Kritična masa za jedrsko eksplozijo. Delitev atomov jeder

Skrivnostna naprava, ki je sposobna poudariti Gigajole Energy v neoblačenem majhnem časovnem obdobju, je obdana z ominom romantiko. Svetovno delo na jedrskem orožju je bilo globoko uvrščeno, in bomba je sama pokrivala maso legend in mitov. Poskusimo se ukvarjati z njimi v redu.

Andrei Suvorov.

Nič ne povzroča takšnega interesa kot atomska bomba

Avgust 1945. Ernest Orlando Lawrence v laboratoriju za razvoj atomske bombe

1954 leto. Osem let po eksploziji v bikini Atol, japonski znanstveniki odkrili visoko stopnjo sevanja od rib, ujetih v lokalnih vodah

Kritična masa

Vsi so slišali, da obstaja določena kritična masa, ki jo je treba pridobiti za začetek verige jedrske reakcije. Toda za realno jedrsko eksplozijo, je prišlo do ena kritična masa ni dovolj - reakcija se bo ustavila skoraj takoj, preden je čas, da izstopajo za opazno energijo. Za celotno eksplozijo v nekaj kilotonskih ali desetih kilotonskih, morate narediti dve ali tri do tri ali tri, štiri ali pet kritičnih množic pa so boljše.

Zdi se očitno, da morate narediti dva ali več delov iz urana ali plutonija in jih povezati v želenem trenutku. Zaradi poštenosti moram reči, da je fizika tudi mislila, ko so jih vzeli za oblikovanje jedrske bombe. Toda resničnost je naredila svoje prilagoditve.

Dejstvo je, da če bi imeli zelo čisti uranij-235 ali plutonij-239, bi bilo to mogoče storiti, vendar so se morajo znanstveniki ukvarjati z resničnimi kovinami. Obogatitev naravnega urana, lahko naredite mešanico, ki vsebuje 90% urana-235 in 10% urana-238, poskusi, da se znebite preostalega urana-238 vodi do zelo hitrega porast stroškov tega materiala (se imenuje zelo obogaten uranit). Plutonij-239, ki se pridobljen v atomskem reaktorju iz urana238 v razdelitvi urana-235, nujno otežuje plutonium-240.

Uran Isotopes235 in plutonium239 se imenujeta še nenavadna, saj jedra njihovih atomov vsebujejo enako število protonov (92 za urano in 94 za plutonij) in liho število nevtronov (143 in 145, oziroma). Vsa celo nenavadna težka elementa jedra imajo skupno lastnino: redko so spontano razdeljeni (znanstveniki pravijo: »spontano«), vendar jih je enostavno razdeliti z udarcem nevtronskega jedra.

Uran-238 in plutonij-240 - Tudi celo. Nasprotno pa so praktično ne delijo z nevtroni majhnih in zmernih energij, ki letijo iz delitvenega jedra, vendar na stotine ali deset tisoč krat pogosteje razdeljen s spontano in tvorijo ozadje nevtrona. To ozadje je zelo težko ustvariti jedrsko strelivo, saj povzroča prezgodnji začetek reakcije, preden se pojavljajo dve podrobnosti. Zaradi tega je del kritične mase, pripravljen za eksplozijo, je treba urediti dovolj daleč drug od drugega, vendar se povezati pri visoki hitrosti.

Cannon-bomba

Kljub temu je bila bomba, zavržena na Hirošimi, 6. avgusta 1945, je bila narejena natančno na zgoraj opisani shemi. Dve podrobnosti, tarča in krogla, so bili izdelani iz visoko obogatenega urana. Cilj je bil valj s premerom 16 cm in višine 16 cm. V njenem središču je bila luknja s premerom 10 cm. V skladu s to luknjo je bila narejena krogla. Skupna bomba je vsebovala 64 kg urana.

Cilj je bil obdan z lupino, katerega notranja plast je bila izdelana iz volframovega karbida, na prostem - od jekla. Namen lupine je bil dvojen: hranite kroglo, ko se drži cilj, in da odbije vsaj del nevtronov iz urana nazaj. Ob upoštevanju nevtronskega reflektorja je bilo 64 kg 2.3 ključnih mas. Kako je prišlo, ker je bil vsak od kosov podkritičen? Dejstvo je, da z odstranitvijo srednjega dela iz valja zmanjšamo njeno povprečno gostoto in vrednost kritične mase povečanja. Tako lahko masa tega dela preseže kritično maso za trdni kos kovine. Vendar je nemogoče povečati maso krogla, ker mora biti trdna.

In cilj in kroglica smo zbrali iz kosov: tarča več obročev majhne višine in kroglo iz šestih podložk. Razlog je preprost - gredice iz urana so bile majhne, \u200b\u200bsaj v proizvodnji (ulivanje, stiskanje) obdelovanca, skupna količina urana ne bi smela približati kritični masi. Krogla je bila zaprta v tanko steno iz nerjavečega jekla, s pokrovom iz volframovega karbida, kot ciljna lupina.

Da bi poslali kroglo v središče tarče, so se odločili, da bodo uporabili deblo običajne protivolske pištole iz kalibra 76,2 mm. Zato se bomba tega tipa včasih imenuje bomba topovske montaže. Prtljažnik je bil dolgočasen od znotraj do 100 mm, tako da je bil takšen nenavaden projektil. Dolžina sodja je bila 180 cm. V svoji polnilni komori je bil naložen navaden brezdimni prašek, ki je odpustil kroglo s hitrostjo okoli 300 m / s. In drugi konec debla, stisnjen v luknjo v ciljni lupini.

Ta zasnova je imela veliko pomanjkljivosti.

Bila je pošatno nevarna: po tem, ko je bila pudnica naložena v komoro polnjenja, bi vsaka nesreča, ki bi jo lahko prezrela, povzročila eksplozijo bombe s polno zmogljivostjo. Zaradi tega je bil polnjenje piroksilina že v zraku, ko je bila letala razdeljena na tarčo.

Ko je zrakoplovna nesreča, bi se lahko deli urana brez prahu, preprosto iz močnega vpliva tal. Da bi se izognili temu, je bil premer krogle milimetra večji od premera kanala v prtljažniku.

Če bomba padla v vodo, potem zaradi upočasnjevanja nevtronov v vodi, reakcija se lahko začne tudi brez priključnih delov. Res, medtem ko je jedrska eksplozija verjetno, vendar bi obstajala toplotna eksplozija, z razprševanjem urana na veliko ozemlje in radioaktivno okužbo.

Dolžina bombe takega načrta je presegla dva metra, pravzaprav pa je nepremostljiva. Navsezadnje je bilo doseženo kritično stanje, reakcija pa se je začela, ko je bila krogla še vedno dober polovični meter!

Nazadnje, ta bomba je bila zelo potratna: manj kot 1% urana je uspelo reagirati v njej!

Dostojanstvo topovske bombe je bilo točno ena stvar: ni mogla delati. Ni bila niti doživela! Toda Američani bi morali doživeti Plutonij bombo: preveč je november in njegova zasnova je bila težka.

Plutonijeve nogometna žoga

Ko se je izkazalo, da je tudi majhen (manj kot 1%!) Dodatki plutonija-240 onemogoča nemogoče, da je Cannonial Sclut of Plutonijeve bombe, fizika je bila prisiljena iskati druge načine za pridobitev kritične mase. In ključ do eksplozivov Plutonija je našel osebo, ki je kasneje postala najbolj znana "jedrska vohun", - britanski fizik Claus Fuchs.

Njegova ideja, ki je kasneje prejela ime "Implosion", je bila oblikovati konvergenčni sferični udarni val divergentnih, s pomočjo tako imenovanih eksplozivnih leč. Ta udarni val je moral stisniti kos plutonija, tako da je bila njegova gostota dvakrat.

Če zmanjšanje gostote povzroča povečanje kritične mase, se mora povečanje gostote zmanjšati! Za plutonij je to še posebej pomembno. Plutonij - material je zelo specifičen. Pri zadušitvi kos plutonija iz tališča do sobe, je podvržen štiri fazne prehode. V zadnjem (približno 122 stopinjah) se njegova gostota skoči poveča za 10%. Hkrati je vsako litje neizogibno razpokanje. Da bi se izognili temu, plutonij dop v nekaj trivalentnih kovin, potem stabilna postane stabilno stanje. Lahko se uporablja aluminij, vendar se je leta 1945 bal, da se alfa delci, ki letijo iz plutonijevega jedra med njihovim razpadom, pogovarjajo iz aluminijastih nuklenih nevtronov, kar povečuje že opazno nevtronsko ozadje, zato smo galij uporabili v prvi atomski bombi.

Iz zlitine, ki vsebuje 98% plutonija-239, 0,9% plutonija-240 in 0,8% galija, krogle s premerom samo 9 cm in tehta približno 6,5 kg. V središču žoge je bila votlina s premerom 2 cm, in je sestavljena iz treh delov: dve polovici in Cilindrik s premerom 2 cm. Ta valj, skozi katerega se lahko vstavi iniciator Notranja votlina - vir nevtronov, ki se je sprožil ob bombardiranju. Vse tri podrobnosti so imele nikelata, ker plutonij je zelo aktivno oksidiran z zrakom in vodo in je izjemno nevaren, ko je človeško telo injicirano.

Krogla je bila obdana z nevtronskim reflektorjem iz naravnega urana238 z debelino 7 cm in tehtajo 120 kg. Uran je dober reflektor hitrih nevtronov, v sestavljeni obliki pa je bil sistem le malo podkritičen, tako da namesto plutonijeve cevi, kadmij, absorbirajo nevtronov. Reflektor je služil tudi, da drži vse podrobnosti kritične montaže med reakcijo, sicer je večina plutonija odletela, nima časa za sodelovanje v jedrski reakciji.

Potem je prišlo do 11,5-centimetra plasti aluminijeve zlitine, ki tehta 120 kg. Namen plasti je enak kot razsvetljenje objektivov leč: Prepričajte se, da eksplozivni val prodre v sklop urana-plutonija in ne vpliva na to. Ta razmislek nastane zaradi velike razlike v gostote eksplozivov in urana (približno 1:10). Poleg tega je val navoda v udarnem valu, tako imenovani Taylor učinek je v teku. Aluminijasta plast oslabila val vakuuma, ki je zmanjšal učinek eksplozivov. Aluminij je bilo treba dopirati Bor, ki je absorbiral nevtrone, odhod iz jedra aluminijastih atomov pod vplivom alfa delcev, ki izhajajo iz razgradnje urana-238.

Nazadnje, zunaj so bile zelo "eksplozivne leče". Bilo je 32 (20 šesterokotnikov in 12 pet-označenih), so oblikovali strukturo kot nogometno žogo. Vsaka leča je sestavljena iz treh delov, povprečje pa je bilo izdelano iz posebnih "počasnih" eksplozivov, zunanji in notranji - od "hitrega". Zunanji del je bil sferičen zunaj, v notranjosti pa je bil stožčast ulov, saj je na kumulativni naboj, to je samo imenovanje, ki je drugačen. Ta stožec je bil napolnjen s počasnim eksplozivom, refrak eksplozivnega vala pa se je odrazil na vmesniku odseka kot običajni svetlovni val. Toda podobnost je tukaj zelo pogojena. V bistvu je oblika tega stožca ena od resničnih skrivnosti jedrske bombe.

Sredi 40. let ni bilo takšnih računalnikov na svetu, na katerem bi bilo mogoče izračunati obliko takih objektivov, glavna stvar pa ni bila niti primerna teorija. Zato so bili narejeni izključno z metodo sojenja in napak. Moral sem porabiti več kot tisoč eksplozij - in ne samo izvajati, ampak posneti posebne visoke hitrosti komore, ki registrirajo parametre eksplozivnega vala. Ko je bila izvedena zmanjšana različica, se je izkazalo, da je eksploziv tako preprost, ki ni prilagojen, in je bilo potrebno, da močno prilagodite stare rezultate.

Natančnost obrazca je bila potrebna za opazovanje napake, ki je manjša od milimetra, in sestava in enakomernost eksplozivov, ki se vzdržijo izjemno lepo. Možno je bilo izdelati dele samo do litja, zato niso bili vsi eksplozivi primerni. Hitro eksploziva je bila zmes heksogena in trotila, heksogen pa je bil dvakrat toliko. Počasi - isto Tloil, vendar z dodatkom inertnega barijevega nitrata. Hitrost detonacijskega vala v prvem eksplozivi je 7,9 km / s, v drugem pa - 4,9 km / s.

Detonatorji so bili nameščeni v sredini zunanje površine vsakega objektiva. Vsi 32 detonaterji so morali delati hkrati z neobičajno natančnostjo - manj kot 10 nanosekund, to je milijarde dolarjev sekunde! Tako se sprednji del udarnega vala ne bi smel izkriviti več kot 0,1 mm. Z enako natančnostjo je bilo potrebno združiti konjugacijske površine objektivov, nato pa je bila napaka njihove izdelave desetkrat več! Moral sem Tinker in preživel veliko toaletnega papirja in škotskega, da bi nadomestil netočnosti. Toda sistem je postal malo podoben teoretičnemu modelu.

Moral sem izumiti nove detonatorje: Stari ni zagotovil pravilno sinhronizacije. Izvedeni so bili na podlagi električnih tokov, ki eksplodirajo pod močnim impulzom. Za njihovo delovanje je bila baterija potrebna od 32 visokonapetostnih kondenzatorjev in enako število hitrih odvodnikov - enega za vsak detonator. Celoten sistem, skupaj z baterijami in polnilnikom za kondenzatorje, tehta v prvi bombi skoraj 200 kg. Vendar pa je bilo v primerjavi s težo eksplozivov, ki so jo odšli za 2,5 ton, je bilo malo.

Nazadnje je bila celotna zasnova zaprta v duralumini sferični primer, ki je sestavljena iz širokega pasu in dva pokrova - top in dna, vsi ti deli so bili zbrani na vijakih. Oblikovanje bombe je omogočilo, da ga zbere brez plutonijevega jedra. Da bi vstavili plutonij skupaj s kosom reflektorja urana, odvijal zgornji pokrov ohišja in vzel en eksplozivni objektiv.

Vojna z Japonsko je šel na konec, Američani pa so bili zelo mudi. Toda implozijska bomba je bila potrebna za doživetje. Ta operacija je bila dodeljena kodna ime "Trinity" ("Trinity"). Ja, atomska bomba naj bi pokazala moč, ki je na voljo prej kot bogovi.

Brilliant uspeh.

Testna soba je bila izbrana v Novi Mehiki, v mestu s slikovito ime GeRonaDdella Muerto (pot smrti) - ozemlje je bilo vključeno v topniški poligon Alamaga. Bomba se je začela zbrati 11. julija 1945. Na juliju FourTeenth, je bil dvignjen na vrh posebej zgrajenega stolpa z višino 30 m, povezanih žic za detonatorje in začela zadnje faze priprave, povezane z velikim številom merilne opreme. 16. julija 1945, v polletnem zjutraj, je bila naprava razstrelila.

Temperatura v središču eksplozije doseže več milijonov stopinj, zato je izbruh jedrske eksplozije veliko svetlejši od sonca. Ogenj ima nekaj sekund, nato pa se začne dvigovati, zatemniti, postane oranžna iz belega, nato pa se oblikuje znana jedrska goba. Prvi oblak gob se je dvignil na višino 11 km.

Energija eksplozije je bila več kot 20 ct ekvivalenta trotila. Večina merilne opreme je bila uničena, saj so bili fiziki izračunani na 510 ton in dal tehniko preblizu. V nasprotnem primeru je bil uspešen, briljanten uspeh!

Toda Američani se je soočalo z nepričakovano radioaktivno kontaminacijo terena. Vlak radioaktivnih padavin se razteza 160 km severovzhodnega. Iz majhnega mesta je Bingham moral evakuirati del prebivalstva, vendar je vsaj pet lokalnih prebivalcev prejelo odmerek do 5760 X-žarkov.

Izkazalo se je, da je treba, da bi se izognili okužbi, je treba bombo eksplodirati na precej visoki nadmorski višini, vsaj kilometer in pol, nato pa se izdelki radioaktivne razgradnje razpršijo na površini več sto tisoč ali celo Milijoni kvadratnih kilometrov in raztopijo v globalnem ozadju sevanja.

Druga bomba takega zasnove je bila ponastavljena na Nagasaki 9. avgusta, 24 dni po tem testu in tri dni po bombardiranju Hirošima. Od takrat, skoraj vse atomsko strelišče uporablja Implosion tehnologijo. Prva sovjetska bomba RDS-1, testirana na 29. avgusta 1949, je bila narejena v skladu z isto shemo.

Za varno delo z jedrskimi nevarnimi delitvenimi snovmi morajo biti parametri opreme manj kritični. Kot regulativni parametri jedrske varnosti se uporabljajo: količina, koncentracija in volumen jedrskega nevarni delitveni material; premer opreme, ki ima cilindrično obliko; Debelina ploske plasti za opremo, ki ima obliko plošče. Normativni parameter je nastavljen na podlagi veljavnega parametra, ki je manj kritičen in se med delovanjem opreme ne sme preseči. V tem primeru je potrebno, da značilnosti vplivajo na kritične parametre, so v strogo določenih mejah. Uporabljajo se naslednji veljavni parametri: številka M Extra, volumen V ekstra, premer D Ext, debelina plasti T Dodaj.

Uporaba odvisnosti kritičnih parametrov iz koncentracije jedrske nevarnosti razdeljenega nuclida, se vrednost kritičnega parametra določi, pod katero je nemogoče pri kakršni koli koncentraciji. Na primer, za raztopine plutonijevih soli in obogatenega urana, kritične mase, prostornine, neskončnega premera valja, je debelina neskončne ploske plasti najmanj na optimalnem območju upočasnitve. Za mešanice kovine obogatenega urana z vodo, kritična masa, kot za rešitve, ima izrazito minimum na področju optimalnega pojemka, in kritičnega volumna, premera neskončnega cilindra, debeline neskončne ploske plasti z visoko obogatitvijo (\u003e 35%) imajo minimalne vrednosti v odsotnosti moderatorja (R n / R5 \u003d 0); Za obogatitev pod 35%, kritični parametri mešanice imajo najmanj optimalen upočasnitev. Očitno je parametre, določene na podlagi minimalnih kritičnih parametrov, zagotavljajo varnost v intervalu sprememb koncentracije. Ti parametri se imenujejo varni, manjši od minimalnih kritičnih parametrov. Uporabljajo se naslednji varni parametri: količina, koncentracija, volumen, premer, debelina plasti.

Pri zagotavljanju jedrske varnosti sistema, ki temelji na dovoljenem parametru, je koncentracija definiranega nuclida nujno omejena (včasih število moderatorja), hkrati, ko uporabljate varen parameter, brez omejitev koncentracije (ali z Število zaviralcev) ni prekrito.

2 KLJUČNA MASSA.

Ne bo nobene verižne reakcije, odvisno od rezultata tekmovanja s štirimi prihodki:

(1) Nevtron odhoda iz urana,

(2) capture Neutron Uran brez divizije,

(3) zajemite nevljudne nečistoče.

(4) zajemite nevtron uran z divizijo.

Če je izguba nevtronov v prvih treh postopkih manjša od količine nevtronov, ki se sproščajo v četrtem, se pojavi verižna reakcija; V nasprotnem primeru je nemogoče. Očitno je, da če je iz prvih treh procesov zelo verjetno, presežek nevtronov, ki se sprošča med divizijo, ne bo mogel zagotoviti nadaljevanja reakcije. Na primer, ko je verjetnost postopka (2) (ujetje urana brez divizije) veliko bolj verjetno, da zajame z delitev, je verižna reakcija nemogoča. Dodatna težava uvaja izotopski naravni uran: Sestavljen je iz treh izotopov: 234 U, 235 U in 238 U, katerih prispevki 0,006, 0,7 in 99,3%. Pomembno je, da so verjetnost procesov (2) in (4) različne za različne izotope in na različne načine odvisna od nevtronske energije.

Za oceno konkurence različnih procesov v smislu razvoja v snovi verige, ki delijo jedro, se uvede koncept "kritične mase".

Kritična masa- najmanjšo maso delitvene snovi, ki zagotavlja pretok samozadostne fisijske reakcije jedrske verige. Kritična masa je manj kot obdobje pol prisotnosti delitve in višje je obogatitev delovnega elementa s strani dostavljene izotope.

Kritična masa -najmanjša količina cepljivne snovi, potrebne za začetek samozadostne verižne reakcije delitve. Koeficient nevtronske reprodukcije v taki količini snovi je enak.

Kritična masa- masa reaktorske snovi, ki je v kritičnem stanju.

Kritične velikosti jedrskega reaktorja- najmanjše dimenzije aktivnega območja reaktorja, v kateri se lahko še vedno izvaja samozadostna reakcija delitve jedrskega goriva. Običajno pod kritično velikostjo prevzamejo kritično količino aktivnega območja.

Kritični obseg jedrskega reaktorja- prostornino aktivnega območja reaktorja v kritičnem stanju.

Relativno število nevtronov, ki plujejo iz urana, se lahko zmanjša s spreminjanjem in obliko. V sferi so površinski učinki sorazmerni s kvadratom, in razsuti tovor polmera. Odhodni nevtroni iz urana je površinski učinek, odvisno od vrednosti površine; Zajemanje z delitvijo se pojavi v celotnem materialu, ki ga zaseda material, in zato je

električni učinek. Večja je količina urana, manj verjetno, da bo odhod nevtronov iz prostornine urana prevladal nad zajemanjem z delitvijo in preprečil verižno reakcijo. Izguba nevtronov na zasegu brez divizije je prostorski učinek, kot je sprostitev nevtronov pri zajemanju z delitvijo, tako da povečanje dimenzij ne spremeni njihovega relativnega pomena.

Kritične dimenzije naprave, ki vsebujejo uran, se lahko opredelijo kot dimenzije, v katerih je količina nevtrona, ki se sprosti v natančnosti, enaka izgubi zaradi odhoda in zasegov, ki jih ne spremlja oddelka. Z drugimi besedami, če so dimenzije manj kritične, po definiciji, verižna reakcija ne more razvijati.

Samo čudni izotopi lahko tvorijo kritično maso. Samo 235 u je na voljo v naravi, in 239 PU in 233 u so umetno, nastanejo v jedrskem reaktorju (kot rezultat nevtrona Capture z jedri 238 u

in 232 th z dvema naslednjima β-razpadama).

V naravni divizijski divizijski reakcija se ne more razvijati z nobenim številom urana, vendar v takih izotopov kot235 U in 239 PU verižni proces se doseže relativno enostavno. V prisotnosti nevtronov retarder, verižna reakcija gre v naravnem uranu.

Predpogoj za izvajanje verižne reakcije je prisotnost dovolj velike količine cepljivne snovi, saj v vzorcih majhnih velikosti, večina nevtronov leti skozi vzorec, ne da bi udaril v katerokoli jedro. Pri doseganju se pojavi verižna reakcija jedrske eksplozije

določena snov neke kritične mase.

Naj bo kos snovi, ki je sposoben razdelitve, na primer, 235 u, ki pade nevtron. Ta nevron bodisi povzroči delitev, bodisi neuporabno absorbirajo snov, ali, predproeva, bo sproščena skozi zunanjo površino. Pomembno je, da bo v naslednjem koraku - število nevtronov v povprečju se bo zmanjšalo ali zmanjšalo, t.j. Mi bomo oslabili ali razvili verižno reakcijo, t.e. Bo sistem v podkritičnih ali v superkritičnih (eksplozivnih) stanju. Ker je odhod nevtrona urejen v velikosti (za polmer krogle), se pojavi koncept kritične velikosti (in mase). Za razvoj eksplozije mora biti velikost bolj kritična.

Kritična velikost delitvenega sistema se lahko oceni, če je dolžina nevtronske kilometrine znane v cepljivem materialu.

Neutron, ki leti skozi snov, občasno se sooča z jedrom, vidi, da vidi svoj presek. Velikost prereza jedra σ \u003d 10-24 cm2 (bar). Če je n število jeder v kubični centimeter, potem kombinacija L \u003d 1 / N Σ daje povprečno dolžino nevtronske kilometrine glede na jedrsko reakcijo. Dolžina nevtrona je edina dimenzijska vrednost, ki lahko služi kot izhodišče za ocenjevanje kritičnega. V kateri koli fizični teoriji se uporabljajo metode podobnosti, ki so po drugi strani zgrajene iz dimenzijskih kombinacij dimenzijskih vrednosti, značilnosti sistema in snovi. Tako brezrazsežna

Številka je razmerje med polmerom kosmičega materiala na dolžino kilometrov v nevtronih. Če predpostavimo, da je brezstopalno število reda enote in dolžino teka s tipično vrednostjo n \u003d 1023, L \u003d 10 cm

(Za σ \u003d 1) (običajno σ je običajno veliko višja od 1, zato je kritična masa manjša od naše ocene). Kritična masa je odvisna od prereza reakcije betona nuklida. Torej, za oblikovanje atomske bombe, približno 3 kg plutonija ali 8 kg 235 u (z implozivnim diagramom in v primeru čistega 235 U), je potreben približno 50 kg orožja urana (z gostoto urana 1,895 · 104 kg / m3 polmera kroglice Takšna masa je približno 8,5 cm, kar presenetljivo sovpada z našo oceno.

R \u003d L \u003d 10 cm).

Zdaj bodo zdaj umaknili strožjo formulo za izračun kritične velikosti kosa delitvenega materiala.

Kot je znano, je v času propadanja jedra urana, je oblikovanih več prostih nevtronov. Nekateri od njih zapustijo vzorec, del pa se absorbira druga jedra, kar povzroča njihovo delitev. Verižna reakcija se pojavi, če se število nevtronov v vzorcu začne rasti plaz. Za določitev kritične mase lahko uporabite nevtronsko difuzijsko enačbo:

	∂.	D c + β c
	.

kjer je C koncentracija nevtronov, β\u003e 0 - stopnja reakcije nevtronske reaktivnosti (podobno kot konstantno radioaktivno razpadom ima dimenzije 1 / s, d-učinkovitost nevtronske difuzije,

Naj se vzorec deli kroglo s polmerom R. Potem moramo najti rešitev enačbe (1), ki izpolnjuje mejni pogoj: C (R, T) \u003d 0.

Potem bomo zamenjali c \u003d ν e β t

∂.

∂ν

ν \u003d D.

+ βν E.

.

.

Prejela klasično toplotno prevodnost:

∂ν

D ν.

.

Rešitev te enačbe je dobro znana

π 2 N 2

ν (r, t) \u003d

sin π n re

π 2 N.

β −

C (r, t) \u003d

sin π n re

r n \u003d 1

Verižna reakcija bo potekala pod pogojem (to je

C (r, t)

t → ∞ → ∞), ki je vsaj pri enem koeficientu

kazalnik je pozitiven.

Če β - π 2 N 2 D\u003e 0,

ta β\u003e π 2 N 2 D in kritični polmer krogle:

R \u003d π n

Če je π.

≥ r, potem niti kot N ne bo rasla

Če je π.

< R , то хотя бы при одном n мы получим растущую экспоненту.

Omejimo se na prvi član serije, n \u003d 1:

R \u003d π.

Kritična masa:

M \u003d ρ v \u003d ρ

Najmanjša vrednost polmera žoge, v kateri se pojavi verižna reakcija, se imenuje

kritični polmer in masa ustrezne žoge -kritična masa.

Zamenjava vrednosti za r, dobimo formulo za izračun kritične mase:

M KR \u003d ρπ 4 4 D 2 (9) 3 β

Velikost kritične mase je odvisna od oblike vzorca, koeficienta nevtronske reprodukcije in koeficienta nevtronske difuzije. Njihova definicija je zapletena eksperimentalna naloga, zato se formula, ki je nastala, uporablja za določanje določenih koeficientov, in izračuni, ki se izvajajo, so dokaz obstoja kritične mase.

Vloga vzorca vzorca je očitna: z zmanjšanjem velikosti odstotka nevtronov, ki se odhajajo skozi njeno površino, se poveča, tako da je na majhnih (pod kritično!) Velikost vzorcev, verižna reakcija nemogoče celo z ugodnim razmerjem med Procesi absorpcije in procesov tvorbe nevtrona.

Za visoko obogatenega urana je vrednost kritične mase približno 52 kg, za orožje plutonij - 11 kg. V regulativnih dokumentih o varstvu jedrskih snovi so navedene kritične mase: 5 kg 235 U ali 2 kg plutonija (za implozivno atomsko bombo). Za shemo topov, so kritične mase veliko večje. Na podlagi teh vrednot se gradi intenzivnost zaščite delitvenih snovi iz napada teroristov.

Komentar. Kritična masa sistema kovinskega urana 93,5% obogatitve (93,5% 235 U; 6,5% 238 U) je enaka 52 kg brez reflektorja in 8,9 kg, ko je sistem obdan z nevtronskim reflektorjem iz berilijevega oksida. Kritična masa vodne raztopine urana je približno 5 kg.

Vrednost kritične mase je odvisna od lastnosti snovi (kot so deli oddelka in zajemanje sevanja), od gostote, število nečistoč, oblik izdelka, kot tudi iz okolja. Na primer, prisotnost nevtronskih odsevnikov lahko močno zmanjša kritično maso. Za določeno delilno snov, količino materiala, ki je kritična masa, se lahko razlikuje v širokem razponu in je odvisna od gostote, značilnosti (vrste materiala in debeline) reflektorja, kot tudi iz narave in odstotka katerega koli inertnega razredčila (kot je kisik v uranu oksid, 238 u v delno obogaten 235 u ali kemične nečistoče).

Za primerjavo bomo prinesli kritične žarnice brez reflektorja za več vrst materialov z določeno standardno gostoto.

Za primerjavo, dajemo naslednje primere kritičnih mas: 10 kg 239 PU, kovine v fazi alfa

(gostota 19,86 g / cm3); 52 kg 94% 235 U (6% 238 U), kovinski (18,72 g / cm gostota); 110 kg UO2 (94% 235 U)

na gostoti v kristalinični obliki 11 g / cm3; 35 kg Puo2 (94% 239 PU) z gostoto v kristalini

obrazec 11,4 g / cm3. Najmanjše kritične množične raztopine čistih jedlin v vodi z reflektorjem vode nevtronov imajo najmanjšo kritično maso. Za 235 U kritična masa je 0,8 kg, za 239 PU - 0,5 kg, za 251 CF -

Kritična masa M je povezana s kritično dolžino l: m lx, kjer je X odvisna od oblike vzorca in leži v območju od 2 do 3. odvisnost od oblike je povezana z nevtronskim puščanjem skozi površino: The Večja je površina, večja je kritična masa. Vzorec z minimalno kritično maso ima obliko žoge. Tabela. 5. Osnovne ocenjene značilnosti čistih izotopov, ki so sposobne jedrske oddelke

								Neutron.
		Pridobivanje		Kritično	Gostota	Temperatura	Ogreva	spontano
			semister
		(vir)			g / cm³	taljenje ° S.
			T 1/2.					105 (kg · s)
	231PA.
	232U.	Reaktor
		neutron.
	233U.
	235U.	Naravni	7.038 × 108 let
	236U.		2.3416 × 107 let? kg.
	237np.		2.14 × 107 let
	236pu.
	238PU.
	239PU.
	240pu.
	241PU.
	242PU.
	241AM.
	242Mam.
	243mam.
	243AM.
	243cm.
	244 cm.
	245 cm.
	246cm.
	247cm.		1.56 × 107 let
	248cm.
	249cf.
	250cf.
	251cf.
	252cf.

Naj se prebivamo z več podrobnostmi o kritičnih parametrih izotopov nekaterih elementov. Začnimo z uranom.

Kot večkrat omenjeno, 235 U (Clark 0,72%) je še posebej pomembno, saj je razdeljen na delovanje toplotnih nevtronov (σ f \u003d 583 barn), označevanje "toplotno ne-prezračevalnega ekvivalenta" 2 × 107 kW × H / h / k. Ker, poleg α-pasu 235 u, je tudi spontano razdeljen (T 1/2 \u003d 3,5 × 1017 let), nevtroni so vedno prisotni v masi urana, kar pomeni, da je mogoče ustvariti pogoje za pojav samozadostno verižno reakcijo delitve. Za kovinski uran z obogatitvijo 93,5% kritične mase enaka: 51 kg brez reflektorja; 8,9 kg z reflektorjem iz berilijevega oksida; 21,8 kg s polnim reflektorjem vode. Kritični parametri homogenih mešanic urana in njegovih spojin so podani v

Kritični parametri plutonija Izotopi: 239 PU: M KR \u003d 9,6 kg, 241 PU: M KR \u003d 6,2 kg, 238 PU: M KR \u003d od 12 do 7,45 kg. Mešanice izotopov so največji interes: 238 PU, 239 PU, 240 PU, 241 PU. Velika specifična za izdajo energije 238 PU vodi do oksidacije kovine v zraku, zato jo najverjetneje uporablja v obliki oksidov. Po prejemu 238 PU je priloženo izotop 239 PU. Razmerje med temi izotopi v zmesi določajo vrednost kritičnih parametrov in njihovo odvisnost pri menjavi vsebine retarderja. Različne ocene kritične mase za naked kovinsko sfero 238 PU dajejo vrednosti od 12 do 7,45 kg v primerjavi s kritično maso za 239 PU, ki je enaka 9,6 kg. Ker je KERNEL 239 PU vsebuje liho število nevtronov, kritična masa, ko se voda doda vodni sistem se bo zmanjšala. Kritična masa 238 PU pri dodajanju vode se poveča. Za mešanico teh izotopov je skupni učinek dodajanja vode odvisen od razmerja izotopov. Z veliko vsebino 239 PU, ki je enaka 37% ali manj, kritična masa mešanice izotopov 239 PU in 238 PU se ne zmanjšuje, ko se doda voda. V tem primeru je dopustna količina dioksidov 239 PU-238 PU 8 kg. Z drugimi

razmerje dioksida 238 PU in 239 PU minimalne vrednosti kritične mase se giblje od 500 g za čisto 239 PU na 24,6 kg za čisto 238 PU.

Tabela. 6. Odvisnost kritične mase in kritične količine urana iz obogatitve 235 U.

Opomba. Jaz sem homogena mešanica kovinskega urana in vode; Ii - homogena mešanica urana in vodnega dioksida; III - Rešitev Uranfluorid v vodi; IV - Raztopina uronata v vodi. * Podatki, pridobljeni z uporabo grafične interpolacije.

Še en izotop z liho število nevtronov je 241 PU. Najmanjša vrednost kritične mase za 241 PU se doseže v vodnih raztopinah pri koncentraciji 30 g / l in je 232 kg. Po prejemu 241 PUS je 240 PU vedno spremlja obsevano gorivo, ki ga ne presega. Z enakim razmerjem nuklidov v mešanici izotopov, minimalna kritična masa 241 PU presega kritično maso 239 PU. Zato v zvezi z minimalno kritično maso izotopa 241 PU Kdaj

nobena od jedrske varnosti ni mogoče zamenjati z 239 PU, če obstajajo enaki zneski v mešanici izotopov

241 PU in 240 PU.

Tabela. 7. Minimalni kritični parametri urana z obogatitvijo 100% do 233 U.

Zdaj razmislimo o kritičnih značilnostih Isotopes amerium. Prisotnost v mešanici izotopov 241 in 2433 am povečuje kritično maso 242 m AM. Za vodne raztopine je razmerje med izotopi, v katerih je sistem vedno podkritičen. Z masovno vsebnostjo 242 m am v mešanici 241 in 242 m am, je manj kot 5%, sistem ostane podkritična do koncentracije amerika v raztopinah in mehanskih mešanicah vodnega dioksida, ki je enak 2500 g / l. 243 AM v mešanici s 242m se poveča tudi

kritična masa mešanice, vendar v manjši meri, saj prečni prerez prijemanja toplotnih nevtonov za 243 ur velikosti nižje od 241 AM

Tabela. 8. Kritični parametri homogenega plutonija (239 PU + 240 PU) Sferični sklopi.

Tabela. 9. odvisnost kritičnih mas in prostornine za plutonijeve spojine * iz izotopske sestave plutonija

* Glavni nuclide 94 239 PU.

Opomba. Jaz sem homogena mešanica kovinskega plutonija in vode; Ii - homogena mešanica plutonija in vodnega dioksida; IIIgomogena mešanica oksalatnega plutonija in vode; IV - raztopina plutonijevega nitrata v vodi.

Tabela. 10. Odvisnost minimalne kritične mase 242 m od njegove vsebine v mešanici 242 m in 241 AM (kritična masa se izračuna za AMO2 + H20 O v sferični geometriji z reflektorjem vode):

	Kritična masa 242 m am, g

Z majhno masno frakcijo 245 cm je treba upoštevati, da ima 244 cm tudi končno kritično maso v sistemih brez zaostalih. Druga zdravila Izotopi z liho število nevtronov ima minimalno kritično maso večkrat večja od 245 cm. V mešanici CMO2 + H2, 243 cm izotopov ima minimalno kritično maso okoli 108 g, 247 cm - približno 1170 v primerjavi z

kritična masa se lahko domneva, da je 1 g 245 cm enako 3 g 243 cm ali 30 g 247 cm. Najmanjša kritična masa 245 cm, G, odvisno od vsebnosti 245 cm v mešanici izotopov 244 cm in 245 cm za CMO2 +

H2 o precej dobro opisanem s formulo

	M K \u003d 35,5 +
		ξ + 0.003.

kjer je ξ množični delež 245 cm v mešanici zdravil izotopov.

Kritična masa je odvisna od prereza fisijske reakcije. Pri ustvarjanju orožja se lahko vse vrste trikov zmanjšajo kritično maso, ki je potrebna za eksplozijo. Zato je treba ustvariti 8 kg urana-235, da bi ustvarili atomsko bombo (z implozivno shemo in v primeru čistega urana-235; pri uporabi 90% urana-235 in na shemi Trunny od atomske bombe zahteva vsaj 45 kg urana orožja). Kritična masa se lahko znatno zmanjša, obkroža vzorec delitvene snovi s plastjo materiala, ki odraža nevtronov, na primer, berilij ali naravni uran. Reflektor vrne pomemben del nevtronov, ki odhajajo skozi površino vzorca. Na primer, če uporabljate 5 cm debel reflektor, izdelan iz materialov, kot so urani, likalnik, grafit, kritična masa bo polovico kritične mase "gole žoge". Debelejši odsevniki zmanjšujejo kritično maso. Berlillium je še posebej učinkovit, ki zagotavlja kritično maso 1/3 standardne kritične mase. Sistem na toplotnih nevtonih ima največji kritični obseg in minimalno kritično maso.

Pomembno vlogo se igra s stopnjo obogatitve na delitvi nuclida. Naravni uran z vsebnostjo 235 u 0,7% ni mogoče uporabiti za izdelavo atomsko orožja, saj preostali uranium (238 U) intenzivno absorbira nevtrone, ki preprečuje razvoj verige procesa. Zato morajo biti izotopi urana razdeljeni, kar predstavlja zapleteno in dolgotrajno nalogo. Ločitev je treba izvesti na 235 ureditev obogatitev U nad 95%. Na splošno je treba znebiti nečistoč elementov z visokim prerezom nevtronskega ujetja.

Komentar. Pri pripravi orožja, urana, ne samo se znebiti nepotrebnih nečistoč, in jih nadomestiti z drugimi nečistočami, ki prispevajo k procesu verige, na primer, elementi so uvedeni - nevtronski multiplers.

Raven obogatitve urana ima pomemben vpliv na obseg kritične mase. Na primer, kritična masa urana z obogatitvijo 235 U 50% je 160 kg (3-krat več kot 94% urana), kritična masa 20% urana pa je 800 kg (to je ~ 15-krat več kot kritična masa 94% urana). Podobni koeficienti odvisnosti od ravni obogatenja veljajo za uranovega oksida.

Kritična masa je obratno sorazmerna s kvadratom materialne gostote, m do ~ 1 / ρ 2 ,. Tako je kritična masa kovinskega plutonija v fazi Delta (gostota 15,6 g / cm3) 16 kg. Ta okoliščina se upošteva pri izdelavi kompaktne atomske bombe. Ker je verjetnost zajema nevtrona sorazmerna s koncentracijo jeder, povečanje gostote vzorca, na primer, kot posledica njegove kompresije, lahko privede do nastanka kritičnega stanja v vzorcu. V jedrskih eksplozivnih napravah se masa cepilne snovi, ki je v varnem podkritičnem stanju, prevede v eksplozivno superkritično z uporabo smerne eksplozije, ki je izpostavljena močni kompresijski naboj.

Kritična masa, minimalna masa materiala, ki je sposobna razdeliti potrebno za zagon verižne reakcije v atomski bombi ali atomski reaktor. V atomski bombi je eksplozivni material razdeljen na dele, od katerih je vsak manj kritičen ... ... Znanstveni in tehnični enciklopedijski slovar

Glej kritično maso. Rayzberg Ba, Lozovsky L.SH., SONEDUBTSEVA E.B .. Modern Ekonomski slovar. 2 e ed., Zakon. M.: Infra M. 479 s .. 1999 ... Ekonomski slovar

KRITIČNA MASA - najmanjša (glej) dioding snov (uranov 233 ali 235, plutonij 239, itd), na kateri se lahko pojavi samozadostna verižna reakcija delitev atomskih jeder in pušča. Vrednost kritične mase je odvisna od vrste delitvene snovi, njene ... ... Velika politehnična enciklopedija

Kritična masa, minimalna masa feltintne snovi (jedrsko gorivo), ki zagotavlja pretok samozadostnega jedrskega verižnega reakcije delitve. Kritična masa (MKR) je odvisna od vrste jedrskega goriva in njene geometrije ... ... Sodobna enciklopedija

Minimalna masa delitvene snovi, ki zagotavlja pretok samozadostne jedrske verige reakcije fisije ... Velik enciklopedijski slovar

Kritična masa Najmanjša masa goriva, v kateri se lahko nastane samozadostna verižna reakcija osnovne delitve z določeno obliko in sestavo aktivnega območja (odvisno od številnih dejavnikov, na primer: sestava goriva, moderator, obrazci ... .. . Pogoji atomske energije

kritična masa - najmanjša masa goriva, v kateri je samozadostna verižna reakcija jedra, ki deli pod določeno obliko in sestavo aktivnega območja (odvisna od številnih dejavnikov, na primer: sestava goriva, retarder, oblike aktivnega območja in .... .. Imenik tehničnega prevajalca

Kritična masa - Kritična masa, minimalna masa fuzorske snovi (jedrsko gorivo), ki zagotavlja pretok samozadostnega jedrskega verižnega oddelka. Kritična masa (MKR) je odvisna od vrste jedrskega goriva in njene geometrije ... ... Ilustrirani enciklopedijski slovar

Možno je najmanjše število jedrskih goriv, \u200b\u200bki vsebuje ločljive nuclide (233U, 235U, 239PU, 251CF), z reakcijo fisije jedrske verige (glej osrednji oddelek. Jedrski reaktor, jedrska eksplozija). K. M. Odvisno od velikosti in oblike ... ... ... Fizična enciklopedija

Minimalna masa delitvene snovi, ki zagotavlja pretok samozadostne fisijske reakcije jedrske verige. * * * Kritična masa kritične mase, najmanjša masa fisilne snovi, ki zagotavlja pretok samozadostnega ... Enciklopedijski slovar

Knjige.

• Kritična masa, Veselova N., v knjigi Natalia Messova, član ruske medregionalne zveze pisateljev, veljavnega člana Akademije ruske literature in likovne umetnosti. G. R. Derzhavin, vnesel izbrano ... Kategorija: Druge izdaje
• Kritična masa, Natalia Veselova, v knjigi Natalia Messova, član ruske medregionalne zveze pisateljev, veljavnega člana Akademije ruske literature in likovne umetnosti. G.R. Idrzhavin, vnesel izvoljeno zgodbo ... Kategorija:

Od konca najbolj groznega v zgodovini človeštva vojne, je minilo nekaj več kot dva meseca. 16. julija 1945, je prva jedrska bomba testirala ameriška vojska, in tisoče prebivalcev japonskih mest, ki so umirale v atomskem pecilu. S tem orožjem, kot tudi sredstva za uresničitev ciljev, se nenehno izboljšujejo več kot pol stoletja.

Vojaška je želela dobiti na razpolago kot strelivo s težkim delovanjem, z enim pihanjem pometalnih mest in držav ter ultra-nizko, ki se prilegajo v portfelj. Takšna naprava bi prinesla vojno sabotaže na ravni brez primere. Z prvim in drugim je nastala neustavljiva težava. Vino vse, tako imenovana kritična masa. Vendar pa glede vsega v redu.

Takšno eksplozivno jedro

Za razvrščanje vrstnega reda jedrskih naprav in razumeti, kaj se imenuje kritična masa, se bomo nekaj časa vrnili na mizo. Od šolskega poteka fizike se spomnimo preprosto pravilo: stroški istega imena so odvrnili. Na istem mestu, v srednji šoli učenci opisujejo strukturo atomskega jedra, ki sestoji iz nevtronov, nevtralnih delcev in protonov, ki se zaračunavajo pozitivno. Toda kako je mogoče? Pozitivno napolnjeni delci so tako blizu drug drugemu, moč odbijanja mora biti ogromna.

Narava notranjih sil, ki imajo skupaj, protoni niso znane, čeprav so bile lastnosti teh sil preučevane precej dobro. Sile deluje le na zelo bližnji razdalji. Vendar je vredno vsaj malo ločitve protonov v prostoru, saj se moč odbijanja začne prevladati, in jedro bo letelo na koščke. In moč tega spola je resnično ogromna. Znano je, da sile odraslega človeka ne bi imeli dovolj za zadržanje protonov samo enega samega jedra svinčnega atoma.

Kateri Ringeford je bil prestrašen

Jedra večine elementov mize MendelEV je stabilna. Vendar pa se s povečanjem atomske številke zmanjšuje ta stabilnost. Posel v velikosti jedra. Predstavljajte si jedro atoma urana, sestavljeno iz 238 nuklidov, od tega 92 protonov. Da, protoni so v tesnem stiku med seboj in notranje močne sile zanesljivo cementirajo celotno obliko. Toda moč odbijanja protonov, ki so na nasprotnih koncih jedra, postane opazen.

Kaj je opravil korenford? Izdelal je bombardiranje atomov nevtronov (elektron ne bo prešel skozi elektronsko lupino atoma, in pozitivno napolnjen Proton ne bo mogel približati jedro zaradi odbojne sile). Nevtron, ki spada v jedro atoma, je povzročil njegovo delitev. Na straneh so se razlile dve ločeni polovici in dva ali tri prostega nevtrona.

To razpad, zaradi velikih hitrosti razlitega delca, je spremljala emisija ogromne energije. Imeli smo govorice, da je Rutherford celo želel skriti svoje odkritje, prestrašil možne posledice za človeštvo, vendar je najverjetneje nič več kot pravljice.

Torej, kaj je masa in zakaj je kritična

Pa kaj? Kako lahko pretok protonov lahko obseva z zadostno količino radioaktivnih kovin, da dobimo močno eksplozijo? In kaj je kritična masa? Gre za tiste, ki so več prostih elektronov, ki letijo iz "bombardiranega" jedrskega jedra, na koncu, prav tako se soočajo z drugimi jeder, bo povzročilo njihovo delitev. Tako imenovana bo začela, vendar jo bo zelo težko zagnati.

Zahtevajo lestvico. Če vzamete jabolko za jedro atoma na naši tabeli, potem da bi si lahko predstavljate jedro sosednjega atoma, bo treba isto jabolko pripisati in dati na mizo, ki ni niti v naslednji sobi, in .. . V bližnji hiši. Neutron bo velikost češnjeve kosti.

Da bi dušikovi nevtroni, da ne letijo preko meja uran ingot, bi se več kot 50% od njih znano, da bi cilja v obliki atomske jeder, ta ingot mora imeti ustrezne dimenzije. To je tisto, kar se imenuje kritična masa urana - maso, pri kateri več kot polovica oddajanih nevtronov soočajo z drugimi jedmi.

Pravzaprav se to zgodi v trenutku. Število deljenih jeder se poveča kot plaz, njihovi fragmenti hiterijo v vseh smereh s hitrostjo, primerljivimi s hitrostjo svetlobe, oranjem zraka, vode, katerega koli drugega okolja. Iz njihovih trkov z okoljskimi molekulami, eksplozijsko območje takoj segreje do milijonov stopinj, ki sevajo toploto, ki ustvarja vse v okrožju več kilometrov.

Močno segrevani zrak se je takoj povečal v velikosti, ki ustvarja močan udarni val, ki demolusira stavbo iz temeljev, se obrne in zruši vse na svoji poti ... tako je slika atomske eksplozije.

Kako izgleda v praksi

Naprava atomske bombe je presenetljivo preprosta. Obstajata dva ingota urana (ali druga masa vsakega je nekoliko manj kritična. Ena od ingotov je izdelana v obliki stožca, drugo - skledo s stožčasto luknjo. Ker ni težko Uganiti, ko združuje obe polovici, je dosežena krogla, ki ima kritično maso. To je standardna najpreprostejša jedrska bomba. Dve polovici sta povezani z uporabo tipičnega TNT naboja (stožec je ustreljen v žogo).

Ampak ne smete meniti, da bi kdorkoli lahko zbral "na kolenu". Celoten poudarek je, da je Uranus, tako da bi morala bomba iz nje eksplodirala biti zelo čista, prisotnost nečistoč je praktično nič.

Zakaj ni velikosti atomične bombe z embalažo cigaret

Vse iz istega razloga. Kritična teža najpogostejšega izotopa urana 235 je približno 45 kg. Eksplozija takega števila jedrskih goriv je že katastrofa. In to je nemogoče narediti z manj snovmi - preprosto ne bo delovalo.

Iz istega razloga ni deloval in ustvarjal težkih atomskih stroškov iz urana ali drugih radioaktivnih kovin. Da bi bila bomba zelo močna, je bila narejena iz ducata ingotov, ki, ko spodkopava, detonacijske dajatve so pohiteli v središče, ki se povezujejo kot oranžne rezine.

Toda kaj se je zgodilo v praksi? Če je iz nekega razloga našla dva elementa za tisočinke druge prejšnje kot ostalo, je bila kritična masa dosežena hitrejša od "hčerinske družbe", eksplozija pa se je zgodila, ne da bi se oblikovalci izračunali. Problem hudega jedrskega streliva je bil rešen samo s prihodom termonuklearnega orožja. Toda to je malo drugačna zgodba.

Ampak kako je mirni atom

Jedrska elektrarna - v bistvu ista jedrska bomba. Samo ta "bomba" bo beweed (gorivni elementi) iz urana, so na določeni razdalji drug od drugega, kar jim ne preprečuje iz menjalnega nevtrona "piha".

Twisters so narejeni v obliki palic, med katerimi so kontrolne palice izdelane iz materialov, ki dobro absorbirajo nevtroni. Načelo delovanja je preprosto:

• urejanje (absorpcijskih) palic se vnesejo v prostor med palicami urana - reakcija upočasnjuje ali se ustavi;
• prilagajanje palic so opisane iz območja - radioaktivni elementi se aktivno izmenjujejo z nevtroni, je jedrska reakcija poteka bolj intenzivno.

Dejansko je dobljena ista atomska bomba, v kateri je kritična masa tako gladko dosežena in je tako jasno urejena, da ne vodi do eksplozije, ampak samo za ogrevanje hladilne tekočine.

Čeprav, na žalost, kot kaže praksa, človeški genij ne more vedno omejiti to ogromno in destruktivno energijo - energijo propadanja atomskega jedra.

V mnogih naših bralcev je vodikova bomba povezana z atomsko, le veliko močnejšim. Pravzaprav je to bistveno novo orožje, ki je potrebno za njegovo ustvarjanje, se nenosensurira intelektualna prizadevanja in se ukvarjajo z drugimi drugimi fizičnimi načeli.

Edina stvar, ki se nanaša na atomsko in vodikovo bombo, je, da sta oba sproščena z ogromno energijo, ki je skrita v atomskem jedru. To lahko storite na dva načina: razdelite težka jedra, na primer, urana ali plutonij, lažji (reakcija fisije) ali izgubo najlažjih izotopov vodika (sinteza reakcije). Zaradi obeh reakcij je masa nastalega materiala vedno manjša od mase vira atomov. Toda masa ne more izginiti brez sledenja - se spremeni v energijo po znameniti formula Einstein E \u003d MC 2.

Če želite ustvariti atomsko bombo, je potrebno in zadosten pogoj pridobiti delitev materiala v zadostnih količinah. Delo je precej zamudno, vendar nizko alterptus, ki leži bližje rudarski industriji kot na visoko znanost. Glavni viri pri ustvarjanju takšnega orožja gredo na izgradnjo ogromnih rudnikov urana in predelovalnih obratov. Dokazilo o enostavnosti naprave je dejstvo, da ni bilo meseca, in prva sovjetska jedrska eksplozija med prejemom zahtevane prve bombe plutonija in prve sovjetske jedrske eksplozije.

Na kratko se spomnite načelo delovanja take bombe, znane iz šolske fizike. Temelji na lastnosti urana in nekaterih transakanskih elementov, na primer plutonij, med razpadom, da bi poudarili več kot en nevtron. Ti elementi lahko razpadejo tako spontano in pod vplivom drugih nevtronov.

Izpuščenski nevtron lahko zapusti radioaktivni material in se lahko sooči z drugim atomom, kar povzroča še eno fisijo reakcijo. Ko je presežena določena koncentracija snovi (kritična masa), se število nevrokov novorojenčka, kar povzroči nadaljnjo delitev atomskega jedra, začne preseči število razpadnih jeder. Količina razpadanja atomov začne rasti plazov, ki daje rojstvo novih nevtronov, to je verižna reakcija. Za urano-235 je kritična masa približno 50 kg, za plutonij-239 - 5,6 kg. To pomeni, da je masa plutonijevega žarnice malo manj kot 5,6 kg, je preprosto toplo kos kovine, in nekaj več kot nekaj nanosekund.

Dejanska delovna shema je preprosta: vzamemo dve poloblice uran ali plutonija, vsako nekoliko manj kritično maso, imamo 45 cm na daljavo, izgledamo eksplozivno in eksplozijo. Uran ali plutonijevo nogavice v kos superkritične mase, in jedrska reakcija se začne. Vse. Obstaja še en način za začetek jedrske reakcije - pritrjena z močno eksplozijo plutonija: razdalja med atomi se bo zmanjšala, reakcija pa se bo začela pri manjši kritični masi. V tem načelu delujejo vsi sodobni atomski detonatorji.

Težave atomske bombe se začnejo od trenutka, ko želimo povečati moč eksplozije. Preprosto povečanje delitvenega materiala ni storiti - takoj, ko njegova masa doseže kritično, detonira. Izumili so različne iznajdljive sheme, na primer, da bi bila bomba iz dveh delov, od kompleta, zakaj je bomba začela spominjati na najem oranžne barve, nato pa jo zberemo v enem kosu v enem udarcu, vendar še vedno z močjo več 100 kilotonskih težav je postalo nepremagljivo.

Toda gorivo za termonuklearno sintezo kritične mase nima. Tukaj je sonce, napolnjeno s termonuklearnim gorivom, ki visi nad glavo, v njem že milijardo let ima termonuklearno reakcijo, - in nič, ne eksplodira. Poleg tega, ko je reakcija sinteze, na primer deuterij in tritij (težka in superheavy izotop vodika), je energija 4,2-krat večja kot pri izgorevanju iste mase urana-235.

Proizvodnja atomske bombe je bila bolj eksperimentalna kot teoretični proces. Vzpostavitev bombe vodikovega je zahtevala nastanek popolnoma novih fizičnih disciplin: visokotemperaturna fizika plazme in ultrahigh tlak. Pred začetkom oblikovanja bombe je bilo treba temeljito razumeti naravo pojavov, ki se pojavljajo samo v jedru zvezd. Ni poskusov, ki bi jih lahko pomagali - samo teoretična fizika in višja matematika so bili instrumenti raziskovalcev. To ni po naključju, da velika velika vloga pri razvoju termonuklearnega orožja pripada matematikam: Ulama, Tikhonov, Samara itd.

Classic super.

Do konca leta 1945 je Edward Tlar ponudil prvo zasnovo vodikove bombe, imenovanega "Classic Super". Če želite ustvariti pošast pritisk in temperaturo, ki je potrebna za zagon reakcije sinteze, je bila predvidena navadna atomska bomba. "Classic Super" je bil dolg valj, napolnjen z devterijem. Predvidena je bila tudi vmesna "ostavna" komora z mešanico industrije devterijev - reakcija sinteze devterija in tritija se začne pri nižjem tlaku. Z analogijo z Kostromom je bil deuterij igral vlogo drva, zmes devterija z tritijem - kozarec bencina in atomsko bombo - tekme. Takšna shema se je imenovala "cevi" - nenavadna cigara z atomsko vžigalnikom iz enega konca. Po isti shemi se je začela razvijati vodikovo bombo in sovjetsko fiziko.

Vendar pa se je matematika Stanislav Ulam na običajni logaritmični knjižni imenik izkazala, da je nastanek reakcije sinteze čistega deuterija v "super", ki je komaj možen, in za mešanico bi bilo potrebno za količino tritija, ki ga Potrebno bi bilo praktično zamrzniti proizvodnjo orodije plutonija v Združenih državah.

Puff s sladkorjem

Sredi leta 1946 je Tlaper predlagal naslednji diagram vodikove bombe - "Budilka". Sestavljen je iz izmeničnih sferičnih plasti urana, devterija in tritija. Z jedrsko eksplozijo osrednjega naboja plutonija, je bil potreben tlak in temperature ustvarjen, da se začne termonuklearne reakcije v drugih plasti bombe. Vendar pa je za "budilko" potreben atomski iniciator visoke moči, in Združene države (ker pa, in ZSSR) je doživela težave z razvojem urana za orožje in plutonij.

V padcu leta 1948 je Andrei Saharov prišel na podobno shemo. V Sovjetski zvezi je bil oblikovanje imenovano "Puff". Za ZSSR, ki ni imel časa za delo v zadostni meri, da bi delal Armory Uranus-235 in plutonija-239, je Saharov Puff je bil Panacea. In zato.

V konvencionalni atomski bombi, naravna urana-238 ni le neuporabna (nevtronska energija med razpadom ni le za začetek delitve), ampak tudi škodljivo, saj pohlepno absorbira sekundarne nevtrone, upočasnijo verižno reakcijo. Zato je orožje urano 90% sestavljeno iz izotopa Uran-235. Vendar pa se nevtroni pojavljajo kot posledica termonuklearne sinteze, 10-krat več energije od nevtronov delitve, in naravnega urana-238, obsevana s takšnimi nevtroni, ki se začnejo odlično deliti. Nova bomba je dovoljena Uran-238 kot eksplozivi, ki se je prej obravnaval kot proizvodnja odpadkov.

Vrhunec SAKHAROV "Puff" je bil uporabljen tudi namesto uglednega tritija bele svetlobne kristalinične snovi - prepoved pokrova litijevega litijevega 6.

Kot je navedeno zgoraj, je mešanica deuterija in tritija veliko lažja kot čisti deuterij. Vendar pa te prednosti konca tritija in nekatere pomanjkljivosti ostajajo: v običajnem stanju tritija - plin, zato se pojavijo težave s skladiščenjem; Trithium radioaktivni in razpadajoč, se spremeni v stabilen helij-3, aktivno požrejo tako potrebne hitre nevtrone, ki omejujejo rok uporabnosti bombe za nekaj mesecev.

Neagreven litijev prodajalec na obsevanju počasnih nevtronov delitve - posledice atomske eksplozije - se spremeni v tritij. Tako sevanje primarne atomske eksplozije razvija količino tritija, ki je dovolj za nadaljnje nadaljnje termonuklearne reakcije, devterija v litij deuterid pa je na začetku prisotna.

To je taka bomba, RDS-6C in je bila uspešno preizkušena na 12. avgusta 1953 na stolpu iz polpomilacijskega poligona. Moč eksplozije je bila 400 kilotonov, še vedno pa ni bilo sporov, ne glede na to, ali je bila to prava termanuklearna eksplozija ali težka atomska. Navsezadnje je odziv termonuklearne sinteze v SAHAROV puff ni imel več kot 20% skupne napajanja nabojev. Glavni prispevek k eksploziji je uvedel razpadanje, ki je obsevana s hitrimi nevtroni urana-238, zahvaljujoč katerim RDS-6c in odprl obdobje tako imenovanih "umazanih" bomb.

Dejstvo je, da se glavna radioaktivna kontaminacija daje razpadom (zlasti stroncij-90 in cezij-137). V bistvu je bila Saharova "Puff" velikana atomska bomba, le nekoliko okrepljena s termonuklearno reakcijo. To ni po naključju, da je samo ena eksplozija "puffs" dala 82% stroncij-90 in 75% cezij-137, ki je padla v ozračje v celotni zgodovini obstoja semipalatinsky odlagališče.

Ameriška bomba

Kljub temu Američani so razstrelili prvo vodik. 1. novembra 1952 je Bermonidni pripomoček Mike z zmogljivostjo 10 megaton uspešno preizkušen na Atolu Elgoweb v Tihem oceanu. Imejte bombo 74-tonsko ameriško napravo z velikimi težavami. "Mike" je bila okorna naprava z dvonadstropno hišo, napolnjeno s tekočimi deuterijem pri temperaturi blizu absolutne ničle (Saharova «Puff« je bil popolnoma prenosen izdelek). Vendar pa je poudarek na "Mike" ni bil dimenzij, ampak briljantno načelo stiskanja termonuklearnih eksplozivov.

Spomnimo se, da je osnovna ideja vodikove bombe ustvariti pogoje za sintezo (ultra visok tlak in temperatura) s pomočjo jedrske eksplozije. V shemi plasti, je jedrska naboj se nahaja v centru, zato ne stisk deuterij toliko, da ga moti - povečanje števila termonuklearnih eksplozivov ne vodi do povečanja moči - preprosto ne čas za detonacijo. Prav je, da je mejna zmogljivost te sheme omejena - najmočnejši "Ployer" Orange Herald, ki ga Britanci ugasnejo 31. maja 1957, je dal le 720 kilotonov.

Idelažno bi, če bi bilo prisiljeno, da eksplodiramo atomsko oprano v notranjosti, stiskalo termonuklearni eksploziv. Toda kako to storiti? Edward Teletor je potisnil briljantno idejo: stiskanje termonuklearnega goriva ne-mehanske energije in nevtronskega toka, vendar sevanje primarnega atomskega sončenja.

V novega zasnove vlade, je bila sprožilna jedrska enota ločena s termonuklearno enoto. X-ray sevanje Ko je atomska naboja sproži s šokom val in se razprostirajo po stenah valjastega telesa, izhlapevanje in obračanje v plazemsko polietilensko notranje obloge bombenega primera. Plazma, nato pa ponovno postavila mehkejšo rentgensko sevanje, ki so jo absorbirali zunanje plasti notranjega valja iz Urana-238 - "Pusher". Plasti so začeli izhlapevati eksplozivno (ta pojav se imenuje ablacija). Vročega urana plazma se lahko primerja s tokovi težke rakete motorja, ki se usmerimo, katerega je usmerjen v valj z devterijem. Cilinder urana se je zrušil, tlak in temperatura devterija sta dosegla kritično raven. Ta tlak se je na kritični masi zmanjšal centralno plutonijo in je bil detoniran. Eksplozija plutonija je smrdela na devterij iz notranjosti, dodatno stiskanje in ogrevanje termonuklearnega eksploziva, ki je bilo detonirano. Intenzivni nevtronski tok razdeli Uran-238 jedro v "PUSTER", kar povzroča sekundarno reakcijo razpadanja. Vse to je uspelo do trenutka, ko je eksplozivni val iz primarne jedrske eksplozije dosegel termonuklearni blok. Izračun vseh teh dogodkov, ki potekajo za milijarde dolarjev sekunde, in zahteval stres uma najmočnejših matematikov planeta. Ustvarjalci "T-shirt" niso bili groza iz eksplozije 10 megaton, toda neopisljiv užitek - niso uspeli razumeti procesov, ki jih v resničnem svetu gredo samo na jedro zvezde, ampak tudi eksperimentalno test njihove teorije z nastavitvijo svoje majhne zvezde na zemlji.

Bravo.

Hoja po Rusi na lepoti oblikovanja, Američani ne bi mogli narediti svoje naprave, ki so kompaktne: uporabljajo se tekoče supercooled deuterij namesto v praškasti litij deuterid v Saharov. V Los Alamos, Saharov "Ploche" je reagiral z deležem zavisti: "Namesto velike krave s svežnjem surovega mleka Rusi uporabljajo paket mleka." Vendar pa skrivnosti drug drugemu niso uspele skriti skrivnosti. 1. marca 1954 je Bikini Atol testiran s 15-megatonsko bombo American Bervo na avdiovizijski litij, 22. novembra 1955, prva sovjetska dvostopenjska bomba RDS-37 RDS-37 z zmogljivostjo 1,7 megatona Pohiti čez polyalatinski poligon. Od takrat je oblikovanje termonuklearne bombe doživelo manjše spremembe (na primer, se je med začetkom bombe in glavnim polnjenjem pojavil zaslon urana) in postal kanonična. In na svetu ni več tako velikih skrivnosti narave, da bi rešili, ki bi lahko bili tako spektakularni eksperiment. Je to rojstvo supernov.

Malo teorije V termonuklearni bombi so 4 reakcije, in se zelo hitro nadaljujejo. Prva dva reakcije služita kot vir materiala za tretjino in četrto, ki pri temperaturah termonuklearne eksplozijske toka 30-100 krat hitreje in daje večjo energijo. Zato se pridobljeni helij-3 in tritij takoj porabita. Jedro atomov se zaračuna pozitivno in se zato razpakira drug od drugega. Da bi se lahko odzvali, morajo pritisniti "čelo v čelu", premagati električni odboj. To je možno le, če se bodo premaknili pri visoki hitrosti. Hitrost atoma je neposredno povezana s temperaturo, ki mora doseči 50 milijonov stopinj! Ampak to ni dovolj, da se ogreva deuterij do take temperature, ki jo morate še vedno držite od prebujanja pošastnega tlaka približno milijardo atmosfera! V naravi so takšne temperature najdene samo v jedru zvezd.