Цөмийн физикийн чухал масс. Цөмийн довтолгоо: цөмийн цэнэгийн эгзэгтэй масс. плутони хөлбөмбөгийн бөмбөг

Хүн төрөлхтний түүхэн дэх хамгийн аймшигт дайн дууссанаас хойш хоёр сар гаруйн хугацаа өнгөрчээ. Мөн 1945 оны 7-р сарын 16-нд АНУ-ын арми анхны цөмийн бөмбөг туршсан бөгөөд сарын дараа Японы хотуудын олон мянган оршин суугчид атомын тамд үхэв. Түүнээс хойш зэвсэг, түүнийг зорилтот газарт хүргэх хэрэгслийг хагас зуун гаруй жилийн турш тасралтгүй сайжруулсаар ирсэн.

Цэргийнхэн нэг цохилтоор бүхэл бүтэн хот, улс орныг газрын зургаас устгаж, цүнхэнд багтах маш хүчирхэг сумыг хоёуланг нь авахыг хүсч байв. Ийм төхөөрөмж нь хорлон сүйтгэх дайныг урьд өмнө байгаагүй түвшинд хүргэх болно. Эхний болон хоёрдугаарт хоёуланд нь даван туулах боломжгүй бэрхшээл тулгарсан. Үүний шалтгаан нь эгзэгтэй масс гэж нэрлэгддэг. Гэсэн хэдий ч хамгийн түрүүнд хийх зүйл.

Ийм тэсрэх гол цөм

Цөмийн төхөөрөмжүүдийн ажиллах дарааллыг ойлгохын тулд эгзэгтэй масс гэж юу болохыг ойлгохын тулд хэсэг хугацаанд ширээ рүүгээ буцаж орцгооё. Сургуулийн физикийн хичээлээс бид энгийн дүрмийг санаж байна: ижил нэртэй цэнэгүүд бие биенээ няцаадаг. Тэнд, дотор ахлах сургуульоюутнуудад нейтрон, төвийг сахисан бөөмс, эерэг цэнэгтэй протоноос бүрдэх атомын цөмийн бүтцийн тухай өгүүлдэг. Гэхдээ энэ нь яаж боломжтой вэ? Эерэг цэнэгтэй бөөмсүүд бие биедээ маш ойрхон байдаг тул түлхэх хүч нь асар их байх ёстой.

Шинжлэх ухаан нь протонуудыг хамтад нь байлгадаг цөмийн дотоод хүчний мөн чанарыг бүрэн ойлгодоггүй ч эдгээр хүчний шинж чанарыг нэлээд сайн судалсан байдаг. Хүчнүүд зөвхөн маш ойрын зайд ажилладаг. Гэвч протонууд орон зайд бага зэрэг хуваагдангуут ​​түлхэлтийн хүч давамгайлж, цөм нь хэсэг хэсгээрээ бутарч эхэлдэг. Мөн ийм тэлэлтийн хүч үнэхээр асар том юм. Насанд хүрсэн эрэгтэй хүний ​​хүч нь хар тугалганы атомын ганц цөмийн протоныг барихад хангалтгүй гэдгийг мэддэг.

Рутерфорд юунаас айсан бэ?

Үелэх системийн ихэнх элементүүдийн цөм нь тогтвортой байдаг. Гэсэн хэдий ч атомын тоо нэмэгдэх тусам энэ тогтвортой байдал буурдаг. Энэ нь цөмүүдийн хэмжээтэй ойролцоо юм. 238 нуклидээс бүрдэх ураны атомын цөмийг төсөөлөөд үз дээ, үүний 92 нь протон юм. Тиймээ, протонууд бие биетэйгээ нягт холбоотой байдаг бөгөөд цөмийн дотоод хүч нь бүхэл бүтэн бүтцийг найдвартай бэхжүүлдэг. Гэхдээ цөмийн эсрэг талын төгсгөлд байрлах протонуудын түлхэх хүч мэдэгдэхүйц болдог.

Рутерфорд юу хийсэн бэ? Тэрээр атомуудыг нейтроноор бөмбөгдөв (электрон нь атомын электрон бүрхүүлээр дамжихгүй, эерэг цэнэгтэй протон түлхэлтийн хүчний улмаас цөмд ойртож чадахгүй). Атомын цөмд орж буй нейтрон нь түүний хуваагдлыг үүсгэдэг. Хоёр салангид хагас, хоёр эсвэл гурван чөлөөт нейтрон салж нисэв.

Нисдэг бөөмсийн асар их хурдны улмаас энэхүү задрал нь асар их энерги ялгаруулж байв. Рутерфорд хүн төрөлхтөнд учирч болзошгүй үр дагавраас айж, нээлтээ нуухыг хүссэн гэсэн цуу яриа байсан ч энэ нь үлгэрээс өөр зүйл биш байх магадлалтай.

Тэгэхээр масс үүнд ямар хамаатай юм, яагаад шүүмжлэлтэй байдаг юм бэ

Тэгээд юу гэж? Хүчтэй дэлбэрэлт үүсгэхийн тулд хангалттай хэмжээний цацраг идэвхт металлыг протоны урсгалаар яаж цацруулах вэ? Мөн эгзэгтэй масс гэж юу вэ? Энэ нь "бөмбөгдөж хаясан" атомын цөмөөс нисч буй цөөн тооны чөлөөт электронуудын тухай бөгөөд тэдгээр нь эргээд бусад цөмтэй мөргөлдөж, хуваагдахад хүргэдэг. Эхлэх гэж байгаа.Гэхдээ үүнийг эхлүүлэхэд туйлын хэцүү байх болно.

Хэмжээг боловсронгуй болгоё. Хэрэв бид ширээн дээрх алимыг атомын цөм гэж авбал хөрш атомын цөмийг төсөөлөхийн тулд ижил алимыг дараагийн өрөөнд ч биш, ширээн дээр авч явах хэрэгтэй болно, гэхдээ .. . дараагийн байшинд. Нейтрон нь интоорын нүхний хэмжээтэй байх болно.

Ялгарсан нейтронууд ураны ембүүгийн гадна дэмий нисээд өнгөрөхгүйн тулд тэдгээрийн 50 гаруй хувь нь атомын цөм хэлбэрээр байгаа олохын тулд энэ ембүү зохих хэмжээстэй байх ёстой. Үүнийг ураны эгзэгтэй масс гэж нэрлэдэг - ялгаруулж буй нейтроны талаас илүү хувь нь бусад цөмтэй мөргөлддөг масс юм.

Үнэн хэрэгтээ энэ нь хормын дотор тохиолддог. Хагарсан бөөмийн тоо нуранги шиг нэмэгдэж, тэдгээрийн хэлтэрхийнүүд гэрлийн хурдтай, задгай агаар, ус болон бусад орчныг урж хаяхтай ижил хурдтайгаар бүх чиглэлд гүйдэг. Тэдний молекулуудтай мөргөлдөхөөс орчинДэлбэрэлтийн талбай тэр даруй хэдэн сая градус хүртэл халж, дулаан ялгаруулж, хэдэн километрийн ойролцоох бүх зүйлийг шатаадаг.

Хурц халсан агаар нь агшин зуурын хэмжээгээр нэмэгдэж, хүчтэй цочролын давалгаа үүсгэж, барилга байгууламжийг суурин дээрээс нь хийсгэж, замд тааралдсан бүх зүйлийг хөмрүүлж, устгадаг ... ийм л атомын дэлбэрэлтийн дүр зураг юм.

Практик дээр ямар харагддаг

Атомын бөмбөг хийх төхөөрөмж нь гайхалтай энгийн. Ураны хоёр ембүү (эсвэл өөр, тус бүрийн масс нь эгзэгтэй хэмжээнээс арай бага байна. Нэг ембүү нь конус хэлбэртэй, нөгөө нь конус хэлбэртэй бөмбөлөг хэлбэрээр хийгдсэн байдаг. -хэлбэрийн нүх.Таны таамаглаж байгаачлан, та хоёр талыг нийлүүлэхэд чухал массад хүрэх бөмбөг гарч ирнэ. Энэ бол хамгийн энгийн цөмийн бөмбөг Хоёр талыг ердийн TNT цэнэгээр холбосон (конусыг бөмбөг болгон галладаг) .

Гэхдээ ийм төхөөрөмжийг хэн ч "өвдөг дээрээ" угсарч болно гэж бүү бодоорой. Бүх заль мэх нь тэндээс тэсрэх бөмбөг дэлбэрэхийн тулд уран нь маш цэвэр байх ёстой бөгөөд хольц нь бараг тэг байх ёстой.

Яагаад нэг хайрцаг тамхины хэмжээтэй атомын бөмбөг байдаггүй юм

Бүгд ижил шалтгаанаар. Уран 235-ын хамгийн түгээмэл изотопын критик масс нь 45 кг орчим байдаг. Ийм хэмжээний цөмийн түлш дэлбэрсэн нь аль хэдийн гамшиг болсон. Мөн үүнийг бага хэмжээний бодисоор хийх боломжгүй - энэ нь зүгээр л ажиллахгүй болно.

Үүнтэй ижил шалтгаанаар уран болон бусад цацраг идэвхт металлаас хэт хүчирхэг атомын цэнэгийг бий болгох боломжгүй байв. Бөмбөгийг маш хүчтэй болгохын тулд хэдэн арван ембүүгээр хийсэн бөгөөд дэлбэрэлтийн цэнэгийг дэлбэлэхэд төв рүү гүйж, жүржийн зүсмэлүүд шиг холбогддог байв.

Гэхдээ үнэндээ юу болсон бэ? Хэрэв ямар нэг шалтгааны улмаас хоёр элемент бусдаасаа секундын нэг мянгаас өмнө уулзсан бол чухал масс нь бусад хэсэг нь "цаг хугацаанд нь ирэхээс" илүү хурдан хүрсэн бол тэсрэлт нь зохион бүтээгчдийн хүлээж байсан хүч биш байв. Хэт хүчирхэг цөмийн зэвсгийн асуудал зөвхөн термоядролын зэвсэг гарч ирснээр шийдэгдсэн. Гэхдээ энэ бол арай өөр түүх юм.

Амар амгалан атом хэрхэн ажилладаг вэ?

Атомын цахилгаан станц нь үндсэндээ цөмийн бөмбөгтэй адилхан. Зөвхөн энэ "бөмбөг" нь бие биенээсээ тодорхой зайд байрладаг уранаар хийсэн түлшний саваа (түлшний элементүүд) байдаг бөгөөд энэ нь нейтрон "цохилт" солилцоход саад болохгүй.

Түлшний саваа нь саваа хэлбэрээр хийгдсэн бөгөөд тэдгээрийн хооронд нейтроныг сайн шингээдэг материалаар хийсэн хяналтын саваа байдаг. Үйл ажиллагааны зарчим нь энгийн:

• зохицуулах (шингээх) савааг ураны саваа хоорондын зайд оруулдаг - урвал удааширч эсвэл бүрмөсөн зогсдог;
• хяналтын саваа бүсээс хасагдсан - цацраг идэвхт элементүүд нейтроныг идэвхтэй солилцдог, цөмийн урвал илүү эрчимтэй явагддаг.

Үнэн хэрэгтээ энэ нь адилхан болж байна атомын бөмбөг, эгзэгтэй масс нь маш жигд хүрдэг бөгөөд энэ нь тэсрэлтэд хүргэдэггүй, харин зөвхөн хөргөлтийн шингэнийг халаахад хүргэдэг маш тодорхой зохицуулагддаг.

Харамсалтай нь, практикээс харахад хүний ​​суут ухаан нь атомын цөмийн задралын энерги болох энэхүү асар их, хор хөнөөлтэй энергийг үргэлж барьж чаддаггүй.

Реакторын хэмжээсүүд (нэвчилт нь зөвхөн гадаргуугаар дамждаг) том байх тусам реакторын цөм нь бөмбөрцөгт ойртох тусам гоожих нь бага (ceteris paribus) ба R өндөр байх болно.

Гинжин урвалын хувьд k eff =P∙k ∞ =1

Энэ нь реакторын эгзэгтэй хэмжээ гэж нэрлэгддэг реакторын тодорхой мин хэмжээтэй үед хүрдэг.

Түлшний задралын гинжин урвал үүсч болох эгзэгтэй хэмжээтэй реакторын цөмд агуулагдах цөмийн түлшний хамгийн бага массыг эгзэгтэй масс гэж нэрлэдэг. Түүний үнэ цэнэ нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаарна:

1) түлшний баяжуулалтын зэрэг;

2) зохицуулагч ба бүтцийн материалын тоо хэмжээ, цөмийн шинж чанар;

3).Үр дүнтэй тусгал.

Баяжуулалтыг ашиглах нь чухал масс болон реакторын хэмжээг багасгах боломжийг олгодог (Ураныг U 235 изотопоор > 5% -иар баяжуулах нь нейтроны балансыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхгүй).

Реакторын цөмийн чухал масс ба хэмжээсүүд.

1).тодорхой хэмжээний эрчим хүчийг бий болгох түлшний шаталт (тодорхой хугацаанд өгөгдсөн хүч);

2) цөмийн урвалын явцад үүссэн хортой шингээлтийн нөхөн төлбөр, температурын нөлөөллийн нөхөн төлбөр.

Ачаалагдсан түлшний масс нь критик хэмжээнээс eff>1-ээс их байх үед реакторын хэт критик төлөв байдалд хүргэдэг.

k eff =1 байлгахын тулд реактор нь нөхөн олговор, хяналтын системтэй бөгөөд түүний тусламжтайгаар түлш шатаах үед хөдөлдөг нейтроныг хүчтэй шингээх тусгай хавтан, саваануудыг цөмд оруулдаг.

Ачааллын хооронд бүрэн хүчин чадлаараа реактор дахь түлшний ажиллах хугацааг реакторын кампанит ажил гэж нэрлэдэг (тохируулгатай саваа нь кадми-113, бал чулуу-114, бар-10).

Манай уншигчдын ихэнх нь устөрөгчийн бөмбөгийг атомын бөмбөгтэй холбодог бөгөөд зөвхөн илүү хүчтэй байдаг. Үнэн хэрэгтээ энэ бол цоо шинэ зэвсэг бөгөөд үүнийг бүтээхэд асар их оюуны хүчин чармайлт шаардагдах бөгөөд үндсэндээ өөр физик зарчмаар ажилладаг.

Атомын бөмбөг ба устөрөгчийн бөмбөг хоёрт нийтлэг байдаг цорын ганц зүйл бол хоёулаа атомын цөмд нуугдаж буй асар их энергийг ялгаруулдаг. Үүнийг хоёр аргаар хийж болно: уран эсвэл плутони гэх мэт хүнд цөмүүдийг хөнгөн хэсгүүдэд хуваах (хуваагдах урвал) эсвэл хамгийн хөнгөн устөрөгчийн изотопуудыг нэгтгэхэд (хуваалтын урвал) оруулах. Хоёр урвалын үр дүнд үүссэн материалын масс нь анхны атомуудын массаас үргэлж бага байдаг. Гэвч масс нь ул мөргүй алга болж чадахгүй - энэ нь алдартай Эйнштейний E=mc 2 томъёоны дагуу энерги болж хувирдаг.

Атомын бөмбөг бүтээхийн тулд шаардлагатай бөгөөд хангалттай нөхцөл бол хангалттай хэмжээгээр хуваагддаг материалыг авах явдал юм. Бүтээл нь нэлээд хөдөлмөр их шаардсан, гэхдээ тийм ч их оюунлаг биш, өндөр шинжлэх ухаан гэхээсээ илүү уул уурхайн салбарт ойр байдаг. Ийм зэвсгийг бүтээх гол нөөц нь ураны аварга уурхай, баяжуулах үйлдвэр барихад чиглэгддэг. Төхөөрөмжийн энгийн байдлын нотолгоо бол анхны бөмбөг болон Зөвлөлтийн анхны цөмийн дэлбэрэлтэд шаардлагатай плутонийг олж авах хооронд нэг сар ч өнгөрөөгүй явдал юм.

Сургуулийн физикийн хичээлээс мэдэгдэж байсан ийм бөмбөгний ажиллах зарчмыг товч санацгаая. Энэ нь уран болон плутони зэрэг зарим трансуран элементийн задралын үед нэгээс илүү нейтрон ялгаруулах шинж чанарт суурилдаг. Эдгээр элементүүд нь аяндаа болон бусад нейтроны нөлөөн дор задарч болно.

Гарсан нейтрон нь цацраг идэвхт бодисыг орхиж, эсвэл өөр атомтай мөргөлдөж, өөр хуваагдлын урвал үүсгэж болно. Бодисын тодорхой концентраци (чухал масс) хэтэрсэн үед атомын цөмийн цаашдын задралд хүргэдэг шинэ төрсөн нейтроны тоо ялзарч буй цөмийн тооноос давж эхэлдэг. Муудсан атомуудын тоо нуранги шиг өсөн нэмэгдэж, шинэ нейтронуудыг төрүүлж эхэлдэг, өөрөөр хэлбэл гинжин урвал үүсдэг. Уран-235-ын хувьд эгзэгтэй масс 50 орчим кг, плутони-239-ийн хувьд 5.6 кг байна. Өөрөөр хэлбэл, 5.6 кг-аас бага жинтэй плутонийн бөмбөлөг бол зүгээр л дулаахан төмөр хэсэг бөгөөд үүнээс арай илүү масс нь хэдхэн наносекундэд оршино.

Үнэн хэрэгтээ бөмбөгний ажиллагаа энгийн: бид уран эсвэл плутонийн хоёр хагас бөмбөрцгийг авч, тус бүр нь чухал массаас арай бага бөгөөд 45 см-ийн зайд байрлуулж, тэсрэх бодисоор бүрхэж, дэлбэрдэг. Уран эсвэл плутонийг хэт критик массын хэсэг болгон шингэлж, цөмийн урвал эхэлдэг. Бүх зүйл. Цөмийн урвалыг эхлүүлэх өөр нэг арга бий - плутонийн хэсгийг хүчтэй дэлбэрэлтээр шахах: атомуудын хоорондох зай багасч, урвал бага эгзэгтэй массаас эхэлнэ. Орчин үеийн бүх атомын тэсэлгээний төхөөрөмжүүд энэ зарчмаар ажилладаг.

Атомын бөмбөгтэй холбоотой асуудал нь бид дэлбэрэлтийн хүчийг нэмэгдүүлэхийг хүсч байгаа тэр мөчөөс эхэлдэг. Хагардаг материалын энгийн өсөлт нь зайлшгүй шаардлагатай байдаг - масс нь эгзэгтэй хэмжээнд хүрмэгц дэлбэрдэг. Төрөл бүрийн ухаалаг схемүүдийг зохион бүтээсэн бөгөөд жишээлбэл, бөмбөгийг хоёр хэсгээс биш, харин олон хэсгээс хийж, бөмбөгийг гэдэс дотрыг нь салгасан жүржтэй төстэй болгож, дараа нь нэг дэлбэрэлтээр нэг хэсэг болгон угсарсан боловч хүчтэйгээр угсарсан. 100 килотонноос дээш жинтэй тул бэрхшээлүүд даван туулах боломжгүй болсон.

Гэхдээ термоядролыг нэгтгэх түлш нь чухал масстай байдаггүй. Энд термоядролын түлшээр дүүрсэн нар дээгүүр унжиж, түүний дотор термоядролын урвал явсаар тэрбум жил болж, юу ч дэлбэрдэггүй. Нэмж дурдахад, жишээлбэл, дейтерий ба тритий (устөрөгчийн хүнд ба хэт хүнд изотоп) хайлуулах урвалын үед ижил масстай уран-235 шатаахтай харьцуулахад 4.2 дахин их энерги ялгардаг.

Атомын бөмбөг үйлдвэрлэх нь онолынхоос илүү туршилтын шинж чанартай байв. Устөрөгчийн бөмбөг бүтээх нь өндөр температурын плазмын физик ба хэт өндөр даралтын физикийн цоо шинэ шинжлэх ухааныг бий болгохыг шаарддаг. Бөмбөгийг зохион бүтээхээс өмнө зөвхөн оддын цөмд тохиолддог үзэгдлийн мөн чанарыг сайтар ойлгох шаардлагатай байв. Энд ямар ч туршилт тусалж чадахгүй - судлаачдын хэрэгсэл нь зөвхөн онолын физик, дээд математик байсан. Улам, Тихонов, Самарский гэх мэт математикчдад термоядролын зэвсгийг бүтээхэд асар их үүрэг гүйцэтгэсэн нь санамсаргүй хэрэг биш юм.

сонгодог супер

1945 оны эцэс гэхэд Эдвард Теллер "сонгодог супер" гэж нэрлэгдсэн устөрөгчийн бөмбөгний анхны загварыг санал болгов. Хайлуулах урвалыг эхлүүлэхэд шаардлагатай аймшигт даралт, температурыг бий болгохын тулд ердийн атомын бөмбөг ашиглах ёстой байв. "Сонгодог супер" нь өөрөө дейтерийээр дүүрсэн урт цилиндр байв. Дейтери-тритий хольц бүхий завсрын "гал асаах" камерыг мөн хангасан - дейтерий ба тритиум синтезийн урвал бага даралтаас эхэлдэг. Галтай зүйрлэвэл дейтерий нь түлээний мод, дейтерий ба тритий холимог - нэг шил бензин, атомын бөмбөг - шүдэнзний үүрэг гүйцэтгэх ёстой байв. Ийм схемийг "хоолой" гэж нэрлэдэг байсан - нэг төгсгөлд атомын асаагууртай тамхины төрөл. Үүнтэй ижил схемийн дагуу Зөвлөлтийн физикчид устөрөгчийн бөмбөг бүтээж эхлэв.

Гэсэн хэдий ч математикч Станислав Улам Теллерт "супер" -д цэвэр дейтерийн хайлуулах урвал явагдах нь бараг боломжгүй бөгөөд хольц нь ийм хэмжээний тритий шаардагдах тул түүнийг үйлдвэрлэхэд шаардлагатай болохыг энгийн слайдын дүрмээр нотолсон. АНУ-д зэвсгийн чанартай плутонийн үйлдвэрлэлийг бараг царцаах.

Элсэн чихэр

1946 оны дундуур Теллер устөрөгчийн бөмбөг хийх өөр нэг схемийг санал болгов - "сэрүүлэг". Энэ нь уран, дейтерий, тритий зэрэг ээлжлэн бөмбөрцөг давхаргаас бүрдсэн байв. Плутонийн төв цэнэгийн цөмийн дэлбэрэлтийн үеэр бөмбөгний бусад давхаргад термоядролын урвал эхлүүлэхэд шаардлагатай даралт, температур бий болсон. Гэсэн хэдий ч "сэрүүлэг"-ийн хувьд өндөр хүчин чадалтай атомын санаачлагч шаардлагатай байсан бөгөөд АНУ (үнэхээр ЗХУ гэх мэт) зэвсгийн чанартай уран, плутони үйлдвэрлэхэд бэрхшээлтэй тулгарсан.

1948 оны намар Андрей Сахаров ижил төстэй схемийг гаргаж ирэв. ЗХУ-д уг загварыг "слойка" гэж нэрлэдэг байв. Зэвсгийн чанартай уран-235, плутони-239 үйлдвэрлэх хангалттай хугацаа байхгүй байсан ЗСБНХУ-ын хувьд Сахаровын хийсвэр нь эм тариа байв. Тийм ч учраас.

Энгийн атомын бөмбөгөнд байгалийн уран-238 нь ашиггүй (муудах үед нейтроны энерги нь хуваагдлыг эхлүүлэхэд хангалтгүй) төдийгүй хор хөнөөлтэй байдаг, учир нь энэ нь хоёрдогч нейтроныг шуналтайгаар шингээж, гинжин урвалыг удаашруулдаг. Тиймээс зэвсгийн зориулалттай уран нь 90% уран-235 изотоп юм. Гэсэн хэдий ч термоядроны нэгдлээс үүссэн нейтрон нь задралын нейтроноос 10 дахин их энергитэй байдаг бөгөөд ийм нейтроноор цацраг туяагаар цацруулсан байгалийн уран-238 нь маш сайн задарч эхэлдэг. Шинэ бөмбөг өмнө нь хаягдал гэж тооцогдож байсан уран-238-ыг тэсрэх бодис болгон ашиглах боломжтой болсон.

Сахаровын "хийсвэр"-ийн онцлох зүйл нь хурц дутагдалтай тритий оронд цагаан цайвар талст бодис болох литийн дейтрид 6 LiD ашигласан явдал байв.

Дээр дурьдсанчлан, дейтерий ба тритий холимог нь цэвэр дейтериас хамаагүй амархан гал авалцдаг. Гэсэн хэдий ч тритиумын давуу талууд энд дуусч, зөвхөн сул талууд хэвээр үлддэг: хэвийн төлөвт трити нь хий бөгөөд энэ нь хадгалахад хүндрэл учруулдаг; трити нь цацраг идэвхт бодис бөгөөд задрах явцдаа тогтвортой гелий-3 болж хувирч, нэн шаардлагатай хурдан нейтроныг идэвхтэй залгиж, тэсрэх бөмбөгний хадгалах хугацааг хэдэн сараар хязгаарладаг.

Атом гал хамгаалагчийн дэлбэрэлтийн үр дагавар болох удаан задралын нейтроноор цацраг идэвхт бус литийн дейтрид нь трити болж хувирдаг. Ийнхүү анхдагч атомын дэлбэрэлтийн цацраг нь агшин зуурын дараа дараагийн термоядролын урвалд хангалттай тритий үүсгэдэг бөгөөд литийн дейтерид анхнаасаа дейтерий байдаг.

Энэ бол 1953 оны 8-р сарын 12-нд Семипалатинскийн туршилтын талбайн цамхаг дээр амжилттай туршсан RDS-6 бөмбөг юм. Дэлбэрэлтийн хүч 400 килотонн байсан бөгөөд энэ нь жинхэнэ термоядролын дэлбэрэлт үү эсвэл хэт хүчирхэг атомын дэлбэрэлт үү гэдэг маргаан одоо болтол тасраагүй байна. Үнэн хэрэгтээ Сахаровын хийсвэр дэх термоядролын нэгдлийн урвал нь нийт цэнэгийн чадлын 20% -иас ихгүй байв. Дэлбэрэлтэд гол хувь нэмэр оруулсан нь хурдан нейтроноор цацруулсан уран-238 задрах урвал байсан бөгөөд үүний ачаар RDS-6 нь "бохир" гэж нэрлэгддэг бөмбөгний эрин үеийг нээсэн юм.

Гол цацраг идэвхт бохирдол нь зөвхөн задралын бүтээгдэхүүн (ялангуяа стронций-90 ба цезий-137) юм. Нэг ёсондоо Сахаровын "слойка" нь термоядролын урвалын нөлөөгөөр бага зэрэг сайжруулсан аварга том атомын бөмбөг байв. "Слойка" -ын ганц дэлбэрэлт нь Семипалатинскийн туршилтын талбайн оршин тогтнох бүх түүхэнд агаар мандалд унасан стронций-90-ийн 82%, цезий-137-ийн 75 хувийг үйлдвэрлэсэн нь санамсаргүй хэрэг биш юм.

америк бөмбөг

Гэсэн хэдий ч устөрөгчийн бөмбөгийг анх дэлбэлсэн нь америкчууд юм. 1952 оны 11-р сарын 1-нд Елугелаб шүрэн дээр Номхон далай"Майк" хэмээх 10 мегатонн чадалтай хайлуулах төхөөрөмжийг амжилттай туршсан. 74 тонн жинтэй америк төхөөрөмжийг тэсрэх бөмбөг гэж нэрлэхэд хэцүү байх болно. "Майк" нь үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт шингэн дейтерийээр дүүрсэн хоёр давхар байшингийн хэмжээтэй том төхөөрөмж байв (Сахаровын "слойка" нь бүрэн зөөвөрлөх боломжтой бүтээгдэхүүн байсан). Гэсэн хэдий ч "Майк"-ын онцлох зүйл нь хэмжээ биш, харин термоядролын тэсрэх бодисыг шахах овсгоотой зарчим байв.

Устөрөгчийн бөмбөгний гол санаа нь цөмийн дэлбэрэлтээр хайлуулах (хэт өндөр даралт, температур) нөхцлийг бүрдүүлэх явдал гэдгийг санаарай. "Хийсвэр" схемд цөмийн цэнэг нь төвд байрладаг тул дейтерийг шахдаггүй тул гадагшаа тараадаггүй - термоядролын тэсрэх бодисын хэмжээ ихсэх нь хүчийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэггүй - энэ нь зүгээр л дэлбэлэх цаг байхгүй. Энэ бол энэ схемийн хамгийн их хүчийг хязгаарлаж байгаа зүйл юм - 1957 оны 5-р сарын 31-нд Британичууд дэлбэлүүлсэн дэлхийн хамгийн хүчирхэг "хөөрөлдөж" Оранж Гералд ердөө 720 килотонн хүч өгчээ.

Хэрэв атомын гал хамгаалагчийг дотор нь дэлбэрч, термоядролын тэсрэх бодисыг шахаж чадвал хамгийн тохиромжтой байх болно. Гэхдээ үүнийг яаж хийх вэ? Эдвард Теллер гайхалтай санаа дэвшүүлсэн: термоядролын түлшийг механик энерги, нейтроны урсгалаар бус харин анхдагч атомын гал хамгаалагчаас цацрагаар шахах.

Теллерийн шинэ загварт анхдагч атомын зангилаа нь термоядролын нэгжээс зайтай байсан. Атомын цэнэгийн үйл ажиллагааны явцад рентген цацраг нь цочролын долгионоос давж, цилиндр хэлбэрийн ханын дагуу тархаж, ууршуулж, бөмбөгний биеийн дотор талын полиэтилен бүрээсийг плазм болгон хувиргасан. Цусны сийвэн нь эргээд илүү зөөлөн рентген туяаг дахин цацруулж, уран-238-ийн дотоод цилиндрийн гаднах давхаргад шингэсэн "түлхэгч" юм. Давхаргууд тэсрэлтээр ууршиж эхлэв (энэ үзэгдлийг абляци гэж нэрлэдэг). Улайсдаг уран плазмыг хэт хүчирхэг пуужингийн хөдөлгүүрийн тийрэлтэт онгоцтой харьцуулж болох бөгөөд түүний түлхэлт нь дейтерийн цилиндрт чиглэгддэг. Ураны цилиндр нурж, дейтерийн даралт, температурт хүрэв эгзэгтэй түвшин. Үүнтэй ижил даралт нь төвийн плутони хоолойг маш чухал масс хүртэл шахаж, дэлбэрчээ. Плутонийн гал хамгаалагчийн дэлбэрэлт нь дейтерийг дотроос нь шахаж, термоядролын тэсрэх бодисыг шахаж, халааж, дэлбэрчээ. Хүчтэй нейтроны урсгал нь түлхэгч дэх уран-238 цөмийг хувааж, хоёрдогч задралын урвал үүсгэдэг. Анхдагч цөмийн дэлбэрэлтийн дэлбэрэлтийн долгион термоядролын нэгжид хүрэхээс өмнө энэ бүхэн тохиолдох цаг байсан. Секундын тэрбум хуваасны дотор тохиолдох энэ бүх үйл явдлыг тооцоолоход манай гарагийн хамгийн хүчирхэг математикчдын оюун ухааны ачаалал шаардлагатай байв. "Майк"-ыг бүтээгчид 10 мегатонны хүчтэй дэлбэрэлтээс аймшиг биш, харин үгээр хэлэхийн аргагүй таашаал амссан - тэд зөвхөн оддын цөмд бодит ертөнцөд тохиолддог үйл явцыг ойлгоод зогсохгүй өөрсдийн онолыг туршилтаар туршиж үзсэн. Дэлхий дээрх жижиг од.

Браво

Загварын гоо үзэсгэлэнгээрээ оросуудаас илүү гарсан америкчууд төхөөрөмжөө авсаархан болгож чадаагүй: Сахаровын нунтаг литийн дейтридийн оронд хэт хөргөсөн шингэн дейтерийг ашигласан байна. Лос-Аламос хотод Сахаровын хийсвэрийг "оросууд нэг хувин түүхий сүүтэй асар том үнээний оронд нэг пакет хуурай сүү хэрэглэдэг" гэж атаархсан байдалтай хүлээж авав. Гэсэн хэдий ч хоёр тал бие биенээсээ нууцыг нууж чадсангүй. 1954 оны 3-р сарын 1-нд Бикини шүрэн орчимд америкчууд 15 мегатонн хүчин чадалтай Браво бөмбөгийг литийн дейтрид дээр туршсан бол 1955 оны 11-р сарын 22-нд 1.7 мегатонны хүчин чадалтай Зөвлөлтийн анхны хоёр шатлалт термоядролын бөмбөг RDS-37 дэлбэрчээ. Семипалатинскийн туршилтын талбай, туршилтын талбайн бараг талыг нурааж байна. Түүнээс хойш термоядролын бөмбөгний загварт бага зэрэг өөрчлөлт орсон (жишээлбэл, хөөргөх бөмбөг ба үндсэн цэнэгийн хооронд ураны бамбай гарч ирсэн) бөгөөд каноник болсон. Дэлхий дээр ийм гайхалтай туршилтаар тайлагдах байгалийн ийм том нууцууд байхгүй болсон. Энэ нь суперновагийн төрөл юм уу.

Жаахан онол Термоядролын бөмбөгөнд 4 урвал явагддаг бөгөөд тэдгээр нь маш хурдан явагддаг. Эхний хоёр урвал нь гурав, дөрөв дэх урвалын материалын эх үүсвэр болж өгдөг бөгөөд энэ нь термоядролын дэлбэрэлтийн температурт 30-100 дахин хурдан явагдаж, илүү их энерги өгдөг. Иймээс үүссэн гелий-3 ба тритиумыг шууд хэрэглэдэг. Атомын цөмүүд эерэг цэнэгтэй тул бие биенээ түлхэж байдаг. Тэд хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд цахилгаан түлхэлтийг даван туулж, толгойгоороо түлхэх хэрэгтэй. Тэд өндөр хурдтай хөдөлж байж л энэ нь боломжтой юм. Атомын хурд нь 50 сая градус хүрэх ёстой температуртай шууд холбоотой! Гэхдээ дейтерийг ийм температурт халаах нь хангалтгүй юм; Байгальд ийм нягтралтай ийм температур нь зөвхөн оддын цөмд байдаг.

Үгээр хэлэхийн аргагүй богино хугацаанд гигажоуль энерги ялгаруулж чадах нууцлаг төхөөрөмж нь аймшигт хайр дурлалаар хүрээлэгдсэн байдаг. Дэлхий даяар цөмийн зэвсгийн ажил гүнзгий ангилагдаж, бөмбөг өөрөө олон домог, домогт дарагдсан байсныг хэлэх нь илүүц биз. Тэдэнтэй дарааллаар нь харьцахыг хичээцгээе.

Андрей Суворов

Атомын бөмбөг шиг сонирхол төрүүлдэг зүйл байхгүй

1945 оны наймдугаар сар. Эрнест Орландо Лоуренс атомын бөмбөгийн лабораторид

1954 он Бикини шүрэн эрэгт дэлбэрснээс хойш 8 жилийн дараа Японы эрдэмтэд үүнийг илрүүлжээ өндөр түвшинорон нутгийн усанд баригдсан загасны цацраг

Критик масс

Цөмийн гинжин урвалыг эхлүүлэхийн тулд тодорхой эгзэгтэй массыг олж авах шаардлагатай гэдгийг бүгд сонссон. Жинхэнэ цөмийн дэлбэрэлт болохын тулд нэг чухал масс хангалттай биш - мэдэгдэхүйц энерги ялгарахаас өмнө урвал бараг тэр даруй зогсох болно. Хэд хэдэн килотон эсвэл хэдэн арван килотонн хэмжээтэй бүрэн хэмжээний дэлбэрэлтийн хувьд хоёр, гурав, дөрөв, таван чухал массыг нэгэн зэрэг цуглуулах шаардлагатай.

Хоёр ба түүнээс дээш хэсгийг уран эсвэл плутониноос хийж, шаардлагатай үед холбох нь ойлгомжтой юм шиг санагддаг. Шударга үнэнийг хэлэхэд физикчид ч цөмийн бөмбөг бүтээхдээ ийм бодолтой байсан гэж хэлэх ёстой. Гэвч бодит байдал өөр өөрийн зохицуулалтыг хийсэн.

Хэрэв бид маш цэвэр уран-235 эсвэл плутони-239-тэй байсан бол үүнийг хийж чадна, гэхдээ эрдэмтэд жинхэнэ металлын асуудлыг шийдэх ёстой байв. Байгалийн ураныг баяжуулснаар та 90% уран-235, 10% уран-238 агуулсан холимог хийж болно, уран-238-ийн үлдэгдлээс салах оролдлого нь энэ материалын үнэ маш хурдан өсөхөд хүргэдэг (үүнийг нэрлэдэг). өндөр баяжуулсан уран). Уран-235-ыг задлах явцад уран-238-аас цөмийн реакторт гаргаж авдаг плутони-239 нь плутони-240-ийн хольцыг заавал агуулна.

Уран235 ба плутони239 изотопуудыг тэгш сондгой гэж нэрлэдэг, учир нь тэдгээрийн цөм нь тэгш тооны протон (уран 92, плутонийн хувьд 94), сондгой тооны нейтрон (тус тус 143 ба 145) агуулдаг. Хүнд элементүүдийн тэгш сондгой бүх цөм нь нийтлэг шинж чанартай байдаг: тэд аяндаа хуваагдах нь ховор байдаг (эрдэмтэд: "аяндаа" гэж хэлдэг), харин нейтроны цөмд цохиулах үед амархан хуваагддаг.

Уран-238, плутони-240 нь тэгш-тэгш байна. Эсрэгээрээ, тэдгээр нь хуваагдмал цөмөөс нисдэг бага, дунд зэргийн энергитэй нейтронуудтай бараг хуваагддаггүй, харин нөгөө талаас тэд аяндаа хэдэн зуу, хэдэн арван мянга дахин олон удаа хуваагдаж, нейтрон дэвсгэрийг бүрдүүлдэг. Энэ суурь нь цөмийн зэвсгийг бүтээхэд маш хэцүү болгодог, учир нь энэ нь цэнэгийн хоёр хэсэг уулзахаас өмнө урвалыг эрт эхлүүлэхэд хүргэдэг. Үүнээс болж дэлбэрэлтэнд бэлтгэсэн төхөөрөмжид чухал массын хэсгүүд бие биенээсээ хангалттай зайд байрлаж, өндөр хурдтай холбогдсон байх ёстой.

их бууны бөмбөг

Гэвч 1945 оны наймдугаар сарын 6-нд Хирошимад хаясан бөмбөг яг дээрх схемийн дагуу хийгдсэн байдаг. Түүний бай, сум гэсэн хоёр хэсгийг өндөр баяжуулсан уранаар хийсэн. Онилсон зүйл нь 16 см диаметртэй, мөн 16 см өндөртэй цилиндр байв.Түүний голд 10 см диаметртэй нүх байсан.Энэ нүхний дагуу сум хийсэн. Нийтдээ бөмбөгөнд 64 кг уран байсан.

Зорилтот бүрхүүлээр хүрээлэгдсэн бөгөөд дотоод давхарга нь вольфрамын карбид, гаднах давхарга нь гангаар хийгдсэн байв. Бүрхүүлийн зорилго нь хоёр талтай байсан: сумыг онох үед нь барьж, уранаас ялгарах нейтроны ядаж хэсгийг тусгах. Нейтрон цацруулагчийг харгалзан үзвэл 64 кг нь 2.3 чухал масстай байв. Хэсэг бүр нь шүүмжлэлтэй байсан тул энэ нь яаж үүссэн бэ? Баримт нь цилиндрийн дунд хэсгийг салгаснаар бид түүний дундаж нягтыг бууруулж, чухал массын утга нэмэгддэг. Тиймээс энэ хэсгийн масс нь хатуу металлын чухал массаас давж болно. Гэхдээ сумны массыг ийм байдлаар нэмэгдүүлэх боломжгүй, учир нь энэ нь хатуу байх ёстой.

Зорилтот ба сумыг хоёуланг нь хэсэг хэсгээр нь угсарсан: бага өндөртэй хэд хэдэн цагирагнаас бай, зургаан шайбаас сум. Шалтгаан нь энгийн - ураны хоосон зай нь жижиг хэмжээтэй байх ёстой, учир нь хоосон зайг үйлдвэрлэх (цутгах, шахах) үед ураны нийт хэмжээ чухал массад ойртох ёсгүй. Сум нь нимгэн ханатай зэвэрдэггүй ган хүрэмтэй, байны хүрэм шиг вольфрамын карбид малгайтай байв.

Сумыг байны төв рүү чиглүүлэхийн тулд бид 76.2 мм калибрын ердийн зенитийн бууны баррель ашиглахаар шийдсэн. Ийм учраас энэ төрлийн бөмбөгийг заримдаа их бууны бөмбөг гэж нэрлэдэг. Торх нь дотроосоо 100 мм хүртэл уйдсан тул ийм ер бусын сум орж ирэв. Торхны урт нь 180 см байв.Ердийн утаагүй нунтагыг цэнэглэх камерт нь ачсан бөгөөд энэ нь 300 м / с хурдтай сум харваж байв. Торхны нөгөө үзүүрийг зорилтот бүрхүүлийн нүхэнд шахав.

Энэ загвар нь маш их дутагдалтай байсан.

Энэ нь аймшигтай аюултай байсан: дарь цэнэглэх камерт цэнэглэгдсэний дараа гал авалцаж болзошгүй аливаа осол нь бөмбөгийг бүрэн хүчээр дэлбэлэхэд хүргэдэг. Үүний улмаас онгоц зорилтот цэг рүү нисэх үед пироксилин агаарт аль хэдийн цэнэглэгдсэн байв.

Онгоц осолдсон тохиолдолд ураны эд ангиудыг зүгээр л газарт хүчтэй цохиход дарьгүйгээр холбож болно. Үүнээс зайлсхийхийн тулд сумны голч нь торхон дахь нүхний диаметрээс нэг миллиметрээр том хэмжээтэй байв.

Хэрэв бөмбөг ус руу унах юм бол усан дахь нейтроны хэмжээ багассанаас болж хэсгүүд нь нэгдэхгүйгээр урвал эхэлж болно. Үнэн, энэ тохиолдолд цөмийн дэлбэрэлт гарах магадлал багатай, гэхдээ дулааны дэлбэрэлт болж, ураныг их хэмжээгээр цацаж, цацраг идэвхт бодисоор бохирдох болно.

Ийм загварын бөмбөгний урт нь хоёр метрээс давсан бөгөөд энэ нь бараг давж гарах аргагүй юм. Эцсийн эцэст, эгзэгтэй байдалд хүрч, сум зогсохоос хагас метрийн өмнө хариу үйлдэл эхэлсэн!

Эцэст нь, энэ бөмбөг маш их үрэлгэн байсан: ураны 1% -иас бага нь түүнд хариу үйлдэл үзүүлэх цаг байсан!

Их бууны бөмбөгний давуу тал нь яг нэг байсан: энэ нь ажиллахгүй байж болохгүй. Тэр бүр шинжилгээ өгөхгүй байсан! Гэхдээ америкчууд плутонийн бөмбөгийг турших шаардлагатай болсон: түүний загвар нь хэтэрхий шинэ бөгөөд төвөгтэй байв.

плутони хөлбөмбөгийн бөмбөг

Плутони-240-ийн өчүүхэн ч гэсэн (1% хүрэхгүй!) хольц нь плутонийн бөмбөгийг их буугаар угсрах боломжгүй болсон нь тодорхой болоход физикчид чухал массыг олж авах өөр арга замыг хайхаас өөр аргагүй болжээ. Мөн плутонийн тэсрэх бодисын түлхүүрийг хожим хамгийн алдартай "цөмийн тагнуул" болсон хүн - Британийн физикч Клаус Фукс олсон юм.

Хожим нь "дэлбэрэх" гэж нэрлэгдсэн түүний санаа нь тэсрэх линз гэж нэрлэгддэг линзийг ашиглан хуваагдаж буй бөмбөрцөг цочролын долгионыг үүсгэх явдал байв. Энэхүү цочролын долгион нь плутонийн хэсгийг шахаж нягт нь хоёр дахин нэмэгдэх ёстой байв.

Хэрэв нягтрал буурах нь чухал массын өсөлтийг үүсгэдэг бол нягтралын өсөлт нь үүнийг багасгах ёстой! Плутонийн хувьд энэ нь ялангуяа үнэн юм. Плутони бол маш өвөрмөц материал юм. Хэсэг плутонийг хайлах температураас тасалгааны температурт хөргөхөд дөрвөн фазын шилжилтийг хийдэг. Сүүлийн үед (ойролцоогоор 122 градус) түүний нягт нь 10% -иар огцом нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд ямар ч цутгамал нь зайлшгүй хагарах болно. Үүнээс зайлсхийхийн тулд плутонийг зарим гурвалсан металлаар хайлуулж, дараа нь сул төлөв тогтвортой болно. Хөнгөн цагааныг ашиглаж болно, гэхдээ 1945 онд плутонийн цөмөөс ялгарах альфа тоосонцор нь хөнгөн цагааны цөмөөс чөлөөт нейтроныг устгаж, аль хэдийн мэдэгдэхүйц нейтрон дэвсгэрийг нэмэгдүүлнэ гэж айж байсан тул галлиумыг анхны атомын бөмбөгөнд ашигласан.

98% плутони-239, 0.9% плутони-240, 0.8% галли агуулсан хайлшаас ердөө 9 см диаметртэй, 6.5 кг жинтэй бөмбөг хийсэн. Бөмбөгний голд 2 см диаметртэй хөндий байсан бөгөөд энэ нь хоёр хагас ба 2 см диаметртэй цилиндр гэсэн гурван хэсгээс бүрдсэн бөгөөд энэ цилиндр нь үүсгэгчийг оруулах боломжтой залгуур болж байв. дотоод хөндий - бөмбөг дэлбэрэх үед ажиллаж байсан нейтроны эх үүсвэр. Плутони нь агаар, усаар маш идэвхтэй исэлдэж, хүний ​​биед ороход маш аюултай тул гурван хэсэг нь никель бүрсэн байх ёстой байв.

Бөмбөгийг 7 см зузаан, 120 кг жинтэй байгалийн уран-238 нейтрон цацруулагчаар хүрээлсэн байв. Уран нь хурдан нейтроныг сайн тусгадаг бөгөөд угсарсан систем нь бага зэрэг дэд шүүмжлэлд өртдөг байсан тул нейтроныг шингээдэг плутонийн оронд кадми залгуур суурилуулсан. Тус тусгал нь урвалын явцад чухал угсралтын бүх нарийн ширийн зүйлийг хадгалахад үйлчилдэг байсан бөгөөд эс тэгвээс плутонийн ихэнх хэсэг нь цөмийн урвалд оролцох цаг гарахгүй байх болно.

Дараа нь 120 кг жинтэй хөнгөн цагааны хайлшаас 11.5 см зузаантай давхарга гарч ирэв. Давхаргын зорилго нь объектын линз дээрх бүрээстэй ижил байна: тэсэлгээний долгион нь уран-плутонийн угсралтад нэвтэрч, түүнээс ойхгүй байхыг баталгаажуулах. Энэ тусгал нь тэсрэх бодис ба ураны нягтын ялгаа ихтэй (ойролцоогоор 1:10) холбоотой юм. Нэмж дурдахад, цочролын долгионы үед шахалтын долгионы дараа Тейлорын эффект гэж нэрлэгддэг ховор долгион үүсдэг. Хөнгөн цагааны давхарга нь ховордох долгионыг сулруулж, тэсрэх бодисын нөлөөг багасгасан. Уран-238 задралаас үүссэн альфа бөөмсийн нөлөөн дор хөнгөн цагааны атомын цөмөөс ялгарч буй нейтроныг шингээдэг бороор хөнгөн цагааныг хольсон байх шаардлагатай байв.

Эцэст нь тэдгээр "тэсрэх линз" гадаа байсан. Тэдний 32 нь (20 нь зургаан талт, 12 нь таван талт) байсан бөгөөд тэд хөл бөмбөгийн бөмбөгтэй төстэй бүтэцтэй байв. Линз бүр нь гурван хэсгээс бүрдэх бөгөөд дунд хэсэг нь тусгай "удаан" тэсрэх бодисоор хийгдсэн бөгөөд гадна болон дотоод хэсэг нь "хурдан" -аас бүрддэг. Гаднах хэсэг нь гадна талдаа бөмбөрцөг хэлбэртэй байсан ч дотор нь хэлбэрийн цэнэг шиг конус хэлбэрийн хөндий байсан бөгөөд зөвхөн зорилго нь өөр байв. Энэ конус нь удаан тэсрэх бодисоор дүүрсэн бөгөөд тэсрэх долгион нь энгийн гэрлийн долгион шиг хугарсан байв. Гэхдээ энд байгаа ижил төстэй байдал нь маш нөхцөлтэй юм. Чухамдаа энэ конусын хэлбэр нь цөмийн бөмбөгийн жинхэнэ нууцуудын нэг юм.

1940-өөд оны дундуур ийм линзний хэлбэрийг тооцдог компьютер дэлхий дээр байгаагүй, хамгийн гол нь тохирох онол ч байсангүй. Тиймээс тэдгээрийг зөвхөн туршилт, алдаагаар хийсэн. Мянга гаруй дэлбэрэлт хийх шаардлагатай байсан бөгөөд зөвхөн хийгээгүй, харин тэсэлгээний долгионы параметрүүдийг бүртгэж, өндөр хурдны тусгай камераар гэрэл зургийг авчээ. Жижиг хувилбарыг боловсруулахад тэсрэх бодис тийм ч амархан царцдаггүй нь тогтоогдсон тул хуучин үр дүнг маш ихээр засах шаардлагатай болсон.

Маягтын нарийвчлалыг миллиметрээс бага алдаатай ажиглаж, тэсрэх бодисын найрлага, жигд байдлыг маш болгоомжтой байлгах шаардлагатай байв. Эд ангиудыг зөвхөн цутгах замаар хийх боломжтой байсан тул бүх тэсрэх бодис тохиромжтой биш байв. Хурдан тэсрэх бодисууд нь гексоген ба тротил хоёр дахин их гексоген агуулсан холимог байв. Удаан - ижил TNT, гэхдээ идэвхгүй барийн нитрат нэмсэн. Эхний тэсрэх бодис дахь дэлбэрэлтийн долгионы хурд 7.9 км/с, хоёрдугаарт 4.9 км/с байна.

Детонаторуудыг линз бүрийн гаднах гадаргуугийн төвд суурилуулсан. Бүх 32 тэслэгч нь урьд өмнө байгаагүй нарийвчлалтайгаар нэгэн зэрэг ажиллах ёстой байсан - 10 нано секундээс бага, өөрөөр хэлбэл секундын тэрбум хуваасан! Тиймээс цочролын долгионы фронтыг 0.1 мм-ээс их хэмжээгээр гажуудуулж болохгүй. Үүнтэй ижил нарийвчлалтайгаар линзний гадаргууг нэгтгэх шаардлагатай байсан боловч тэдгээрийг үйлдвэрлэхэд алдаа арав дахин их байв! Алдаа дутагдлыг нөхөхийн тулд би маш их ариун цэврийн цаас, соронзон хальсны мөнгө зарцуулсан. Гэвч систем нь онолын загвар шиг бага зэрэг болсон.

Би шинэ тэслэгч зохион бүтээх хэрэгтэй болсон: хуучин нь зохих синхрончлолыг хангаагүй. Тэдгээрийг цахилгаан гүйдлийн хүчтэй импульсийн дор дэлбэрч буй утаснуудын үндсэн дээр хийсэн. Тэдгээрийг ажиллуулахын тулд 32 өндөр хүчдэлийн конденсаторын зай, ижил тооны өндөр хурдны цэнэглэгч шаардлагатай байсан - тэслэгч бүрт нэг. Бүхэл бүтэн систем, батерей, конденсатор цэнэглэгчийн хамт эхний бөмбөгөнд бараг 200 кг жинтэй байв. Гэсэн хэдий ч 2.5 тонн тэсрэх бодисын жинтэй харьцуулахад энэ нь тийм ч их биш байв.

Эцэст нь, бүхэл бүтэн бүтэц нь өргөн бүс, дээд ба доод гэсэн хоёр бүрээсээс бүрдсэн дуралюминий бөмбөрцөг хэлбэртэй биед бэхлэгдсэн бөгөөд эдгээр бүх хэсгүүдийг боолтоор угсарсан. Бөмбөгний загвар нь плутонийн цөмгүйгээр угсрах боломжтой болсон. Плутонийг байрлуулахын тулд ураны цацруулагчийн хамт хайрцагны дээд тагийг тайлж, нэг тэсрэх линзийг авчээ.

Японтой хийсэн дайн дуусч, америкчууд яарч байлаа. Гэхдээ тэсрэх бөмбөгийг турших шаардлагатай болсон. Энэ үйлдлийг "Гурвал" ("Гурвал") гэсэн кодын нэрээр өгсөн. Тийм ээ, атомын бөмбөг нь зөвхөн бурхдад байсан хүчийг харуулах ёстой байв.

гайхалтай амжилт

Туршилт хийх газрыг Нью-Мексико мужид, Жорнададел Муерто (Үхлийн зам) хэмээх үзэсгэлэнт газар сонгосон - нутаг дэвсгэр нь Аламагордо их бууны буудлагын нэг хэсэг байв. Бөмбөгийг 1945 оны 7-р сарын 11-нд угсарч эхэлсэн. 7-р сарын 14-нд түүнийг тусгайлан барьсан 30 м өндөр цамхагийн оройд гаргаж, тэсэлгээний төхөөрөмжтэй утсыг холбож, бэлтгэл ажлын эцсийн шатыг хийжээ. их хэмжээнийхэмжих хэрэгсэл. 1945 оны 7-р сарын 16-ны өглөөний таван хагаст төхөөрөмжийг дэлбэлсэн.

Дэлбэрэлтийн төв дэх температур хэдэн сая градус хүрдэг тул цөмийн дэлбэрэлтийн гялбаа нарнаас хамаагүй илүү гэрэлтдэг. Галт бөмбөлөг хэдхэн секунд үргэлжилж, дараа нь дээшилж, харанхуйлж, цагаанаас улбар шар, дараа нь час улаан болж, одоо алдартай цөмийн мөөг үүсдэг. Анхны мөөгний үүл 11 км өндөрт гарчээ.

Дэлбэрэлтийн эрчим хүч 20 кт тротилоос илүү байв. Физикчид 510 тонныг тоолж, төхөөрөмжийг хэт ойртуулсан тул хэмжих хэрэгслийн ихэнх нь сүйрчээ. Түүнээс биш амжилт, гайхалтай амжилт!

Гэвч америкчууд энэ бүс нутагт гэнэтийн цацраг идэвхт бохирдолтой тулгарсан. Цацраг идэвхт бодисын нуранги зүүн хойд зүгт 160 км үргэлжилсэн. Хүн амын нэг хэсгийг Бингхам жижиг хотоос нүүлгэн шилжүүлэх шаардлагатай байсан ч дор хаяж таван оршин суугч 5760 рентген хүртэл тунг хүлээн авсан байна.

Бохирдлоос зайлсхийхийн тулд бөмбөгийг хангалттай өндөрт, дор хаяж нэг километр хагаст дэлбэлж, дараа нь цацраг идэвхт задралын бүтээгдэхүүн хэдэн зуун мянга, бүр сая сая хавтгай дөрвөлжин километр талбайд тархдаг болох нь тогтоогджээ. мөн дэлхийн цацрагийн дэвсгэрт уусдаг.

Энэхүү загварын хоёр дахь бөмбөгийг энэ туршилтаас 24 хоногийн дараа, Хирошимаг бөмбөгдсөнөөс гурав хоногийн дараа буюу 8-р сарын 9-нд Нагасаки хотод хаясан. Түүнээс хойш бараг бүх цөмийн зэвсгүүд тэсрэх технологийг ашигласан. 1949 оны 8-р сарын 29-нд туршсан Зөвлөлтийн анхны бөмбөг RDS-1 ижил схемийн дагуу хийгдсэн.

Явах гинжин урвалыг явуулахын тулд цэвэр хуваагдмал материал эсвэл хуваагдмал материалаас бүрдэх үржлийн орчин, найрлага нь урвалын хөгжлийг хангадаг зохицуулагчийг бий болгох шаардлагатай. Энэ орчинд бүтцийн материал зайлшгүй байх болно гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Гэсэн хэдий ч шаардлагатай параметр бүхий үржүүлгийн орчинг сонгох нь гинжин урвалын бүх нөхцлийг бүрдүүлж чадахгүй байна. Жижиг хэмжээтэй, үүний дагуу үржүүлгийн орчны масстай бол түүний дотор үүссэн нейтронуудын ихэнх хэсэг нь хуваагдал үүсгэх хугацаагүйгээр нисч, өөрөө өөрийгөө тэтгэх гинжин урвал (SCR) үүсэхгүй. Үржлийн орчинтой эзэлхүүнээс нейтрон урсах нь хуваагдалгүйгээр шингээхтэй ижил үр дүнд хүргэдэг.

Үржлийн орчны хэмжээ ихсэх тусам түүний доторх нейтроны замын дундаж урт нэмэгдэж, улмаар цөмтэй мөргөлдөх тоо, дараа нь хуваагдаж, шинэ нейтрон гарч ирдэг.Реакторын үйл ажиллагааг цаг хугацааны хувьд дүрслэх. , бид ашигласан үржүүлэх коэффициент k eff - дараагийн үеийн нейтроны тоог өмнөх үеийн нейтроны тоотой харьцуулсан харьцаа.Энэхүү тайлбарт орчмын хэмжээ ихсэх тусам k eff нь хуваагдах магадлал тэгээс тэгээс нэгдлээс их утгатай болж, дараалсан үеийн нейтронуудын тоо нуранги шиг нэмэгддэг.

k eff нь нэгтэй тэнцүү бол хуваагдлын үйл явцын эрч хүч цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй - процесс нь өөрөө явагддаг бөгөөд ийм системийг нэрлэдэг. шүүмжлэлтэй . At k eff< 1 скорость делений будет уменьшаться, и в этом случае систему называют дэд шүүмжлэл . k eff > 1 үед систем хэт шүүмжлэлтэй.

Бие даасан задралын урвал явуулахад шаардагдах хамгийн бага хуваагддаг материалын массыг гэнэ чухал масс . Хэрэв масс нь эгзэгтэй хэмжээнээс хэтэрвэл дараагийн үе бүрт өмнөхөөсөө илүү олон нейтрон үүсч, гинжин урвал үүсэх болно. Чухал массын утга нь задралын нуклидын шинж чанар (235 U эсвэл 239 Pu), үржлийн орчин, түүний орчноос хамаарна. Чухал масс нь туршилтын төхөөрөмжид хэдэн зуун граммаас цөмийн цэнэгт хошуунд хэдэн арван килограмм, том хүчин чадалтай реакторуудад хэдэн тонн хүртэл хэлбэлзэж болно. Байгалийн ураны цөмийн реакторыг авч үзье. Реактор дахь хуваагдлын хурдыг тогтмол түвшинд байлгахын тулд задралын үр дүнд үүссэн, цаашдын хуваагдлыг үүсгэх чадвартай хоёрдогч нейтронуудын тоо хангалттай байвал өөрөө тогтвор суурьшилтай гинжин урвал үүсч болно.