Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Ярче солнца: атомная бомба

05.09.2017 Наука и жизнь

Нет ничего, что вызывает для того чтобы интереса, как ядерная бомба
Строение заряда бомбы
9 августа 1945 года. Нагасаки. Ядерный гриб

24 сентября 1949 года. Нью-Йоркские газеты заявили о взрыве советской ядерной бомбы
Август 1945 года. Эрнест Орландо Лоуренс в лаборатории по разработке ядерной бомбы
25 июля 1946 года.

Подводный ядерный взрыв на атолле Бикини в Тихом океане
1954 год. Спустя восемь лет по окончании взрыва у атолла Бикини японские ученые нашли большой уровень радиации у рыбы, пойманной в местных водах

Ядерная бомба «Толстяк» (Fatman) — такая жe, как скинутая на Нагасаки 9 августа 1945 года
Критическая масса

Все слышали, что имеется некая критическая масса, которую необходимо собрать, дабы началась цепная ядерная реакция. Вот лишь чтобы случился настоящий ядерный взрыв, одной критической массы не хватает — реакция закончится фактически мгновенно, перед тем как успеет выделиться заметная энергия. Для полномасштабного взрыва в пара килотонн либо десятков килотонн необходимо одномоментно собрать две-три, а лучше четыре-пять критических весов.Ярче солнца: атомная бомба

Думается очевидным, что необходимо сделать две либо пара подробностей из урана либо плутония и в требуемый момент соединить их. Справедливости для нужно заявить, что так же думали и физики, в то время, когда брались за конструирование атомной бомбы. Но реальность внесла собственные коррективы.

Дело в том, что если бы у нас был весьма чистый уран-235 либо плутоний-239, то возможно было бы так и сделать, но ученым было нужно иметь дело с настоящими металлами. Обогащая природный уран, возможно сделать смесь, содержающую 90 процентов урана-235 и 10 процентов урана-238, попытки избавиться от остатка урана-238 ведут к весьма стремительному удорожанию этого материала (его именуют высокообогащенным ураном). Плутоний-239, что приобретают в ядерном реакторе из урана238 при делении урана-235, в обязательном порядке содержит примесь плутония-240.

Изотопы плутоний235 и уран239 именуются четно-нечетными, поскольку ядра их атомов содержат четное число протонов (92 для урана и 94 для плутония) и нечетное число нейтронов (143 и 145 соответственно). Все четно-нечетные ядра тяжелых элементов владеют неспециализированным свойством: они редко делятся самопроизвольно (ученые говорят: «спонтанно»), но просто делятся при попадании в ядро нейтрона.

плутоний-238 и Уран-240 — четно-четные. Они, напротив, фактически не делятся нейтронами умеренных энергий и малых, каковые вылетают из делящихся ядер, но в много либо десятки тысяч раз чаще делятся спонтанно, образуя нейтронный фон. Данный фон сильно затрудняет создание ядерных снарядов, по причине того, что приводит к преждевременному началу реакции, перед тем как встретятся две подробности заряда.

Вследствие этого в подготовленном к взрыву устройстве части критической массы должны быть расположены достаточно на большом растоянии друг от друга, а соединяться с громадной скоростью.

Пушечная бомба

Однако, бомба, скинутая на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана как раз по вышеописанной схеме. Две ее подробности, пуля и мишень, были изготовлены из высокообогащенного урана. Мишень была цилиндром диаметром 16 см и высотой также 16 см.

В ее центре было отверстие диаметром 10 см. В соответствии с этим отверстием и была изготовлена пуля. Всего бомба содержала 64 кг урана.

Мишень была окружена оболочкой, внутренний слой которой был изготовлен из карбида вольфрама, наружный — из стали. Назначение у оболочки было двойным: удержать пулю, в то время, когда она воткнется в мишень, и отразить хотя бы часть вылетающих из урана нейтронов обратно. С учетом отражателя нейтронов 64 кг составляли 2,3 критических веса. Как же это выходило, поскольку любой из кусков был субкритическим?

Дело в том, что, вынимая из цилиндра среднюю часть, мы уменьшаем его значение и среднюю плотность критической массы увеличивается. Так, масса данной части может быть больше критическую массу для целого куска металла. А вот расширить массу пули так нереально, поскольку она должна быть сплошной.

И мишень, и пуля были собраны из кусочков: мишень из нескольких колец малой высоты, а пуля из шести шайб. Обстоятельство несложна — заготовки из урана должны были быть маленькими по размеру, поскольку при изготовлении (отливке, прессовании) заготовки общее число урана не должно приближаться к критической массе. Пуля была заключена в тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, с крышкой из карбида вольфрама, как у оболочки мишени.

Чтобы направить пулю в центр мишени, решили применять ствол простой зенитной пушки калибра 76,2 мм. Вот из-за чего бомбу для того чтобы типа именуют время от времени бомбой пушечной сборки. Ствол был расточен изнутри до 100 мм, дабы в него вошел столь необыкновенный боеприпас. Протяженность ствола составляла 180 см. В его зарядную камеру загружался простой бездымный порох, что выстреливал пулю со скоростью приблизительно в 300 м/с.

А второй финиш ствола запрессовали в отверстие в оболочке мишени.

У данной конструкции была масса недочётов.

Она была чудовищно страшной: по окончании того как порох был загружен в зарядную камеру, каждая авария, которая имела возможность его воспламенить, привела бы к взрыву бомбы на полную мощность. Вследствие этого зарядка пироксилина происходила уже в воздухе, в то время, когда самолет подлетал к цели.

При аварии самолета урановые подробности имели возможность соединиться и без пороха, легко от мощного удара о почву. Дабы избежать этого, диаметр пули был на долю миллиметра больше диаметра канала в стволе.

Если бы бомба упала в воду, то из-за замедления нейтронов в воде реакция имела возможность бы начаться кроме того и без соединения частей. Действительно, наряду с этим ядерный взрыв маловероятен, но случился бы тепловой взрыв, с распылением урана на громадную территорию и радиоактивным заражением.

Протяженность бомбы таковой конструкции превышала два метра, и это практически непреодолимо. Так как критическое состояние достигалось, и реакция начиналась, в то время, когда до остановки пули было еще хороших полметра!

Наконец, эта бомба была весьма расточительной: прореагировать в ней успевало меньше 1 процентов урана!

Преимущество же у пушечной бомбы было ровно одно: она не имела возможности не сработать. Ее кроме того не планировали испытывать! А вот плутониевую бомбу американцы должны были испытать: уж через чур нова и сложна была ее конструкция.

Плутониевый футбольный мяч

В то время, когда стало известно, что кроме того маленькая (меньше 1 процентов!) примесь плутония-240 делает неосуществимой пушечную сборку плутониевой бомбы, физики были вынуждены искать другие методы собрать критическую массу. И ключ к плутониевой взрывчатке отыскал человек, что позднее стал самым известным «ядерным шпионом», — английский физик Клаус Фукс.

Его мысль, взявшая позднее наименование «имплозия», заключалась в формировании сходящейся сферической ударной волны из расходящейся, посредством так называемых взрывчатых линз. Эта ударная волна должна была сжать кусок плутония так, дабы его плотность увеличилась в два раза.

В случае если уменьшение плотности приводит к увеличению критической массы, то повышение плотности должно ее уменьшить! Для плутония это особенно актуально. Плутоний — материал весьма своеобразный. При охлаждении куска плутония от температуры плавления до комнатной, он претерпевает четыре фазовых перехода. При последнем (около 122 градусов) его плотность скачком возрастает на 10 процентов.

Наряду с этим каждая отливка неизбежно растрескивается. Дабы этого избежать, плутоний легируют каким-нибудь трехвалентным металлом, тогда стабильным делается неплотное состояние. Возможно применять алюминий, но в 1945 году опасались, что альфа-частицы, вылетающие из ядер плутония при их распаде, будут выбивать из ядер алюминия свободные нейтроны, увеличивая и без того заметный нейтронный фон, исходя из этого в первой ядерной бомбе был использован галлий.

Из сплава, содержащего 98 процентов плутония-239, 0,9 процентов плутония-240 и 0,8 процентов галлия, был изготовлен шарик диаметром всего 9 см и весом около 6,5 кг. В центре шарика была полость диаметром 2 см, и он складывался из трех подробностей: двух цилиндрика и половинок диаметром 2 см. Данный цилиндрик являлся пробкой, через которую во внутреннюю полость возможно было засунуть инициатор — источник нейтронов, что срабатывал при взрыве бомбы.

Все три подробности было нужно никелировать, по причине того, что плутоний весьма деятельно окисляется водой и воздухом и очень страшен при попадании вовнутрь организма человека.

Шарик был окружен отражателем нейтронов из природного урана238 толщиной 7 см и весом 120 кг. Уран — хороший отражатель стремительных нейтронов, и в собранном виде совокупность была только мало субкритической, исходя из этого вместо плутониевой пробки вставлялась кадмиевая, поглощавшая нейтроны. Отражатель служил еще и для удержания всех подробностей критической сборки на протяжении реакции, в противном случае большинство плутония разлеталась, не успевая принять участия в ядерной реакции.

Дальше шел 11,5-сантиметровый слой алюминиевого сплава весом 120 кг. Назначение слоя такое же, как у просветления на линзах объективов: сделать так, дабы взрывная волна пробралась в ураново-плутониевую сборку, а не отразилась от нее. Это отражение происходит из-за урана и плотностей большой разницы взрывчатки (приблизительно 1:10). Помимо этого, в ударной волне за волной сжатия идет волна разрежения, так называемый эффект Тейлора.

Слой алюминия ослаблял волну разрежения, которая уменьшала воздействие взрывчатки. Алюминий было нужно легировать бором, что поглощал нейтроны, вылетающие из ядер атомов алюминия под действием альфа-частиц, появляющихся при распаде урана-238.

Наконец, снаружи пребывали те самые «взрывчатые линзы». Их было 32 (20 шестигранных и 12 пятигранных), они образовывали структуру, похожую на футбольный мяч. Любая линза складывалась из трех частей, причем средняя была изготовлена из особой «медленной» взрывчатки, а наружная и внутренняя — из «стремительной».

Внешняя часть была сферической снаружи, но в на ней была коническая впадина, как на кумулятивном заряде, вот лишь назначение ее было второе. Данный конус был заполнен медленной взрывчаткой, и на границе раздела происходило преломление взрывной волны подобно простой световой волне. Но подобие тут весьма условное.

В сущности, форма этого конуса и имеется один из настоящих секретов атомной бомбы.

В середине 40-х годов в мире не существовало таких компьютеров, на которых возможно было бы вычислить форму таких линз, а основное — не было кроме того подходящей теории. Исходя из этого они делались только способом ошибок и проб. Было нужно совершить свыше тысячи взрывов — и не просто провести, а сфотографировать особыми скоростными камерами, регистрируя параметры взрывной волны.

В то время, когда была отработана уменьшенная версия, стало известно, что взрывчатка так просто не масштабируется, и потребовалось очень сильно корректировать ветхие результаты.

Точность формы необходимо было соблюсти с неточностью меньше миллиметра, а однородность и состав взрывчатки выдерживать предельно бережно. Изготавливать подробности возможно было лишь литьем, исходя из этого годились не все взрывчатые вещества. Стремительная взрывчатка была смесью тротила и гексогена, причем гексогена было вдвое больше.

Медленная — тот же тротил, но с добавкой инертного нитрата бария. Скорость детонационной волны в первой взрывчатке образовывает 7,9 км/с, а во второй — 4,9 км/с.

Детонаторы вмонтировали в центр наружной поверхности каждой линзы. Все 32 детонатора должны были сработать в один момент с неслыханной точностью — менее 10 наносекунд, другими словами миллиардных долей секунды! Так, фронт ударной волны не должен был исказиться больше чем на 0,1 мм.

С такой же точностью необходимо было совместить и сопряженные поверхности линз, а ведь неточность их изготовления была на порядок больше! Было нужно повозиться и израсходовать много скотча и туалетной бумаги, дабы скомпенсировать неточности. Но совокупность стала мало похожа на теоретическую модель.

Было нужно изобрести новые детонаторы: ветхие не снабжали должной синхронности. Они были сделаны на базе взрывающихся под замечательным импульсом электрического тока проволочек. Для их срабатывания пригодилась батарея из 32 высоковольтных конденсаторов и для того чтобы же количества быстродействующих разрядников — по одному на любой детонатор. Вся совокупность, вместе с зарядным устройством и батареями для конденсаторов, весила в первой бомбе практически 200 кг.

Но, если сравнивать с весом взрывчатки, которой ушло 2,5 т, это было мало.

Наконец вся конструкция была заключена в дюралевый сферический корпус, складывавшийся из широкого пояса и двух крышек — верхней и нижней, все эти подробности планировали на болтах. Конструкция бомбы разрешала собрать ее без плутониевого сердечника. Чтобы засунуть на место плутоний вместе с куском уранового отражателя, отвинчивали верхнюю крышку корпуса и вынимали одну взрывчатую линзу.

Война с Японией шла к концу, и американцы весьма спешили. Но имплозионную бомбу нужно было испытать. Данной операции было присвоено кодовое название «Тринити» («Троица»).

Да уж, ядерная бомба должна была показать мощь, дешёвую раньше лишь всевышним.

Блестящий успех

Место для опробования было выбрано в штате Нью-Мексико, в местечке с красивым заглавием Джорнададель-Муэрто (Путь смерти) — территория входила в артиллерийский полигон Аламагордо. Бомбу начали собирать 11 июля 1945 года. Четырнадцатого июля ее подняли на вершину намерено выстроенной башни высотой 30 м, подключили провода к детонаторам и начались последние стадии подготовки, которые связаны с громадным числом измерительной аппаратуры.

16 июля 1945 года в полшестого утра устройство было взорвано.

Температура в центре взрыва достигает нескольких миллионов градусов, исходя из этого вспышка ядерного взрыва значительно бросче Солнца. Огненный шар держится пара секунд, позже начинает подниматься, темнеть, из белого делается оранжевым, после этого багряным, и образуется сейчас известный ядерный гриб. Первое грибовидное облако поднялось на высоту в 11 км.

Энергия взрыва составила больше 20 кт тротилового эквивалента. Большинство измерительной аппаратуры была стёрта с лица земли, потому, что физики рассчитывали на 510 т и поставили технику через чур близко. В остальном это был успех, блестящий успех!

Но американцы столкнулись с неожиданным радиоактивным заражением местности. Шлейф радиоактивных осадков протянулся на 160 км к северо-востоку. Из маленького города Бингэм было нужно эвакуировать часть населения, но как минимум пятеро местных обитателей взяли дозы до 5760 рентген.

Стало известно, что, дабы избежать заражения, бомбу нужно взрывать на большой высоте, минимум километр-полтора, тогда продукты радиоактивного распада рассеиваются на площади в много тысяч либо кроме того миллионы квадратных километров и растворяются в глобальном радиационном фоне.

Вторая бомба таковой конструкции была скинута на Нагасаки 9 августа, через 24 дня затем опробования и через три дня по окончании бомбардировки Хиросимы. С того времени фактически все ядерные снаряды применяют разработку имплозии. Первая советская бомба РДС-1, испытанная 29 августа 1949 года, была сделана по такой же схеме.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№13, ноябрь 2003).

Случайные записи:

ТОП 10 ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ СНЯТЫХ НА КАМЕРУ


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , ,