Explotó cerca de Nagasaki. La muerte y destrucción que acompañaron a estas explosiones no tuvieron precedentes. El miedo y el horror se apoderaron de toda la población japonesa, obligándola a rendirse en menos de un mes.
Sin embargo, tras el final de la Segunda Guerra Mundial, las armas atómicas no pasaron a un segundo plano. El estallido de la Guerra Fría se convirtió en un enorme factor de presión psicológica entre la URSS y Estados Unidos. Ambas partes invirtieron enormes cantidades de dinero en el desarrollo y creación de nuevas centrales nucleares. Así, en nuestro planeta se han acumulado varios miles de capas atómicas a lo largo de 50 años. Esto es suficiente para destruir toda la vida varias veces. Por ello, a finales de los años 90 se firmó el primer tratado de desarme entre Estados Unidos y Rusia para reducir el riesgo de una catástrofe mundial. Pese a ello, actualmente 9 países cuentan con armas nucleares, llevando su defensa a otro nivel. En este artículo veremos por qué las armas atómicas obtuvieron su poder destructivo y cómo funcionan.
Para comprender todo el poder de las bombas atómicas, es necesario comprender el concepto de radiactividad. Como saben, la unidad estructural más pequeña de materia que constituye el mundo que nos rodea es el átomo. Un átomo, a su vez, consta de un núcleo y algo que gira a su alrededor. El núcleo está formado por neutrones y protones. Los electrones tienen carga negativa y los protones tienen carga positiva. Los neutrones, como su nombre indica, son neutros. Por lo general, la cantidad de neutrones y protones es igual a la cantidad de electrones en un átomo. Sin embargo, bajo la influencia de fuerzas externas, la cantidad de partículas en los átomos de una sustancia puede cambiar.
Solo nos interesa la opción cuando cambia el número de neutrones y se forma un isótopo de la sustancia. Algunos isótopos de una sustancia son estables y se producen de forma natural, mientras que otros son inestables y tienden a descomponerse. Por ejemplo, el carbono tiene 6 neutrones. Además, existe un isótopo de carbono con 7 neutrones, un elemento bastante estable que se encuentra en la naturaleza. Un isótopo de carbono con 8 neutrones ya es un elemento inestable y tiende a desintegrarse. Esto es desintegración radiactiva. En este caso, los núcleos inestables emiten tres tipos de rayos:
1. Los rayos alfa son una corriente bastante inofensiva de partículas alfa que se pueden detener con una fina hoja de papel y no pueden causar daño.
Incluso si los organismos vivos pudieran sobrevivir a los dos primeros, la onda de radiación causa una enfermedad por radiación muy transitoria y mata en cuestión de minutos. Estos daños son posibles en un radio de varios cientos de metros desde la explosión. Hasta unos pocos kilómetros de la explosión, la enfermedad por radiación mata a una persona en unas pocas horas o días. Quienes se encuentran fuera del lugar inmediato de la explosión también pueden estar expuestos a la radiación al comer alimentos e inhalar desde el área contaminada. Además, la radiación no desaparece instantáneamente. Se acumula en el medio ambiente y puede envenenar a los organismos vivos durante muchas décadas después de la explosión.
El daño causado por las armas nucleares es demasiado peligroso para utilizarlo bajo cualquier circunstancia. La población civil sufre inevitablemente y se causan daños irreparables a la naturaleza. Por lo tanto, el principal uso de las bombas nucleares en nuestro tiempo es la disuasión de ataques. Incluso los ensayos de armas nucleares están actualmente prohibidos en la mayor parte de nuestro planeta.
Veamos una ojiva típica (en realidad, puede haber diferencias de diseño entre las ojivas). Se trata de un cono hecho de aleaciones ligeras y duraderas, normalmente titanio. En el interior hay mamparos, marcos y un marco eléctrico, casi como en un avión. El marco eléctrico está cubierto con una carcasa metálica duradera. Se aplica una capa gruesa de revestimiento protector contra el calor a la carcasa. Parece una antigua cesta neolítica, generosamente recubierta de arcilla y cocida en los primeros experimentos del hombre con calor y cerámica. La similitud es fácil de explicar: tanto la cesta como la ojiva deben resistir el calor externo.
Ojiva y su relleno.
Dentro del cono, fijados a sus "asientos", hay dos "pasajeros" principales por cuya causa se puso en marcha todo: una carga termonuclear y una unidad de control de carga, o unidad de automatización. Son sorprendentemente compactos. La unidad de automatización tiene el tamaño de un frasco de pepinos encurtidos de cinco litros y la carga es del tamaño de un cubo de jardín normal. Pesada y pesada, la unión de una lata y un cubo explotará de trescientos cincuenta a cuatrocientos kilotones. Dos pasajeros están unidos entre sí por una conexión, como los gemelos siameses, y a través de esta conexión intercambian algo constantemente. Su diálogo continúa todo el tiempo, incluso cuando el misil está en servicio de combate, incluso cuando estos gemelos recién están siendo transportados desde la planta de fabricación.
También hay un tercer pasajero: una unidad para medir el movimiento de la ojiva o, en general, controlar su vuelo. En el último caso, los controles de trabajo están integrados en la ojiva, lo que permite cambiar la trayectoria. Por ejemplo, accionar sistemas neumáticos o sistemas de polvo. Y también una red eléctrica de a bordo con fuentes de alimentación, líneas de comunicación con el escenario, en forma de cables y conectores protegidos, protección contra pulsos electromagnéticos y un sistema de termostato, que mantiene la temperatura de carga requerida.
La foto muestra la etapa de reproducción del cohete MX (Peacekeeper) y diez ojivas. Este misil lleva mucho tiempo retirado del servicio, pero todavía se utilizan las mismas ojivas (e incluso las más antiguas). Los estadounidenses tienen misiles balísticos con múltiples ojivas instalados únicamente en submarinos.
Después de abandonar el autobús, las ojivas continúan ganando altura y al mismo tiempo corren hacia sus objetivos. Se elevan a los puntos más altos de sus trayectorias y luego, sin frenar su vuelo horizontal, comienzan a deslizarse hacia abajo cada vez más rápido. A una altitud de exactamente cien kilómetros sobre el nivel del mar, cada ojiva cruza la frontera del espacio exterior formalmente designada por el hombre. ¡Ambiente por delante!
viento electrico
Debajo, delante de la ojiva, se encuentra un enorme y brillante contraste con las alturas amenazadoras, cubierto por una neblina azul de oxígeno, cubierto de suspensiones de aerosoles, el vasto e ilimitado quinto océano. Lentamente y apenas perceptiblemente se aleja de los efectos residuales de la separación, la ojiva continúa su descenso a lo largo de una suave trayectoria. Pero entonces una brisa muy inusual sopló suavemente hacia ella. Lo tocó un poco y se hizo visible, cubriendo el cuerpo con una fina ola de brillo blanco azulado pálido que se extendía hacia atrás. Esta ola tiene una temperatura asombrosamente alta, pero aún no quema la ojiva, ya que es demasiado etérea. La brisa que sopla sobre la ojiva es conductora de electricidad. La velocidad del cono es tan alta que literalmente aplasta las moléculas de aire con su impacto en fragmentos cargados eléctricamente, y se produce la ionización del aire por impacto. Esta brisa de plasma se llama flujo hipersónico de alto número de Mach y su velocidad es veinte veces la velocidad del sonido.
Debido a la alta rarefacción, la brisa es casi imperceptible en los primeros segundos. Al crecer y volverse más denso a medida que se adentra en la atmósfera, inicialmente calienta más de lo que ejerce presión sobre la ojiva. Pero poco a poco comienza a apretar su cono con fuerza. El flujo gira primero la punta de la ojiva. No se despliega inmediatamente: el cono se balancea ligeramente hacia adelante y hacia atrás, desacelerando gradualmente sus oscilaciones y finalmente se estabiliza.
Calor en hipersónico
Al condensarse a medida que desciende, el flujo ejerce cada vez más presión sobre la ojiva, ralentizando su vuelo. A medida que disminuye la velocidad, la temperatura disminuye gradualmente. Desde los enormes valores del comienzo de la entrada, el brillo blanco azulado de decenas de miles de Kelvin, hasta el brillo blanco amarillento de cinco a seis mil grados. Esta es la temperatura de las capas superficiales del Sol. El resplandor se vuelve deslumbrante porque la densidad del aire aumenta rápidamente y con ello el calor fluye hacia las paredes de la ojiva. La capa protectora contra el calor se carboniza y comienza a arder.
No arde por la fricción con el aire, como suele decirse incorrectamente. Debido a la enorme velocidad hipersónica del movimiento (ahora quince veces más rápida que el sonido), otro cono diverge en el aire desde la parte superior del cuerpo: una onda de choque, como si encerrara una ojiva. El aire entrante, que ingresa al cono de la onda de choque, se compacta instantáneamente muchas veces y se presiona firmemente contra la superficie de la ojiva. Debido a una compresión abrupta, instantánea y repetida, su temperatura salta inmediatamente a varios miles de grados. La razón de esto es la increíble velocidad de lo que está sucediendo, el extremo dinamismo del proceso. La compresión dinámica del gas del flujo, y no la fricción, es lo que ahora calienta los lados de la ojiva.
La peor parte es la nariz. Allí se forma la mayor compactación del flujo que viene. La zona de este sello se mueve ligeramente hacia adelante, como si se desconectara del cuerpo. Y se queda delante, tomando la forma de una lente gruesa o de almohada. Esta formación se denomina “onda de choque de arco desprendida”. Es varias veces más grueso que el resto de la superficie del cono de la onda de choque alrededor de la ojiva. La compresión frontal del flujo que se aproxima aquí es más fuerte. Por lo tanto, la onda de choque de arco desconectada tiene la temperatura más alta y la densidad de calor más alta. Este pequeño sol quema la punta de la ojiva de forma radiante, resaltando, irradiando calor directamente hacia la punta del casco y provocando quemaduras graves en la punta. Por tanto, existe la capa más gruesa de protección térmica. Es la onda de choque que, en una noche oscura, ilumina la zona a lo largo de muchos kilómetros alrededor de una ojiva que vuela en la atmósfera.
Se vuelve muy poco dulce para los lados. Ahora ellos también están siendo fritos por el insoportable resplandor de la onda expansiva de la cabeza. Y arde con aire comprimido caliente, que se ha convertido en plasma al triturar sus moléculas. Sin embargo, a una temperatura tan alta, el aire se ioniza simplemente calentándolo: sus moléculas se desmoronan por el calor. El resultado es una mezcla de ionización por impacto y plasma de temperatura. Mediante su acción de fricción, este plasma pule la superficie ardiente de la protección térmica, como si se tratara de arena o papel de lija. Se produce una erosión dinámica de gas que consume el revestimiento protector contra el calor.
En ese momento, la ojiva pasó el límite superior de la estratosfera, la estratopausa, y entró en la estratosfera a una altitud de 55 km. Ahora se mueve a velocidades hipersónicas, de diez a doce veces más rápidas que el sonido.
Sobrecargas inhumanas
El ardor severo cambia la geometría de la nariz. El chorro, como el cincel de un escultor, quema una protuberancia central puntiaguda en la cubierta nasal. También aparecen otras características de la superficie debido al desgaste desigual. Los cambios de forma provocan cambios de flujo. Esto cambia la distribución de la presión del aire comprimido en la superficie de la ojiva y el campo de temperatura. Surgen variaciones en la acción de la fuerza del aire en comparación con el flujo calculado, lo que da lugar a una desviación del punto de impacto: se forma una falla. Incluso si es pequeño, digamos doscientos metros, pero el proyectil celestial golpeará el silo de misiles del enemigo con una desviación. O no acertará en absoluto.
Además, el patrón de las superficies de las ondas de choque, las ondas de arco, las presiones y las temperaturas cambia constantemente. La velocidad disminuye gradualmente, pero la densidad del aire aumenta rápidamente: el cono cae cada vez más hacia la estratosfera. Debido a presiones y temperaturas desiguales en la superficie de la ojiva, debido a la rapidez de sus cambios, pueden ocurrir choques térmicos. Son capaces de romper pedazos y pedazos del revestimiento protector contra el calor, lo que introduce nuevos cambios en el patrón de flujo. Y aumenta la desviación del punto de impacto.
Al mismo tiempo, la ojiva puede entrar en oscilaciones frecuentes y espontáneas con un cambio en la dirección de estas oscilaciones de "arriba-abajo" a "derecha-izquierda" y viceversa. Estas autooscilaciones crean aceleraciones locales en diferentes partes de la ojiva. Las aceleraciones varían en dirección y magnitud, lo que complica la imagen del impacto experimentado por la ojiva. Recibe más cargas, asimetría de ondas de choque a su alrededor, campos de temperatura desiguales y otros pequeños placeres que instantáneamente se convierten en grandes problemas.
Pero la corriente que se aproxima tampoco se agota con esto. Debido a la presión tan poderosa del aire comprimido que llega, la ojiva experimenta un enorme efecto de frenado. Se produce una gran aceleración negativa. La ojiva con todas sus partes internas está sometida a una sobrecarga que aumenta rápidamente y es imposible protegerse de la sobrecarga.
Los astronautas no experimentan tales sobrecargas durante el descenso. El vehículo tripulado es menos aerodinámico y no está tan lleno por dentro como la ojiva. Los astronautas no tienen prisa por descender rápidamente. La ojiva es un arma. Debe alcanzar el objetivo lo más rápido posible antes de que la derriben. Y cuanto más rápido vuela, más difícil resulta interceptarlo. El cono tiene la forma del mejor flujo supersónico. Habiendo mantenido una alta velocidad hacia las capas inferiores de la atmósfera, la ojiva encuentra allí una desaceleración muy grande. Por este motivo se necesitan mamparos resistentes y un marco portante. Y "asientos" cómodos para dos pasajeros; de lo contrario, la sobrecarga los arrancará de sus asientos.
Diálogo de gemelos siameses
Por cierto, ¿qué pasa con estos corredores? Ha llegado el momento de recordar a los pasajeros principales, porque ahora no están sentados pasivamente, sino que están atravesando su propio camino difícil, y su diálogo se vuelve más significativo en estos mismos momentos.
La carga se desmontó en piezas durante el transporte. Cuando se instala en una ojiva, se ensambla y, al instalar la ojiva en un misil, se equipa en una configuración completamente lista para el combate (se inserta un iniciador de neutrones pulsados, está equipado con detonadores, etc.). La carga está lista para viajar hasta el objetivo a bordo de la ojiva, pero aún no está lista para explotar. La lógica aquí es clara: la constante preparación de la carga para explotar es innecesaria y teóricamente peligrosa.
Debe transferirse a un estado de preparación para la explosión (cerca del objetivo) mediante complejos algoritmos secuenciales basados en dos principios: confiabilidad del movimiento hacia la explosión y control del proceso. El sistema de detonación transfiere la carga a niveles de preparación cada vez más altos de manera estrictamente oportuna. Y cuando la carga completamente preparada salga de la unidad de control para detonar, la explosión se producirá de inmediato, instantáneamente. Una ojiva que vuele a la velocidad de una bala de francotirador recorrerá solo un par de centésimas de milímetro, sin tener tiempo de moverse en el espacio ni siquiera el grosor de un cabello humano, cuando comienza, se desarrolla, pasa por completo y en su carga una reacción termonuclear. se completa, liberando toda la energía normal.
Destello final
Habiendo cambiado mucho tanto por fuera como por dentro, la ojiva pasó a la troposfera, los últimos diez kilómetros de altitud. Ella disminuyó mucho la velocidad. El vuelo hipersónico ha degenerado a velocidades supersónicas de tres a cuatro unidades Mach. La ojiva ya brilla débilmente, se desvanece y se acerca al objetivo.
Rara vez se planifica una explosión en la superficie de la Tierra, sólo en objetos enterrados bajo tierra, como por ejemplo silos de misiles. La mayoría de los objetivos se encuentran en la superficie. Y para su mayor destrucción, la detonación se realiza a una determinada altura, dependiendo de la potencia de la carga. Para veinte kilotones tácticos, esto es 400-600 m. Para un megatón estratégico, la altura de explosión óptima es 1200 m. La explosión provoca que dos ondas recorran la zona. Más cerca del epicentro, la onda expansiva llegará antes. Caerá y se reflejará rebotando hacia los lados, donde se fusionará con la nueva ola que acaba de llegar aquí desde arriba, desde el punto de explosión. Dos ondas, que inciden desde el centro de la explosión y se reflejan desde la superficie, se suman y forman la onda de choque más poderosa en la capa terrestre, el principal factor de destrucción.
Durante los lanzamientos de prueba, la ojiva suele llegar al suelo sin obstáculos. A bordo hay medio quintal de explosivos, que se detonan al caer. ¿Para qué? En primer lugar, la ojiva es un objeto secreto y debe destruirse de forma segura después de su uso. En segundo lugar, esto es necesario para los sistemas de medición del lugar de prueba, para detectar rápidamente el punto de impacto y medir las desviaciones.
Un cráter humeante de varios metros completa la imagen. Pero antes de eso, un par de kilómetros antes del impacto, desde la ojiva de prueba se dispara un casete de almacenamiento blindado que registra todo lo que se registró a bordo durante el vuelo. Esta unidad flash blindada protegerá contra la pérdida de información a bordo. La encontrarán más tarde, cuando llegue un helicóptero con un grupo de búsqueda especial. Y registrarán los resultados de un vuelo fantástico.
El primer misil balístico intercontinental con ojiva nuclear
El primer misil balístico intercontinental del mundo con una ojiva nuclear fue el soviético R-7. Llevaba una ojiva de tres megatones y podía alcanzar objetivos a una distancia de hasta 11.000 km (modificación 7-A). La creación de S.P. Aunque Korolev fue puesto en servicio, resultó ineficaz como misil militar debido a la incapacidad de permanecer en servicio de combate durante mucho tiempo sin reabastecimiento adicional de combustible con un oxidante (oxígeno líquido). Pero el R-7 (y sus numerosas modificaciones) jugó un papel destacado en la exploración espacial.
La primera ojiva de un misil balístico intercontinental con múltiples ojivas
El primer misil balístico intercontinental del mundo con una ojiva múltiple fue el misil estadounidense LGM-30 Minuteman III, cuyo despliegue comenzó en 1970. En comparación con la modificación anterior, la ojiva W-56 fue reemplazada por tres ojivas ligeras W-62 instaladas en la etapa de cría. Por lo tanto, el misil podría alcanzar tres objetivos separados o concentrar las tres ojivas para atacar uno. Actualmente, sólo queda una ojiva en todos los misiles Minuteman III como parte de la iniciativa de desarme.
Ojiva de rendimiento variable
Desde principios de la década de 1960, se han desarrollado tecnologías para crear ojivas termonucleares con rendimiento variable. Entre ellos se incluye, por ejemplo, la ojiva W80, que se instaló, en particular, en el misil Tomahawk. Estas tecnologías fueron creadas para cargas termonucleares construidas según el esquema Teller-Ulam, donde la reacción de fisión de isótopos de uranio o plutonio desencadena una reacción de fusión (es decir, una explosión termonuclear). El cambio de poder se produjo al hacer ajustes en la interacción de las dos etapas.
PD. También me gustaría añadir que allí arriba las unidades de interferencia también están trabajando en su tarea, se liberan objetivos falsos y, además, las unidades de refuerzo y/o el autobús son volados después de la retirada para aumentar el número de objetivos. en los radares y sobrecargar el sistema de defensa antimisiles.
El dispositivo y el principio de funcionamiento se basan en la inicialización y control de una reacción nuclear autosostenida. Se utiliza como herramienta de investigación, para producir isótopos radiactivos y como fuente de energía para centrales nucleares.
principio de funcionamiento (brevemente)
Esto utiliza un proceso en el que un núcleo pesado se descompone en dos fragmentos más pequeños. Estos fragmentos se encuentran en un estado muy excitado y emiten neutrones, otras partículas subatómicas y fotones. Los neutrones pueden provocar nuevas fisiones, lo que provocará que se emitan más, y así sucesivamente. Esta serie continua y autosostenida de escisiones se denomina reacción en cadena. Esto libera una gran cantidad de energía, cuya producción es el objetivo del uso de centrales nucleares.
El principio de funcionamiento de un reactor nuclear es tal que aproximadamente el 85% de la energía de fisión se libera en un período de tiempo muy corto después del inicio de la reacción. El resto se produce por la desintegración radiactiva de los productos de fisión después de que hayan emitido neutrones. La desintegración radiactiva es un proceso en el que un átomo alcanza un estado más estable. Continúa después de que se completa la división.
En una bomba atómica, la reacción en cadena aumenta en intensidad hasta que la mayor parte del material se fisiona. Esto sucede muy rápidamente y produce las explosiones extremadamente poderosas típicas de este tipo de bombas. El diseño y principio de funcionamiento de un reactor nuclear se basan en mantener una reacción en cadena a un nivel controlado, casi constante. Está diseñado de tal manera que no puede explotar como una bomba atómica.
Reacción en cadena y criticidad
La física de un reactor de fisión nuclear es que la reacción en cadena está determinada por la probabilidad de que el núcleo se divida después de que se emiten neutrones. Si la población de este último disminuye, entonces la tasa de división eventualmente caerá a cero. En este caso, el reactor estará en un estado subcrítico. Si la población de neutrones se mantiene a un nivel constante, la tasa de fisión permanecerá estable. El reactor estará en estado crítico. Finalmente, si la población de neutrones crece con el tiempo, la tasa de fisión y la potencia aumentarán. El estado del núcleo se volverá supercrítico.
El principio de funcionamiento de un reactor nuclear es el siguiente. Antes de su lanzamiento, la población de neutrones es cercana a cero. Luego, los operadores retiran las barras de control del núcleo, lo que aumenta la fisión nuclear, lo que empuja temporalmente al reactor a un estado supercrítico. Después de alcanzar la potencia nominal, los operadores devuelven parcialmente las barras de control, ajustando el número de neutrones. Posteriormente, el reactor se mantiene en una condición crítica. Cuando es necesario detenerlo, los operadores insertan las varillas hasta el final. Esto suprime la fisión y transfiere el núcleo a un estado subcrítico.
Tipos de reactores
La mayoría de las centrales nucleares del mundo son centrales eléctricas que generan el calor necesario para hacer girar turbinas que impulsan generadores de energía eléctrica. También hay muchos reactores de investigación y algunos países tienen submarinos o barcos de superficie propulsados por energía atómica.
Instalaciones energéticas
Existen varios tipos de reactores de este tipo, pero el diseño de agua ligera es el más utilizado. A su vez, puede utilizar agua a presión o agua hirviendo. En el primer caso, el líquido a alta presión se calienta mediante el calor del núcleo y ingresa al generador de vapor. Allí, el calor del circuito primario se transfiere al circuito secundario, que también contiene agua. El vapor finalmente generado sirve como fluido de trabajo en el ciclo de la turbina de vapor.
El reactor de agua en ebullición funciona según el principio de un ciclo energético directo. El agua que pasa por el núcleo se lleva a ebullición a presión media. El vapor saturado pasa a través de una serie de separadores y secadores ubicados en la vasija del reactor, lo que provoca que se sobrecaliente. Luego, el vapor de agua sobrecalentado se utiliza como fluido de trabajo para hacer girar la turbina.
Refrigerado por gas de alta temperatura
Un reactor de alta temperatura refrigerado por gas (HTGR) es un reactor nuclear cuyo principio de funcionamiento se basa en el uso de una mezcla de grafito y microesferas de combustible como combustible. Hay dos diseños en competencia:
- un sistema de "llenado" alemán que utiliza elementos combustibles esféricos con un diámetro de 60 mm, que son una mezcla de grafito y combustible en una carcasa de grafito;
- la versión americana en forma de prismas hexagonales de grafito que se entrelazan para crear un núcleo.
En ambos casos, el refrigerante está compuesto de helio bajo una presión de unas 100 atmósferas. En el sistema alemán, el helio pasa a través de huecos en la capa de elementos combustibles esféricos, y en el sistema americano, a través de orificios en prismas de grafito ubicados a lo largo del eje de la zona central del reactor. Ambas opciones pueden funcionar a temperaturas muy altas, ya que el grafito tiene una temperatura de sublimación extremadamente alta y el helio es completamente inerte químicamente. El helio caliente se puede aplicar directamente como fluido de trabajo en una turbina de gas a alta temperatura, o su calor se puede utilizar para generar vapor del ciclo del agua.
Metal líquido y principio de funcionamiento.
Los reactores rápidos refrigerados por sodio recibieron mucha atención en los años 1960 y 1970. Parecía entonces que pronto se necesitarían sus capacidades reproductivas para producir combustible para la industria nuclear en rápida expansión. Cuando en la década de 1980 quedó claro que esta expectativa no era realista, el entusiasmo decayó. Sin embargo, se han construido varios reactores de este tipo en EE.UU., Rusia, Francia, Gran Bretaña, Japón y Alemania. La mayoría de ellos funcionan con dióxido de uranio o su mezcla con dióxido de plutonio. En Estados Unidos, sin embargo, el mayor éxito se ha logrado con los combustibles metálicos.
CANDU
Canadá está centrando sus esfuerzos en reactores que utilizan uranio natural. Esto elimina la necesidad de recurrir a los servicios de otros países para enriquecerlo. El resultado de esta política fue el reactor de deuterio-uranio (CANDU). Se controla y se enfría con agua pesada. El diseño y principio de funcionamiento de un reactor nuclear consiste en utilizar un depósito de D 2 O frío a presión atmosférica. El núcleo está perforado por tubos de una aleación de circonio que contiene combustible de uranio natural, por los que circula agua pesada que lo enfría. La electricidad se produce transfiriendo el calor de fisión del agua pesada a un refrigerante que circula a través de un generador de vapor. El vapor del circuito secundario pasa luego por un ciclo de turbina convencional.
Facilidades de ivestigación
Para la investigación científica, se utiliza con mayor frecuencia un reactor nuclear, cuyo principio de funcionamiento es utilizar refrigeración por agua y elementos combustibles de uranio en forma de placas en forma de conjuntos. Capaz de funcionar en una amplia gama de niveles de potencia, desde varios kilovatios hasta cientos de megavatios. Dado que la generación de energía no es el objetivo principal de los reactores de investigación, se caracterizan por la energía térmica producida, la densidad y la energía nominal de los neutrones del núcleo. Son estos parámetros los que ayudan a cuantificar la capacidad de un reactor de investigación para realizar investigaciones específicas. Los sistemas de baja potencia se encuentran normalmente en las universidades y se utilizan para la enseñanza, mientras que los sistemas de alta potencia se necesitan en laboratorios de investigación para pruebas de materiales y rendimiento e investigaciones en general.
El más común es un reactor nuclear de investigación, cuya estructura y principio de funcionamiento es el siguiente. Su núcleo está situado en el fondo de un gran charco de agua profundo. Esto simplifica la observación y colocación de canales a través de los cuales se pueden dirigir los haces de neutrones. A niveles de potencia bajos, no es necesario bombear refrigerante ya que la convección natural del refrigerante proporciona suficiente eliminación de calor para mantener condiciones de funcionamiento seguras. El intercambiador de calor suele estar situado en la superficie o en la parte superior de la piscina donde se acumula el agua caliente.
Instalaciones navales
La aplicación original y principal de los reactores nucleares es su uso en submarinos. Su principal ventaja es que, a diferencia de los sistemas de combustión de combustibles fósiles, no necesitan aire para generar electricidad. Por tanto, un submarino nuclear puede permanecer sumergido durante largos periodos de tiempo, mientras que un submarino diésel-eléctrico convencional debe subir periódicamente a la superficie para encender sus motores en el aire. Da una ventaja estratégica a los buques de guerra. Gracias a ello, no es necesario repostar en puertos extranjeros o en buques cisterna fácilmente vulnerables.
Se clasifica el principio de funcionamiento de un reactor nuclear en un submarino. Sin embargo, se sabe que en EE.UU. se utiliza uranio muy enriquecido y se frena y se enfría con agua ligera. El diseño del primer reactor submarino nuclear, el USS Nautilus, estuvo fuertemente influenciado por poderosas instalaciones de investigación. Sus características únicas son una reserva de reactividad muy grande, que garantiza un largo período de funcionamiento sin repostar y la capacidad de reiniciar después de una parada. La central eléctrica de los submarinos debe ser muy silenciosa para evitar ser detectada. Para satisfacer las necesidades específicas de diferentes clases de submarinos, se crearon diferentes modelos de centrales eléctricas.
Los portaaviones de la Armada de los EE. UU. utilizan un reactor nuclear, cuyo principio de funcionamiento se cree que está tomado de los submarinos más grandes. Los detalles de su diseño tampoco se han publicado.
Además de Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Rusia, China e India tienen submarinos nucleares. En cada caso, el diseño no fue revelado, pero se cree que todos son muy similares; esto es consecuencia de los mismos requisitos para sus características técnicas. Rusia también tiene una pequeña flota que utiliza los mismos reactores que los submarinos soviéticos.
Instalaciones industriales
Para fines de producción se utiliza un reactor nuclear, cuyo principio de funcionamiento es una alta productividad con una baja producción de energía. Esto se debe al hecho de que una estancia prolongada de plutonio en el núcleo conduce a la acumulación de 240 Pu no deseado.
Producción de tritio
Actualmente, el principal material producido por estos sistemas es el tritio (3H o T); la carga de plutonio-239 tiene una larga vida media de 24.100 años, por lo que los países con arsenales de armas nucleares que utilizan este elemento tienden a tener más cantidad. de lo necesario. A diferencia del 239 Pu, el tritio tiene una vida media de aproximadamente 12 años. Por tanto, para mantener los suministros necesarios, este isótopo radiactivo del hidrógeno debe producirse de forma continua. En Estados Unidos, Savannah River (Carolina del Sur), por ejemplo, opera varios reactores de agua pesada que producen tritio.
Unidades de energía flotantes
Se han creado reactores nucleares que pueden proporcionar electricidad y calefacción con vapor a zonas remotas y aisladas. En Rusia, por ejemplo, se han utilizado pequeñas centrales eléctricas diseñadas específicamente para dar servicio a los asentamientos árticos. En China, el HTR-10 de 10 MW proporciona calor y energía al instituto de investigación donde está ubicado. En Suecia y Canadá se están desarrollando pequeños reactores controlados automáticamente con capacidades similares. Entre 1960 y 1972, el ejército estadounidense utilizó reactores de agua compactos para alimentar bases remotas en Groenlandia y la Antártida. Fueron reemplazadas por centrales eléctricas alimentadas con petróleo.
Conquista del espacio
Además, se desarrollaron reactores para el suministro de energía y el movimiento en el espacio exterior. Entre 1967 y 1988, la Unión Soviética instaló pequeñas unidades nucleares en sus satélites de la serie Cosmos para alimentar equipos y telemetría, pero la política se convirtió en blanco de críticas. Al menos uno de estos satélites entró en la atmósfera terrestre, provocando contaminación radiactiva en zonas remotas de Canadá. Estados Unidos lanzó sólo un satélite de propulsión nuclear, en 1965. Sin embargo, se siguen desarrollando proyectos para su uso en vuelos espaciales de larga distancia, exploración tripulada de otros planetas o en una base lunar permanente. Se tratará necesariamente de un reactor nuclear de metal líquido o refrigerado por gas, cuyos principios físicos proporcionarán la temperatura más alta posible necesaria para minimizar el tamaño del radiador. Además, un reactor para tecnología espacial debe ser lo más compacto posible para minimizar la cantidad de material utilizado como blindaje y reducir el peso durante el lanzamiento y los vuelos espaciales. El suministro de combustible garantizará el funcionamiento del reactor durante todo el vuelo espacial.
La aparición de un arma tan poderosa como la bomba nuclear fue el resultado de la interacción de factores globales de naturaleza objetiva y subjetiva. Objetivamente, su creación fue provocada por el rápido desarrollo de la ciencia, que comenzó con los descubrimientos fundamentales de la física en la primera mitad del siglo XX. El factor subjetivo más fuerte fue la situación político-militar de los años 40, cuando los países de la coalición anti-Hitler (Estados Unidos, Gran Bretaña, la URSS) intentaron adelantarse unos a otros en el desarrollo de armas nucleares.
Requisitos previos para la creación de una bomba nuclear.
El punto de partida del camino científico hacia la creación de armas atómicas fue 1896, cuando el químico francés A. Becquerel descubrió la radiactividad del uranio. Fue la reacción en cadena de este elemento la que formó la base para el desarrollo de armas terribles.
A finales del siglo XIX y las primeras décadas del XX, los científicos descubrieron los rayos alfa, beta y gamma, descubrieron muchos isótopos radiactivos de elementos químicos, la ley de la desintegración radiactiva y sentaron las bases para el estudio de la isometría nuclear. . En la década de 1930 se conocieron el neutrón y el positrón y el núcleo de un átomo de uranio se dividió por primera vez con la absorción de neutrones. Este fue el impulso para el inicio de la creación de armas nucleares. El primero en inventar y patentar el diseño de una bomba nuclear en 1939 fue el físico francés Frédéric Joliot-Curie.
Como resultado de un mayor desarrollo, las armas nucleares se han convertido en un fenómeno político-militar y estratégico sin precedentes históricos, capaz de garantizar la seguridad nacional del Estado poseedor y minimizar las capacidades de todos los demás sistemas de armas.
El diseño de una bomba atómica consta de varios componentes diferentes, entre los que se distinguen dos principales:
- marco,
- sistema de automatizacion.
El automatismo, junto con la carga nuclear, se ubica en una carcasa que los protege de diversas influencias (mecánicas, térmicas, etc.). El sistema de automatización controla que la explosión se produzca en un momento estrictamente especificado. Consta de los siguientes elementos:
- explosión de emergencia;
- dispositivo de seguridad y amartillado;
- fuente de alimentación;
- cargar sensores de explosión.
El lanzamiento de cargas atómicas se realiza mediante misiles de aviación, balísticos y de crucero. En este caso, las armas nucleares pueden ser un elemento de una mina terrestre, un torpedo, una bomba aérea, etc.
Los sistemas de detonación de bombas nucleares varían. El más simple es un dispositivo de inyección, en el que el impulso de la explosión se produce en el objetivo y la posterior formación de una masa supercrítica.
Otra característica de las armas atómicas es el tamaño del calibre: pequeño, mediano, grande. Muy a menudo, la potencia de una explosión se caracteriza en equivalente de TNT. Un arma nuclear de pequeño calibre implica una potencia de carga de varios miles de toneladas de TNT. El calibre medio ya equivale a decenas de miles de toneladas de TNT, el calibre grande se mide en millones.
Principio de operación
El diseño de la bomba atómica se basa en el principio de utilizar la energía nuclear liberada durante una reacción nuclear en cadena. Este es el proceso de fisión de núcleos pesados o fusión de núcleos ligeros. Debido a la liberación de una enorme cantidad de energía intranuclear en el menor tiempo posible, una bomba nuclear se clasifica como arma de destrucción masiva.
Durante este proceso, hay dos lugares clave:
- el centro de una explosión nuclear en el que tiene lugar directamente el proceso;
- el epicentro, que es la proyección de este proceso sobre la superficie (tierra o agua).
Una explosión nuclear libera tal cantidad de energía que, cuando se proyecta al suelo, provoca temblores sísmicos. Su alcance es muy amplio, pero a una distancia de sólo unos cientos de metros se producen daños importantes al medio ambiente.
Las armas atómicas tienen varios tipos de destrucción:
- radiación de luz,
- contaminación radioactiva,
- onda de choque,
- radiación penetrante,
- pulso electromagnetico.
Una explosión nuclear va acompañada de un destello brillante, que se forma debido a la liberación de una gran cantidad de luz y energía térmica. La potencia de este destello es muchas veces mayor que la potencia de los rayos solares, por lo que el peligro de daños causados por la luz y el calor se extiende a lo largo de varios kilómetros.
Otro factor muy peligroso en el impacto de una bomba nuclear es la radiación generada durante la explosión. Sólo actúa durante los primeros 60 segundos, pero tiene el máximo poder de penetración.
La onda de choque tiene un gran poder y un importante efecto destructivo, por lo que en cuestión de segundos causa enormes daños a personas, equipos y edificios.
La radiación penetrante es peligrosa para los organismos vivos y provoca el desarrollo de enfermedades por radiación en los seres humanos. El pulso electromagnético afecta únicamente a los equipos.
Todos estos tipos de daños juntos hacen de la bomba atómica un arma muy peligrosa.
Primeras pruebas de bombas nucleares
Estados Unidos fue el primero en mostrar el mayor interés en las armas atómicas. A finales de 1941, el país asignó enormes fondos y recursos para la creación de armas nucleares. El resultado del trabajo fueron las primeras pruebas de una bomba atómica con el dispositivo explosivo Gadget, que tuvieron lugar el 16 de julio de 1945 en el estado estadounidense de Nuevo México.
Ha llegado el momento de que Estados Unidos actúe. Para llevar la Segunda Guerra Mundial a un final victorioso, se decidió derrotar al aliado de Alemania de Hitler, Japón. El Pentágono seleccionó objetivos para los primeros ataques nucleares, en los que Estados Unidos quería demostrar cuán poderosas eran las armas que poseía.
El 6 de agosto del mismo año, la primera bomba atómica, llamada "Baby", fue lanzada sobre la ciudad japonesa de Hiroshima, y el 9 de agosto, una bomba llamada "Fat Man" cayó sobre Nagasaki.
El golpe en Hiroshima se consideró perfecto: el artefacto nuclear explotó a una altitud de 200 metros. La onda expansiva derribó las estufas de las casas japonesas calentadas con carbón. Esto provocó numerosos incendios incluso en zonas urbanas alejadas del epicentro.
Al destello inicial le siguió una ola de calor que duró segundos, pero su potencia, que abarcó un radio de 4 kilómetros, derritió tejas y cuarzo en losas de granito e incineró postes de telégrafo. A la ola de calor le siguió una onda expansiva. La velocidad del viento era de 800 km/h y su ráfaga destruyó casi todo lo que había en la ciudad. De los 76 mil edificios, 70 mil quedaron completamente destruidos.
Unos minutos más tarde empezó a caer una extraña lluvia de grandes gotas negras. Fue causado por la condensación formada en las capas más frías de la atmósfera a partir de vapor y cenizas.
Las personas atrapadas en la bola de fuego a una distancia de 800 metros fueron quemadas y convertidas en polvo. A algunos les arrancaron la piel quemada por la onda expansiva. Gotas de lluvia radiactiva negra dejaron quemaduras incurables.
Los supervivientes enfermaron de una enfermedad hasta entonces desconocida. Comenzaron a experimentar náuseas, vómitos, fiebre y ataques de debilidad. El nivel de glóbulos blancos en la sangre disminuyó drásticamente. Estos fueron los primeros signos de enfermedad por radiación.
Tres días después del bombardeo de Hiroshima, se lanzó una bomba sobre Nagasaki. Tenía el mismo poder y provocó consecuencias similares.
Dos bombas atómicas destruyeron a cientos de miles de personas en segundos. La primera ciudad fue prácticamente borrada de la faz de la tierra por la onda expansiva. Más de la mitad de los civiles (unas 240 mil personas) murieron inmediatamente a causa de las heridas. Muchas personas estuvieron expuestas a la radiación, lo que provocó enfermedades por radiación, cáncer e infertilidad. En Nagasaki, 73 mil personas fueron asesinadas en los primeros días, y después de un tiempo, otros 35 mil habitantes murieron en gran agonía.
Vídeo: pruebas de bombas nucleares.
Pruebas de RDS-37
Creación de la bomba atómica en Rusia.
Las consecuencias de los bombardeos y la historia de los habitantes de las ciudades japonesas conmocionaron a I. Stalin. Quedó claro que crear nuestras propias armas nucleares es una cuestión de seguridad nacional. El 20 de agosto de 1945 inició sus trabajos en Rusia el Comité de Energía Atómica, encabezado por L. Beria.
En la URSS se llevan a cabo investigaciones sobre física nuclear desde 1918. En 1938 se creó en la Academia de Ciencias una comisión sobre el núcleo atómico. Pero con el estallido de la guerra, casi todo el trabajo en esta dirección fue suspendido.
En 1943, los oficiales de inteligencia soviéticos trasladados desde Inglaterra clasificaron los trabajos científicos sobre la energía atómica, de lo que se deduce que la creación de la bomba atómica en Occidente había avanzado mucho. Al mismo tiempo, se introdujeron agentes fiables en varios centros de investigación nuclear estadounidenses en Estados Unidos. Transmitieron información sobre la bomba atómica a los científicos soviéticos.
Los términos de referencia para el desarrollo de dos versiones de la bomba atómica fueron elaborados por su creador y uno de los supervisores científicos, Yu Khariton. De acuerdo con él, se planeó crear un RDS ("motor a reacción especial") con índices 1 y 2:
- RDS-1 es una bomba con carga de plutonio, que debía detonarse mediante compresión esférica. Su dispositivo fue entregado a la inteligencia rusa.
- RDS-2 es una bomba de cañón con dos partes de una carga de uranio, que debe converger en el cañón del arma hasta que se cree una masa crítica.
En la historia del famoso RDS, la decodificación más común, "Rusia lo hace ella misma", fue inventada por el adjunto de trabajo científico de Yu Khariton, K. Shchelkin. Estas palabras transmitieron con mucha precisión la esencia del trabajo.
La información de que la URSS había dominado los secretos de las armas nucleares provocó que Estados Unidos se apresurara a iniciar rápidamente una guerra preventiva. En julio de 1949 apareció el plan troyano, según el cual las hostilidades comenzarían el 1 de enero de 1950. La fecha del ataque se trasladó entonces al 1 de enero de 1957, con la condición de que todos los países de la OTAN entraran en la guerra.
La información recibida a través de canales de inteligencia aceleró el trabajo de los científicos soviéticos. Según los expertos occidentales, las armas nucleares soviéticas no podrían haberse creado antes de 1954-1955. Sin embargo, la prueba de la primera bomba atómica tuvo lugar en la URSS a finales de agosto de 1949.
En el polígono de pruebas de Semipalatinsk el 29 de agosto de 1949, explotó el dispositivo nuclear RDS-1, la primera bomba atómica soviética, inventada por un equipo de científicos dirigido por I. Kurchatov y Yu Khariton. La explosión tuvo una potencia de 22 kt. El diseño de la carga imitaba al "Fat Man" estadounidense y el relleno electrónico fue creado por científicos soviéticos.
El plan troyano, según el cual los estadounidenses iban a lanzar bombas atómicas sobre 70 ciudades de la URSS, se vio frustrado debido a la probabilidad de un ataque de represalia. El evento en el sitio de pruebas de Semipalatinsk informó al mundo que la bomba atómica soviética puso fin al monopolio estadounidense sobre la posesión de nuevas armas. Este invento destruyó por completo el plan militarista de Estados Unidos y la OTAN e impidió el desarrollo de la Tercera Guerra Mundial. Ha comenzado una nueva historia: una era de paz mundial, que existe bajo la amenaza de una destrucción total.
"Club Nuclear" del mundo
El club nuclear es un símbolo de varios estados que poseen armas nucleares. Hoy tenemos tales armas:
- en los EE.UU. (desde 1945)
- en Rusia (originalmente URSS, desde 1949)
- en Gran Bretaña (desde 1952)
- en Francia (desde 1960)
- en China (desde 1964)
- en India (desde 1974)
- en Pakistán (desde 1998)
- en Corea del Norte (desde 2006)
También se considera que Israel tiene armas nucleares, aunque los dirigentes del país no hacen comentarios sobre su presencia. Además, las armas nucleares estadounidenses están ubicadas en el territorio de los estados miembros de la OTAN (Alemania, Italia, Turquía, Bélgica, Países Bajos, Canadá) y aliados (Japón, Corea del Sur, a pesar de la negativa oficial).
Kazajstán, Ucrania y Bielorrusia, que poseían parte de las armas nucleares tras el colapso de la URSS, las transfirieron en los años 90 a Rusia, que se convirtió en la única heredera del arsenal nuclear soviético.
Las armas atómicas (nucleares) son el instrumento más poderoso de la política global, que ha entrado firmemente en el arsenal de las relaciones entre estados. Por un lado, es un medio eficaz de disuasión; por otro, es un argumento poderoso para prevenir conflictos militares y fortalecer la paz entre las potencias propietarias de estas armas. Este es un símbolo de toda una era en la historia de la humanidad y de las relaciones internacionales, que debe manejarse con mucha prudencia.
Vídeo: Museo de Armas Nucleares
Vídeo sobre la bomba zar rusa
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Es uno de los procesos más asombrosos, misteriosos y terribles. El principio de funcionamiento de las armas nucleares se basa en una reacción en cadena. Este es un proceso cuyo propio progreso inicia su continuación. El principio de funcionamiento de una bomba de hidrógeno se basa en la fusión.
Bomba atómicaLos núcleos de algunos isótopos de elementos radiactivos (plutonio, californio, uranio y otros) son capaces de desintegrarse mientras capturan un neutrón. Después de esto, se liberan dos o tres neutrones más. La destrucción del núcleo de un átomo en condiciones ideales puede provocar la desintegración de dos o tres más, que, a su vez, pueden iniciar otros átomos. Etcétera. Se produce un proceso de destrucción similar a una avalancha de un número cada vez mayor de núcleos, liberando una cantidad gigantesca de energía para romper los enlaces atómicos. Durante una explosión se liberan enormes energías en un período de tiempo extremadamente corto. Esto sucede en un momento. Por eso la explosión de una bomba atómica es tan poderosa y destructiva.
Para iniciar una reacción en cadena, la cantidad de sustancia radiactiva debe exceder una masa crítica. Obviamente, es necesario tomar varias partes de uranio o plutonio y combinarlas en una sola. Sin embargo, esto no es suficiente para provocar la explosión de una bomba atómica, porque la reacción se detendrá antes de que se libere suficiente energía o el proceso avanzará lentamente. Para lograr el éxito, es necesario no sólo superar la masa crítica de la sustancia, sino también en un período de tiempo extremadamente corto. Lo mejor es utilizar varios. Esto se consigue utilizando otros, y alternando explosivos rápidos y lentos.
La primera prueba nuclear se llevó a cabo en julio de 1945 en Estados Unidos, cerca de la localidad de Almogordo. En agosto del mismo año, los estadounidenses utilizaron estas armas contra Hiroshima y Nagasaki. La explosión de una bomba atómica en la ciudad provocó una terrible destrucción y la muerte de la mayor parte de la población. En la URSS, las armas atómicas fueron creadas y probadas en 1949.
bomba H
Es un arma con un poder destructivo muy grande. El principio de su funcionamiento se basa en la síntesis de núcleos de helio más pesados a partir de átomos de hidrógeno más ligeros. Esto libera una gran cantidad de energía. Esta reacción es similar a los procesos que ocurren en el Sol y otras estrellas. La fusión termonuclear se produce más fácilmente utilizando isótopos de hidrógeno (tritio, deuterio) y litio.
Los estadounidenses probaron la primera ojiva de hidrógeno en 1952. En el sentido moderno, este dispositivo difícilmente puede llamarse bomba. Era un edificio de tres pisos lleno de deuterio líquido. La primera explosión de una bomba de hidrógeno en la URSS se produjo seis meses después. La munición termonuclear soviética RDS-6 fue detonada en agosto de 1953 cerca de Semipalatinsk. La URSS probó en 1961 la bomba de hidrógeno más grande, con una potencia de 50 megatones (Tsar Bomba). La ola después de la explosión de la munición dio la vuelta al planeta tres veces.
