Masa critică în fizica nucleară. Galvanizare, cromare Conceptul de masă critică în fizică

Manual pentru cetățeni „Atenție! Radiații”

Fisiunea nucleelor ​​atomice

Fisiunea nucleelor ​​atomice este o scindare spontană, sau sub influența neutronilor, a nucleului atomic în 2 părți aproximativ egale, în două „fragmente”.

Fragmentele sunt doi izotopi radioactivi ai elementelor din partea centrală a mesei lui D.I. Mendeleev, aproximativ de la cupru până la mijlocul elementelor lantanide (samarium, europium).

În timpul fisiunii, sunt emiși 2-3 neutroni în plus și excesul de energie este eliberat sub formă de cuante gamma, mult mai mare decât în ​​timpul dezintegrarii radioactive. Dacă pentru un act de dezintegrare radioactivă există de obicei o rază gamma, atunci pentru un act de fisiune există 8-10 cuante gamma! În plus, fragmentele zburătoare au energie cinetică (viteză), care se transformă în energie termică.

Neutronii emiși pot provoca fisiunea a două sau trei nuclee similare dacă sunt în apropiere și dacă neutronii îi lovesc.

Astfel, devine posibil să se efectueze o reacție în lanț de ramificare și accelerare a fisiunii nucleelor ​​atomice cu eliberarea unei cantități uriașe de energie.

Dacă reacția în lanț este ținută sub control, dezvoltarea ei este controlată, nu este lăsată să accelereze și energia degajată (căldura) este în mod constant îndepărtată, atunci această energie („energie nucleară”) poate fi folosită fie pentru încălzire, fie pentru a genera electricitate. . Acest lucru se realizează în reactoare nucleare și centrale nucleare.

Dacă reacția în lanț este lăsată să se dezvolte necontrolat, va avea loc o explozie atomică (nucleară). Acestea sunt deja arme nucleare.

Există un singur element chimic în natură - uraniul, care are un singur izotop fisionabil - uraniu-235. Acest uraniu de calitate pentru arme. Și acest izotop din uraniul natural este de 0,7%, adică doar 7 kg pe tonă! Restul de 99,3% (993 kg pe tonă) este un izotop nefisil - uraniu-238. Mai există, totuși, încă un izotop - uraniu-234, dar este de doar 0,006% (60 de grame pe tonă).

Dar într-un reactor nuclear convențional cu uraniu, din uraniu-238 nefisionabil („non-de calitate pentru arme”), sub influența neutronilor (activarea neutronilor!), se formează un nou izotop al uraniului - uraniu-239 și din ea (prin dublu beta minus dezintegrare) un nou, artificial, nu elementul natural plutoniu. În acest caz, se formează imediat un izotop fisionabil de plutoniu - plutoniu-239. Acest plutoniu de calitate pentru arme.

Fisiunea nucleelor ​​atomice este esența, baza armelor atomice și a energiei nucleare.

Masa critică este cantitatea de izotop de calitate pentru arme la care neutronii eliberați în timpul fisiunii spontane a nucleelor ​​nu zboară, ci intră în nucleele învecinate și provoacă fisiunea lor artificială.

Masa critică a uraniului metalic-235 este de 52 kg. Aceasta este o minge cu un diametru de 18 cm.

Masa critică a plutoniului metalic-239 este de 11 kg (și conform unor publicații - 9 și chiar 6 kg). Aceasta este o minge cu un diametru de aproximativ 9-10 cm.

Astfel, omenirea are acum doi izotopi fisionali, de calitate pentru arme: uraniu-235 și plutoniu-239. Singura diferență dintre ele este că, în primul rând, uraniul este mai potrivit pentru utilizarea în energia nucleară: vă permite să-i controlați reacția în lanț și, în al doilea rând, este mai puțin eficient pentru efectuarea unei reacții în lanț necontrolate - o explozie atomică: are o viteză mai mică de fisiune spontană a nucleelor ​​și o masă critică mai mare. Plutoniul de calitate pentru arme, dimpotrivă, este mai potrivit pentru armele nucleare: are o rată mare de fisiune nucleară spontană și o masă critică mult mai mică. Plutoniul-239 nu permite controlului fiabil al reacției în lanț și, prin urmare, nu a găsit încă o utilizare pe scară largă în energia nucleară sau în reactoarele nucleare.

De aceea, toate problemele cu uraniul de calitate pentru arme au fost rezolvate în câțiva ani, iar încercările de a utiliza plutoniul în energia nucleară continuă până în prezent - de mai bine de 60 de ani.

Astfel, la doi ani de la descoperirea fisiunii nucleare a uraniului, a fost lansat primul reactor nuclear cu uraniu din lume (decembrie 1942, Enrico Fermi, SUA), iar doi ani și jumătate mai târziu (în 1945) americanii au detonat prima bombă cu uraniu.

Și cu plutoniu... Prima bombă cu plutoniu a fost detonată în 1945, adică la aproximativ patru ani de la descoperirea sa ca element chimic și descoperirea fisiunii sale. Mai mult, pentru aceasta a fost necesar să se construiască mai întâi un reactor nuclear cu uraniu, să se producă plutoniu în acest reactor din uraniu-238, apoi să-l izoleze de uraniul iradiat, să-i studieze bine proprietățile și să se facă o bombă. Dezvoltat, alocat, fabricat. Dar discuțiile despre posibilitatea utilizării plutoniului ca combustibil nuclear în reactoarele nucleare cu plutoniu au rămas în discuție și au rămas așa de mai bine de 60 de ani.

Procesul de fisiune poate fi caracterizat printr-un „timp de înjumătățire”.

Perioadele de semi-diviziune au fost evaluate pentru prima dată de K. A. Petrzhak și G. I. Flerov în 1940.

Atât pentru uraniu, cât și pentru plutoniu, acestea sunt extrem de mari. Deci, conform diverselor estimări, timpul de înjumătățire al uraniului-235 este de aproximativ 10^17 (sau 10^18 ani (Dicționar enciclopedic fizic); conform altor date - 1,8·10^17 ani. Și pentru plutoniu-239 ( conform aceluiași dicționar) este semnificativ mai mică - aproximativ 10^15,5 ani; conform altor date - 4·10^15 ani.

Pentru comparație, amintiți-vă timpii de înjumătățire (T 1/2). Deci pentru U-235 este „doar” 7.038·10^8 ani, iar pentru Pu-239 este și mai puțin - 2.4·10^4 ani

În general, nucleele multor atomi grei, începând cu uraniul, pot fi fisiune. Dar vorbim despre două principale, care au o mare importanță practică de mai bine de 60 de ani. Altele sunt mai degrabă de interes pur științific.

De unde provin radionuclizii?

Radionuclizii sunt obținuți din trei surse (în trei moduri).

Prima sursă este natura. Acest radionuclizi naturali, care au supraviețuit, au supraviețuit până în vremea noastră din momentul formării lor (posibil din momentul formării sistemului solar sau a Universului), întrucât au timpi de înjumătățire mare, ceea ce înseamnă o viață lungă. Desigur, au rămas mult mai puțini decât erau la început. Sunt extrase din materii prime naturale.

A doua și a treia sursă sunt artificiale.

Radionuclizii artificiali se formează în două moduri.

Primul - radionuclizi de origine fragmentară, care se formează ca urmare a fisiunii nucleelor ​​atomice. Acestea sunt „fragmente de fisiune”. Desigur, cea mai mare parte a acestora se formează în reactoare nucleare în diferite scopuri, în care se efectuează o reacție în lanț controlată, precum și în timpul testării armelor nucleare (reacție în lanț necontrolată). Se găsesc în uraniul iradiat extras din reactoarele militare (din „reactoarele industriale”) și în cantități uriașe în combustibilul nuclear uzat (SNF) extras din reactoarele centralelor nucleare.

Anterior, acestea au fost eliberate în mediul natural în timpul testelor nucleare și al procesării uraniului iradiat. În prezent, acestea continuă să scadă în timpul reprocesării (regenerarii) combustibilului uzat, precum și în timpul accidentelor la centralele și reactoarele nucleare. Dacă era necesar, au fost extrase din uraniu iradiat, iar acum din combustibil nuclear uzat.

Al doilea sunt radionuclizi de origine activare. Ele sunt formate din izotopi stabili obișnuiți ca rezultat al activării, adică atunci când o particulă subatomică intră în nucleul unui atom stabil, în urma căruia atomul stabil devine radioactiv. În marea majoritate a cazurilor, o astfel de particulă proiectil este un neutron. Prin urmare, pentru a obține radionuclizi artificiali, se folosește de obicei metoda de activare a neutronilor. Constă în plasarea unui izotop stabil al oricărui element chimic sub orice formă (metal, sare, compus chimic) în miezul reactorului pentru un anumit timp. Și deoarece în miezul reactorului se formează o cantitate colosală de neutroni în fiecare secundă, prin urmare toate elementele chimice care se află în miez sau în apropierea acestuia devin treptat radioactive. Sunt activate și acele elemente care sunt dizolvate în apa de răcire a reactorului.

Mai puțin folosită este metoda de bombardare a unui izotop stabil din acceleratoarele de particule cu protoni, electroni etc.

Radionuclizii sunt naturali - de origine naturală și artificiali - de origine fragmentare și activare. O cantitate nesemnificativă de radionuclizi de origine fragmentară a fost întotdeauna prezentă în mediul natural, deoarece aceștia se formează ca urmare a fisiunii spontane a nucleelor ​​de uraniu-235. Dar sunt atât de puține dintre ele încât nu pot fi detectate prin mijloace moderne de analiză.

Numărul de neutroni din miezul diferitelor tipuri de reactoare este astfel încât aproximativ 10^14 neutroni zboară prin orice secțiune transversală de 1 cm^2 în orice punct al miezului într-o secundă.

Măsurarea radiațiilor ionizante. Definiții

Nu este întotdeauna convenabil sau recomandabil să se caracterizeze doar sursele de radiații ionizante (IIR) în sine și doar activitatea lor (numărul de evenimente de dezintegrare). Și ideea nu este doar că activitatea poate fi măsurată, de regulă, doar în condiții staționare în instalații foarte complexe. Principalul lucru este că în timpul unui singur act de descompunere a diferiților izotopi, se pot forma particule de natură diferită și se pot forma simultan mai multe particule și raze gamma. În acest caz, energia și, prin urmare, capacitatea de ionizare a diferitelor particule, vor fi diferite. Prin urmare, principalul indicator pentru caracterizarea surselor de radiații este evaluarea capacității lor ionizante, adică (în cele din urmă) energia pe care o pierd la trecerea printr-o substanță (mediu) și care este absorbită de această substanță.

La măsurarea radiațiilor ionizante se utilizează conceptul de doză, iar la evaluarea efectului acestora asupra obiectelor biologice se folosesc factori de corecție. Să le numim și să dăm o serie de definiții.

Doza, doză absorbită (din greacă - cotă, porție) - energia radiațiilor ionizante (IR), absorbită de substanța iradiată și adesea calculată pe unitatea de masă a acesteia (vezi „rad”, „Gray”). Adică, doza se măsoară în unități de energie care este eliberată într-o substanță (absorbită de substanță) atunci când radiația ionizantă trece prin aceasta.

Există mai multe tipuri de doze.

Doza de expunere(pentru raze X și radiații gamma) - determinată de ionizarea aerului. Unitatea de măsură SI este „coulomb per kg” (C/kg), care corespunde formării în 1 kg de aer a unui astfel de număr de ioni, a căror sarcină totală este de 1 C (din fiecare semn). Unitatea de măsură non-sistemică este „roentgen” (vezi „C/kg” și „roentgen”).

Pentru a evalua impactul AI asupra oamenilor, acestea sunt utilizate factori de corecție.

Până de curând, la calcularea „dozei echivalente” am folosit „factori de calitate a radiațiilor „(K) - factori de corecție care iau în considerare efectele diferite asupra obiectelor biologice (capacități diferite de a deteriora țesuturile corpului) ale diferitelor radiații la aceeași doză absorbită. Sunt utilizați la calcularea „dozei echivalente”. Acum acești coeficienți sunt în Standardele de siguranță împotriva radiațiilor (NRB-99) au fost numite foarte „științific” - „Coeficienți de ponderare pentru tipuri individuale de radiații la calcularea dozei echivalente (W R coeficient de risc de radiație

Rata dozei- doza primită pe unitatea de timp (secundă, oră).

fundal- rata dozei de expunere a radiațiilor ionizante într-o locație dată.

Fundal natural- rata dozei de expunere a radiațiilor ionizante create de toate sursele naturale de radiații (vezi „Radiația de fundal”).

Au trecut puțin mai mult de două luni de la sfârșitul celui mai rău război din istoria omenirii. Și așa, pe 16 iulie 1945, armata americană a testat prima bombă nucleară, iar o lună mai târziu, mii de locuitori ai orașelor japoneze au murit în infernul atomic. De atunci, armele, precum și mijloacele de livrare către ținte, au fost îmbunătățite continuu timp de mai bine de jumătate de secol.

Armata dorea să aibă la dispoziție atât muniție super-puternică care ar putea mătura orașe și țări întregi de pe hartă dintr-o singură lovitură, cât și muniție ultra-mică care să încapă într-o servietă. Un astfel de dispozitiv ar duce războiul de sabotaj la un nivel fără precedent până acum. Atât cu primul, cât și cu al doilea, au apărut dificultăți de netrecut. Așa-zisa masă critică este de vină. Cu toate acestea, primul lucru.

Un astfel de miez exploziv

Pentru a înțelege funcționarea dispozitivelor nucleare și a înțelege ceea ce se numește masă critică, să ne întoarcem pentru un moment la biroul nostru. De la cursul nostru de fizică de la școală ne amintim o regulă simplă: ca încărcăturile se resping. Acolo, în liceu, elevii sunt învățați despre structura nucleului atomic, format din neutroni, particule neutre și protoni încărcați pozitiv. Dar cum este posibil acest lucru? Particulele încărcate pozitiv sunt situate atât de aproape una de alta, încât forțele de respingere trebuie să fie colosale.

Știința nu înțelege pe deplin natura forțelor intranucleare care țin protonii împreună, deși proprietățile acestor forțe au fost studiate destul de bine. Forțele acționează doar la distanțe foarte apropiate. Dar de îndată ce protonii sunt separați chiar și ușor în spațiu, forțele de respingere încep să prevaleze, iar nucleul se împrăștie în bucăți. Iar puterea unei astfel de expansiuni este cu adevărat colosală. Se știe că puterea unui bărbat adult nu ar fi suficientă pentru a reține protonii unui singur nucleu al unui atom de plumb.

De ce i-a fost frică lui Rutherford?

Nucleele majorității elementelor din tabelul periodic sunt stabili. Cu toate acestea, pe măsură ce numărul atomic crește, această stabilitate scade. Este o chestiune de dimensiunea nucleului. Să ne imaginăm nucleul unui atom de uraniu, format din 238 de nuclizi, dintre care 92 sunt protoni. Da, protonii sunt în contact strâns unii cu alții, iar forțele intranucleare cimentează în mod fiabil întreaga structură. Dar forța de respingere a protonilor localizați la capetele opuse ale nucleului devine vizibilă.

Ce făcea Rutherford? El a bombardat atomii cu neutroni (un electron nu ar trece prin învelișul de electroni a unui atom, iar un proton încărcat pozitiv nu s-ar putea apropia de nucleu din cauza forțelor de respingere). Un neutron care intră în nucleul unui atom a provocat fisiunea acestuia. Două jumătăți separate și doi sau trei neutroni liberi împrăștiați în lateral.

Această dezintegrare, din cauza vitezei enorme ale particulelor zburătoare, a fost însoțită de eliberarea de energie enormă. A existat un zvon că Rutherford ar fi vrut chiar să-și ascundă descoperirea, temându-se de posibilele consecințe ale acesteia pentru omenire, dar cel mai probabil acesta nu este altceva decât basme.

Deci, ce legătură are masa cu ea și de ce este critică?

Şi ce dacă? Cum poți iradia suficient metal radioactiv cu un flux de protoni pentru a crea o explozie puternică? Și ce este masa critică? Este vorba despre acei câțiva electroni liberi care zboară din nucleul atomic „bombardat”; ei, la rândul lor, se ciocnesc cu alte nuclee și provoacă fisiunea lor. Așa-zisul va începe, dar va fi extrem de greu de lansat.

Să clarificăm scara. Dacă luăm un măr pe masa noastră ca nucleu al unui atom, atunci pentru a ne imagina nucleul unui atom vecin, același măr va trebui să fie purtat și așezat pe masă nici măcar în camera alăturată, dar... în casa alăturată. Neutronul va avea dimensiunea unei gropi de cireșe.

Pentru ca neutronii eliberați să nu zboare în zadar în afara lingoului de uraniu și pentru ca peste 50% dintre ei să găsească o țintă sub formă de nuclee atomice, acest lingot trebuie să aibă dimensiunile corespunzătoare. Aceasta este ceea ce se numește masa critică a uraniului - masa la care mai mult de jumătate din neutronii eliberați se ciocnesc cu alte nuclee.

De fapt, asta se întâmplă într-o clipă. Numărul de nuclee divizate crește ca o avalanșă, fragmentele lor se repezi în toate direcțiile cu viteze comparabile cu viteza luminii, rupând aerul, apa și orice alt mediu. Din ciocnirile lor cu moleculele din mediu, zona de explozie se încălzește instantaneu până la milioane de grade, emițând căldură care incinerează totul în câțiva kilometri.

Aerul puternic încălzit crește instantaneu în dimensiune, creând o undă de șoc puternică care aruncă clădirile de pe fundații, răstoarnă și distruge totul în cale... aceasta este imaginea unei explozii atomice.

Cum arată asta în practică?

Designul unei bombe atomice este surprinzător de simplu. Există două lingouri de uraniu (sau altul, masa fiecăruia fiind puțin mai mică decât masa critică. Unul dintre lingouri este făcut sub formă de con, celălalt este o minge cu o gaură în formă de con. Ca ați putea ghici, când ambele jumătăți sunt combinate, se obține o minge, care atinge o masă critică.Aceasta este cea mai simplă bombă nucleară standard Cele două jumătăți sunt conectate folosind o încărcătură TNT convențională (conul este tras în minge).

Dar nu ar trebui să credeți că oricine poate asambla un astfel de dispozitiv „în genunchi”. Trucul este că uraniul, pentru ca o bombă să explodeze din el, trebuie să fie foarte pur, prezența impurităților este practic nulă.

De ce nu există o bombă atomică de mărimea unui pachet de țigări

Toate din același motiv. Masa critică a celui mai comun izotop, uraniul 235, este de aproximativ 45 kg. Explozia unei asemenea cantități de combustibil nuclear este deja un dezastru. Și este imposibil să o faci cu mai puțină substanță - pur și simplu nu va funcționa.

Din același motiv, nu a fost posibil să se creeze încărcături atomice super-puternice din uraniu sau din alte metale radioactive. Pentru ca bomba să fie foarte puternică, a fost făcută dintr-o duzină de lingouri, care, la detonarea încărcăturilor detonante, s-au repezit în centru, conectându-se ca felii de portocale.

Dar ce s-a întâmplat de fapt? Dacă dintr-un motiv oarecare două elemente s-au întâlnit cu o miime de secundă mai devreme decât celelalte, masa critică a fost atinsă mai repede decât „au sosit” celelalte, iar explozia nu a avut loc cu puterea pe care se bazau designerii. Problema armelor nucleare superputernice a fost rezolvată doar odată cu apariția armelor termonucleare. Dar asta este o poveste puțin diferită.

Cum funcționează un atom pașnic?

O centrală nucleară este în esență aceeași cu o bombă nucleară. Numai în această „bombă” barele de combustibil (elementele de combustibil) din uraniu sunt situate la o oarecare distanță unele de altele, ceea ce nu le împiedică să facă schimb de „lovituri” de neutroni.

Tijele de combustibil sunt realizate sub formă de tije, între care se află tije de control dintr-un material care absoarbe bine neutronii. Principiul de funcționare este simplu:

• se introduc tije de control (absorbante) în spațiul dintre tijele de uraniu - reacția încetinește sau se oprește cu totul;
• tijele de control sunt îndepărtate din zonă - elementele radioactive schimbă activ neutroni, reacția nucleară decurge mai intens.

Într-adevăr, rezultatul este aceeași bombă atomică, în care masa critică este atinsă atât de ușor și este reglată atât de clar încât nu duce la o explozie, ci doar la încălzirea lichidului de răcire.

Deși, din păcate, așa cum arată practica, geniul uman nu este întotdeauna capabil să înfrâneze această energie enormă și distructivă - energia dezintegrarii nucleului atomic.

(ÎN MARKETING) masă critică

un set obligatoriu de inovații care trebuie să fie inerente și prezente unui produs pentru ca acesta să fie considerat modern.

Dicţionar enciclopedic, 1998

masa critica

masa minimă de material fisionabil care asigură o reacție în lanț de fisiune nucleară autosusținută.

Masa critica

cea mai mică masă de material fisionabil la care poate avea loc o reacție în lanț auto-susținută de fisiune a nucleelor ​​atomice; caracterizată prin transformarea factorului de multiplicare a neutronilor la unitate. Dimensiunile și volumul corespunzătoare ale dispozitivului în care are loc reacția în lanț sunt, de asemenea, numite critice (vezi Reacții nucleare în lanț, Reactorul nuclear).

Wikipedia

Masa critica

Masa critica- în fizica nucleară, masa minimă de material fisionabil necesară pentru a iniția o reacție în lanț de fisiune autosusținută. Factorul de multiplicare a neutronilor într-o astfel de cantitate de materie este mai mare decât unu sau egal cu unu. Dimensiunile corespunzătoare masei critice se mai numesc critice.

Valoarea masei critice depinde de proprietățile substanței (cum ar fi fisiunea și secțiunile transversale de captare a radiațiilor), densitatea, cantitatea de impurități, forma produsului, precum și mediul înconjurător. De exemplu, prezența reflectoarelor de neutroni poate reduce foarte mult masa critică.

În energia nucleară, parametrul de masă critică este hotărâtor în proiectarea și calculele unei largi varietati de dispozitive care utilizează în proiectarea lor diverși izotopi sau amestecuri de izotopi de elemente care, în anumite condiții, sunt capabile de fisiune nucleară cu eliberarea de colosale. cantități de energie. De exemplu, atunci când se proiectează generatoare de radioizotopi puternice care utilizează uraniu și o serie de elemente transuraniu drept combustibil, parametrul de masă critică limitează puterea unui astfel de dispozitiv. În calculele și producția de arme nucleare și termonucleare, parametrul de masă critică afectează în mod semnificativ atât proiectarea dispozitivului exploziv, cât și costul și durata de valabilitate a acestuia. În cazul proiectării și construcției unui reactor nuclear, parametrii de masă critică limitează și dimensiunile minime și maxime ale viitorului reactor.

Soluțiile de săruri ale nuclizilor puri fisionali în apă cu un reflector de neutroni de apă au cea mai mică masă critică. Pentru U, masa critică a unei astfel de soluții este de 0,8 kg, pentru Pu - 0,5 kg, pentru unele săruri Cf - 10 g.

Mulți dintre cititorii noștri asociază bomba cu hidrogen cu una atomică, doar că mult mai puternică. De fapt, aceasta este o armă fundamental nouă, care a necesitat eforturi intelectuale disproporționat de mari pentru crearea ei și funcționează pe principii fizice fundamental diferite.

Singurul lucru pe care bombele atomice și cu hidrogen îl au în comun este că ambele eliberează energie colosală ascunsă în nucleul atomic. Acest lucru se poate face în două moduri: pentru a împărți nucleele grele, de exemplu, uraniu sau plutoniu, în altele mai ușoare (reacție de fisiune) sau pentru a forța cei mai ușori izotopi ai hidrogenului să fuzioneze (reacție de fuziune). Ca rezultat al ambelor reacții, masa materialului rezultat este întotdeauna mai mică decât masa atomilor inițiali. Dar masa nu poate dispărea fără urmă - se transformă în energie conform celebrei formule a lui Einstein E=mc 2.

Pentru a crea o bombă atomică, o condiție necesară și suficientă este obținerea de material fisionabil în cantitate suficientă. Munca este destul de intensivă în muncă, dar slab intelectuală, fiind mai aproape de industria minieră decât de înaltă știință. Principalele resurse pentru crearea unor astfel de arme sunt cheltuite pentru construcția de mine gigantice de uraniu și de uzine de îmbogățire. Dovada simplității dispozitivului este faptul că a trecut mai puțin de o lună între producția de plutoniu necesar primei bombe și prima explozie nucleară sovietică.

Să ne amintim pe scurt principiul de funcționare al unei astfel de bombe, cunoscut de la cursurile de fizică din școală. Se bazează pe proprietatea uraniului și a unor elemente transuraniu, de exemplu, plutoniul, de a elibera mai mult de un neutron în timpul dezintegrarii. Aceste elemente se pot degrada fie spontan, fie sub influența altor neutroni.

Neutronul eliberat poate părăsi materialul radioactiv sau se poate ciocni cu un alt atom, provocând o altă reacție de fisiune. Când o anumită concentrație a unei substanțe (masă critică) este depășită, numărul de neutroni nou-născuți, provocând fisiunea ulterioară a nucleului atomic, începe să depășească numărul de nuclee în descompunere. Numărul de atomi în descompunere începe să crească ca o avalanșă, dând naștere la noi neutroni, adică are loc o reacție în lanț. Pentru uraniu-235, masa critică este de aproximativ 50 kg, pentru plutoniu-239 - 5,6 kg. Adică, o minge de plutoniu care cântărește puțin mai puțin de 5,6 kg este doar o bucată de metal caldă, iar o masă de puțin mai mult durează doar câteva nanosecunde.

Funcționarea efectivă a bombei este simplă: luăm două emisfere de uraniu sau plutoniu, fiecare puțin mai mică decât masa critică, le așezăm la o distanță de 45 cm, le acoperim cu explozibili și detonăm. Uraniul sau plutoniul este sinterizat într-o bucată de masă supercritică și începe o reacție nucleară. Toate. Există o altă modalitate de a începe o reacție nucleară - de a comprima o bucată de plutoniu cu o explozie puternică: distanța dintre atomi va scădea, iar reacția va începe la o masă critică mai mică. Toate detonatoarele atomice moderne funcționează pe acest principiu.

Problemele cu bomba atomică încep din momentul în care dorim să creștem puterea exploziei. Pur și simplu creșterea materialului fisionabil nu este suficientă - de îndată ce masa sa atinge o masă critică, detonează. Au fost inventate diverse scheme ingenioase, de exemplu, pentru a face o bombă nu din două părți, ci din multe, ceea ce a făcut ca bomba să înceapă să semene cu o portocală eviscerată și apoi să o asamblați într-o singură bucată cu o explozie, dar totuși, cu o putere. de peste 100 de kilotone, problemele au devenit insurmontabile.

Dar combustibilul pentru fuziunea termonucleară nu are o masă critică. Aici Soarele, plin cu combustibil termonuclear, atârnă deasupra capului, o reacție termonucleară are loc în interiorul lui de un miliard de ani - și nimic nu explodează. În plus, în timpul reacției de sinteză a, de exemplu, deuteriu și tritiu (izotop greu și supergreu al hidrogenului), energia este eliberată de 4,2 ori mai mult decât în ​​timpul arderii aceleiași mase de uraniu-235.

Realizarea bombei atomice a fost un proces mai degrabă experimental decât teoretic. Crearea unei bombe cu hidrogen a necesitat apariția unor discipline fizice complet noi: fizica plasmei de înaltă temperatură și a presiunilor ultra-înalte. Înainte de a începe construirea unei bombe, a fost necesar să înțelegem temeinic natura fenomenelor care apar numai în miezul stelelor. Niciun experiment nu ar putea ajuta aici - instrumentele cercetătorilor erau doar fizica teoretică și matematica superioară. Nu este o coincidență că un rol gigantic în dezvoltarea armelor termonucleare aparține matematicienilor: Ulam, Tikhonov, Samarsky etc.

Super clasic

Până la sfârșitul anului 1945, Edward Teller a propus primul proiect de bombă cu hidrogen, numit „super clasic”. Pentru a crea presiunea și temperatura monstruoase necesare pentru a începe reacția de fuziune, trebuia să folosească o bombă atomică convențională. „Superul clasic” în sine era un cilindru lung umplut cu deuteriu. De asemenea, a fost prevăzută o cameră intermediară de „aprindere” cu un amestec de deuteriu-tritiu - reacția de sinteză a deuteriului și a tritiului începe la o presiune mai mică. Prin analogie cu un foc, deuteriul trebuia să joace rolul lemnului de foc, un amestec de deuteriu și tritiu - un pahar de benzină și o bombă atomică - un chibrit. Această schemă a fost numită „țeavă” - un fel de trabuc cu o brichetă atomică la un capăt. Fizicienii sovietici au început să dezvolte bomba cu hidrogen folosind aceeași schemă.

Cu toate acestea, matematicianul Stanislav Ulam, folosind o regulă de calcul obișnuită, i-a dovedit lui Teller că apariția unei reacții de fuziune a deuteriu pur într-un „super” este cu greu posibilă, iar amestecul ar necesita o asemenea cantitate de tritiu încât pentru a-l produce să fie necesară înghețarea practic a producției de plutoniu pentru arme în Statele Unite.

Pufă cu zahăr

La mijlocul anului 1946, Teller a propus un alt design de bombă cu hidrogen - un „ceas cu alarmă”. Constata din straturi sferice alternante de uraniu, deuteriu si tritiu. În timpul exploziei nucleare a încărcăturii centrale de plutoniu, au fost create presiunea și temperatura necesare pentru declanșarea unei reacții termonucleare în alte straturi ale bombei. Cu toate acestea, „ceasul cu alarmă” necesita un inițiator atomic de mare putere, iar Statele Unite (precum și URSS) au avut probleme cu producerea de uraniu și plutoniu pentru arme.

În toamna anului 1948, Andrei Saharov a ajuns la o schemă similară. În Uniunea Sovietică, designul a fost numit „sloyka”. Pentru URSS, care nu a avut timp să producă uraniu-235 și plutoniu-239 pentru arme în cantități suficiente, pasta de puf a lui Saharov a fost un panaceu. Si de aceea.

Într-o bombă atomică convențională, uraniul-238 natural nu este doar inutil (energia neutronilor în timpul dezintegrarii nu este suficientă pentru a iniția fisiunea), ci și dăunător pentru că absoarbe cu nerăbdare neutronii secundari, încetinind reacția în lanț. Prin urmare, 90% din uraniul de calitate pentru arme este format din izotopul uraniu-235. Cu toate acestea, neutronii rezultați din fuziunea termonucleară sunt de 10 ori mai energici decât neutronii de fisiune, iar uraniul-238 natural iradiat cu astfel de neutroni începe să se fisiune excelent. Noua bombă a făcut posibilă utilizarea uraniului-238, care fusese considerat anterior un deșeu, ca exploziv.

Punctul culminant al „foietajului” lui Saharov a fost, de asemenea, utilizarea unei substanțe cristaline cu lumină albă - deuteriră de litiu 6 LiD - în loc de tritiu cu deficit acut.

După cum am menționat mai sus, un amestec de deuteriu și tritiu se aprinde mult mai ușor decât deuteriul pur. Totuși, aici se termină avantajele tritiului și rămân doar dezavantaje: în stare normală, tritiul este un gaz, ceea ce provoacă dificultăți la depozitare; tritiul este radioactiv și se descompune în heliu-3 stabil, care consumă în mod activ neutronii rapidi foarte necesari, limitând perioada de valabilitate a bombei la câteva luni.

Deutrura de litiu neradioactivă, atunci când este iradiată cu neutroni de fisiune lentă - consecințele unei explozii a unei siguranțe atomice - se transformă în tritiu. Astfel, radiația din explozia atomică primară produce instantaneu o cantitate suficientă de tritiu pentru o reacție termonucleară ulterioară, iar deuteriul este prezent inițial în deutrură de litiu.

A fost doar o astfel de bombă, RDS-6, care a fost testată cu succes la 12 august 1953 la turnul locului de testare Semipalatinsk. Puterea exploziei a fost de 400 de kilotone și încă există dezbateri dacă a fost o explozie termonucleară reală sau una atomică super-puternică. La urma urmei, reacția de fuziune termonucleară din pasta de puf a lui Saharov a reprezentat nu mai mult de 20% din puterea totală de încărcare. Principala contribuție la explozie a fost adusă de reacția de descompunere a uraniului-238 iradiat cu neutroni rapizi, datorită căreia RDS-6-urile au inaugurat era așa-numitelor bombe „murdare”.

Faptul este că principala contaminare radioactivă provine din produse de degradare (în special, stronțiu-90 și cesiu-137). În esență, „aluatul de foietaj” al lui Saharov a fost o bombă atomică uriașă, doar ușor îmbunătățită de o reacție termonucleară. Nu este o coincidență că o singură explozie de „foetaj” a produs 82% stronțiu-90 și 75% cesiu-137, care au intrat în atmosferă de-a lungul întregii istorii a site-ului de testare Semipalatinsk.

bombe americane

Cu toate acestea, americanii au fost primii care au detonat bomba cu hidrogen. La 1 noiembrie 1952, dispozitivul termonuclear Mike, cu un randament de 10 megatone, a fost testat cu succes la atolul Elugelab din Oceanul Pacific. Ar fi greu să numești un dispozitiv american de 74 de tone o bombă. „Mike” era un dispozitiv voluminos de mărimea unei case cu două etaje, umplut cu deuteriu lichid la o temperatură apropiată de zero absolut („aluatul de foietaj” al lui Saharov era un produs complet transportabil). Cu toate acestea, punctul culminant al lui „Mike” nu a fost dimensiunea sa, ci principiul ingenios al comprimării explozivilor termonucleari.

Să ne amintim că ideea principală a unei bombe cu hidrogen este de a crea condiții pentru fuziune (presiune și temperatură ultra-înaltă) printr-o explozie nucleară. În schema „puf”, sarcina nucleară este situată în centru și, prin urmare, nu comprimă atât de mult deuteriul, ci îl împrăștie în exterior - creșterea cantității de exploziv termonuclear nu duce la o creștere a puterii - pur și simplu nu o face. au timp să detoneze. Tocmai acesta este ceea ce limitează puterea maximă a acestei scheme - cel mai puternic „puf” din lume, Orange Herald, aruncat în aer de britanici la 31 mai 1957, a dat doar 720 de kilotone.

Ideal ar fi dacă am putea face fuzibilul atomic să explodeze înăuntru, comprimând explozivul termonuclear. Dar cum să faci asta? Edward Teller a prezentat o idee genială: să comprimați combustibilul termonuclear nu cu energie mecanică și flux de neutroni, ci cu radiația siguranței atomice primare.

În noul design al lui Teller, unitatea atomică inițială a fost separată de unitatea termonucleară. Când sarcina atomică a fost declanșată, radiația cu raze X a precedat unda de șoc și s-a răspândit de-a lungul pereților corpului cilindric, evaporându-se și transformând căptușeala interioară din polietilenă a corpului bombei în plasmă. Plasma, la rândul său, a reemis raze X mai moi, care au fost absorbite de straturile exterioare ale cilindrului interior de uraniu-238 - „împingătorul”. Straturile au început să se evapore exploziv (acest fenomen se numește ablație). Plasma fierbinte de uraniu poate fi comparată cu jeturile unui motor de rachetă super-puternic, a cărui tracțiune este direcționată în cilindrul cu deuteriu. Cilindrul de uraniu s-a prăbușit, presiunea și temperatura deuteriului au atins un nivel critic. Aceeași presiune a comprimat tubul central de plutoniu la o masă critică și a detonat. Explozia fitilului de plutoniu a apăsat pe deuteriu din interior, comprimând și încălzind în continuare explozivul termonuclear, care a detonat. Un flux intens de neutroni împarte nucleele de uraniu-238 în „împingător”, provocând o reacție secundară de descompunere. Toate acestea au reușit să se întâmple înainte de momentul în care valul de explozie din explozia nucleară primară a ajuns în unitatea termonucleară. Calculul tuturor acestor evenimente, care au loc în miliarde de secundă, a necesitat puterea creierului celor mai puternici matematicieni de pe planetă. Creatorii lui „Mike” au experimentat nu groază de la explozia de 10 megatone, ci o încântare de nedescris - au reușit nu numai să înțeleagă procesele care în lumea reală au loc numai în nucleele stelelor, ci și să-și testeze experimental teoriile prin stabilirea își ridică propria lor mică stea pe Pământ.

Bravo

După ce i-au depășit pe ruși în frumusețea designului, americanii nu au reușit să-și facă dispozitivul compact: au folosit deuteriu lichid suprarăcit în loc de deuterură de litiu sub formă de pulbere a lui Saharov. În Los Alamos, au reacționat la „foetajul” lui Saharov cu puțină invidie: „în loc de o vacă uriașă cu o găleată de lapte crud, rușii folosesc o pungă de lapte praf”. Cu toate acestea, ambele părți nu au reușit să ascundă secrete una de cealaltă. La 1 martie 1954, lângă atolul Bikini, americanii au testat o bombă de 15 megatone „Bravo” folosind deuterură de litiu, iar pe 22 noiembrie 1955, prima bombă termonucleară sovietică în două etape RDS-37 cu o putere de 1,7 megatone. a explodat deasupra locului de testare Semipalatinsk, demolând aproape jumătate din terenul de testare. De atunci, designul bombei termonucleare a suferit modificări minore (de exemplu, un scut de uraniu a apărut între bomba de inițiere și încărcătura principală) și a devenit canonic. Și nu mai au rămas în lume mistere la scară largă ale naturii care ar putea fi rezolvate cu un experiment atât de spectaculos. Poate nașterea unei supernove.

Un dispozitiv misterios capabil să elibereze gigajouli de energie într-o perioadă de timp indescriptibil de scurtă este înconjurat de romantism sinistru. Inutil să spun că peste tot în lume, munca la arme nucleare a fost profund clasificată, iar bomba în sine a fost acoperită cu o masă de legende și mituri. Să încercăm să ne ocupăm de ei în ordine.

Andrei Suvorov

Nimic nu stârnește interes ca bomba atomică

august 1945. Ernest Orlando Lawrence la laboratorul de bombe atomice

1954 La opt ani după explozia de la atolul Bikini, oamenii de știință japonezi au descoperit niveluri ridicate de radiații în peștii prinși în apele locale.

Masa critica

Toată lumea a auzit că există o anumită masă critică care trebuie atinsă pentru a începe o reacție nucleară în lanț. Dar pentru ca o adevărată explozie nucleară să aibă loc, masa critică nu este suficientă - reacția se va opri aproape instantaneu, înainte ca energia vizibilă să aibă timp să fie eliberată. Pentru o explozie la scară largă de câteva kilotone sau zeci de kilotone, două sau trei, sau mai bine încă patru sau cinci, mase critice trebuie colectate simultan.

Pare evident că trebuie să faceți două sau mai multe părți din uraniu sau plutoniu și să le conectați la momentul necesar. Pentru a fi corect, trebuie spus că fizicienii au gândit același lucru atunci când s-au asumat construirea unei bombe nucleare. Dar realitatea și-a făcut propriile ajustări.

Ideea este că dacă am avea uraniu-235 sau plutoniu-239 foarte pur, atunci am putea face acest lucru, dar oamenii de știință trebuiau să se ocupe de metale reale. Prin îmbogățirea uraniului natural, puteți face un amestec care conține 90% uraniu-235 și 10% uraniu-238; încercările de a scăpa de restul de uraniu-238 duc la o creștere foarte rapidă a prețului acestui material (se numește foarte mare). uraniu îmbogăţit). Plutoniul-239, care este produs într-un reactor nuclear din uraniu-238 prin fisiunea uraniului-235, conține în mod necesar un amestec de plutoniu-240.

Izotopii uraniu235 și plutoniu239 sunt numiți par-impari deoarece nucleele atomilor lor conțin un număr par de protoni (92 pentru uraniu și 94 pentru plutoniu) și un număr impar de neutroni (143 și, respectiv, 145). Toate nucleele par-impare ale elementelor grele au o proprietate comună: rareori se fisiază spontan (oamenii de știință spun: „spontan”), dar se fisiunea ușor atunci când un neutron lovește nucleul.

Uraniul-238 și plutoniul-240 sunt egale. Ei, dimpotrivă, practic nu se fisionează cu neutroni de energii joase și moderate, care zboară din nucleele fisionabile, ci se fisiază spontan de sute sau zeci de mii de ori mai des, formând un fundal de neutroni. Acest fundal face foarte dificilă crearea de arme nucleare, deoarece face ca reacția să înceapă prematur înainte ca cele două părți ale încărcăturii să se întâlnească. Din această cauză, într-un dispozitiv pregătit pentru explozie, părțile masei critice trebuie să fie amplasate suficient de departe unele de altele și conectate la viteză mare.

Bombă cu tun

Cu toate acestea, bomba aruncată pe Hiroshima pe 6 august 1945 a fost realizată exact după schema descrisă mai sus. Două dintre părțile sale, ținta și glonțul, erau făcute din uraniu foarte îmbogățit. Ținta era un cilindru cu diametrul de 16 cm și înălțimea de 16 cm.În centrul său era o gaură cu diametrul de 10 cm.Glonțul a fost făcut în conformitate cu această gaură. În total, bomba conținea 64 kg de uraniu.

Ținta era înconjurată de o carcasă, al cărei strat interior era din carbură de tungsten, stratul exterior din oțel. Scopul obuzei a fost dublu: să țină glonțul atunci când a intrat în țintă și să reflecte cel puțin o parte din neutronii care scapă din spatele uraniului. Luând în considerare reflectorul de neutroni, 64 kg au reprezentat 2,3 mase critice. Cum a funcționat acest lucru, deoarece fiecare dintre piese a fost subcritică? Faptul este că, prin îndepărtarea părții de mijloc din cilindru, îi reducem densitatea medie și valoarea masei critice crește. Astfel, masa acestei piese poate depăși masa critică pentru o bucată solidă de metal. Dar este imposibil să crești masa glonțului în acest fel, deoarece acesta trebuie să fie solid.

Atât ținta, cât și glonțul au fost asamblate din bucăți: ținta din mai multe inele de înălțime mică și glonțul din șase șaibe. Motivul este simplu - țaglele de uraniu trebuiau să aibă dimensiuni mici, deoarece în timpul fabricării (turnării, presarii) țaglei, cantitatea totală de uraniu nu ar trebui să se apropie de masa critică. Glonțul a fost învelit într-o jachetă din oțel inoxidabil cu pereți subțiri, cu un capac din carbură de tungsten similar cu o jachetă țintă.

Pentru a direcționa glonțul spre centrul țintei, au decis să folosească țeava unui tun antiaerian convențional de 76,2 mm. Acesta este motivul pentru care acest tip de bombă este uneori numit o bombă asamblată cu tun. Butoiul a fost plictisit din interior până la 100 mm pentru a găzdui un proiectil atât de neobișnuit. Lungimea țevii era de 180 cm. În camera sa de încărcare era încărcată praf de pușcă obișnuit fără fum, care a tras un glonț cu o viteză de aproximativ 300 m/s. Și celălalt capăt al țevii a fost presat într-o gaură din carcasa țintă.

Acest design a avut o mulțime de neajunsuri.

Era monstruos de periculos: odată ce praful de pușcă era încărcat în camera de încărcare, orice accident care s-ar putea aprinde ar face ca bomba să explodeze la putere maximă. Din această cauză, piroxilina a fost încărcată în aer atunci când avionul s-a apropiat de țintă.

În cazul unui accident de avion, părțile din uraniu s-ar putea îmbina fără praf de pușcă, pur și simplu dintr-un impact puternic asupra solului. Pentru a evita acest lucru, diametrul glonțului era cu o fracțiune de milimetru mai mare decât diametrul orificiului țevii.

Dacă bomba a căzut în apă, atunci datorită moderației neutronilor în apă, reacția ar putea începe chiar și fără a conecta părțile. Adevărat, în acest caz o explozie nucleară este puțin probabilă, dar ar avea loc o explozie termică, cu pulverizarea uraniului pe o suprafață mare și contaminare radioactivă.

Lungimea unei bombe cu acest design a depășit doi metri, iar acest lucru este practic de netrecut. La urma urmei, s-a ajuns la o stare critică, iar reacția a început când mai era o jumătate de metru bun până să se oprească glonțul!

În cele din urmă, această bombă a fost foarte risipitoare: mai puțin de 1% din uraniu a avut timp să reacționeze în ea!

Bomba-tun avea exact un avantaj: nu putea să nu funcționeze. Nici nu aveau de gând s-o testeze! Dar americanii au trebuit să testeze bomba cu plutoniu: designul ei era prea nou și complex.

Minge de fotbal cu plutoniu

Când s-a dovedit că chiar și un amestec mic (mai puțin de 1%!) de plutoniu-240 face imposibilă asamblarea tunului unei bombe cu plutoniu, fizicienii au fost forțați să caute alte modalități de a câștiga masă critică. Iar cheia explozibililor cu plutoniu a fost găsită de omul care a devenit mai târziu cel mai faimos „spion nuclear” - fizicianul britanic Klaus Fuchs.

Ideea lui, numită mai târziu „implozie”, a fost să formeze o undă de șoc sferică convergentă dintr-una divergentă, folosind așa-numitele lentile explozive. Această undă de șoc ar comprima bucata de plutoniu, astfel încât densitatea acesteia să se dubleze.

Dacă o scădere a densității determină o creștere a masei critice, atunci o creștere a densității ar trebui să o reducă! Acest lucru este valabil mai ales pentru plutoniu. Plutoniul este un material foarte specific. Când o bucată de plutoniu este răcită de la punctul său de topire la temperatura camerei, suferă patru tranziții de fază. La acesta din urmă (aproximativ 122 de grade), densitatea sa sare cu 10%. În acest caz, orice turnare crapă inevitabil. Pentru a evita acest lucru, plutoniul este dopat cu niște metal trivalent, apoi starea liberă devine stabilă. Aluminiul poate fi folosit, dar în 1945 s-a temut că particulele alfa emise din nucleele de plutoniu pe măsură ce se descompun vor scoate neutronii liberi din nucleele de aluminiu, crescând fundalul neutronilor deja vizibil, așa că galiul a fost folosit în prima bombă atomică.

Dintr-un aliaj care conține 98% plutoniu-239, 0,9% plutoniu-240 și 0,8% galiu, s-a realizat o minge cu un diametru de numai 9 cm și o greutate de aproximativ 6,5 kg. În centrul mingii era o cavitate cu diametrul de 2 cm și era formată din trei părți: două jumătăți și un cilindru cu diametrul de 2 cm.Acest cilindru servea ca dop prin care putea fi introdus un inițiator în cavitatea internă - o sursă de neutroni care a fost declanșată când bomba a explodat. Toate cele trei părți trebuiau să fie nichelate, deoarece plutoniul este oxidat foarte activ de aer și apă și este extrem de periculos dacă pătrunde în corpul uman.

Bila a fost înconjurată de un reflector de neutroni din uraniu natural238, gros de 7 cm și cântărind 120 kg. Uraniul este un bun reflector al neutronilor rapizi, iar atunci când a fost asamblat sistemul a fost doar puțin subcritic, așa că în locul unui dop de plutoniu a fost introdus un dop de cadmiu, care a absorbit neutronii. Reflectorul a servit și pentru a ține toate părțile ansamblului critic în timpul reacției, altfel cea mai mare parte a plutoniului s-ar destrăma fără a avea timp să ia parte la reacția nucleară.

Urmează un strat de 11,5 centimetri din aliaj de aluminiu cu o greutate de 120 kg. Scopul stratului este același cu cel al antireflexiei pe lentilele obiectivului: să se asigure că unda de explozie pătrunde în ansamblul uraniu-plutoniu și nu se reflectă din acesta. Această reflexie apare datorită diferenței mari de densitate dintre exploziv și uraniu (aproximativ 1:10). În plus, într-o undă de șoc, după unda de compresie apare o undă de rarefacție, așa-numitul efect Taylor. Stratul de aluminiu a slăbit valul de rarefacție, ceea ce a redus efectul explozivului. Aluminiul a trebuit să fie dopat cu bor, care a absorbit neutronii emiși din nucleele atomilor de aluminiu sub influența particulelor alfa produse în timpul descompunerii uraniului-238.

În cele din urmă, erau aceleași „lentile explozive” afară. Erau 32 dintre ele (20 hexagonale și 12 pentagonale), formau o structură asemănătoare unei mingi de fotbal. Fiecare lentilă era compusă din trei părți, cea din mijloc realizată dintr-un exploziv special „lent”, iar cele exterioare și interioare din explozivi „rapidi”. Partea exterioară era sferică la exterior, dar în interior avea o depresiune conică, ca pe o sarcină modelată, dar scopul ei era diferit. Acest con a fost umplut cu un exploziv lent, iar la interfață unda de explozie a fost refractată ca o undă de lumină obișnuită. Dar asemănarea aici este foarte condiționată. De fapt, forma acestui con este unul dintre adevăratele secrete ale bombei nucleare.

La mijlocul anilor '40, nu existau computere în lume pe care să fie posibil să se calculeze forma unor astfel de lentile și, cel mai important, nici măcar nu exista o teorie potrivită. Prin urmare, acestea au fost făcute exclusiv prin încercare și eroare. Au trebuit să fie efectuate peste o mie de explozii - și nu doar efectuate, ci fotografiate cu camere speciale de mare viteză, înregistrând parametrii undei de explozie. Când a fost testată o versiune mai mică, s-a dovedit că explozivii nu s-au scalat atât de ușor și a fost necesar să se corecteze foarte mult rezultatele vechi.

Precizia formei trebuia menținută cu o eroare mai mică de un milimetru, iar compoziția și uniformitatea explozivului trebuia menținută cu cea mai mare grijă. Piesele puteau fi făcute numai prin turnare, așa că nu toți explozivii erau potriviți. Explozivul rapid a fost un amestec de RDX și TNT, cu o cantitate de două ori mai mare de RDX. Lent - același TNT, dar cu adaos de azotat de bariu inert. Viteza undei de detonare în primul exploziv este de 7,9 km/s, iar în al doilea - 4,9 km/s.

Detonatoarele au fost montate în centrul suprafeței exterioare a fiecărei lentile. Toate cele 32 de detonatoare au trebuit să tragă simultan cu o precizie nemaiauzită - mai puțin de 10 nanosecunde, adică miliarde de secundă! Astfel, frontul undei de șoc nu ar fi trebuit să fie distorsionat cu mai mult de 0,1 mm. Suprafețele de împerechere ale lentilelor trebuiau aliniate cu aceeași precizie, dar eroarea la fabricarea lor a fost de zece ori mai mare! A trebuit să schimb și să cheltui multă hârtie igienică și bandă pentru a compensa inexactitățile. Dar sistemul a început să semene puțin cu modelul teoretic.

A fost necesar să se inventeze noi detonatoare: cele vechi nu asigurau o sincronizare adecvată. Au fost realizate pe baza unor fire care au explodat sub un impuls puternic de curent electric. Pentru a le declanșa, a fost nevoie de o baterie de 32 de condensatoare de înaltă tensiune și același număr de descărcatoare de mare viteză - câte unul pentru fiecare detonator. Întregul sistem, inclusiv bateriile și încărcătorul pentru condensatori, cântărea aproape 200 kg în prima bombă. Cu toate acestea, în comparație cu greutatea explozivilor, care a luat 2,5 tone, acest lucru nu a fost mult.

În cele din urmă, întreaga structură a fost închisă într-un corp sferic din duraluminiu, constând dintr-o centură largă și două capace - superior și inferior, toate aceste părți au fost asamblate cu șuruburi. Designul bombei a făcut posibilă asamblarea acesteia fără miez de plutoniu. Pentru a introduce plutoniul în poziție împreună cu o bucată de reflector de uraniu, capacul superior al carcasei a fost deșurubat și a fost îndepărtată o lentilă explozivă.

Războiul cu Japonia se apropia de sfârșit, iar americanii se grăbeau. Dar bomba cu implozie a trebuit să fie testată. Această operațiune a primit numele de cod „Trinity” („Trinity”). Da, bomba atomică trebuia să demonstreze puterea disponibilă anterior doar zeilor.

Succes genial

Locul de testare a fost ales în statul New Mexico, într-un loc cu numele pitoresc Jornadadel Muerto (Calea morții) - teritoriul făcea parte din poligonul de artilerie Alamagordo. Bomba a început să fie asamblată pe 11 iulie 1945. Pe 14 iulie a fost ridicată în vârful unui turn special construit de 30 m înălțime, au fost conectate fire la detonatoare și au început etapele finale de pregătire, implicând o cantitate mare de echipamente de măsurare. Pe 16 iulie 1945, la cinci și jumătate dimineața, aparatul a detonat.

Temperatura din centrul exploziei atinge câteva milioane de grade, așa că fulgerul unei explozii nucleare este mult mai strălucitor decât Soarele. Mingea de foc durează câteva secunde, apoi începe să se ridice, să se întunece, se transformă din alb în portocaliu, apoi purpuriu și se formează acum faimoasa ciupercă nucleară. Primul nor de ciuperci s-a ridicat la o înălțime de 11 km.

Energia de explozie a fost mai mare de 20 kt de echivalent TNT. Majoritatea echipamentelor de măsurare au fost distruse deoarece fizicienii au contat pe 510 tone și au plasat echipamentul prea aproape. În rest a fost un succes, un succes strălucit!

Dar americanii s-au confruntat cu o contaminare radioactivă neașteptată a zonei. Pena de precipitații radioactive s-a întins 160 km spre nord-est. O parte din populație a trebuit să fie evacuată din orășelul Bingham, dar cel puțin cinci locuitori locali au primit doze de până la 5.760 de roentgens.

S-a dovedit că, pentru a evita contaminarea, bomba trebuie detonată la o altitudine suficient de mare, cel puțin un kilometru și jumătate, apoi produsele de descompunere radioactivă sunt împrăștiate pe o suprafață de sute de mii sau chiar milioane de pătrați. kilometri și dizolvat în fondul de radiație global.

A doua bombă cu acest design a fost aruncată pe Nagasaki pe 9 august, la 24 de zile după acest test și la trei zile după bombardarea Hiroshima. De atunci, aproape toate armele atomice au folosit tehnologia imploziei. Prima bombă sovietică RDS-1, testată pe 29 august 1949, a fost realizată după același design.