Sənətkarlıq

Nüvə fizikasında kritik kütlə. Nüvə hücumu: Nüvə yükünün kritik kütləsi. Plutonium futbol topu

Bəşəriyyət tarixinin ən dəhşətli müharibəsinin başa çatmasından iki aydan bir az artıq vaxt keçir. Və 16 iyul 1945-ci ildə Amerika hərbçiləri tərəfindən ilk nüvə bombası sınaqdan keçirildi və bir ay sonra Yaponiya şəhərlərinin minlərlə sakini atom cəhənnəmində ölür. O vaxtdan bəri silahlar, eləcə də onları hədəflərə çatdırmaq vasitələri yarım əsrdən çox müddət ərzində davamlı olaraq təkmilləşdirilmişdir.

Hərbçilər bir zərbə ilə bütün şəhərləri və ölkələri xəritədən silməklə həm super güclü döyüş sursatı, həm də portfelə uyğun olan ultra kiçik sursatları əldə etmək istəyirdilər. Belə bir cihaz təxribat müharibəsini görünməmiş səviyyəyə gətirərdi. Həm birinci, həm də ikinci ilə keçilməz çətinliklər yarandı. Sözdə kritik kütlə günahkardır. Bununla belə, ilk şeylər.

Belə bir partlayıcı nüvə

Nüvə cihazlarının işini başa düşmək və kritik kütlənin nə olduğunu başa düşmək üçün bir müddət masamıza qayıdaq. Məktəb fizikası kursundan sadə bir qaydanı xatırlayırıq: eyni adlı ittihamlar dəf edir. Eyni zamanda, in Ali məktəb tələbələrə atom nüvəsinin neytronlardan, neytral hissəciklərdən və müsbət yüklü protonlardan ibarət quruluşu haqqında məlumat verilir. Bəs bu necə mümkündür? Müsbət yüklü hissəciklər bir-birinə o qədər yaxındır ki, itələyici qüvvələr nəhəng olmalıdır.

Elm protonları bir yerdə saxlayan nüvədaxili qüvvələrin təbiətindən tam xəbərdar deyil, baxmayaraq ki, bu qüvvələrin xüsusiyyətləri kifayət qədər yaxşı öyrənilmişdir. Qüvvələr yalnız çox yaxın məsafədə işləyir. Lakin protonlar kosmosda bir az da olsa ayrılan kimi itələyici qüvvələr üstünlük təşkil etməyə başlayır və nüvə parçalara səpilir. Və belə genişlənmənin gücü həqiqətən böyükdür. Məlumdur ki, yetkin bir insanın gücü qurğuşun atomunun tək bir nüvəsinin protonlarını tutmağa kifayət etməyəcək.

Ruterford nədən qorxurdu

Dövri cədvəlin əksər elementlərinin nüvələri sabitdir. Ancaq atom sayının artması ilə bu sabitlik azalır. Bu, nüvələrin ölçüsünə aiddir. 92-si proton olan 238 nukliddən ibarət uran atomunun nüvəsini təsəvvür edin. Bəli, protonlar bir-biri ilə sıx təmasdadır və nüvədaxili qüvvələr bütün strukturu etibarlı şəkildə sementləşdirir. Lakin nüvənin əks uclarında yerləşən protonların itələmə qüvvəsi nəzərə çarpır.

Ruterford nə edirdi? O, atomları neytronlarla bombaladı (bir elektron atomun elektron qabığından keçməyəcək, müsbət yüklü proton isə itələyici qüvvələr səbəbindən nüvəyə yaxınlaşa bilməyəcək). Atomun nüvəsinə düşən neytron onun parçalanmasına səbəb oldu. İki ayrı yarım və iki və ya üç sərbəst neytron tərəflərə səpələnmişdir.

Bu parçalanma, səpələnən hissəciklərin nəhəng sürətlərinə görə, nəhəng enerjinin buraxılması ilə müşayiət olundu. Şayiələr yayılırdı ki, Ruterford hətta kəşfinin bəşəriyyət üçün mümkün nəticələrindən qorxaraq gizlətmək istəyir, lakin bu, çox güman ki, nağıldan başqa bir şey deyil.

Bəs kütlənin bununla nə əlaqəsi var və nə üçün bu kritikdir?

Nə olsun? Güclü partlayış yaratmaq üçün kifayət qədər radioaktiv metalı proton axını ilə necə şüalandırmaq olar? Və kritik kütlə nədir? Söhbət "bombalanmış" atom nüvəsindən uçan bir neçə sərbəst elektrondan gedir, onlar da öz növbəsində digər nüvələrlə toqquşaraq onların parçalanmasına səbəb olacaqlar. Sözdə başlayacaq, lakin onu işə salmaq çox çətin olacaq.

Ölçəni aydınlaşdıraq. Əgər stolumuzdakı almanı bir atomun nüvəsi üçün götürsək, qonşu bir atomun nüvəsini təsəvvür etmək üçün eyni almanı götürüb stolun üstünə qoymaq lazım gələcək, hətta qonşu otaqda deyil, amma .. qonşu evdə. Neytron albalı çuxurunun ölçüsündə olacaq.

Buraxılan neytronların uran külçəsinin xaricində boş yerə uçmaması və onların 50%-dən çoxunun atom nüvələri şəklində hədəfini tapması üçün bu külçə uyğun ölçülərə malik olmalıdır. Bu, uranın kritik kütləsi adlanır - sərbəst buraxılan neytronların yarısından çoxunun digər nüvələrlə toqquşduğu kütlədir.

Əslində bu bir anda baş verir. Parçalanmış nüvələrin sayı uçqun kimi artır, onların parçaları işıq sürəti ilə müqayisə edilə bilən sürətlə bütün istiqamətlərə qaçır, açıq havanı, suyu və hər hansı digər mühiti parçalayır. Onların molekullarla toqquşmasından mühit partlayış sahəsi dərhal milyonlarla dərəcəyə qədər qızdırır, istilik yayır, bir neçə kilometrə yaxın olan hər şeyi yandırır.

Kəskin qızdırılan hava ani olaraq ölçüsünü artıraraq binanın bünövrəsindən uçan güclü zərbə dalğası yaradır, yolundakı hər şeyi aşır və məhv edir... atom partlayışının mənzərəsi belədir.

Praktikada necə görünür

Atom bombası üçün cihaz təəccüblü dərəcədə sadədir. İki uran külçəsi var (və ya başqa, hər birinin kütləsi kritikdən bir qədər azdır. Külçələrdən biri konus şəklində, digəri isə konusvari çuxurlu top şəklində hazırlanır. İstədiyiniz kimi. təxmin edin, hər iki yarı birləşdirildikdə kritik kütləyə çatan bir top əldə edilir.Bu standart ən sadə nüvə bombasıdır.

Ancaq belə bir cihazın hər kəs tərəfindən "diz üstə" yığıla biləcəyini düşünməyin. Hiylə ondan ibarətdir ki, bir bombanın partlaması üçün uranın çox saf olması lazımdır, çirklərin mövcudluğu praktiki olaraq sıfırdır.

Niyə bir paket siqaret boyda atom bombası yoxdur?

Hamısı eyni səbəbdən. Ən çox yayılmış izotop olan uran 235-in kritik kütləsi təxminən 45 kq-dır. Bu qədər nüvə yanacağının partlaması artıq fəlakətdir. Və daha az maddə ilə etmək mümkün deyil - sadəcə işləməyəcək.

Eyni səbəbdən uran və ya digər radioaktiv metallardan super güclü atom yükləri yaratmaq mümkün deyildi. Bombanın çox güclü olması üçün o, partlayıcı yüklər partladıldığı zaman portağal dilimləri kimi birləşərək mərkəzə doğru qaçan onlarla külçədən hazırlanmışdır.

Bəs əslində nə baş verdi? Əgər nədənsə iki element digərlərindən saniyənin mində biri tez qarşılaşıbsa, kritik kütləyə qalanların vaxtında “gələcəklərindən” daha tez çatılıbsa, konstruktorların gözlədiyi güclə partlayış baş verməyib. Super güclü nüvə silahları problemi yalnız termonüvə silahlarının meydana çıxması ilə həll edildi. Amma bu bir az fərqli hekayədir.

Dinc atom necə işləyir?

Atom elektrik stansiyası əslində eyni nüvə bombasıdır. Yalnız bu “bomba” bir-birindən müəyyən məsafədə yerləşən urandan hazırlanmış yanacaq elementlərinə (yanacaq elementləri) malikdir ki, bu da onların neytron “zərbələri” mübadiləsinə mane olmur.

Yanacaq çubuqları çubuqlar şəklində hazırlanır, onların arasında neytronları yaxşı qəbul edən materialdan hazırlanmış nəzarət çubuqları var. Əməliyyat prinsipi sadədir:

uran çubuqları arasındakı boşluğa nəzarət (udma) çubuqları daxil edilir - reaksiya yavaşlayır və ya tamamilə dayanır;
nəzarət çubuqları zonadan çıxarılır - radioaktiv elementlər neytronları aktiv şəkildə mübadilə edir, nüvə reaksiyası daha intensiv gedir.

Doğrudan da, belə çıxır atom bombası, burada kritik kütlə o qədər hamar bir şəkildə əldə edilir və o qədər aydın şəkildə tənzimlənir ki, bu, partlayışa səbəb olmur, ancaq soyuducu suyun istiləşməsinə səbəb olur.

Baxmayaraq ki, təəssüf ki, təcrübənin göstərdiyi kimi, insan dühası həmişə bu nəhəng və dağıdıcı enerjini - atom nüvəsinin parçalanması enerjisini cilovlaya bilmir.

Reaktorun ölçüləri nə qədər böyükdürsə (axı, sızma yalnız səthdən keçir) və reaktor nüvəsinin forması kürəyə nə qədər yaxındırsa, sızma bir o qədər kiçikdir (digər şeylər bərabərdir) və daha yüksək P.

Zəncirvari reaksiya üçün k eff = P ∙ k ∞ = 1

Bu, kritik reaktor ölçüsü adlanan müəyyən bir min reaktor ölçüsü üçün əldə edilir.

Və yanacağın parçalanmasının zəncirvari reaksiyasının baş verə biləcəyi kritik ölçülü reaktorun nüvəsində olan ən kiçik nüvə yanacağı kütləsi kritik kütlə adlanır. Onun dəyəri bir sıra amillərdən asılıdır:

1) Yanacağın zənginləşmə dərəcəsi;

2) Moderator və konstruktiv materialların kəmiyyət və nüvə xassələri;

3).Reflektorun effektivliyinin olması.

Zənginləşdirmənin istifadəsi kritik kütlənin və reaktorun ölçüsünü azaltmağa imkan verir (uranın U 235> 5% izotopu ilə zənginləşdirilməsi neytron balansında əhəmiyyətli artım vermir).

Reaktor nüvəsinin kritik kütləsi və ölçüləri.

1).Verilmiş miqdarda enerji (müəyyən vaxt üçün verilmiş güc) yaratmaq üçün yanacağın tükənməsi;

2).Zərərli udulmanın kompensasiyası və nüvə reaksiyası zamanı yaranan temperatur təsirlərinin kompensasiyası.

Yüklənmiş yanacağın kütləsi kritikdən böyük olduğundan, eff>1-ə qədər, bu da reaktorun superkritik vəziyyətinə gətirib çıxarır.

K eff = 1-i saxlamaq üçün reaktorda kompensasiya və tənzimləmə sistemi var, onun köməyi ilə nüvəyə neytronları güclü şəkildə udan xüsusi lövhələr və çubuqlar daxil edilir və yanacaq yandıqca hərəkət edir.

Reaktorda yanacağın yüklər arasında tam gücündə işləmə müddəti reaktor kampaniyası adlanır (tənzimlənən çubuqlar kadmium-113, qrafit-114, bar-10-dan hazırlanır).

Oxucularımızın çoxu hidrogen bombasını atom bombası ilə əlaqələndirir, ancaq daha güclüdür. Əslində, bu, yaradılması üçün ölçüyəgəlməz dərəcədə böyük intellektual səylər tələb edən və prinsipcə fərqli fiziki prinsiplər üzərində işləyən prinsipial olaraq yeni bir silahdır.

Atom bombası ilə hidrogen bombası arasında yeganə ortaq cəhət hər ikisinin atom nüvəsində gizlənmiş nəhəng enerjini buraxmasıdır. Bu, iki yolla edilə bilər: ağır nüvələri, məsələn, uran və ya plutoniumu daha yüngül olanlara bölmək (parçalanma reaksiyası) və ya ən yüngül hidrogen izotoplarını birləşməyə məcbur etmək (füzyon reaksiyası). Hər iki reaksiya nəticəsində yaranan materialın kütləsi həmişə ilkin atomların kütləsindən az olur. Lakin kütlə izsiz yox ola bilməz - məşhur Eynşteynin E = mc 2 düsturuna görə enerjiyə çevrilir.

Atom bombası yaratmaq üçün lazımlı və kafi şərt kifayət qədər parçalanan material əldə etməkdir. İş kifayət qədər əmək tutumlu, lakin aşağı intellektlidir, yüksək elmdən daha çox dağ-mədən sənayesinə yaxındır. Bu cür silahların yaradılması üçün əsas resurslar nəhəng uran mədənlərinin və zənginləşdirmə zavodlarının tikintisinə gedir. Qurğunun sadəliyinə sübut ilk bomba üçün lazım olan plutoniumun alınması ilə ilk sovet nüvə partlayışı arasında bir ay belə keçməməsi faktıdır.

Məktəb fizikası kursundan məlum olan belə bir bombanın işləmə prinsipini qısaca xatırlayaq. Bu, uranın və bəzi transuran elementlərin, məsələn, plutoniumun parçalanma zamanı birdən çox neytron buraxmaq xüsusiyyətinə əsaslanır. Bu elementlər həm kortəbii, həm də digər neytronların təsiri altında parçalana bilər.

Buraxılan neytron radioaktiv materialı tərk edə bilər və ya başqa atomla toqquşaraq növbəti parçalanma reaksiyasına səbəb ola bilər. Bir maddənin müəyyən bir konsentrasiyası (kritik kütlə) aşıldığında, atom nüvəsinin daha da parçalanmasına səbəb olan yeni doğulmuş neytronların sayı çürüyən nüvələrin sayını aşmağa başlayır. Çürüyən atomların sayı uçqun kimi artmağa başlayır, yeni neytronlar əmələ gəlir, yəni zəncirvari reaksiya baş verir. Uran-235 üçün kritik kütlə təxminən 50 kq, plutonium-239 üçün - 5,6 kq-dır. Yəni, çəkisi 5,6 kq-dan bir qədər az olan plutonium topu sadəcə isti metal parçasıdır və bir az daha çox kütləsi ilə cəmi bir neçə nanosaniyə var.

Bombanın faktiki işləməsi sadədir: hər biri kritik kütlədən bir qədər az olan uran və ya plutoniumun iki yarımkürəsini götürürük, onları 45 sm məsafədə yerləşdiririk, partlayıcılarla əhatə edirik və partladırıq. Uran və ya plutonium superkritik kütlə parçasına sinterlənir və nüvə reaksiyası başlayır. Hər şey. Nüvə reaksiyasına başlamağın başqa bir yolu var - güclü partlayışla plutonium parçasını sıxmaq: atomlar arasındakı məsafə azalacaq və reaksiya daha aşağı kritik kütlədə başlayacaq. Bütün müasir atom detonatorları bu prinsiplə işləyir.

Atom bombasının problemləri partlayışın gücünü artırmaq istədiyimiz andan başlayır. Parçalanan materialda sadə bir artımdan imtina etmək olmaz - kütləsi kritik səviyyəyə çatan kimi partlayır. Müxtəlif ağıllı sxemlər icad edilmişdir, məsələn, iki hissədən deyil, bir çox hissədən bomba hazırlamaq, bu da bombanı bağırsaqları kəsilmiş portağala bənzədirdi və sonra onu bir partlama ilə bir hissəyə topladı, amma yenə də güclü bir güclə. 100 kiloton, problemlər aşılmaz oldu.

Lakin termonüvə sintezi üçün yanacağın kritik kütləsi yoxdur. Burada termonüvə yanacağı ilə dolu Günəş başdan asılır, onun daxilində milyard ildir termonüvə reaksiyası gedir və heç nə partlamır. Bundan əlavə, məsələn, deyterium və tritiumun (hidrogenin ağır və çox ağır izotopu) sintez reaksiyası zamanı uran-235-in eyni kütləsi yandırıldığından 4,2 dəfə çox enerji ayrılır.

Atom bombasının yaradılması nəzəri prosesdən daha çox eksperimental idi. Hidrogen bombasının yaradılması tamamilə yeni fiziki fənlərin ortaya çıxmasını tələb edirdi: yüksək temperatur plazması və ultra yüksək təzyiqlər fizikası. Bomba hazırlamağa başlamazdan əvvəl yalnız ulduzların nüvəsində baş verən hadisələrin mahiyyətini hərtərəfli başa düşmək lazım idi. Burada heç bir təcrübə kömək edə bilməzdi - yalnız nəzəri fizika və ali riyaziyyat tədqiqatçıların aləti idi. Təsadüfi deyil ki, termonüvə silahlarının hazırlanmasında nəhəng rol məhz riyaziyyatçılara məxsusdur: Ulam, Tixonov, Samarski və s.

Klassik super

1945-ci ilin sonunda Edvard Teller "klassik super" adlandırılan ilk hidrogen bombası dizaynını təklif etdi. Birləşmə reaksiyasına başlamaq üçün tələb olunan dəhşətli təzyiq və temperatur yaratmaq üçün adi bir atom bombasından istifadə etməli idi. "Klassik super" özü deyteriumla doldurulmuş uzun silindr idi. Deuterium-tritium qarışığı olan aralıq "alovlanma" kamerası da nəzərdə tutulmuşdu - deuterium və tritium sintezinin reaksiyası daha aşağı təzyiqdə başlayır. Yanğına bənzətməklə, deuterium odun, deuterium və tritium qarışığı - bir stəkan benzin və atom bombası - kibrit rolunu oynamalı idi. Bu sxem "boru" adlanır - bir ucunda atom çaxmağı olan bir növ siqar. Eyni sxemə görə, sovet fizikləri hidrogen bombası hazırlamağa başladılar.

Bununla belə, riyaziyyatçı Stanislav Ulam adi bir slayd qaydasında Tellerə sübut etdi ki, "super"də təmiz deyteriumun sintezi çətin ki, mümkün deyil və qarışıq o qədər tritium tələb edir ki, onun istehsalı üçün praktiki olaraq dondurulması lazım olacaq. ABŞ-da silah dərəcəli plutonium istehsalı.

Şəkər pudrası

1946-cı ilin ortalarında Teller hidrogen bombası üçün başqa bir sxem - "zəngli saat" təklif etdi. Uran, deyterium və tritiumun alternativ sferik təbəqələrindən ibarət idi. Plutoniumun mərkəzi yükünün nüvə partlayışı zamanı bombanın digər təbəqələrində termonüvə reaksiyasının başlaması üçün lazımi təzyiq və temperatur yaradıldı. Bununla belə, "zəngli saat" üçün yüksək güclü atom təşəbbüskarı tələb olunurdu və ABŞ (eləcə də SSRİ) silah dərəcəli uran və plutonium istehsalı ilə bağlı problemlərlə üzləşdi.

1948-ci ilin payızında Andrey Saxarov oxşar sxemə gəldi. Sovet İttifaqında quruluş "puf" adlanırdı. Silah dərəcəli uran-235 və plutonium-239-u kifayət qədər miqdarda istehsal etməyə vaxtı olmayan SSRİ üçün Saxarovun pufunun dərmanı idi. Və buna görə.

Adi bir atom bombasında təbii uran-238 nəinki faydasızdır (çürümə zamanı neytronların enerjisi parçalanmağa başlamaq üçün kifayət deyil), həm də zərərlidir, çünki ikinci dərəcəli neytronları acgözlüklə udur və zəncirvari reaksiyanı yavaşlatır. Buna görə də, silah dərəcəli uran 90% uran-235 izotopundan ibarətdir. Lakin termonüvə birləşməsindən yaranan neytronlar parçalanma neytronlarından 10 dəfə daha enerjilidir və belə neytronlarla şüalanan təbii uran-238 əla parçalanmağa başlayır. Yeni bomba əvvəllər istehsal tullantıları hesab edilən uran-238-dən partlayıcı maddə kimi istifadə etməyə imkan verdi.

Saxarovun "puf"unun əsas məqamı həm də kəskin çatışmazlığı olan tritium əvəzinə ağ rəngli açıq kristal maddənin, litium deuterid 6 LiD-nin istifadəsi idi.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, deuterium və tritium qarışığı təmiz deuteriumdan daha asan alovlanır. Bununla belə, tritiumun üstünlükləri burada sona çatır, ancaq çatışmazlıqlar qalır: normal vəziyyətdə tritium saxlama ilə bağlı çətinliklərə səbəb olan qazdır; tritium radioaktivdir və çürüyərək sabit helium-3-ə çevrilir, çox ehtiyac duyulan sürətli neytronları aktiv şəkildə yeyir, bu da bombanın saxlama müddətini bir neçə aya qədər məhdudlaşdırır.

Qeyri-radioaktiv litium deuterid, yavaş parçalanma neytronları ilə şüalandıqda - bir atom sigortasının partlamasının nəticələri - tritiuma çevrilir. Beləliklə, bir anda ilkin atom partlayışının radiasiyası sonrakı termonüvə reaksiyası üçün kifayət qədər tritium istehsal edir və deuterium əvvəlcə litium deuteriddə mövcuddur.

Məhz RDS-6 bombası 1953-cü il avqustun 12-də Semipalatinsk poliqonunun qülləsində uğurla sınaqdan keçirildi. Partlayışın gücü 400 kiloton idi və bunun əsl termonüvə partlayışı və ya super güclü atom partlayışı olması ilə bağlı mübahisə indiyə qədər dayanmayıb. Həqiqətən, Saxarovskaya pufunda termonüvə birləşməsinin reaksiyası ümumi yük gücünün 20% -dən çoxunu təşkil etdi. Partlayışa əsas töhfə sürətli neytronlarla şüalanan uran-238-in parçalanma reaksiyası oldu, bunun sayəsində RDS-6-lar "çirkli" bombalar erasını açdı.

Fakt budur ki, əsas radioaktiv çirklənmə parçalanma məhsulları (xüsusən stronsium-90 və sezium-137) tərəfindən təmin edilir. Əslində, Saxarovun "puf"u nəhəng atom bombası idi, yalnız termonüvə reaksiyası ilə bir qədər güclənmişdi. Təsadüfi deyil ki, "puf"un yalnız bir partlayışı Semipalatinsk poliqonunun bütün tarixi ərzində atmosferə daxil olan 82% stronsium-90 və 75% sezium-137 verdi.

Amerika bombaları

Buna baxmayaraq, ilk hidrogen bombasını partladan amerikalılar olub. 1 noyabr 1952-ci ildə Elugelab Atollunda Sakit okean 10 meqatonluq füzyon cihazı "Mike" uğurla sınaqdan keçirildi. 74 tonluq Amerika qurğusunu çətin ki, bomba adlandırmaq olar. “Mayk” ikimərtəbəli ev ölçüsündə, mütləq sıfıra yaxın temperaturda maye deyteriumla doldurulmuş həcmli cihaz idi (Saxarovun “puf”u kifayət qədər daşına bilən məhsul idi). Bununla belə, “Mayk”ın diqqət çəkən məqamı ölçüdə deyil, termonüvə partlayıcı maddələrinin sıxılmasının dahiyanə prinsipi idi.

Xatırladaq ki, hidrogen bombasının əsas ideyası nüvə partlayışı vasitəsilə birləşmə (ultra yüksək təzyiq və temperatur) üçün şərait yaratmaqdır. "Puf" sxemində nüvə yükü mərkəzdə yerləşir və buna görə deyteriyi o qədər sıxmır, onu xaricə səpələyir - termonüvə partlayıcılarının miqdarının artması gücün artmasına səbəb olmur - sadəcə edir. partlamağa vaxtı yoxdur. Bu sxemin maksimum gücünü məhdudlaşdıran budur - 1957-ci il mayın 31-də ingilislər tərəfindən partladılmış dünyanın ən güclü "puf" Orange Herald cəmi 720 kiloton verdi.

İdeal olaraq, termonüvə partlayıcılarını sıxaraq, atom sigortasının içəriyə doğru partlamasını təmin etmək olardı. Amma bunu necə etmək olar? Edvard Teller parlaq bir fikir irəli sürdü: termonüvə yanacağını mexaniki enerji və neytron axını ilə deyil, ilkin atom qoruyucunun şüalanması ilə sıxmaq.

Tellerin yeni dizaynında başlanğıc atom yığıncağı termonüvə blokundan ayrıldı. Atom yükü işə salındıqda, rentgen şüaları zərbə dalğasını qabaqlayır və silindrik gövdənin divarları boyunca yayılır, buxarlanır və bomba gövdəsinin polietilen daxili astarını plazmaya çevirir. Plazma, öz növbəsində, uran-238-dən hazırlanmış daxili silindrin - "itələyicinin" xarici təbəqələri tərəfindən udulmuş daha yumşaq rentgen şüalarını yenidən buraxdı. Qatlar partlayıcı şəkildə buxarlanmağa başladı (bu fenomen ablasyon adlanır). Uran plazmasının közərmə qüvvəsi deuteriumla doldurulmuş silindrə yönəldilmiş super güclü raket mühərrikinin reaktivləri ilə müqayisə oluna bilər. Uran silindri çökdü, deuteriumun təzyiqi və temperaturu çatdı kritik səviyyə... Eyni təzyiq mərkəzi plutonium borusunu kritik bir kütləyə qədər sıxdı və o, partladı. Plutonium qoruyucunun partlaması içəridən deuteriumun üzərinə basdı, əlavə olaraq partlayan termonüvə partlayıcısını sıxdı və qızdırdı. Neytronların intensiv axını "itələyicidə" uran-238 nüvələrini parçalayaraq, ikincil parçalanma reaksiyasına səbəb olur. Bütün bunların ilkin nüvə partlayışından gələn partlayış dalğası termonüvə blokuna çatana qədər baş verməsi üçün vaxt var idi. Bütün bu hadisələrin hesablanması saniyənin milyardda birində baş verir və planetin ən güclü riyaziyyatçılarının ağlını tələb edirdi. "Mayk"ın yaradıcıları 10 meqatonluq partlayışdan dəhşət deyil, təsvirolunmaz həzz yaşadılar - onlar nəinki real dünyada ulduzların nüvələrində gedən prosesləri başa düşə bildilər, həm də öz nəzəriyyələrini eksperimental olaraq sınaqdan keçirə bildilər. onların yer üzündəki kiçik ulduzu.

Bravo

Dizaynın gözəlliyinə görə ruslardan yan keçərək, amerikalılar cihazlarını yığcamlaşdıra bilmədilər: Saxarovdan toz halında litium deytrid əvəzinə maye həddindən artıq soyudulmuş deuteriumdan istifadə etdilər. Los Alamosda onlar Saxarovun “puf”una həsəd dənəsi ilə reaksiya verdilər: “Ruslar bir vedrə çiy süd olan nəhəng inək əvəzinə bir karton süd tozu istifadə edirlər”. Lakin hər iki tərəf bir-birindən sirri gizlədə bilməyib. 1 mart 1954-cü ildə amerikalılar Bikini Atolu yaxınlığında litium deytrid üzərində 15 meqatonluq Bravo bombasını sınaqdan keçirdilər və 22 noyabr 1955-ci ildə 1,7 meqaton tutumlu ilk sovet termonüvə bombası RDS-37 partladılar. Semipalatinsk sınaq meydançası, demək olar ki, yarım poliqonu məhv etdi. O vaxtdan bəri termonüvə bombasının dizaynı kiçik dəyişikliklərə məruz qaldı (məsələn, başlanğıc bomba ilə əsas yük arasında uran qalxanı meydana çıxdı) və kanonik oldu. Və dünyada belə möhtəşəm bir təcrübə ilə həll edilə bilən təbiətin belə geniş miqyaslı sirləri yoxdur. Bu, fövqəlnovanın doğulmasıdır.

Bir az nəzəriyyə

Bir termonüvə bombasında 4 reaksiya var və onlar çox tez gedir. İlk iki reaksiya, termonüvə partlayışının temperaturunda 30-100 dəfə sürətlə gedən və daha çox enerji məhsuldarlığı verən üçüncü və dördüncü üçün material mənbəyi kimi xidmət edir. Buna görə də yaranan helium-3 və tritium dərhal istehlak edilir.

Atomların nüvələri müsbət yüklüdür və buna görə də bir-birini itələyir. Onların reaksiya verə bilmələri üçün elektrik itələməsini dəf edərək baş-başa itələmək lazımdır. Bu, yalnız yüksək sürətlə hərəkət etdikdə mümkündür. Atomların sürəti birbaşa 50 milyon dərəcəyə çatmalı olan temperaturla bağlıdır! Ancaq deyteriumu belə bir temperatura qədər qızdırmaq kifayət deyil, hələ də onu təxminən bir milyard atmosferin dəhşətli təzyiqi ilə səpilməməsi üçün saxlamaq lazımdır! Təbiətdə belə sıxlıqda belə temperaturlara yalnız ulduzların nüvəsində rast gəlinir.

Qıqajoule enerjini təsvirolunmaz dərəcədə az vaxtda buraxmağa qadir olan sirli cihaz pis romantika ilə əhatə olunub. Deməyə ehtiyac yoxdur ki, bütün dünyada nüvə silahları üzərində iş dərin təsnif edilmişdi və bombanın özü çoxlu əfsanə və miflərlə örtülmüşdü. Gəlin onlarla qaydada məşğul olmağa çalışaq.

Andrey Suvorov

Heç bir şey atom bombası qədər maraqlı deyil.

1945-ci ilin avqustu. Ernest Orlando Lawrence atom bombası laboratoriyasında

1954-cü il. Yapon alimləri Bikini Atollunda baş verən partlayışdan səkkiz il sonra kəşf ediblər yüksək səviyyə yerli sularda tutulan balıqlardan radiasiya

Kritik kütlə

Nüvə zəncirvari reaksiyasının başlaması üçün müəyyən bir kritik kütlənin yığılması lazım olduğunu hər kəs eşitmişdir. Ancaq real nüvə partlayışının baş verməsi üçün tək kritik kütlə kifayət deyil - hər hansı nəzərə çarpan enerjinin ayrılmasına vaxt çatmazdan əvvəl reaksiya demək olar ki, dərhal dayanacaq. Bir neçə kiloton və ya onlarla kilotonluq tam miqyaslı partlayış üçün eyni vaxtda iki və ya üç, tercihen dörd və ya beş kritik kütlə toplamaq lazımdır.

Aydın görünür ki, uran və ya plutoniumdan iki və ya daha çox hissə hazırlamaq və lazımi anda onları birləşdirmək lazımdır. İnsaf naminə demək lazımdır ki, fiziklər də nüvə bombası hazırlayarkən eyni fikirdə idilər. Amma reallıq öz düzəlişlərini etdi.

Fakt budur ki, əgər bizdə çox saf uran-235 və ya plutonium-239 olsaydı, bunu edə bilərdik, amma alimlər real metallarla məşğul olmalı idilər. Təbii uranı zənginləşdirərək, tərkibində 90% uran-235 və 10% uran-238 olan bir qarışıq hazırlaya bilərsiniz, qalan uran-238-dən xilas olmaq cəhdləri bu materialın qiymətinin çox sürətlə artmasına səbəb olur (bu, yüksək zənginləşdirilmiş adlanır). uran). Nüvə reaktorunda uran-238-dən uran-235-in parçalanması ilə əldə edilən Plutonium-239-un tərkibində mütləq plutonium-240 qarışığı var.

Uran-235 və plutonium-239 izotopları cüt-tək adlanır, çünki onların atomlarının nüvələrində cüt sayda proton (uran üçün 92 və plutonium üçün 94) və tək sayda neytron (müvafiq olaraq 143 və 145) var. Ağır elementlərin bütün cüt tək nüvələrinin ümumi xüsusiyyəti var: onlar nadir hallarda kortəbii parçalanırlar (elm adamları deyirlər: "kortəbii"), lakin neytron nüvəyə daxil olduqda asanlıqla parçalanırlar.

Uran-238 və plutonium-240 cüt-cütdür. Əksinə, onlar parçalanan nüvələrdən ayrılan aşağı və orta enerjili neytronları praktiki olaraq bölüşmürlər, əksinə, onlar kortəbii olaraq yüzlərlə və ya on minlərlə dəfə tez-tez parçalanır və neytron fonu yaradırlar. Bu fon nüvə silahının yaradılmasını çox çətinləşdirir, çünki bu, yükün iki hissəsinin qarşılaşmasından əvvəl reaksiyanın vaxtından əvvəl başlamasına səbəb olur. Buna görə də, partlayış üçün hazırlanmış bir cihazda kritik kütlənin hissələri bir-birindən kifayət qədər uzaqda yerləşdirilməli və yüksək sürətlə birləşdirilməlidir.

Top bombası

Buna baxmayaraq, 6 avqust 1945-ci ildə Xirosimaya atılan bomba məhz yuxarıdakı sxemə uyğun olaraq hazırlanmışdır. Onun iki hissəsi, hədəf və güllə yüksək zənginləşdirilmiş urandan hazırlanıb. Hədəf diametri 16 sm, hündürlüyü 16 sm olan silindr idi.Onun mərkəzində diametri 10 sm olan bir dəlik var idi.Bu dəliyə uyğun olaraq güllə hazırlanmışdır. Ümumilikdə, bombanın tərkibində 64 kq uran var idi.

Hədəf daxili təbəqəsi volfram karbidindən, xarici təbəqəsi isə poladdan hazırlanmış mərmi ilə əhatə olunmuşdu. Mərminin məqsədi iki idi: güllə hədəfə dəydikdə tutmaq və urandan yayılan neytronların heç olmasa bir hissəsini əks etdirmək. Neytron reflektorunu nəzərə alsaq, 64 kq 2,3 kritik kütlə idi. Necə çıxdı, çünki parçaların hər biri subkritik idi? Fakt budur ki, orta hissəni silindrdən çıxararaq, onun orta sıxlığını azaldırıq və kritik kütlənin dəyəri artır. Beləliklə, bu hissənin kütləsi bərk metal parçası üçün kritik kütlədən çox ola bilər. Amma güllənin kütləsini bu şəkildə artırmaq mümkün deyil, çünki o, möhkəm olmalıdır.

Həm hədəf, həm də güllə parçalardan yığılmışdı: bir neçə alçaq hündürlükdə olan bir hədəf və altı şaybadan bir güllə. Səbəb sadədir - uran blankları kiçik ölçüdə olmalı idi, çünki blankın hazırlanması (tökülməsi, preslənməsi) zamanı uranın ümumi miqdarı kritik kütləyə yaxınlaşmamalıdır. Güllə nazik divarlı paslanmayan polad qabığa, hədəf qabıq kimi volfram karbid qapağı ilə örtülmüşdü.

Gülləni hədəfin mərkəzinə yönəltmək üçün onlar adi 76,2 mm-lik zenit silahının lüləsindən istifadə etmək qərarına gəliblər. Buna görə də bu tip bomba bəzən top-montaj bombası adlanır. Barel içəridən 100 mm-ə qədər sıxılmışdı ki, belə qeyri-adi mərmi içəri girə bilsin. Barelin uzunluğu 180 sm idi.Onun doldurma kamerasına adi tüstüsüz toz yükləndi, bu da gülləni təxminən 300 m/s sürətlə atır. Və barelin digər ucu hədəf qabığındakı bir çuxura sıxıldı.

Bu dizaynın bir çox mənfi cəhətləri var idi.

Bu, dəhşətli dərəcədə təhlükəli idi: barıt doldurma kamerasına yükləndikdən sonra onu alovlandıra biləcək hər hansı bir qəza bombanın tam gücü ilə partlamasına səbəb olardı. Bu səbəbdən təyyarə hədəfə doğru uçarkən havada piroksilin yüklənib.

Təyyarə qəzası zamanı uran hissələri barıt olmadan, sadəcə yerə güclü zərbə nəticəsində birləşə bilərdi. Bunun qarşısını almaq üçün güllənin diametri çuxur diametrindən bir millimetr böyük idi.

Bomba suya düşərsə, suda neytronların yavaşlaması səbəbindən reaksiya hissələri birləşdirmədən də başlaya bilər. Düzdür, bu halda nüvə partlayışı ehtimalı azdır, lakin böyük əraziyə uran səpilməsi və radioaktiv çirklənmə ilə termal partlayış baş verərdi.

Bu dizaynın bombasının uzunluğu iki metrdən çox idi və bu, demək olar ki, qarşısıalınmazdır. Axı, kritik bir vəziyyətə çatdı və reaksiya güllənin dayanmasına hələ yaxşı yarım metr qaldıqda başladı!

Nəhayət, bu bomba çox israfçı idi: uranın 1%-dən azının ona reaksiya verməyə vaxtı var idi!

Bir top bombasının üstünlüyü tam olaraq bir idi: işləməyə bilməzdi. Onu sınamaq fikrində deyildilər! Lakin amerikalılar plutonium bombasını sınaqdan keçirməli oldular: onun dizaynı çox yeni və mürəkkəb idi.

Plutonium futbol topu

Plutonium-240-ın hətta kiçik (1%-dən az!) qarışığının plutonium bombası topunun yığılmasını qeyri-mümkün etdiyi ortaya çıxanda fiziklər kritik kütlə əldə etməyin başqa yollarını axtarmağa məcbur oldular. Plutonium partlayıcılarının açarını isə sonradan ən məşhur “nüvə casusu”na çevrilən şəxs – britaniyalı fiziki Klaus Fuks tapıb.

Daha sonra "partlama" adlandırılan onun ideyası partlayıcı linzalardan istifadə edərək bir-birindən uzaqlaşandan birləşən sferik şok dalğası yaratmaq idi. Bu zərbə dalğası plutonium parçasını sıxmalı idi ki, onun sıxlığı ikiqat artsın.

Sıxlığın azalması kritik kütlənin artmasına səbəb olarsa, sıxlığın artması onu azaltmalıdır! Bu xüsusilə plutonium üçün doğrudur. Plutonium çox spesifik bir materialdır. Plutonium parçası ərimə temperaturundan otaq temperaturuna qədər soyuduqda dörd faza keçidindən keçir. Sonuncuda (təxminən 122 dərəcə) onun sıxlığı kəskin şəkildə 10% artır. Bu vəziyyətdə hər hansı bir tökmə qaçılmaz olaraq çatlayır. Bunun qarşısını almaq üçün plutonium bəzi üçvalentli metal ilə aşqarlanır, sonra boş vəziyyət sabit olur. Siz alüminiumdan istifadə edə bilərsiniz, lakin 1945-ci ildə plutonium nüvələrindən yayılan alfa hissəciklərinin parçalanma zamanı alüminium nüvələrindən sərbəst neytronları vuracağından, artıq nəzərə çarpan neytron fonunu artıracağından qorxurdular, buna görə də qallium ilk atom bombasında istifadə edilmişdir.

Tərkibində 98% plutonium-239, 0,9% plutonium-240 və 0,8% qallium olan bir ərintidən diametri cəmi 9 sm və çəkisi təxminən 6,5 kq olan bir top hazırlanmışdır. Topun mərkəzində diametri 2 sm olan boşluq var idi və o, üç hissədən ibarət idi: iki yarım və diametri 2 sm olan silindr. Bomba partlayanda işə salınan , daxili boşluğa daxil edilə bilirdi. Hər üç hissəni nikelləşdirmək lazım idi, çünki plutonium hava və su ilə çox aktiv şəkildə oksidləşir və insan bədəninə daxil olarsa, son dərəcə təhlükəlidir.

Top 7 sm qalınlığında və 120 kq ağırlığında təbii uran 238 neytron reflektoru ilə əhatə olunmuşdu. Uran sürətli neytronların yaxşı əks etdiricisidir və yığılmış sistem yalnız bir qədər subkritik idi, ona görə də plutonium tıxacının əvəzinə neytronları udan kadmium tıxacı qoyuldu. Reflektor eyni zamanda reaksiya zamanı kritik montajın bütün hissələrini tutmağa xidmət etdi, əks halda plutoniumun çox hissəsi səpələnib, nüvə reaksiyasında iştirak etməyə vaxt tapmırdı.

Daha sonra 120 kq ağırlığında 11,5 santimetrlik alüminium ərintisi təbəqəsi gəldi. Qatın məqsədi obyektiv linzalardakı əks əks etdirmə örtüyü ilə eynidir: partlayış dalğasının uran-plutonium birləşməsinə nüfuz etməsi və ondan əks olunmaması. Bu əksetmə partlayıcı maddə ilə uran arasındakı böyük sıxlıq fərqi ilə bağlıdır (təxminən 1:10). Bundan əlavə, şok dalğasında sıxılma dalğası, Taylor effekti adlanan nadirləşmə dalğası ilə müşayiət olunur. Alüminium təbəqəsi partlayıcı maddələrin təsirini azaldan nadirləşmə dalğasını zəiflətdi. Alüminium uran-238-in parçalanması nəticəsində yaranan alfa hissəciklərinin təsiri altında alüminium atomlarının nüvələrindən buraxılan neytronları udan borla aşqarlanmalı idi.

Nəhayət, çöldə həmin “partlayıcı linzalar” var idi. Onlardan 32-si (20 altıbucaqlı və 12 beşüzlü) var idi, onlar futbol topuna bənzər bir quruluş yaratdılar. Hər bir obyektiv üç hissədən ibarət idi, ortası xüsusi “yavaş” partlayıcılardan, xarici və daxili isə “sürətli”dən hazırlanmışdır. Xarici hissəsi xaricdən sferik idi, lakin içəridə formalı yükdə olduğu kimi konusvari çökəklik var idi, lakin məqsədi fərqli idi. Bu konus yavaş partlayıcılarla dolu idi və interfeysdə partlayış dalğası adi işıq dalğası kimi sındı. Amma burada oxşarlıq çox şərtlidir. Əslində bu konusun forması nüvə bombasının əsl sirlərindən biridir.

1940-cı illərin ortalarında dünyada belə linzaların formasını hesablamaq üçün istifadə edilə bilən kompüter yox idi, ən əsası isə uyğun bir nəzəriyyə belə yox idi. Buna görə də, onlar yalnız sınaq və səhv yolu ilə hazırlanmışdır. Mindən çox partlayış həyata keçirilməli idi - və yalnız həyata keçirilmədi, həm də partlayış dalğasının parametrlərini qeyd edən xüsusi yüksək sürətli kameralarla fotoşəkil çəkildi. Daha kiçik versiya işlənəndə məlum oldu ki, partlayıcılar o qədər də asanlıqla miqyas almır və köhnə nəticələri çox tənzimləmək lazım gəlirdi.

Formanın dəqiqliyi millimetrdən az səhvlə müşahidə edilməli, partlayıcı maddələrin tərkibini və homojenliyini çox diqqətlə saxlamaq lazım idi. Hissələr yalnız tökmə ilə hazırlana bilərdi, buna görə də bütün partlayıcı maddələr uyğun deyildi. Sürətli partlayıcı RDX və TNT qarışığı idi, RDX-dən iki dəfə yüksək idi. Yavaş - eyni TNT, lakin inert barium nitrat əlavə etməklə. Birinci partlayıcıda partlayış dalğasının sürəti 7,9 km/s, ikincisində isə 4,9 km/s təşkil edir.

Detonatorlar hər bir linzanın xarici səthinin ortasına quraşdırılmışdır. Bütün 32 detonator eyni vaxtda eşidilməmiş dəqiqliklə - 10 nanosaniyədən az, yəni saniyənin milyardda biri ilə atəş açmalı idi! Beləliklə, şok cəbhəsi 0,1 mm-dən çox təhrif edilməməlidir. Linzaların cütləşən səthləri eyni dəqiqliklə uyğunlaşdırılmalı idi və onların istehsalında səhv on dəfə çox idi! Qeyri-dəqiqlikləri kompensasiya etmək üçün çoxlu tualet kağızı və skotç xərcləməli oldum. Amma sistem bir az nəzəri modelə çevrilib.

Mən yeni detonatorlar icad etməli oldum: köhnələr lazımi sinxronizasiyanı təmin etmirdi. Onlar elektrik cərəyanının güclü nəbzi altında partlayan naqillər əsasında hazırlanmışdır. Onları işə salmaq üçün 32 yüksək gərginlikli kondansatördən ibarət batareya və eyni sayda yüksək sürətli qığılcım boşluqları lazım idi - hər detonator üçün bir. Bütün sistem, batareyalar və bir kondansatör şarj cihazı ilə birlikdə, ilk bombada demək olar ki, 200 kq ağırlığında idi. Lakin 2,5 ton götürən partlayıcının çəkisi ilə müqayisədə bu çox deyildi.

Nəhayət, bütün struktur geniş bir kəmər və iki örtükdən ibarət olan sferik duralumin gövdəsinə bağlandı - yuxarı və aşağı, bütün bu hissələr boltlar üzərində yığıldı. Bombanın dizaynı onu plutonium nüvəsi olmadan yığmağa imkan verdi. Plutoniumun bir parça uran reflektoru ilə birlikdə yerinə daxil edilməsi üçün yuxarı qutunun qapağı açıldı və bir partlayıcı obyektiv çıxarıldı.

Yaponiya ilə müharibə sona yaxınlaşırdı və amerikalılar çox tələsirdilər. Lakin partlayan bomba sınaqdan keçirilməli idi. Bu əməliyyatın kod adı "Trinity" ("Trinity") idi. Bəli, atom bombası əvvəllər yalnız tanrılar üçün mövcud olan gücü nümayiş etdirməli idi.

Parlaq uğur

Sınaq üçün yer Nyu Meksiko ştatında, mənzərəli Cornadadel Muerto (Ölüm Yolu) adlı yerdə seçilib - ərazi Alamagordo artilleriya poliqonunun bir hissəsi idi. Bomba 11 iyul 1945-ci ildə yığılmağa başladı. İyulun 14-də o, məqsədyönlü şəkildə tikilmiş 30 m hündürlüyündə qüllənin zirvəsinə qaldırıldı, naqillər detonatorlara birləşdirildi və hazırlığın son mərhələsinə başlandı. böyük miqdarölçmə avadanlığı. 1945-ci il iyulun 16-da səhər saat beşin yarısında qurğu partladıldı.

Partlayışın mərkəzindəki temperatur bir neçə milyon dərəcəyə çatır, buna görə də nüvə partlayışının partlaması Günəşdən çox parlaqdır. Atəş topu bir neçə saniyə davam edir, sonra yüksəlməyə başlayır, qaralmağa başlayır, ağdan narıncıya, sonra al qırmızıya çevrilir və indi məşhur nüvə göbələyi əmələ gəlir. İlk göbələk buludu 11 km hündürlüyə qalxdı.

Partlayış enerjisi trotil ekvivalentinin 20 kt-dan çox idi. Fiziklərin 510 tona hesablanması və avadanlığı çox yaxın qoyması səbəbindən ölçmə avadanlığının əksəriyyəti məhv edilib. Əks halda, bu, uğur idi, parlaq uğur idi!

Lakin amerikalılar ərazinin gözlənilməz radioaktiv çirklənməsi ilə üzləşdilər. Radioaktiv tullantıların şleyfi 160 km şimal-şərqə doğru uzanır. Əhalinin bir hissəsi kiçik Bingham şəhərindən evakuasiya edilməli idi, lakin ən azı beş yerli sakin 5760 rentgen dozası aldı.

Məlum oldu ki, çirklənmənin qarşısını almaq üçün bomba kifayət qədər yüksək hündürlükdə, ən azı bir kilometr yarımda partladılmalıdır, sonra radioaktiv parçalanma məhsulları yüz minlərlə, hətta milyonlarla əraziyə səpələnir. kvadrat kilometr təşkil edir və qlobal radiasiya fonunda həll olunur.

Bu dizaynda ikinci bomba bu sınaqdan 24 gün sonra və Xirosimanın bombalanmasından üç gün sonra avqustun 9-da Naqasakiyə atıldı. O vaxtdan bəri, demək olar ki, bütün atom sursatları partlama texnologiyasından istifadə etdi. 29 avqust 1949-cu ildə sınaqdan keçirilmiş ilk sovet bombası RDS-1 eyni üsulla hazırlanmışdır.

Parçalanmanın zəncirvari reaksiyasını həyata keçirmək üçün saf parçalanan maddədən və ya parçalanan maddədən və tərkibi reaksiyanın inkişafına imkan verən moderatordan ibarət çoxalma mühiti yaratmaq lazımdır. Qeyd etmək lazımdır ki, bu mühitdə tikinti materiallarının olması qaçılmazdır. Bununla belə, tələb olunan parametrlərə malik yetişdirmə mühitinin seçilməsi hələ zəncirvari reaksiya üçün bütün şərtləri təmin etmir. Kiçik bir ölçü və buna uyğun olaraq, yetişdirmə mühitinin kütləsi ilə, içərisində yaranan neytronların çoxu parçalanmaya səbəb olmağa vaxt tapmadan uçacaq və özünü saxlayan zəncirvari reaksiya (SCR) baş verməyəcəkdir. Neytronların çarpan mühitlə həcmdən sızması onların parçalanmadan udulması ilə eyni nəticəyə gətirib çıxarır.

Çoxalma mühitinin ölçüsü artdıqca, onun tərkibindəki neytronların orta yolu uzunluğu artır və nəticədə nüvələrlə toqquşmaların sayı, ardınca parçalanma və yeni neytronların meydana çıxması baş verir.Reaktorun zamanla davranışını təsvir etmək üçün. var idi vurma əmsalı k eff təqdim edilir - növbəti nəsildəki neytronların sayının əvvəlki nəsildəki neytronların sayına nisbəti. Bu şərhdə, mühitin ölçüsünün artması ilə, k eff sıfırdan parçalanma ehtimalı sıfırdan birlikdən daha böyük dəyərlərə yüksəlir, bir sıra nəsillərdə neytronların sayında uçqun kimi bir artımla.

k eff birə bərabər olduqda, parçalanma prosesinin intensivliyi zamanla dəyişmir - proses öz-özünə davam edir və belə bir sistem adlanır. tənqidi ... At k eff< 1 скорость делений будет уменьшаться, и в этом случае систему называют kritikaltı ... k eff> 1 üçün sistem superkritik.

Öz-özünə davam edən parçalanma reaksiyasını həyata keçirmək üçün lazım olan parçalanan materialın minimum kütləsi deyilir kritik kütlə . Kütlə kritikdən çox olarsa, onda hər növbəti nəsildə əvvəlkindən daha çox neytron yaranacaq və zəncirvari reaksiya inkişaf edəcək. Kritik kütlə dəyəri parçalanan nuklidin (235 U və ya 239 Pu) xüsusiyyətlərindən, yetişdirici mühitin tərkibindən və onun mühitindən asılıdır. Kritik kütlə eksperimental cihazlarda bir neçə yüz qramdan nüvə başlıqlarında onlarla kiloqrama və böyük güclü reaktorlarda bir neçə tona qədər dəyişə bilər. Təbii uran nüvə reaktorunu nəzərdən keçirək... Parçalanma zamanı yaranan və sonrakı parçalanmaya səbəb ola bilən ikincil neytronların sayı reaktorda parçalanma sürətini sabit səviyyədə saxlamaq üçün kifayət edərsə, onda özünü saxlayan zəncirvari reaksiya baş verə bilər.