Comment sont fabriquées les bombes nucléaires. Comment fonctionne un réacteur nucléaire (nucléaire) ?

La majeure partie d'un missile balistique intercontinental, des dizaines de mètres et des tonnes d'alliages ultra-résistants, du carburant de haute technologie et une électronique de pointe ne sont nécessaires que pour une seule chose : livrer l'ogive à destination : un cône d'un mètre et demi de haut. et aussi épais à la base qu'un torse humain.

Regardons une ogive typique (en réalité, il peut y avoir des différences de conception entre les ogives). Il s'agit d'un cône fabriqué à partir d'alliages légers et durables. À l'intérieur, il y a des cloisons, des cadres, un châssis de puissance - presque tout est comme dans un avion. Le cadre électrique est recouvert d’un boîtier métallique durable. Une épaisse couche de revêtement de protection thermique est appliquée sur le boîtier. Il ressemble à un ancien panier néolithique, généreusement recouvert d'argile et cuit lors des premières expériences de l'homme avec la chaleur et la céramique. La similitude est facile à expliquer : le panier et l’ogive doivent résister à la chaleur extérieure.

À l'intérieur du cône, fixés à leurs « sièges », se trouvent deux « passagers » principaux pour lesquels tout a été déclenché : une charge thermonucléaire et une unité de contrôle de charge, ou unité d'automatisation. Ils sont étonnamment compacts. L'unité d'automatisation a la taille d'un pot de cinq litres de concombres marinés et la charge a la taille d'un seau de jardin ordinaire. Lourd et pesant, l'union d'un bidon et d'un seau fera exploser trois cent cinquante à quatre cents kilotonnes. Deux passagers sont reliés entre eux par une connexion, comme des jumeaux siamois, et grâce à cette connexion, ils échangent constamment quelque chose. Leur dialogue se poursuit en permanence, même lorsque le missile est en service de combat, même lorsque ces jumeaux viennent tout juste d'être transportés depuis l'usine de fabrication.

Il existe également un troisième passager - une unité permettant de mesurer le mouvement de l'ogive ou de contrôler généralement son vol. DANS ce dernier cas des commandes de travail sont intégrées à l'ogive, vous permettant de modifier la trajectoire. Par exemple, actionner des systèmes pneumatiques ou des systèmes de poudre. Et aussi le réseau électrique de bord avec alimentations, lignes de communication avec la scène, sous forme de fils et connecteurs protégés, protection contre impulsion électromagnétique et un système de thermostatisation - maintenant la température de charge requise.

La technologie par laquelle les ogives sont séparées du missile et placées sur leur propre trajectoire est distincte gros sujet, sur lequel vous pouvez écrire des livres.

Tout d’abord, expliquons ce qu’est « juste une unité de combat ». Il s’agit d’un dispositif qui abrite physiquement une charge thermonucléaire à bord d’un missile balistique intercontinental. La fusée est dotée d'une ogive, qui peut contenir une, deux ou plusieurs ogives. S'il y en a plusieurs, l'ogive est appelée ogive multiple (MIRV).

À l'intérieur du MIRV se trouve une unité très complexe (on l'appelle aussi plate-forme de désengagement) qui, après avoir été lancée par un lanceur hors de l'atmosphère, commence à effectuer un certain nombre d'actions programmées pour le guidage individuel et la séparation des ogives situées sur il; s'aligner dans l'espace formations de combatà partir de blocs et de leurres, qui sont également initialement situés sur la plate-forme. Ainsi, chaque bloc est placé sur une trajectoire qui lui assure d’atteindre une cible donnée à la surface de la Terre.

Les unités de combat sont différentes. Ceux qui se déplacent le long de trajectoires balistiques après s'être séparés de la plate-forme sont dits incontrôlables. Les ogives contrôlées, après la séparation, commencent à « vivre leur propre vie ». Ils sont équipés de moteurs de contrôle d'attitude pour les manœuvres dans l'espace, de gouvernes aérodynamiques pour contrôler le vol dans l'atmosphère et ont à bord système inertiel des commandes, plusieurs appareils informatiques, un radar avec son propre ordinateur... Et bien sûr, une charge de combat.

Une ogive virtuellement contrôlable combine les propriétés d'un drone vaisseau spatial et un avion hypersonique sans pilote. Cet appareil doit effectuer de manière autonome toutes les actions aussi bien dans l’espace que pendant le vol dans l’atmosphère.

Après séparation de la plate-forme de reproduction, l'ogive vole relativement longtemps à très haute altitude - dans l'espace. A cette époque, le système de contrôle de l'unité effectue toute une série de réorientations afin de créer les conditions permettant de déterminer avec précision ses propres paramètres de mouvement, facilitant ainsi le dépassement de la zone d'éventuelles explosions nucléaires de missiles anti-missiles...
Avant d'entrer dans la haute atmosphère, l'ordinateur de bord calcule l'orientation requise de l'ogive et l'exécute. À peu près à la même période, des séances sont organisées pour déterminer la localisation réelle à l'aide d'un radar, pour laquelle un certain nombre de manœuvres doivent également être effectuées. Ensuite, l'antenne de localisation est tirée et la partie atmosphérique du mouvement commence pour l'ogive.

En contrebas, devant l'ogive, se trouve un immense, contrastant et brillant provenant des hautes altitudes menaçantes, recouvert d'une brume bleue d'oxygène, recouvert de suspensions d'aérosols, le cinquième océan vaste et sans limites. Se détournant lentement et à peine des effets résiduels de la séparation, l'ogive continue sa descente le long d'une trajectoire douce. Mais ensuite, une brise très inhabituelle souffla doucement vers elle. Il l'a touché un peu - et il est devenu perceptible, couvrant le corps d'une fine vague fuyante de lueur blanc-bleu pâle. Cette vague a une température incroyablement élevée, mais elle ne brûle pas encore l'ogive, car elle est trop éthérée. La brise qui souffle sur l’ogive est électriquement conductrice. La vitesse du cône est si élevée qu'il écrase littéralement les molécules d'air sous son impact en fragments chargés électriquement, et une ionisation par impact de l'air se produit. Cette brise de plasma est appelée flux hypersonique grands nombres Mach, et sa vitesse est vingt fois supérieure à celle du son.

En raison de la forte raréfaction, la brise est presque imperceptible dans les premières secondes. En grandissant et en devenant plus dense à mesure qu'il s'enfonce dans l'atmosphère, il chauffe initialement plus qu'il n'exerce de pression sur l'ogive. Mais peu à peu, il commence à serrer son cône avec force. Le flux fait tourner le nez de l'ogive en premier. Il ne se déplie pas immédiatement - le cône se balance légèrement d'avant en arrière, ralentissant progressivement ses oscillations et se stabilise finalement.

En se condensant en descendant, le flux exerce de plus en plus de pression sur l'ogive, ralentissant son vol. À mesure qu'elle ralentit, la température diminue progressivement. Depuis des valeurs énormes du début de l'entrée, une lueur blanc-bleu de dizaines de milliers de degrés, à une lueur jaune-blanc de cinq à six mille degrés. C'est la température des couches superficielles du Soleil. La lueur devient éblouissante car la densité de l'air augmente rapidement, et avec elle le flux de chaleur dans les parois de l'ogive. Le revêtement de protection thermique se carbonise et commence à brûler.

Il ne brûle pas par friction avec l’air, comme on le dit souvent à tort. En raison de l'énorme vitesse de mouvement hypersonique (maintenant quinze fois plus rapide que le son), un autre cône diverge dans l'air depuis le haut du corps - une onde de choc, comme s'il enfermait une ogive. L'air entrant, entrant dans le cône de l'onde de choc, est instantanément compacté plusieurs fois et fermement pressé contre la surface de l'ogive. A la suite d'une compression brutale, instantanée et répétée, sa température grimpe immédiatement à plusieurs milliers de degrés. La raison en est la rapidité folle de ce qui se passe, l’extrême dynamisme du processus. C'est la compression dynamique du gaz du flux, et non la friction, qui réchauffe désormais les côtés de l'ogive.

Le pire, c'est le nez. C'est là que se forme le plus grand compactage du flux venant en sens inverse. La zone de ce joint se déplace légèrement vers l'avant, comme si elle se déconnectait du corps. Et il reste devant, prenant la forme d’une lentille épaisse ou d’un oreiller. Cette formation est appelée « onde de choc d’arc détaché ». Il est plusieurs fois plus épais que le reste de la surface du cône d’onde de choc autour de l’ogive. La compression frontale du flux venant en sens inverse est ici la plus forte. Par conséquent, dans l’onde de choc de l’arc déconnecté, la température la plus élevée et la plus haute densité chaleur. Ce petit soleil brûle le nez de l'ogive de manière rayonnante - mettant en évidence, rayonnant de la chaleur directement dans le nez de la coque et provoquant de graves brûlures du nez. Il s’agit donc de la couche de protection thermique la plus épaisse. C'est l'onde de choc de l'étrave qui illumine nuit noire terrain sur plusieurs kilomètres autour d'une ogive volant dans l'atmosphère.

Connecté par un seul objectif

La charge thermonucléaire et l'unité de contrôle communiquent en permanence entre elles. Ce « dialogue » commence immédiatement après l’installation d’une ogive sur un missile et se termine au moment d’une explosion nucléaire. Pendant tout ce temps, le système de contrôle prépare la charge à l'opération, comme un entraîneur prépare un boxeur pour un combat important. Et dans bon moment donne la dernière et la plus importante commande.

Lorsqu'un missile est mis en service de combat, sa charge est équipée dans sa configuration complète : un activateur de neutrons pulsés, des détonateurs et d'autres équipements sont installés. Mais il n’est pas encore prêt pour l’explosion. Garder un missile nucléaire dans un silo ou sur un lanceur mobile pendant des décennies, prêt à exploser à tout moment, est tout simplement dangereux.

Par conséquent, pendant le vol, le système de contrôle met la charge en état de préparation à l'explosion. Cela se produit progressivement, à l'aide d'algorithmes séquentiels complexes basés sur deux conditions principales : la fiabilité du mouvement vers l'objectif et le contrôle du processus. Si l'un de ces facteurs s'écarte des valeurs calculées, la préparation sera arrêtée. L'électronique transfère la charge à un degré de préparation de plus en plus élevé afin de donner l'ordre de fonctionner au point calculé.

Et lorsque la charge entièrement préparée sort de l'unité de commande pour exploser, l'explosion se produit immédiatement, instantanément. Une ogive volant à la vitesse d'une balle de tireur d'élite ne parcourra que quelques centièmes de millimètre, sans avoir le temps de se déplacer dans l'espace même de l'épaisseur d'un cheveu humain, lorsqu'elle commence, se développe, passe complètement et se termine dans sa charge réaction thermonucléaire, libérant toute la puissance nominale.

Après avoir beaucoup changé tant à l'extérieur qu'à l'intérieur, l'ogive est passée dans la troposphère - les dix derniers kilomètres d'altitude. Elle a beaucoup ralenti. Le vol hypersonique a dégénéré à une vitesse supersonique de trois à quatre unités de Mach. L'ogive brille déjà faiblement, s'efface et se rapproche du point cible.

Une explosion à la surface de la Terre est rarement planifiée - uniquement pour des objets enfouis dans le sol, comme les silos de missiles. La plupart des cibles se trouvent en surface. Et pour leur plus grande destruction, la détonation s'effectue à une certaine hauteur, en fonction de la puissance de la charge. Pour une vingtaine de kilotonnes tactiques, cela représente 400 à 600 m. Pour une mégatonne stratégique, la hauteur d'explosion optimale est de 1 200 m. Pourquoi ? L'explosion provoque le déplacement de deux vagues à travers la zone. Plus près de l’épicentre, l’onde de choc frappera plus tôt. Elle tombera et se reflétera en rebondissant sur les côtés, où elle se confondra avec la nouvelle vague qui vient d'arriver ici d'en haut, du point d'explosion. Deux vagues - incidentes depuis le centre de l'explosion et réfléchies par la surface - s'additionnent, formant la vague la plus puissante de la couche terrestre. onde de choc, principal facteur de défaite.

Lors des lancements d’essais, l’ogive atteint généralement le sol sans entrave. À bord se trouve un demi-quintal d’explosifs qui explosent lorsqu’il tombe. Pour quoi? Premièrement, l'ogive - objet secret et doit être détruit en toute sécurité après utilisation. Deuxièmement, il est nécessaire pour systèmes de mesure site de test - pour une détection rapide du point d'impact et une mesure des écarts.

Un cratère fumant de plusieurs mètres complète le tableau. Mais avant cela, quelques kilomètres avant l'impact, une cassette de stockage blindée est tirée depuis l'ogive d'essai, enregistrant tout ce qui a été enregistré à bord pendant le vol. Cette clé USB blindée protégera contre la perte des informations embarquées. Elle sera retrouvée plus tard, lorsqu'un hélicoptère arrivera avec un groupe de recherche spécial. Et ils enregistreront les résultats d'un vol fantastique.

Pour comprendre le principe de fonctionnement et la conception d'un réacteur nucléaire, il faut faire une petite excursion dans le passé. Un réacteur nucléaire est un rêve vieux de plusieurs siècles, bien que pas entièrement réalisé, de l'humanité. source inépuisableénergie. Son ancien « ancêtre » est un feu fait de branches sèches, qui illuminait et réchauffait autrefois les voûtes de la grotte où nos lointains ancêtres trouvèrent le salut du froid. Plus tard, les gens ont maîtrisé les hydrocarbures - charbon, schiste, pétrole et gaz naturel.

Une ère turbulente mais de courte durée de la vapeur a commencé, qui a été remplacée par une ère encore plus fantastique de l'électricité. Les villes étaient remplies de lumière et les ateliers étaient remplis du bourdonnement de machines jusqu'alors inédites entraînées par des moteurs électriques. Il semblait alors que le progrès avait atteint son apogée.

Tout change à la fin du XIXe siècle, lorsque chimiste français Antoine Henri Becquerel a découvert tout à fait par hasard que les sels d'uranium sont radioactifs. 2 ans plus tard, ses compatriotes Pierre Curie et son épouse Maria Sklodowska-Curie en obtenaient du radium et du polonium, et leur niveau de radioactivité était des millions de fois supérieur à celui du thorium et de l'uranium.

Le relais a été repris par Ernest Rutherford, qui a étudié en détail la nature des rayons radioactifs. Ainsi commença l'ère de l'atome, qui mit au monde son enfant bien-aimé - réacteur nucléaire.

Premier réacteur nucléaire

« Firstborn » vient des États-Unis. En décembre 1942, le premier courant est généré par le réacteur qui prend le nom de son créateur, l'un des les plus grands physiciens siècle E. Fermi. Trois ans plus tard, la centrale nucléaire ZEEP prenait vie au Canada. Le «bronze» a été attribué au premier réacteur soviétique F-1, lancé fin 1946. I.V. Kurchatov est devenu le chef du projet nucléaire national. Aujourd’hui, plus de 400 centrales nucléaires fonctionnent avec succès dans le monde.

Types de réacteurs nucléaires

Leur objectif principal est de soutenir une réaction nucléaire contrôlée produisant de l’électricité. Certains réacteurs produisent des isotopes. Bref, ce sont des dispositifs au fond desquels certaines substances se transforment en d'autres avec dégagement grande quantité l'énergie thermique. Il s'agit d'une sorte de « four » où, à la place des combustibles traditionnels, sont brûlés les isotopes de l'uranium - U-235, U-238 et plutonium (Pu).

Contrairement, par exemple, à une voiture conçue pour plusieurs types d'essence, chaque type de combustible radioactif possède son propre type de réacteur. Il y en a deux - sur les neutrons lents (avec U-235) et rapides (avec U-238 et Pu). La plupart des centrales nucléaires disposent de réacteurs basés sur neutrons lents. Outre les centrales nucléaires, les installations « fonctionnent » en centres de recherche, sur les sous-marins nucléaires et.

Comment fonctionne le réacteur

Tous les réacteurs ont à peu près le même circuit. Son « cœur » est la zone active. Il peut être grossièrement comparé au foyer d’un poêle conventionnel. Seulement, au lieu du bois de chauffage, il existe du combustible nucléaire sous forme d'éléments combustibles avec un modérateur - des barres de combustible. La zone active est située à l'intérieur d'une sorte de capsule - un réflecteur de neutrons. Les barres de combustible sont « lavées » par le liquide de refroidissement – l’eau. Le « cœur » ayant un niveau de radioactivité très élevé, il est entouré d’une radioprotection fiable.

Les opérateurs contrôlent le fonctionnement de l'usine à l'aide de deux systèmes critiques : le contrôle de la réaction en chaîne et un système de contrôle à distance. En cas d'urgence, la protection d'urgence est immédiatement activée.

Comment fonctionne un réacteur ?

La « flamme » atomique est invisible, puisque les processus se produisent au niveau de la fission nucléaire. Au cours d'une réaction en chaîne, les noyaux lourds se désintègrent en fragments plus petits qui, étant dans un état excité, deviennent des sources de neutrons et d'autres particules subatomiques. Mais le processus ne s’arrête pas là. Les neutrons continuent de se « diviser », ce qui libère de grandes quantités d'énergie, ce qui est la raison pour laquelle les centrales nucléaires sont construites.

La tâche principale du personnel est de maintenir la réaction en chaîne à l'aide de barres de commande à un niveau constant et réglable. C'est sa principale différence avec une bombe atomique, où le processus fission nucléaire incontrôlable et se déroule rapidement, sous la forme d'une puissante explosion.

Que s'est-il passé à la centrale nucléaire de Tchernobyl

L'une des principales raisons de la catastrophe Centrale nucléaire de Tchernobyl en avril 1986 - une violation flagrante des règles de sécurité de fonctionnement lors de la maintenance de routine de la 4ème unité de puissance. Ensuite, 203 tiges de graphite ont été simultanément retirées du noyau au lieu des 15 autorisées par la réglementation. En conséquence, l'incontrôlable réaction en chaîne s'est terminé par une explosion thermique et une destruction complète du groupe motopropulseur.

Réacteurs de nouvelle génération

Au cours de la dernière décennie, la Russie est devenue l’un des leaders mondiaux de l’énergie nucléaire. À l'heure actuelle, la société d'État Rosatom construit des centrales nucléaires dans 12 pays, où 34 unités sont en cours de construction. Une demande aussi élevée témoigne du haut niveau de la technologie nucléaire russe moderne. Viennent ensuite les nouveaux réacteurs de 4e génération.

"Brest"

L'un d'eux est Brest, développé dans le cadre du projet Breakthrough. Maintenant systèmes d'exploitation les systèmes à cycle ouvert fonctionnent avec de l'uranium faiblement enrichi, ce qui laisse une grande quantité de combustible usé qui doit être éliminée, ce qui entraîne des coûts énormes. "Brest" - un réacteur à neutrons rapides est unique dans son cycle fermé.

Dans ce document, le combustible usé, après un traitement approprié dans un réacteur à neutrons rapides, redevient du combustible à part entière, qui peut être rechargé dans la même installation.

Brest se distingue par un haut niveau de sécurité. Il n’« explosera » jamais même lors de l’accident le plus grave, il est très économique et respectueux de l’environnement, puisqu’il réutilise son uranium « renouvelé ». Il ne peut pas non plus être utilisé pour produire du plutonium de qualité militaire, ce qui ouvre les plus larges perspectives d’exportation.

VVER-1200

VVER-1200 est un réacteur innovant de génération 3+ d'une capacité de 1 150 MW. Grâce à ses capacités techniques uniques, il offre une sécurité de fonctionnement quasi absolue. Le réacteur est largement équipé de systèmes de sécurité passive qui fonctionneront automatiquement même en l'absence d'alimentation électrique.

L'un d'eux est un système d'évacuation de chaleur passive, qui est automatiquement activé lorsque le réacteur est complètement hors tension. Dans ce cas, des réservoirs hydrauliques de secours sont prévus. S'il y a une chute de pression anormale dans le circuit primaire, une grande quantité d'eau contenant du bore commence à être fournie au réacteur, ce qui éteint la réaction nucléaire et absorbe les neutrons.

Un autre savoir-faire se situe dans la partie inférieure de la coque de protection - le « piège » à fusion. Si, à la suite d'un accident, le noyau « fuit », le « piège » ne permettra pas l'effondrement de l'enveloppe de confinement et empêchera les produits radioactifs de pénétrer dans le sol.

La production d’énergie nucléaire est une méthode de production d’électricité moderne et en plein développement. Savez-vous comment fonctionnent les centrales nucléaires ? Quel est le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire ? Quels types de réacteurs nucléaires existent aujourd’hui ? Nous essaierons d'examiner en détail le schéma de fonctionnement d'une centrale nucléaire, d'approfondir la conception d'un réacteur nucléaire et de découvrir dans quelle mesure la méthode nucléaire de production d'électricité est sûre.

Toute gare est une zone fermée éloignée d'une zone résidentielle. Il y a plusieurs bâtiments sur son territoire. La structure la plus importante est le bâtiment du réacteur, à côté se trouvent la salle des machines à partir de laquelle le réacteur est contrôlé et le bâtiment de sécurité.

Ce projet est impossible sans réacteur nucléaire. Un réacteur atomique (nucléaire) est un dispositif de centrale nucléaire conçu pour organiser une réaction en chaîne de fission de neutrons avec allocation obligatoireénergie dans ce processus. Mais quel est le principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire ?

L'ensemble de la centrale nucléaire est abrité dans le bâtiment réacteur, une grande tour en béton qui cache le réacteur et contiendra tous les produits en cas d'accident. réaction nucléaire. Cette grande tour est appelée confinement, coque hermétique ou zone de confinement.

La zone hermétique des nouveaux réacteurs comporte 2 parois épaisses en béton - coques.
L'enveloppe extérieure, de 80 cm d'épaisseur, protège la zone de confinement des influences extérieures.

La coque intérieure, d'une épaisseur de 1 mètre 20 cm, comporte des câbles en acier spéciaux qui multiplient par trois la résistance du béton et empêcheront la structure de s'effondrer. À l’intérieur, il est doublé d’une fine tôle d’acier spécial, conçue pour servir de protection supplémentaire au confinement et, en cas d’accident, pour ne pas rejeter le contenu du réacteur hors de la zone de confinement.

Cette conception de la centrale nucléaire lui permet de résister à un crash d'avion pesant jusqu'à 200 tonnes, à un séisme de magnitude 8, à une tornade et à un tsunami.

La première coque scellée a été construite à la centrale nucléaire américaine du Connecticut Yankee en 1968.

La hauteur totale de la zone de confinement est de 50 à 60 mètres.

De quoi est constitué un réacteur nucléaire ?

Pour comprendre le principe de fonctionnement d’un réacteur nucléaire, et donc le principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire, il faut comprendre les composants du réacteur.

Zone active. C'est la zone où sont placés le combustible nucléaire (générateur de combustible) et le modérateur. Les atomes de combustible (le plus souvent l'uranium est le combustible) subissent une réaction de fission en chaîne. Le modérateur est conçu pour contrôler le processus de fission et permet la réaction requise en termes de vitesse et de force.
Réflecteur de neutrons. Un réflecteur entoure le noyau. Il est constitué du même matériel que le modérateur. Il s’agit essentiellement d’une boîte dont le but principal est d’empêcher les neutrons de quitter le cœur et de pénétrer dans l’environnement.
Liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement doit absorber la chaleur dégagée lors de la fission des atomes de carburant et la transférer à d'autres substances. Le liquide de refroidissement détermine en grande partie la manière dont une centrale nucléaire est conçue. Le liquide de refroidissement le plus populaire aujourd’hui est l’eau.
Système de contrôle du réacteur. Capteurs et mécanismes qui alimentent un réacteur de centrale nucléaire.

Combustible pour centrales nucléaires

Avec quoi fonctionne une centrale nucléaire ? Le combustible des centrales nucléaires est constitué d'éléments chimiques qui ont propriétés radioactives. Du tout centrales nucléaires Cet élément est l'uranium.

La conception des centrales implique que les centrales nucléaires fonctionnent avec un combustible composite complexe, et non avec du combustible pur. élément chimique. Et pour extraire le combustible uranium de l'uranium naturel chargé dans un réacteur nucléaire, il est nécessaire d'effectuer de nombreuses manipulations.

Uranium enrichi

L'uranium est constitué de deux isotopes, c'est-à-dire qu'il contient des noyaux de masses différentes. Ils ont été nommés d'après le nombre de protons et de neutrons, isotope -235 et isotope-238. Les chercheurs du 20ème siècle ont commencé à extraire l'uranium 235 du minerai, parce que... il était plus facile de se décomposer et de se transformer. Il s'est avéré que cet uranium dans la nature ne représente que 0,7% (le pourcentage restant va au 238ème isotope).

Que faire dans ce cas ? Ils ont décidé d'enrichir l'uranium. L’enrichissement de l’uranium est un processus dans lequel il reste une grande partie des isotopes 235x nécessaires et quelques isotopes 238x inutiles. La tâche des enrichisseurs d’uranium est de transformer 0,7 % en presque 100 % d’uranium 235.

L'uranium peut être enrichi à l'aide de deux technologies : la diffusion gazeuse ou la centrifugation gazeuse. Pour les utiliser, l'uranium extrait du minerai est transformé à l'état gazeux. Il est enrichi sous forme de gaz.

Poudre d'uranium

L'uranium enrichi est transformé en dioxyde d'uranium à l'état solide. Cet uranium 235 solide et pur se présente sous la forme de gros cristaux blancs, qui sont ensuite broyés en poudre d'uranium.

Comprimés d'uranium

Les comprimés d'uranium sont des disques métalliques solides de quelques centimètres de long. Pour former de tels comprimés à partir de poudre d'uranium, celle-ci est mélangée à une substance - un plastifiant ; elle améliore la qualité du pressage des comprimés.

Les palets pressés sont cuits à une température de 1 200 degrés Celsius pendant plus d'une journée pour conférer aux comprimés une solidité particulière et une résistance aux températures élevées. Le fonctionnement d’une centrale nucléaire dépend directement de la qualité de la compression et de la cuisson du combustible à l’uranium.

Les comprimés sont cuits dans des boîtes en molybdène, car seul ce métal est capable de ne pas fondre à des températures « infernales » supérieures à mille cinq cents degrés. Après cela, le combustible à l'uranium destiné aux centrales nucléaires est considéré comme prêt.

Que sont TVEL et FA ?

Le cœur du réacteur ressemble à un énorme disque ou tuyau avec des trous dans les parois (selon le type de réacteur), 5 fois plus grand. corps humain. Ces trous contiennent du combustible à base d'uranium dont les atomes effectuent la réaction souhaitée.

Il est impossible de simplement jeter du combustible dans le réacteur, à moins que vous ne vouliez provoquer une explosion de toute la centrale et un accident avec des conséquences pour quelques États voisins. Par conséquent, le combustible à l’uranium est placé dans des barres de combustible puis collecté dans des assemblages combustibles. Que signifient ces abréviations ?

TVEL est un élément combustible (à ne pas confondre avec le même nom de la société russe qui les produit). Il s’agit essentiellement d’un tube de zirconium mince et long fabriqué à partir d’alliages de zirconium dans lequel sont placées des tablettes d’uranium. C’est dans les barres de combustible que les atomes d’uranium commencent à interagir les uns avec les autres, libérant de la chaleur au cours de la réaction.

Le zirconium a été choisi comme matériau pour la production de crayons combustibles en raison de ses propriétés réfractaires et anticorrosion.

Le type de barres de combustible dépend du type et de la structure du réacteur. En règle générale, la structure et la fonction des crayons combustibles ne changent pas ; la longueur et la largeur du tube peuvent être différentes.

La machine charge plus de 200 pastilles d'uranium dans un tube de zirconium. Au total, environ 10 millions de pastilles d'uranium fonctionnent simultanément dans le réacteur.
FA – assemblage combustible. Les travailleurs des centrales nucléaires appellent des grappes d'assemblages combustibles.

Il s’agit essentiellement de plusieurs barres de combustible fixées ensemble. Le FA est le combustible nucléaire fini, avec lequel fonctionne une centrale nucléaire. Ce sont les assemblages combustibles qui sont chargés dans le réacteur nucléaire. Environ 150 à 400 assemblages combustibles sont placés dans un réacteur.
Selon le réacteur dans lequel fonctionneront les assemblages combustibles, ceux-ci se présentent sous des formes différentes. Parfois, les faisceaux sont pliés en forme cubique, parfois en forme cylindrique, parfois en forme hexagonale.

Un assemblage combustible sur 4 ans de fonctionnement produit la même quantité d'énergie que lors de la combustion de 670 wagons de charbon, 730 réservoirs de gaz naturel ou 900 réservoirs chargés de pétrole.
Aujourd'hui, les assemblages combustibles sont produits principalement dans des usines en Russie, en France, aux États-Unis et au Japon.

Pour livrer du combustible destiné aux centrales nucléaires vers d'autres pays, les assemblages combustibles sont scellés dans des tuyaux métalliques longs et larges, l'air est pompé hors des tuyaux et acheminé par des machines spéciales à bord des avions cargo.

Le combustible nucléaire destiné aux centrales nucléaires pèse trop lourd, car... l'uranium est l'un des plus métaux lourds sur la planète. Son densité spécifique 2,5 fois plus que l'acier.

Centrale nucléaire : principe de fonctionnement

Quel est le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire ? Le principe de fonctionnement des centrales nucléaires repose sur une réaction en chaîne de fission d'atomes d'une substance radioactive - l'uranium. Cette réaction se produit au cœur d'un réacteur nucléaire.

IMPORTANT À SAVOIR :

Sans entrer dans les détails physique nucléaire, le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire ressemble à ceci :
Après le démarrage d'un réacteur nucléaire, des barres absorbantes sont retirées des barres de combustible, ce qui empêche l'uranium de réagir.

Une fois les barreaux retirés, les neutrons de l’uranium commencent à interagir les uns avec les autres.

Lorsque des neutrons entrent en collision, une mini-explosion se produit au niveau atomique, de l'énergie est libérée et de nouveaux neutrons naissent, une réaction en chaîne commence à se produire. Ce processus génère de la chaleur.

La chaleur est transférée au liquide de refroidissement. Selon le type de liquide de refroidissement, il se transforme en vapeur ou en gaz, qui fait tourner la turbine.

La turbine entraîne un générateur électrique. C'est lui qui génère réellement le courant électrique.

Si vous ne surveillez pas le processus, les neutrons d'uranium peuvent entrer en collision les uns avec les autres jusqu'à ce qu'ils explosent le réacteur et détruisent toute la centrale nucléaire en mille morceaux. Le processus est contrôlé par des capteurs informatiques. Ils détectent une augmentation de température ou un changement de pression dans le réacteur et peuvent arrêter automatiquement les réactions.

En quoi le principe de fonctionnement des centrales nucléaires diffère-t-il de celui des centrales thermiques (centrales thermiques) ?

Il n'y a des différences de travail que dans les premières étapes. Dans une centrale nucléaire, le liquide de refroidissement reçoit la chaleur de la fission des atomes du combustible d'uranium ; dans une centrale thermique, le liquide de refroidissement reçoit la chaleur de la combustion du combustible organique (charbon, gaz ou pétrole). Une fois que les atomes d'uranium ou le gaz et le charbon ont libéré de la chaleur, les schémas d'exploitation des centrales nucléaires et des centrales thermiques sont les mêmes.

Types de réacteurs nucléaires

Le fonctionnement d’une centrale nucléaire dépend exactement du fonctionnement de son réacteur nucléaire. Il existe aujourd'hui deux principaux types de réacteurs, qui sont classés selon le spectre des neurones :
Un réacteur à neutrons lents, également appelé réacteur thermique.

Pour son fonctionnement, on utilise de l'uranium 235, qui passe par les étapes d'enrichissement, de création de pastilles d'uranium, etc. Aujourd’hui, la grande majorité des réacteurs utilisent des neutrons lents.
Réacteur à neutrons rapides.

Ces réacteurs sont l'avenir, parce que... Ils travaillent sur l'uranium 238, qui se trouve à la pelle dans la nature et il n'est pas nécessaire d'enrichir cet élément. Le seul inconvénient de ces réacteurs réside dans les coûts très élevés de conception, de construction et de démarrage. Aujourd’hui, les réacteurs à neutrons rapides ne fonctionnent qu’en Russie.

Le liquide de refroidissement des réacteurs à neutrons rapides est du mercure, du gaz, du sodium ou du plomb.

Les réacteurs à neutrons lents, que toutes les centrales nucléaires du monde utilisent aujourd'hui, existent également en plusieurs types.

L'organisation AIEA (Agence internationale de l'énergie atomique) a créé sa propre classification, qui est la plus souvent utilisée dans l'industrie mondiale de l'énergie nucléaire. Le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire dépendant en grande partie du choix du caloporteur et du modérateur, l'AIEA a basé sa classification sur ces différences.

D'un point de vue chimique, l'oxyde de deutérium est un modérateur et un liquide de refroidissement idéal, car ses atomes interagissent plus efficacement avec les neutrons de l’uranium qu’avec d’autres substances. En termes simples, l'eau lourde accomplit sa tâche avec pertes minimes Et résultat maximum. Cependant, sa production coûte de l’argent, alors que l’eau ordinaire « légère » et familière est beaucoup plus facile à utiliser.

Quelques faits sur les réacteurs nucléaires...

Il est intéressant de noter qu’il faut au moins 3 ans pour construire un réacteur de centrale nucléaire !
Pour construire un réacteur, il faut un équipement fonctionnant avec un courant électrique de 210 kiloampères, soit un million de fois supérieur au courant qui peut tuer une personne.

Une coque (élément structurel) d'un réacteur nucléaire pèse 150 tonnes. Il y a 6 de ces éléments dans un réacteur.

Réacteur à eau sous pression

Nous avons déjà découvert comment fonctionne une centrale nucléaire en général ; pour mettre les choses en perspective, regardons comment fonctionne le réacteur nucléaire à eau sous pression le plus populaire.
Aujourd’hui, partout dans le monde, des réacteurs à eau sous pression de génération 3+ sont utilisés. Ils sont considérés comme les plus fiables et les plus sûrs.

Tous les réacteurs à eau sous pression dans le monde, au cours de toutes leurs années d'exploitation, ont déjà accumulé plus de 1000 ans de fonctionnement sans problème et n'ont jamais présenté d'écarts sérieux.

La structure des centrales nucléaires utilisant des réacteurs à eau sous pression implique que de l'eau distillée chauffée à 320 degrés circule entre les crayons de combustible. Pour éviter qu'il ne passe à l'état de vapeur, il est maintenu sous une pression de 160 atmosphères. Le schéma de la centrale nucléaire appelle cela l’eau du circuit primaire.

L'eau chauffée entre dans le générateur de vapeur et cède sa chaleur à l'eau du circuit secondaire, après quoi elle « retourne » à nouveau vers le réacteur. Extérieurement, il semble que les tubes d'eau du premier circuit soient en contact avec d'autres tubes - l'eau du deuxième circuit, ils se transfèrent de la chaleur, mais les eaux n'entrent pas en contact. Les tubes sont en contact.

Ainsi, la possibilité que des radiations pénètrent dans l'eau du circuit secondaire, qui participera en outre au processus de production d'électricité, est exclue.

Sécurité opérationnelle des centrales nucléaires

Après avoir appris le principe de fonctionnement des centrales nucléaires, il faut comprendre comment fonctionne la sécurité. La construction d'une centrale nucléaire nécessite aujourd'hui attention accrue aux règles de sécurité.
Les coûts de sécurité des centrales nucléaires représentent environ 40 % du coût total de la centrale elle-même.

Le circuit de la centrale nucléaire contient 4 barrières physiques qui empêchent la sortie substances radioactives. À quoi sont censées servir ces barrières ? Au bon moment, pouvoir arrêter la réaction nucléaire, assurer une évacuation constante de la chaleur du cœur et du réacteur lui-même et empêcher le rejet de radionucléides au-delà du confinement (zone hermétique).

Le premier obstacle est la résistance des pastilles d’uranium. Il est important qu'ils ne soient pas détruits sous l'influence de températures élevées. réacteur nucléaire. Une grande partie du fonctionnement d’une centrale nucléaire dépend de la manière dont les pastilles d’uranium sont « cuites » au cours de la phase initiale de fabrication. Si les pastilles de combustible d'uranium ne sont pas cuites correctement, les réactions des atomes d'uranium dans le réacteur seront imprévisibles.
Le deuxième obstacle est l’étanchéité des crayons combustibles. Les tubes en zirconium doivent être hermétiquement scellés ; si le sceau est brisé, alors meilleur scénario le réacteur sera endommagé et les travaux seront arrêtés, dans le pire des cas, tout explosera.
La troisième barrière est une cuve de réacteur en acier durable a, (le même grande tour– zone hermétique) qui « contient » tous les processus radioactifs. Si le boîtier est endommagé, les radiations s'échappent dans l'atmosphère.
La quatrième barrière est constituée de barres de protection d'urgence. Des tiges avec modérateurs sont suspendues au-dessus du noyau par des aimants, qui peuvent absorber tous les neutrons en 2 secondes et arrêter la réaction en chaîne.

Si, malgré la construction d'une centrale nucléaire dotée de nombreux degrés de protection, il n'est pas possible de refroidir le cœur du réacteur au bon moment et que la température du combustible s'élève à 2 600 degrés, alors le dernier espoir systèmes de sécurité - ce qu'on appelle le piège à fusion.

Le fait est qu'à cette température, le fond de la cuve du réacteur fondra et tous les restes de combustible nucléaire et de structures en fusion s'écouleront dans un « verre » spécial suspendu au-dessus du cœur du réacteur.

Le piège à fusion est réfrigéré et ignifuge. Il est rempli de ce qu'on appelle la « matière sacrificielle », qui arrête progressivement la réaction de fission en chaîne.

Ainsi, la conception d’une centrale nucléaire implique plusieurs degrés de protection, qui éliminent presque totalement toute possibilité d’accident.

Des centaines de milliers d'armuriers célèbres et oubliés de l'Antiquité se sont battus à la recherche de l'arme idéale, capable d'évaporer une armée ennemie en un seul clic. De temps en temps, on retrouve la trace de ces recherches dans les contes de fées qui décrivent de manière plus ou moins plausible une épée miracle ou un arc qui frappe sans rater.

Heureusement, progrès technique longtemps, il s'est déplacé si lentement que la véritable incarnation de l'arme écrasante est restée dans les rêves et les histoires orales, et plus tard dans les pages des livres. Le saut scientifique et technologique du XIXe siècle a fourni les conditions de la création de la principale phobie du XXe siècle. La bombe nucléaire, créée et testée en conditions réelles, a révolutionné tant les affaires militaires que politiques.

Histoire de la création d'armes

Pendant longtemps on croyait que le plus arme puissante ne peut être créé qu’à l’aide d’explosifs. Les découvertes des scientifiques qui ont travaillé avec les plus petites particules ont fourni la preuve scientifique qu'avec l'aide particules élémentaires une énergie énorme peut être générée. Le premier d'une série de chercheurs s'appelle Becquerel, qui découvrit en 1896 la radioactivité des sels d'uranium.

L'uranium lui-même est connu depuis 1786, mais à cette époque personne ne soupçonnait sa radioactivité. Les travaux des scientifiques au tournant des XIXe et XXe siècles ont révélé non seulement des propriétés physiques, mais aussi la possibilité d'obtenir de l'énergie à partir de substances radioactives.

Une option pour fabriquer des armes à base d'uranium a été décrite pour la première fois en détail, publiée et brevetée physiciens français, par les Joliot-Curie en 1939.

Malgré sa valeur militaire, les scientifiques eux-mêmes étaient fermement opposés à la création d’une arme aussi dévastatrice.

Ayant survécu à la Seconde Guerre mondiale dans la Résistance, le couple (Frédérick et Irène) réalise dans les années 1950 force destructrice guerres, prônent le désarmement général. Ils sont soutenus par Niels Bohr, Albert Einstein et d'autres physiciens éminents de l'époque.

Pendant ce temps, tandis que les Joliot-Curie s'occupaient du problème des nazis à Paris, de l'autre côté de la planète, en Amérique, on développait la première charge nucléaire au monde. Robert Oppenheimer, qui a dirigé les travaux, s'est vu attribuer les pouvoirs les plus étendus et d'énormes ressources. La fin de 1941 marque le début du projet Manhattan, qui aboutit finalement à la création de la première ogive nucléaire de combat.

Dans la ville de Los Alamos, au Nouveau-Mexique, les premières installations de production d'uranium de qualité militaire ont été construites. Par la suite, des centres nucléaires similaires sont apparus dans tout le pays, par exemple à Chicago, à Oak Ridge, dans le Tennessee, et des recherches ont été menées en Californie. Les meilleures forces des professeurs des universités américaines, ainsi que des physiciens qui ont fui l'Allemagne, ont été consacrées à la création de la bombe.

Sous le « Troisième Reich » lui-même, les travaux visant à créer un nouveau type d'arme ont été lancés d'une manière caractéristique du Führer.

Puisque «Besnovaty» s'intéressait davantage aux chars et aux avions, et qu'à plus de sujets Mieux encore, il ne voyait pas vraiment la nécessité d’une nouvelle bombe miracle.

En conséquence, les projets non soutenus par Hitler avançaient, au mieux, à la vitesse d’un escargot.

Quand il a commencé à faire chaud, et il s'est avéré qu'il avait avalé des chars et des avions Front de l'Est, une nouvelle arme miracle a reçu du soutien. Mais il était trop tard, dans des conditions de bombardements et de peur constante des cales de chars soviétiques, il n'a pas été possible de créer un dispositif à composante nucléaire.

Union soviétiqueétait plus attentif à la possibilité de créer un nouveau type d’arme destructrice. Dans la période d'avant-guerre, les physiciens rassemblaient et consolidaient leurs connaissances générales sur énergie nucléaire et la possibilité de créer des armes nucléaires. Les services de renseignement ont travaillé intensivement pendant toute la période de création de la bombe nucléaire, tant en URSS qu'aux États-Unis. La guerre a joué un rôle important dans le ralentissement du rythme du développement, car d’énormes ressources ont été envoyées au front.

Certes, l'académicien Igor Vasilyevich Kurchatov, avec sa ténacité caractéristique, a favorisé le travail de tous les départements subordonnés dans cette direction. Avec un peu d'avance, c'est lui qui aura pour mission d'accélérer le développement des armes face à la menace d'une frappe américaine sur les villes de l'URSS. C'est lui, debout dans les graviers d'une immense machine composée de centaines et de milliers de scientifiques et d'ouvriers, qui recevra le titre honorifique de père de la bombe nucléaire soviétique.

Les premiers tests au monde

Mais revenons au programme nucléaire américain. À l’été 1945, des scientifiques américains parvinrent à créer la première bombe nucléaire au monde. Tout garçon qui a fabriqué lui-même ou acheté un puissant pétard dans un magasin éprouve des tourments extraordinaires, voulant le faire exploser le plus rapidement possible. En 1945, des centaines de soldats et scientifiques américains ont vécu la même chose.

Le 16 juin 1945, le tout premier essai d’armes nucléaires et l’une des explosions les plus puissantes jamais réalisées ont eu lieu dans le désert d’Alamogordo, au Nouveau-Mexique.

Les témoins oculaires observant l'explosion depuis le bunker ont été stupéfaits par la force avec laquelle la charge a explosé au sommet de la tour en acier de 30 mètres. Au début, tout était inondé de lumière, plusieurs fois plus forte que le soleil. Puis il s'est élevé dans le ciel boule de feu, qui s'est transformé en une colonne de fumée, façonnée en le fameux champignon.

Dès que la poussière est retombée, les chercheurs et les créateurs de bombes se sont précipités sur le lieu de l'explosion. Ils ont observé les conséquences depuis les chars Sherman incrustés de plomb. Ce qu’ils virent les stupéfia ; aucune arme ne pouvait causer de tels dégâts. Le sable a fondu en verre par endroits.

De minuscules restes de la tour ont également été retrouvés ; dans un cratère d'un diamètre énorme, des structures mutilées et écrasées illustraient clairement le pouvoir destructeur.

Facteurs dommageables

Cette explosion a fourni les premières informations sur la puissance de la nouvelle arme, sur ce qu'elle pourrait utiliser pour détruire l'ennemi. Il s'agit de plusieurs facteurs :

rayonnement lumineux, flash, capable d'aveugler même les organes de vision protégés ;
onde de choc, un flux d'air dense venant du centre, détruisant la plupart des bâtiments ;
impulsion électromagnétique qui désactive la plupartéquipement et ne permettant pas l'utilisation des communications pour la première fois après l'explosion ;
le rayonnement pénétrant, le facteur le plus dangereux pour ceux qui ont fui d'autres facteurs dommageables, est divisé en irradiation alpha-bêta-gamma ;
contamination radioactive qui peut nuire à la santé et à la vie pendant des dizaines, voire des centaines d'années.

L'utilisation ultérieure des armes nucléaires, y compris au combat, a montré toutes les particularités de leur impact sur les organismes vivants et la nature. Le 6 août 1945 fut le dernier jour pour des dizaines de milliers d'habitants petite ville Hiroshima, alors célèbre pour plusieurs installations militaires importantes.

L'issue de la guerre dans le Pacifique était jouée d'avance, mais le Pentagone estimait que l'opération sur l'archipel japonais coûterait plus d'un million de vies. Marines Armée américaine. Il a été décidé de faire d'une pierre plusieurs coups, de sortir le Japon de la guerre, en économisant opération d'atterrissage, testez une nouvelle arme et annoncez-la au monde entier, et surtout à l'URSS.

A une heure du matin, l'avion transportant la bombe nucléaire « Baby » décolle pour une mission.

La bombe larguée sur la ville a explosé à environ 600 mètres d'altitude à 8h15. Tous les bâtiments situés à 800 mètres de l'épicentre ont été détruits. Les murs de quelques bâtiments seulement, conçus pour résister à un séisme de magnitude 9, ont survécu.

Sur dix personnes qui se trouvaient dans un rayon de 600 mètres au moment de l'explosion de la bombe, une seule a pu survivre. Le rayonnement lumineux transformait les gens en charbon, laissant des marques d’ombre sur la pierre, une empreinte sombre de l’endroit où se trouvait la personne. L'onde de choc qui a suivi était si forte qu'elle pouvait briser du verre à une distance de 19 kilomètres du lieu de l'explosion.

Un adolescent a été projeté hors de la maison par une fenêtre par un courant d'air dense ; à l'atterrissage, le gars a vu les murs de la maison se plier comme des cartes. L'onde de choc a été suivie d'une tornade de feu, détruisant les quelques habitants qui ont survécu à l'explosion et n'ont pas eu le temps de quitter la zone d'incendie. Les personnes se trouvant à distance de l'explosion ont commencé à ressentir un grave malaise, dont la cause n'était pas claire au départ pour les médecins.

Beaucoup plus tard, quelques semaines plus tard, le terme « empoisonnement aux radiations » a été annoncé, aujourd'hui connu sous le nom de mal des radiations.

Plus de 280 000 personnes ont été victimes d'une seule bombe, à la fois directement à cause de l'explosion et à cause de maladies ultérieures.

Le bombardement du Japon avec des armes nucléaires ne s’est pas arrêté là. Selon le plan, seules quatre à six villes devaient être touchées, mais conditions météorologiques Seul Nagasaki était autorisé à frapper. Dans cette ville, plus de 150 000 personnes ont été victimes de la bombe Fat Man.

Les promesses du gouvernement américain de mener de telles attaques jusqu'à la capitulation du Japon ont conduit à un armistice, puis à la signature d'un accord qui a mis fin au conflit. Guerre mondiale. Mais pour les armes nucléaires, ce n’était qu’un début.

La bombe la plus puissante du monde

L'après-guerre a été marquée par une confrontation entre le bloc soviétique et ses alliés avec les États-Unis et l'OTAN. Dans les années 1940, les Américains envisageaient sérieusement la possibilité de frapper l’Union soviétique. Contenir ancien allié les travaux de création d'une bombe ont dû être accélérés et déjà en 1949, le 29 août, le monopole américain sur les armes nucléaires a pris fin. Pendant la course aux armements la plus grande attention méritent deux essais nucléaires.

L'atoll de Bikini, connu principalement pour ses maillots de bain frivoles, a littéralement fait sensation dans le monde entier en 1954 grâce au test d'une charge nucléaire particulièrement puissante.

Les Américains, ayant décidé de tester un nouveau modèle d’armes atomiques, n’ont pas calculé la charge. En conséquence, l’explosion a été 2,5 fois plus puissante que prévu. Les habitants des îles voisines, ainsi que les pêcheurs japonais omniprésents, ont été attaqués.

Mais ce n’était pas la bombe américaine la plus puissante. En 1960, la bombe nucléaire B41 a été mise en service, mais elle n'a jamais été pleinement testée en raison de sa puissance. La force de la charge a été calculée théoriquement, par crainte d'exploser une arme aussi dangereuse sur le site d'essai.

L’Union soviétique, qui aimait être la première en tout, a connu en 1961, autrement surnommée « la mère de Kuzka ».

En réponse au chantage nucléaire américain, les scientifiques soviétiques ont créé le plus bombe puissante dans le monde. Testé sur Novaya Zemlya, il a laissé sa marque dans presque tous les coins globe. Selon les souvenirs, un léger tremblement de terre a été ressenti dans les coins les plus reculés au moment de l'explosion.

Bien entendu, l’onde de choc, ayant perdu tout son pouvoir destructeur, a pu faire le tour de la Terre. À ce jour, il s’agit de la bombe nucléaire la plus puissante au monde, créée et testée par l’humanité. Bien sûr, si ses mains étaient libres, la bombe nucléaire de Kim Jong-un serait plus puissante, mais il ne dispose pas de la Nouvelle Terre pour la tester.

Dispositif de bombe atomique

Considérons un dispositif très primitif, purement pour comprendre, d'une bombe atomique. Il existe de nombreuses classes de bombes atomiques, mais considérons-en trois principales :

l'uranium, à base d'uranium 235, a explosé pour la première fois au-dessus d'Hiroshima ;
le plutonium, à base de plutonium 239, a explosé pour la première fois au-dessus de Nagasaki ;
thermonucléaire, parfois appelé hydrogène, à base d'eau lourde avec du deutérium et du tritium, heureusement non utilisé contre la population.

Les deux premières bombes sont basées sur l'effet de la fission de noyaux lourds en noyaux plus petits par une réaction nucléaire incontrôlée, libérant quantité énormeénergie. La troisième repose sur la fusion des noyaux d'hydrogène (ou plutôt de ses isotopes de deutérium et de tritium) avec formation d'hélium, plus lourd par rapport à l'hydrogène. Pour le même poids de bombe, le potentiel destructeur d’une bombe à hydrogène est 20 fois plus important.

Si pour l'uranium et le plutonium il suffit de réunir une masse supérieure à la masse critique (à laquelle commence une réaction en chaîne), alors pour l'hydrogène cela ne suffit pas.

Pour relier de manière fiable plusieurs morceaux d'uranium en un seul, un effet de canon est utilisé dans lequel des morceaux d'uranium plus petits sont projetés sur des morceaux plus gros. La poudre à canon peut également être utilisée, mais pour des raisons de fiabilité, des explosifs de faible puissance sont utilisés.

Dans une bombe au plutonium, pour créer les conditions nécessaires à une réaction en chaîne, des explosifs sont placés autour de lingots contenant du plutonium. En raison de l'effet cumulatif, ainsi que de l'initiateur de neutrons situé au centre même (béryllium avec plusieurs milligrammes de polonium) conditions nécessaires sont atteints.

Il possède une charge principale, qui ne peut pas exploser toute seule, et un fusible. Pour créer les conditions nécessaires à la fusion des noyaux de deutérium et de tritium, nous avons besoin de pressions et de températures inimaginables en au moins un point. Ensuite, une réaction en chaîne va se produire.

Pour créer de tels paramètres, la bombe comprend une charge nucléaire conventionnelle, mais de faible puissance, qui est le fusible. Sa détonation crée les conditions du démarrage d'une réaction thermonucléaire.

Pour estimer la puissance d’une bombe atomique, on utilise ce qu’on appelle « l’équivalent TNT ». Une explosion est une libération d'énergie, la plus connue au monde explosif– Le TNT (TNT – trinitrotoluène), et tous les nouveaux types d’explosifs y sont assimilés. Bombe "Baby" - 13 kilotonnes de TNT. Cela équivaut à 13 000.

Bombe "Fat Man" - 21 kilotonnes, "Tsar Bomba" - 58 mégatonnes de TNT. C’est effrayant de penser à 58 millions de tonnes d’explosifs concentrés dans une masse de 26,5 tonnes, c’est le poids de cette bombe.

Le danger de guerre nucléaire et de catastrophes nucléaires

Apparu au milieu de la guerre la plus terrible du XXe siècle, armes nucléaires est devenu le plus grand danger pour l’humanité. Immédiatement après la Seconde Guerre mondiale, la guerre froide a commencé, devenant à plusieurs reprises presque une guerre à part entière. conflit nucléaire. La menace de l’utilisation de bombes et de missiles nucléaires par au moins une partie a commencé à être évoquée dès les années 1950.

Tout le monde a compris et comprend qu’il ne peut y avoir de gagnant dans cette guerre.

Pour le contenir, des efforts ont été et sont déployés par de nombreux scientifiques et hommes politiques. L'Université de Chicago, grâce à la contribution de scientifiques nucléaires invités, notamment des lauréats du prix Nobel, règle l'horloge de la fin du monde quelques minutes avant minuit. Minuit signifie un cataclysme nucléaire, le début d'une nouvelle guerre mondiale et la destruction de l'ancien monde. Au fil des années, les aiguilles de l'horloge ont fluctué de 17 à 2 minutes jusqu'à minuit.

Plusieurs sont également connus accidents majeurs qui se sont produits dans les centrales nucléaires. Ces catastrophes ont un rapport indirect avec les armes ; les centrales nucléaires sont encore différentes des bombes nucléaires, mais elles démontrent parfaitement les résultats de l'utilisation de l'atome à des fins militaires. Le plus grand d'entre eux :

1957, accident de Kyshtym, en raison d'une panne du système de stockage, une explosion s'est produite près de Kyshtym ;
1957, en Grande-Bretagne, dans le nord-ouest de l'Angleterre, les contrôles de sécurité n'ont pas été effectués ;
1979, aux États-Unis, en raison d'une fuite détectée intempestivement, une explosion et un rejet d'une centrale nucléaire se produisent ;
1986, tragédie de Tchernobyl, explosion de la 4ème tranche ;
2011, accident à la gare de Fukushima, Japon.

Chacune de ces tragédies a laissé de lourdes traces sur le sort de centaines de milliers de personnes et a transformé des régions entières en zones non résidentielles contrôle spécial.

Il y a eu des incidents qui ont presque coûté le début catastrophe nucléaire. Les sous-marins nucléaires soviétiques ont connu à plusieurs reprises des accidents liés aux réacteurs. Les Américains ont largué un bombardier Superfortress avec à son bord deux bombes nucléaires Mark 39, d'une puissance de 3,8 mégatonnes. Mais le « système de sécurité » activé n’a pas permis aux charges d’exploser et une catastrophe a été évitée.

Les armes nucléaires passées et présentes

Aujourd'hui, il est clair pour tout le monde que guerre nucléaire va détruire l'humanité moderne. Pendant ce temps, le désir de posséder des armes nucléaires et d'entrer dans le club nucléaire, ou plutôt d'y faire irruption en défonçant la porte, excite encore l'esprit de certains dirigeants d'État.

L’Inde et le Pakistan ont créé des armes nucléaires sans autorisation, et les Israéliens cachent la présence de la bombe.

Pour certains, posséder une bombe nucléaire est un moyen de prouver l’importance de arène internationale. Pour d’autres, c’est une garantie de non-ingérence de la part d’une démocratie ailée ou d’autres facteurs externes. Mais l'essentiel est que ces réserves ne soient pas exploitées pour lesquelles elles ont été réellement créées.

Vidéo

Regardons une ogive typique (en réalité, il peut y avoir des différences de conception entre les ogives). Il s'agit d'un cône composé d'alliages légers et durables, généralement du titane. À l'intérieur, il y a des cloisons, des cadres, un châssis de puissance - presque comme dans un avion. Le cadre électrique est recouvert d’un boîtier métallique durable. Une épaisse couche de revêtement de protection thermique est appliquée sur le boîtier. Il ressemble à un ancien panier néolithique, généreusement recouvert d'argile et cuit lors des premières expériences de l'homme avec la chaleur et la céramique. La similitude est facile à expliquer : le panier et l’ogive doivent résister à la chaleur extérieure.

Ogive et son remplissage

Il existe également un troisième passager - une unité permettant de mesurer le mouvement de l'ogive ou de contrôler généralement son vol. Dans ce dernier cas, des commandes fonctionnelles sont intégrées à l’ogive, permettant de modifier la trajectoire. Par exemple, actionner des systèmes pneumatiques ou des systèmes de poudre. Et aussi un réseau électrique de bord avec alimentations, des lignes de communication avec la scène, sous forme de fils et connecteurs protégés, une protection contre les impulsions électromagnétiques et un système de thermostatisation - maintenant la température de charge requise.

La photo montre l'étage de reproduction de la fusée MX (Peacekeeper) et dix ogives. Ce missile a longtemps été retiré du service, mais les mêmes ogives sont toujours utilisées (et même les plus anciennes). Les Américains disposent de missiles balistiques à ogives multiples installés uniquement sur les sous-marins.

Après avoir quitté le bus, les ogives continuent de prendre de l'altitude et se précipitent simultanément vers leurs cibles. Ils se lèvent points les plus élevés leurs trajectoires, puis, sans ralentir leur vol horizontal, ils commencent à glisser de plus en plus vite. À une altitude d'exactement cent kilomètres au-dessus du niveau de la mer, chaque ogive franchit une frontière formellement désignée par l'homme. espace extra-atmosphérique. Ambiance en perspective !

Vent électrique

En contrebas, devant l'ogive, se trouve un immense, contrastant et brillant provenant des hautes altitudes menaçantes, recouvert d'une brume bleue d'oxygène, recouvert de suspensions d'aérosols, le cinquième océan vaste et sans limites. Se détournant lentement et à peine des effets résiduels de la séparation, l'ogive continue sa descente le long d'une trajectoire douce. Mais ensuite, une brise très inhabituelle souffla doucement vers elle. Il l'a touché un peu - et il est devenu perceptible, couvrant le corps d'une fine vague fuyante de lueur blanc-bleu pâle. Cette vague a une température incroyablement élevée, mais elle ne brûle pas encore l'ogive, car elle est trop éthérée. La brise qui souffle sur l’ogive est électriquement conductrice. La vitesse du cône est si élevée qu'il écrase littéralement les molécules d'air sous son impact en fragments chargés électriquement, et une ionisation par impact de l'air se produit. Cette brise de plasma est appelée flux hypersonique à nombre de Mach élevé, et sa vitesse est vingt fois supérieure à celle du son.

Chaleur sur hypersonique

En se condensant en descendant, le flux exerce de plus en plus de pression sur l'ogive, ralentissant son vol. À mesure qu'elle ralentit, la température diminue progressivement. Depuis les valeurs énormes du début de l'entrée, la lueur bleu-blanc de dizaines de milliers de Kelvin, jusqu'à la lueur jaune-blanc de cinq à six mille degrés. C'est la température des couches superficielles du Soleil. La lueur devient éblouissante car la densité de l'air augmente rapidement, et avec elle le flux de chaleur dans les parois de l'ogive. Le revêtement de protection thermique se carbonise et commence à brûler.

Le pire, c'est le nez. C'est là que se forme le plus grand compactage du flux venant en sens inverse. La zone de ce joint se déplace légèrement vers l'avant, comme si elle se déconnectait du corps. Et il reste devant, prenant la forme d’une lentille épaisse ou d’un oreiller. Cette formation est appelée « onde de choc d’arc détaché ». Il est plusieurs fois plus épais que le reste de la surface du cône d’onde de choc autour de l’ogive. La compression frontale du flux venant en sens inverse est ici la plus forte. Par conséquent, l’onde de choc de l’arc déconnecté a la température et la densité thermique la plus élevée. Ce petit soleil brûle le nez de l'ogive de manière rayonnante - mettant en évidence, rayonnant de la chaleur directement dans le nez de la coque et provoquant de graves brûlures du nez. Il s’agit donc de la couche de protection thermique la plus épaisse. Il s'agit de l'onde de choc de l'arc qui illumine la zone par une nuit sombre sur plusieurs kilomètres autour d'une ogive volant dans l'atmosphère.

Cela devient très peu sucré pour les accompagnements. Ils sont maintenant également grillés par l’éclat insupportable de l’onde de choc de la tête. Et il brûle avec de l'air comprimé chaud, qui s'est transformé en plasma suite à l'écrasement de ses molécules. Cependant, avec un tel haute température L'air est ionisé simplement par chauffage : ses molécules se brisent sous l'effet de la chaleur. Le résultat est un mélange d’ionisation par impact et de plasma thermique. Par son action de friction, ce plasma polit la surface brûlante de la protection thermique, comme avec du sable ou du papier de verre. Une érosion gazeuse se produit, consommant le revêtement de protection thermique.

A ce moment, l'ogive est passée limite supérieure stratosphère - stratopause - et entre dans la stratosphère à une altitude de 55 km. Il se déplace désormais à des vitesses hypersoniques, dix à douze fois plus rapides que le son.

Surcharges inhumaines

Une brûlure sévère modifie la géométrie du nez. Le jet, tel un ciseau de sculpteur, brûle une saillie centrale pointue dans la muqueuse nasale. D'autres caractéristiques de surface apparaissent également en raison d'un brûlage inégal. Les changements de forme entraînent des changements de débit. Cela modifie la répartition de la pression de l'air comprimé sur la surface de l'ogive et le champ de température. Des variations dans l'action de la force de l'air apparaissent par rapport au débit calculé, ce qui entraîne une déviation du point d'impact - un échec se forme. Même s'il est petit - disons deux cents mètres, le projectile céleste frappera le silo de missiles de l'ennemi avec une déviation. Ou ça ne frappera pas du tout.

De plus, la configuration des surfaces des ondes de choc, des vagues d’étrave, des pressions et des températures change constamment. La vitesse diminue progressivement, mais la densité de l'air augmente rapidement : le cône descend de plus en plus bas dans la stratosphère. En raison des pressions et des températures inégales à la surface de l'ogive, en raison de la rapidité de leurs changements, des chocs thermiques peuvent survenir. Ils sont capables de détacher des morceaux du revêtement de protection thermique, ce qui introduit de nouveaux changements dans le schéma d'écoulement. Et augmente la déviation du point d'impact.

Dans le même temps, l'ogive peut entrer dans des oscillations spontanées et fréquentes avec un changement de direction de ces oscillations de « haut en bas » à « droite-gauche » et inversement. Ces auto-oscillations créent des accélérations locales dans différentes parties ogives. Les accélérations varient en direction et en ampleur, ce qui complique le tableau de l'impact subi par l'ogive. Il reçoit plus de charges, une asymétrie des ondes de choc autour de lui, des champs de température inégaux et d'autres petits plaisirs qui se transforment instantanément en gros problèmes.

Mais le flux venant en sens inverse ne s'épuise pas non plus. En raison de la pression si puissante de l’air comprimé venant en sens inverse, l’ogive subit un énorme effet de freinage. Il y a un gros accélération négative. L’ogive, avec tous ses composants internes, est soumise à une surcharge qui augmente rapidement et il est impossible de se protéger d’une surcharge.

Les astronautes ne subissent pas de telles surcharges pendant la descente. Le véhicule habité est moins profilé et son intérieur n’est pas aussi étanche que celui de l’ogive. Les astronautes ne sont pas pressés de descendre rapidement. L'ogive est une arme. Elle doit atteindre la cible le plus rapidement possible avant d'être abattue. Et plus il vole vite, plus il est difficile de l’intercepter. Le cône a la forme du meilleur flux supersonique. Économie grande vitesse vers les couches inférieures de l'atmosphère, l'ogive y rencontre un freinage très important. C'est pourquoi des cloisons solides et un cadre porteur sont nécessaires. Et des « sièges » confortables pour deux pilotes - sinon ils seront arrachés de leur siège par surcharge.

Dialogue de jumeaux siamois

Au fait, qu’en est-il de ces cavaliers ? Le moment est venu de se souvenir des principaux passagers, car ils ne restent pas assis passivement, mais traversent leur propre chemin difficile, et leur dialogue prend tout son sens à ces moments précis.

La charge a été démontée en plusieurs parties pendant le transport. Lorsqu'il est installé dans une ogive, il est assemblé et lors de l'installation de l'ogive dans un missile, il est équipé dans une configuration complète prête au combat (un initiateur de neutrons pulsés est inséré, équipé de détonateurs, etc.). La charge est prête à voyager vers la cible à bord de l’ogive, mais n’est pas encore prête à exploser. La logique ici est claire : une volonté constante d’exploser de la charge est inutile et théoriquement dangereuse.

Il doit être transféré à un état de préparation à l'explosion (à proximité de la cible) par des algorithmes séquentiels complexes basés sur deux principes : la fiabilité du mouvement vers l'explosion et le contrôle du processus. Le système de détonation transfère la charge à des niveaux de préparation toujours plus élevés dans les meilleurs délais. Et lorsque la charge entièrement préparée sort de l'unité de commande pour exploser, l'explosion se produit immédiatement, instantanément. Une ogive volant à la vitesse d'une balle de tireur d'élite ne parcourra que quelques centièmes de millimètre, n'ayant pas le temps de se déplacer dans l'espace même de l'épaisseur d'un cheveu humain, lorsque la réaction thermonucléaire dans sa charge commence, se développe, passe complètement et est terminé, libérant toute la puissance normale.

Flash final

Une explosion à la surface de la Terre est rarement planifiée - uniquement pour des objets enfouis dans le sol, comme les silos de missiles. La plupart des cibles se trouvent en surface. Et pour leur plus grande destruction, la détonation s'effectue à une certaine hauteur, en fonction de la puissance de la charge. Pour une vingtaine de kilotonnes tactiques, cela représente 400 à 600 m. Pour une mégatonne stratégique, la hauteur d'explosion optimale est de 1 200 m. Pourquoi ? L'explosion provoque le déplacement de deux vagues à travers la zone. Plus près de l’épicentre, l’onde de choc frappera plus tôt. Elle tombera et se reflétera en rebondissant sur les côtés, où elle se confondra avec la nouvelle vague qui vient d'arriver ici d'en haut, du point d'explosion. Deux ondes - incidentes depuis le centre de l'explosion et réfléchies depuis la surface - s'additionnent, formant l'onde de choc la plus puissante de la couche de sol, principal facteur de destruction.

Lors des lancements d’essais, l’ogive atteint généralement le sol sans entrave. À bord se trouve un demi-quintal d’explosifs qui explosent lorsqu’il tombe. Pour quoi? Premièrement, l’ogive est un objet secret et doit être détruite de manière sécurisée après utilisation. Deuxièmement, cela est nécessaire pour les systèmes de mesure du site d'essai - pour une détection rapide du point d'impact et une mesure des écarts.

Le premier missile balistique intercontinental à tête nucléaire

Le premier ICBM au monde doté d'une tête nucléaire était le R-7 soviétique. Il transportait une ogive de trois mégatonnes et pouvait atteindre des cibles situées à une distance allant jusqu'à 11 000 km (modification 7-A). L'idée originale de S.P. Bien que Korolev ait été mis en service, il s'est avéré inefficace en tant que missile militaire en raison de son incapacité à rester longtemps en service de combat sans ravitaillement supplémentaire en comburant (oxygène liquide). Mais le R-7 (et ses nombreuses modifications) a joué un rôle exceptionnel dans l'exploration spatiale.

La première ogive ICBM à plusieurs ogives

Le premier ICBM au monde doté d'une ogive multiple était le missile américain LGM-30 Minuteman III, dont le déploiement a commencé en 1970. Par rapport à la modification précédente, l'ogive W-56 a été remplacée par trois ogives légères W-62 installées au stade de reproduction. Ainsi, le missile pourrait toucher trois cibles distinctes ou concentrer les trois ogives pour en frapper une seule. Actuellement, tous les missiles Minuteman III dans le cadre de l’initiative de désarmement n’ont plus qu’une seule ogive.

Ogive à rendement variable

Depuis le début des années 1960, des technologies ont été développées pour créer des ogives thermonucléaires à rendement variable. Il s'agit par exemple de l'ogive W80, qui a notamment été installée sur le missile Tomahawk. Ces technologies ont été créées pour les charges thermonucléaires construites selon le schéma Teller-Ulam, où la réaction de fission des isotopes de l'uranium ou du plutonium déclenche une réaction de fusion (c'est-à-dire explosion thermonucléaire). Le changement de puissance s'est produit en ajustant l'interaction des deux étapes.

PS. Je voudrais aussi ajouter que là-haut, les brouilleurs travaillent aussi à leur tâche, des leurres sont lâchés, et en plus blocages accélérateurs et/ou le bus explose après le désengagement afin d'augmenter le nombre de cibles sur les radars et de surcharger le système de défense antimissile.