uránová bomba
Princíp fungovania
Jadrové zbrane sú založené na nekontrolovanej reťazovej reakcii jadrového štiepenia. Existujú dve hlavné schémy: "kanón", inak nazývaný balistický, a implozívny.
« delo" schéma je typická pre najprimitívnejšie modely jadrových zbraní 1. generácie, ako aj delostrelectvo a ručné zbrane jadrové zbrane s obmedzeniami na kalibre zbraní. Jeho podstata spočíva v „vystrelení“ dvoch blokov štiepneho materiálu podkritickej hmotnosti smerom k sebe. Tento spôsob detonácie je možný len v uránovej munícii, keďže plutónium má vyššie neutrónové pozadie, čo vedie k zvýšeniu požadovanej rýchlosti spájania častí nálože, presahujúcej technicky dosiahnuteľné.
"Implosive" schéma predpokladá získanie superkritického stavu stlačením štiepneho materiálu s fokusáciou rázová vlna, vytvorené výbuchom konvenčných chemických výbušnín, ktoré majú veľmi zložitý tvar na zaostrenie a detonácia sa vykonáva súčasne na niekoľkých miestach s presnou presnosťou.
Sila jadrového náboja fungujúci výlučne na princípoch štiepenia ťažkých prvkov, obmedzených na stovky kiloton . Je možné, ale mimoriadne ťažké, vytvoriť silnejšiu nálož založenú len na jadrovom štiepení. Najvýkonnejšia munícia na svete, založená len na jadrovom štiepení, bola testovaná v USA 15. novembra 1952, výťažnosť výbuchu bola 500 kt.
Na to, aby sa reakcia dokázala uživiť, je potrebné vhodné „palivo“, ktoré sa v prvých etapách využívalo ako izotop uránu.
Urán sa v prírode vyskytuje vo forme dvoch izotopov – urán-235 a urán-238. Keď urán-235 absorbuje neutrón počas procesu rozpadu, uvoľní sa jeden až tri neutróny:
Na druhej strane urán-238 neuvoľňuje nové neutróny, keď absorbuje neutróny strednej energie, čím bráni jadrovej reakcii. Premení sa na urán-239, potom na neptúnium-239 a nakoniec na relatívne stabilné plutónium-239.
Na zabezpečenie výkonu atómová bomba obsah uránu-235 v jadrovom palive musí byť aspoň 80 %, inak urán-238 rýchlo uhasí jadrovú reťazovú reakciu. Takmer všetok prírodný urán (asi 99,3 %) pozostáva z uránu-238. Preto sa pri výrobe jadrového paliva využíva zložitý a viacstupňový proces obohacovania uránu, v dôsledku čoho sa zvyšuje podiel uránu-235.
Bomba na báze uránu sa stala prvou jadrovou zbraňou, ktorú človek použil v bojových podmienkach (bomba „Kid“ zhodená na Hirošimu). Kvôli množstvu nedostatkov (ťažkosti so získavaním, vývojom a doručovaním) nie sú v súčasnosti bežné a umožňujú použitie pokročilejších bômb založených na iných rádioaktívnych prvkoch s nižšou kritickou hmotnosťou.
Prvá jadrová zbraň odpálená na testovacie účely bola jadrové zariadenie"Gadget", "Vec" (angl. gadget- zariadenie, trinket) - prototyp plutóniovej bomby Fat Man zhodenej na Nagasaki. Testy sa uskutočnili na testovacom mieste neďaleko mesta Alamogordo v Novom Mexiku.
Štrukturálne sa táto bomba skladala z niekoľkých gúľ vnorených do seba:
- Pulzný neutrónový iniciátor (INI, "ježko", "ježko" (angl. ježko)) - guľa s priemerom asi 2 cm vyrobená z berýlia, pokrytá tenkou vrstvou zliatiny ytria-polónia alebo kovového polónia-210 - primárny zdroj neutrónov pre prudký pokles kritickej hmotnosti a zrýchlenie nástup reakcie. Vystrelí v momente prechodu bojového jadra do superkritického stavu (pri kompresii dochádza k zmesi polónia a berýlia s uvoľnením veľkého množstva neutrónov). V súčasnosti bolo krátkodobé polónium-210 nahradené dlhodobým plutóniom-238, ktoré je po zmiešaní s berýliom tiež schopné silného neutrónového pulzu.
- Plutónium. Je žiaduci najčistejší izotop plutónia-239, aj keď na zvýšenie stability fyzikálne vlastnosti(hustota) a zlepšujú stlačiteľnosť náboja plutónium je dopované malým množstvom gália.
- shell (anglicky) tamper), ktorý slúži ako reflektor neutrónov (od uránu).
- stláčacie puzdro posunovač) z hliníka. Poskytuje väčšiu rovnomernosť stlačenia rázovou vlnou a zároveň chráni vnútorné časti nálože pred priamym kontaktom s výbušninami a horúcimi produktmi jej rozkladu.
- Synchronizovaná je výbušnina so zložitým detonačným systémom, ktorý zabezpečuje detonáciu celej výbušniny. Synchronicita je nevyhnutná na vytvorenie striktne sférickej kompresnej (nasmerovanej dovnútra lopty) rázovej vlny. Nesférická vlna vedie k vymršteniu materiálu loptičky v dôsledku nehomogenity a nemožnosti vytvorenia kritickej hmoty. Vytvorenie takéhoto systému na lokalizáciu výbušnín a detonácie bolo svojho času jednou z najťažších úloh. Z "rýchlych" a "pomalých" výbušnín - boratol a TATV sa používa kombinovaná schéma (systém šošoviek).
- Telo je vyrobené z duralových lisovaných prvkov - dvoch guľových krytov a pásu spojeného skrutkami.
Bojový železničný raketový systém BZHRK 15P961 "Molodets" s medzikontinentálnymi jadrová strela
Raketa RT-23 UTTH a raketový systém všeobecne vyvinuté v<КБ>Juh v Dnepropetrovsku, generálny dizajnér akademik V.F. Utkin. Vlak a odpaľovacie zariadenie boli vyvinuté v KBSM, Leningrad, hlavný dizajnér Akademik A.F. Utkin. V rokoch 1987-1991 Vybudovaných 12 komplexov .
Zloženie BZHRK zahŕňa:
1. Minimálne tri spúšťacie moduly
2. Veliteľský modul pozostávajúci zo 7 áut
3. Cisternové auto so zásobami pohonných hmôt a mazív
4. Tri lokomotívy DM62
Minimálny štartovací modul obsahuje tri autá:
1. Riadiaca miestnosť odpaľovacieho zariadenia 2.
2. Spúšťač
3. 3. Napájacia jednotka
Launcher Vozidlo bolo vyrobené v závode Kalinin v roku 1986.
Hlavica rakety MIRV s desiatimi hlavicami s kapacitou 0,43 Mt a sadou prostriedkov na prekonanie protiraketovej obrany.
V roku 1963, keď len štyri štáty mali jadrové arzenály, vláda Spojených štátov amerických predpovedala, že v nadchádzajúcom desaťročí bude 15 až 25 štátov s jadrovými zbraňami; iní predpovedali, že toto číslo môže dokonca vzrásť na 50. V roku 2004 je známych iba osem štátov s jadrovými arzenálami. Silný režim nešírenia jadrových zbraní – stelesnený MAAE a Zmluvou – pomohol dramaticky spomaliť predpokladanú rýchlosť šírenia.
Zo správy OSN, 2005
K téme dňa. Stručne a jednoducho jadrové zbrane
*****
****
POZOR!
UPOZORNENIE pre ženy a maloletých oboch pohlaví: všetko nasledujúce je napísané s vulgárnym humorom a zvláštnym cynizmom!
******
******
Obsah:
Časť 2. Technické. Popis zariadenia typických NED (jadrových výbušných zariadení)
Časť 3. K otázke bojaschopnosti jadrových zbraní
********
********
Časť 1. Úvod do podstaty veci
Atómová bomba pozostáva z niekoľkých podkritických hmôt jadrovej výbušniny (urán-235 alebo plutónium-239). Pri riadenom výbuchu sú všetky podkritické hmoty spojené dohromady. Takto vzniká atómový náboj nadkritickej hmotnosti – dochádza k atómovej explózii. Pozná to takmer každý. Zvážte zariadenie termonukleárnych (vodíkových) bômb. Takáto munícia je založená na tvorbe (syntéze) jadier atómov hélia z jadier izotopov vodíka a lítia. Spočiatku sa pokúšali použiť izotopy vodíka: deutérium a trícium ako počiatočné produkty v termonukleárnych reakciách. Preto sa takéto bomby nazývali vodíkové bomby a svoje meno si zachovali až donedávna. Prítomnosť zariadenia na skvapalňovanie deutéria a trícia v tele bomby spôsobila, že konštrukcia takejto bomby bola mimoriadne ťažká. Bolo uvedené, že jeho hmotnosť dosiahla 62 ton s hmotnosťou účinnej látky 14 kg. Je úplne jasné, že použitie bômb s takou hmotnosťou ako bojová termonukleárna munícia je mimoriadne náročné. Preto sa lítium-6 deuterid používa ako zariadenie pre termonukleárne bomby (hlavice) moderných typov. Hmotnosť takejto vodíkovej munície umožní jej dodanie na cieľ pomocou balistických rakiet a bombardovacích lietadiel. Charakteristickým znakom termonukleárnej munície všetkých kalibrov je prítomnosť atómového náboja v nich, ktorého výbuch by mal vytvoriť vysokú teplotu potrebnú na priebeh termonukleárnej reakcie. Prípad termonukleárnej munície má výrazne silnejší plášť ako atómová munícia. Táto okolnosť je aj dôvodom nárastu hmotnosti termonukleárnych bômb (streliva). Aby som to zhrnul: v jadre vodíková bomba leží atómová nálož, svojou explóziou umožňuje spustenie termonukleárnej reakcie, prebieha termonukleárna reakcia s použitím lítia-6 ako termonukleárneho paliva, oveľa odolnejšie teleso umožňuje zvýšiť faktor bojového využitia termonukleárnej nálože. Hmotnosť puzdra termonukleárna bomba je „mŕtva“ hmotnosť z hľadiska dodania bomby do cieľa raketami alebo lietadlami. Náklady na prepravu každého kilogramu hmotnosti sú značné, najmä ak je dodávka uskutočnená balistickými raketami alebo lietadlami s dlhým doletom.
Vlastnosti zariadenia moderných termonukleárnych hlavíc. Takáto munícia sa nazýva vodík-uránová, uránová alebo trojfázová. V takejto munícii najskôr vybuchne atómový náboj-detonátor (prvou fázou je štiepna reakcia uránu alebo plutónia). Potom sa vplyvom vysokých teplôt spustí termonukleárna reakcia s uvoľnením veľkého množstva neutrónov (fúzna reakcia – druhá fáza). Pôsobením neutrónov sa rozštiepia jadrá prírodného uránu-238, z ktorých sa vytvorí obal (puzdro) náboja (štiepna reakcia - tretia fáza). V tomto prípade môže byť výkon náboja výrazne zvýšený v porovnaní s bežnou termonukleárnou muníciou, ktorá nemá uránový plášť. Treba tiež poznamenať, že nárast výkonu je spôsobený relatívne lacnou látkou, ktorou je prírodný urán, ktorý pozostáva z 99% z uránu-238. Je iracionálne vyrábať takýto obal pre jadrové zbrane, energia neutrónov pri klasickom jadrovom výbuchu je nedostatočná na štiepenie jadier uránu-238. V otvorenej literatúre sa uvádza, že pri výrobe nálože tohto dizajnu s priemerom 1 meter a hrúbkou uránového plášťa asi 5 centimetrov je hmotnosť uránu-238 asi 3000 kilogramov. Predpokladá sa, že ak pri výbuchu zreaguje približne 15 % uránu-238, t.j. asi 500 kg, ekvivalent TNT výbuchu by bol asi 10 megaton. Urán-238 je veľmi ťažký, tvrdý a žiaruvzdorný kov. Hlavice s plášťom prírodného uránu by mohli vstúpiť do atmosféry planéty rýchlosťou asi 24-tisíc kilometrov za hodinu a z trenia v hustom vzduchu sa zmeniť na ohnivú guľu. Uránová škrupina umožnila hlavici, aby pri tom nezhorela. Dodatočne možno konštatovať, že zničenie hlavice s uránovým plášťom 238 konvenčnými a dokonca výkonnými laserovými zbraňami budúcnosti je veľmi, veľmi problematické.
*******
*******
Časť 2. Technické
V skutočnosti existujú dva typy atómových bômb. Klasické, využívajúce reťazovú reakciu rozpadu atómov. A silnejší vodík (termonukleárny). Použitie nekontrolovanej termonukleárnej fúzie spôsobuje, že vodíková bomba súvisí s procesmi, ktoré sa vyskytujú vo vnútri hviezd.
****
Zoberme si klasickú atómovú bombu.
Najprv musíte mať urán "zbraňovej kvality". Obohacovanie uránu je proces oddeľovania izotopov uránu s atómovými hmotnosťami 238 a 235. Pre použitie v zbraniach a jadrových reaktoroch je vhodný len urán-235, tvorí menej ako 1 % z celkového množstva uránu v zemskej kôre.
Urán reaguje veľmi aktívne životné prostredie. Preto existuje len vo forme rôznych oxidov uránu. Na uskutočnenie separačného procesu sa urán dostane do kontaktu so silnou kyselinou (zvyčajne fluorovodíkovou), čím sa zmení na plynnú formu.
Potom sa výsledný plyn umiestni do rotujúceho bubna (centrifúgy) a roztočí sa na otáčky, ktoré spôsobia preťaženie až niekoľko tisíc G. Zároveň sa odstredivka otáča frekvenciou až 2 tisíc otáčok za sekundu. a to kladie špeciálne požiadavky na dizajn na presnosť, ľahkosť a vyváženosť. Urán-235 je ľahší ako urán-238 (18,9 vs. 19,3 g/cm3), ľahšie sa pohybuje pod odstredivými silami k okrajom centrifúgy, čo spôsobuje zvýšenú koncentráciu požadovaného izotopu na okraji centrifúgy.
Hexafluorid uránu so zvýšenou koncentráciou izotopu s atómovou hmotnosťou 235 sa vyberie z centrifúgy a opäť sa do nej privedie. V závode na obohacovanie uránu sa zvyčajne udržiava až niekoľko tisíc týchto odstrediviek, aby sa získal akýkoľvek prijateľný stupeň čistenia a množstvo výstupného materiálu. Typicky je požadovaná koncentrácia iba 5 %. Po dokončení procesu sa urán vráti do kovového stavu reakciou oxidu s vápnikom, čím sa získa čistý kov a fluorid vápenatý. Teraz sa môže použiť v jadrových elektrárňach a výrobe zbraní.
Ako materiál pre atómová bomba používa sa aj plutónium. Plutónium zbraňovej kvality je menej náročné na koncentráciu štiepneho materiálu, má niekoľkonásobne nižšiu kritickú hmotnosť a je oveľa jednoduchšie oddeliť ho od vyhoreného paliva ako izolovať 235U z rudy alebo rádioaktívneho odpadu. Typický reaktor jadrovej elektrárne produkuje stovky kilogramov plutónia ročne. Množstvo plutónia potrebné pre bombu je obsiahnuté iba v dvoch kazetách s vyhoreným palivom (stanú sa takými asi rok po naložení do reaktora). Plutónium získané z reaktora je zmesou extrémne ťažko separovateľných izotopov s atómovými číslami od 238 do 241, z ktorých niektoré sú nestabilné a časom sa rozpadajú, pričom sa uvoľňuje žiarenie (vrátane tepla) a produkty rozpadu (vrátane plynov), ktoré kazia produkt. a urobiť ho nepoužiteľným. Odliatky čistého plutónia praskajú. Kovové plutónium sa po krátkom skladovaní na vzduchu stáva krehkým a toxickým, ľahko sa vznieti, čo sťažuje opracovanie. Na zníženie týchto účinkov sa plutónium leguje (napríklad gálium) a výrobky z neho sú potiahnuté vrstvou netoxického kovu. Predpokladá sa, že plutóniová bomba je štrukturálne zložitejšia ako uránová bomba a vyžaduje oveľa väčšiu presnosť pri výrobe.
Základný princíp fungovania atómovej bomby je jednoduchý, stačí skombinovať dva (alebo viac) kusov „zbraňového“ uránu, ktorého hmotnosti (veľkosti) sú samostatne podkritické (nie sú schopné spustiť reťazovú reakciu). ), ale spolu tvoria nadkritickú masu (príčina nukleárny výbuch). Aby došlo k jadrovému výbuchu, musíte oba tieto kusy veľmi rýchlo spojiť. Na rýchlu konvergenciu kúskov štiepneho materiálu s podkritickými hmotnosťami môžete použiť konvenčnú výbušninu. Ďalší spôsob rýchleho zjednotenia podkritických hmôt je spojený s tým, že sú umiestnené v tesnej blízkosti seba, oddelené len tenkou vrstvou látky, ktorá silne pohlcuje neutróny. Jadrový výbuch takejto bomby sa uskutočňuje (pomocou diaľkového ovládania) prudkým odstránením absorbéra alebo zavedením zdroja ďalších neutrónov tak, aby sa činnosť absorbéra stala neúčinnou.
Kritická hmotnosť - minimálna hmotnosť štiepneho materiálu, pri ktorej v ňom môže prebehnúť samoudržiavacia reakcia jadrového štiepenia. Ak je hmotnosť hmoty pod kritickou hmotnosťou, stratí sa príliš veľa neutrónov potrebných na štiepnu reakciu a reťazová reakcia neprebehne. S hmotnosťou väčšou ako je kritická môže byť reťazová reakcia urýchlená ako lavína, čo vedie k jadrovému výbuchu.
Kritická hmotnosť závisí od veľkosti a tvaru štiepnej vzorky, pretože určujú únik neutrónov zo vzorky cez jej povrch. Guľová vzorka má minimálnu kritickú hmotnosť, pretože jej povrch je najmenší. Kritická hmotnosť čistého kovového guľového plutónia-239 je 11 kg (priemer takejto gule je 10 cm), uránu-235 je 50 kg (priemer gule je 17 cm). Kritická hmotnosť závisí aj od chemické zloženie vzorka. Neutrónové reflektory a moderátory obklopujúce štiepny materiál môžu výrazne znížiť kritickú hmotnosť.
******
Technológia jadrových zbraní.
Urán a plutónium, používané v moderných atómových nábojoch, majú vysokú čistotu – viac ako 90 % v ľahko štiepiteľných izotopoch. S poklesom koncentrácie sa zvyšuje kritická hmotnosť a tým aj množstvo materiálu potrebného na výbuch (táto závislosť je obzvlášť výrazná pre 235U). S poklesom koncentrácie je konštrukčne ťažšie udržať štiepny materiál potrebný čas v malom objeme tak, aby jadrová reakcia stihla prejsť skôr, než uvoľnená energia rozbije celé zariadenie v rôznych smeroch. Na druhej strane vysoká koncentrácia nie je vôbec potrebná, ak nie je potrebná vysoká účinnosť zariadenia.
V praxi atómové bomby využívajú neutrónový reflektor (napríklad z berýlia alebo uránu-238), ktorý umožňuje niekoľkonásobne znížiť kritickú hmotnosť a dosiahnuť výbuch (okamžitú kritickosť) pri relatívne nízkej koncentrácii štiepneho materiálu. Napríklad na dosiahnutie kritickej hmotnosti bez reflektora potrebujete 50 kg kovového uránu-235 (v skutočnosti sa používa oxid uraničitý, ktorý potrebuje ešte jeden a pol krát viac), ale ak použijete reflektor Be, potom kritická hmotnosť je znížená na 15 kg (toto sú približné čísla, takže koľko závisí od konštrukcie bomby). Približne to isté platí pre plutónium a 233U pre zbrane. Spravidla je vo vnútri zariadenia umiestnený iný zdroj neutrónov (napríklad polónium), aby spoľahlivo vyvolal jadrovú reťazovú reakciu.
Pre atómovú bombu sa vyššie uvedené dve schémy považujú za klasické. Napriek tomu, na rozdiel od populárneho názoru v populárnej literatúre, na dosiahnutie kritických parametrov sa dve alebo viac podkritických hmôt najčastejšie nespájajú, ale dutá guľa ľahko štiepiteľných izotopov je stlačená výbuchom, čím sa dosiahne určitá hustota jadra. výbušniny. V bombe, ktorú v 70. rokoch vyvinuli juhoafrickí špecialisti, mala stlačiť pevnú guľu porézneho kovového uránu, do pórov ktorej sa pumpovalo deutérium a trícium. Čím silnejšia je kompresia, tým väčšia je hustota a tým menej štiepneho materiálu je potrebný na jadrový výbuch.
Na vytvorenie efektu implózie – tzv. "výbuch vo vnútri" - zariadenie je buď obklopené ďalšou hrubostennou guľou, alebo blokmi, zo špeciálnej výbušniny (obsahujúcej hexogén). Každý blok je dizajnovo podobný tvarovej náplni používanej v granátometoch, len v dôsledku výbuchu nevznikne úzky prúd, ale naopak široký smerujúci do stredu gule. Každý blok má vysoko presný rýchly elektrický rozbuška (krytron). Výbušná explózia musí poskytnúť rovnomernú rázovú vlnu smerujúcu do stredu, a to je jedna z hlavných ťažkostí pri navrhovaní bomby. V reálnych zariadeniach sa používa ešte niekoľko vrstiev výbušnín a reflektor, ktoré umožňujú vytvárať implozívnu rázovú vlnu a zabraňujú predčasnej expanzii štiepnych materiálov. Po detonácii výbušných blokov sa reflektorová vrstva umiestnená pod ňou ponáhľa do stredu a tlačí jadrovú výbušninu pred sebou. Jeho hustota sa niekoľkonásobne zvýši a dosiahne sa okamžitá kritickosť (k čomu napomáha neutrónový zdroj umiestnený v strede). Prvé skutočne vybuchnuté jadrové zariadenie (16. júla 1945 v Alamogordo) bolo vyrobené presne podľa tejto schémy.
Schéma kanónu je konštrukčne jednoduchšia a bola implementovaná v prvej atómovej (uránovej) bombe zhodenej na Hirošimu. V dutom kanáli (v hirošimskej bombe to bol kus hlavne kanóna) sa kompaktný projektil z uránu obohatený o ľahko štiepiteľný izotop zrýchli na rýchlosť asi 2 km/sa spojí sa s ďalším kusom toho istého uránu. Celková hmotnosť ľahko štiepiteľných izotopov vysoko presahuje kritickú hmotnosť. Reakcia začína už vtedy, keď sa kúsky priblížia, takže musíte mať čas ich pospájať skôr, ako uvoľnená energia zničí štruktúru. Aj pri uvedenej rýchlosti pripojenia je jadrová reakcia veľmi neefektívna. Na bombu v Hirošime bolo použitých 64 kg uránu, ktorý obsahoval asi 90 % izotopu 235U, z ktorého sa podarilo zreagovať menej ako 1 %. Podľa niektorých správ nie je možné plutónium vôbec použiť v kanónovej schéme, alebo musí byť urýchlené v kanáli na oveľa vyššie rýchlosti. Je to preto, že plutónium-239 dosiahne kritickosť oveľa ľahšie a začne sa štiepiť, keď sú kusy relatívne ďaleko od seba, čo spôsobí kolaps zariadenia skôr, ako sú splnené podmienky pre jadrový výbuch. Schéma kanóna sa používa tam, kde z dôvodu obmedzených rozmerov nie je možné použiť implozívnu schému (napríklad v granátoch a mínometných mínach operačno-taktických jadrových zbraní).
Teóriu implózie vyvinuli začiatkom 40. rokov nemeckí inžinieri Gottfried Guderley a Kurt Diebner v Nemecku a nezávisle Klaus Fuchs v USA. Mnohé z jeho aspektov, najmä tie, ktoré súvisia s nestabilitou procesu, stále zostávajú jedným z kľúčových atómových tajomstiev. Rovnako ako v príbuznej oblasti - aerodynamika - proces vytvárania efektívnej schémy implózie vyžaduje veľké množstvo testov v plnom rozsahu.
Krátke zhrnutie. Pre bombu vyrobenú podľa schémy kanónu je potrebné veľké množstvo vysoko čistého uránu-235. Pre implozívnu bombu možno použiť nie veľmi čistý urán-235 (teoreticky to môže byť len 20% alebo aj 14%), ale výbuch si potom vyžaduje vysoký stupeň kompresie, ktorý je mimoriadne ťažké dosiahnuť. Plutónium vyzerá o niečo lepšie (vyžaduje aj implóziu), ale na jeho získanie je potrebný jadrový reaktor (alebo aspoň kazety s vyhoreným palivom).
******
H-bomba.
Ide o jadrovú zbraň veľkej ničivej sily (rádovo megaton v ekvivalente TNT), ktorej princíp fungovania je založený na reakcii termonukleárnej fúzie ľahkých jadier. Zdrojom energie výbuchu sú procesy podobné tým, ktoré sa vyskytujú na Slnku a iných hviezdach.
termonukleárne reakcie. Vnútro Slnka obsahuje gigantické množstvo vodíka, ktorý je v stave supervysokej kompresie pri teplote cca. 15 000 000 K. Pri takej vysokej teplote a hustote plazmy dochádza v jadrách vodíka k neustálym vzájomným zrážkam, z ktorých niektoré končia ich splynutím a v konečnom dôsledku vznikom ťažších jadier hélia. Takéto reakcie, nazývané termonukleárna fúzia, sú sprevádzané uvoľnením obrovského množstva energie. Podľa fyzikálnych zákonov je uvoľňovanie energie počas termonukleárnej fúzie spôsobené skutočnosťou, že keď sa vytvorí ťažšie jadro, časť hmoty ľahkých jadier zahrnutých v jeho zložení sa premení na obrovské množstvo energie. Preto Slnko, ktoré má gigantickú hmotnosť, stráca cca. 100 miliárd ton hmoty a uvoľňuje energiu, vďaka čomu bol možný život na Zemi.
Izotopy vodíka. Atóm vodíka je najjednoduchší zo všetkých existujúcich atómov. Skladá sa z jedného protónu, ktorý je jeho jadrom, okolo ktorého obieha jediný elektrón. Starostlivé štúdie vody (H2O) ukázali, že obsahuje zanedbateľné množstvo „ťažkej“ vody obsahujúcej „ ťažký izotop» vodík - deutérium (2H). Jadro deutéria pozostáva z protónu a neutrónu, neutrálnej častice s hmotnosťou blízkou hmotnosti protónu.
Existuje tretí izotop vodíka, trícium, ktorý vo svojom jadre obsahuje jeden protón a dva neutróny. Trícium je nestabilné a podlieha spontánnemu rádioaktívnemu rozpadu, pričom sa mení na izotop hélia. Stopy trícia sa našli v zemskej atmosfére, kde vzniká v dôsledku interakcie kozmického žiarenia s molekulami plynu, ktoré tvoria vzduch. Trícium sa získava aj umelo v jadrovom reaktore ožiarením izotopu lítia-6 tokom neutrónov.
Predbežná teoretická analýza ukázala, že termonukleárna fúzia sa najľahšie uskutočňuje v zmesi deutéria a trícia. Na základe toho začali americkí vedci začiatkom 50. rokov realizovať projekt na vytvorenie vodíkovej bomby (HB). Prvé testy modelového jadrového zariadenia sa uskutočnili na testovacom mieste Eniwetok na jar 1951; ale potom bola termonukleárna fúzia len čiastočná. Významný úspech bol dosiahnutý 1. novembra 1951 pri testovaní masívneho jadrového zariadenia, ktorého výbuchová sila bola 4-8 Mt v ekvivalente TNT.
Prvá vodíková letecká bomba bola odpálená v ZSSR 12. augusta 1953 a 1. marca 1954 Američania odpálili silnejšiu (asi 15 Mt) leteckú bombu na atole Bikini. Odvtedy obe veľmoci detonujú pokročilé termonukleárne zbrane.
Výbuch je sprevádzaný uvoľnením veľkého množstva rádioaktívnych látok. Ale keďže termonukleárna fúzia produkuje stabilné hélium, rádioaktivita pri výbuchu čisto vodíkovej bomby by nemala byť väčšia ako rádioaktivita atómového detonátora termonukleárnej reakcie. Často predpovedaný a skutočný rádioaktívny spad sa však výrazne líšil v množstve a zložení.
Postupnosť procesov vyskytujúcich sa počas výbuchu vodíkovej bomby možno znázorniť nasledovne. Najprv exploduje náboj-iniciátor termonukleárnej reakcie (atómová bomba s nízkym výkonom) umiestnený vo vnútri plášťa HB, v dôsledku čoho dôjde k neutrónovému záblesku a vytvorí sa vysoká teplota, ktorá je potrebná na spustenie termonukleárnej fúzie. Neutróny bombardujú vložku vyrobenú z deuteridu lítneho, zlúčeniny deutéria s lítiom (používa sa izotop lítia s hmotnostným číslom 6). Lítium-6 je štiepené neutrónmi na hélium a trícium. Atómová poistka teda vytvára materiály potrebné na syntézu priamo v samotnej bombe.
Potom začne termonukleárna reakcia v zmesi deutéria a trícia, teplota vo vnútri bomby rýchlo stúpa, čím sa do fúzie zapája stále viac vodíka. Pri ďalšom zvyšovaní teploty by mohla začať reakcia medzi jadrami deutéria, ktorá je charakteristická pre čisto vodíkovú bombu. Všetky reakcie prebiehajú tak rýchlo, že sú vnímané ako okamžité.
Delenie, syntéza, delenie (superbomba). V skutočnosti, v termonukleárnej bombe, sled procesov opísaných vyššie končí v štádiu reakcie deutéria s tríciom. Ďalej dizajnéri radšej nepoužívali syntézu jadier, ale ich štiepenie. Fúzia jadier deutéria a trícia produkuje hélium a rýchle neutróny, ktorých energia je dostatočne veľká na to, aby spôsobila štiepenie jadier uránu-238 (hlavný izotop uránu, oveľa lacnejší ako urán-235 používaný v konvenčných atómových bombách). Rýchle neutróny rozdeľujú atómy uránového obalu superbomby. Štiepením jednej tony uránu vznikne energia ekvivalentná 18 Mt. Energia ide nielen do výbuchu a uvoľnenia tepla. Každé jadro uránu je rozdelené na dva vysoko rádioaktívne „fragmenty“. Produkty štiepenia obsahujú 36 rôznych chemických prvkov a takmer 200 rádioaktívnych izotopov. To všetko tvorí rádioaktívny spad, ktorý sprevádza výbuchy superbômb. Vďaka unikátnej konštrukcii a popísanému mechanizmu pôsobenia môžu byť zbrane tohto typu vyrobené tak výkonné, ako si želáte. Je to oveľa lacnejšie ako atómové bomby rovnakej sily.
*****
Energiu výbuchu implozívnej atómovej bomby zosilní detonácia a centrálny región termonukleárny náboj (vo forme plynu z deutéria a trícia). Spoločne zase odpália hlavnú termonukleárnu nálož deutridu lítia, uzavretú v hrubostennom valci alebo elipsoide kovového uránu (238U) alebo volfrámu. Valec s deutridom lítia má masívne veko, ktoré ho oddeľuje od atómového náboja, a vo vnútri je dutá tyč vyrobená z ľahko štiepiteľného izotopu uránu alebo plutónia. Zo zdroja umiestneného v hornej časti sa do stredu prvého stupňa (atómovej bomby) privádza tok neutrónov. Priestor okolo valca s deutridom lítia je vyplnený polymérom. V prvých nanosekundách po výbuchu atómovej bomby výsledné žiarenie premení celú štruktúru na viacnásobne ionizovanú plazmu. Kým sa stihne rozptýliť rôznymi smermi, prebehne niekoľko po sebe idúcich procesov, ktoré spolu trvajú asi sto nanosekúnd. Atómy polyméru (vodík a uhlík) znovu vyžarujú energiu výbuchu do mäkkých röntgenových lúčov (ako hohlraum pri laserovej fúzii) a toto žiarenie spôsobuje abláciu (abláciu hmoty) povrchu valca. Masívny kryt chráni deutrid lítny pred priamym žiarením atómový výbuch. V dôsledku ablácie (ablácie hmoty) masívneho telesa valca (elipsoidu) vzniká reaktívna sila, ktorá stláča termonukleárnu nálož, čím sa jej objem niekoľkonásobne zmenší. Neutróny prechádzajúce cez deuterid lítia sú spomalené (lítium pôsobí ako moderátor) a po dosiahnutí centrálnej tyče vyvolajú jej výbuch, ktorý termonukleárnu výbušninu ešte viac stlačí. Hustota deutridu lítneho sa tisícnásobne zvyšuje a začína sa v ňom reakcia termonukleárnej fúzie. Výbuch takejto bomby je schopný úplne zničiť mesto s niekoľkými miliónmi obyvateľov.
Pre termonukleárnu bombu neexistuje žiadne kritické množstvo a najväčšia doteraz explodovaná je 5-tisíckrát silnejší ako bomba spadol na Hirošimu. Celkom v arzenáloch rozdielne krajiny Teraz sa nahromadilo viac ako 50 tisíc vodíkových bômb, z ktorých každá je asi 20-krát silnejšia ako prvá atómová bomba. Technológiu jadrových zbraní má deväť krajín (USA, Rusko, Čína, Anglicko, Francúzsko, Izrael, India, Pakistan, Severná Kórea) a odhaduje sa, že ďalších osem krajín (Nemecko, Japonsko, Brazília, Južná Afrika, Španielsko, Taliansko, Kanada , Irán) sú blízko k jeho výrobe. Okrem toho Južná Afrika už vyvinula, otestovala a mala 6 jadrových výbušných zariadení, ale dobrovoľne sa vzdala jadrových zbraní. Jedným slovom, vyrobiť atómovú bombu teraz nie je problém.
******
Vyššie uvedené opisy bômb sa odborníkom budú zdať veľmi podmienené a dokonca naivné. V priemyselne vyrábaných jadrové hlavice významovo podobné, ale zjavne boli implementované odlišné konštrukčné riešenia, získané ako výsledok mnohoročného veľmi nákladného výskumu a testovania. Inými slovami, napriek zjavnej jednoduchosti princípov je možné vyrobiť relatívne účinné jadrové zariadenie len vďaka rozsiahlemu vývojovému programu, ktorý potrvá niekoľko rokov a bude stáť astronomickú sumu. Objem technickej dokumentácie k hotovému produktu sa dá merať v metroch kubických a aj za predpokladu, že jej najdôležitejšiu časť možno ukradnúť (ako sa to stalo pri projekte Manhattan v 40. rokoch minulého storočia), nejaká extrémne bohatá organizácia ako drogový kartel alebo ľudová náboženská sekta nemôže byť sústredená pod vlastné krídla niekoľkých stoviek odborníkov a kopu špecifického vybavenia a materiálu, aby sa tak skoro nedostala do povedomia príslušných kompetentných orgánov.
*****
Poďme študovať zariadenie troch atómových bômb.
Uránová atómová bomba Kid. Uránová náplň v bombe pozostáva z dvoch častí: terča a projektilu. Strela s priemerom 10 a dĺžkou 16 centimetrov je sústava šiestich uránových krúžkov. Obsahuje asi 25,6 kg – 40 % všetkého uránu. Krúžky v projektile sú podopreté kotúčom z karbidu volfrámu a oceľovými platňami a sú vo vnútri oceľového tela. Terč má hmotnosť 38,46 kg a je vyrobený vo forme dutého valca s priemerom 16 cm a dĺžkou 16 cm, konštrukčne je vyrobený vo forme dvoch samostatných polovíc. Terč je namontovaný v kryte, ktorý slúži ako reflektor neutrónov. V zásade množstvo uránu použitého v bombe dáva kritickú hmotnosť bez reflektora, avšak jeho prítomnosť, ako aj výroba projektilu z obohateného uránu (89 % U-235) ako cieľového (80 % U -235), umožňuje zvýšiť výkon nabíjania.
Atómová bomba plutónia Fat man. Jadrom bomby je súbor vnorených gúľ. Tu sú uvedené v poradí hniezdenia, rozmery pre vonkajšie polomery gúľ sú uvedené: * výbušný obal - 65 cm, * absorbér neutrónov - 23 cm, * uránové puzdro / reflektor neutrónov - 11,5 cm, * plutóniové jadro - 4,5 cm Plutóniový náboj. 9 cm guľa s 2,5 cm dutinou v strede pre neutrónový iniciátor. Túto formu náboja navrhol Robert Christy na zníženie asymetrie a nestability počas implózie. Uránové teleso/neutrónový reflektor. Plutóniová nálož je obklopená plášťom z prírodného uránu s hmotnosťou 120 kg a priemerom 23 cm, ktorý tvorí okolo plutónia sedemcentimetrovú vrstvu. Hrúbka uránu je spôsobená problémom so zachovaním neutrónov, takže na zabezpečenie spomalenia neutrónov stačí niekoľkocentimetrová vrstva. Hrubšie telo (hrúbka cez 10 cm) navyše poskytuje významnú ochranu neutrónov pre celú štruktúru, avšak efekt „časovej absorpcie“ spojený s rýchlymi, exponenciálne sa rozvíjajúcimi reťazovými reakciami znižuje výhody použitia hrubšieho reflektora.
Asi 20 % energie bomby sa uvoľní z rýchleho štiepenia uránového trupu. Jadro a telo spolu tvoria minimálne podkritický systém. Keď je zostava stlačená až na 2,5-násobok svojej normálnej hustoty pomocou implózneho výbuchu, jadro začne obsahovať asi štyri až päť kritických hmotností.
Výbušný náboj a detonačný systém. Výbušný plášť je vrstva výbušniny. Jeho hrúbka je asi 47 cm a jeho hmotnosť je najmenej 2500 kg. Tento systém obsahuje 32 výbušných šošoviek, z ktorých 20 je šesťuholníkových a 12 päťuholníkových. Šošovky sú navzájom spojené vo forme futbalovej lopty a tvoria guľovú výbušnú zostavu s priemerom asi 130 cm. Každá má 3 časti: dve z nich sú vyrobené z výbušniny (BB) s vysokou detonačnou rýchlosťou, jedna - s nízkou. Vonkajšia časť rýchlo detonujúcej trhaviny má kužeľovité vybranie vyplnené výbušninami s nízkou detonačnou rýchlosťou. Tieto párové časti tvoria aktívnu šošovku schopnú vytvoriť kruhovú rastúcu rázovú vlnu smerujúcu do stredu. Vnútro rýchlo detonujúcej výbušniny takmer pokrýva hliníkovú guľu, aby sa zvýšil zbiehajúci sa dopad.
Šošovky boli vyrobené presným odlievaním, takže výbušninu bolo potrebné pred použitím roztaviť. Hlavnou rýchlo detonujúcou trhavinou bola "zloženie B", zmes 60% hexagénu (RDX) - veľmi rýchlo detonujúca, ale zle sa topiaca trhavina, 39% TNT (TNT) - vysoko explodujúca a ľahko sa topiaca trhavina a 1% vosku. „Pomalou“ trhavinou bol baratol – zmes TNT a dusičnanu bárnatého (podiel tolu býva 25 – 33 %) s 1 % vosku ako spojiva. Zloženie a hustota šošoviek boli presne kontrolované a zostali nezmenené. Systém šošoviek bol osadený s veľmi tesnou toleranciou, takže jeho časti boli navzájom spojené s presnosťou menšou ako 1 mm, aby sa predišlo nehomogenitám v rázovej vlne, ale ešte dôležitejšie bolo zarovnanie povrchu šošoviek. než ich k sebe pripájať.
Aby sa dosiahlo veľmi presné načasovanie rozbušky, štandardné rozbušky postrádali primárne/sekundárne výbušné kombinácie a mali elektricky vyhrievané vodiče. Tieto vodiče sú kúsky tenkého drôtu, ktoré sa okamžite odparia z nárazového prúdu prijatého z výkonného kondenzátora. Odpáli sa výbušná rozbuška. Vybíjanie kondenzátorovej banky a odparovanie drôtu pre všetky rozbušky je možné vykonať takmer súčasne - rozdiel je +/-10 nanosekúnd. zadná strana takýto systém vyžaduje veľké batérie, vysokonapäťový zdroj a výkonnú skupinu kondenzátorov (nazývaných X-Unit, s hmotnosťou asi 200 kg) navrhnutých na súčasné odpálenie 32 rozbušiek. Hotový výbušný plášť je umiestnený v duralovom puzdre. Konštrukcia trupu pozostávala z centrálneho pásu, zostaveného z 5 opracovaných duralových odliatkov a hornej a dolnej pologule, tvoriacej kompletnú škrupinu.
fáza konečnej montáže. Konečný projekt bomby počíta so špeciálnym „vekom“, cez ktoré sa na konci ukladajú štiepne materiály. Náboj môže byť vyrobený ako celok, s výnimkou plutóniovej vložky s iniciátorom. Z bezpečnostných dôvodov sa stavba končí tesne predtým praktické uplatnenie. Duralová hemisféra je odstránená spolu s jednou z výbušných šošoviek. Neutrónový iniciátor je inštalovaný medzi plutóniovými hemisférami a namontovaný vo vnútri 40-kilogramového uránového valca a potom je celá konštrukcia vložená do uránového reflektora. Šošovka sa vráti na svoje miesto, pripojí sa k nej rozbuška, navrchu sa priskrutkuje kryt.
Tučný muž predstavoval vážne nebezpečenstvo z hľadiska dodania a skladovania v stave pripravenom na použitie, avšak aj v najhoršom prípade bolo nebezpečenstvo stále menšie ako nebezpečenstvo Kid. Kritická hmotnosť jadra s uránovým reflektorom je 7,5 kg plutónia pre fázu delta a iba 5,5 kg pre fázu alfa. Akákoľvek náhodná detonácia výbušného plášťa môže mať za následok stlačenie 6,2 kg jadra Fat Mana do nadkritickej alfa fázy. Odhadovaná sila explózie z takéhoto neoprávneného použitia nálože sa bude pohybovať od desiatok ton (zhruba povedané, rádovo viac ako výbušná nálož v bombe) až po niekoľko stoviek ton ekvivalentu TNT. Ale hlavné nebezpečenstvo spočíva v prúdení prenikavého žiarenia počas výbuchu. Gama lúče a neutróny môžu spôsobiť smrť alebo vážne ochorenie ďaleko za zónou výbuchu. Malý jadrový výbuch o sile 20 ton teda spôsobí smrteľnú dávku žiarenia 640 rem na vzdialenosť 250 m.
Super-bomba s kapacitou 50 Mt. Vývoj superbombového zariadenia sa začal 10. júla 1961 ešte pred touto sériou maximálne nabitie, testovaný v ZSSR bol 2,9-megatonový. V roku 1961 sa pripravovali na testovanie zariadenia vo výške 4, 10 a 12,5 Mt. Samozrejme, vývoj v dizajne super veľkých nábojov už existoval, ale vzhľadom na rekordnú silu a najkratší čas vývoja je jasné, že sa vykonalo obrovské množstvo práce.
Zariadenie bolo dokončené a testované už po 112 dňoch. Super bomba musela byť odpálená čo najskôr. Vývoj napredoval zrýchleným tempom. Na vývojový tím bol vyvíjaný veľký tlak, ktorý sa zintenzívnil s verejným oznámením blížiaceho sa testu a plánov na uzavretie XXII. zjazdu CPSU. Niekde v polovici augusta padne rozhodnutie odpáliť nálož zníženú na silu 50 Mt a Spojené štáty americké sú informované o pripravovanom teste. Verejné vyhlásenie o plánovanom supervýbuchu urobil Chruščov v prejave venovanom obnoveniu testov 1. septembra 1961 (prvý test tejto série bol vykonaný v ten istý deň).
Na urýchlenie procesu boli súčasne s montážou vykonané približné a odhadované výpočty. Montáž prebiehala na železničnom nástupišti, na ktorom bola bomba doručená na letisko. Pochybnosti ale boli aj o výkone zariadenia. Vznikli v polovici októbra, keď bola bomba takmer dokončená. Boli vykonané dodatočné výpočty a zmeny v konštrukcii .. 6 dní pred testom, 24. októbra, bola zverejnená záverečná správa s teoretickými výpočtami a výpočtami pre konštrukciu bomby. Teraz zostávalo už len čakať na dokončenie jeho stavby a výsledok testu.
Bomba bola vyrobená v RFNC-VNIITF (Čeljabinsk-70) s jadrovou náložou vyvinutou vo VNIIEF (Arzamas-16). Použitie takejto „superbomby“ z nosného lietadla si vyžiadalo vytvorenie vysoko účinného brzdiaceho padákového systému a ten vznikol vo Výskumnom ústave výsadkárov podľa zadania a za priamej účasti VNIITF. Rozmery tohto padákového systému boli nezvyčajné. Plocha kupoly hlavného padáka bola 1600 metrov štvorcových. m, čo umožnilo nosnému lietadlu prejsť do bezpečnej vzdialenosti od miesta výbuchu.
Bomba mala trojstupňovú schému, ako americká Mk-41, maximálne vyvinutá v USA, s kapacitou 25 Mt. Zhruba povedané, konvenčný jadrový výbuch zapáli 1. termonukleárnu nálož, ktorá následne aktivuje 2. termonukleárnu nálož. V každej fáze sa výkon „čerpá“ 10 až 100-krát. Telesá palivových kapsúl na fúziu môžu byť vyrobené z nízko obohateného uránu, čo má za následok dodatočné zvýšenie výkonu (v tomto prípade zdvojnásobenie). Tieto príklady ukazujú zložitosť úloh stanovených pre výrobu atómových zbraní.
Počítačové modelovanie. Rýchly vývoj počítačov čiastočne pomohol opustiť testovanie atómových bômb na testovacích miestach. Jadrové výbuchy sa dnes dajú simulovať len pomocou superpočítačov, ktoré má na svete len málo laboratórií a táto simulácia je len čiastočne schopná nahradiť jadrové testy v plnom rozsahu.
Pravdepodobne táto cesta povedie k výrobe „domácej“ bomby. Po určitom čase môže byť niektorý stolný počítač s pirátskym programom schopný vypočítať pomerne jednoduchú schému implózie. Len čo sa takáto možnosť teoreticky naskytne, očividne sa nájde hacker, ktorý túto schému zo zvedavosti či drzosti dá na internet, aby ju každý videl. S najväčšou pravdepodobnosťou pôjde o celú internetovú komunitu, súťažiacu, ktorej schéma je jednoduchšia a lacnejšia. A možno bude niečí schéma implementovať oveľa jednoduchšie ako tie, ktoré sa používajú v moderných dizajnoch. Je tiež možné, že malé množstvo vyhoreného jadrového paliva, prenosné chemické laboratórium a konvenčná kovoobrábacia dielňa na výrobu počítačom vypočítanej bomby. Pravdepodobnosť takéhoto scenára ukáže budúcnosť.
*********
*********
3. K otázke bojaschopnosti jadrových zbraní
****
Lachesis napísal:
ehm, nie, Marauder. Rusko nevie, ako to urobiť. A nikto na svete to zatiaľ nedokáže. Plutónium na úrovni zbraní sa neoddeľuje. Budem sa musieť vysporiadať s vaším vzdelávacím programom, napriek môjmu zlému vkusu. Som pripravený vám dať trochu zrozumiteľnú prednášku v úvodnom kurze o plutóniu pre zbrane, aby ste mali správnu predstavu a už nikdy nepovedali, že Rusko vie oddeliť plutónium.
......
Aspekt zbraní môže byť vytvorený nielen z plutónia, ale aj z uránu. Ale pre urán potrebujete presne také rozdelenie, ktoré ste pripísali vo vzťahu k plutóniu. Pretože toto rozdelenie je možné, Marauder. Metóda difúzie plynu s tisíckami opakovaní cyklu. Prečo je to možné a prečo existuje toľko cyklov? Pretože urán určený na zbrane - U-235 - má hmotnostný rozdiel oproti izotopu U-238, ktorý nie je vhodný na zbrane, až o tri nukleóny: 238 - 235 = 3. To je dosť veľa: 0,0127659, alebo zhruba 1,28 %. V súlade s tým dôjde k separácii o toto percento a ešte menej počas jedného chodu separačným systémom (bez toho, aby sme zachádzali do jeho podrobností) - možnosti separácie stále dokážu „zachytiť“, „zavesiť“ tento hmotnostný rozdiel v izotopoch uránu a fungovať, aj keď slabo. , ale práca. A aby sa zvýšil stupeň oddelenia, toto „slabo“ sa opakuje 3-5 tisíckrát. Výsledkom je, že sa hromadí separácia a dostávame U-235. Cestou dostávame ešte skoršie ľahšie izotopy: U-234, z ktorých sa dá vyrobiť bomba, U-233 a U-232, ktorá v priebehu rokov svojim štiepením dáva silnú kontamináciu materiálu zbraní a tiež musí byť oddelené od zbrojného materiálu (a týmto izotopom je možné denaturovať aj urán vhodný na zbrane. Výrobou denaturovaného liehu je pre teroristov nemožné vyrobiť bombu - za rok sa rádioaktivita takéhoto materiálu, v dôsledku citeľnej (aj keď veľmi malá) nečistota U-232 sa desaťnásobne zvýši za dva roky - sto a proces pokračuje ďalej - materiál bomby zmení svoje parametre natoľko, že sa stane nekontrolovateľným a dôjde k tepelnému zničeniu bomby príliš skoro pred aktívnou explóziou, len na prístupoch k nej.U-233 sa hromadí pri príjme U-235 - obohacuje sa v tom istom technologickom procese rovnakým spôsobom) aj z lietadla, dokonca aj z družice teoreticky.
-***
Ale plutónium nemôže byť rozdelené týmto spôsobom. prečo? A keďže má dva izotopy, zbraňový a nezbrojný, líšia sa len jedným nukleónom - ich atómové hmotnosti susedia: zbraň 239 a nezbraň 240 (iné izotopy Pl-238, Pl-241, Pl-242, Pl- 243 a Pl-244 sa v tejto eseji neuvažujú). 1/239 = 0,0041841 alebo 0,42 %. Takéto rozlišovanie už nie je „zapojené“ do priemyselných „uránových metód“ separácie. Existujú experimentálne metódy a vývoj, ako je elektromagnetická separácia, plynová difúzia a odstreďovanie, laserové odparovanie, ale toto nie je industrializované v žiadnej krajine. Hoci si to osvoja, možno už čoskoro, o desať až dvadsať rokov.
Lachesis napísal:
Teraz o podkopávaní. Urán možno vyhodiť do vzduchu spojením kúskov podkritickej hmoty do jedného bloku nadkritickej hmoty. A potom dôjde k výbuchu. Otázkou však je, ako presne sa pripojiť. Ak priblížite dva podkritické kusy U-235 na určitú vzdialenosť, začnú sa zahrievať vzájomnou výmenou neutrónov a zosilnením tejto rozpadovej reakcie a uvoľnením energie. Poďme ešte bližšie – budú rozžeravené. Potom zbelelo. Potom sa roztopia. Tavenina, ktorá sa blíži k okrajom, sa začne ďalej zahrievať a odparovať. Navyše zásoby energie v kúsku uránu sú také, že rozžeravené kúsky možno ponoriť do prúdu vody rútiacej sa z ľadovca – budú rovnako oslnivo rozžeravené a pri ďalšom priblížení sa roztopia a nie odvod tepla alebo chladenie môže zabrániť taveniu a vyparovaniu.
-***
Preto, tak ako nezosúvate kúsky každodenným spôsobom, skôr ako sa spoja, roztopia a odparia akékoľvek zariadenie, ktoré toto zblíženie realizuje, a vyparia sa, rozptýli sa, rozšíria sa, vzdialia sa od seba a potom sa len ochladia. , pretože sa ocitnú vo zvýšenej vzájomnej vzdialenosti . Je možné formovať kusy do jedného superkritického iba vyvinutím takých obrovských mier konvergencie, že nárast hustoty toku neutrónov nebude držať krok s približovaním kusov. Dosahuje sa to pri približovacích rýchlostiach rádovo 2,5 km za sekundu. Vtedy majú čas nalepiť sa do seba skôr, ako sa zahrejú z uvoľnenia energie. A potom následné uvoľnenie energie bude také špičkové, že dôjde k jadrovému výbuchu s hubou. Pušný prach sa nedá zrýchliť na také rýchlosti - veľkosť bomby a dráhy zrýchlenia sú malé, nejde o hlaveň protilietadlového dela. Preto sa rozptyľujú výbušninami, pričom kombinujú „pomalé“ a „rýchle“ výbušniny, pretože okamžite „rýchle“ výbušniny spôsobia výbuchovú deštrukciu kúska uránu vysokotlakovou rázovou vlnou. Nakoniec však dostanú to hlavné – zabezpečia rýchlosť prechodu systému do superkritického stavu pred jeho tepelným kolapsom v dôsledku rastúceho uvoľňovania tepla počas priblíženia. A takejto schéme sa hovorí „delo“, pretože podkritické kúsky „vystreľujú“ k sebe, pričom majú čas spojiť sa do jedného superkritického dielu a následne uvoľnia silu atómového výbuchu špičkovým spôsobom.
Ale s plutóniom také niečo nefunguje. Je oveľa „reaktívnejší“, oveľa rýchlejšie reaguje na zbiehanie kusov. Je to iný kov. Aktivita alfa plutónia je napríklad dvestotisíckrát vyššia ako aktivita uránu-235. Kompaktné liate plutónium je vždy teplé na dotyk, má teplotu 50-60 stupňov z neustále prebiehajúcej reakcie. Sto gramov plutónia uvoľňuje metabolizmom približne rovnaké množstvo tepla ako sto gramov ľudského tela. Plutónium je lákavé, pretože môže mať kritickú hmotnosť 5 kg namiesto 50 ako urán. 5 kg plutónia má veľkosť kuracieho žĺtka. Kus veľkosti vajca spôsobí výbuch 20 kiloton. Ale ako to podkopať? Pri priblížení začne zrýchľovať výdaj energie takou rýchlosťou, že nie kanónová schéma nepomôže. Potrebujeme rýchlosti 10-12 alebo viac km za sekundu. Žiadna výbušnina nedokáže rozptýliť žiadny úlomok takou rýchlosťou. Zrýchlenie hmoty je cena energie a čím vyššia je rýchlosť zrýchlenej hmoty, tým viac energie do nej treba investovať. A výbušné procesy sú prechodné. Áno, a neexistuje žiadny tlak energie - chemická reakcia má v tomto zmysle svoje obmedzenia.
*****
Lachesis napísal:
Ale plutónium je v mnohých ohľadoch úžasný kov. Vrátane s ohľadom na metalurgiu plutónia. Má napríklad šesť (a podľa toho, ako napočítate sedem) rôznych fázových stavov – viac ako ktorýkoľvek iný chemický prvok. V niektorých svojich fázových formách sa pri zahrievaní zmršťuje a nerozpína sa, ako všetky normálne kovy a látky. Pri prechode z jednej fázy do druhej môže abnormálne zmeniť hustotu – o 25 %! Navyše pri tristo stupňoch je v ľahkej delta fáze a s poklesom teploty sa usadí do hustej alfa fázy, čím sa hustota zvýši o 25%. Fáza delta je nestabilná a pri izbovej teplote sa vracia do fázy alfa atmosferický tlak ale ak k plutóniu pridáte trochu gália, tri percentá, čím ho stabilizujete, potom bude delta fáza metastabilná - zostane taká aj pri izbovej teplote. Ale ak je stlačený tlakom 1 kilobar, potom sa zmršťuje do hustej alfa fázy s nárastom hustoty.
......
Tu sa začali približovať k jeho výbuchu. Ak sa kúsok plutónia umiestni do silného neutrónového poľa, do najhustejšieho neutrónového pulzu, takže pred kritickými podmienkami veľa nezostane, a potom sa hustota zvýši o 25 %, aby tieto kritické podmienky prešli a nastavili sa nadkritické podmienky v, potom sa spustí jadrová reťazová reakcia a kus vybuchne. Sú potrebné dva faktory: vytvoriť silné neutrónové pole pôvodného kusu a potom ho stlačiť v tomto hustom neutrónovom poli, aby sa premenilo na superkritické. ako? Výbuch výbušnín zo všetkých strán dielu! Ak vezmeme veľmi silnú výbušninu, potom rýchlosť jej rázovej vlny bude (a ešte viac v kove) rádovo 5-6 km / s na každej strane kusu. Sčítajte na oboch stranách - bude to 10-12 km za sekundu. A výbušný tlak v tejto rázovej vlne, ktorá prechádza cez kus, ho stlačí do hustej fázy alfa. Navyše rýchlosť 5-6 km/s bude skutočná - nezrýchľujeme hmotu, nejde o rýchlosť tela, ale rázovej vlny! Rýchlosť zvuku v koľajnici od úderu kladivom je tiež niekoľko km/s.
-***
Tu je riešenie, kľúč k detonácii plutónia: je potrebné zorganizovať presnú a rýchlu detonáciu výbušniny zo všetkých strán kúska plutónia v počiatočnej fáze „svetla“, ktorá veľmi rýchlo prenesie plutónium zo svetla. kryštalickej fázy na hustú a ponorte ju súčasne do veľmi hustého neutrónového poľa . Toto pole vytvára špeciálne zariadenie, alebo komponent bomby, takzvaný INI, pulzný neutrónový iniciátor. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností o svojej činnosti, pri (kontrolovanom) odpálení poskytuje špičkovú emisiu neutrónov a tok neutrónov s vysokou hustotou. V tomto momente z mnohých bodov (aspoň 32, ale čím viac, tým lepšie) striktne súčasne, s riadením na úrovni mikrosekúnd, potom s presnosťou na jednu milióntinu sekundy, dochádza k detonácii výbušnej vrstvy okolo plutónia. Nastáva sférická explózia nasmerovaná dovnútra - implózia (implózia môže byť vo všeobecnosti valcová, ako v schéme vodíkovej bomby Ulam-Teller. Hlavná vec je explózia smerujúca dovnútra a stláčanie objektu). Zároveň musí byť veľmi presná - pri najmenšom skreslení a nerovnomernosti rázovej vlny sa plutóniové jadro rozdrví na prach odstrelom. A len ak je plutóniové jadro úplne symetrické, zo všetkých strán, stlačením rázovej vlny sa plutóniové jadro nebude kam rozdrviť, naopak všetky potenciálne fragmenty sa stlačia smerom k stredu - plutónium prejde do hustej fázy alfa bez deštrukcie. Implózia preto musí byť veľmi kvalitná – predovšetkým z hľadiska rýchlosti a rovnomernosti a stabilného tlaku v čele vlny. Kvalita implózie je kľúčom k podkopávaniu.
Lachesis napísal:
A tu, keď sme pochopili spôsob, ako podkopať plutónium, vrátime sa k otázke - aký druh plutónia podkopať?
-***
V dôsledku toho sa v reaktore vytvoria dva izotopy plutónia: Pl-239 a Pl-240. Prvý z nich, Pl-239, je vhodný pre zbrane: je viac „reaktívny“, potrebuje menej na podkopávanie. Po druhé, nemá takú vysokú spontánnu aktivitu ako jeho sused s atómovou hmotnosťou Pl-240. Čo je zlé na spontánnej aktivite? Skutočnosť, že materiál bomby sa zmení v dôsledku rozpadov a ožiarenia vyrobenými neutrónmi. Ale hlavná vec je, že materiál, ktorý je „svetelnejší“ neutrónmi, uvoľní energiu skôr, ako sa očakávalo (v dôsledku dodatočného príspevku „spontánnych“ neutrónov a vytvorenej zvyškovej aktivity) a implózia nebude mať čas, pretože je určený pre určitý materiál. A prítomnosť neutrónov v čase, keď je ešte dosiahnutá nadkritická hmotnosť, vedie k predčasnej jadrovej reakcii, nedostatočnému výdaju energie a v niektorých prípadoch k úplnému zlyhaniu zbrane, k miernemu „puknutiu“. Úlohou výbuchu je ale zvýrazniť silu napísanú na štítku bomby. A hlavným zdrojom takéhoto neutrónového pozadia je prítomnosť izotopu Pl-240, ktorého úroveň spontánneho štiepenia je dostatočná na produkciu 106 neutrónov/s*kg. Preto je bomba s takýmto neutrónovým pozadím nekontrolovateľná, alebo jej zaručený výbuch vyžaduje takú vysokú kvalitu implózie, že túto kvalitu je zatiaľ nemožné dosiahnuť tak, ako je zatiaľ prakticky nemožné dosiahnuť rýchlosť 10. -12 km za sekundu pri nabití dela.
-***
Výpočty a prax ukazujú, že Pl-239, obsahujúci asi 5 % Pl-240, môže byť vyhodený do vzduchu implóznou schémou. A také plutónium sa nazýva zbrane, alebo zbrane. Ale keď je obsah Pl-240 viac ako 5-6% (6% vyžaduje extrémne vysokú kvalitu implózie), už ho nie je možné vyhodiť do vzduchu. V reaktoroch určených na výrobu elektriny sa plutónium-239 získava s obsahom Pl-240 rádovo 20-30-40%. Preto sa také plutónium nazýva reaktorové plutónium alebo reaktorové plutónium. A vyhodiť ho do vzduchu je takmer nemožné. Zostáva jednoduchá otázka: ako získať plutónium na zbrane, ak ho zatiaľ nie je možné oddeliť alebo oddeliť (pozri začiatok)? Aj odpoveď je nemotorná – dnes sa dá vyvinúť len v špeciálnom zbraňovom reaktore.
........
dobre? Ukázalo sa, že plutónium nie je ľahké vyhodiť do vzduchu. Nikdy som sa nedotkol otázok riadenia nabíjania a jeho automatizácie. Stavy nabitia, postupnosť výbušných povelov, ochranné algoritmy a ich princípy. Možno je čas. Ale to je asi priskoro.
****
Lachesis, pokračovanie témy plutónia.
Nevyriešená zostala otázka záručných lehôt na skladovanie náloží.
Čo obmedzuje toto obdobie a čo je to pre konkrétne typy.
S nádejou.
Lachesis napísal:
Toto je rozsiahla téma, Netlog.)) Navyše, čo znamená „záručná doba skladovania“? Rozobrané? Garantovaná životnosť jadrovej nálože? Vo všeobecnosti platí, že záručná doba zvyčajne zahŕňa prevádzku, pretože vyrábať jadrovú nálož, aby ste ju jednoducho normálne skladovali namiesto prevádzky. Záručnou dobou prevádzky sa zároveň rozumie taká doba, počas ktorej si nálož zachováva schopnosť výbuchu s praktickým uvoľnením energie napísanej na jej štítku. Pri prevádzke sú z hľadiska vplyvu na záručnú dobu (nie však jediné) najdôležitejšie dve veci: prevádzkové podmienky a bežná údržba. Obe tieto zložky sú spojené so zmenou vlastností nábojových materiálov, predovšetkým rádioaktívnych. Prevádzkové podmienky určujú zmeny stavu nabitia počas prevádzky. Je jasné, že v závislosti od zloženia štiepneho materiálu (a existujú aj nebojové štiepne materiály a ich zmeny ovplyvňujú aj detonáciu bomby a uvoľnený výkon - o tom nižšie) budú prebiehať jadrové reakcie v plutónium (urán) prvok zo samovoľného rozpadu obsiahnutých izotopov - napríklad Plutónium-240. Okrem toho súčasne so spontánnym rozpadom prvku plutónia dochádza aj k indukovanému, indukovanému rozpadu - v dôsledku štiepení spôsobených spontánnymi rozpadovými neutrónmi. Postupom času sa izotopové zloženie mení – objavuje sa americium-241, objavujú sa ďalšie izotopy a zvyšky primárneho rozpadu sa ďalej podieľajú na kaskádových rozpadových reakciách. V závislosti od zmien hustoty plutóniového telesa sa záchyt uvoľnených neutrónov mierne mení, pričom hustota sa mení predovšetkým v dôsledku teplotných podmienok (teoreticky aj v dôsledku zmien zloženia), ktoré si vyžadujú nepretržitú reguláciu. Proces je sťažený. že plutónium uvoľňuje pomerne veľa tepla, teplota kompaktného kusu na vzduchu je asi 60 stupňov (v závislosti od tvaru a zloženia) a navyše sa plutónium vo svojom predvýbuchovom stave delta fázy pri zahrievaní sťahuje a nerozťahuje sa, ako všetky bežné látky - pri stlačení sa rýchlostná reakcia mierne zvyšuje, čím sa skracuje záručná doba. Ak hlavica strávila nejaký čas bez chladenia, stala sa nevýbušnou - všetky hlavice v raketách potopených ponoriek, bomby stratené v oceáne z bombardérov nepredstavujú žiadnu výbušnú hrozbu, už dávno a nevyhnutne a navždy stratili schopnosť explodovať. V prípade zlyhania systémov regulácie teploty nabíjania je vyradený z prevádzky a vrátený výrobcovi na likvidáciu prostredníctvom demontáže. Strata výbušných vlastností je vysvetlená skoršími vysokými úrovňami uvoľnenia energie počas bojovej prevádzky nálože v dôsledku nahromadenej vysokej vnútornej rádioaktivity materiálu - zariadenie nemá čas prejsť pravidelnými fázami prechodu do superkritického stavu a výbuch, keďže tieto procesy sú prerušené skorým uvoľnením energie a zariadenie prestane existovať ako zariadenie až do uvoľnenia štandardného výkonu alebo dokonca hmatateľného výkonu, pred začiatkom aktívneho výbuchu - aktívny výbuch je v podstate nahradený tepelným výbuchom. zariadenia, "pop".
Toto je všetko vo všeobecnosti. Pokračovanie, ale o niečo neskôr - teraz zaneprázdnený. Poviem ti tvoju otázku, Netlog.))
****
Ak otázku (a možnú odpoveď) stlačíme na minimum – čo je skôr, degradácia náboja v dôsledku zmeny izotopového zloženia Pu odliatku, alebo v dôsledku zmeny jeho tvaru.
Lachesis napísal:
Budem sa snažiť na minimum.)) Neexistuje len jeden Ru casting, Netlog. Na vašu otázku o degradácii náboja vo vašej formulácii nie je možné presne odpovedať, budú to relatívne pojmy. Pretože degradácia náboja je pomerne komplikovaný proces. Degradácia môže byť rôzna - elektronická, alebo jadrová degradácia plutóniových odliatkov, ako superpozícia všetkých jadrových procesov prebiehajúcich v náboji, ide o boj proti degradácii, ako o ukončení schopnosti produkovať štandardný výkon s takou a takou toleranciou. , šírenie energie. Tvarové zmeny, pri starostlivej kontrole teploty nemusia nastať žiadne tvarové zmeny po celé desaťročia, avšak nálož bude degradovať jadrovým spôsobom, podľa vlastného zložitého zákona. V súlade s tým je potrebné meniť reguláciu teploty - kvôli postupnému zvyšovaniu samovoľného zahrievania plutónia. Čerstvý kilogram zdôrazňuje 2.2. watt a po pätnástich rokoch - sto desať wattov, vezmite to do úvahy pri organizovaní prevádzky nabíjania. A jeho tvar sa nezmení. Vyskytne sa jadrová degradácia na základe polčasov rozpadu. Pri tom všetkom dochádza k bojovej degradácii náboja. Zohľadňuje mnoho faktorov, nielen zmeny v odliatkoch plutónia. Koniec koncov, bomba obsahuje aj vojnové materiály, ale neplutónium. A existujú nebojové štiepne materiály. Plutóniová náplň môže byť posilnená vodíkovým zosilnením, v praxi ide o kapsulu s niekoľkými gramami zmesi deutéria a trícia, ponorenú vo vnútri náplne. Alebo sa zmes okamžite nachádza rovnomerne v plutóniovom jadre, ako v juhoafrických náložiach. Trícium je rádioaktívne a pomerne rýchlo sa rozkladá. Preto sa kapsula musí vymeniť skôr, ako dôjde k degradácii plutóniového odliatku. Okrem toho sa v pulzných neutrónových iniciátoroch používajú schémy syntézy trícia, ktoré spúšťajú pôsobenie náboja po jeho prevedení do superkritického stavu. Existujú termonukleárne reakcie z lokálneho stlačenia zmesi a zrýchlenie deutéria na tríciovom terči urýchľovačom, ak si pamätáte, atď. Preto bojová degradácia nálože, neschopnosť vybuchnúť, príde oveľa skôr, než k nej dôjde v dôsledku degradácie samotných plutóniových hlavíc. Pri bojových plutóniových prvkoch ako takých je životnosť niekde do pätnástich rokov, možno trochu dlhšia, ale nie výrazne. Ak sa bežne používajú a neprehrievajú sa. Všetky prvky trícia však stratia svoje vlastnosti oveľa skôr a je potrebné ich nahradiť v predpisoch podľa dĺžky cyklu viazaného na polčas rozpadu izotopov týchto prvkov. Mení sa bojová zosilňovacia kapsula, menia sa tríciové pulzné neutrónové zdroje. (A aby sa nezmenili významné objemy hlavného stupňa na vodíkových náložiach, neobsahujú trícium, nahrádzajú ho lítiom a zbavujú sa výmeny hlavných častí.). S organizáciou normálnej regulácie teploty a včasnej výmeny krátkodobých častí náplne, s vybudovaním určitej automatizácie týchto procesov, dostaneme jej záručnú dobu 15-18 rokov. Toto je pre veľké zaťaženie.
****
Potom Lachesis z tohto internetového zdroja zmizol ....
Strana 1
Plutóniová bomba (pozri obr. 2b) obsahuje berýliový zdroj neutrónov. Okolo nej je plutóniová guľa a za ňou je náboj bežnej hmoty. Keď pod vplyvom vybuchne rozbuška vysoký tlak plynov sa plutóniová guľa stlačí, vytvorí sa kritické množstvo plutónia a dôjde k výbuchu. Radar n tu slúži na presné udržanie výšky výbuchu.
Čo obmedzuje silu uránových a plutóniových bômb.
Ide o plutóniovú bombu typu implózia.
Nie, Iosif Vissarionovič, naozaj je plutóniová bomba, ale keďže je plutónium jedovaté, pre bezpečnosť má navrchu niklový film. A môžete skontrolovať, či je teplý, pretože v ňom prebiehajú spontánne jadrové reakcie nízkej intenzity.
Vysoká teplota potrebná na spustenie reakcie sa dosiahne konvenčnou uránovou alebo plutóniovou bombou, ktorá hrá rovnakú úlohu ako ortuťová fulminátová kapsula v konvenčnej zápalnici. Výbuch vodíkovej bomby môže dosiahnuť výťažnosť 20 megaton TNT, a preto je 1000-krát väčší ako výbuch prvej 235U bomby zhodenej na Hirošimu s výťažnosťou 20 kiloton. Doteraz sa nenašli prostriedky na využitie obrovskej energie syntézy hélia z vodíka na mierové účely.
Masívny plášť vodíkovej bomby obsahuje uránovú alebo plutóniovú bombu a látky, ktoré sa pri termonukleárnej reakcii menia na hélium – ťažké a superťažké izotopy vodíka (deutérium a trícium) vo forme zlúčenín s lítiom. S cieľom zavolať termonukleárna reakcia v takomto systéme sa najskôr odpáli uránová alebo plutóniová bomba. To vedie k prudkému zvýšeniu teploty, čo umožňuje syntetizovať hélium.
Tlač popisuje konštrukciu prvých amerických atómových bômb, rúhavo nazvaných Malý a Tučný. Bábätko bolo vybavené jadrovým palivom vo forme uránu-235 a spadlo na japonské mesto Hirošima. Tučný muž bol plutóniovou bombou, mesto Nagasaki ňou trpelo nemenej vážne.
Boli pripravené ďalšie dve bomby. uránová bomba Bábätko (3 metre dlhé, 60 centimetrov široké a 45 ton) zhodili Američania na japonské mesto Hirošima 6. augusta 1945; jej výbuch zaznamenali najvzdialenejšie radary. O niekoľko dní neskôr bola na Nagasaki zhodená plutóniová bomba Fat Man (35 x 15 metrov, hmotnosť 5 ton).
Pôsobenie vodíkovej alebo termonukleárnej bomby je založené na reakcii tvorby jadier hélia z jadier vodíka. Niektoré bomby používajú ako jadrové palivo trícium, iné používajú lítium a deutérium vo forme deuteridu lítneho LiD. Vysoká teplota potrebná na počiatočné vybudenie reakcie sa dosiahne pomocou uránovej alebo plutóniovej bomby, ktorá hrá úlohu zápalnice.
Táto reakcia prebieha v priebehu 3 - 10 6 sekúnd a prebieha pri veľkom uvoľnení energie. Na spustenie však potrebuje veľmi vysokú teplotu. Táto teplota vzniká pri výbuchu atómovej bomby. Preto vo vodíkovej bombe obsahujúcej zmes deutéria a trícia slúži atómová plutóniová bomba ako rozbuška. Pri termonukleárnom výbuchu vodíkovej bomby v skutočnosti najskôr vybuchne atómová bomba a potom dôjde k termonukleárnej reakcii.
Objav a štúdium transuránových prvkov je jedným z najnovších a najdôležitejších úspechov v chémii. Vďaka tomu môže teraz človek vytvárať nové prvky. Príkladom tohto druhu nových prvkov je plutónium, druhý z objavených transuránových prvkov. Plutónium bolo objavené počas druhej svetovej vojny a súčasne boli vyvinuté metódy na jeho výrobu. Svet sa o jeho objave dozvedel, keď bola na Nagasaki zhodená plutóniová bomba. Teraz tento prvok zohráva dôležitú úlohu pri mierovom využívaní jadrovej energie na výrobu elektrickej energie. Plutónium a iné transuránové prvky môžu byť použité ako silné zdroje energie, koncentrované v malom objeme, na použitie vo vesmíre aj na Zemi vďaka schopnosti premeniť energiu uvoľnenú počas ich rádioaktívneho rozpadu.
Stránky: 1
