά του κελύφους.
Όπως και στο Little Boy, η ασφάλεια μεγάλου υψομέτρου στο Fat Man είναι το σύστημα αποστασιόμετρου ραντάρ Atchis (Archies - οι κεραίες του φαίνονται στο πλάι στις φωτογραφίες του Little Boy). Όταν η γόμωση φτάσει στο απαιτούμενο ύψος πάνω από το έδαφος (ρυθμίζεται στα 1850+-100 πόδια), δίνει σήμα για έκρηξη. Επιπλέον, η βόμβα είναι επίσης εξοπλισμένη με βαρομετρικό αισθητήρα που αποτρέπει μια έκρηξη πάνω από 7.000 πόδια.

Πολεμική χρήση βόμβας πλουτωνίου.
Στο νησί έγινε η τελική συνέλευση του Χοντρός. Τηνιακή.
Στις 26 Ιουλίου 1945, ένας πυρήνας πλουτωνίου με έναν εκκινητή στάλθηκε σε ένα αεροσκάφος C-54 από την αεροπορική βάση Kirtland στο Tinian.
Στις 28 Ιουλίου ο πυρήνας φτάνει στο νησί. Αυτή την ημέρα, τρία B-29 αναχωρούν από το Kirtland για την Tinian με τρία προσυναρμολογημένα Fat Mans.
2 Αυγούστου - Έρχεται το B-29. Ως ημερομηνία του βομβαρδισμού ορίστηκε η 11η Αυγούστου, στόχος είναι το οπλοστάσιο στην Κοκούρα. Το μη πυρηνικό τμήμα της πρώτης βόμβας ήταν έτοιμο μέχρι τις 5 Αυγούστου.
Στις 7 Αυγούστου, έρχεται μια πρόβλεψη για τις καιρικές συνθήκες που δεν είναι ευνοϊκές για την πτήση στις 11, η ημερομηνία πτήσης μετατίθεται στις 10 Αυγούστου και μετά στις 9 Αυγούστου. Λόγω της αλλαγής ημερομηνίας, γίνονται επιταχυνόμενες εργασίες για τη συγκέντρωση της φόρτισης.
Το πρωί της 8ης, η συναρμολόγηση του Fat Man ολοκληρώνεται και στις 10:00 μ.μ. φορτώνεται στο B-29 "Block's Car".
9 Αυγούστου:
03:47 Το αεροπλάνο απογειώνεται από την Τινιάν, ο στόχος είναι το Kokur Arsenal. Πιλότος - Τσαρλς Σουίνι.
10:44 Ώρα να πλησιάσουμε το Kokura, αλλά ο στόχος είναι αόρατος σε συνθήκες κακής ορατότητας. Τα πυρά αντιαεροπορικού πυροβολικού και η εμφάνιση ιαπωνικών μαχητικών μας αναγκάζουν να σταματήσουμε την έρευνα και να στραφούμε προς τον εφεδρικό στόχο - Ναγκασάκι.
Υπήρχε ένα στρώμα σύννεφων πάνω από την πόλη - όπως και πάνω από το Kokura, έμεινε μόνο καύσιμο για ένα πέρασμα, έτσι η βόμβα έπεσε στο πρώτο κατάλληλο κενό στα σύννεφα αρκετά μίλια από τον καθορισμένο στόχο.
11:02 Μια έκρηξη συμβαίνει σε υψόμετρο 503 m κοντά στα σύνορα της πόλης, η ισχύς σύμφωνα με μετρήσεις το 1987 είναι 21 kt. Παρά το γεγονός ότι η έκρηξη σημειώθηκε στα σύνορα κατοικημένης περιοχής της πόλης, ο αριθμός των θυμάτων ξεπέρασε τα 70.000 άτομα. Οι εγκαταστάσεις παραγωγής όπλων της Mitsubishi καταστράφηκαν επίσης.

Βόμβα ουρανίου

Λειτουργική αρχή

Τα πυρηνικά όπλα βασίζονται σε μια ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης. Υπάρχουν δύο βασικά σχήματα: το «κανόνι», αλλιώς βαλλιστικό, και το εκρηκτικό.

« Κανόνι"Το σχέδιο είναι χαρακτηριστικό για τα πιο πρωτόγονα μοντέλα πυρηνικών όπλων πρώτης γενιάς, καθώς και πυρηνικών όπλων πυροβολικού και φορητών όπλων που έχουν περιορισμούς στο διαμέτρημα του όπλου. Η ουσία του είναι να «εκτοξεύει» δύο τεμάχια σχάσιμης ύλης υποκρίσιμης μάζας το ένα προς το άλλο. Αυτή η μέθοδος έκρηξης είναι δυνατή μόνο σε πυρομαχικά ουρανίου, καθώς το πλουτώνιο έχει υψηλότερο υπόβαθρο νετρονίων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της απαιτούμενης ταχύτητας σύνδεσης των εξαρτημάτων γόμωσης, υπερβαίνοντας αυτό που είναι τεχνικά εφικτό.

"Εκρηκτικό"Το σχέδιο περιλαμβάνει τη λήψη μιας υπερκρίσιμης κατάστασης με συμπίεση του σχάσιμου υλικού με ένα εστιασμένο κρουστικό κύμα που δημιουργείται από την έκρηξη ενός συμβατικού χημικού εκρηκτικού, στο οποίο δίνεται ένα πολύ περίπλοκο σχήμα για εστίαση και η έκρηξη πραγματοποιείται ταυτόχρονα σε πολλά σημεία με ακρίβεια ακριβείας.

Πυρηνική δύναμη εργάζονται αποκλειστικά με βάση τις αρχές της σχάσης βαρέων στοιχείων, που περιορίζεται σε εκατοντάδες κιλοτόνους . Είναι δυνατό, αλλά εξαιρετικά δύσκολο, να δημιουργηθεί ένα πιο ισχυρό φορτίο που βασίζεται μόνο στην πυρηνική σχάση. Το ισχυρότερο πυρομαχικό του κόσμου που βασίζεται αποκλειστικά στην πυρηνική σχάση δοκιμάστηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες στις 15 Νοεμβρίου 1952, με ισχύ έκρηξης 500 kt.

Για να μπορέσει η αντίδραση να στηριχθεί, χρειάζεται ένα κατάλληλο «καύσιμο», το οποίο στα πρώτα στάδια χρησιμοποιήθηκε ως ισότοπο ουρανίου.

Το ουράνιο εμφανίζεται στη φύση με τη μορφή δύο ισοτόπων - ουρανίου-235 και ουρανίου-238. Όταν το ουράνιο-235 απορροφά ένα νετρόνιο κατά τη διαδικασία διάσπασης, απελευθερώνονται από ένα έως τρία νετρόνια:

Το ουράνιο-238, αντίθετα, όταν απορροφά νετρόνια μέτριων ενεργειών, δεν απελευθερώνει νέα, παρεμβαίνοντας στην πυρηνική αντίδραση. Μετατρέπεται σε ουράνιο-239, μετά σε ποσειδώνιο-239 και τέλος σε σχετικά σταθερό πλουτώνιο-239.

Για να διασφαλιστεί η λειτουργικότητα μιας πυρηνικής βόμβας, η περιεκτικότητα σε ουράνιο-235 στο πυρηνικό καύσιμο πρέπει να είναι τουλάχιστον 80%, διαφορετικά το ουράνιο-238 θα σβήσει γρήγορα την πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Σχεδόν όλο το φυσικό ουράνιο (περίπου 99,3%) αποτελείται από ουράνιο-238. Ως εκ τούτου, στην παραγωγή πυρηνικού καυσίμου, χρησιμοποιείται μια πολύπλοκη και πολλαπλών σταδίων διαδικασία εμπλουτισμού ουρανίου, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η αναλογία του ουρανίου-235.

Η βόμβα με βάση το ουράνιο ήταν το πρώτο πυρηνικό όπλο που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο σε μάχη (η βόμβα "Little Boy" που έπεσε στη Χιροσίμα). Λόγω ορισμένων μειονεκτημάτων (δυσκολίες στην απόκτηση, ανάπτυξη και παράδοση), δεν είναι ευρέως διαδεδομένες αυτή τη στιγμή, κατώτερες από πιο προηγμένες βόμβες που βασίζονται σε άλλα ραδιενεργά στοιχεία με χαμηλότερη κρίσιμη μάζα.

Η πρώτη πυρηνική συσκευή που πυροδοτήθηκε για δοκιμαστικούς σκοπούς ήταν η πυρηνική συσκευή Gadget. επινόημα- συσκευή, μπιχλιμπίδι) - πρωτότυπο της βόμβας πλουτωνίου "Fat Man", που έπεσε στο Ναγκασάκι. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε μια περιοχή δοκιμών κοντά στο Alamogordo στο Νέο Μεξικό.

Δομικά, αυτή η βόμβα αποτελούνταν από πολλές σφαίρες φωλιασμένες η μία μέσα στην άλλη:

1. Παλμικός εκκινητής νετρονίων (INI, «σκαντζόχοιρος», «αχινός» (eng. σκανταλιάρικο παιδί)) - μια μπάλα με διάμετρο περίπου 2 cm κατασκευασμένη από βηρύλλιο, επικαλυμμένη με ένα λεπτό στρώμα κράματος υττρίου-πολωνίου ή μεταλλικού πολώνιου-210 - η κύρια πηγή νετρονίων για απότομη μείωση της κρίσιμης μάζας και επιτάχυνση της έναρξης της αντίδρασης . Πυροδοτείται τη στιγμή που ο πυρήνας της μάχης μεταφέρεται σε υπερκρίσιμη κατάσταση (κατά τη συμπίεση, το πολώνιο και το βηρύλλιο αναμιγνύονται με την απελευθέρωση μεγάλου αριθμού νετρονίων). Επί του παρόντος, το βραχύβιο πολώνιο-210 έχει αντικατασταθεί από το μακρόβιο πλουτώνιο-238, το οποίο είναι επίσης ικανό να παράγει έναν ισχυρό παλμό νετρονίων όταν αναμιγνύεται με βηρύλλιο.
2. Πλουτώνιο. Το πιο καθαρό δυνατό ισότοπο του πλουτωνίου-239 είναι επιθυμητό, ​​αν και το πλουτώνιο είναι ντοπαρισμένο με μια μικρή ποσότητα γαλλίου για να αυξηθεί η σταθερότητα των φυσικών ιδιοτήτων (πυκνότητα) και να βελτιωθεί η συμπιεστότητα του φορτίου.
3. Shell (Αγγλικά) παραβιάζω), χρησιμεύει ως ανακλαστήρας νετρονίων (από ουράνιο).
4. Στύψιμο κέλυφος ωθών) από αλουμίνιο. Παρέχει μεγαλύτερη ομοιομορφία συμπίεσης από το κρουστικό κύμα, ενώ ταυτόχρονα προστατεύει τα εσωτερικά μέρη της γόμωσης από την άμεση επαφή με το εκρηκτικό και τα θερμά προϊόντα της αποσύνθεσής του.
5. Ένα εκρηκτικό με πολύπλοκο σύστημα πυροδότησης που εξασφαλίζει συγχρονισμένη έκρηξη ολόκληρης της εκρηκτικής ύλης. Η συγχρονικότητα είναι απαραίτητη για να δημιουργηθεί ένα αυστηρά σφαιρικό συμπιεστικό (κατευθυνόμενο μέσα στην μπάλα) κρουστικό κύμα. Ένα μη σφαιρικό κύμα οδηγεί στην εκτίναξη του υλικού της μπάλας μέσω της ανομοιογένειας και της αδυναμίας δημιουργίας κρίσιμης μάζας. Η δημιουργία ενός τέτοιου συστήματος για την τοποθέτηση εκρηκτικών και την έκρηξη ήταν κάποτε ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα. Χρησιμοποιείται ένα συνδυασμένο σχήμα (σύστημα φακών) «γρήγορων» και «αργών» εκρηκτικών - βορατόλη και TATV.
6. Το σώμα είναι κατασκευασμένο από σταμπωτά στοιχεία duralumin - δύο σφαιρικά καλύμματα και μια ζώνη, που συνδέονται με μπουλόνια.

Πυραυλικό σύστημα μάχης σιδηροδρόμων BZHRK 15P961 "Molodets" με διηπειρωτικό πυρηνικό πύραυλο

Πυραυλικό και πυραυλικό σύστημα RT-23 UTTHγενικά αναπτύχθηκε σε<КБ>Yuzhnoe στο Dnepropetrovsk, γενικός σχεδιαστής ακαδημαϊκός V.F. Utkin. Το τρένο και ο εκτοξευτής αναπτύχθηκαν στο KBSM, Λένινγκραντ, ο επικεφαλής σχεδιαστής ακαδημαϊκός A.F. Ούτκιν. Το 1987-1991 Κατασκευάστηκαν 12 συγκροτήματα .

Η σύνθεση του BZHRK περιλαμβάνει:

1.Τρεις ελάχιστες ενότητες εκκίνησης

2. Μονάδα διοίκησης που αποτελείται από 7 αυτοκίνητα

3. Βυτιοφόρο με αποθέματα καυσίμων και λιπαντικών

4. Τρεις ντιζελομηχανές DM62

Η ελάχιστη μονάδα εκτόξευσης περιλαμβάνει τρία αυτοκίνητα:

1. Χώρος ελέγχου εκτοξευτών 2.

2. Εκτοξευτής

3. 3. Μονάδα υποστήριξης

Την επόμενη επέτειο του badabum στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι, αποφάσισα να ψάξω στο Διαδίκτυο για ερωτήσεις σχετικά με τα πυρηνικά όπλα, όπου και γιατί και πώς δημιουργήθηκαν ελάχιστα με ενδιέφερε (ήξερα ήδη) - με ενδιέφερε περισσότερο πώς 2 κομμάτια πλουτωνίου δεν λιώνουν αλλά κάνουν μεγάλο μπαμ.

Παρακολουθήστε τους μηχανικούς - ξεκινούν με σπαρτήρα και τελειώνουν με ατομική βόμβα.

Η πυρηνική φυσική είναι ένας από τους πιο αμφιλεγόμενους τομείς των αξιοσέβαστων φυσικών επιστημών. Είναι σε αυτόν τον τομέα που η ανθρωπότητα ρίχνει δισεκατομμύρια δολάρια, λίρες, φράγκα και ρούβλια εδώ και μισό αιώνα, σαν στο φούρνο ατμομηχανής ενός αργοπορημένου τρένου. Τώρα το τρένο δεν φαίνεται να αργεί πια. Οι μαινόμενες φλόγες των φλεγόμενων κεφαλαίων και των εργατοωρών υποχώρησαν. Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε εν συντομία τι είδους τρένο αυτό ονομάζεται «πυρηνική φυσική».

Ισότοπα και ραδιενέργεια

Όπως γνωρίζετε, ό,τι υπάρχει αποτελείται από άτομα. Τα άτομα, με τη σειρά τους, αποτελούνται από κελύφη ηλεκτρονίων, που ζουν σύμφωνα με τους δικούς τους εντυπωσιακούς νόμους, και έναν πυρήνα. Η κλασική χημεία δεν ενδιαφέρεται καθόλου για τον πυρήνα και την προσωπική του ζωή. Για αυτήν, ένα άτομο είναι τα ηλεκτρόνια του και η ικανότητά τους να ανταλλάσσουν αλληλεπίδραση. Και από τον πυρήνα της χημείας χρειάζεστε μόνο τη μάζα του για να υπολογίσετε τις αναλογίες των αντιδραστηρίων. Με τη σειρά της, η πυρηνική φυσική δεν ενδιαφέρεται για τα ηλεκτρόνια. Ενδιαφέρεται για ένα μικροσκοπικό (100 χιλιάδες φορές μικρότερο από την ακτίνα των τροχιών ηλεκτρονίων) κηλίδα σκόνης μέσα σε ένα άτομο, στο οποίο είναι συγκεντρωμένη σχεδόν όλη η μάζα του.

Τι γνωρίζουμε για τον πυρήνα; Ναι, αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και νετρόνια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Ο πυρήνας δεν είναι μια χούφτα μπάλες διχρωμίας, όπως στην εικόνα από το σχολικό εγχειρίδιο. Εδώ λειτουργούν εντελώς διαφορετικοί νόμοι που ονομάζονται ισχυρή αλληλεπίδραση, μετατρέποντας τόσο τα πρωτόνια όσο και τα νετρόνια σε κάποιο είδος δυσδιάκριτου χάους. Ωστόσο, το φορτίο αυτού του χάους είναι ακριβώς ίσο με το συνολικό φορτίο των πρωτονίων που περιλαμβάνονται σε αυτό, και η μάζα σχεδόν (επαναλαμβάνω, σχεδόν) συμπίπτει με τη μάζα των νετρονίων και των πρωτονίων που αποτελούν τον πυρήνα.

Παρεμπιπτόντως, ο αριθμός των πρωτονίων ενός μη ιονισμένου ατόμου συμπίπτει πάντα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχουν την τιμή να το περιβάλλουν. Αλλά με τα νετρόνια το θέμα δεν είναι τόσο απλό. Αυστηρά μιλώντας, το καθήκον των νετρονίων είναι να σταθεροποιήσουν τον πυρήνα, αφού χωρίς αυτά τα παρόμοια φορτισμένα πρωτόνια δεν θα συνεννοούνταν ούτε για μικροδευτερόλεπτα.

Ας πάρουμε το υδρογόνο για βεβαιότητα. Το πιο κοινό υδρογόνο. Η δομή του είναι γελοία απλή - ένα πρωτόνιο που περιβάλλεται από ένα τροχιακό ηλεκτρόνιο. Υπάρχει άφθονο υδρογόνο στο Σύμπαν. Μπορούμε να πούμε ότι το Σύμπαν αποτελείται κυρίως από υδρογόνο.

Τώρα ας προσθέσουμε προσεκτικά ένα νετρόνιο στο πρωτόνιο. Από χημική άποψη, εξακολουθεί να είναι υδρογόνο. Αλλά από τη σκοπιά της φυσικής, όχι πια. Έχοντας ανακαλύψει δύο διαφορετικά υδρογόνα, οι φυσικοί ανησύχησαν και αμέσως σκέφτηκαν να ονομάσουν το συνηθισμένο υδρογόνο πρωτίου και το υδρογόνο με ένα νετρόνιο σε ένα πρωτόνιο - δευτέριο.

Ας είμαστε τολμηροί και ας τροφοδοτήσουμε ένα άλλο νετρόνιο στον πυρήνα. Τώρα έχουμε ένα άλλο υδρογόνο, ακόμα πιο βαρύ - το τρίτιο. Και πάλι, από χημική άποψη, πρακτικά δεν διαφέρει από τα άλλα δύο υδρογόνα (καλά, μόνο που τώρα αντιδρά λίγο λιγότερο εύκολα). Θέλω να σας προειδοποιήσω αμέσως - καμία προσπάθεια, απειλές ή πειθώ δεν μπορεί να προσθέσει άλλο νετρόνιο στον πυρήνα του τριτίου. Οι τοπικοί νόμοι είναι πολύ πιο αυστηροί από τους ανθρώπινους.

Άρα, το πρωτίου, το δευτέριο και το τρίτιο είναι ισότοπα υδρογόνου. Η ατομική τους μάζα είναι διαφορετική, αλλά το φορτίο τους όχι. Αλλά είναι το φορτίο του πυρήνα που καθορίζει τη θέση στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. Γι' αυτό τα ισότοπα ονομάζονται ισότοπα. Μετάφραση από τα ελληνικά σημαίνει «καταλαμβάνω το ίδιο μέρος». Παρεμπιπτόντως, το γνωστό βαρύ νερό είναι το ίδιο νερό, αλλά με δύο άτομα δευτερίου αντί για πρωτίου. Κατά συνέπεια, το υπερβαρύ νερό περιέχει τρίτιο αντί για πρωτίου.

Ας ρίξουμε μια ματιά στα υδρογόνα μας ξανά. Λοιπόν... Το Protium είναι στη θέση του, το δευτέριο είναι στη θέση του... Ποιος άλλος είναι αυτός; Πού πήγε το τρίτιο μου και από πού προήλθε το ήλιο-3; Στο τρίτιο μας, ένα από τα νετρόνια σαφώς βαρέθηκε, αποφάσισε να αλλάξει επάγγελμα και έγινε πρωτόνιο. Με αυτόν τον τρόπο, δημιούργησε ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο. Η απώλεια του τριτίου είναι, φυσικά, απογοητευτική, αλλά τώρα γνωρίζουμε ότι είναι ασταθής. Η τροφοδοσία νετρονίων δεν ήταν μάταιη.

Άρα, όπως καταλαβαίνετε, τα ισότοπα είναι σταθερά και ασταθή. Υπάρχουν πολλά σταθερά ισότοπα γύρω μας, αλλά, δόξα τω Θεώ, πρακτικά δεν υπάρχουν ασταθή. Υπάρχουν δηλαδή, αλλά σε τέτοια διάσπαρτη κατάσταση που πρέπει να αποκτηθούν με κόστος πολύ μεγάλης εργασίας. Για παράδειγμα, το ουράνιο-235, που προκάλεσε τόσα προβλήματα στον Oppenheimer, αποτελεί μόνο το 0,7% του φυσικού ουρανίου.

Ημιζωή

Όλα είναι απλά εδώ. Ο χρόνος ημιζωής ενός ασταθούς ισοτόπου είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία ακριβώς τα μισά από τα άτομα του ισοτόπου θα διασπαστούν και θα μετατραπούν σε κάποια άλλα άτομα. Το τρίτιο, ήδη γνωστό σε εμάς, έχει χρόνο ημιζωής 12,32 χρόνια. Αυτό είναι ένα αρκετά βραχύβιο ισότοπο, αν και σε σύγκριση με το φράγκιο-223, το οποίο έχει χρόνο ημιζωής 22,3 λεπτών, το τρίτιο θα φαίνεται σαν γέροντας με γκρίζα γενειάδα.

Κανένας μακροσκοπικός εξωτερικός παράγοντας (πίεση, θερμοκρασία, υγρασία, η διάθεση του ερευνητή, ο αριθμός των κατανομών, η θέση των αστεριών) δεν επηρεάζει τον χρόνο ημιζωής. Η κβαντομηχανική δεν είναι ευαίσθητη σε τέτοιες ανοησίες.

Δημοφιλείς μηχανικοί εκρήξεων

Η ουσία κάθε έκρηξης είναι η ταχεία απελευθέρωση ενέργειας που προηγουμένως βρισκόταν σε μη ελεύθερη, δεσμευμένη κατάσταση. Η απελευθερωμένη ενέργεια διαχέεται, μετατρέπεται κυρίως σε θερμότητα (την κινητική ενέργεια της διαταραγμένης κίνησης των μορίων), ένα κρουστικό κύμα (εδώ υπάρχει επίσης κίνηση, αλλά έχει ήδη διαταχθεί, προς την κατεύθυνση από το κέντρο της έκρηξης) και ακτινοβολία - από μαλακά υπέρυθρα έως σκληρά κβάντα βραχέων κυμάτων.

Σε μια χημική έκρηξη, όλα είναι σχετικά απλά. Μια ενεργειακά ωφέλιμη αντίδραση εμφανίζεται όταν ορισμένες ουσίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Μόνο τα ανώτερα ηλεκτρονικά στρώματα μερικών ατόμων συμμετέχουν στην αντίδραση και η αλληλεπίδραση δεν πηγαίνει βαθύτερα. Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι υπάρχει πολύ περισσότερη κρυμμένη ενέργεια σε οποιαδήποτε ουσία. Όποιες κι αν είναι όμως οι συνθήκες του πειράματος, ανεξάρτητα από το πόσο επιτυχημένα είναι τα αντιδραστήρια που επιλέγουμε, ανεξάρτητα από το πώς ελέγχουμε τις αναλογίες, η χημεία δεν θα μας αφήσει να πάμε βαθύτερα στο άτομο. Η χημική έκρηξη είναι ένα πρωτόγονο φαινόμενο, αναποτελεσματικό και, από τη σκοπιά της φυσικής, απρεπώς αδύναμο.

Η πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση σάς επιτρέπει να σκάβετε λίγο βαθύτερα, φέρνοντας στο παιχνίδι όχι μόνο ηλεκτρόνια, αλλά και πυρήνες. Αυτό ακούγεται πραγματικά σημαντικό, ίσως, μόνο για έναν φυσικό, αλλά για τα υπόλοιπα θα δώσω μια απλή αναλογία. Φανταστείτε ένα τεράστιο βάρος με ηλεκτρισμένα σωματίδια σκόνης να κυματίζουν γύρω του σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων. Αυτό είναι ένα άτομο, το «βάρος» είναι ο πυρήνας και τα «σωματίδια σκόνης» είναι ηλεκτρόνια. Ό,τι και να κάνετε με αυτές τις κηλίδες σκόνης, δεν θα παρέχουν ούτε το ένα εκατοστό της ενέργειας που μπορεί να ληφθεί από ένα μεγάλο βάρος. Ειδικά αν, για κάποιο λόγο, διασπαστεί και τεράστια θραύσματα διασκορπίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις με μεγάλη ταχύτητα.

Μια πυρηνική έκρηξη περιλαμβάνει το δυναμικό δέσμευσης των βαρέων σωματιδίων που αποτελούν τον πυρήνα. Αλλά αυτό απέχει πολύ από το όριο: υπάρχει πολύ περισσότερη κρυφή ενέργεια στην ύλη. Και το όνομα αυτής της ενέργειας είναι μάζα. Και πάλι, αυτό ακούγεται λίγο ασυνήθιστο για έναν μη φυσικό, αλλά η μάζα είναι ενέργεια, μόνο εξαιρετικά συγκεντρωμένη. Κάθε σωματίδιο: ηλεκτρόνιο, πρωτόνιο, νετρόνιο - όλα αυτά είναι μικροσκοπικές συστάδες απίστευτα πυκνής ενέργειας, που προς το παρόν παραμένουν σε ηρεμία. Πιθανότατα γνωρίζετε τον τύπο E=mc2, τον οποίο αγαπούν τόσο οι συγγραφείς ανέκδοτων, οι συντάκτες εφημερίδων τοίχου και οι διακοσμητές σχολικών τάξεων. Πρόκειται ακριβώς για αυτό, και είναι αυτό που θεωρεί τη μάζα ως τίποτα περισσότερο από μια μορφή ενέργειας. Και δίνει επίσης την απάντηση στο ερώτημα πόση ενέργεια μπορεί να ληφθεί από μια ουσία στο μέγιστο.

Η διαδικασία της πλήρους μετάβασης της μάζας, δηλαδή της δεσμευμένης ενέργειας, σε ελεύθερη ενέργεια ονομάζεται εκμηδένιση. Από τη λατινική ρίζα "nihil" είναι εύκολο να μαντέψει κανείς την ουσία του - αυτή είναι η μετατροπή σε "τίποτα", ή μάλλον, σε ακτινοβολία. Για λόγους σαφήνειας, εδώ είναι μερικοί αριθμοί.

Ισοδύναμη ενέργεια έκρηξης TNT (J)

Χειροβομβίδα F-1 60 γραμμαρίων 2,50*105

Βόμβα έπεσε στη Χιροσίμα 16 κιλοτόνων 6,70*1013

Εξόντωση ενός γραμμαρίου ύλης 21,5 κιλοτόνων 8,99*1013

Ένα γραμμάριο οποιασδήποτε ύλης (μόνο η μάζα είναι σημαντική) κατά την εκμηδένιση θα δώσει περισσότερη ενέργεια από μια μικρή πυρηνική βόμβα. Σε σύγκριση με τέτοιες επιστροφές, οι ασκήσεις φυσικών για την πυρηνική σχάση, και ακόμη περισσότερο τα πειράματα χημικών με ενεργά αντιδραστήρια, φαίνονται γελοίες.

Για τον αφανισμό χρειάζονται κατάλληλες συνθήκες, δηλαδή επαφή της ύλης με την αντιύλη. Και, σε αντίθεση με τον «κόκκινο υδράργυρο» ή τη «φιλοσοφική πέτρα», η αντιύλη είναι κάτι παραπάνω από πραγματική - για τα σωματίδια που είναι γνωστά σε εμάς, παρόμοια αντισωματίδια υπάρχουν και έχουν μελετηθεί, και έχουν γίνει επανειλημμένα πειράματα για την εξόντωση ζευγών «ηλεκτρονίου + ποζιτρονίου». πραγματοποιείται στην πράξη. Αλλά για να δημιουργηθεί ένα όπλο εξολόθρευσης, είναι απαραίτητο να συλλεχθεί μαζί ένας συγκεκριμένος σημαντικός όγκος αντισωματιδίων και επίσης να περιοριστεί η επαφή τους με οποιοδήποτε υλικό μέχρι, στην πραγματικότητα, πολεμική χρήση. Αυτό, παχ-πα, είναι ακόμα μια μακρινή προοπτική.

Μαζικό ελάττωμα

Το τελευταίο ερώτημα που μένει να γίνει κατανοητό σχετικά με τη μηχανική μιας έκρηξης είναι από πού προέρχεται η ενέργεια: η ίδια που απελευθερώνεται κατά την αλυσιδωτή αντίδραση; Και εδώ υπήρχε κάποια μαζική συμμετοχή. Ή μάλλον, χωρίς το «ελάττωμά» του.

Μέχρι τον περασμένο αιώνα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η μάζα διατηρείται υπό οποιεσδήποτε συνθήκες και είχαν δίκιο με τον τρόπο τους. Έτσι, κατεβάσαμε το μέταλλο στο οξύ - άρχισε να βγάζει φυσαλίδες στον αποστακτήρα και οι φυσαλίδες αερίου ορμούσαν προς τα πάνω μέσα στο πάχος του υγρού. Αλλά εάν ζυγίσετε τα αντιδραστήρια πριν και μετά την αντίδραση, χωρίς να ξεχνάτε το αέριο που απελευθερώνεται, η μάζα συγκλίνει. Και αυτό θα συμβαίνει πάντα όσο θα λειτουργούμε με κιλά, μέτρα και χημικές αντιδράσεις.

Αλλά μόλις εμβαθύνετε στο πεδίο των μικροσωματιδίων, η μάζα παρουσιάζει επίσης μια έκπληξη. Αποδεικνύεται ότι η μάζα ενός ατόμου μπορεί να μην είναι ακριβώς ίση με το άθροισμα των μαζών των σωματιδίων που το αποτελούν. Όταν ένας βαρύς πυρήνας (για παράδειγμα, το ουράνιο) χωρίζεται σε μέρη, τα «θραύσματα» ζυγίζουν συνολικά λιγότερο από τον πυρήνα πριν από τη σχάση. Η «διαφορά», που ονομάζεται επίσης ελάττωμα μάζας, είναι υπεύθυνη για τις δεσμευτικές ενέργειες μέσα στον πυρήνα. Και είναι αυτή η διαφορά που πηγαίνει σε θερμότητα και ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της έκρηξης, όλα σύμφωνα με τον ίδιο απλό τύπο: E=mc2.

Αυτό είναι ενδιαφέρον: συμβαίνει ότι είναι ενεργειακά πλεονεκτικό να διαιρούμε βαρείς πυρήνες και να συνδυάζουμε ελαφρούς. Ο πρώτος μηχανισμός λειτουργεί σε βόμβα ουρανίου ή πλουτωνίου, ο δεύτερος σε βόμβα υδρογόνου. Αλλά δεν μπορείτε να φτιάξετε μια βόμβα από σίδερο, όσο σκληρά κι αν προσπαθήσετε: είναι ακριβώς στη μέση αυτής της γραμμής.

Πυρηνική βόμβα

Ακολουθώντας την ιστορική ακολουθία, ας εξετάσουμε πρώτα τις πυρηνικές βόμβες και ας πραγματοποιήσουμε το μικρό μας «Σχέδιο Μανχάταν». Δεν θα σας κουράσω με βαρετές μεθόδους διαχωρισμού ισοτόπων και μαθηματικούς υπολογισμούς της θεωρίας της αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Εσείς και εγώ έχουμε ουράνιο, πλουτώνιο, άλλα υλικά, οδηγίες συναρμολόγησης και την απαραίτητη ποσότητα επιστημονικής περιέργειας.

Όλα τα ισότοπα του ουρανίου είναι ασταθή στον ένα ή τον άλλο βαθμό. Αλλά το ουράνιο-235 βρίσκεται σε ειδική θέση. Κατά τη διάρκεια της αυθόρμητης διάσπασης του πυρήνα του ουρανίου-235 (που ονομάζεται επίσης διάσπαση άλφα), σχηματίζονται δύο θραύσματα (πυρήνες άλλων, πολύ ελαφρύτερων στοιχείων) και αρκετά νετρόνια (συνήθως 2-3). Εάν το νετρόνιο που σχηματίστηκε κατά τη διάσπαση χτυπήσει τον πυρήνα ενός άλλου ατόμου ουρανίου, θα υπάρξει μια συνηθισμένη ελαστική σύγκρουση, το νετρόνιο θα αναπηδήσει και θα συνεχίσει την αναζήτησή του για περιπέτεια. Αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα θα σπαταλήσει ενέργεια (τέλειες ελαστικές συγκρούσεις συμβαίνουν μόνο μεταξύ σφαιρικών αλόγων στο κενό) και ο επόμενος πυρήνας θα αποδειχθεί παγίδα - το νετρόνιο θα απορροφηθεί από αυτό. Παρεμπιπτόντως, οι φυσικοί αποκαλούν ένα τέτοιο νετρόνιο θερμικό.

Κοιτάξτε τον κατάλογο των γνωστών ισοτόπων του ουρανίου. Ανάμεσά τους δεν υπάρχει ισότοπο με ατομική μάζα 236. Ξέρετε γιατί; Ένας τέτοιος πυρήνας ζει για ένα κλάσμα μικροδευτερόλεπτων και στη συνέχεια διασπάται, απελευθερώνοντας μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αυτό ονομάζεται εξαναγκασμένη αποσύνθεση. Είναι κάπως άβολο να αποκαλούμε ισότοπο ένα ισότοπο με τέτοια διάρκεια ζωής.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση του πυρήνα του ουρανίου-235 είναι η κινητική ενέργεια των θραυσμάτων και των νετρονίων. Εάν υπολογίσετε τη συνολική μάζα των προϊόντων διάσπασης του πυρήνα του ουρανίου και στη συνέχεια τη συγκρίνετε με τη μάζα του αρχικού πυρήνα, αποδεικνύεται ότι αυτές οι μάζες δεν συμπίπτουν - ο αρχικός πυρήνας ήταν μεγαλύτερος. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ελάττωμα μάζας και η εξήγηση του περιέχεται στον τύπο E0=mс2. Η κινητική ενέργεια των θραυσμάτων διαιρούμενη με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός θα είναι ακριβώς ίση με τη διαφορά μάζας. Τα θραύσματα επιβραδύνονται στο κρυσταλλικό πλέγμα του ουρανίου, δημιουργώντας ακτινοβολία ακτίνων Χ και τα νετρόνια, έχοντας ταξιδέψει, απορροφώνται από άλλους πυρήνες ουρανίου ή φεύγουν από τη χύτευση ουρανίου, όπου λαμβάνουν χώρα όλα τα γεγονότα.

Εάν η χύτευση ουρανίου είναι μικρή, τότε τα περισσότερα νετρόνια θα την εγκαταλείψουν χωρίς να έχουν χρόνο να επιβραδύνουν. Αλλά εάν κάθε πράξη εξαναγκασμένης διάσπασης προκαλεί τουλάχιστον μία ακόμη παρόμοια πράξη λόγω του εκπεμπόμενου νετρονίου, αυτή είναι ήδη μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης.

Αντίστοιχα, εάν αυξήσετε το μέγεθος της χύτευσης, ένας αυξανόμενος αριθμός νετρονίων θα προκαλέσει πράξεις εξαναγκασμένης σχάσης. Και κάποια στιγμή η αλυσιδωτή αντίδραση θα γίνει ανεξέλεγκτη. Αλλά αυτό απέχει πολύ από μια πυρηνική έκρηξη. Απλά μια πολύ «βρώμικη» θερμική έκρηξη, η οποία θα απελευθερώσει έναν μεγάλο αριθμό πολύ ενεργών και τοξικών ισοτόπων.

Ένα απολύτως λογικό ερώτημα είναι: πόσο ουράνιο-235 χρειάζεται για να γίνει χιονοστιβάδα η αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης; Στην πραγματικότητα δεν είναι τόσο απλό. Οι ιδιότητες του σχάσιμου υλικού και η αναλογία όγκου προς επιφάνεια παίζουν ρόλο εδώ. Φανταστείτε έναν τόνο ουρανίου-235 (θα κάνω κράτηση αμέσως - αυτό είναι πολύ), το οποίο υπάρχει με τη μορφή ενός λεπτού και πολύ μακριού σύρματος. Ναι, ένα νετρόνιο που πετά κατά μήκος του, φυσικά, θα προκαλέσει μια πράξη αναγκαστικής αποσύνθεσης. Αλλά το κλάσμα των νετρονίων που πετά κατά μήκος του σύρματος θα είναι τόσο μικρό που είναι απλώς γελοίο να μιλάμε για μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση.

Επομένως, συμφωνήσαμε να υπολογίσουμε την κρίσιμη μάζα για μια σφαιρική χύτευση. Για το καθαρό ουράνιο-235, η κρίσιμη μάζα είναι 50 kg (πρόκειται για μπάλα με ακτίνα 9 cm). Καταλαβαίνετε ότι μια τέτοια μπάλα δεν θα κρατήσει πολύ, ωστόσο, ούτε αυτοί που τη ρίχνουν.

Εάν μια μπάλα μικρότερης μάζας περιβάλλεται από έναν ανακλαστήρα νετρονίων (το βηρύλλιο είναι τέλειο για αυτό) και ένα υλικό συντονισμού νετρονίων (νερό, βαρύ νερό, γραφίτης, το ίδιο βηρύλλιο) εισαχθεί στη σφαίρα, τότε η κρίσιμη μάζα θα γίνει πολύ μικρότερος. Χρησιμοποιώντας τους πιο αποτελεσματικούς ανακλαστήρες και συντονιστές νετρονίων, η κρίσιμη μάζα μπορεί να αυξηθεί στα 250 γραμμάρια. Αυτό, για παράδειγμα, μπορεί να επιτευχθεί με την τοποθέτηση ενός κορεσμένου διαλύματος άλατος ουρανίου-235 σε βαρύ νερό σε ένα σφαιρικό δοχείο βηρυλλίου.

Κρίσιμη μάζα δεν υπάρχει μόνο για το ουράνιο-235. Υπάρχει επίσης ένας αριθμός ισοτόπων ικανών για αλυσιδωτές αντιδράσεις σχάσης. Η κύρια προϋπόθεση είναι ότι τα προϊόντα αποσύνθεσης ενός πυρήνα πρέπει να προκαλούν πράξεις διάσπασης άλλων πυρήνων.

Έτσι, έχουμε δύο ημισφαιρικά χύτευση ουρανίου βάρους 40 κιλών το καθένα. Όσο παραμένουν σε απόσταση σεβασμού μεταξύ τους, όλα θα είναι ήρεμα. Τι γίνεται αν αρχίσετε να τα μετακινείτε αργά; Σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, τίποτα σαν μανιτάρι δεν θα συμβεί. Απλώς τα κομμάτια θα αρχίσουν να ζεσταίνονται όσο πλησιάζουν και μετά, αν δεν συνέλθετε εγκαίρως, θα καυθούν. Στο τέλος, απλά θα λιώσουν και θα εξαπλωθούν, και όλοι όσοι μετακινούσαν τα χυτά θα πεθάνουν από ακτινοβολία νετρονίων. Και όσοι το παρακολούθησαν με ενδιαφέρον θα κολλήσουν τα πτερύγια τους μεταξύ τους.

Κι αν είναι πιο γρήγορο; Θα λιώσουν πιο γρήγορα. Ακόμα πιο γρήγορα? Θα λιώσουν ακόμα πιο γρήγορα. Δροσερός? Ακόμα κι αν το βάλετε σε υγρό ήλιο, δεν θα κάνει καλό. Κι αν πυροβολήσεις το ένα κομμάτι στο άλλο; ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ! Η στιγμή της αλήθειας. Μόλις καταλήξαμε σε ένα σχέδιο κανονιού ουρανίου. Ωστόσο, δεν έχουμε τίποτα ιδιαίτερα να είμαστε περήφανοι· αυτό το σχέδιο είναι το πιο απλό και άτεχνο από όλα τα δυνατά. Ναι, και τα ημισφαίρια θα πρέπει να εγκαταλειφθούν. Όπως έχει δείξει η πρακτική, δεν τείνουν να κολλάνε ομαλά μεταξύ τους. Η παραμικρή παραμόρφωση - και λαμβάνετε μια πολύ ακριβή "κλανιά", μετά την οποία θα πρέπει να καθαρίσετε για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Είναι καλύτερα να φτιάξουμε ένα σωλήνα ουρανίου-235 με κοντό, παχύ τοίχωμα, με μάζα 30-40 kg, στο άνοιγμα του οποίου θα συνδέσουμε μια κάννη από χάλυβα υψηλής αντοχής του ίδιου διαμετρήματος, φορτισμένη με έναν κύλινδρο του ίδιου ουράνιο περίπου ίδιας μάζας. Ας περικυκλώσουμε τον στόχο ουρανίου με έναν ανακλαστήρα νετρονίων βηρυλλίου. Τώρα, αν πυροβολήσετε μια «σφαίρα» ουρανίου σε έναν «σωλήνα» ουρανίου, ο «σωλήνας» θα είναι γεμάτος. Δηλαδή θα γίνει πυρηνική έκρηξη. Απλά πρέπει να πυροβολήσετε σοβαρά, έτσι ώστε η ταχύτητα στομίου του βλήματος ουρανίου να είναι τουλάχιστον 1 km/s. Διαφορετικά, θα ξαναγίνει κλανιά, αλλά πιο δυνατά. Το γεγονός είναι ότι όταν το βλήμα και ο στόχος πλησιάζουν το ένα το άλλο, θερμαίνονται τόσο πολύ που αρχίζουν να εξατμίζονται εντατικά από την επιφάνεια, επιβραδύνοντας από τις επερχόμενες ροές αερίου. Επιπλέον, εάν η ταχύτητα είναι ανεπαρκής, τότε υπάρχει πιθανότητα το βλήμα απλά να μην φτάσει στον στόχο, αλλά να εξατμιστεί στην πορεία.

Η επιτάχυνση ενός τεμαχίου βάρους πολλών δεκάδων κιλών σε μια τέτοια ταχύτητα και σε απόσταση μερικών μέτρων, είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο. Γι' αυτό δεν θα χρειαστείτε πυρίτιδα, αλλά ένα ισχυρό εκρηκτικό ικανό να δημιουργήσει τη σωστή πίεση αερίου στην κάννη σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Και δεν θα χρειαστεί να καθαρίσετε το βαρέλι αργότερα, μην ανησυχείτε.

Η βόμβα Mk-I «Little Boy» που έπεσε στη Χιροσίμα σχεδιάστηκε ακριβώς σύμφωνα με το σχέδιο του κανονιού.

Υπάρχουν, βέβαια, μικρολεπτομέρειες που δεν λάβαμε υπόψη στο έργο μας, αλλά δεν αμαρτήσαμε καθόλου στην ίδια την αρχή.

Ετσι. Πυροδοτήσαμε τη βόμβα ουρανίου. Θαυμάσαμε το μανιτάρι. Τώρα θα ανατινάξουμε το πλουτώνιο. Απλώς μην σέρνετε έναν στόχο, ένα βλήμα, μια κάννη και άλλα σκουπίδια εδώ. Αυτό το κόλπο δεν θα λειτουργήσει με το πλουτώνιο. Ακόμα κι αν ρίξουμε το ένα κομμάτι στο άλλο με ταχύτητα 5 km/s, ένα υπερκρίσιμο συγκρότημα και πάλι δεν θα λειτουργήσει. Το Plutonium-239 θα έχει χρόνο να ζεσταθεί, να εξατμιστεί και να καταστρέψει τα πάντα γύρω. Η κρίσιμη μάζα του είναι λίγο περισσότερο από 6 κιλά. Μπορείτε να φανταστείτε πόσο πιο ενεργό είναι όσον αφορά τη σύλληψη νετρονίων.

Το πλουτώνιο είναι ένα ασυνήθιστο μέταλλο. Ανάλογα με τη θερμοκρασία, την πίεση και τις ακαθαρσίες, υπάρχει σε έξι τροποποιήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος. Υπάρχουν ακόμη και τροποποιήσεις στις οποίες συρρικνώνεται όταν θερμαίνεται. Οι μεταβάσεις από τη μια φάση στην άλλη μπορεί να συμβούν απότομα, ενώ η πυκνότητα του πλουτωνίου μπορεί να αλλάξει κατά 25% Ας κάνουμε, όπως όλοι οι κανονικοί ήρωες, μια παράκαμψη. Ας θυμηθούμε ότι η κρίσιμη μάζα καθορίζεται, ειδικότερα, από την αναλογία όγκου προς επιφάνεια. Εντάξει, έχουμε μια μπάλα υποκρίσιμης μάζας που έχει ελάχιστη επιφάνεια για έναν δεδομένο όγκο. Ας πούμε 6 κιλά. Η ακτίνα της μπάλας είναι 4,5 εκ. Τι γίνεται αν αυτή η μπάλα συμπιέζεται από όλες τις πλευρές; Η πυκνότητα θα αυξηθεί αναλογικά με τον κύβο της γραμμικής συμπίεσης και η επιφάνεια θα μειωθεί ανάλογα με το τετράγωνό της. Και αυτό συμβαίνει: τα άτομα του πλουτωνίου θα γίνουν πιο πυκνά, δηλαδή, η απόσταση ακινητοποίησης του νετρονίου θα μειωθεί, πράγμα που σημαίνει ότι η πιθανότητα απορρόφησής του θα αυξηθεί. Αλλά, και πάλι, εξακολουθεί να μην λειτουργεί η συμπίεση με την απαιτούμενη ταχύτητα (περίπου 10 km/s). Αδιέξοδο? Αλλά όχι.

Στους 300°C ξεκινά η λεγόμενη φάση δέλτα - η πιο χαλαρή. Εάν το πλουτώνιο είναι ντοπαρισμένο με γάλλιο, θερμαίνεται σε αυτή τη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχεται αργά, η φάση δέλτα μπορεί να υπάρχει σε θερμοκρασία δωματίου. Αλλά δεν θα είναι σταθερό. Σε υψηλή πίεση (της τάξης των δεκάδων χιλιάδων ατμοσφαιρών), θα συμβεί μια απότομη μετάβαση σε μια πολύ πυκνή άλφα φάση.

Ας τοποθετήσουμε μια μπάλα πλουτωνίου σε μια μεγάλη (διαμέτρου 23 cm) και βαριά (120 kg) κούφια μπάλα από ουράνιο-238. Μην ανησυχείτε, δεν έχει κρίσιμη μάζα. Αλλά αντανακλά τέλεια τα γρήγορα νετρόνια. Και θα μας είναι ακόμα χρήσιμοι.Λες να το ανατίναξαν; Όπως κι αν είναι. Το πλουτώνιο είναι μια καταραμένη ιδιότροπη οντότητα. Θα πρέπει να κάνουμε λίγη ακόμα δουλειά. Ας φτιάξουμε δύο ημισφαίρια από πλουτώνιο στη φάση δέλτα. Ας σχηματίσουμε μια σφαιρική κοιλότητα στο κέντρο. Και σε αυτή την κοιλότητα θα τοποθετήσουμε την πεμπτουσία της σκέψης των πυρηνικών όπλων - τον εκκινητή νετρονίων. Πρόκειται για μια μικρή κούφια μπάλα βηρυλλίου με διάμετρο 20 και πάχος 6 mm. Μέσα του βρίσκεται μια άλλη μπάλα βηρυλλίου με διάμετρο 8 mm. Στην εσωτερική επιφάνεια της κούφιας μπάλας υπάρχουν βαθιές αυλακώσεις. Το όλο πράγμα είναι γενναιόδωρα επινικελωμένο και επιχρυσωμένο. Το πολώνιο-210 τοποθετείται στις αυλακώσεις, το οποίο εκπέμπει ενεργά σωματίδια άλφα. Αυτό είναι ένα τέτοιο θαύμα της τεχνολογίας. Πώς λειτουργεί; Μισό λεπτό. Έχουμε ακόμα μερικά πράγματα να κάνουμε.

Ας περικυκλώσουμε το κέλυφος ουρανίου με ένα άλλο, κατασκευασμένο από κράμα αλουμινίου με βόριο. Το πάχος του είναι περίπου 13 εκ. Συνολικά, το «matryoshka» μας έχει πλέον αυξηθεί έως και μισό μέτρο πάχος και έχει πάρει βάρος από 6 έως 250 κιλά.

Τώρα ας φτιάξουμε «φακούς» έκρηξης. Φανταστείτε μια μπάλα ποδοσφαίρου. Κλασικό, που αποτελείται από 20 εξάγωνα και 12 πεντάγωνα. Θα φτιάξουμε μια τέτοια "μπάλα" από εκρηκτικά και κάθε ένα από τα τμήματα θα είναι εξοπλισμένο με αρκετούς ηλεκτρικούς πυροκροτητές. Το πάχος του τμήματος είναι περίπου μισό μέτρο. Υπάρχουν επίσης πολλές λεπτές αποχρώσεις στην κατασκευή "φακών", αλλά αν τους περιγράψουμε, δεν θα υπάρχει αρκετός χώρος για οτιδήποτε άλλο. Το κύριο πράγμα είναι η μέγιστη ακρίβεια του φακού. Το παραμικρό λάθος - και ολόκληρο το συγκρότημα θα συνθλιβεί από την ανατίναξη του εκρηκτικού. Το πλήρες συγκρότημα έχει πλέον διάμετρο περίπου ενάμισι μέτρο και μάζα 2,5 τόνων. Ο σχεδιασμός ολοκληρώνεται από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα του οποίου η αποστολή είναι να πυροδοτήσει τους πυροκροτητές σε μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία με ακρίβεια μικροδευτερόλεπτου.

Ολα. Μπροστά μας είναι ένα κύκλωμα έκρηξης πλουτωνίου.

Και τώρα - το πιο ενδιαφέρον μέρος.

Κατά την έκρηξη, το εκρηκτικό συμπιέζει το συγκρότημα και ο αλουμινένιος «ωστήρας» εμποδίζει τη διάσπαση του κύματος έκρηξης να εξαπλωθεί προς τα μέσα ακολουθώντας το μέτωπό του. Έχοντας περάσει μέσα από το ουράνιο με αντίστροφη ταχύτητα περίπου 12 km/s, το κύμα συμπίεσης θα συμπυκνώσει τόσο αυτό όσο και το πλουτώνιο. Το πλουτώνιο σε πιέσεις στη ζώνη συμπίεσης της τάξης των εκατοντάδων χιλιάδων ατμοσφαιρών (το αποτέλεσμα της εστίασης του μετώπου της έκρηξης) θα μεταπηδήσει απότομα στην άλφα φάση. Σε 40 μικροδευτερόλεπτα, το συγκρότημα ουρανίου-πλουτωνίου που περιγράφεται εδώ θα γίνει όχι απλώς υπερκρίσιμο, αλλά αρκετές φορές μεγαλύτερο από την κρίσιμη μάζα.

Έχοντας φτάσει στον εκκινητή, το κύμα συμπίεσης θα συνθλίψει ολόκληρη τη δομή του σε ένα μονόλιθο. Σε αυτήν την περίπτωση, η μόνωση χρυσού-νικελίου θα καταστραφεί, το πολώνιο-210 θα διεισδύσει στο βηρύλλιο λόγω διάχυσης, τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται από αυτό και περνώντας μέσα από το βηρύλλιο θα προκαλέσουν μια κολοσσιαία ροή νετρονίων, προκαλώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης σε ολόκληρο το όγκος πλουτωνίου και η ροή των «γρήγορων» νετρονίων που δημιουργεί η διάσπαση του πλουτωνίου θα προκαλέσει έκρηξη ουρανίου-238. Τελειώσαμε, καλλιεργήσαμε ένα δεύτερο μανιτάρι, όχι χειρότερο από το πρώτο.

Ένα παράδειγμα σχεδίασης έκρηξης πλουτωνίου είναι η βόμβα Mk-III "Fatman" που έπεσε στο Ναγκασάκι.

Όλα τα κόλπα που περιγράφονται εδώ χρειάζονται προκειμένου να αναγκαστεί ο μέγιστος αριθμός ατομικών πυρήνων πλουτωνίου να αντιδράσει. Το κύριο καθήκον είναι να διατηρήσετε το φορτίο σε συμπαγή κατάσταση για όσο το δυνατόν περισσότερο και να αποτρέψετε τη διασπορά του σε ένα σύννεφο πλάσματος, στο οποίο η αλυσιδωτή αντίδραση θα σταματήσει αμέσως. Εδώ, κάθε μικροδευτερόλεπτο που κερδίζεται είναι μια αύξηση σε ένα ή δύο κιλοτόνους ισχύος.

Θερμοπυρηνική βόμβα

Υπάρχει μια κοινή πεποίθηση ότι μια πυρηνική βόμβα είναι μια ασφάλεια για μια θερμοπυρηνική. Κατ 'αρχήν, όλα είναι πολύ πιο περίπλοκα, αλλά η ουσία συλλαμβάνεται σωστά. Τα όπλα που βασίζονται στις αρχές της θερμοπυρηνικής σύντηξης έχουν καταστήσει δυνατή την επίτευξη τέτοιας εκρηκτικής ισχύος που σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να επιτευχθεί με μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης. Αλλά η μόνη πηγή ενέργειας μέχρι στιγμής που μπορεί να «ανάψει» μια αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης είναι μια πυρηνική έκρηξη.

Θυμάστε πώς εσείς και εγώ «τροφοδοτούσαμε» τον πυρήνα του υδρογόνου με νετρόνια; Έτσι, αν προσπαθήσετε να συνδέσετε δύο πρωτόνια μαζί με αυτόν τον τρόπο, τίποτα δεν θα λειτουργήσει. Τα πρωτόνια δεν θα κολλήσουν μεταξύ τους λόγω των απωστικών δυνάμεων του Coulomb. Είτε θα πετάξουν χώρια, είτε θα συμβεί βήτα διάσπαση και ένα από τα πρωτόνια θα γίνει νετρόνιο. Αλλά το ήλιο-3 υπάρχει. Χάρη σε ένα μόνο νετρόνιο, που κάνει τα πρωτόνια πιο συμβατά μεταξύ τους.

Κατ 'αρχήν, με βάση τη σύνθεση του πυρήνα ηλίου-3, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι είναι πολύ πιθανό να συναρμολογηθεί ένας πυρήνας ηλίου-3 από τους πυρήνες του πρωτίου και του δευτερίου. Θεωρητικά, αυτό είναι αλήθεια, αλλά μια τέτοια αντίδραση μπορεί να συμβεί μόνο στα βάθη μεγάλων και καυτών αστέρων. Επιπλέον, στα βάθη των άστρων, το ήλιο μπορεί να συλλεχθεί ακόμη και μόνο από πρωτόνια, μετατρέποντας μερικά από αυτά σε νετρόνια. Αλλά αυτά είναι ήδη ζητήματα της αστροφυσικής και η επιλογή που μπορούμε να επιτύχουμε είναι να συγχωνεύσουμε δύο πυρήνες δευτερίου ή δευτερίου και τριτίου.

Η πυρηνική σύντηξη απαιτεί μια πολύ συγκεκριμένη συνθήκη. Αυτή είναι μια πολύ υψηλή θερμοκρασία (109 K). Μόνο με μέση κινητική ενέργεια πυρήνων 100 kiloelectrovolt μπορούν να πλησιάσουν ο ένας τον άλλον σε μια απόσταση στην οποία η ισχυρή αλληλεπίδραση αρχίζει να υπερνικά την αλληλεπίδραση Coulomb.

Μια απολύτως θεμιτή ερώτηση - γιατί να περιφράξετε αυτόν τον κήπο; Το γεγονός είναι ότι κατά τη σύντηξη ελαφρών πυρήνων απελευθερώνεται ενέργεια της τάξης των 20 MeV. Φυσικά, με την αναγκαστική σχάση ενός πυρήνα ουρανίου, αυτή η ενέργεια είναι 10 φορές μεγαλύτερη, αλλά υπάρχει μια προειδοποίηση - με τα μεγαλύτερα κόλπα, μια φόρτιση ουρανίου με ισχύ ακόμη και 1 μεγατόνων είναι αδύνατη. Ακόμη και για μια πιο προηγμένη βόμβα πλουτωνίου, η επιτεύξιμη παραγωγή ενέργειας δεν είναι μεγαλύτερη από 7-8 κιλοτόνους ανά κιλό πλουτωνίου (με θεωρητικό μέγιστο 18 κιλοτόνους). Και μην ξεχνάτε ότι ένας πυρήνας ουρανίου είναι σχεδόν 60 φορές βαρύτερος από δύο πυρήνες δευτερίου. Αν λάβουμε υπόψη τη συγκεκριμένη ενεργειακή απόδοση, τότε η θερμοπυρηνική σύντηξη είναι αισθητά μπροστά.

Και κάτι ακόμα - για ένα θερμοπυρηνικό φορτίο δεν υπάρχουν περιορισμοί στην κρίσιμη μάζα. Απλώς δεν το έχει. Υπάρχουν, ωστόσο, άλλοι περιορισμοί, αλλά περισσότερα για αυτούς παρακάτω.

Κατ 'αρχήν, η έναρξη μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης ως πηγή νετρονίων είναι αρκετά απλή. Είναι πολύ πιο δύσκολο να το εκτοξεύσεις ως πηγή ενέργειας. Εδώ βρισκόμαστε αντιμέτωποι με το λεγόμενο κριτήριο Lawson, το οποίο καθορίζει το ενεργειακό όφελος μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης. Εάν το γινόμενο της πυκνότητας των πυρήνων που αντιδρούν και του χρόνου συγκράτησης τους στην απόσταση σύντηξης είναι μεγαλύτερο από 1014 sec/cm3, η ενέργεια που παρέχεται από τη σύντηξη θα υπερβαίνει την ενέργεια που εισάγεται στο σύστημα.

Όλα τα θερμοπυρηνικά προγράμματα ήταν αφιερωμένα στην επίτευξη αυτού του κριτηρίου.

Το πρώτο σχέδιο θερμοπυρηνικής βόμβας που συνέβη στον Έντουαρντ Τέλερ ήταν κάτι παρόμοιο με μια προσπάθεια δημιουργίας βόμβας πλουτωνίου χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο κανονιού. Δηλαδή, όλα δείχνουν να είναι σωστά, αλλά δεν λειτουργούν. Η συσκευή του «κλασικού σούπερ» - υγρού δευτέριου στο οποίο βυθίζεται μια βόμβα πλουτωνίου - ήταν πράγματι κλασική, αλλά κάθε άλλο παρά σούπερ.

Η ιδέα της έκρηξης ενός πυρηνικού φορτίου σε υγρό δευτέριο αποδείχθηκε από την αρχή αδιέξοδο. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, μια περισσότερο ή λιγότερο παραγωγή θερμοπυρηνικής ενέργειας σύντηξης θα μπορούσε να επιτευχθεί με την έκρηξη ενός πυρηνικού φορτίου ισχύος 500 kt. Και δεν χρειαζόταν καθόλου να μιλήσουμε για την επίτευξη του κριτηρίου του Lawson.

Η ιδέα να περιβάλλεται μια φόρτιση πυρηνικής σκανδάλης με στρώματα θερμοπυρηνικού καυσίμου διάσπαρτα με ουράνιο-238 ως μονωτή θερμότητας και ενισχυτή έκρηξης εμφανίστηκε επίσης στον Teller. Και όχι μόνο αυτός. Οι πρώτες σοβιετικές θερμοπυρηνικές βόμβες κατασκευάστηκαν ακριβώς σύμφωνα με αυτό το σχέδιο. Η αρχή ήταν αρκετά απλή: ένα πυρηνικό φορτίο θερμαίνει το θερμοπυρηνικό καύσιμο στη θερμοκρασία στην οποία αρχίζει η σύντηξη και τα γρήγορα νετρόνια που παράγονται κατά τη σύντηξη εκρήγνυνται στρώματα ουρανίου-238. Ωστόσο, ο περιορισμός παρέμεινε ο ίδιος - στη θερμοκρασία που θα μπορούσε να προσφέρει μια πυρηνική σκανδάλη, μόνο ένα μείγμα φθηνού δευτερίου και απίστευτα ακριβού τριτίου μπορούσε να εισέλθει στην αντίδραση σύντηξης.

Αργότερα ο Τέλερ σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει την ένωση δευτερίδιο λιθίου-6. Αυτή η λύση κατέστησε δυνατή την εγκατάλειψη ακριβών και άβολων κρυογονικών δοχείων με υγρό δευτέριο. Επιπλέον, ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας με νετρόνια, το λίθιο-6 μετατράπηκε σε ήλιο και τρίτιο, το οποίο εισήλθε σε μια αντίδραση σύντηξης με το δευτέριο.

Το μειονέκτημα αυτού του σχήματος ήταν η περιορισμένη ισχύς - μόνο ένα περιορισμένο μέρος του θερμοπυρηνικού καυσίμου που περιβάλλει τη σκανδάλη είχε χρόνο να εισέλθει στην αντίδραση σύντηξης. Τα υπόλοιπα, όσο κι αν ήταν, κατέβηκαν στον αγωγό. Η μέγιστη ισχύς φόρτισης που αποκτήθηκε κατά τη χρήση του "puff" ήταν 720 kt (βόμβα British Orange Herald). Προφανώς, αυτό ήταν το «ταβάνι».

Έχουμε ήδη μιλήσει για την ιστορία της ανάπτυξης του σχήματος Teller-Ulam. Τώρα ας καταλάβουμε τις τεχνικές λεπτομέρειες αυτού του κυκλώματος, το οποίο ονομάζεται επίσης "κύκλωμα συμπίεσης ακτινοβολίας" ή "δύο σταδίων".

Καθήκον μας είναι να θερμαίνουμε το θερμοπυρηνικό καύσιμο και να το συγκρατούμε σε συγκεκριμένο όγκο προκειμένου να εκπληρώσουμε το κριτήριο Lawson. Αφήνοντας κατά μέρος τις αμερικανικές ασκήσεις με κρυογονικά σχήματα, ας πάρουμε ως θερμοπυρηνικό καύσιμο το λίθιο-6, ήδη γνωστό σε εμάς, δευτερίδιο.

Θα επιλέξουμε το ουράνιο-238 ως υλικό δοχείου για το θερμοπυρηνικό φορτίο. Το δοχείο έχει κυλινδρικό σχήμα. Κατά μήκος του άξονα του δοχείου, στο εσωτερικό του θα τοποθετήσουμε μια κυλινδρική ράβδο από ουράνιο-235, η οποία έχει υποκρίσιμη μάζα.

Σημείωση: η βόμβα νετρονίων, που ήταν εντυπωσιακή στην εποχή της, είναι το ίδιο σχέδιο Τέλερ-Ουλάμ, αλλά χωρίς ράβδο ουρανίου κατά μήκος του άξονα του δοχείου. Το θέμα είναι να παρέχουμε μια ισχυρή ροή γρήγορων νετρονίων, αλλά να αποτρέψουμε την εξάντληση όλων των θερμοπυρηνικών καυσίμων, τα οποία θα καταναλώσουν νετρόνια.

Θα γεμίσουμε τον υπόλοιπο ελεύθερο χώρο του δοχείου με δευτερίδιο λιθίου-6. Ας τοποθετήσουμε ένα δοχείο στο ένα άκρο του σώματος της μελλοντικής βόμβας (αυτό θα είναι το δεύτερο στάδιο) και στο άλλο άκρο θα τοποθετήσουμε ένα συνηθισμένο φορτίο πλουτωνίου με ισχύ πολλών κιλοτόνων (το πρώτο στάδιο). Μεταξύ των πυρηνικών και των θερμοπυρηνικών φορτίων θα εγκαταστήσουμε ένα χώρισμα από ουράνιο-238, το οποίο θα αποτρέψει την πρόωρη θέρμανση του δευτεριδίου του λιθίου-6. Ας γεμίσουμε τον υπόλοιπο ελεύθερο χώρο μέσα στο σώμα της βόμβας με συμπαγές πολυμερές. Κατ 'αρχήν, η θερμοπυρηνική βόμβα είναι έτοιμη.

Όταν πυροδοτείται ένα πυρηνικό φορτίο, το 80% της ενέργειας απελευθερώνεται με τη μορφή ακτίνων Χ. Η ταχύτητα εξάπλωσής του είναι πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα εξάπλωσης των θραυσμάτων σχάσης πλουτωνίου. Μετά από εκατοστά του μικροδευτερόλεπτου, η οθόνη του ουρανίου εξατμίζεται και η ακτινοβολία ακτίνων Χ αρχίζει να απορροφάται εντατικά από το ουράνιο του δοχείου θερμοπυρηνικού φορτίου. Ως αποτέλεσμα της λεγόμενης αφαίρεσης (αφαίρεση μάζας από την επιφάνεια ενός θερμαινόμενου δοχείου), προκύπτει μια αντιδραστική δύναμη που συμπιέζει το δοχείο 10 φορές. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έκρηξη ακτινοβολίας ή συμπίεση ακτινοβολίας. Σε αυτή την περίπτωση, η πυκνότητα του θερμοπυρηνικού καυσίμου αυξάνεται 1000 φορές. Ως αποτέλεσμα της κολοσσιαίας πίεσης της έκρηξης ακτινοβολίας, η κεντρική ράβδος του ουρανίου-235 συμπιέζεται επίσης, αν και σε μικρότερο βαθμό, και μεταβαίνει σε υπερκρίσιμη κατάσταση. Μέχρι αυτή τη στιγμή, η θερμοπυρηνική μονάδα βομβαρδίζεται από γρήγορα νετρόνια από μια πυρηνική έκρηξη. Αφού περάσουν από το δευτερίδιο του λιθίου-6, επιβραδύνουν και απορροφώνται εντατικά από τη ράβδο ουρανίου.

Μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης ξεκινά στη ράβδο, που οδηγεί γρήγορα σε μια πυρηνική έκρηξη μέσα στο δοχείο. Δεδομένου ότι το δευτερίδιο του λιθίου-6 υπόκειται σε αφαιρετική συμπίεση από το εξωτερικό και την πίεση μιας πυρηνικής έκρηξης από το εσωτερικό, η πυκνότητα και η θερμοκρασία του αυξάνονται ακόμη περισσότερο. Αυτή η στιγμή είναι η αρχή της αντίδρασης σύνθεσης. Η περαιτέρω συντήρησή του καθορίζεται από το πόσο καιρό το δοχείο θα διατηρεί τις θερμοπυρηνικές διεργασίες μέσα του, αποτρέποντας τη διαφυγή της θερμικής ενέργειας έξω. Αυτό ακριβώς καθορίζει την επίτευξη του κριτηρίου Lawson. Το θερμοπυρηνικό καύσιμο καίγεται από τον άξονα του κυλίνδρου μέχρι την άκρη του. Η θερμοκρασία του μετώπου καύσης φτάνει τα 300 εκατομμύρια Kelvin. Η πλήρης ανάπτυξη της έκρηξης μέχρι να καεί το θερμοπυρηνικό καύσιμο και να καταστραφεί το δοχείο διαρκεί μερικές εκατοντάδες νανοδευτερόλεπτα - είκοσι εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από ό,τι χρειάστηκες για να διαβάσεις αυτή τη φράση.

Η αξιόπιστη λειτουργία του κυκλώματος δύο σταδίων εξαρτάται από την ακριβή συναρμολόγηση του δοχείου και την πρόληψη της πρόωρης θέρμανσης.

Η ισχύς του θερμοπυρηνικού φορτίου για το κύκλωμα Teller-Ulam εξαρτάται από την ισχύ της πυρηνικής σκανδάλης, η οποία εξασφαλίζει αποτελεσματική συμπίεση από την ακτινοβολία. Ωστόσο, τώρα υπάρχουν κυκλώματα πολλαπλών σταδίων στα οποία η ενέργεια του προηγούμενου σταδίου χρησιμοποιείται για τη συμπίεση του επόμενου. Ένα παράδειγμα ενός σχεδίου τριών σταδίων είναι η ήδη αναφερθείσα "μητέρα Kuzkina" των 100 μεγατόνων.

Το πιο ενδιαφέρον:

Γιατί σκοτώνονται Ρώσοι διπλωμάτες Τσούρκιν

Συνέχεια - Colonel Cassad – LiveJournal

Το αφεντικό του FSO ετοιμάζεται για μια άξια ανάπαυσης.Δεν υπάρχει πορεία για αναζωογόνηση