Bom atom. Bagaimanakah reaktor nuklear (nuklear) berfungsi?

Watak meletup

Nukleus uranium mengandungi 92 proton. Uranium semulajadi terutamanya adalah campuran dua isotop: U238 (yang mempunyai 146 neutron dalam nukleusnya) dan U235 (143 neutron), dengan hanya 0.7% daripada yang terakhir dalam uranium semula jadi. Sifat kimia isotop adalah sama sekali, dan oleh itu adalah mustahil untuk memisahkannya dengan kaedah kimia, tetapi perbezaan jisim (235 dan 238 unit) membolehkan ini dilakukan dengan kaedah fizikal: campuran uranium ditukar menjadi gas (uranium heksafluorida), dan kemudian dipam melalui partition berliang yang tidak terkira banyaknya. Walaupun isotop uranium tidak dapat dibezakan oleh kedua-duanya penampilan, mahupun secara kimia, ia dipisahkan oleh jurang dalam sifat-sifat watak nuklear.

Proses pembelahan U238 ialah proses berbayar: neutron yang datang dari luar mesti membawa bersama tenaga - 1 MeV atau lebih. Dan U235 tidak mementingkan diri sendiri: tiada apa yang diperlukan daripada neutron masuk untuk pengujaan dan pereputan seterusnya tenaga pengikatnya dalam nukleus cukup mencukupi.

Apabila neutron terkena nukleus yang mampu pembelahan, sebatian tidak stabil terbentuk, tetapi sangat cepat (selepas 10−23−10−22 s) nukleus sedemikian terurai kepada dua serpihan yang tidak sama jisim dan “segera” (dalam 10 −16−10− 14 c) memancarkan dua atau tiga neutron baru, supaya dari semasa ke semasa bilangan nukleus pembelahan boleh membiak (tindak balas ini dipanggil tindak balas berantai). Ini hanya boleh dilakukan dalam U235, kerana U238 yang tamak tidak mahu berkongsi daripada neutronnya sendiri, yang tenaganya adalah tertib magnitud kurang daripada 1 MeV. Tenaga kinetik zarah hasil pembelahan adalah banyak urutan magnitud yang lebih besar daripada tenaga yang dibebaskan semasa sebarang tindak balas kimia di mana komposisi nukleus tidak berubah.

Perhimpunan kritikal

Hasil pembelahan tidak stabil dan mengambil masa yang lama untuk "pulih", memancarkan pelbagai sinaran (termasuk neutron). Neutron yang dipancarkan dalam masa yang ketara (sehingga berpuluh-puluh saat) selepas pembelahan dipanggil tertunda, dan walaupun bahagiannya adalah kecil berbanding dengan serta-merta (kurang daripada 1%), peranan yang mereka mainkan dalam operasi pemasangan nuklear adalah yang paling penting.

Hasil pembelahan, semasa banyak perlanggaran dengan atom sekeliling, menyerahkan tenaga mereka kepada mereka, meningkatkan suhu. Selepas neutron muncul dalam pemasangan yang mengandungi bahan fisil, kuasa pelepasan haba boleh meningkat atau berkurangan, dan parameter pemasangan di mana bilangan pembelahan per unit masa adalah malar dipanggil kritikal. Kekritisan pemasangan boleh dikekalkan dengan kedua-dua neutron yang besar dan sedikit (pada kuasa pelepasan haba yang lebih tinggi atau lebih rendah). Kuasa terma ditingkatkan sama ada dengan mengepam neutron tambahan ke dalam pemasangan kritikal dari luar, atau dengan menjadikan pemasangan superkritikal (kemudian neutron tambahan dibekalkan oleh generasi nukleus fisil yang semakin banyak). Sebagai contoh, jika perlu untuk meningkatkan kuasa terma reaktor, ia dibawa ke rejim di mana setiap generasi neutron segera adalah kurang sedikit daripada yang sebelumnya, tetapi terima kasih kepada neutron yang tertangguh, reaktor hampir tidak nyata masuk ke dalam keadaan kritikal. Kemudian ia tidak memecut, tetapi memperoleh kuasa secara perlahan - supaya peningkatannya dapat dihentikan pada saat yang tepat dengan memperkenalkan penyerap neutron (rod yang mengandungi kadmium atau boron).

Neutron yang dihasilkan semasa pembelahan sering terbang melepasi nukleus sekeliling tanpa menyebabkan pembelahan selanjutnya. Lebih dekat dengan permukaan bahan yang dihasilkan neutron, lebih besar peluangnya untuk melarikan diri daripada bahan boleh belah dan tidak akan kembali. Oleh itu, bentuk perhimpunan, penjimatan nombor terhebat neutron ialah sfera: bagi jisim tertentu ia mempunyai luas permukaan minimum. Bola tak bulat (bersendirian) 94% U235 tanpa rongga di dalamnya menjadi kritikal dengan jisim 49 kg dan jejari 85 mm. Jika himpunan uranium yang sama ialah silinder dengan panjang yang sama dengan diameter, ia menjadi kritikal dengan jisim 52 kg. Luas permukaan juga berkurangan dengan peningkatan ketumpatan. Itulah sebabnya pemampatan letupan, tanpa mengubah jumlah bahan mudah pecah, boleh membawa pemasangan ke dalam keadaan kritikal. Proses inilah yang mendasari reka bentuk biasa cas nuklear.

Perhimpunan bola

Tetapi selalunya bukan uranium yang digunakan dalam senjata nuklear, tetapi plutonium-239. Ia dihasilkan dalam reaktor dengan menyinari uranium-238 dengan fluks neutron yang kuat. Plutonium berharga kira-kira enam kali lebih tinggi daripada U235, tetapi apabila pembelahan, nukleus Pu239 mengeluarkan purata 2.895 neutron - lebih daripada U235 (2.452). Di samping itu, kebarangkalian pembelahan plutonium adalah lebih tinggi. Semua ini membawa kepada fakta bahawa bola Pu239 bersendirian menjadi kritikal dengan jisim hampir tiga kali ganda kurang daripada bola uranium, dan yang paling penting, dengan jejari yang lebih kecil, yang memungkinkan untuk mengurangkan dimensi pemasangan kritikal.

Perhimpunan diperbuat daripada dua bahagian yang dipasang dengan teliti dalam bentuk lapisan sfera (dalam berongga); ia jelas subkritikal - walaupun untuk neutron haba dan walaupun selepas dikelilingi oleh penyederhana. Caj dipasang di sekeliling pemasangan blok letupan yang dipasang dengan sangat tepat. Untuk menyelamatkan neutron, adalah perlu untuk mengekalkan bentuk bola yang mulia semasa letupan - untuk ini, lapisan bahan letupan mesti diletupkan secara serentak di sepanjang permukaan luarnya, memampatkan pemasangan secara sama rata. Secara meluas dipercayai bahawa ini memerlukan banyak peledak elektrik. Tetapi ini hanya berlaku pada awal "pembinaan bom": untuk mencetuskan berpuluh-puluh letupan, banyak tenaga dan saiz sistem permulaan yang besar diperlukan. Caj moden menggunakan beberapa detonator yang dipilih dengan teknik khas, sama dalam ciri, dari mana bahan letupan yang sangat stabil (dari segi kelajuan letupan) dicetuskan dalam alur yang digiling dalam lapisan polikarbonat (bentuk yang pada permukaan sfera dikira menggunakan geometri Riemann kaedah). Peledakan pada kelajuan kira-kira 8 km/s akan bergerak di sepanjang alur pada jarak yang sama, pada masa yang sama ia akan mencapai lubang dan meletupkan cas utama - serentak di semua titik yang diperlukan.

Letupan di dalam

Letupan yang diarahkan ke dalam memampatkan pemasangan dengan tekanan lebih daripada sejuta atmosfera. Permukaan pemasangan berkurangan, rongga dalaman dalam plutonium hampir hilang, ketumpatan meningkat, dan sangat cepat - dalam sepuluh mikrosaat, pemasangan boleh mampat melepasi keadaan kritikal dengan neutron haba dan menjadi superkritikal dengan neutron pantas.

Selepas tempoh yang ditentukan oleh masa yang tidak penting bagi neutron yang perlahan perlahan, setiap generasi baru yang lebih banyak daripada mereka menambah tenaga sebanyak 202 MeV secara pembelahan kepada bahan pemasangan, yang sudah penuh dengan tekanan yang dahsyat. Pada skala fenomena yang berlaku, kekuatan walaupun keluli aloi terbaik adalah sangat kecil sehingga tidak pernah terfikir oleh sesiapa pun untuk mengambil kiranya semasa mengira dinamik letupan. Satu-satunya perkara yang menghalang pemasangan daripada terbang berasingan ialah inersia: untuk mengembangkan bola plutonium dengan hanya 1 cm dalam berpuluh-puluh nanosaat, adalah perlu untuk memberikan pecutan kepada bahan yang berpuluh trilion kali lebih besar daripada pecutan jatuh bebas, dan ini tidak mudah.

Pada akhirnya, perkara itu masih berselerak, pembelahan berhenti, tetapi prosesnya tidak berakhir di sana: tenaga diagihkan semula antara serpihan terion dari nukleus yang dipisahkan dan zarah lain yang dipancarkan semasa pembelahan. Tenaga mereka berada pada urutan puluhan dan bahkan ratusan MeV, tetapi hanya kuanta gamma dan neutron tenaga tinggi neutral elektrik yang mempunyai peluang untuk mengelakkan interaksi dengan jirim dan "melarikan diri." Zarah bercas cepat kehilangan tenaga dalam tindakan perlanggaran dan pengionan. Dalam kes ini, sinaran dipancarkan - walau bagaimanapun, ia bukan lagi sinaran nuklear yang keras, tetapi lebih lembut, dengan tenaga tiga urutan magnitud lebih rendah, tetapi masih lebih daripada mencukupi untuk mengetuk keluar elektron daripada atom - bukan sahaja dari kulit luar, tetapi daripada segala-galanya secara umum. Campuran nukleus kosong, elektron terlucut dan sinaran dengan ketumpatan gram setiap sentimeter padu (cuba bayangkan sejauh mana anda boleh menyamak di bawah cahaya yang telah memperoleh ketumpatan aluminium!) - segala-galanya yang bercas sebentar tadi - masuk ke dalam beberapa kemiripan keseimbangan. Dalam bola api yang sangat muda, suhu mencecah puluhan juta darjah.

Bola api

Nampaknya walaupun sinaran lembut yang bergerak pada kelajuan cahaya harus meninggalkan perkara yang menjananya jauh di belakang, tetapi ini tidak begitu: dalam udara sejuk, julat kuantiti tenaga Kev adalah sentimeter, dan mereka tidak bergerak dalam garis lurus, tetapi mengubah arah pergerakan, memancarkan semula dengan setiap interaksi. Kuanta mengionkan udara dan merebak melaluinya, seperti jus ceri yang dituangkan ke dalam segelas air. Fenomena ini dipanggil resapan sinaran.

Bola api muda dengan letupan 100 kt beberapa puluh nanosaat selepas berakhirnya pecahan pembelahan mempunyai jejari 3 m dan suhu hampir 8 juta Kelvin. Tetapi selepas 30 mikrosaat jejarinya ialah 18 m, walaupun suhu jatuh di bawah sejuta darjah. Bola memakan ruang, dan udara terion di belakang hadapannya hampir tidak bergerak: sinaran tidak dapat memindahkan momentum yang ketara kepadanya semasa resapan. Tetapi ia mengepam tenaga yang besar ke dalam udara ini, memanaskannya, dan apabila tenaga sinaran kehabisan, bola mula berkembang disebabkan oleh pengembangan plasma panas, pecah dari dalam dengan apa yang digunakan untuk menjadi caj. Mengembang, seperti gelembung yang melambung, cangkerang plasma menjadi lebih nipis. Tidak seperti gelembung, sudah tentu, tiada apa yang mengembang: hampir tiada bahan yang tersisa di bahagian dalam, semuanya terbang dari pusat dengan inersia, tetapi 30 mikrosaat selepas letupan, kelajuan penerbangan ini lebih daripada 100 km/s, dan tekanan hidrodinamik dalam bahan - lebih daripada 150,000 atm! Cangkang tidak ditakdirkan untuk menjadi terlalu nipis; ia pecah, membentuk "melepuh".

Manakah antara mekanisme untuk menghantar tenaga bola api persekitaran berlaku, bergantung kepada kuasa letupan: jika ia besar, peranan utama dimainkan oleh penyebaran radiasi, jika ia kecil, pengembangan gelembung plasma memainkan peranan utama. Adalah jelas bahawa kes perantaraan adalah mungkin apabila kedua-dua mekanisme berkesan.

Proses ini menangkap lapisan udara baru, dan tidak ada lagi tenaga yang cukup untuk menanggalkan semua elektron daripada atom. Tenaga lapisan terion dan serpihan gelembung plasma telah habis; Tetapi apakah udara sebelum letupan bergerak, melepaskan diri dari bola, menyerap lebih banyak lapisan udara sejuk... Pembentukan gelombang kejutan bermula.

Gelombang kejutan dan cendawan atom

Apabila gelombang kejutan berpisah daripada bola api, ciri-ciri lapisan pemancar berubah dan kuasa sinaran di bahagian optik spektrum meningkat secara mendadak (yang dipanggil maksimum pertama). Seterusnya, proses pencahayaan dan perubahan dalam ketelusan udara sekeliling bersaing, yang membawa kepada realisasi maksimum kedua, kurang berkuasa, tetapi lebih lama - sehingga output tenaga cahaya lebih besar daripada maksimum pertama. .

Berhampiran letupan, segala-galanya di sekelilingnya menguap, semakin jauh ia cair, tetapi lebih jauh lagi, di mana aliran haba tidak lagi mencukupi untuk mencairkan pepejal, tanah, batu, rumah mengalir seperti cecair, di bawah tekanan gas yang dahsyat yang memusnahkan semua ikatan yang kuat. , dipanaskan sehingga tidak tertanggung untuk keserian mata.

Akhirnya, gelombang kejutan pergi jauh dari titik letupan, di mana yang longgar dan lemah, tetapi mengembang berkali-kali, awan wap daripada apa yang plasma caj itu, dan apa yang hampir pada saat yang dahsyat, tetap terkondensasi, bertukar menjadi habuk kecil dan sangat radioaktif ke tempat dari mana seseorang harus tinggal sejauh mungkin. Awan mula naik. Ia menyejuk, menukar warnanya, "memakai" penutup putih lembapan pekat, diikuti dengan habuk dari permukaan bumi, membentuk "kaki" yang biasa dipanggil "cendawan atom".

Permulaan neutron

Pembaca yang penuh perhatian boleh menganggarkan pelepasan tenaga semasa letupan dengan pensel di tangan mereka. Apabila masa himpunan berada dalam keadaan superkritikal adalah mengikut tertib mikrosaat, umur neutron adalah mengikut tertib picosaat, dan faktor pendaraban adalah kurang daripada 2, kira-kira gigajoule tenaga dilepaskan, yang bersamaan dengan ... 250 kg TNT. Di manakah kilo- dan megaton?

Hakikatnya ialah rantai pembelahan dalam pemasangan tidak bermula dengan satu neutron: pada mikrosaat yang diperlukan, mereka disuntik ke dalam pemasangan superkritikal oleh berjuta-juta. Dalam cas nuklear pertama, sumber isotop yang terletak di dalam rongga di dalam pemasangan plutonium digunakan untuk ini: polonium-210, pada saat pemampatan, digabungkan dengan berilium dan menyebabkan pelepasan neutron dengan zarah alfanya. Tetapi semua sumber isotop agak lemah (dalam produk pertama Amerika kurang daripada satu juta neutron dihasilkan setiap mikrosaat), dan polonium sangat mudah rosak - hanya dalam 138 hari ia mengurangkan separuh aktivitinya. Oleh itu, isotop digantikan dengan isotop yang kurang berbahaya (yang tidak memancarkan apabila tidak dihidupkan), dan yang paling penting, tiub neutron yang memancarkan lebih kuat (lihat bar sisi): dalam beberapa mikrosaat (nadi yang dihasilkan oleh tiub bertahan begitu lama ), beratus juta neutron dilahirkan. Tetapi jika ia tidak berfungsi atau berfungsi pada masa yang salah, apa yang dipanggil bang atau "zilch" akan berlaku - letupan haba kuasa rendah.

Permulaan neutron bukan sahaja meningkatkan pelepasan tenaga letupan nuklear dengan banyak urutan magnitud, tetapi juga memungkinkan untuk mengawalnya! Ia adalah jelas bahawa, setelah menerima misi tempur, semasa pengeluaran yang mana kuasa serangan nuklear mesti ditunjukkan, tiada siapa yang membuka caj untuk melengkapkannya dengan pemasangan plutonium yang optimum untuk kuasa tertentu. Dalam peluru dengan setara TNT boleh tukar, cukup untuk menukar voltan bekalan ke tiub neutron. Sehubungan itu, hasil neutron dan pelepasan tenaga akan berubah (sudah tentu, apabila kuasa dikurangkan dengan cara ini, banyak plutonium mahal dibazirkan).

Tetapi mereka mula berfikir tentang keperluan untuk mengawal pelepasan tenaga lebih lama kemudian, dan pada yang pertama tahun selepas perang tidak boleh bercakap tentang mengurangkan kuasa. Lebih berkuasa, lebih berkuasa dan lebih berkuasa! Tetapi ternyata terdapat sekatan fizikal dan hidrodinamik nuklear pada dimensi sfera subkritikal yang dibenarkan. TNT bersamaan dengan letupan seratus kiloton adalah hampir kepada had fizikal untuk peluru fasa tunggal, di mana hanya pembelahan berlaku. Akibatnya, pembelahan telah ditinggalkan sebagai sumber tenaga utama, dan tumpuan diberikan kepada tindak balas kelas lain - gabungan.

Salah tanggapan nuklear

Ketumpatan plutonium pada saat letupan meningkat disebabkan oleh peralihan fasa

Plutonium logam wujud dalam enam fasa, ketumpatannya antara 14.7 hingga 19.8 g/cm3. Pada suhu di bawah 119 °C terdapat fasa alfa monoklinik (19.8 g/cm3), tetapi plutonium sedemikian sangat rapuh, dan dalam fasa delta berpusat muka kubik (15.9) ia adalah plastik dan diproses dengan baik (fasa inilah yang mereka cuba untuk mengekalkan menggunakan bahan tambahan mengaloi). Semasa pemampatan letupan, tiada peralihan fasa boleh berlaku - plutonium berada dalam keadaan separa cecair. Peralihan fasa berbahaya semasa pengeluaran: dengan bahagian yang besar, walaupun dengan sedikit perubahan dalam ketumpatan, keadaan kritikal boleh dicapai. Sudah tentu, tidak akan ada letupan - bahan kerja hanya akan menjadi panas, tetapi penyaduran nikel boleh dilepaskan (dan plutonium sangat toksik).

Sumber neutron

Pertama sekali bom nuklear ah, sumber neutron berilium-polonium telah digunakan. Caj moden menggunakan tiub neutron yang lebih mudah

Dalam tiub neutron vakum, voltan nadi 100 kV digunakan antara sasaran tepu tritium (katod) (1) dan pemasangan anod (2). Apabila voltan adalah maksimum, adalah perlu bahawa ion deuterium berada di antara anod dan katod, yang perlu dipercepatkan. Sumber ion digunakan untuk ini. Nadi penyalaan digunakan pada anodnya (3), dan nyahcas, yang melalui permukaan seramik tepu deuterium (4), membentuk ion deuterium. Setelah dipercepatkan, mereka mengebom sasaran tepu dengan tritium, akibatnya tenaga sebanyak 17.6 MeV dilepaskan dan neutron dan nukleus helium-4 terbentuk.

Dari segi komposisi zarah dan juga pengeluaran tenaga, tindak balas ini adalah sama dengan pelakuran - proses pelakuran nukleus cahaya. Pada tahun 1950-an, ramai yang percaya bahawa ini adalah gabungan, tetapi kemudiannya ternyata bahawa "gangguan" berlaku dalam tiub: sama ada proton atau neutron (yang membentuk ion deuterium, dipercepatkan oleh medan elektrik) "terperangkap" dalam nukleus sasaran (tritium) . Jika proton tersangkut, neutron akan terlepas dan menjadi bebas.

Neutron - perlahan dan cepat

Dalam bahan bukan fisil, "melantun" daripada nukleus, neutron memindahkan kepada mereka sebahagian daripada tenaga mereka, semakin besar nukleus lebih ringan (lebih dekat dengan mereka dalam jisim). Daripada dalam lebih perlanggaran, neutron terlibat, semakin perlahan, dan kemudian, akhirnya, mereka mencapai keseimbangan terma dengan jirim sekeliling - mereka dipanaskan (ini mengambil masa milisaat). Kelajuan neutron terma ialah 2200 m/s (tenaga 0.025 eV). Neutron boleh melarikan diri daripada penyederhana dan ditangkap oleh nukleusnya, tetapi dengan kesederhanaan, keupayaan mereka untuk memasuki tindak balas nuklear meningkat dengan ketara, jadi neutron yang "tidak hilang" lebih daripada mengimbangi penurunan bilangan.

Oleh itu, jika sebiji bola bahan fisil dikelilingi oleh penyederhana, banyak neutron akan meninggalkan penyederhana atau diserap di dalamnya, tetapi ada juga yang akan kembali ke bola (“mencerminkan”) dan, setelah kehilangan tenaga mereka, lebih berkemungkinan menyebabkan peristiwa pembelahan. Jika bola dikelilingi oleh lapisan berilium setebal 25 mm, maka 20 kg U235 boleh disimpan dan masih mencapai keadaan kritikal pemasangan. Tetapi penjimatan sedemikian datang dengan kos masa: setiap generasi neutron berikutnya mesti perlahan sebelum menyebabkan pembelahan. Kelewatan ini mengurangkan bilangan generasi neutron yang dilahirkan setiap unit masa, yang bermaksud bahawa pelepasan tenaga ditangguhkan. Lebih sedikit bahan boleh pecah dalam pemasangan, lebih banyak penyederhana diperlukan untuk membangunkan tindak balas berantai, dan pembelahan berlaku dengan neutron tenaga yang semakin rendah. Dalam kes mengehadkan, apabila kritikal dicapai hanya dengan neutron haba, contohnya dalam larutan garam uranium dalam penyederhana yang baik - air, jisim perhimpunan adalah beratus-ratus gram, tetapi penyelesaiannya hanya mendidih secara berkala. Gelembung wap yang dilepaskan mengurangkan ketumpatan purata bahan pembelahan, tindak balas berantai berhenti, dan apabila gelembung meninggalkan cecair, wabak pembelahan berulang (jika anda menyumbat kapal, wap akan pecah - tetapi ini akan menjadi haba letupan, tanpa semua tanda "nuklear" biasa).

Video: Letupan nuklear

Langgan dan baca penerbitan terbaik kami di Yandex.Zen. Tengok foto yang cantik dari seluruh dunia pada halaman kami di Instagram

Jika anda mendapati ralat, sila pilih sekeping teks dan tekan Ctrl+Enter.

Selepas tamatnya Perang Dunia II, negara-negara gabungan anti-Hitler dengan pantas cuba mendahului satu sama lain dalam pembangunan bom nuklear yang lebih berkuasa.

Ujian pertama, yang dijalankan oleh Amerika pada objek sebenar di Jepun, memanaskan keadaan antara USSR dan Amerika Syarikat ke had. Letupan kuat yang menggegarkan bandar Jepun dan hampir memusnahkan semua kehidupan di dalamnya memaksa Stalin untuk meninggalkan banyak tuntutan di pentas dunia. Kebanyakan ahli fizik Soviet berada di dalamnya dengan segera"terbengkalai" untuk pembangunan senjata nuklear.

Bilakah dan bagaimana senjata nuklear muncul?

Tahun lahir bom atom boleh dianggap 1896. Pada masa itu ahli kimia Perancis A. Becquerel mendapati bahawa uranium adalah radioaktif. Tindak balas berantai uranium menghasilkan tenaga yang kuat, yang berfungsi sebagai asas untuk letupan yang dahsyat. Tidak mungkin Becquerel membayangkan bahawa penemuannya akan membawa kepada penciptaan senjata nuklear - senjata paling dahsyat di seluruh dunia.

Penghujung abad ke-19 dan permulaan abad ke-20 adalah titik perubahan dalam sejarah penciptaan senjata nuklear. Dalam tempoh masa inilah para saintis pelbagai negara dunia dapat menemui undang-undang, sinar dan unsur berikut:

• Sinar alfa, gamma dan beta;
• Banyak isotop unsur kimia dengan sifat radioaktif ditemui;
• Undang-undang pereputan radioaktif telah ditemui, yang menentukan masa dan pergantungan kuantitatif keamatan pereputan radioaktif, bergantung kepada bilangan atom radioaktif dalam sampel ujian;
• Isometri nuklear dilahirkan.

Pada tahun 1930-an, mereka dapat membelah nukleus atom uranium buat kali pertama dengan menyerap neutron. Pada masa yang sama, positron dan neuron ditemui. Semua ini memberi dorongan yang kuat kepada pembangunan senjata yang menggunakan tenaga atom. Pada tahun 1939, reka bentuk bom atom pertama di dunia telah dipatenkan. Ini dilakukan oleh ahli fizik dari Perancis, Frederic Joliot-Curie.

Hasil daripada penyelidikan dan pembangunan lanjut di kawasan ini, bom nuklear telah dilahirkan. Kuasa dan pelbagai kemusnahan bom atom moden adalah begitu hebat bahawa sebuah negara yang mempunyai potensi nuklear, boleh dikatakan tidak memerlukan tentera yang kuat, kerana satu bom atom boleh memusnahkan seluruh negeri.

Bagaimanakah bom atom berfungsi?

Bom atom terdiri daripada banyak unsur, yang utama ialah:

• Badan bom atom;
• Sistem automasi yang mengawal proses letupan;
• Caj nuklear atau kepala peledak.

Sistem automasi terletak di dalam badan bom atom, bersama-sama dengan caj nuklear. Reka bentuk perumahan mestilah cukup dipercayai untuk melindungi kepala peledak daripada pelbagai faktor dan pengaruh luaran. Sebagai contoh, pelbagai pengaruh mekanikal, suhu atau yang serupa, yang boleh membawa kepada letupan kuasa besar yang tidak dirancang yang boleh memusnahkan segala-galanya di sekeliling.

Tugas automasi ialah kawalan sepenuhnya ke atas letupan yang berlaku di masa yang sesuai, oleh itu sistem terdiri daripada unsur-unsur berikut:

• Peranti yang bertanggungjawab untuk letupan kecemasan;
• Bekalan kuasa sistem automasi;
• Sistem sensor letupan;
• Peranti cocking;
• Peranti keselamatan.

Apabila ujian pertama dijalankan, bom nuklear telah dihantar ke atas kapal terbang yang berjaya meninggalkan kawasan terjejas. Bom atom moden sangat kuat sehingga ia hanya boleh dihantar menggunakan peluru berpandu pelayaran, balistik atau sekurang-kurangnya anti-pesawat.

Bom atom menggunakan pelbagai sistem letupan. Yang paling mudah ialah peranti konvensional yang dicetuskan apabila peluru mengenai sasaran.

Salah satu ciri utama bom nuklear dan peluru berpandu ialah pembahagiannya kepada kaliber, yang terdiri daripada tiga jenis:

• Kecil, kuasa bom atom berkaliber ini bersamaan dengan beberapa ribu tan TNT;
• Sederhana (kuasa letupan – beberapa puluh ribu tan TNT);
• Besar, kuasa cas yang diukur dalam berjuta-juta tan TNT.

Adalah menarik bahawa selalunya kuasa semua bom nuklear diukur dengan tepat dalam setara TNT, kerana senjata atom tidak mempunyai skala sendiri untuk mengukur kuasa letupan.

Algoritma untuk operasi bom nuklear

Mana-mana bom atom beroperasi berdasarkan prinsip menggunakan tenaga nuklear, yang dilepaskan semasa tindak balas nuklear. Prosedur ini berdasarkan sama ada pembahagian nukleus berat atau sintesis nukleus ringan. Oleh kerana semasa tindak balas ini sejumlah besar tenaga dikeluarkan, dan masuk masa paling singkat, jejari kemusnahan bom nuklear sangat mengagumkan. Kerana ciri ini, senjata nuklear diklasifikasikan sebagai senjata pemusnah besar-besaran.

Semasa proses yang dicetuskan oleh letupan bom atom, terdapat dua perkara utama:

• Ini adalah pusat segera letupan, di mana tindak balas nuklear berlaku;
• Pusat letupan, yang terletak di tapak di mana bom meletup.

Tenaga nuklear yang dikeluarkan semasa letupan bom atom adalah sangat kuat sehingga gegaran seismik bermula di bumi. Pada masa yang sama, gegaran ini menyebabkan kemusnahan langsung hanya pada jarak beberapa ratus meter (walaupun jika anda mengambil kira kekuatan letupan bom itu sendiri, gegaran ini tidak lagi menjejaskan apa-apa).

Faktor kerosakan semasa letupan nuklear

Letupan bom nuklear bukan sahaja menyebabkan kemusnahan segera yang dahsyat. Akibat daripada letupan ini akan dirasai bukan sahaja oleh orang yang terperangkap di kawasan yang terjejas, tetapi juga oleh anak-anak mereka yang dilahirkan selepas letupan atom. Jenis pemusnahan oleh senjata atom dibahagikan kepada kumpulan berikut:

• Sinaran cahaya yang berlaku secara langsung semasa letupan;
• Gelombang kejutan yang disebarkan oleh bom sejurus selepas letupan;
• Nadi elektromagnet;
• Sinaran menembusi;
• Pencemaran radioaktif yang boleh bertahan selama beberapa dekad.

Walaupun pada pandangan pertama kilat cahaya kelihatan paling tidak mengancam, ia sebenarnya adalah hasil daripada pembebasan sejumlah besar haba dan tenaga cahaya. Kuasa dan kekuatannya jauh melebihi kuasa sinaran matahari, jadi kerosakan daripada cahaya dan haba boleh membawa maut pada jarak beberapa kilometer.

Radiasi yang dikeluarkan semasa letupan juga sangat berbahaya. Walaupun ia tidak bertindak lama, ia berjaya menjangkiti segala-galanya di sekeliling, kerana kuasa penembusannya sangat tinggi.

Gelombang kejutan di letupan atom bertindak serupa dengan gelombang yang sama semasa letupan biasa, hanya kuasa dan jejari kemusnahannya lebih besar. Dalam beberapa saat, ia menyebabkan kerosakan yang tidak boleh diperbaiki bukan sahaja kepada orang ramai, tetapi juga kepada peralatan, bangunan dan persekitaran sekitar.

Sinaran menembusi mencetuskan perkembangan penyakit radiasi, dan nadi elektromagnet mendatangkan bahaya hanya kepada peralatan. Gabungan semua faktor ini, ditambah dengan kuasa letupan, menjadikan bom atom paling banyak senjata berbahaya di dunia.

Ujian senjata nuklear pertama di dunia

Negara pertama yang membangunkan dan menguji senjata nuklear ialah Amerika Syarikat. Ia adalah kerajaan AS yang memperuntukkan subsidi kewangan yang besar untuk pembangunan yang baru senjata yang menjanjikan. Menjelang akhir tahun 1941, ramai saintis cemerlang dalam bidang pembangunan atom telah dijemput ke Amerika Syarikat, yang pada tahun 1945 dapat membentangkan prototaip bom atom, sesuai untuk ujian.

Ujian pertama di dunia terhadap bom atom yang dilengkapi dengan bahan letupan telah dilakukan di padang pasir di negeri New Mexico. Bom yang dipanggil "Gajet", telah diletupkan pada 16 Julai 1945. Keputusan ujian adalah positif, walaupun tentera menuntut bom nuklear itu diuji dalam keadaan pertempuran sebenar.

Melihat bahawa hanya ada satu langkah lagi sebelum kemenangan pakatan Hitlerite, dan peluang seperti itu mungkin tidak muncul lagi, Pentagon memutuskan untuk menyerang. serangan nuklear menurut sekutu terakhir Nazi Jerman - Jepun. Di samping itu, penggunaan bom nuklear sepatutnya menyelesaikan beberapa masalah sekaligus:

• Untuk mengelakkan pertumpahan darah yang tidak perlu yang pasti akan berlaku jika tentera AS menjejakkan kaki di tanah Imperial Jepun;
• Dengan satu pukulan, bawa Jepun yang tidak mengalah ke lutut mereka, memaksa mereka untuk menerima syarat yang menguntungkan Amerika Syarikat;
• Tunjukkan USSR (sebagai saingan yang mungkin pada masa hadapan) yang dimiliki oleh Tentera AS senjata unik, mampu menghapuskan mana-mana bandar dari muka bumi;
• Dan, sudah tentu, untuk melihat secara praktikal apa senjata nuklear mampu dalam keadaan pertempuran sebenar.

Pada 6 Ogos 1945, bom atom pertama di dunia, yang digunakan dalam operasi ketenteraan, telah digugurkan di bandar Hiroshima Jepun. Bom ini dipanggil "Bayi" kerana beratnya 4 tan. Pengguguran bom telah dirancang dengan teliti, dan ia tepat di tempat yang dirancang. Rumah-rumah yang tidak musnah oleh gelombang letupan itu terbakar, kerana dapur yang jatuh di rumah-rumah itu mencetuskan kebakaran, dan seluruh bandar itu dilalap api.

Denyar terang itu diikuti oleh gelombang haba yang membakar semua hidupan dalam radius 4 kilometer, dan gelombang kejutan seterusnya memusnahkan kebanyakan bangunan.

Mereka yang mengalami strok haba dalam radius 800 meter telah dibakar hidup-hidup. Gelombang letupan merobek kulit ramai yang terbakar. Beberapa minit kemudian hujan hitam pelik mula turun, terdiri daripada wap dan abu. Mereka yang terperangkap dalam hujan hitam mengalami melecur yang tidak dapat diubati pada kulit mereka.

Segelintir yang bernasib baik untuk bertahan menderita penyakit radiasi, yang pada masa itu bukan sahaja tidak dipelajari, tetapi juga tidak diketahui sepenuhnya. Orang ramai mula mengalami demam, muntah, loya dan serangan kelemahan.

Pada 9 Ogos 1945, yang kedua dijatuhkan di bandar Nagasaki. bom Amerika, yang dipanggil "Lelaki Gemuk". Bom ini mempunyai kuasa yang lebih kurang sama seperti yang pertama, dan akibat letupannya adalah sama merosakkan, walaupun separuh daripada jumlah orang mati.

Dua bom atom yang dijatuhkan di bandar Jepun adalah yang pertama dan satu-satunya kes penggunaan senjata atom di dunia. Lebih 300,000 orang mati pada hari pertama selepas pengeboman. Kira-kira 150 ribu lagi mati akibat penyakit radiasi.

Selepas pengeboman nuklear Bandar Jepun, Stalin menerima kejutan sebenar. Ia menjadi jelas kepadanya bahawa isu membangunkan senjata nuklear di Soviet Rusia adalah soal keselamatan untuk seluruh negara. Sudah pada 20 Ogos 1945, sebuah jawatankuasa khas mengenai isu tenaga atom mula berfungsi, yang telah dibuat dengan segera oleh I. Stalin.

Walaupun penyelidikan dalam fizik nuklear telah dijalankan oleh sekumpulan peminat di Tsarist Russia, dalam era Soviet dia tidak diberi perhatian yang secukupnya. Pada tahun 1938, semua penyelidikan di kawasan ini telah dihentikan sepenuhnya, dan ramai saintis nuklear telah ditindas sebagai musuh rakyat. Selepas letupan nuklear di Jepun kuasa Soviet secara mendadak mula memulihkan industri nuklear di negara ini.

Terdapat bukti bahawa pembangunan senjata nuklear dilakukan di Jerman Nazi, dan saintis Jerman yang mengubah suai bom atom Amerika "mentah", jadi kerajaan AS mengeluarkan dari Jerman semua pakar nuklear dan semua dokumen yang berkaitan dengan pembangunan nuklear. senjata.

Sekolah perisikan Soviet, yang semasa perang dapat memintas semua perkhidmatan perisikan asing, memindahkan dokumen rahsia yang berkaitan dengan pembangunan senjata nuklear ke USSR pada tahun 1943. Pada masa yang sama, ejen Soviet telah menyusup ke semua pusat penyelidikan nuklear utama Amerika.

Hasil daripada semua langkah ini, sudah pada tahun 1946, spesifikasi teknikal untuk pengeluaran dua bom nuklear buatan Soviet telah siap:

• RDS-1 (dengan caj plutonium);
• RDS-2 (dengan dua bahagian caj uranium).

Singkatan "RDS" bermaksud "Rusia melakukannya sendiri," yang hampir sepenuhnya benar.

Berita bahawa USSR bersedia untuk melepaskan senjata nuklearnya memaksa kerajaan AS mengambil langkah drastik. Pada tahun 1949, rancangan Trojan telah dibangunkan, mengikut mana bom atom dirancang untuk dijatuhkan di 70 bandar terbesar di USSR. Hanya ketakutan akan serangan balas yang menghalang rancangan ini daripada menjadi kenyataan.

Maklumat membimbangkan ini datang daripada pegawai perisikan Soviet memaksa saintis bekerja dalam mod kecemasan. Sudah pada bulan Ogos 1949, ujian bom atom pertama yang dihasilkan di USSR berlaku. Apabila Amerika Syarikat mengetahui tentang ujian ini, rancangan Trojan telah ditangguhkan sehingga masa yang tidak ditentukan. Era konfrontasi antara dua kuasa besar bermula, yang dikenali dalam sejarah sebagai Perang Dingin.

Bom nuklear paling berkuasa di dunia, yang dikenali sebagai Tsar Bomba, adalah milik khusus dalam tempoh Perang Dingin. Para saintis USSR mencipta paling banyak bom yang kuat dalam sejarah umat manusia. Kuasanya ialah 60 megaton, walaupun ia dirancang untuk mencipta bom dengan kuasa 100 kiloton. Bom ini telah diuji pada Oktober 1961. Diameter bebola api semasa letupan ialah 10 kilometer, dan gelombang letupan itu berterbangan glob tiga kali. Ujian inilah yang memaksa kebanyakan negara di dunia menandatangani perjanjian untuk ditamatkan ujian nuklear bukan sahaja di atmosfera bumi, malah di angkasa lepas.

Walaupun senjata atom adalah cara terbaik untuk menakut-nakutkan negara-negara yang agresif, sebaliknya ia mampu menghapuskan sebarang konflik ketenteraan sejak awal, kerana letupan atom boleh memusnahkan semua pihak dalam konflik itu.

Reaktor nuklear berfungsi dengan lancar dan cekap. Jika tidak, seperti yang anda tahu, akan ada masalah. Tetapi apa yang berlaku di dalam? Mari cuba rumuskan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear) secara ringkas, jelas, dengan hentian.

Pada dasarnya, proses yang sama berlaku di sana seperti semasa letupan nuklear. Hanya letupan berlaku dengan cepat, dan dalam reaktor semuanya terbentang masa yang lama. Akibatnya, semuanya kekal selamat dan sihat, dan kita menerima tenaga. Bukan sehinggakan segala-galanya di sekeliling akan musnah sekaligus, tetapi cukup untuk membekalkan elektrik ke bandar.

Sebelum anda memahami bagaimana tindak balas nuklear terkawal berlaku, anda perlu tahu apakah itu. tindak balas nuklear sama sekali.

Tindak balas nuklear ialah satu proses transformasi (pembahagian) nukleus atom apabila mereka berinteraksi dengan zarah asas dan sinar gamma.

Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan kedua-dua penyerapan dan pembebasan tenaga. Reaktor menggunakan tindak balas kedua.

reaktor nuklear ialah peranti yang tujuannya adalah untuk mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan pembebasan tenaga.

Selalunya reaktor nuklear juga dipanggil reaktor atom. Mari kita ambil perhatian bahawa tidak ada perbezaan asas di sini, tetapi dari sudut pandangan sains adalah lebih tepat untuk menggunakan perkataan "nuklear". Kini terdapat banyak jenis reaktor nuklear. Ini adalah reaktor perindustrian besar yang direka untuk menjana tenaga dalam loji kuasa, reaktor nuklear kapal selam, reaktor eksperimen kecil yang digunakan dalam eksperimen saintifik. Malah terdapat reaktor yang digunakan untuk menyahsinasi air laut.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear pertama dilancarkan pada tahun 1942 yang tidak begitu jauh. Ini berlaku di Amerika Syarikat di bawah pimpinan Fermi. Reaktor ini dipanggil "Chicago Woodpile".

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama, yang dilancarkan di bawah pimpinan Kurchatov, mula beroperasi. Badan reaktor ini adalah bola berdiameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak mempunyai sistem penyejukan, dan kuasanya adalah minimum. Dengan cara ini, reaktor Soviet mempunyai kuasa purata 20 Watts, dan yang Amerika - hanya 1 Watt. Sebagai perbandingan: kuasa purata reaktor kuasa moden ialah 5 Gigawatt. Kurang daripada sepuluh tahun selepas pelancaran reaktor pertama, industri pertama di dunia loji tenaga nuklear di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear).

Sesiapa sahaja reaktor nuklear terdapat beberapa bahagian: teras Dengan bahan api Dan moderator , pemantul neutron , penyejuk , sistem kawalan dan perlindungan . Isotop paling kerap digunakan sebagai bahan api dalam reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232). Teras adalah dandang yang melaluinya air biasa (penyejuk) mengalir. Antara penyejuk lain, "air berat" dan grafit cecair kurang biasa digunakan. Jika kita bercakap tentang operasi loji kuasa nuklear, maka reaktor nuklear digunakan untuk menghasilkan haba. Elektrik itu sendiri dijana menggunakan kaedah yang sama seperti dalam jenis loji kuasa lain - wap memutar turbin, dan tenaga pergerakan ditukar kepada tenaga elektrik.

Di bawah ialah gambar rajah operasi reaktor nuklear.

Seperti yang telah kita katakan, pereputan nukleus uranium berat menghasilkan unsur yang lebih ringan dan beberapa neutron. Neutron yang terhasil berlanggar dengan nukleus lain, juga menyebabkan ia pembelahan. Pada masa yang sama, bilangan neutron bertambah seperti runtuhan salji.

Ia harus disebut di sini faktor pendaraban neutron . Jadi, jika pekali ini melebihi nilai yang sama dengan satu, letupan nuklear. Jika nilainya kurang daripada satu, terdapat terlalu sedikit neutron dan tindak balas akan mati. Tetapi jika anda mengekalkan nilai pekali sama dengan satu, tindak balas akan berlangsung lama dan stabil.

Persoalannya ialah bagaimana untuk melakukan ini? Dalam reaktor, bahan api berada dalam apa yang dipanggil unsur bahan api (TVELAkh). Ini adalah rod yang mengandungi, dalam bentuk tablet kecil, bahan api nuklear . Rod bahan api disambungkan ke dalam kaset berbentuk heksagon, yang boleh terdapat ratusan dalam reaktor. Kaset dengan rod bahan api disusun secara menegak, dan setiap rod bahan api mempunyai sistem yang membolehkan anda melaraskan kedalaman rendamannya ke dalam teras. Sebagai tambahan kepada kaset itu sendiri, mereka termasuk rod kawalan Dan rod perlindungan kecemasan . Joran diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Oleh itu, rod kawalan boleh diturunkan ke kedalaman yang berbeza dalam teras, dengan itu melaraskan faktor pendaraban neutron. Rod kecemasan direka untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan.

Bagaimanakah reaktor nuklear dimulakan?

Kami telah mengetahui prinsip operasi itu sendiri, tetapi bagaimana untuk memulakan dan membuat fungsi reaktor? Secara kasarnya, inilah - sekeping uranium, tetapi tindak balas berantai tidak bermula di dalamnya dengan sendirinya. Hakikatnya dalam fizik nuklear ada konsep jisim kritikal .

Jisim kritikal ialah jisim bahan fisil yang diperlukan untuk memulakan tindak balas rantai nuklear.

Dengan bantuan rod bahan api dan rod kawalan, jisim kritikal bahan api nuklear mula-mula dicipta dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tahap kuasa optimum dalam beberapa peringkat.

Dalam artikel ini kami cuba memberi anda idea umum tentang struktur dan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear). Jika anda mempunyai sebarang soalan tentang topik tersebut atau ditanya masalah dalam fizik nuklear di universiti, sila hubungi kepada pakar syarikat kami. Seperti biasa, kami sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak berkenaan pengajian anda. Dan sementara kami melakukannya, berikut ialah satu lagi video pendidikan untuk perhatian anda!

Meletup dekat Nagasaki. Kematian dan kemusnahan yang menyertai letupan ini tidak pernah berlaku sebelum ini. Ketakutan dan seram menyelubungi seluruh penduduk Jepun, memaksa mereka menyerah diri dalam masa kurang daripada sebulan.

Walau bagaimanapun, selepas berakhirnya Perang Dunia Kedua, senjata atom tidak pudar ke latar belakang. Bermula perang dingin menjadi faktor tekanan psikologi yang besar antara USSR dan Amerika Syarikat. Kedua-dua pihak melabur sejumlah besar wang dalam pembangunan dan penciptaan loji kuasa nuklear baharu. Oleh itu, beberapa ribu cangkang atom telah terkumpul di planet kita selama 50 tahun. Ini cukup untuk memusnahkan semua kehidupan beberapa kali. Atas sebab ini, pada akhir 90-an, perjanjian pelucutan senjata pertama telah ditandatangani antara Amerika Syarikat dan Rusia untuk mengurangkan risiko malapetaka di seluruh dunia. Walaupun begitu, pada masa ini 9 negara mempunyai senjata nuklear, membawa pertahanan mereka ke tahap yang berbeza. Dalam artikel ini kita akan melihat mengapa senjata atom menerima kuasa pemusnahnya dan cara senjata atom berfungsi.

Untuk memahami kuasa penuh bom atom, adalah perlu untuk memahami konsep radioaktiviti. Seperti yang anda ketahui, unit struktur terkecil jirim yang membentuk seluruh dunia di sekeliling kita ialah atom. Atom pula terdiri daripada nukleus dan sesuatu yang berputar di sekelilingnya. Nukleus terdiri daripada neutron dan proton. Elektron mempunyai cas negatif, dan proton mempunyai cas positif. Neutron, seperti namanya, adalah neutral. Biasanya bilangan neutron dan proton adalah sama dengan bilangan elektron dalam satu atom. Walau bagaimanapun, di bawah pengaruh kuasa luar, bilangan zarah dalam atom sesuatu bahan boleh berubah.

Kami hanya berminat dengan pilihan apabila bilangan neutron berubah, dan isotop bahan terbentuk. Sesetengah isotop bahan adalah stabil dan berlaku secara semula jadi, manakala yang lain tidak stabil dan cenderung untuk mereput. Sebagai contoh, karbon mempunyai 6 neutron. Juga, terdapat isotop karbon dengan 7 neutron - unsur yang agak stabil yang terdapat di alam semula jadi. Isotop karbon dengan 8 neutron sudah menjadi unsur yang tidak stabil dan cenderung untuk mereput. Ini adalah pereputan radioaktif. Dalam kes ini, nukleus yang tidak stabil mengeluarkan tiga jenis sinar:

1. Sinar alfa ialah aliran zarah alfa yang agak tidak berbahaya yang boleh dihentikan dengan sehelai kertas nipis dan tidak boleh menyebabkan kemudaratan.

Walaupun organisma hidup dapat bertahan dalam dua yang pertama, gelombang sinaran menyebabkan penyakit radiasi yang sangat sementara, membunuh dalam beberapa minit. Kerosakan sedemikian mungkin dalam radius beberapa ratus meter dari letupan. Sehingga beberapa kilometer dari letupan, penyakit radiasi akan membunuh seseorang dalam beberapa jam atau hari. Mereka yang berada di luar letupan serta-merta juga mungkin terdedah kepada radiasi dengan memakan makanan dan dengan menyedut dari kawasan yang tercemar. Selain itu, sinaran tidak hilang serta-merta. Ia terkumpul di alam sekitar dan boleh meracuni organisma hidup selama beberapa dekad selepas letupan.

Kemudaratan daripada senjata nuklear terlalu berbahaya untuk digunakan dalam apa jua keadaan. Penduduk awam pasti mengalaminya dan kerosakan yang tidak dapat diperbaiki berlaku kepada alam semula jadi. Oleh itu, penggunaan utama bom nuklear pada zaman kita adalah pencegahan daripada serangan. Malah ujian senjata nuklear kini dilarang di kebanyakan bahagian planet kita.

Untuk memahami prinsip operasi dan struktur reaktor nuklear, anda perlu melengkapkannya lawatan kecil kepada masa lalu. Reaktor nuklear adalah impian manusia berabad-abad lamanya, walaupun tidak direalisasikan sepenuhnya, tentang sumber tenaga yang tidak habis-habisnya. "Leluhur" purbanya adalah api yang diperbuat daripada dahan kering, yang pernah menerangi dan menghangatkan bilik kebal gua tempat nenek moyang kita yang jauh menemui keselamatan dari kesejukan. Nanti orang hidrokarbon yang dibangunkan - arang batu, syal, minyak dan gas asli.

Era wap yang bergelora tetapi jangka pendek bermula, yang digantikan dengan era elektrik yang lebih hebat. Bandar-bandar dipenuhi dengan cahaya, dan bengkel-bengkel dipenuhi dengan dengungan mesin yang tidak kelihatan sehingga kini yang digerakkan oleh motor elektrik. Kemudian nampaknya kemajuan telah mencapai kemuncaknya.

Segala-galanya berubah pada akhir abad ke-19, apabila ahli kimia Perancis Antoine Henri Becquerel secara tidak sengaja mendapati bahawa garam uranium adalah radioaktif. 2 tahun kemudian, rakan senegaranya Pierre Curie dan isterinya Maria Sklodowska-Curie memperoleh radium dan polonium daripada mereka, dan tahap radioaktiviti mereka berjuta-juta kali lebih tinggi daripada torium dan uranium.

Tongkat itu diambil oleh Ernest Rutherford, yang mengkaji secara terperinci sifat sinar radioaktif. Maka bermulalah usia atom, yang melahirkan anak kesayangannya - reaktor atom.

Reaktor nuklear pertama

"Anak sulung" berasal dari Amerika Syarikat. Pada Disember 1942, arus pertama dihasilkan oleh reaktor, yang dinamakan sempena penciptanya, salah seorang ahli fizik terhebat abad ini, E. Fermi. Tiga tahun kemudian, kehidupan menjadi hidup di Kanada pemasangan nuklear ZEEP. "Gangsa" pergi ke reaktor Soviet pertama F-1, yang dilancarkan pada akhir tahun 1946. Ketua domestik projek nuklear menjadi I.V. Kurchatov. Hari ini, lebih daripada 400 unit kuasa nuklear berjaya beroperasi di dunia.

Jenis-jenis reaktor nuklear

Tujuan utama mereka adalah untuk menyokong tindak balas nuklear terkawal yang menghasilkan elektrik. Sesetengah reaktor menghasilkan isotop. Ringkasnya, ia adalah peranti di kedalaman yang mana beberapa bahan ditukar kepada yang lain dengan pelepasan kuantiti yang banyak tenaga haba. Ini adalah sejenis "relau" di mana, bukannya bahan api tradisional, isotop uranium - U-235, U-238 dan plutonium (Pu) - dibakar.

Tidak seperti, sebagai contoh, kereta yang direka untuk beberapa jenis petrol, setiap jenis bahan api radioaktif mempunyai jenis reaktornya sendiri. Terdapat dua daripadanya - pada neutron perlahan (dengan U-235) dan pantas (dengan U-238 dan Pu). Kebanyakan loji tenaga nuklear mempunyai reaktor neutron yang perlahan. Sebagai tambahan kepada loji kuasa nuklear, pemasangan "berfungsi" dalam pusat penyelidikan, pada kapal selam nuklear dan.

Bagaimana reaktor berfungsi

Semua reaktor mempunyai litar yang lebih kurang sama. "Jantung"nya ialah zon aktif. Ia boleh dibandingkan secara kasar dengan kotak api dapur konvensional. Hanya sebagai ganti kayu api terdapat bahan api nuklear dalam bentuk unsur bahan api dengan penyederhana - rod bahan api. Zon aktif terletak di dalam sejenis kapsul - reflektor neutron. Batang bahan api "dibasuh" oleh penyejuk - air. Kerana dalam "hati" ada sangat tahap tinggi radioaktiviti, ia dikelilingi oleh perlindungan sinaran yang boleh dipercayai.

Operator mengawal operasi loji menggunakan dua sistem kritikal - kawalan tindak balas berantai dan sistem kawalan jauh. Jika kecemasan berlaku, perlindungan kecemasan segera diaktifkan.

Bagaimanakah reaktor berfungsi?

"Nyala" atom tidak dapat dilihat, kerana proses berlaku pada tahap pembelahan nuklear. Semasa tindak balas berantai, nukleus berat mereput menjadi serpihan yang lebih kecil, yang, dalam keadaan teruja, menjadi sumber neutron dan zarah subatom lain. Tetapi proses itu tidak berakhir di sana. Neutron terus "berpecah", akibatnya banyak tenaga dilepaskan, iaitu, apa yang berlaku demi loji tenaga nuklear yang dibina.

Tugas utama kakitangan adalah untuk mengekalkan tindak balas berantai dengan bantuan rod kawalan pada tahap yang tetap dan boleh laras. Ini adalah perbezaan utamanya daripada bom atom, di mana proses pereputan nuklear tidak dapat dikawal dan berjalan dengan pantas, dalam bentuk letupan yang kuat.

Apa yang berlaku di loji kuasa nuklear Chernobyl

Salah satu sebab utama berlakunya bencana Loji kuasa nuklear Chernobyl pada April 1986 – pelanggaran berat peraturan keselamatan operasi semasa penyelenggaraan rutin di unit kuasa ke-4. Kemudian 203 batang grafit dikeluarkan secara serentak daripada teras dan bukannya 15 yang dibenarkan oleh peraturan. Akibatnya, tindak balas berantai yang tidak terkawal yang bermula berakhir dengan letupan haba dan pemusnahan lengkap unit kuasa.

Reaktor generasi baru

Sepanjang dekad yang lalu, Rusia telah menjadi salah satu peneraju dalam tenaga nuklear global. hidup pada masa ini Syarikat negeri Rosatom sedang membina loji kuasa nuklear di 12 negara, di mana 34 unit kuasa sedang dibina. Permintaan yang begitu tinggi adalah bukti tahap tinggi Rusia moden teknologi nuklear. Seterusnya dalam barisan ialah reaktor generasi ke-4 baharu.

"Brest"

Salah satunya ialah Brest, yang sedang dibangunkan sebagai sebahagian daripada projek Terobosan. Sistem kitaran terbuka semasa berjalan pada uranium yang diperkaya rendah, meninggalkan sejumlah besar bahan api terpakai untuk dilupuskan dengan perbelanjaan yang besar. "Brest" - reaktor neutron pantas adalah unik dalam kitaran tertutupnya.

Di dalamnya, bahan api terpakai, selepas pemprosesan yang sesuai dalam reaktor neutron cepat, sekali lagi menjadi bahan api sepenuhnya, yang boleh dimuatkan semula ke dalam pemasangan yang sama.

Brest dibezakan oleh tahap keselamatan yang tinggi. Ia tidak akan "meletup" walaupun dalam kemalangan yang paling serius, ia sangat menjimatkan dan mesra alam, kerana ia menggunakan semula uraniumnya yang "diperbaharui". Ia juga tidak boleh digunakan untuk menghasilkan plutonium gred senjata, yang membuka prospek paling luas untuk eksportnya.

VVER-1200

VVER-1200 ialah reaktor generasi 3+ yang inovatif dengan kapasiti 1150 MW. Terima kasih kepada keupayaan teknikalnya yang unik, ia mempunyai hampir mutlak keselamatan operasi. Reaktor ini dilengkapi dengan banyak sistem keselamatan pasif yang akan beroperasi secara automatik walaupun tanpa bekalan kuasa.

Salah satunya ialah sistem penyingkiran haba pasif, yang diaktifkan secara automatik apabila reaktor dinyahtenaga sepenuhnya. Dalam kes ini, tangki hidraulik kecemasan disediakan. Jika terdapat penurunan tekanan yang tidak normal dalam litar primer, sejumlah besar air yang mengandungi boron mula dibekalkan ke reaktor, yang memadamkan tindak balas nuklear dan menyerap neutron.

Satu lagi pengetahuan terletak di bahagian bawah cangkerang pelindung - "perangkap" cair. Jika, akibat kemalangan, teras "bocor", "perangkap" tidak akan membenarkan cangkang pembendung runtuh dan akan menghalang produk radioaktif daripada memasuki tanah.