Një bombë uraniumi dhe një bombë e bërë nga materiali "i çuditshëm". Bomba me uranium Dimensionet e bombave moderne të uraniumit dhe plutoniumit

Iniciatori i neutronit.
Faza e parë, iniciatori i neutronit, i quajtur edhe Urchin, është një guaskë sferike beriliumi me diametër 2 cm dhe trashësi 0.6 cm. Brenda saj ka një rreshtim beriliumi me diametër 0.8 cm. Pesha totale e strukturës është rreth 7 gram. Në sipërfaqen e brendshme të guaskës janë bërë 15 të çara në formë pyke me thellësi 2,09 mm. Vetë guaska përftohet me shtypje të nxehtë në një atmosferë të nikelit karbonil; sipërfaqja e saj dhe sfera e brendshme janë të mbuluara me një shtresë nikeli dhe ari. 50 kuri polonium-210 (11 mg) u depozituan në sferën e brendshme dhe çarje në guaskë. Shtresat e arit dhe nikelit mbrojnë beriliumin nga grimcat alfa të emetuara nga poloniumi ose plutoniumi që rrethon iniciatorin. Iniciatori është montuar në një kllapa brenda një zgavër me një diametër prej 2.5 cm në bërthamën e plutoniumit.
Urchin aktivizohet kur vala goditëse arrin në qendrën e ngarkesës. Kur vala goditëse arrin në muret e zgavrës së brendshme në plutonium, vala goditëse nga plutoniumi i avulluar vepron në iniciator, duke shtypur boshllëqet me polonium dhe duke krijuar efektin Munroe - avionë të fortë materiali që përziejnë shpejt poloniumin dhe beriliumin nga sferat e jashtme dhe të brendshme. Grimcat alfa të emetuara nga Po-210 absorbohen nga atomet e beriliumit, të cilët nga ana e tyre lëshojnë neutrone.

Ngarkesa e plutoniumit.
Një sferë nëntë centimetra, me një zgavër 2,5 cm në qendër për një iniciator neutron. Kjo formë ngarkese u propozua nga Robert Christy për të reduktuar asimetrinë dhe paqëndrueshmërinë gjatë shpërthimit.
Plutoniumi në bërthamë stabilizohet në fazën delta me densitet të ulët (dendësia 15.9) duke e shkrirë atë me 3% galium sipas sasisë së substancës (0.8% në masë). Përparësitë e përdorimit të fazës delta ndaj fazës alfa më të dendur (dendësia 19.2) janë se faza delta është e lakueshme dhe e përkulshme, ndërsa faza alfa është e brishtë dhe e brishtë, përveç kësaj, stabilizimi i plutoniumit në fazën delta lejon shmangien e tkurrjes gjatë ftohja dhe deformimi i pjesës së punës pas derdhjes ose punës së nxehtë. Mund të duket se përdorimi i një materiali me densitet më të ulët për bërthamën mund të jetë i pafavorshëm, pasi përdorimi i një materiali më të dendur është i preferueshëm për shkak të rritjes së efikasitetit dhe zvogëlimit të sasisë së plutoniumit të kërkuar, por kjo rezulton të mos jetë plotësisht e vërtetë. Plutoniumi i stabilizuar nga delta i nënshtrohet një kalimi në fazën alfa në presione relativisht të ulëta prej dhjetëra mijëra atmosferash. Presioni i disa miliona atmosferave që ndodh gjatë një shpërthimi të shpërthimit e bën këtë tranzicion së bashku me fenomenet e tjera që lindin gjatë një kompresimi të tillë. Kështu, me plutonium në fazën delta ka një rritje më të madhe të densitetit dhe një hyrje më të madhe të reaktivitetit sesa do të ndodhte në rastin e një faze të dendur alfa.

Bërthama është mbledhur nga dy hemisfera, ndoshta fillimisht të hedhura në boshllëqe dhe më pas të përpunuara me presion të nxehtë në një atmosferë nikeli karbonil. Meqenëse plutoniumi është një metal shumë reaktiv dhe, përveç kësaj, i rrezikshëm për jetën, çdo hemisferë është e veshur me një shtresë nikeli (ose argjendi, siç raportohet për bërthamën e Gadget). me nikel (ose argjend) çoi në formimin e predhave në metal dhe papërshtatshmërinë e tij për përdorim në bërthamë. Bluarja dhe shtresimi i kujdesshëm i shtresave të arit rivendosi defektet e prodhuara nga hemisferat. Megjithatë, një shtresë e hollë ari (rreth 0,1 mm e trashë) midis hemisferave ishte në çdo rast një pjesë e domosdoshme e dizajnit, duke shërbyer për të parandaluar depërtimin e parakohshëm të avionëve të valëve goditëse midis hemisferave, të cilat mund të aktivizonin para kohe iniciatorin e neutronit.

Strehimi i uraniumit/reflektori neutron.
Ngarkesa e plutoniumit është e rrethuar nga një shtresë e bërë nga uranium natyral me peshë 120 kg dhe me një diametër prej 23 cm. Kjo shtresë e jashtme formon një shtresë shtatë centimetra rreth plutoniumit. Trashësia e uraniumit përcaktohet nga detyra e ruajtjes së neutroneve, kështu që mjafton një shtresë prej disa centimetrash për të siguruar frenimin e neutronit. Një trup më i trashë (që tejkalon 10 cm në trashësi) siguron më tej ruajtje të konsiderueshme të neutronit për të gjithë strukturën, megjithatë, efekti i "thithjes së përkohshme" i natyrshëm në reaksionet zinxhirore të shpejta, në zhvillim eksponencial, zvogëlon përfitimet e përdorimit të një reflektori më të trashë.
Rreth 20% e energjisë së bombës çlirohet nga copëtimi i shpejtë i shtresës së uraniumit. Bërthama dhe trupi së bashku formojnë një sistem minimalisht nënkritik. Kur një shpërthim shpërthyes e ngjesh montimin në 2.5 herë densitetin e tij normal, bërthama fillon të përmbajë rreth katër deri në pesë masa kritike.

"Pusher"/absorbues neutron.
Shtresa e aluminit që rrethon uraniumin, 11.5 cm e trashë, peshon 120 kg. Qëllimi kryesor i kësaj sfere, të quajtur "shtytës", është të zvogëlojë efektin e valës Taylor, uljen e shpejtë të presionit që ndodh prapa frontit të shpërthimit. Kjo valë tenton të rritet gjatë shpërthimit, duke shkaktuar një rënie gjithnjë e më të shpejtë të presionit ndërsa pjesa e përparme e shpërthimit konvergon në një pikë. Pasqyrimi i pjesshëm i valës së goditjes që ndodh në ndërfaqen shpërthyese (përbërja "B")/alumini (për shkak të ndryshimit në densitet: 1.65/2.71) e dërgon pjesën e përparme dytësore prapa në eksploziv, duke shtypur valën e Taylor. Kjo rrit presionin e valës së transmetuar, duke rritur ngjeshjen në qendër të bërthamës.
"Pushuesi" i aluminit përmban gjithashtu një pjesë të borit. Meqenëse bor në vetvete është një substancë e brishtë jo metalike dhe e vështirë për t'u përdorur, ka të ngjarë që ai të përmbahet në formën e një lidhjeje alumini të lehtë për t'u përpunuar të quajtur boraks (35-50% bor). Megjithëse përqindja e tij totale në guaskë është e vogël, bor luan rolin e një absorbuesi të neutronit, duke parandaluar që neutronet që ikin prej andej të kthehen në asamblenë plutonium-uranium, të ngadalësuar në alumin dhe eksplozivët në shpejtësi termike.

Predha shpërthyese dhe sistemi i shpërthimit.
Shtresa e eksplozivit është një shtresë me eksploziv të fortë. Është rreth 47 cm i trashë dhe peshon të paktën 2500 kg. Ky sistem përmban 32 lente shpërthyese, 20 prej të cilave janë gjashtëkëndore dhe 12 janë pesëkëndëshe. Lentet janë të lidhura së bashku në një mënyrë si futbolli për të formuar një grup shpërthyes sferik, rreth 130 cm në diametër. Secila ka 3 pjesë: dy prej tyre janë bërë nga një eksploziv me shpejtësi të lartë shpërthimi, njëra prej tyre është bërë me një shpejtësi të ulët shpërthimi. Pjesa më e jashtme e një eksplozivi me shpërthim të shpejtë ka një çarje në formë koni të mbushur me eksploziv me shpejtësi të ulët shpërthimi. Këto pjesë të çiftëzimit formojnë një lente aktive të aftë për të krijuar një valë goditëse rrethore, në rritje të drejtuar drejt qendrës. Ana e brendshme e eksplozivit me shpërthim të shpejtë pothuajse mbulon sferën e aluminit për të rritur ndikimin konvergjent.
Lentet ishin derdhur me saktësi, kështu që eksplozivi duhej të shkrihej përpara përdorimit. Eksplozivi kryesor me shpërthim të shpejtë ishte "përbërja B", një përzierje prej 60% heksagjen (RDX) - një eksploziv i fortë me shpërthim shumë të shpejtë, por me shkrirje të dobët, 39% TNT (TNT) - një eksploziv shumë shpërthyes dhe lehtësisht i shkrirë dhe 1% dylli. Eksplozivi "i ngadalshëm" ishte baratol - një përzierje e TNT dhe nitratit të bariumit (përqindja e TNT është zakonisht 25-33%) me 1% dylli si lidhës.
Përbërja dhe dendësia e lenteve u kontrolluan saktësisht dhe mbetën konstante. Sistemi i lenteve u rregullua në një tolerancë shumë të ngushtë, në mënyrë që pjesët të përshtaten së bashku brenda më pak se 1 mm për të shmangur parregullsitë në valën e goditjes, por shtrirja e sipërfaqes së lenteve ishte edhe më e rëndësishme sesa përshtatja e tyre së bashku.
Për të arritur kohën shumë të saktë të detonatorit, detonatorët standardë nuk kishin kombinime eksplozive parësorë/dytësorë dhe kishin përcjellës me ngrohje elektrike. Këta përçues janë copa teli të hollë që avullojnë menjëherë nga rritja e rrymës së marrë nga një kondensator i fuqishëm. Lënda shpërthyese e detonatorit shpërthehet. Shkarkimi i bankës së kondensatorit dhe avullimi i telit për të gjithë detonatorët mund të kryhen pothuajse njëkohësisht - ndryshimi është +/- 10 nanosekonda. Ana negative e një sistemi të tillë është nevoja për bateri të mëdha, një furnizim me energji të tensionit të lartë dhe një bankë të fuqishme kondensatorësh (të quajtur një njësi X, që peshon rreth 200 kg) e krijuar për të ndezur 32 detonatorë njëkohësisht.
Predha e përfunduar shpërthyese vendoset në një strehë duralumini. Struktura e trupit përbëhej nga një rrip qendror i mbledhur nga 5 derdhje duralumini të përpunuara dhe hemisferat e sipërme dhe të poshtme duke formuar një guaskë të plotë.

Faza e fundit e montimit.
Dizajni përfundimtar i bombës përfshin një "kapak" të veçantë përmes të cilit vendosen materialet e zbërthyeshme në fund. Ngarkesa mund të prodhohet tërësisht, me përjashtim të futjes së plutoniumit me iniciator. Për arsye sigurie, montimi përfundon menjëherë përpara përdorimit praktik. Hemisfera e duraluminit hiqet së bashku me një nga thjerrëzat shpërthyese. Iniciatori i neutronit është i instaluar midis hemisferave të plutoniumit dhe i montuar brenda një cilindri uraniumi 40 kilogramësh, dhe më pas e gjithë kjo strukturë vendoset brenda reflektorit të uraniumit. Lentja kthehet në vendin e saj, detonatori është i lidhur me të dhe kapaku është i vidhosur në vendin e sipërm.
Fat Man ishte një rrezik serioz kur transportohej dhe ruhej gati për përdorim, megjithëse edhe në skenarin më të keq ishte akoma më pak i rrezikshëm se Little Boy. Masa kritike e një bërthame me një reflektor uraniumi është 7,5 kg plutonium për fazën delta dhe vetëm 5,5 kg për fazën alfa. Çdo shpërthim aksidental i predhës shpërthyese mund të rezultojë në ngjeshjen e bërthamës 6,2 kilogramëshe të Fat Man në një fazë alfa superkritike. Fuqia e vlerësuar e shpërthimit nga një shpërthim i tillë i paautorizuar i ngarkesës do të varionte nga dhjetëra tonë (përafërsisht, një rend i madhësisë më shumë se ngarkesa shpërthyese në bombë) deri në disa qindra ton ekuivalent TNT. Por rreziku kryesor qëndron në rrjedhën e rrezatimit depërtues gjatë shpërthimit. Rrezet gama dhe neutronet mund të shkaktojnë vdekje ose sëmundje serioze shumë më tepër se zona e përhapjes së valëve goditëse.Kështu, një shpërthim i vogël bërthamor prej 20 tonësh do të shkaktojë një dozë rrezatimi fatale prej 640 rem në një distancë prej 250 m.
Për arsye sigurie, transporti i Fat Man nuk u krye kurrë në një formë të montuar plotësisht; bombat u kryen menjëherë përpara përdorimit. Për shkak të kompleksitetit të armës, ky proces kërkoi të paktën disa ditë (duke marrë parasysh kontrollet e ndërmjetme) Bomba e montuar nuk mund të qëndronte funksionale për një kohë të gjatë në gjendje për shkak të baterive të ulëta të njësisë X.
Skica e një bombe me plutonium të gjallë përbëhet kryesisht nga një dizajn eksperimental Gadget i paketuar në një guaskë çeliku. Dy gjysmat e elipsoidit të çelikut janë ngjitur në fashën e sistemit të shpërthimit së bashku me njësinë X, bateritë, siguresat dhe pajisjet elektronike të këmbëzës të vendosura në anën e përparme të guaskës.
Ashtu si në Little Boy, siguresa në lartësi të madhe në Fat Man është sistemi i radarëve të radarit Atchis (Archies - antenat e tij mund të shihen anash në fotografitë e Little Boy). Kur ngarkesa arrin lartësinë e kërkuar mbi tokë (e vendosur në 1850+-100 këmbë), ajo jep një sinjal për të shpërthyer. Përveç kësaj, bomba është e pajisur edhe me një sensor barometrik që parandalon një shpërthim mbi 7000 këmbë.

Përdorimi luftarak i një bombe me plutonium.
Asambleja përfundimtare e Njeriut të shëndoshë u zhvillua në ishull. Tinian.
Më 26 korrik 1945, një bërthamë plutoniumi me një iniciator u dërgua në një avion C-54 nga Baza e Forcave Ajrore Kirtland në Tinian.
Më 28 korrik, bërthama arrin në ishull. Në këtë ditë, tre B-29 nisen nga Kirtland për në Tinian me tre Fat Mans të para-montuar.
2 gusht - Mbërrin B-29. Data e bombardimit është caktuar 11 gushti, objektivi është arsenali në Kokura. Pjesa jo bërthamore e bombës së parë ishte gati më 5 gusht.
Më 7 gusht vjen një parashikim për kushtet e motit të pafavorshme për fluturimin në datën 11, data e fluturimit zhvendoset në 10 gusht, më pas në 9 gusht. Për shkak të ndërrimit të datës, po punohet me përshpejtim për montimin e tarifës.
Në mëngjesin e datës 8, montimi i Fat Manit përfundon dhe deri në orën 22:00 ai ngarkohet në B-29 "Makina e Bllokut".
9 gusht:
03:47 Avioni niset nga Tinian, objektivi identifikohet si Kokur Arsenal. Piloti - Charles Sweeney.
Ora 10:44 Koha për t'iu afruar Kokurës, por objektivi është i padukshëm në kushte të dukshmërisë së dobët. Zjarri i artilerisë kundërajrore dhe shfaqja e luftëtarëve japonezë na detyrojnë të ndalojmë kërkimin dhe të kthehemi drejt objektivit rezervë - Nagasaki.
Kishte një shtresë reje mbi qytet - si mbi Kokura, kishte mbetur vetëm karburant për një kalim, kështu që bomba u hodh në hendekun e parë të përshtatshëm në re disa milje larg objektivit të caktuar.
11:02 Ndodh një shpërthim në lartësinë 503 m pranë kufirit të qytetit, fuqia sipas matjeve në vitin 1987 është 21 kt. Pavarësisht se shpërthimi ka ndodhur në kufirin e një pjese të populluar të qytetit, numri i viktimave ka kaluar mbi 70 mijë persona. U shkatërruan edhe objektet e prodhimit të armëve të Mitsubishi.

Bombë me uranium

Parimi i funksionimit

Armët bërthamore bazohen në një reaksion zinxhir të pakontrolluar të ndarjes bërthamore. Ekzistojnë dy skema kryesore: "top", i quajtur ndryshe balistik dhe shpërthyes.

« top" Skema është tipike për modelet më primitive të armëve bërthamore të gjeneratës së parë, si dhe armët bërthamore të artilerisë dhe të armëve të vogla që kanë kufizime në kalibrin e armës. Thelbi i tij është të "gjuaj" dy blloqe lëndësh të zbërthyeshme me masë nënkritike drejt njëri-tjetrit. Kjo metodë e shpërthimit është e mundur vetëm në municionet e uraniumit, pasi plutoniumi ka një sfond neutron më të lartë, gjë që çon në një rritje të shpejtësisë së kërkuar të lidhjes së pjesëve të ngarkesës, duke tejkaluar atë që është teknikisht e arritshme.

"Implozive" Skema përfshin marrjen e një gjendje superkritike duke kompresuar materialin e zbërthyer me një valë goditëse të fokusuar të krijuar nga shpërthimi i një eksplozivi kimik konvencional, të cilit i jepet një formë shumë komplekse për fokusim dhe shpërthimi kryhet njëkohësisht në disa pika me saktësi të saktë.

Energjia bërthamore duke punuar ekskluzivisht bazuar në parimet e ndarjes së elementëve të rëndë, të kufizuar në qindra kilotone . Është e mundur, por jashtëzakonisht e vështirë, të krijohet një ngarkesë më e fuqishme e bazuar vetëm në ndarjen bërthamore. Municioni më i fuqishëm në botë i bazuar vetëm në ndarjen bërthamore u testua në Shtetet e Bashkuara më 15 nëntor 1952, me një fuqi shpërthimi prej 500 kt.

Që reaksioni të mund të mbajë veten, nevojitet një “karburant” i përshtatshëm, i cili në fazat e para është përdorur si izotop i uraniumit.

Uraniumi gjendet në natyrë në formën e dy izotopeve - uranium-235 dhe uranium-238. Kur uraniumi-235 thith një neutron gjatë procesit të kalbjes, nga një deri në tre neutrone lëshohen:

Uraniumi-238, përkundrazi, kur thith neutrone me energji të moderuar, nuk lëshon të reja, duke ndërhyrë në reaksionin bërthamor. Ai shndërrohet në uranium-239, më pas në neptunium-239 dhe në fund në plutonium-239 relativisht të qëndrueshëm.

Për të siguruar funksionalitetin e një bombe bërthamore, përmbajtja e uraniumit-235 në karburantin bërthamor duhet të jetë së paku 80%, përndryshe uraniumi-238 do të shuajë shpejt reaksionin zinxhir bërthamor. Pothuajse i gjithë uraniumi natyror (rreth 99.3%) përbëhet nga uraniumi-238. Prandaj, në prodhimin e karburantit bërthamor, përdoret një proces kompleks dhe shumëfazor i pasurimit të uraniumit, si rezultat i të cilit rritet përqindja e uraniumit-235.

Bomba me bazë uraniumi ishte arma e parë bërthamore e përdorur nga njeriu në luftime (bomba "Little Boy" e hedhur në Hiroshima). Për shkak të një sërë disavantazhesh (vështirësi në marrjen, zhvillimin dhe dërgimin), ato nuk janë të përhapura për momentin, inferiore ndaj bombave më të avancuara të bazuara në elementë të tjerë radioaktivë me masë kritike më të ulët.

Pajisja e parë bërthamore e shpërthyer për qëllime testimi ishte pajisja bërthamore Gadget. vegël- pajisje, xhingël) - prototip i bombës plutonium "Fat Man", i hedhur në Nagasaki. Testet u kryen në një vend testimi pranë Alamogordo në New Mexico.

Strukturisht, kjo bombë përbëhej nga disa sfera të vendosura brenda njëra-tjetrës:

1. Iniciator pulsues neutron (INI, "iriq", "iriq" (eng. iriq)) - një top me një diametër prej rreth 2 cm i bërë nga berilium, i veshur me një shtresë të hollë të aliazhit ittrium-poloniumi ose metali polonium-210 - burimi kryesor i neutroneve për të ulur ndjeshëm masën kritike dhe për të përshpejtuar fillimin e reaksionit . Ai ndizet në momentin që bërthama luftarake transferohet në një gjendje superkritike (gjatë ngjeshjes, poloniumi dhe beriliumi përzihen me lëshimin e një numri të madh neutronesh). Aktualisht, polonium-210 jetëshkurtër është zëvendësuar nga plutonium-238 jetëgjatë, i cili është gjithashtu i aftë të prodhojë një puls të fuqishëm neutron kur përzihet me berilium.
2. Plutonium. Izotopi më i pastër i mundshëm i plutonium-239 është i dëshirueshëm, megjithëse plutoniumi është i dopuar me një sasi të vogël galiumi për të rritur qëndrueshmërinë e vetive fizike (densitetin) dhe për të përmirësuar kompresueshmërinë e ngarkesës.
3. Shell (anglisht) ngacmoj), duke shërbyer si reflektor neutron (nga uraniumi).
4. Shtrydhja e guaskës shtytës) prej alumini. Siguron uniformitet më të madh të ngjeshjes nga vala goditëse, duke mbrojtur në të njëjtën kohë pjesët e brendshme të ngarkesës nga kontakti i drejtpërdrejtë me eksplozivin dhe produktet e nxehta të dekompozimit të tij.
5. Një eksploziv me një sistem kompleks shpërthimi që siguron shpërthim të sinkronizuar të të gjithë eksplozivit. Sinkroniteti është i nevojshëm për të krijuar një valë goditëse kompresive rreptësisht sferike (e drejtuar brenda topit). Një valë jo sferike çon në nxjerrjen e materialit të topit përmes johomogjenitetit dhe pamundësisë për të krijuar një masë kritike. Krijimi i një sistemi të tillë për vendosjen e eksplozivëve dhe shpërthimit ishte në një kohë një nga detyrat më të vështira. Përdoret një skemë e kombinuar (sistemi i lenteve) të eksplozivëve "të shpejtë" dhe "të ngadaltë" - boratol dhe TATV.
6. Trupi është bërë nga elementë duralumini të stampuar - dy mbulesa sferike dhe një rrip, të lidhur me bulona.

Sistemi i raketave hekurudhore luftarake BZHRK 15P961 "Molodets" me një raketë bërthamore ndërkontinentale

Sistemi raketor dhe raketor RT-23 UTTH përgjithësisht i zhvilluar në<КБ>Yuzhnoe në Dnepropetrovsk, projektuesi i përgjithshëm akademik V.F. Utkin. Treni dhe lëshuesi u zhvilluan në KBSM, Leningrad, projektuesi kryesor akademik A.F. Utkin. Në vitet 1987-1991 Ndërtohen 12 komplekse .

Përbërja e BZHRK-së përfshin:

1.Tre module minimale fillestare

2. Moduli komandues i përbërë nga 7 makina

3. Makinë cisternë me rezerva karburantesh dhe lubrifikante

4. Tre lokomotiva me naftë DM62

Moduli minimal i nisjes përfshin tre makina:

1. Dhoma e kontrollit të lëshuesit 2.

2. Lëshues

3. 3. Njësia mbështetëse

Në përvjetorin tjetër të badabumit në Hiroshima dhe Nagasaki, vendosa të fshij internetin për pyetjet e armëve bërthamore, ku pse dhe si u krijuan ato ishin me pak interes për mua (e dija tashmë) - Më interesonte më shumë se si 2 copat e plutoniumit nuk shkrihen, por bëjnë një zhurmë të madhe.

Mbani një sy tek inxhinierët - ata fillojnë me një mbjellës dhe përfundojnë me një bombë atomike.

Fizika bërthamore është një nga fushat më të diskutueshme të shkencave të nderuara natyrore. Pikërisht në këtë zonë njerëzimi ka hedhur miliarda dollarë, paund, franga dhe rubla për gjysmë shekulli, si në furrën e lokomotivës së një treni të vonuar. Tani treni nuk duket më vonë. Flakët e furishme të fondeve të djegura dhe orëve të punës u shuan. Le të përpiqemi të kuptojmë shkurtimisht se çfarë lloj treni quhet "fizikë bërthamore".

Izotopet dhe radioaktiviteti

Siç e dini, gjithçka që ekziston përbëhet nga atome. Atomet, nga ana tjetër, përbëhen nga guaska elektronike, që jetojnë sipas ligjeve të tyre mbresëlënëse, dhe një bërthamë. Kimia klasike nuk është aspak e interesuar për bërthamën dhe jetën e saj personale. Për të, një atom janë elektronet e tij dhe aftësia e tyre për të shkëmbyer ndërveprim. Dhe nga bërthama e kimisë ju nevojitet vetëm masa e saj për të llogaritur përmasat e reagentëve. Nga ana tjetër, fizika bërthamore nuk kujdeset për elektronet. Ajo është e interesuar për një grimcë të vogël (100 mijë herë më të vogël se rrezja e orbitave të elektroneve) pluhur brenda një atomi, në të cilin është përqendruar pothuajse e gjithë masa e tij.

Çfarë dimë për bërthamën? Po, ai përbëhet nga protone dhe neutrone të ngarkuar pozitivisht që nuk kanë ngarkesë elektrike. Megjithatë, kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Bërthama nuk është një grusht topa me dy ngjyra, si në ilustrimin nga teksti shkollor. Këtu funksionojnë ligje krejtësisht të ndryshme të quajtura ndërveprim i fortë, duke i kthyer si protonet ashtu edhe neutronet në një lloj rrëmuje të padallueshme. Sidoqoftë, ngarkesa e kësaj rrëmuje është saktësisht e barabartë me ngarkesën totale të protoneve të përfshira në të, dhe masa pothuajse (e përsëris, pothuajse) përkon me masën e neutroneve dhe protoneve që përbëjnë bërthamën.

Nga rruga, numri i protoneve të një atomi jo-jonizues përkon gjithmonë me numrin e elektroneve që kanë nderin ta rrethojnë atë. Por me neutronet çështja nuk është aq e thjeshtë. Në mënyrë të rreptë, detyra e neutroneve është të stabilizojnë bërthamën, pasi pa to protonet e ngarkuar në mënyrë të ngjashme nuk do të bashkoheshin as për mikrosekonda.

Le të marrim hidrogjenin për definicion. Hidrogjeni më i zakonshëm. Struktura e tij është jashtëzakonisht e thjeshtë - një proton i rrethuar nga një elektron orbital. Ka shumë hidrogjen në Univers. Mund të themi se Universi përbëhet kryesisht nga hidrogjeni.

Tani le të shtojmë me kujdes një neutron në proton. Nga pikëpamja kimike, është ende hidrogjen. Por nga pikëpamja e fizikës, jo më. Pasi zbuluan dy hidrogjenë të ndryshëm, fizikanët u shqetësuan dhe menjëherë dolën me idenë për të quajtur hidrogjenin e zakonshëm protium, dhe hidrogjenin me një neutron në një proton - deuterium.

Le të tregohemi të guximshëm dhe të ushqejmë një neutron tjetër në bërthamë. Tani kemi një hidrogjen tjetër, edhe më të rëndë - tritium. Përsëri, nga pikëpamja kimike, ai praktikisht nuk është i ndryshëm nga dy hidrogjenët e tjerë (mirë, përveç se tani reagon pak më pak). Unë dua t'ju paralajmëroj menjëherë - asnjë përpjekje, kërcënime ose bindje nuk mund të shtojë një neutron tjetër në bërthamën e tritiumit. Ligjet vendore janë shumë më të rrepta se ato njerëzore.

Pra, protium, deuterium dhe tritium janë izotope të hidrogjenit. Masa e tyre atomike është e ndryshme, por ngarkesa e tyre nuk është e ndryshme. Por është ngarkesa e bërthamës ajo që përcakton vendndodhjen në tabelën periodike të elementeve. Kjo është arsyeja pse izotopet quhen izotopë. Përkthyer nga greqishtja, do të thotë "të zësh të njëjtin vend". Meqë ra fjala, uji i rëndë i njohur është i njëjti ujë, por me dy atome deuterium në vend të protiumit. Prandaj, uji shumë i rëndë përmban tritium në vend të protiumit.

Le të hedhim një vështrim në hidrogjenet tona përsëri. Pra... Protium është në vend, deuterium është në vend... Kush tjetër është ky? Ku shkoi tritiumi im dhe nga erdhi helium-3? Në tritiumin tonë, një nga neutronet u mërzit qartë, vendosi të ndryshojë profesionin e tij dhe u bë një proton. Duke bërë këtë, ai gjeneroi një elektron dhe një antineutrino. Humbja e tritiumit është, natyrisht, zhgënjyese, por tani e dimë se është e paqëndrueshme. Ushqimi i neutroneve nuk ishte i kotë.

Pra, siç e kuptoni, izotopet janë të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme. Rreth nesh ka shumë izotope të qëndrueshme, por, falë Zotit, praktikisht nuk ka të paqëndrueshëm. Domethënë, ato ekzistojnë, por në një gjendje kaq të shpërndarë, saqë duhet të merren me koston e një pune shumë të madhe. Për shembull, uraniumi-235, i cili shkaktoi kaq shumë telashe për Oppenheimer, përbën vetëm 0.7% të uraniumit natyror.

Gjysem jete

Gjithçka është e thjeshtë këtu. Gjysma e jetës së një izotopi të paqëndrueshëm është periudha kohore gjatë së cilës saktësisht gjysma e atomeve të izotopit do të kalbet dhe do të shndërrohen në disa atome të tjera. Tritium, tashmë i njohur për ne, ka një gjysmë jetë prej 12,32 vjetësh. Ky është një izotop mjaft jetëshkurtër, megjithëse krahasuar me francium-223, i cili ka një gjysmë jetë prej 22.3 minutash, tritiumi do të duket si një plak me mjekër gri.

Asnjë faktor i jashtëm makroskopik (presioni, temperatura, lagështia, disponimi i studiuesit, numri i alokimeve, vendndodhja e yjeve) nuk ndikojnë në gjysmën e jetës. Mekanika kuantike është e pandjeshme ndaj marrëzive të tilla.

Mekanika popullore e shpërthimit

Thelbi i çdo shpërthimi është çlirimi i shpejtë i energjisë që më parë ishte në një gjendje jo të lirë, të lidhur. Energjia e lëshuar shpërndahet, duke u shndërruar kryesisht në nxehtësi (energjia kinetike e lëvizjes së çrregullt të molekulave), një valë goditëse (këtu ka edhe lëvizje, por tashmë të porositur, në drejtim nga qendra e shpërthimit) dhe rrezatim - nga kuanta të buta infra të kuqe deri në të forta me valë të shkurtra.

Në një shpërthim kimik, gjithçka është relativisht e thjeshtë. Një reagim energjikisht i dobishëm ndodh kur substanca të caktuara ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Vetëm shtresat e sipërme elektronike të disa atomeve marrin pjesë në reaksion, dhe ndërveprimi nuk shkon më thellë. Është e lehtë të merret me mend se ka shumë më tepër energji të fshehur në çdo substancë. Por sido që të jenë kushtet e eksperimentit, pavarësisht sa të suksesshëm janë reagentët që zgjedhim, pavarësisht se si i kontrollojmë përmasat, kimia nuk do të na lejojë të futemi më thellë në atom. Një shpërthim kimik është një fenomen primitiv, i paefektshëm dhe, nga pikëpamja e fizikës, në mënyrë të pahijshme.

Reaksioni i zinxhirit bërthamor ju lejon të gërmoni pak më thellë, duke sjellë në lojë jo vetëm elektronet, por edhe bërthamat. Kjo tingëllon vërtet domethënëse, ndoshta, vetëm për një fizikant, por për pjesën tjetër do të jap një analogji të thjeshtë. Imagjinoni një peshë gjigante me grimca pluhuri të elektrizuara që fluturojnë rreth saj në një distancë prej disa kilometrash. Ky është një atom, "pesha" është bërthama dhe "grimcat e pluhurit" janë elektrone. Çfarëdo që të bëni me këto pika pluhuri, ato nuk do të japin as një të qindtën e energjisë që mund të merret nga një peshë e rëndë. Sidomos nëse, për ndonjë arsye, ndahet dhe fragmente masive shpërndahen në drejtime të ndryshme me shpejtësi të madhe.

Një shpërthim bërthamor përfshin potencialin lidhës të grimcave të rënda që përbëjnë bërthamën. Por kjo është larg kufirit: ka shumë më tepër energji të fshehur në materie. Dhe emri i kësaj energjie është masë. Përsëri, kjo tingëllon pak e pazakontë për një jo-fizikan, por masa është energji, vetëm jashtëzakonisht e përqendruar. Çdo grimcë: elektron, proton, neutron - të gjitha këto janë grumbuj të vegjël energjie tepër të dendura, të cilat për momentin mbeten në qetësi. Ju ndoshta e dini formulën E=mc2, e cila është aq e dashur nga shkrimtarët e shakave, redaktorët e gazetave murale dhe dekoruesit e klasave të shkollës. Kjo është pikërisht ajo për të cilën bëhet fjalë, dhe është ajo që e parashtron masën si asgjë më shumë se një formë energjie. Dhe gjithashtu i jep përgjigje pyetjes se sa energji mund të merret nga një substancë në maksimum.

Procesi i kalimit të plotë të masës, domethënë energjisë së lidhur, në energji të lirë quhet asgjësim. Nga rrënja latine "nihil" është e lehtë të merret me mend thelbi i saj - ky është shndërrimi në "asgjë", ose më saktë, në rrezatim. Për qartësi, këtu janë disa numra.

Shpërthimi i energjisë ekuivalente TNT (J)

F-1 granatë 60 gram 2.50*105

Bomba e hedhur në Hiroshima 16 kiloton 6.70*1013

Asgjësimi i një gram materie 21.5 kiloton 8.99*1013

Një gram i çdo lënde (vetëm masa është e rëndësishme) pas asgjësimit do të japë më shumë energji sesa një bombë e vogël bërthamore. Krahasuar me rikthime të tilla, ushtrimet e fizikantëve mbi ndarjen bërthamore, dhe aq më tepër eksperimentet e kimistëve me reagentët aktivë, duken qesharake.

Për asgjësimin nevojiten kushte të përshtatshme, përkatësisht kontakti i materies me antimaterien. Dhe, ndryshe nga "merkuri i kuq" ose "guri i filozofit", antimateria është më se reale - për grimcat e njohura për ne, antigrimca të ngjashme ekzistojnë dhe janë studiuar, dhe eksperimentet mbi asgjësimin e çifteve "elektron + pozitron" janë bërë vazhdimisht. të kryera në praktikë. Por për të krijuar një armë asgjësuese, është e nevojshme të mblidhen së bashku një vëllim i caktuar i konsiderueshëm i antigrimcave, dhe gjithashtu t'i kufizoni ato nga kontakti me çdo materie deri në, në fakt, përdorim luftarak. Kjo, pah-pah, është ende një perspektivë e largët.

Defekt masiv

Pyetja e fundit që mbetet për t'u kuptuar në lidhje me mekanikën e një shpërthimi është se nga vjen energjia: e njëjta që lirohet gjatë reaksionit zinxhir? Këtu përsëri pati një masë të përfshirë. Ose më mirë, pa "defektin" e tij.

Deri në shekullin e kaluar, shkencëtarët besonin se masa ruhet në çdo kusht, dhe ata kishin të drejtë në mënyrën e tyre. Kështu që ne e ulëm metalin në acid - ai filloi të flluskojë në kupë dhe flluskat e gazit nxituan lart përmes trashësisë së lëngut. Por nëse i peshoni reagentët para dhe pas reaksionit, duke mos harruar gazin e çliruar, masa konvergon. Dhe kështu do të jetë gjithmonë për sa kohë që ne operojmë me kilogramë, metra dhe reaksione kimike.

Por sapo futeni në fushën e mikrogrimcave, edhe masa paraqet një surprizë. Rezulton se masa e një atomi mund të mos jetë saktësisht e barabartë me shumën e masave të grimcave që e përbëjnë atë. Kur një bërthamë e rëndë (për shembull, uraniumi) ndahet në pjesë, "fragmentet" peshojnë më pak në total se bërthama para ndarjes. "Dallimi", i quajtur gjithashtu defekt në masë, është përgjegjës për energjitë lidhëse brenda bërthamës. Dhe është ky ndryshim që shkon në nxehtësi dhe rrezatim gjatë shpërthimit, të gjitha sipas të njëjtës formulë të thjeshtë: E=mc2.

Kjo është interesante: ndodh që është energjikisht e dobishme të ndash bërthamat e rënda dhe të kombinosh ato të lehta. Mekanizmi i parë funksionon në një bombë uraniumi ose plutoniumi, i dyti në një bombë hidrogjeni. Por nuk mund të bësh një bombë prej hekuri, sado të përpiqesh: është pikërisht në mes të kësaj linje.

Bombe berthamore

Duke ndjekur sekuencën historike, le të shqyrtojmë fillimisht bombat bërthamore dhe të kryejmë "Projektin tonë të vogël Manhattan". Unë nuk do t'ju mërzit me metodat e mërzitshme të ndarjes së izotopeve dhe llogaritjet matematikore të teorisë së reaksionit zinxhir të ndarjes. Ju dhe unë kemi uranium, plutonium, materiale të tjera, udhëzime montimi dhe sasinë e nevojshme të kuriozitetit shkencor.

Të gjithë izotopet e uraniumit janë të paqëndrueshëm në një shkallë ose në një tjetër. Por uraniumi-235 është në një pozicion të veçantë. Gjatë zbërthimit spontan të bërthamës së uraniumit-235 (i quajtur edhe kalbja alfa), formohen dy fragmente (bërthamat e elementeve të tjera, shumë më të lehta) dhe disa neutrone (zakonisht 2-3). Nëse neutroni i formuar gjatë zbërthimit godet bërthamën e një atomi tjetër të uraniumit, do të ketë një përplasje të zakonshme elastike, neutroni do të kërcejë dhe do të vazhdojë kërkimin e tij për aventurë. Por pas ca kohësh do të harxhojë energji (përplasjet krejtësisht elastike ndodhin vetëm midis kuajve sferikë në vakum), dhe bërthama tjetër do të rezultojë të jetë një kurth - neutroni do të absorbohet prej tij. Nga rruga, fizikanët e quajnë një neutron të tillë termik.

Shikoni listën e izotopeve të njohura të uraniumit. Midis tyre nuk ka asnjë izotop me masë atomike 236. A e dini pse? Një bërthamë e tillë jeton për një pjesë të mikrosekondave dhe më pas prishet, duke çliruar një sasi të madhe energjie. Kjo quhet prishje e detyruar. Është disi e çuditshme të quash edhe një izotop me një jetë të tillë izotop.

Energjia e çliruar gjatë zbërthimit të bërthamës së uraniumit-235 është energjia kinetike e fragmenteve dhe neutroneve. Nëse llogaritni masën totale të produkteve të kalbjes së bërthamës së uraniumit, dhe më pas e krahasoni atë me masën e bërthamës origjinale, rezulton se këto masa nuk përkojnë - bërthama origjinale ishte më e madhe. Ky fenomen quhet defekt masiv dhe shpjegimi i tij gjendet në formulën E0=mс2. Energjia kinetike e fragmenteve e ndarë me katrorin e shpejtësisë së dritës do të jetë saktësisht e barabartë me diferencën e masës. Fragmentet ngadalësohen në rrjetën kristalore të uraniumit, duke gjeneruar rrezatim me rreze X, dhe neutronet, pasi kanë udhëtuar, thithen nga bërthamat e tjera të uraniumit ose largohen nga derdhja e uraniumit, ku ndodhin të gjitha ngjarjet.

Nëse derdhja e uraniumit është e vogël, atëherë shumica e neutroneve do ta lënë atë pa pasur kohë për të ngadalësuar. Por nëse çdo akt i zbërthimit të detyruar shkakton të paktën një akt tjetër të ngjashëm për shkak të neutronit të emetuar, ky është tashmë një reaksion zinxhir i vetëqëndrueshëm i ndarjes.

Prandaj, nëse rritni madhësinë e derdhjes, një numër në rritje i neutroneve do të shkaktojë akte të ndarjes së detyruar. Dhe në një moment reaksioni zinxhir do të bëhet i pakontrollueshëm. Por ky është larg nga një shpërthim bërthamor. Thjesht një shpërthim termik shumë "i ndyrë", i cili do të lëshojë një numër të madh izotopësh shumë aktivë dhe toksikë.

Një pyetje krejtësisht logjike është: sa uranium-235 nevojitet që reaksioni zinxhir i ndarjes të bëhet një ortek? Në fakt nuk është aq e thjeshtë. Vetitë e materialit të zbërthyeshëm dhe raporti vëllim-sipërfaqe luajnë një rol këtu. Imagjinoni një ton uranium-235 (do të bëj një rezervim menjëherë - kjo është shumë), e cila ekziston në formën e një teli të hollë dhe shumë të gjatë. Po, një neutron që fluturon përgjatë tij, natyrisht, do të shkaktojë një akt të kalbjes së detyruar. Por pjesa e neutroneve që fluturojnë përgjatë telit do të jetë aq e vogël sa që është thjesht qesharake të flasim për një reaksion zinxhir të vetëqëndrueshëm.

Prandaj, ne ramë dakord të llogarisim masën kritike për një derdhje sferike. Për uraniumin e pastër-235, masa kritike është 50 kg (ky është një top me një rreze prej 9 cm). E kuptoni që një top i tillë nuk do të zgjasë shumë, por as ata që e hedhin.

Nëse një top me masë më të vogël rrethohet nga një reflektor neutroni (beriliumi është i përsosur për të), dhe një material moderator neutron (ujë, ujë i rëndë, grafit, i njëjti berilium) futet në top, atëherë masa kritike do të bëhet shumë. më të vogla. Duke përdorur reflektorët dhe moderatorët më efektivë të neutronit, masa kritike mund të rritet në 250 gram. Kjo, për shembull, mund të arrihet duke vendosur një zgjidhje të ngopur të kripës së uraniumit-235 në ujë të rëndë në një enë sferike beriliumi.

Masa kritike ekziston jo vetëm për uranium-235. Ekzistojnë gjithashtu një numër izotopësh të aftë për reaksione zinxhirore të ndarjes. Kushti kryesor është që produktet e kalbjes së një bërthame duhet të shkaktojnë akte të kalbjes së bërthamave të tjera.

Pra, kemi dy derdhje uraniumi gjysmësferike që peshojnë 40 kg secila. Për sa kohë ata qëndrojnë në një distancë të respektueshme nga njëri-tjetri, gjithçka do të jetë e qetë. Po sikur të filloni t'i lëvizni ngadalë? Në kundërshtim me besimin popullor, asgjë e ngjashme me kërpudhat nuk do të ndodhë. Vetëm se copat do të fillojnë të nxehen ndërsa afrohen dhe më pas, nëse nuk vini në vete në kohë, ato do të nxehen. Në fund, ata thjesht do të shkrihen dhe do të përhapen, dhe të gjithë ata që lëvizën derdhjet do të vdesin nga rrezatimi neutron. Dhe ata që e panë këtë me interes do të ngjitin pendët e tyre së bashku.

Po sikur të jetë më i shpejtë? Ata do të shkrihen më shpejt. Edhe më shpejt? Ata do të shkrihen edhe më shpejt. E bukur? Edhe nëse e vendosni në helium të lëngshëm, nuk do të bëjë ndonjë të mirë. Po sikur të qëlloni një pjesë në tjetrën? RRETH! Momenti i së vërtetës. Sapo dolëm me një dizajn top uraniumi. Megjithatë, ne nuk kemi asgjë veçanërisht për të qenë krenarë; kjo skemë është më e thjeshta dhe më pa artin nga të gjitha të mundshme. Po, dhe hemisferat do të duhet të braktisen. Siç ka treguar praktika, ato nuk priren të ngjiten së bashku pa probleme. Shtrembërimi më i vogël - dhe ju merrni një "pordhë" shumë të shtrenjtë, pas së cilës do t'ju duhet të pastroni për një kohë të gjatë.

Është më mirë të bëjmë një tub uranium-235 me mure të shkurtër, me një masë prej 30-40 kg, në hapjen e të cilit do të bashkojmë një fuçi çeliku me rezistencë të lartë të të njëjtit kalibër, të ngarkuar me një cilindër të të njëjtit. uranium me përafërsisht të njëjtën masë. Le të rrethojmë objektivin e uraniumit me një reflektor neutron beriliumi. Tani, nëse qëlloni një "plumb" uraniumi në një "tub" uraniumi, "tubi" do të jetë plot. Kjo do të thotë, do të ketë një shpërthim bërthamor. Thjesht duhet të qëlloni seriozisht, në mënyrë që shpejtësia e grykës së predhës së uraniumit të jetë së paku 1 km/s. Përndryshe, do të ketë përsëri një pordhë, por më e fortë. Fakti është se kur predha dhe objektivi afrohen me njëri-tjetrin, ato nxehen aq shumë sa fillojnë të avullojnë intensivisht nga sipërfaqja, të ngadalësuar nga rrjedhat e gazit që vijnë. Për më tepër, nëse shpejtësia është e pamjaftueshme, atëherë ekziston mundësia që predha thjesht të mos arrijë objektivin, por të avullojë gjatë rrugës.

Përshpejtimi i një boshe që peshon disa dhjetëra kilogramë në një shpejtësi të tillë, dhe në një distancë prej disa metrash, është një detyrë jashtëzakonisht e vështirë. Kjo është arsyeja pse nuk do t'ju duhet barut, por një eksploziv i fuqishëm i aftë për të krijuar presionin e duhur të gazit në fuçi në një kohë shumë të shkurtër. Dhe nuk do të duhet ta pastroni fuçinë më vonë, mos u shqetësoni.

Bomba Mk-I "Little Boy" e hedhur në Hiroshima ishte projektuar pikërisht sipas dizajnit të topit.

Sigurisht që ka detaje të vogla që nuk i kemi marrë parasysh në projektin tonë, por nuk kemi mëkatuar fare kundër vetë parimit.

Kështu që. Ne shpërthyen bombën me uranium. Ne e admiruam kërpudhat. Tani do të shpërthejmë plutoniumin. Vetëm mos tërhiqni një objektiv, një predhë, një fuçi dhe mbeturina të tjera këtu. Ky truk nuk do të funksionojë me plutonium. Edhe nëse gjuajmë një pjesë në tjetrën me një shpejtësi prej 5 km/s, një montim superkritik përsëri nuk do të funksionojë. Plutonium-239 do të ketë kohë të nxehet, të avullojë dhe të shkatërrojë gjithçka përreth. Masa e tij kritike është pak më shumë se 6 kg. Mund ta imagjinoni se sa më aktiv është ai për sa i përket kapjes së neutroneve.

Plutoniumi është një metal i pazakontë. Në varësi të temperaturës, presionit dhe papastërtive, ai ekziston në gjashtë modifikime të rrjetës kristalore. Madje ka modifikime në të cilat tkurret kur nxehet. Kalimet nga një fazë në tjetrën mund të ndodhin befas, ndërsa dendësia e plutoniumit mund të ndryshojë me 25%.Le të bëjmë një rrugë të tërthortë, si të gjithë heronjtë normalë. Le të kujtojmë se masa kritike përcaktohet, në veçanti, nga raporti i vëllimit me sipërfaqen. Mirë, ne kemi një top me masë nënkritike që ka një sipërfaqe minimale për një vëllim të caktuar. Le të themi 6 kilogramë. Rrezja e topit është 4.5 cm Po sikur ky top të ngjeshet nga të gjitha anët? Dendësia do të rritet në proporcion me kubin e ngjeshjes lineare dhe sipërfaqja do të ulet në përpjesëtim me katrorin e saj. Dhe kjo është ajo që ndodh: atomet e plutoniumit do të bëhen më të dendur, domethënë, distanca e ndalimit të neutronit do të shkurtohet, që do të thotë se probabiliteti i përthithjes së tij do të rritet. Por, përsëri, ende nuk do të funksionojë të ngjesh me shpejtësinë e kërkuar (rreth 10 km/s). Rrugë pa krye? Por jo.

Në 300°C fillon e ashtuquajtura faza delta - më e lirshme. Nëse plutoniumi dopohet me galium, nxehet në këtë temperaturë dhe pastaj ftohet ngadalë, faza delta mund të ekzistojë në temperaturën e dhomës. Por nuk do të jetë e qëndrueshme. Në presion të lartë (në rendin e dhjetëra mijëra atmosferave), do të ndodhë një kalim i papritur në një fazë shumë të dendur alfa.

Le të vendosim një top plutoniumi në një top të zgavër të madh (120 kg) të madh (me diametër 23 cm) të bërë nga uranium-238. Mos u shqetësoni, nuk ka masë kritike. Por ajo reflekton në mënyrë të përkryer neutronet e shpejta. Dhe ata do të jenë akoma të dobishëm për ne, a mendoni se e hodhën në erë? Pavarësisht se si është. Plutoniumi është një entitet i mallkuar kapriçioz. Do të duhet të bëjmë më shumë punë. Le të bëjmë dy hemisfera nga plutoniumi në fazën delta. Le të formojmë një zgavër sferike në qendër. Dhe në këtë zgavër do të vendosim kuintesencën e mendimit të armëve bërthamore - iniciatorin e neutronit. Ky është një top i vogël berilium i zbrazët me një diametër prej 20 dhe një trashësi prej 6 mm. Brenda tij është një top tjetër beriliumi me diametër 8 mm. Në sipërfaqen e brendshme të topit të uritur ka brazda të thella. E gjithë gjëja është e veshur bujarisht me nikel dhe e veshur me ar. Poloniumi-210 vendoset në brazda, i cili lëshon në mënyrë aktive grimcat alfa. Kjo është një mrekulli e tillë e teknologjisë. Si punon? Vetëm një sekondë. Kemi ende disa gjëra për të bërë.

Le ta rrethojmë guaskën e uraniumit me një tjetër, të bërë nga një aliazh alumini me bor. Trashësia e saj është rreth 13 cm Në total, "matryoshka" jonë tani është rritur deri në gjysmë metri të trashë dhe ka fituar peshë nga 6 në 250 kg.

Tani le të bëjmë "thjerrëzat" e implosionit. Imagjinoni një top futbolli. Klasik, i përbërë nga 20 gjashtëkëndësha dhe 12 pesëkëndësha. Ne do të bëjmë një "top" të tillë nga eksplozivët dhe secili prej segmenteve do të jetë i pajisur me disa detonatorë elektrikë. Trashësia e segmentit është rreth gjysmë metër. Ekzistojnë gjithashtu shumë hollësi në prodhimin e "lenteve", por nëse i përshkruajmë ato, nuk do të ketë hapësirë ​​të mjaftueshme për gjithçka tjetër. Gjëja kryesore është saktësia maksimale e lenteve. Gabimi më i vogël - dhe i gjithë montimi do të shtypet nga veprimi i shpërthimit të eksplozivit. Asambleja e plotë tani ka një diametër prej rreth një metër e gjysmë dhe një masë prej 2.5 ton. Dizajni plotësohet nga një qark elektrik, detyra e të cilit është të shpërthejë detonatorët në një sekuencë të përcaktuar rreptësisht me saktësi mikrosekonde.

Të gjitha. Para nesh është një qark i shpërthimit të plutoniumit.

Dhe tani - pjesa më interesante.

Gjatë shpërthimit, eksplozivi ngjesh montimin dhe "shtytësja" e aluminit parandalon kalbjen e valës së shpërthimit të përhapet nga brenda, duke ndjekur pjesën e përparme të saj. Duke kaluar nëpër uranium me një shpejtësi kundërt prej rreth 12 km/s, vala e ngjeshjes do ta kompaktojë atë dhe plutoniumin. Plutoniumi në presione në zonën e ngjeshjes së rendit të qindra mijëra atmosferave (efekti i fokusimit të frontit të shpërthimit) do të hidhet papritur në fazën alfa. Në 40 mikrosekonda, asambleja uranium-plutonium e përshkruar këtu do të bëhet jo vetëm superkritike, por disa herë më e madhe se masa kritike.

Pasi të ketë arritur iniciatorin, vala e kompresimit do të shtypë të gjithë strukturën e saj në një monolit. Në këtë rast, izolimi ar-nikel do të shkatërrohet, polonium-210 do të depërtojë në berilium për shkak të difuzionit, grimcat alfa të emetuara prej tij dhe duke kaluar nëpër berilium do të shkaktojnë një rrjedhë kolosale të neutroneve, duke shkaktuar një reaksion zinxhir të ndarjes në të gjithë. vëllimi i plutoniumit, dhe rrjedha e neutroneve "të shpejta" të krijuara, prishja e plutoniumit do të shkaktojë një shpërthim të uraniumit-238. Mbaruar, ne kemi rritur një kërpudha të dytë, jo më keq se e para.

Një shembull i një dizajni të shpërthimit të plutoniumit është bomba Mk-III "Fatman" e hedhur në Nagasaki.

Të gjitha truket e përshkruara këtu janë të nevojshme për të detyruar numrin maksimal të bërthamave atomike të plutoniumit të reagojnë. Detyra kryesore është të mbash ngarkesën në një gjendje kompakte për aq kohë sa të jetë e mundur dhe të parandalosh që ajo të shpërndahet në një re plazmatike, në të cilën reaksioni zinxhir do të ndalet menjëherë. Këtu, çdo mikrosekondë e fituar është një rritje në një ose dy kilotone fuqi.

Bombë termonukleare

Ekziston një besim i zakonshëm se një bombë bërthamore është një fitil për një termonukleare. Në parim, gjithçka është shumë më e ndërlikuar, por thelbi është kapur saktë. Armët e bazuara në parimet e shkrirjes termonukleare kanë bërë të mundur arritjen e një fuqie të tillë shpërthimi që në asnjë rrethanë nuk mund të arrihet nga një reaksion zinxhir i ndarjes. Por i vetmi burim energjie deri më tani që mund të "ndezë" një reaksion të shkrirjes termonukleare është një shpërthim bërthamor.

E mbani mend se si ju dhe unë e "ushqyem" bërthamën e hidrogjenit me neutrone? Pra, nëse përpiqeni të lidhni dy protone së bashku në këtë mënyrë, asgjë nuk do të funksionojë. Protonet nuk do të ngjiten së bashku për shkak të forcave refuzuese të Kulombit. Ose ata do të fluturojnë larg, ose do të ndodhë zbërthimi beta dhe një nga protonet do të bëhet një neutron. Por helium-3 ekziston. Falë një neutroni të vetëm, i cili i bën protonet më të pajtueshme me njëri-tjetrin.

Në parim, bazuar në përbërjen e bërthamës së helium-3, mund të konkludojmë se është mjaft e mundur të mblidhet një bërthamë helium-3 nga bërthamat e protiumit dhe deuteriumit. Teorikisht, kjo është e vërtetë, por një reagim i tillë mund të ndodhë vetëm në thellësitë e yjeve të mëdhenj dhe të nxehtë. Për më tepër, në thellësi të yjeve, helium mund të mblidhet edhe vetëm nga protonet, duke i kthyer disa prej tyre në neutrone. Por këto janë tashmë pyetje të astrofizikës dhe opsioni i arritshëm për ne është bashkimi i dy bërthamave të deuteriumit ose deuteriumit dhe tritiumit.

Fuzioni bërthamor kërkon një kusht shumë specifik. Kjo është një temperaturë shumë e lartë (109 K). Vetëm me një energji mesatare kinetike të bërthamave prej 100 kiloelektronvolt, ato janë në gjendje t'i afrohen njëri-tjetrit në një distancë në të cilën ndërveprimi i fortë fillon të kapërcejë bashkëveprimin Kulomb.

Një pyetje plotësisht legjitime - pse e rrethoni këtë kopsht? Fakti është se gjatë shkrirjes së bërthamave të lehta lirohet energji e rendit 20 MeV. Sigurisht, me ndarjen e detyruar të bërthamës së uraniumit, kjo energji është 10 herë më e madhe, por ka një paralajmërim - me truket më të mëdha, një ngarkesë uraniumi me një fuqi qoftë edhe 1 megaton është e pamundur. Edhe për një bombë plutonium më të avancuar, prodhimi i energjisë i arritshëm nuk është më shumë se 7-8 kiloton për kilogram plutonium (me një maksimum teorik prej 18 kilotonësh). Dhe mos harroni se një bërthamë e uraniumit është pothuajse 60 herë më e rëndë se dy bërthama deuterium. Nëse marrim parasysh rendimentin specifik të energjisë, atëherë shkrirja termonukleare është dukshëm përpara.

Dhe një gjë tjetër - për një ngarkesë termonukleare nuk ka kufizime në masën kritike. Ai thjesht nuk e ka atë. Sidoqoftë, ka kufizime të tjera, por më shumë rreth tyre më poshtë.

Në parim, fillimi i një reaksioni termonuklear si burim i neutroneve është mjaft i thjeshtë. Është shumë më e vështirë ta lëshosh atë si burim energjie. Këtu përballemi me të ashtuquajturin kriter Lawson, i cili përcakton përfitimin energjetik të një reaksioni termonuklear. Nëse produkti i densitetit të bërthamave që reagojnë dhe koha e mbajtjes së tyre në distancën e shkrirjes është më i madh se 1014 sek/cm3, energjia e siguruar nga shkrirja do të tejkalojë energjinë e futur në sistem.

Të gjitha programet termonukleare iu dedikuan arritjes së këtij kriteri.

Dizajni i parë i bombës termonukleare që i ndodhi Edward Teller ishte diçka e ngjashme me një përpjekje për të krijuar një bombë plutonium duke përdorur një dizajn top. Kjo do të thotë, gjithçka duket të jetë e saktë, por nuk funksionon. Pajisja e "super klasike" - deuterium i lëngshëm në të cilin është zhytur një bombë plutoniumi - ishte me të vërtetë klasike, por larg nga super.

Ideja e shpërthimit të një ngarkese bërthamore në deuterium të lëngshëm doli të ishte një rrugë pa krye që në fillim. Në kushte të tilla, një prodhim pak a shumë i energjisë së shkrirjes termonukleare mund të arrihet duke shpërthyer një ngarkesë bërthamore me një fuqi prej 500 kt. Dhe nuk kishte nevojë të flitej fare për arritjen e kriterit të Lawson.

Ideja e rrethimit të një ngarkese të shkasit bërthamor me shtresa të karburantit termonuklear të ndërthurur me uranium-238 si një izolues nxehtësie dhe përforcues shpërthimi i ndodhi gjithashtu Teller. Dhe jo vetëm ai. Bombat e para termonukleare sovjetike u ndërtuan pikërisht sipas këtij dizajni. Parimi ishte mjaft i thjeshtë: një ngarkesë bërthamore ngroh karburantin termonuklear në temperaturën në të cilën fillon shkrirja dhe neutronet e shpejta të krijuara gjatë shkrirjes shpërthejnë shtresat e uraniumit-238. Sidoqoftë, kufizimi mbeti i njëjtë - në temperaturën që mund të siguronte një shkas bërthamor, vetëm një përzierje e deuteriumit të lirë dhe tritiumit tepër të shtrenjtë mund të hynte në reaksionin e shkrirjes.

Teller më vonë doli me idenë e përdorimit të përbërjes litium-6 deuteride. Kjo zgjidhje bëri të mundur braktisjen e kontejnerëve kriogjenë të shtrenjtë dhe të papërshtatshëm me deuterium të lëngshëm. Për më tepër, si rezultat i rrezatimit me neutrone, litium-6 u shndërrua në helium dhe tritium, të cilat hynë në një reaksion shkrirjeje me deuterium.

Disavantazhi i kësaj skeme ishte fuqia e kufizuar - vetëm një pjesë e kufizuar e karburantit termonuklear që rrethonte këmbëzën kishte kohë për të hyrë në reaksionin e shkrirjes. Pjesa tjetër, sado që kishte, zbriste në kanal. Fuqia maksimale e karikimit e marrë kur përdorni "puff" ishte 720 kt (bomba britanike Orange Herald). Me sa duket, ky ishte "tavani".

Ne kemi folur tashmë për historinë e zhvillimit të skemës Teller-Ulam. Tani le të kuptojmë detajet teknike të këtij qarku, i cili quhet edhe "qarku me dy faza" ose "qarku i kompresimit të rrezatimit".

Detyra jonë është të ngrohim karburantin termonuklear dhe ta mbajmë atë në një vëllim të caktuar në mënyrë që të përmbushim kriterin Lawson. Duke lënë mënjanë ushtrimet amerikane me skema kriogjenike, le të marrim deuteridin litium-6, tashmë të njohur për ne, si lëndë djegëse termonukleare.

Ne do të zgjedhim uranium-238 si material kontejner për ngarkesën termonukleare. Enë është në formë cilindrike. Përgjatë boshtit të enës, brenda saj do të vendosim një shufër cilindrike prej uranium-235, e cila ka një masë nënkritike.

Shënim: bomba neutronike, e cila ishte e bujshme në kohën e saj, është e njëjta skemë Teller-Ulam, por pa një shufër uraniumi përgjatë boshtit të kontejnerit. Çështja është të sigurohet një rrjedhë e fuqishme neutronesh të shpejta, por të parandalohet djegia e të gjithë karburantit termonuklear, i cili do të konsumojë neutronet.

Hapësirën e mbetur të lirë të enës do ta mbushim me deuterid litium-6. Le të vendosim një enë në njërën skaj të trupit të bombës së ardhshme (kjo do të jetë faza e dytë), dhe në skajin tjetër do të montojmë një ngarkesë të zakonshme plutoniumi me një fuqi prej disa kilotonesh (faza e parë). Midis ngarkesave bërthamore dhe termobërthamore ne do të instalojmë një ndarje të bërë nga uranium-238, e cila do të parandalojë ngrohjen e parakohshme të deuteridit të litium-6. Le të mbushim hapësirën e mbetur të lirë brenda trupit të bombës me polimer të ngurtë. Në parim, bomba termonukleare është gati.

Kur një ngarkesë bërthamore shpërthehet, 80% e energjisë lëshohet në formën e rrezeve X. Shpejtësia e përhapjes së tij është shumë më e lartë se shpejtësia e përhapjes së fragmenteve të ndarjes së plutoniumit. Pas të qindtave të mikrosekondës, ekrani i uraniumit avullon dhe rrezatimi me rreze X fillon të absorbohet intensivisht nga uraniumi i kontejnerit të ngarkesës termonukleare. Si rezultat i të ashtuquajturit ablation (heqja e masës nga sipërfaqja e një ene të nxehtë), lind një forcë reaktive që e ngjesh enën 10 herë. Ky efekt quhet implosion rrezatimi ose kompresim i rrezatimit. Në këtë rast, dendësia e karburantit termonuklear rritet 1000 herë. Si rezultat i presionit kolosal të shpërthimit të rrezatimit, shufra qendrore e uraniumit-235 është gjithashtu e ngjeshur, megjithëse në një masë më të vogël, dhe shkon në një gjendje superkritike. Në këtë kohë, njësia termonukleare bombardohet nga neutrone të shpejta nga një shpërthim bërthamor. Pasi kalojnë nëpër deuterid litium-6, ato ngadalësohen dhe absorbohen intensivisht nga shufra e uraniumit.

Një reaksion zinxhir i ndarjes fillon në shufër, duke çuar shpejt në një shpërthim bërthamor brenda kontejnerit. Meqenëse deuteridi i litium-6 i nënshtrohet kompresimit ablativ nga jashtë dhe presionit të një shpërthimi bërthamor nga brenda, dendësia dhe temperatura e tij rriten edhe më shumë. Ky moment është fillimi i reaksionit të sintezës. Mirëmbajtja e tij e mëtejshme përcaktohet nga sa kohë kontejneri do të mbajë proceset termonukleare brenda vetes, duke parandaluar që energjia termike të dalë jashtë. Kjo është pikërisht ajo që përcakton arritjen e kriterit Lawson. Karburanti termonuklear digjet nga boshti i cilindrit në skajin e tij. Temperatura e pjesës së përparme të djegies arrin 300 milion Kelvin. Zhvillimi i plotë i shpërthimit derisa karburanti termonuklear të digjet dhe kontejneri të shkatërrohet kërkon disa qindra nanosekonda - njëzet milionë herë më shpejt se sa ju desh për të lexuar këtë frazë.

Funksionimi i besueshëm i qarkut me dy faza varet nga montimi i saktë i kontejnerit dhe parandalimi i ngrohjes së parakohshme.

Fuqia e ngarkesës termonukleare për qarkun Teller-Ulam varet nga fuqia e këmbëzës bërthamore, e cila siguron kompresim efektiv nga rrezatimi. Sidoqoftë, tani ekzistojnë qarqe me shumë faza në të cilat energjia e fazës së mëparshme përdoret për të kompresuar atë tjetër. Një shembull i një skeme me tre faza është "Nëna Kuzkina" e përmendur tashmë 100 megaton.

Më interesantja:

Pse po vriten diplomatët rusë Churkin?

Vazhdim - Kolonel Cassad – LiveJournal

Shefi i FSO po përgatitet për një pushim të merituar.Nuk ka kurs për përtëritje