Branduolinės galvutės konstrukcija. Branduolinė bomba: atominiai ginklai apsaugoti pasaulį

Atominės bombos, ypač ginklų, sukūrimo istorija prasideda 1939 m., kai atrado Joliot Curie. Nuo šio momento mokslininkai suprato, kad grandininė urano reakcija gali tapti ne tik milžiniškos energijos šaltiniu, bet ir baisus ginklas. Taigi, atominės bombos konstrukcija pagrįsta branduolinės energijos, kuri išsiskiria branduolinės grandininės reakcijos metu, naudojimu.

Pastarasis reiškia sunkiųjų branduolių dalijimosi arba lengvųjų branduolių susiliejimo procesą. Dėl to atominė bomba yra ginklas masinis naikinimas, dėl to, kad per trumpiausią laiką mažoje erdvėje išsiskiria didžiulis kiekis intrabranduolinės energijos. Įeinant į šį procesą, įprasta pabrėžti dvi pagrindines vietas.

Pirma, tai yra branduolinio sprogimo centras, kuriame šis procesas. Ir, antra, tai yra epicentras, kuris iš prigimties reiškia paties proceso projekciją į paviršių (žemę ar vandenį). Taip pat branduolinis sprogimas išskiria tokį energijos kiekį, kad jį išmetus į žemę atsiranda seisminiai drebėjimai. O tokių virpesių sklidimo diapazonas yra neįtikėtinai didelis, nors žala pastebima aplinką jie smogia tik vos kelių šimtų metrų atstumu.

Be to, verta paminėti, kad branduolinį sprogimą lydi paleidimas didelis kiekisšiluma ir šviesa, kuri sukuria ryškią blykstę. Be to, jo galia daug kartų viršija saulės spindulių galią. Taigi šviesos ir šilumos žala gali atsirasti net kelių kilometrų atstumu.

Tačiau viena labai pavojinga atominės bombos žalos rūšis yra radiacija, kuri susidaro branduolinio sprogimo metu. Šio reiškinio poveikio trukmė yra trumpa, vidutiniškai 60 sekundžių, tačiau šios bangos prasiskverbimas yra nuostabus.

Kalbant apie atominės bombos konstrukciją, ji apima daugybę skirtingų komponentų. Paprastai yra du pagrindiniai elementai šio tipo ginklai: korpusas ir automatikos sistema.

Korpuse yra branduolinis užtaisas ir automatika, ir tai atlieka apsauginė funkcijaįvairių tipų poveikiui (mechaninei, terminei ir kt.). O automatizavimo sistemos vaidmuo yra užtikrinti, kad sprogimas įvyktų aiškiai nurodytą laiką, nei anksčiau, nei vėliau. Automatikos sistema susideda iš tokių sistemų kaip: avarinis detonavimas; apsauga ir užkabinimas; maitinimo šaltinis; Detonacijos ir užtaiso detonacijos jutikliai.

Tačiau atominės bombos pristatomos naudojant balistines, sparnuotąsias ir priešlėktuvines raketas. Tie. branduoliniai ginklai gali būti aviacinės bombos, torpedos, sausumos minos ir pan.

Ir net atominės bombos detonavimo sistemos gali būti skirtingos. Vienas iš labiausiai paprastos sistemos yra įpurškimas, kai impulsas branduoliniam sprogimui yra tada, kai sviedinys patenka į taikinį, o vėliau susidaro superkritinė masė. Būtent tokio tipo atominės bombos minima pirmoji virš Hirosimos 1945 m. susprogdinta bomba, kurioje buvo urano. Priešingai, tais pačiais metais ant Nagasakio numesta bomba buvo plutonis.

Po tokio ryškaus atominių ginklų galios ir jėgos demonstravimo jie akimirksniu pateko į pavojingiausių masinio naikinimo priemonių kategoriją. Kalbant apie atominių ginklų rūšis, reikia paminėti, kad juos lemia kalibro dydis. Taigi, į dabarties akimirka Yra trys pagrindiniai šio ginklo kalibrai: mažas, didelis ir vidutinis. Sprogimo galia dažniausiai apibūdinama TNT ekvivalentu. Pavyzdžiui, mažo kalibro atominis ginklas reiškia įkrovimo galią, lygią keliems tūkstančiams tonų TNT. O galingesni atominiai ginklai, tiksliau vidutinio kalibro, jau siekia dešimtis tūkstančių tonų trotilo, o galiausiai pastarasis jau matuojamas milijonais. Tačiau tuo pat metu nereikėtų painioti atominių ir vandenilinių ginklų, kurie apskritai vadinami branduoliniais ginklais, sąvokų. Pagrindinis skirtumas tarp atominių ir vandenilinių ginklų yra daugelio sunkiųjų elementų, tokių kaip plutonis ir uranas, branduolių dalijimosi reakcija. O vandeniliniai ginklai apima vieno elemento atomų branduolių sintezės procesą į kitą, t.y. helis iš vandenilio.

Pirmasis atominės bombos bandymas

Pirmąjį atominio ginklo bandymą amerikiečių kariškiai atliko 1945 metų liepos 16 dieną Almogordo vietoje, parodydamas visą atominės energijos galią. Po to JAV pajėgų turimos atominės bombos buvo pakrautos į karo laivą ir išsiųstos į Japonijos krantus. Japonijos vyriausybės atsisakymas pradėti taikų dialogą leido veiksmuose pademonstruoti visą atominių ginklų galią, kurio aukomis iš pradžių tapo Hirosimos miestas, o kiek vėliau Nagasakis. Taigi 1945 m. rugpjūčio 6 d. pirmą kartą buvo panaudoti atominiai ginklai civiliai, dėl ko miestą praktiškai nušlavė smūginės bangos. Daugiau nei pusė miesto gyventojų žuvo pirmosiomis atominės atakos dienomis, o iš viso buvo apie du šimtus keturiasdešimt tūkstančių žmonių. Ir tik po keturių dienų, karinė bazė JAV nedelsiant paliko du lėktuvus su pavojingu kroviniu, kurių taikiniai buvo Kokura ir Nagasakis. Ir jei Kokura, paskendusi nepraleidžiamų dūmų, buvo sunkus taikinys, tai Nagasakyje taikinys buvo pataikytas. Galiausiai atominė bomba Nagasakyje pirmosiomis dienomis nužudė 73 tūkstančius žmonių nuo sužeidimų ir radiacijos, prie šių aukų buvo pridėtas trisdešimt penkių tūkstančių žmonių sąrašas. Be to, paskutinių aukų mirtis buvo gana skausminga, nes radiacijos poveikis yra neįtikėtinai destruktyvus.

Atominių ginklų naikinimo veiksniai

Taigi, atominiai ginklai turi keletą naikinimo rūšių; šviesa, radioaktyvioji, smūginė banga, skverbiasi spinduliuotė ir elektromagnetinis impulsas. Kai po branduolinio ginklo sprogimo susidaro šviesos spinduliuotė, kuri vėliau virsta naikinančia šiluma. Toliau ateina eilė radioaktyvioji tarša, kuris pavojingas tik pirmas kelias valandas po sprogimo. Smūgio banga laikoma pavojingiausia branduolinio sprogimo stadija, nes per kelias sekundes padaroma milžiniška žala įvairiems pastatams, įrangai ir žmonėms. Tačiau prasiskverbianti spinduliuotė yra labai pavojinga žmogaus organizmui ir dažnai sukelia spindulinę ligą. Elektromagnetinis impulsas trenkia į įrangą. Kartu visa tai daro atominius ginklus labai pavojingus.

Pažvelkime į tipinę kovinę galvutę (realybėje gali būti skirtumų tarp kovinių galvučių). Tai kūgis, pagamintas iš lengvų, patvarių lydinių – dažniausiai titano. Viduje yra pertvaros, rėmai, elektrinis rėmas - beveik kaip lėktuve. Maitinimo rėmas padengtas patvariu metaliniu korpusu. Ant korpuso padengiamas storas nuo karščio apsaugančios dangos sluoksnis. Tai atrodo kaip senovinis neolito laikų krepšelis, gausiai padengtas moliu ir išdegtas pirmuosiuose žmogaus eksperimentuose su šiluma ir keramika. Panašumą paaiškinti nesunku: ir krepšys, ir kovinė galvutė turi atsispirti išoriniam karščiui.

Kovos galvutė ir jos užpildymas

Kūgio viduje, pritvirtinti prie savo „sėdynių“, yra du pagrindiniai „keleiviai“, dėl kurių viskas buvo pradėta: termobranduolinis užtaisas ir įkrovos valdymo blokas, arba automatikos blokas. Jie yra stebėtinai kompaktiški. Automatikos blokas yra penkių litrų marinuotų agurkų stiklainio dydžio, o įkrova - paprasto sodo kibiro dydžio. Sunkus ir svarus, skardinės ir kibiro sąjunga sprogs nuo trijų šimtų penkiasdešimt iki keturių šimtų kilotonų. Du keleiviai yra sujungti vienas su kitu jungtimi, pvz Siamo dvyniai, ir per šį ryšį jie nuolat kažkuo keičiasi. Jų dialogas tęsiasi visą laiką, net kai raketa atlieka kovines pareigas, net kai šie dvyniai dar tik pargabenami iš gamyklos.

Taip pat yra trečiasis keleivis - vienetas, skirtas matuoti kovinės galvutės judėjimą arba apskritai valdyti jos skrydį. IN pastarasis atvejis kovinėje galvutėje įmontuoti darbo valdikliai, leidžiantys keisti trajektoriją. Pavyzdžiui, pneumatinės sistemos arba miltelių sistemos. Taip pat borto elektros tinklas su maitinimo šaltiniais, ryšio linijomis su scena, apsaugotų laidų ir jungčių pavidalu, apsauga nuo elektromagnetinių impulsų ir termostato sistema – palaikanti reikiamą įkrovimo temperatūrą.

Nuotraukoje rodomas raketos MX (Peacekeeper) ir dešimties kovinių galvučių veisimosi etapas. Ši raketa jau seniai pašalinta iš tarnybos, tačiau vis dar naudojamos tos pačios kovinės galvutės (ir dar senesnės). Amerikiečiai turi balistines raketas su keliomis kovinėmis galvutėmis, sumontuotas tik povandeniniuose laivuose.

Išlipusios iš autobuso kovinės galvutės toliau didina aukštį ir tuo pat metu veržiasi link savo taikinių. Jie pakyla aukščiausi taškai savo trajektorijas, o paskui, nesulėtinant horizontalaus skrydžio, vis greičiau pradeda slysti žemyn. Lygiai šimto kilometrų aukštyje virš jūros lygio kiekviena kovinė galvutė kerta formaliai žmogaus paskirtą kosminės erdvės ribą. Atmosfera priekyje!

Elektrinis vėjas

Žemiau priešais kovinę galvutę slypi didžiulis, kontrastingai blizgantis nuo grėsmingo didelio aukščio, padengtas mėlyna deguonies migla, padengtas aerozolių suspensijomis, didžiulis ir beribis penktasis vandenynas. Lėtai ir vos pastebimai pasisukdama nuo likutinio atsiskyrimo poveikio, kovinė galvutė toliau leidžiasi švelnia trajektorija. Bet tada jos link švelniai pūstelėjo labai neįprastas vėjelis. Jis šiek tiek jį palietė – ir jis tapo pastebimas, padengdamas kūną plona, tolstančia blyškiai baltai melsvo švytėjimo banga. Ši banga yra kvapą gniaužiančios aukštos temperatūros, tačiau ji dar nesudegina kovinės galvutės, nes yra per daug eterinė. Virš kovinės galvutės pučiantis vėjas yra laidus elektrai. Kūgio greitis yra toks didelis, kad jis tiesiogine prasme susmulkina oro molekules savo smūgiu į elektra įkrautus fragmentus ir įvyksta oro smūginė jonizacija. Šis plazminis vėjas vadinamas hipergarsiniu srautu dideli skaičiai Mach, o jo greitis dvidešimt kartų viršija garso greitį.

Dėl didelio retumo vėjas pirmosiomis sekundėmis beveik nepastebimas. Auga ir tampa tankesnis, kai patenka gilyn į atmosferą, jis iš pradžių įkaista daugiau nei daro spaudimą kovinei galvutei. Bet pamažu ji pradeda spausti jos kūgį jėga. Srautas pirmiausia pasuka kovinės galvutės nosį. Išsiskleidžia ne iš karto – kūgis šiek tiek siūbuoja pirmyn ir atgal, palaipsniui sulėtindamas jo svyravimus ir galiausiai stabilizuojasi.

Šildymas hipergarsiniu režimu

Leisdamasis žemyn, srautas daro vis didesnį spaudimą kovinei galvutei, sulėtindamas jos skrydį. Kai jis sulėtėja, temperatūra palaipsniui mažėja. Nuo milžiniškų įrašo pradžios verčių – mėlynai balto dešimčių tūkstančių kelvinų švytėjimo iki geltonai balto penkių–šešių tūkstančių laipsnių švytėjimo. Tai yra Saulės paviršinių sluoksnių temperatūra. Švytėjimas tampa akinantis, nes greitai didėja oro tankis, o kartu ir šiluma patenka į kovinės galvutės sieneles. Nuo karščio apsauganti danga suanglėja ir pradeda degti.

Jis nedega nuo trinties su oru, kaip dažnai neteisingai sakoma. Dėl milžiniško hipergarsinio judėjimo greičio (dabar penkiolika kartų greitesnis už garsą) ore nuo kūno viršaus nukrypsta dar vienas kūgis – smūginė banga, tarsi gaubianti kovinę galvutę. Įeinantis oras, patekęs į smūginės bangos kūgį, akimirksniu daug kartų sutankinamas ir tvirtai prispaudžiamas prie kovinės galvutės paviršiaus. Nuo staigaus, momentinio ir pakartotinio suspaudimo jo temperatūra iš karto šokteli iki kelių tūkstančių laipsnių. To priežastis – beprotiškas to, kas vyksta, greitis, ypatingas proceso dinamiškumas. Dujų dinaminis srauto suspaudimas, o ne trintis, yra tai, kas dabar sušildo kovinės galvutės šonus.

Blogiausia dalis yra nosis. Ten susidaro didžiausias atvažiuojančio srauto sutankinimas. Šio sandariklio sritis šiek tiek pasislenka į priekį, tarsi atsijungdama nuo kūno. Ir jis lieka priekyje, įgaudamas storo lęšio ar pagalvės formą. Ši formacija vadinama „atsiskiriančia lanko smūgio banga“. Jis kelis kartus storesnis už likusį smūginės bangos kūgio paviršių aplink kovinę galvutę. Čia stipriausias atvažiuojančio srauto priekinis suspaudimas. Todėl atjungta lanko smūginė banga turi aukščiausią temperatūrą ir didžiausią šilumos tankį. Ši maža saulė spinduliuoja kovinės galvutės nosį – išryškina, skleidžia šilumą tiesiai į korpuso nosį ir sukelia stiprų nosies deginimą. Todėl yra storiausias šiluminės apsaugos sluoksnis. Tai lanko smūgio banga, kuri tamsią naktį daug kilometrų apšviečia vietovę aplink atmosferoje skrendančią kovinę galvutę.

Tai tampa labai nesaldus šonams. Dabar juos taip pat kepina nepakeliamas galvos smūgio bangos spindulys. Ir dega karštu suslėgtu oru, kuris, susmulkinus jo molekules, virto plazma. Tačiau esant tokiai aukštai temperatūrai, oras jonizuojamas tiesiog kaitinant – jo molekulės nuo karščio byra. Rezultatas yra smūginės jonizacijos ir temperatūros plazmos mišinys. Dėl savo trinties ši plazma tarsi smėliu ar švitriniu popieriumi poliruoja degantį šiluminės apsaugos paviršių. Atsiranda dujų dinaminė erozija, sunaudojama nuo karščio apsauganti danga.

Šiuo metu kovinė galvutė peržengė viršutinę stratosferos ribą – stratopauzę – ir pateko į stratosferą 55 km aukštyje. Dabar jis juda hipergarsiniu greičiu, dešimt–dvylika kartų greičiau nei garsas.

Nežmoniškos perkrovos

Stiprus deginimas keičia nosies geometriją. Upelis, kaip skulptoriaus kaltas, įdegina smailų centrinį išsikišimą į nosies dangą. Dėl netolygaus perdegimo atsiranda ir kitų paviršiaus ypatybių. Formos pokyčiai lemia srauto pokyčius. Tai keičia suspausto oro slėgio pasiskirstymą kovinės galvutės paviršiuje ir temperatūros lauką. Oro jėgos veikimo svyravimai, palyginti su apskaičiuotu srautu, atsiranda, o tai lemia smūgio taško nuokrypį - susidaro praleidimas. Net jei jis mažas - tarkime, du šimtai metrų, bet dangiškasis sviedinys nukreips nukreipdamas į priešo raketos silosą. Arba visai nepataikys.

Be to, nuolat kinta smūginių bangų paviršių, lanko bangų, slėgio ir temperatūros modelis. Greitis palaipsniui mažėja, bet oro tankis greitai didėja: kūgis vis žemiau krenta į stratosferą. Dėl netolygaus slėgio ir temperatūrų kovinės galvutės paviršiuje, dėl jų kaitos spartos, gali atsirasti šiluminiai smūgiai. Jie gali nulaužti nuo karščio apsauginės dangos gabalėlius ir gabalėlius, o tai įveda naujus srauto modelio pokyčius. Ir padidina smūgio taško nuokrypį.

Tuo pačiu metu kovinė galvutė gali spontaniškai dažnai svyruoti, keičiant šių svyravimų kryptį iš „aukštyn-žemyn“ į „dešinėn-kairėn“ ir atgal. Šie savaiminiai virpesiai sukuria vietinį pagreitį įvairiose kovinės galvutės dalyse. Pagreičiai skiriasi kryptimi ir dydžiu, o tai apsunkina kovinės galvutės patiriamo smūgio vaizdą. Jis gauna daugiau apkrovų, smūginių bangų asimetriją aplink save, netolygus temperatūros laukus ir kitus smulkius malonumus, kurie akimirksniu perauga į dideles problemas.

Tačiau artėjantis srautas taip pat neišsenka. Dėl tokio galingo artėjančio suspausto oro slėgio kovinė galvutė patiria didžiulį stabdymo efektą. Yra didelis neigiamas pagreitis. Kovinė galvutė su visomis vidinėmis dalimis patiria sparčiai didėjančią perkrovą, todėl neįmanoma apsisaugoti nuo perkrovos.

Astronautai nusileidimo metu nepatiria tokių perkrovų. Pilotuojama transporto priemonė yra mažiau supaprastinta ir užpildyta viduje ne taip sandariai kaip kovinė galvutė. Astronautai neskuba greitai nusileisti. Kovos galvutė yra ginklas. Ji turi kuo greičiau pasiekti taikinį prieš numušdama. Ir kuo greičiau jis skrenda, tuo sunkiau jį perimti. Kūgis yra geriausio viršgarsinio srauto forma. Išlaikiusi didelį greitį į apatinius atmosferos sluoksnius, kovinė galvutė ten susiduria su labai dideliu lėtėjimu. Štai kodėl reikia tvirtų pertvarų ir laikančiojo rėmo. Ir patogios „sėdynės“ dviem motociklininkams - kitaip jie bus išplėšti iš savo vietų dėl perkrovos.

Siamo dvynių dialogas

Beje, kaip dėl šių raitelių? Atėjo laikas prisiminti pagrindinius keleivius, nes dabar jie nesėdi pasyviai, o eina savo nelengvu keliu, o jų dialogas būtent šiomis akimirkomis tampa prasmingiausias.

Krovinys transportavimo metu buvo išardytas į dalis. Įmontuota kovinėje galvutėje ji surenkama, o montuojant kovinę galvutę į raketą – pilnai parengta kovai konfigūracija (įdėtas impulsinis neutronų iniciatorius, aprūpintas detonatoriais ir pan.). Užtaisas yra paruoštas keliauti į taikinį kovinėje galvutėje, bet dar nėra pasirengęs sprogti. Logika čia aiški: nuolatinis užtaiso pasirengimas sprogti yra nereikalingas ir teoriškai pavojingas.

Jis turi būti perkeltas į pasirengimo sprogimui būseną (netoli taikinio), naudojant sudėtingus nuoseklius algoritmus, pagrįstus dviem principais: judėjimo link sprogimo patikimumu ir proceso valdymu. Detonacinė sistema griežtai laiku perduoda užtaisą į vis aukštesnius parengties lygius. Ir kai kovos komanda detonacijai ateina iš valdymo bloko, kai užtaisas yra visiškai paruoštas, sprogimas įvyks iš karto, akimirksniu. Snaiperio kulkos greičiu skriejanti kovinė galvutė nuskris tik porą šimtųjų milimetro, nespėdama erdvėje pasislinkti net žmogaus plauko storio, kai jos užtaise prasidės, vystosi, visiškai praeina termobranduolinė reakcija ir baigiamas, atleidžiant visą įprastą galią.

Galutinė blykstė

Labai pasikeitusi tiek išorėje, tiek viduje, kovinė galvutė perėjo į troposferą – paskutinius dešimt kilometrų aukštyje. Ji labai sulėtėjo. Higarsinis skrydis išsigimė iki viršgarsinio trijų ar keturių Macho vienetų greičio. Kovos galvutė jau silpnai šviečia, nublanksta ir artėja prie taikinio taško.

Sprogimas Žemės paviršiuje planuojamas retai – tik žemėje palaidotiems objektams, pavyzdžiui, raketų silosams. Dauguma taikinių guli paviršiuje. O siekiant didžiausio jų sunaikinimo, detonacija vykdoma tam tikrame aukštyje, priklausomai nuo užtaiso galios. Taktiniams dvidešimt kilotonų tai yra 400–600 m Strateginei megatonai optimalus sprogimo aukštis yra 1200 m. Sprogimas sukelia dvi bangas, kurios sklinda per teritoriją. Arčiau epicentro sprogimo banga pasieks anksčiau. Jis kris ir atsispindės, atsimušdamas į šonus, kur susilies su šviežia banga, ką tik atėjusia čia iš viršaus, iš sprogimo taško. Dvi bangos, krentančios iš sprogimo centro ir atsispindėjusios nuo paviršiaus, susumuoja ir sudaro galingiausią bangą žemės sluoksnyje. smūgio banga, pagrindinis veiksnys pralaimėjimų.

Bandomųjų paleidimų metu kovinė galvutė paprastai netrukdoma pasiekia žemę. Laive yra pusšimčio svorio sprogmenų, kurie nukritus susprogdina. Už ką? Pirma, kovinė galvutė - slaptas objektas ir po naudojimo turi būti saugiai sunaikinti. Antra, tai būtina matavimo sistemos bandymo vieta – greitam smūgio taško aptikimui ir nukrypimų matavimui.

Kelių metrų rūkantis krateris užbaigia vaizdą. Tačiau prieš tai, likus porai kilometrų iki smūgio, iš bandomosios kovinės galvutės iššaunama šarvuota saugojimo kasetė, fiksuojanti viską, kas buvo užfiksuota lėktuve skrydžio metu. Ši šarvuota „flash drive“ apsaugos nuo laive esančios informacijos praradimo. Ji bus rasta vėliau, kai atvyks malūnsparnis su specialia paieškos grupe. Ir jie užfiksuos fantastiško skrydžio rezultatus.

Pirmoji tarpžemyninė balistinė raketa su branduoline galvute

Pirmasis pasaulyje ICBM su branduoline galvute buvo sovietinis R-7. Jis turėjo vieną trijų megatonų kovinę galvutę ir galėjo smogti į taikinius iki 11 000 km atstumu (7-A modifikacija). S.P. sumanymas. Nors Korolevas buvo pradėtas eksploatuoti, jis pasirodė esąs neveiksmingas kaip karinė raketa dėl nesugebėjimo nustatyti buvimo vietos. ilgą laiką kovos tarnybos metu be papildomo degalų papildymo oksidatoriumi (skystu deguonimi). Tačiau R-7 (ir daugybė jo modifikacijų) atliko išskirtinį vaidmenį kosmoso tyrinėjimuose.

Pirmoji ICBM kovinė galvutė su keliomis kovinėmis galvutėmis

Pirmasis pasaulyje ICBM su daugybe kovinių galvučių buvo amerikietiška LGM-30 Minuteman III raketa, kurios dislokavimas prasidėjo 1970 m. Palyginti su ankstesne modifikacija, W-56 kovinė galvutė buvo pakeista trimis lengvomis W-62 galvutėmis, sumontuotomis veisimosi stadijoje. Taigi raketa galėtų pataikyti į tris atskirus taikinius arba sutelkti visas tris kovines galvutes, kad smogtų vienam. Šiuo metu visose Minuteman III raketose, kaip nusiginklavimo iniciatyvos dalis, liko tik viena kovinė galvutė.

Kintamos galios kovinė galvutė

Nuo septintojo dešimtmečio pradžios buvo kuriamos technologijos termobranduolinėms galvutėms su kintamu išeiga sukurti. Tai apima, pavyzdžiui, W80 kovinę galvutę, kuri buvo sumontuota visų pirma ant Tomahawk raketos. Šios technologijos buvo sukurtos termobranduoliniams krūviams, pastatytiems pagal Teller-Ulam schemą, kur urano ar plutonio izotopų dalijimosi reakcija sukelia sintezės reakciją (t.y. termobranduolinis sprogimas). Galios pokytis įvyko koreguojant dviejų etapų sąveiką.

PS. Taip pat noriu pridurti, kad ten, viršuje, trukdantys padaliniai taip pat dirba savo užduotį, paleidžiami netikri taikiniai, be to, po atjungimo susprogdinami stiprintuvai ir (arba) autobusas, siekiant padidinti taikinių skaičių radarus ir perkrauna priešraketinės gynybos sistemą.

Visos tarpžemyninės balistinės raketos, dešimčių metrų ir tonų itin stiprių lydinių, aukštųjų technologijų kuro ir sudėtingos elektronikos reikia tik vienam dalykui – nugabenti kovinę galvutę į paskirties vietą: pusantro metro aukščio kūgio. o prie pagrindo storas kaip žmogaus liemuo.

Pažvelkime į tipinę kovinę galvutę (realybėje gali būti skirtumų tarp kovinių galvučių). Tai kūgis, pagamintas iš lengvų patvarių lydinių. Viduje yra pertvaros, rėmai, elektrinis rėmas - beveik viskas kaip lėktuve. Maitinimo rėmas padengtas patvariu metaliniu korpusu. Ant korpuso padengiamas storas nuo karščio apsaugančios dangos sluoksnis. Tai atrodo kaip senovinis neolito laikų krepšelis, gausiai padengtas moliu ir išdegtas pirmuosiuose žmogaus eksperimentuose su šiluma ir keramika. Panašumą paaiškinti nesunku: ir krepšys, ir kovinė galvutė turi atsispirti išoriniam karščiui.

Kūgio viduje, pritvirtinti prie savo „sėdynių“, yra du pagrindiniai „keleiviai“, dėl kurių viskas buvo pradėta: termobranduolinis užtaisas ir įkrovos valdymo blokas, arba automatikos blokas. Jie yra stebėtinai kompaktiški. Automatikos blokas yra penkių litrų marinuotų agurkų stiklainio dydžio, o įkrova - paprasto sodo kibiro dydžio. Sunkus ir svarus, skardinės ir kibiro sąjunga sprogs nuo trijų šimtų penkiasdešimt iki keturių šimtų kilotonų. Du keleiviai yra sujungti vienas su kitu ryšiu, kaip Siamo dvyniai, ir per šį ryšį jie nuolat kažkuo keičiasi. Jų dialogas tęsiasi visą laiką, net kai raketa atlieka kovines pareigas, net kai šie dvyniai dar tik pargabenami iš gamyklos.

Taip pat yra trečiasis keleivis - vienetas, skirtas matuoti kovinės galvutės judėjimą arba apskritai valdyti jos skrydį. Pastaruoju atveju kovinėje galvutėje įmontuoti veikiantys valdikliai, leidžiantys keisti trajektoriją. Pavyzdžiui, pneumatinės sistemos arba miltelių sistemos. Taip pat borto elektros tinklas su maitinimo šaltiniais, ryšio linijomis su scena, apsaugotų laidų ir jungčių pavidalu, apsauga nuo elektromagnetinių impulsų ir termostato sistema – palaikanti reikiamą įkrovimo temperatūrą.

Technologijos, kuriomis kovinės galvutės atskiriamos nuo raketos ir nustatomos į savo kursą, yra atskira didelė tema, apie kurią galima rašyti knygas.

Pirmiausia paaiškinkime, kas yra „tik kovinis vienetas“. Tai įtaisas, kuriame tarpžemyninėje balistinėje raketoje fiziškai talpinamas termobranduolinis užtaisas. Raketa turi vadinamąją kovinę galvutę, kurioje gali būti viena, dvi ar daugiau kovinių galvučių. Jei jų yra kelios, kovinė galvutė vadinama daugybine galvute (MIRV).

MIRV viduje yra labai sudėtingas blokas (ji taip pat vadinama atsijungimo platforma), kuris, paleistas nešančiosios raketos už atmosferos ribų, pradeda atlikti daugybę užprogramuotų veiksmų, skirtų individualiam vadovavimui ir kovinių galvučių atskyrimui. tai; erdvėje mūšio rikiuotės statomos iš blokų ir jaukų, kurie taip pat iš pradžių yra ant platformos. Taigi kiekvienas blokas dedamas ant trajektorijos, kuri užtikrina, kad jis pataikys į nurodytą taikinį Žemės paviršiuje.

Koviniai vienetai yra skirtingi. Tie, kurie juda balistinėmis trajektorijomis po atsiskyrimo nuo platformos, vadinami nevaldomais. Valdomos kovinės galvutės po atsiskyrimo pradeda „gyventi savo gyvenimą“. Juose yra įrengti padėties valdymo varikliai, skirti manevruoti kosmose, aerodinaminiai valdymo paviršiai, skirti valdyti skrydį atmosferoje, ir lėktuve inercinė sistema valdikliai, keli skaičiavimo įrenginiai, radaras su savo kompiuteriu... Ir, žinoma, kovinis užtaisas.

Praktiškai valdoma kovinė galvutė sujungia nepilotuojamo ginklo savybes erdvėlaivis ir hipergarsinis nepilotuojamas orlaivis. Šis įrenginys visus veiksmus tiek erdvėje, tiek skrydžio atmosferoje metu turi atlikti autonomiškai.

Atskyrus nuo veisimosi platformos, kovinė galvutė gana ilgą laiką skrenda labai dideliame aukštyje – erdvėje. Šiuo metu įrenginio valdymo sistema atlieka daugybę perorientavimų, kad sudarytų sąlygas tikslus apibrėžimas savo judėjimo parametrus, leidžiančius lengviau įveikti galimų perimančių raketų branduolinių sprogimų zoną...
Prieš patekdamas į viršutines atmosferos dalis, borto kompiuteris apskaičiuoja reikiamą kovinės galvutės orientaciją ir ją atlieka. Maždaug tuo pačiu laikotarpiu vyksta sesijos, skirtos radarui nustatyti tikrąją vietą, kuriai taip pat reikia atlikti keletą manevrų. Tada paleidžiama lokatoriaus antena, o kovinei galvutei prasideda atmosferinė judėjimo dalis.

Žemiau priešais kovinę galvutę slypi didžiulis, kontrastingai blizgantis nuo grėsmingo didelio aukščio, padengtas mėlyna deguonies migla, padengtas aerozolių suspensijomis, didžiulis ir beribis penktasis vandenynas. Lėtai ir vos pastebimai pasisukdama nuo likutinio atsiskyrimo poveikio, kovinė galvutė toliau leidžiasi švelnia trajektorija. Bet tada jos link švelniai pūstelėjo labai neįprastas vėjelis. Jis šiek tiek jį palietė – ir jis tapo pastebimas, padengdamas kūną plona, tolstančia blyškiai baltai melsvo švytėjimo banga. Ši banga yra kvapą gniaužiančios aukštos temperatūros, tačiau ji dar nesudegina kovinės galvutės, nes yra per daug eterinė. Virš kovinės galvutės pučiantis vėjas yra laidus elektrai. Kūgio greitis yra toks didelis, kad jis tiesiogine prasme susmulkina oro molekules savo smūgiu į elektra įkrautus fragmentus ir įvyksta oro smūginė jonizacija. Šis plazminis vėjelis vadinamas didelio Macho skaičiaus hipergarsiniu srautu, o jo greitis dvidešimt kartų viršija garso greitį.

Sujungia vienas tikslas

Termobranduolinis užtaisas ir valdymo blokas nuolat bendrauja vienas su kitu. Šis „dialogas“ prasideda iškart po to, kai ant raketos yra sumontuota kovinė galvutė, ir baigiasi branduolinio sprogimo momentu. Visą šį laiką valdymo sistema paruošia užtaisą darbui, kaip treneris ruošia boksininką svarbiai kovai. Ir į tinkamas momentas duoda paskutinę ir svarbiausią komandą.

Kai raketa eina į kovines pareigas, jos užtaisas komplektuojamas iki pilnos konfigūracijos: sumontuotas impulsinis neutronų aktyvatorius, detonatoriai ir kita įranga. Tačiau jis dar nėra pasiruošęs sprogimui. Branduolinę raketą dešimtmečius laikyti silose ar mobiliajame paleidimo įrenginyje, pasiruošusią bet kurią akimirką sprogti, yra tiesiog pavojinga.

Todėl skrydžio metu valdymo sistema užtaisą sukuria pasiruošimo sprogimui būseną. Tai vyksta palaipsniui, naudojant sudėtingus nuoseklius algoritmus, pagrįstus dviem pagrindinėmis sąlygomis: judėjimo link tikslo patikimumu ir proceso kontrole. Jei vienas iš šių veiksnių nukrypsta nuo apskaičiuotų verčių, paruošimas bus sustabdytas. Elektronika perkelia mokestį vis daugiau ir daugiau aukštas laipsnis pasirengimas duoti komandą veikti projektavimo taške.

Ir kai kovos komanda detonacijai ateina iš valdymo bloko, kai užtaisas yra visiškai paruoštas, sprogimas įvyks iš karto, akimirksniu. Snaiperio kulkos greičiu skriejanti kovinė galvutė nuskris tik porą šimtųjų milimetro, nespėdama erdvėje pasislinkti net žmogaus plauko storio, kai jos užtaise prasidės, vystosi, visiškai praeina termobranduolinė reakcija ir baigiamas, atleidžiant visą įprastą galią.

Sprogimas Žemės paviršiuje planuojamas retai – tik žemėje palaidotiems objektams, pavyzdžiui, raketų silosams. Dauguma taikinių guli paviršiuje. O siekiant didžiausio jų sunaikinimo, detonacija vykdoma tam tikrame aukštyje, priklausomai nuo užtaiso galios. Taktiniams dvidešimt kilotonų tai yra 400–600 m Strateginei megatonai optimalus sprogimo aukštis yra 1200 m. Sprogimas sukelia dvi bangas, kurios sklinda per teritoriją. Arčiau epicentro sprogimo banga pasieks anksčiau. Jis kris ir atsispindės, atsimušdamas į šonus, kur susilies su šviežia banga, ką tik atėjusia čia iš viršaus, iš sprogimo taško. Dvi bangos – krentančios iš sprogimo centro ir atsispindėjusios nuo paviršiaus – sumuojasi ir sudaro galingiausią smūgio bangą žemės sluoksnyje, pagrindinį sunaikinimo veiksnį.

Bandomųjų paleidimų metu kovinė galvutė paprastai netrukdoma pasiekia žemę. Laive yra pusšimčio svorio sprogmenų, kurie nukritus susprogdina. Už ką? Pirma, kovinė galvutė yra slaptas objektas ir turi būti saugiai sunaikinta po naudojimo. Antra, tai būtina bandymų aikštelės matavimo sistemoms – norint greitai nustatyti smūgio tašką ir išmatuoti nuokrypius.

Prietaisas ir veikimo principas yra pagrįsti savaime išsilaikančios branduolinės reakcijos inicijavimu ir valdymu. Jis naudojamas kaip tyrimų priemonė, radioaktyviesiems izotopams gaminti ir kaip energijos šaltinis atominėms elektrinėms.

veikimo principas (trumpai)

Tam naudojamas procesas, kurio metu sunkusis branduolys skyla į du mažesnius fragmentus. Šie fragmentai yra labai sužadintos būsenos ir išskiria neutronus, kitus subatominės dalelės ir fotonai. Neutronai gali sukelti naujus skilimus, dėl kurių jų išsiskiria daugiau ir pan. Tokia nuolatinė savaime išsilaikanti skilimų serija vadinama grandinine reakcija. Taip išsiskiria didelis kiekis energijos, kurios gamyba yra atominių elektrinių panaudojimo tikslas.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas yra toks, kad apie 85% dalijimosi energijos išsiskiria per labai trumpą laiką nuo reakcijos pradžios. Likusi dalis susidaro dėl radioaktyvaus skilimo produktų skilimo po to, kai jie išskiria neutronus. Radioaktyvusis skilimas yra procesas, kurio metu atomas pasiekia stabilesnę būseną. Jis tęsiamas ir pasibaigus padalijimui.

Atominėje bomboje grandininės reakcijos intensyvumas didėja, kol didžioji medžiagos dalis yra suskilusi. Tai įvyksta labai greitai, gaminant itin daug galingi sprogimai, būdingas tokioms bomboms. Branduolinio reaktoriaus konstrukcija ir veikimo principas grindžiami grandininės reakcijos palaikymu kontroliuojamu, beveik pastoviu lygiu. Jis sukurtas taip, kad negalėtų sprogti kaip atominė bomba.

Grandininė reakcija ir kritiškumas

Branduolio dalijimosi reaktoriaus fizika yra tokia, kad grandininę reakciją lemia branduolio skilimo tikimybė išspinduliavus neutronus. Jei pastarųjų gyventojų skaičius mažės, dalijimosi greitis ilgainiui sumažės iki nulio. Tokiu atveju reaktorius bus subkritinėje būsenoje. Jei neutronų populiacija bus palaikoma pastoviame lygyje, dalijimosi greitis išliks stabilus. Reaktorius bus kritinės būklės. Galiausiai, jei laikui bėgant neutronų populiacija didės, padidės dalijimosi greitis ir galia. Šerdies būsena taps superkritinė.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas yra toks. Prieš paleidžiant, neutronų populiacija yra artima nuliui. Tada operatoriai pašalina valdymo strypus iš šerdies, padidindami branduolio dalijimąsi, o tai laikinai stumia reaktorių į superkritinę būseną. Pasiekę vardinę galią, operatoriai iš dalies grąžina valdymo strypus, pakoreguodami neutronų skaičių. Vėliau reaktorius palaikomas kritinės būklės. Kai jį reikia sustabdyti, operatoriai įkiša strypus iki galo. Tai slopina dalijimąsi ir perkelia šerdį į subkritinę būseną.

Reaktorių tipai

Dauguma pasaulio atominių elektrinių yra elektrinės, gaminančios šilumą, reikalingą generatorius varančioms turbinoms sukti. elektros energija. Taip pat yra daug mokslinių tyrimų reaktorių, o kai kurios šalys turi povandeninius laivus arba paviršiniai laivai, varomas atomo energijos.

Energijos įrenginiai

Yra keletas šio tipo reaktorių tipų, tačiau plačiai naudojama lengvo vandens konstrukcija. Savo ruožtu jis gali naudoti suslėgtą vandenį arba verdantį vandenį. Pirmuoju atveju skystis po aukšto slėgioįkaista nuo aktyviosios zonos šilumos ir patenka į garo generatorių. Ten šiluma iš pirminio kontūro perduodama antrinei grandinei, kurioje taip pat yra vandens. Galutinai susidaręs garas tarnauja kaip darbinis skystis garo turbinos cikle.

Verdančio vandens reaktorius veikia tiesioginio energijos ciklo principu. Vanduo, praeinantis per aktyviąją zoną, užvirinamas esant vidutiniam slėgiui. Sotūs garai praeina per keletą separatorių ir džiovintuvų, esančių reaktoriaus inde, todėl jis perkaista. Tada perkaitinti vandens garai naudojami kaip darbinis skystis turbinai sukti.

Aukštos temperatūros dujomis aušinamas

Aukštos temperatūros dujomis aušinamas reaktorius (HTGR) yra branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas pagrįstas grafito ir kuro mikrosferų mišinio kaip kuro naudojimu. Yra du konkuruojantys dizainai:

vokiška „užpildymo“ sistema, kurioje naudojami sferiniai 60 mm skersmens kuro elementai, kurie yra grafito ir kuro mišinys grafito apvalkale;
amerikietiška versija grafito šešiakampių prizmių pavidalu, kurios susijungia ir sukuria šerdį.

Abiem atvejais aušinimo skystis susideda iš helio, kurio slėgis yra apie 100 atmosferų. IN vokiška sistema helis praeina pro sferinių kuro elementų sluoksnio tarpus, o amerikietiškajame - per skylutes grafito prizmėse, esančiose išilgai centrinės reaktoriaus zonos ašies. Abu variantai gali veikti labai aukštoje temperatūroje, nes grafitas pasižymi itin aukšta sublimacijos temperatūra, o helis yra visiškai chemiškai inertiškas. Karštas helis gali būti naudojamas tiesiogiai kaip darbinis skystis dujų turbinoje aukštoje temperatūroje arba jo šiluma gali būti naudojama vandens ciklo garams generuoti.

Skystas metalas ir darbo principas

Natriu aušinami greitieji reaktoriai sulaukė didelio dėmesio septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose. Tada atrodė, kad greitai besiplečiančiai branduolinei pramonei kuro gamybai prireiks jų veisimosi galimybių. Kai devintajame dešimtmetyje paaiškėjo, kad šis lūkestis yra nerealus, entuziazmas išblėso. Tačiau nemažai tokio tipo reaktorių pastatyta JAV, Rusijoje, Prancūzijoje, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje ir Vokietijoje. Dauguma jų veikia urano dioksidu arba jo mišiniu su plutonio dioksidu. Tačiau Jungtinėse Valstijose didžiausia sėkmė buvo pasiekta naudojant metalinį kurą.

CANDU

Kanada sutelkia savo pastangas į reaktorius, kuriuose naudojamas natūralus uranas. Tai pašalina būtinybę pasinaudoti kitų šalių paslaugomis, kad ją praturtintų. Šios politikos rezultatas buvo deuterio-urano reaktorius (CANDU). Jis valdomas ir aušinamas sunkiu vandeniu. Branduolinio reaktoriaus konstrukciją ir veikimo principą sudaro rezervuaro su šaltu D 2 O naudojimas. atmosferos slėgis. Šerdį perveria vamzdžiai, pagaminti iš cirkonio lydinio, kuriame yra natūralaus urano kuro, per kuriuos cirkuliuoja sunkusis jį vėsinantis vanduo. Elektra gaminama perduodant skilimo šilumą sunkiajame vandenyje į aušinimo skystį, kuris cirkuliuoja per garo generatorių. Tada antrinėje grandinėje esantis garas praeina per įprastą turbinos ciklą.

Tyrimų įrenginiai

Vykdyti moksliniai tyrimai Dažniausiai naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas yra vandens aušinimo ir plokštelės formos urano kuro elementų naudojimas mazgų pavidalu. Gali veikti įvairiais galios lygiais – nuo kelių kilovatų iki šimtų megavatų. Kadangi energijos gamyba nėra pagrindinis mokslinių tyrimų reaktorių tikslas, jiems būdinga pagaminta šiluminė energija, tankis ir šerdies neutronų nominali energija. Būtent šie parametrai padeda kiekybiškai įvertinti mokslinių tyrimų reaktoriaus galimybes atlikti konkrečius tyrimus. Mažos galios sistemos paprastai randamos universitetuose ir naudojamos mokymui, o didelės galios sistemos reikalingos mokslinių tyrimų laboratorijose medžiagų ir eksploatacinių savybių bandymams bei bendriesiems tyrimams.

Labiausiai paplitęs yra mokslinių tyrimų branduolinis reaktorius, kurio struktūra ir veikimo principas yra toks. Jo šerdis yra didelio, gilaus vandens baseino dugne. Tai supaprastina kanalų, kuriais galima nukreipti neutronų pluoštus, stebėjimą ir išdėstymą. Esant mažam galios lygiui, nereikia siurbti aušinimo skysčio, nes natūrali aušinimo skysčio konvekcija užtikrina pakankamą šilumos pašalinimą, kad būtų išlaikytos saugios eksploatavimo sąlygos. Šilumokaitis dažniausiai yra baseino paviršiuje arba viršuje, kur kaupiasi karštas vanduo.

Laivų įrengimas

Originalus ir pagrindinis branduolinių reaktorių pritaikymas yra jų naudojimas povandeniniuose laivuose. Pagrindinis jų privalumas yra tas, kad, skirtingai nei iškastinio kuro deginimo sistemoms, joms elektros energijai gaminti nereikia oro. Todėl branduolinis povandeninis laivas gali likti panardintas ilgą laiką, o įprastas dyzelinis-elektrinis povandeninis laivas turi periodiškai pakilti į paviršių, kad ore paleistų savo variklius. suteikia strateginį pranašumą karinio jūrų laivyno laivams. Jo dėka nereikia pildytis degalų užsienio uostuose ar iš lengvai pažeidžiamų tanklaivių.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas povandeniniame laive yra klasifikuojamas. Tačiau yra žinoma, kad JAV jis naudoja labai prisodrintą uraną, o jį sulėtina ir vėsina lengvas vanduo. Pirmojo branduolinio povandeninio laivo reaktoriaus USS Nautilus konstrukcijai didelę įtaką padarė galingi tyrimų įrenginiai. Jo unikalios savybės yra labai didelės atsargos reaktyvumas, užtikrinantis ilgą veikimo laikotarpį be degalų papildymo ir galimybę paleisti iš naujo po sustojimo. Povandeninių laivų elektrinė turi veikti labai tyliai, kad būtų išvengta aptikimo. Siekiant patenkinti specifinius skirtingų klasių povandeninių laivų poreikius, buvo sukurti skirtingi elektrinių modeliai.

JAV karinio jūrų laivyno lėktuvnešiai naudoja branduolinį reaktorių, kurio veikimo principas, kaip manoma, pasiskolintas iš didžiausių povandeninių laivų. Jų dizaino detalės taip pat neskelbtos.

Be JAV, branduolinius povandeninius laivus turi Didžioji Britanija, Prancūzija, Rusija, Kinija ir Indija. Kiekvienu atveju dizainas nebuvo atskleistas, tačiau manoma, kad jie visi yra labai panašūs - tai yra tų pačių reikalavimų pasekmė. techninės specifikacijos. Rusija taip pat turi nedidelį laivyną, kuris naudoja tuos pačius reaktorius kaip ir sovietų povandeniniai laivai.

Pramoniniai įrenginiai

Gamybos tikslams naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas – didelis našumas su maža energijos gamyba. Taip yra dėl to, kad ilgas plutonio buvimas šerdyje sukelia nepageidaujamų 240 Pu kaupimąsi.

Tričio gamyba

Šiuo metu pagrindinė tokių sistemų medžiaga yra tritis (3H arba T) – Plutonio-239 užtaiso pusinės eliminacijos laikas yra 24 100 metų, todėl šalyse, turinčiose branduolinio ginklo arsenalą naudojant šį elementą, dažniausiai jo yra daugiau. nei reikia. Skirtingai nuo 239 Pu, tričio pusinės eliminacijos laikas yra maždaug 12 metų. Taigi išlaikyti reikalingų prekių, šis radioaktyvusis vandenilio izotopas turi būti gaminamas nuolat. Pavyzdžiui, Jungtinėse Valstijose Savannah River (Pietų Karolina) eksploatuoja kelis sunkiojo vandens reaktorius, gaminančius tritį.

Plaukiojantys jėgos agregatai

Sukurti branduoliniai reaktoriai, galintys aprūpinti elektra ir garu šildyti atokias izoliuotas vietoves. Pavyzdžiui, Rusijoje mažas elektrines, specialiai sukurtas aptarnauti Arktį gyvenvietės. Kinijoje 10 MW HTR-10 tiekia šilumą ir energiją tyrimų institutui, kuriame jis yra. Švedijoje ir Kanadoje vyksta mažų automatiškai valdomų, panašių pajėgumų reaktorių kūrimas. 1960–1972 metais JAV kariuomenė naudojo kompaktiškus vandens reaktorius, kad aprūpintų atokias bazes Grenlandijoje ir Antarktidoje. Juos pakeitė nafta kūrenamos elektrinės.

Kosmoso užkariavimas

Be to, buvo sukurti reaktoriai, skirti energijos tiekimui ir judėjimui kosminėje erdvėje. 1967–1988 m. Sovietų Sąjunga savo „Cosmos“ serijos palydovuose įrengė nedidelius branduolinius blokus, kad maitintų įrangą ir telemetriją, tačiau ši politika tapo kritikos taikiniu. Bent vienas iš šių palydovų pateko į Žemės atmosferą, sukeldamas radioaktyvųjį užteršimą atokiose Kanados vietose. JAV paleido tik vieną branduolinį palydovą – 1965 m. Tačiau projektai, skirti jų naudojimui dideliais atstumais skrydžiai į kosmosą, toliau kuriami pilotuojami kitų planetų tyrinėjimai arba nuolatinė Mėnulio bazė. Tai būtinai bus dujomis aušinamas arba skysto metalo branduolinis reaktorius, kurio fizikiniai principai užtikrins aukščiausią įmanomą temperatūrą, reikalingą radiatoriaus dydžiui sumažinti. Be to, reaktorius, skirtas kosmoso technologija turi būti kuo kompaktiškesnis, kad būtų sumažintas ekranavimui naudojamos medžiagos kiekis ir svoris paleidimo metu ir kosminis skrydis. Kuro tiekimas užtikrins reaktoriaus darbą visą skrydžio į kosmosą laikotarpį.

Atomo pasaulis yra toks fantastiškas, kad norint jį suprasti, reikia radikaliai pertraukti įprastas erdvės ir laiko sampratas. Atomai yra tokie maži, kad jei vandens lašą būtų galima padidinti iki Žemės dydžio, kiekvienas to lašo atomas būtų mažesnis už apelsiną. Tiesą sakant, vieną vandens lašą sudaro 6000 milijardų milijardų (6000000000000000000000000000000000000000000000000000000) vandenilio ir deguonies atomų. Ir vis dėlto, nepaisant savo mikroskopinių matmenų, atomo struktūra tam tikru mastu panaši į mūsų struktūrą. saulės sistema. Jo nesuvokiamai mažame centre, kurio spindulys yra mažesnis nei viena trilijonoji centimetro dalis, yra palyginti didžiulė „saulė“ - atomo branduolys.

Mažytės „planetos“ – elektronai – sukasi aplink šią atominę „saulę“. Branduolys susideda iš dviejų pagrindinių Visatos statybinių blokų – protonų ir neutronų (jie turi vienijantį pavadinimą – nukleonai). Elektronas ir protonas yra įkrautos dalelės, kurių krūvis yra visiškai vienodas, tačiau krūviai skiriasi ženklu: protonas visada yra įkrautas teigiamai, o elektronas – neigiamai. Neutronas neneša elektros krūvis ir dėl to turi labai didelį pralaidumą.

Atominėje matavimų skalėje protono ir neutrono masė laikoma vienybe. Todėl bet kurio cheminio elemento atominė masė priklauso nuo jo branduolyje esančių protonų ir neutronų skaičiaus. Pavyzdžiui, vandenilio atomo, kurio branduolį sudaro tik vienas protonas, atominė masė yra 1. Helio atomo, kurio branduolys sudarytas iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, atominė masė yra 4.

To paties elemento atomų branduoliuose visada yra tiek pat protonų, tačiau neutronų skaičius gali skirtis. Atomai, turintys branduolius su tas pats numeris protonai, kurie skiriasi neutronų skaičiumi ir priklauso to paties elemento atmainoms, vadinami izotopais. Norint juos atskirti vienas nuo kito, elemento simboliui priskiriamas skaičius, lygi sumai visos tam tikro izotopo branduolyje esančios dalelės.

Gali kilti klausimas: kodėl atomo branduolys nesuyra? Juk jame esantys protonai yra elektriškai įkrautos dalelės su vienodas krūvis, kurie turėtų atstumti vienas kitą didelė jėga. Tai paaiškinama tuo, kad branduolio viduje taip pat yra vadinamųjų intrabranduolinių jėgų, kurios viena prie kitos traukia branduolines daleles. Šios jėgos kompensuoja atstumiančias protonų jėgas ir neleidžia branduoliui spontaniškai išskristi.

Intrabranduolinės jėgos yra labai didelės, bet veikia tik labai artimas nuotolis. Todėl sunkiųjų elementų branduoliai, susidedantys iš šimtų nukleonų, pasirodo nestabilūs. Branduolio dalelės čia nuolat juda (branduolių tūrio ribose), o jei pridėsite šiek tiek papildomas kiekis energijos, kurią jie gali įveikti vidines jėgas- šerdis suskils į dalis. Šios energijos pertekliaus kiekis vadinamas sužadinimo energija. Tarp sunkiųjų elementų izotopų yra tokių, kurie, atrodo, yra ant pačios savaiminio irimo ribos. Užtenka tik nedidelio „stūmimo“, pavyzdžiui, į branduolį atsitrenkiančio paprasto neutrono (ir jam net nereikia įsibėgėti iki didelio greičio), kad reakcija įvyktų. branduolio dalijimasis. Kai kuriuos iš šių „skilusių“ izotopų vėliau buvo išmokta gaminti dirbtinai. Gamtoje toks izotopas yra tik vienas – uranas-235.

Uraną 1783 m. atrado Klaprotas, išskyręs jį iš urano dervos ir pavadinęs neseniai atrastos Urano planetos vardu. Kaip vėliau paaiškėjo, tai iš tikrųjų buvo ne pats uranas, o jo oksidas. Buvo gautas grynas uranas, sidabriškai baltas metalas
tik 1842 metais Peligo. Naujasis elementas neturėjo jokių išskirtinių savybių ir patraukė dėmesį tik 1896 m., kai Bekerelis atrado urano druskų radioaktyvumo reiškinį. Po to uranas tapo mokslinių tyrimų ir eksperimentų objektu, bet praktinis pritaikymas vis dar neturėjo.

Kai XX amžiaus pirmajame trečdalyje atomo branduolio sandara fizikai tapo daugiau ar mažiau aiški, jie pirmiausia bandė išpildyti ilgametę alchemikų svajonę – bandė transformuoti vieną. cheminis elementasį kitą. 1934 metais prancūzų mokslininkai, sutuoktiniai Fredericas ir Irene Joliot-Curie, pranešė Prancūzijos mokslų akademijai apie tokią patirtį: bombarduojant aliuminio plokštes alfa dalelėmis (helio atomo branduoliais), aliuminio atomai virto fosforo atomais, tačiau ne įprastus, o radioaktyvius, kurie savo ruožtu tapo stabiliu silicio izotopu. Taigi aliuminio atomas, pridėjęs vieną protoną ir du neutronus, virto sunkesniu silicio atomu.

Ši patirtis parodė, kad jei neutronais „bombarduosite“ sunkiausio gamtoje egzistuojančio elemento - urano - branduolius, galite gauti elementą, kurio natūraliomis sąlygomis nėra. 1938 metais vokiečių chemikai Otto Hahnas ir Fritzas Strassmannas bendrais bruožais pakartojo Joliot-Curie sutuoktinių patirtį, vietoj aliuminio naudojant uraną. Eksperimento rezultatai buvo ne tokie, kokių jie tikėjosi – vietoj naujo supersunkaus elemento, kurio masės skaičius didesnis nei urano, Hahnas ir Strassmannas gavo lengvus elementus iš vidurinės dalies. periodinė lentelė: baris, kriptonas, bromas ir kai kurie kiti. Patys eksperimentuotojai negalėjo paaiškinti pastebėto reiškinio. Tik kitais metais fizikė Lise Meitner, kuriai Hahnas pranešė apie savo sunkumus, rado teisingą pastebėto reiškinio paaiškinimą, leidžiantį manyti, kad kai uranas yra bombarduojamas neutronais, jo branduolys skyla (skilimas). Tokiu atveju turėjo susidaryti lengvesnių elementų branduoliai (iš ten ir atsirado baris, kriptonas ir kitos medžiagos), taip pat išsiskirti 2-3 laisvieji neutronai. Tolesni tyrimai leido detaliai išsiaiškinti, kas vyksta.

Gamtinis uranas susideda iš trijų izotopų, kurių masės yra 238, 234 ir 235, mišinys. Pagrindinis urano kiekis yra izotopas-238, kurio branduolį sudaro 92 protonai ir 146 neutronai. Uranas-235 sudaro tik 1/140 natūralaus urano (0,7 % (jo branduolyje yra 92 protonai ir 143 neutronai), o uranas-234 (92 protonai, 142 neutronai) sudaro tik 1/17 500 bendros masės uranas (0,006%. Mažiausiai stabilus iš šių izotopų yra uranas-235.

Kartkartėmis jos atomų branduoliai spontaniškai dalijasi į dalis, dėl to susidaro lengvesni periodinės lentelės elementai. Procesą lydi dviejų ar trijų laisvųjų neutronų išsiskyrimas, kurie veržiasi milžinišku greičiu – apie 10 tūkst. km/s (jie vadinami greitieji neutronai). Šie neutronai gali atsitrenkti į kitus urano branduolius, sukeldami branduolines reakcijas. Kiekvienas izotopas šiuo atveju elgiasi skirtingai. Urano-238 branduoliai daugeliu atvejų tiesiog užfiksuoja šiuos neutronus be jokių tolesnių transformacijų. Tačiau maždaug vienu iš penkių atvejų, kai greitasis neutronas susiduria su izotopo-238 branduoliu, įvyksta keista branduolinė reakcija: vienas iš urano-238 neutronų išspinduliuoja elektroną, virsdamas protonu, tai yra urano izotopas virsta daugiau
sunkus elementas- neptūnas-239 (93 protonai + 146 neutronai). Tačiau neptūnas yra nestabilus – po kelių minučių vienas jo neutronų išspinduliuoja elektroną, virsdamas protonu, po kurio neptūno izotopas virsta kitu periodinės lentelės elementu – plutoniu-239 (94 protonai + 145 neutronai). Jei neutronas atsitrenkia į nestabilaus urano-235 branduolį, iš karto įvyksta dalijimasis – atomai suyra, išskirdami du ar tris neutronus. Akivaizdu, kad gamtiniame urane, kurio dauguma atomų priklauso 238 izotopui, ši reakcija matomų pasekmių neturi – visi laisvieji neutronai ilgainiui bus absorbuojami šio izotopo.

Na, o kas, jei įsivaizduotume gana masyvų urano gabalą, kurį sudaro vien izotopas-235?

Čia procesas vyks kitu būdu: kelių branduolių dalijimosi metu išsiskiriantys neutronai, savo ruožtu, patenka į gretimus branduolius, sukelia jų dalijimąsi. Dėl to išsiskiria nauja neutronų dalis, kuri suskaldo kitus branduolius. Palankiomis sąlygomis ši reakcija vyksta kaip lavina ir vadinama grandinine reakcija. Norėdami jį pradėti, gali pakakti kelių bombarduojančių dalelių.

Iš tiesų, uraną-235 tegul bombarduoja tik 100 neutronų. Jie atskirs 100 urano branduolių. Tokiu atveju išsiskirs 250 naujų antrosios kartos neutronų (vidutiniškai 2,5 dalijimosi metu). Antrosios kartos neutronai sukels 250 skilimų, kurie išlaisvins 625 neutronus. Kitoje kartoje jis taps 1562, tada 3906, tada 9670 ir tt. Jei procesas nebus sustabdytas, padalinių skaičius didės neribotą laiką.

Tačiau iš tikrųjų tik nedidelė neutronų dalis pasiekia atomų branduolius. Likusieji, greitai besiveržiantys tarp jų, nunešami į aplinkinę erdvę. Savaime išsilaikanti grandininė reakcija gali įvykti tik esant pakankamai dideliam urano-235 masyvui, kuris, kaip teigiama, turi kritinę masę. (Ši masė normaliomis sąlygomis yra 50 kg.) Svarbu pažymėti, kad kiekvieno branduolio skilimą lydi didžiulis energijos kiekis, kuris, pasirodo, yra maždaug 300 milijonų kartų didesnis nei dalijimosi energija. ! (Apskaičiuota, kad visiškai suskilus 1 kg urano-235, išsiskiria tiek pat šilumos, kiek sudegus 3 tūkst. tonų anglies.)

Šis kolosalus energijos pliūpsnis, išsiskiriantis per kelias akimirkas, pasireiškia kaip siaubingos jėgos sprogimas ir yra branduolinių ginklų veikimo pagrindas. Tačiau tam, kad šis ginklas taptų realybe, būtina, kad užtaisą sudarytų ne natūralus uranas, o retas izotopas – 235 (toks uranas vadinamas prisodrintu). Vėliau buvo išsiaiškinta, kad grynas plutonis taip pat yra skilioji medžiaga ir gali būti naudojamas atominiam krūviui vietoj urano-235.

Visi šie svarbūs atradimai buvo padaryti Antrojo pasaulinio karo išvakarėse. Netrukus Vokietijoje ir kitose šalyse prasidėjo slaptas atominės bombos kūrimo darbas. JAV ši problema buvo sprendžiama 1941 m. Visas darbų kompleksas buvo pavadintas „Manheteno projektu“.

Administracinį projekto valdymą vykdė generolas Grovesas, o mokslinį valdymą – Kalifornijos universiteto profesorius Robertas Oppenheimeris. Abu puikiai suprato, koks didžiulis jiems tenkančios užduoties sudėtingumas. Todėl pirmasis Oppenheimerio rūpestis buvo įdarbinti labai protingą mokslinę komandą. JAV tuo metu buvo daug fizikų, kurie emigravo iš fašistinė Vokietija. Nebuvo lengva juos pritraukti kurti ginklus, nukreiptus prieš buvusią tėvynę. Oppenheimeris su kiekvienu kalbėjo asmeniškai, naudodamasis visa savo žavesio galia. Netrukus jam pavyko suburti nedidelę teoretikų grupę, kurią jis juokais pavadino „šviesuoliais“. Ir iš tikrųjų jame buvo didžiausi to meto fizikos ir chemijos srities specialistai. (Tarp jų yra 13 laureatų Nobelio premija, įskaitant Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Be jų, buvo daug kitų įvairaus profilio specialistų.

JAV vyriausybė negailėjo išlaidų, o darbas nuo pat pradžių buvo didžiulis. 1942 m. Los Alamose buvo įkurta didžiausia pasaulyje tyrimų laboratorija. Netrukus šio mokslo miesto gyventojų skaičius pasiekė 9 tūkst. Pagal mokslininkų sudėtį, mokslinių eksperimentų apimtį ir darbe dalyvaujančių specialistų bei darbuotojų skaičių Los Alamos laboratorija neturėjo sau lygių pasaulio istorijoje. Manheteno projektas turėjo savo policiją, kontržvalgybą, ryšių sistemą, sandėlius, kaimus, gamyklas, laboratorijas ir savo milžinišką biudžetą.

Pagrindinis projekto tikslas buvo gauti pakankamai skiliosios medžiagos, iš kurios būtų galima sukurti kelias atomines bombas. Be urano-235, bombos užtaisu, kaip jau minėta, gali būti dirbtinis elementas plutonis-239, tai yra, bomba gali būti arba uranas, arba plutonis.

Grovesas ir Oppenheimeris sutarė, kad darbai turėtų būti atliekami vienu metu dviem kryptimis, nes nebuvo įmanoma iš anksto nuspręsti, kuri iš jų bus perspektyvesnė. Abu metodai iš esmės skyrėsi vienas nuo kito: urano-235 akumuliacija turėjo būti vykdoma atskiriant jį nuo didžiosios dalies gamtinio urano, o plutonį buvo galima gauti tik kontroliuojamos branduolinės reakcijos metu, kai uranas-238 buvo apšvitintas. su neutronais. Abu keliai atrodė neįprastai sunkūs ir nežadėjo lengvų sprendimų.

Tiesą sakant, kaip galima atskirti du izotopus, kurie tik šiek tiek skiriasi savo svoriu ir chemiškai elgiasi lygiai taip pat? Nei mokslas, nei technologijos niekada nesusidūrė su tokia problema. Plutonio gamyba iš pradžių taip pat atrodė labai problemiška. Prieš tai visa branduolinių transformacijų patirtis buvo sumažinta iki kelių laboratoriniai eksperimentai. Dabar reikėjo įvaldyti kilogramų plutonio gamybą pramoniniu mastu, sukurti ir sukurti tam specialų įrenginį – branduolinį reaktorių, išmokti valdyti branduolinės reakcijos eigą.

Ir čia, ir čia reikėjo išspręsti visą kompleksą sudėtingos užduotys. Todėl Manheteno projektą sudarė keli subprojektai, kuriems vadovavo žinomi mokslininkai. Pats Oppenheimeris buvo Los Alamos mokslinės laboratorijos vadovas. Lawrence'as buvo atsakingas už Kalifornijos universiteto Radiacijos laboratoriją. Fermi atliko tyrimus Čikagos universitete, siekdamas sukurti branduolinį reaktorių.

Iš pradžių svarbiausia problema buvo urano gavimas. Prieš karą šis metalas praktiškai neturėjo jokios naudos. Dabar, kai jo prireikė iš karto didžiuliais kiekiais, paaiškėjo, kad pramoninio būdo jį pagaminti nėra.

„Westinghouse“ įmonė pradėjo vystytis ir greitai sulaukė sėkmės. Išvalius urano dervą (tokia forma uranas pasitaiko gamtoje) ir gavus urano oksidą, ji buvo paversta tetrafluoridu (UF4), nuo kurio elektrolizės būdu buvo atskirtas metalas uranas. Jei 1941 metų pabaigoje amerikiečių mokslininkai disponavo vos keliais gramais urano metalo, tai jau 1942 metų lapkritį jo pramoninė gamyba Westinghouse gamyklose siekė 6000 svarų per mėnesį.

Tuo pat metu vyko branduolinio reaktoriaus kūrimo darbai. Plutonio gamybos procesas iš tikrųjų baigėsi urano strypų apšvitinimu neutronais, dėl kurių dalis urano-238 pavirstų plutoniu. Šiuo atveju neutronų šaltiniai galėtų būti skilusieji urano-235 atomai, pakankamais kiekiais išsibarstę tarp urano-238 atomų. Tačiau norint išlaikyti nuolatinę neutronų gamybą, turėjo prasidėti grandininė urano-235 atomų dalijimosi reakcija. Tuo tarpu, kaip jau minėta, kiekvienam urano-235 atomui buvo 140 urano-238 atomų. Akivaizdu, kad neutronai, sklaidantys į visas puses, turėjo daug daugiau labiau tikėtina sutikti juos savo kelyje. tai yra didžiulis skaičius Paaiškėjo, kad išsiskyrusius neutronus sugeria pagrindinis izotopas be jokios naudos. Akivaizdu, kad tokiomis sąlygomis grandininė reakcija negalėjo įvykti. Kaip tai gali būti?

Iš pradžių atrodė, kad be dviejų izotopų atskyrimo reaktoriaus veikimas apskritai buvo neįmanomas, tačiau netrukus paaiškėjo viena svarbi aplinkybė: paaiškėjo, kad uranas-235 ir uranas-238 yra jautrūs neutronams. skirtingos energijos. Urano-235 atomo branduolį gali suskaidyti santykinai mažos energijos neutronas, kurio greitis yra apie 22 m/s. Tokie lėti neutronai nėra užfiksuoti urano-238 branduoliais – tam jų greitis turi būti šimtai tūkstančių metrų per sekundę. Kitaip tariant, uranas-238 yra bejėgis užkirsti kelią grandininei urano-235 reakcijai, kurią sukelia neutronai, sulėtėję iki itin mažo greičio – ne daugiau kaip 22 m/s. Šį reiškinį atrado italų fizikas Fermis, kuris nuo 1938 m. gyveno JAV ir čia vadovavo darbui kuriant pirmąjį reaktorių. Fermi nusprendė naudoti grafitą kaip neutronų moderatorių. Jo skaičiavimais, urano-235 skleidžiami neutronai, praėję per 40 cm grafito sluoksnį, turėjo sumažinti savo greitį iki 22 m/s ir pradėti savaime išsilaikančią grandininę reakciją urane-235.

Kitas moderatorius galėtų būti vadinamasis „sunkusis“ vanduo. Kadangi jame esantys vandenilio atomai savo dydžiu ir mase yra labai panašūs į neutronus, jie galėtų geriausiai juos sulėtinti. (Su greitaisiais neutronais nutinka maždaug taip pat, kaip ir su rutuliais: jei mažas rutulys atsitrenkia į didelį, jis rieda atgal, beveik neprarasdamas greičio; susitikęs su mažu rutuliu, jis perduoda jam didelę dalį savo energijos - tokiu pat būdu neutronas kai elastinis susidūrimas atsimuša nuo sunkaus branduolio, tik šiek tiek sulėtindamas greitį, o susidūręs su vandenilio atomų branduoliais labai greitai praranda visą savo energiją.) Tačiau, paprastas vanduo netinka saikingai, nes jo vandenilis linkęs sugerti neutronus. Štai kodėl šiam tikslui turėtų būti naudojamas deuteris, kuris yra „sunkiojo“ vandens dalis.

1942 m. pradžioje, vadovaujant Fermi, teniso aikštelėje po vakarinėmis Čikagos stadiono tribūnomis buvo pradėtas statyti pirmasis istorijoje branduolinis reaktorius. Visus darbus mokslininkai atliko patys. Reakciją galima valdyti vieninteliu būdu – koreguojant grandininėje reakcijoje dalyvaujančių neutronų skaičių. Fermi ketino tai pasiekti naudodama strypus, pagamintus iš tokių medžiagų kaip boras ir kadmis, kurios stipriai sugeria neutronus. Moderatorius buvo grafito plytos, iš kurių fizikai pastatė 3 m aukščio ir 1,2 m pločio kolonas su urano oksidu. Visai konstrukcijai prireikė apie 46 tonų urano oksido ir 385 tonų grafito. Siekiant sulėtinti reakciją, į reaktorių buvo įvesti kadmio ir boro strypai.

Jei to nepakaktų, tada apsidrausdami du mokslininkai stovėjo ant platformos, esančios virš reaktoriaus, su kibirais, pripildytais kadmio druskų tirpalo – jie turėjo jas išpilti ant reaktoriaus, jei reakcija taptų nekontroliuojama. Laimei, to neprireikė. 1942 m. gruodžio 2 d. Fermis įsakė prailginti visus valdymo strypus ir eksperimentas prasidėjo. Po keturių minučių neutronų skaitikliai pradėjo spragtelėti vis garsiau. Su kiekviena minute neutronų srauto intensyvumas didėjo. Tai rodė, kad reaktoriuje yra grandinėlė reakcija. Tai truko 28 minutes. Tada Fermi davė signalą, o nuleisti strypai sustabdė procesą. Taip žmogus pirmą kartą išlaisvino atomo branduolio energiją ir įrodė, kad gali ją valdyti savo nuožiūra. Dabar nebeliko jokių abejonių, kad branduoliniai ginklai yra realybė.

1943 metais Fermio reaktorius buvo išmontuotas ir nugabentas į Aragono nacionalinę laboratoriją (50 km nuo Čikagos). Netrukus buvo čia
Buvo pastatytas dar vienas branduolinis reaktorius, kuriame kaip moderatorius buvo naudojamas sunkusis vanduo. Jį sudarė cilindrinis aliuminio rezervuaras, kuriame buvo 6,5 tonos sunkaus vandens, į kurį vertikaliai buvo panardinta 120 metalo urano strypų, aptrauktų aliuminio apvalkalu. Septyni valdymo strypai buvo pagaminti iš kadmio. Aplink baką buvo grafito reflektorius, tada ekranas iš švino ir kadmio lydinių. Visa konstrukcija buvo aptverta betoniniu apvalkalu, kurio sienelės storis apie 2,5 m.

Eksperimentai su šiais bandomaisiais reaktoriais patvirtino tokią galimybę pramoninės gamybos plutonis

Netrukus pagrindiniu Manheteno projekto centru tapo Tenesio upės slėnyje esantis Oak Ridge miestelis, kurio gyventojų skaičius per kelis mėnesius išaugo iki 79 tūkst. Čia viduje trumpalaikis Buvo pastatyta pirmoji istorijoje sodrinto urano gamykla. 1943 metais čia buvo paleistas pramoninis reaktorius, gaminantis plutonį. 1944 metų vasarį iš jo kasdien buvo išgaunama apie 300 kg urano, iš kurio paviršiaus cheminiu būdu buvo išgaunamas plutonis. (Norint tai padaryti, plutonis iš pradžių buvo ištirpintas, o po to nusodintas.) Tada išgrynintas uranas grąžinamas į reaktorių. Tais pačiais metais buvo pradėta statyti didžiulė Hanfordo gamykla nederlingoje, niūrioje dykumoje pietiniame Kolumbijos upės krante. Buvo trys galingi branduolinis reaktorius, kuris kasdien tiekdavo kelis šimtus gramų plutonio.

Lygiagretus pačiame įkarštyje Buvo atliekami tyrimai, siekiant sukurti pramoninį urano sodrinimo procesą.

Apsvarstę įvairias galimybes, Grovesas ir Oppenheimeris nusprendė sutelkti savo pastangas į du metodus: dujų difuziją ir elektromagnetinį.

Dujų difuzijos metodas buvo pagrįstas principu, žinomu kaip Greimo dėsnis (1829 m. pirmą kartą jį suformulavo škotų chemikas Thomas Grahamas, o 1896 m. sukūrė anglų fizikas Reilly). Pagal šį dėsnį, jei dvi dujos, iš kurių viena yra lengvesnė už kitą, praleidžiamos per filtrą su nežymiai mažomis skylutėmis, tada pro jį praeis šiek tiek daugiau lengvųjų dujų nei sunkiųjų. 1942 m. lapkritį Urey ir Dunning iš Kolumbijos universiteto sukūrė dujų difuzijos metodą urano izotopams atskirti pagal Reilly metodą.

Kadangi natūralus uranas yra kietas, tada jis pirmiausia buvo paverstas urano fluoridu (UF6). Tada šios dujos buvo praleistos per mikroskopines – tūkstantąsias milimetro dalis – skyles filtro pertvaroje.

Kadangi skirtumas yra krūminės žvyneliai dujų buvo labai mažai, tada už pertvaros urano-235 kiekis padidėjo tik 1,0002 karto.

Siekiant dar labiau padidinti urano-235 kiekį, gautas mišinys vėl praleidžiamas per pertvarą, o urano kiekis vėl padidinamas 1,0002 karto. Taigi, norint padidinti urano-235 kiekį iki 99%, dujas reikėjo praleisti per 4000 filtrų. Tai įvyko didžiulėje dujų difuzijos gamykloje Oak Ridge mieste.

1940 m., vadovaujant Ernstui Lawrence'ui, Kalifornijos universitete pradėti urano izotopų atskyrimo tyrimai. elektromagnetinis metodas. Reikėjo tokių rasti fiziniai procesai, kuris leistų atskirti izotopus naudojant jų masių skirtumą. Lawrence'as bandė atskirti izotopus naudodamas masių spektrografo principą – prietaisą, naudojamą atomų masėms nustatyti.

Jo veikimo principas buvo toks: iš anksto jonizuoti atomai buvo pagreitinami elektriniu lauku, o po to praleidžiami per magnetinį lauką, kuriame jie apibūdino apskritimus, esančius plokštumoje, statmenai krypčiai laukus. Kadangi šių trajektorijų spinduliai buvo proporcingi jų masei, lengvieji jonai atsidūrė mažesnio spindulio apskritimais nei sunkieji. Jei spąstai būtų dedami palei atomų kelią, tokiu būdu būtų galima surinkti skirtingus izotopus.

Toks buvo metodas. IN laboratorinėmis sąlygomis tai davė gerų rezultatų. Tačiau pastatyti įrenginį, kuriame izotopų atskyrimas galėtų būti atliekamas pramoniniu mastu, pasirodė labai sunku. Tačiau Lawrence'ui galiausiai pavyko įveikti visus sunkumus. Jo pastangų rezultatas buvo kalutrono atsiradimas, kuris buvo įrengtas milžiniškoje Oak Ridge gamykloje.

Ši elektromagnetinė gamykla buvo pastatyta 1943 m. ir pasirodė esanti bene brangiausia Manheteno projekto idėja. Lawrence'o metodui reikėjo daugybės sudėtingų, dar nesukurtų įrenginių, susijusių su aukštos įtampos, didelis vakuumas ir stiprūs magnetiniai laukai. Išlaidų mastai pasirodė milžiniški. Calutron turėjo milžinišką elektromagnetą, kurio ilgis siekė 75 m ir svėrė apie 4000 tonų.

Šio elektromagneto apvijoms panaudota keli tūkstančiai tonų sidabrinės vielos.

Visas darbas (neskaičiuojant 300 milijonų dolerių sidabro, kurį Valstybės iždas suteikė tik laikinai) kainavo 400 milijonų dolerių. Vien už „calutron“ suvartotą elektros energiją Krašto apsaugos ministerija sumokėjo 10 mln. Dauguma Oak Ridge gamyklos įranga savo mastu ir gamybos tikslumu pranoko viską, kas kada nors buvo sukurta šioje technologijų srityje.

Tačiau visos šios išlaidos nebuvo veltui. Iš viso išleidę apie 2 milijardus dolerių, JAV mokslininkai iki 1944 m. sukūrė unikalią urano sodrinimo ir plutonio gamybos technologiją. Tuo tarpu Los Alamos laboratorijoje jie dirbo prie pačios bombos dizaino. Jo veikimo principas apskritai buvo aiškus ilgą laiką: skilioji medžiaga (plutonis arba uranas-235) turėjo būti perkelta į kritinę būseną sprogimo momentu (kad įvyktų grandininė reakcija, Krūvio masė turi būti net pastebimai didesnė už kritinę) ir apšvitinta neutronų pluoštu, o tai reiškia grandininės reakcijos pradžią.

Skaičiavimu, kritinė įkrovos masė viršijo 50 kilogramų, tačiau ją pavyko gerokai sumažinti. Apskritai kritinės masės vertę stipriai įtakoja keli veiksniai. Kuo didesnis krūvio paviršiaus plotas, tuo daugiau neutronų nenaudingai spinduliuoja į supančią erdvę. Mažiausias plotas Paviršius turi sferą. Vadinasi, sferiniai krūviai su kitais vienodos sąlygos turi mažiausią kritinę masę. Be to, kritinės masės vertė priklauso nuo skiliųjų medžiagų grynumo ir rūšies. Jis yra atvirkščiai proporcingas šios medžiagos tankio kvadratui, o tai leidžia, pavyzdžiui, padvigubinant tankį, keturis kartus sumažinti kritinę masę. Reikiamą subkritiškumo laipsnį galima pasiekti, pavyzdžiui, sutankinant skiliąją medžiagą dėl įprasto užtaiso sprogimo. sprogstamasis, pagamintas iš sferinio apvalkalo, supančio branduolinį krūvį. Kritinę masę taip pat galima sumažinti apjuosiant krūvį ekranu, kuris gerai atspindi neutronus. Švinas, berilis, volframas, natūralus uranas, geležis ir daugelis kitų gali būti naudojami kaip toks ekranas.

Vienas iš galimų atominės bombos konstrukcijų susideda iš dviejų urano gabalėlių, kuriuos sujungus susidaro didesnė nei kritinė masė. Norint sukelti bombos sprogimą, reikia kuo greičiau juos suartinti. Antrasis metodas pagrįstas į vidų susiliejančio sprogimo panaudojimu. Šiuo atveju įprasto sprogmens dujų srautas buvo nukreiptas į viduje esančią skiliąją medžiagą ir ją suspaudė, kol pasiekė kritinę masę. Krūvio sujungimas ir intensyvus jo švitinimas neutronais, kaip jau minėta, sukelia grandininę reakciją, dėl kurios per pirmąją sekundę temperatūra pakyla iki 1 milijono laipsnių. Per šį laiką pavyko atskirti tik apie 5% kritinės masės. Likusi ankstyvųjų bombų konstrukcijų užtaiso dalis išgaravo be
bet kokia nauda.

Pirmoji istorijoje atominė bomba (jai buvo suteiktas Trejybės pavadinimas) buvo surinkta 1945 m. vasarą. Ir 1945 m. birželio 16 d branduolinių bandymų aikštelė Pirmasis atominis sprogimas Žemėje įvyko Alamogordo dykumoje, Naujojoje Meksikoje. Bomba buvo patalpinta bandymų aikštelės centre ant 30 metrų plieninio bokšto. Aplink ją ilgas atstumas buvo įrengta įrašymo įranga. Už 9 km buvo stebėjimo postas, už 16 km – vadavietė. Atominis sprogimas padarė stulbinantį įspūdį visiems šio įvykio liudininkams. Remiantis liudininkų aprašymais, atrodė, kad daug saulės būtų susijungusios į vieną ir vienu metu apšviestų bandymų aikštelę. Tada virš lygumos pasirodė didžiulis ugnies kamuolys, o link jos lėtai ir grėsmingai pradėjo kilti apvalus dulkių ir šviesos debesis.

Pakilęs nuo žemės šis ugnies kamuolys per kelias sekundes pakilo į daugiau nei trijų kilometrų aukštį. Su kiekviena akimirka jis didėjo, netrukus jo skersmuo siekė 1,5 km ir pamažu kilo į stratosferą. Tada ugnies kamuolys užleido vietą banguojančių dūmų stulpui, kuris nusidriekė iki 12 km aukščio ir įgavo milžiniško grybo formą. Visa tai lydėjo baisus ūžimas, nuo kurio drebėjo žemė. Sprogstančios bombos galia pranoko visus lūkesčius.

Kai tik leido radiacijos situacija, į sprogimo vietą atskubėjo keli „Sherman“ tankai, iš vidaus iškloti švino plokštėmis. Ant vieno iš jų buvo Fermis, kuris nekantrauja pamatyti savo darbo rezultatus. Jo akyse pasirodė negyva, išdegusi žemė, ant kurios 1,5 km spinduliu buvo sunaikinta visa gyva būtybė. Smėlis buvo įkepęs į stiklinę žalsvą plutą, dengiančią žemę. Didžiuliame krateryje gulėjo apdaužytos plieninio atraminio bokšto liekanos. Sprogimo jėga buvo įvertinta 20 000 tonų trotilo.

Kitas žingsnis turėjo būti kovinis bombos panaudojimas prieš Japoniją, kuri po nacistinės Vokietijos pasidavimo viena tęsė karą su JAV ir jų sąjungininkais. Nešančiųjų raketų tuo metu nebuvo, todėl bombarduoti teko iš lėktuvo. Dviejų bombų komponentus kreiseris Indianapolis labai atsargiai nugabeno į Tiniano salą, kur buvo įsikūrusi 509-oji jungtinių oro pajėgų grupė. Šios bombos šiek tiek skyrėsi viena nuo kitos užtaiso tipu ir konstrukcija.

Pirmoji bomba „Kūdikis“ buvo didelio dydžio aviacinė bomba su atominiu užtaisu, pagamintu iš labai prisodrinto urano-235. Jo ilgis buvo apie 3 m, skersmuo – 62 cm, svoris – 4,1 tonos.

Antroji bomba – „Fat Man“ – su plutonio-239 užtaisu buvo kiaušinio formos su dideliu stabilizatoriumi. Jo ilgis
buvo 3,2 m, skersmuo 1,5 m, svoris - 4,5 tonos.

Rugpjūčio 6 d. pulkininko Tibbetso bombonešis B-29 Enola Gay numetė „Kūdikį“ ant didelės. Japonijos miestas Hirosima. Bomba buvo nuleista parašiutu ir, kaip planuota, sprogo 600 m aukštyje nuo žemės.

Sprogimo pasekmės buvo siaubingos. Net ir patiems pilotams akimirksniu jų sugriautas ramaus miesto vaizdas padarė slogų įspūdį. Vėliau vienas iš jų prisipažino, kad tą sekundę pamatė blogiausią, ką gali matyti žmogus.

Tiems, kurie buvo žemėje, tai, kas vyksta, priminė tikrąjį pragarą. Visų pirma, virš Hirosimos praslinko karščio banga. Jo poveikis truko vos kelias akimirkas, bet buvo toks galingas, kad išlydė net plyteles ir kvarco kristalus granito plokštėse, 4 km atstumu pavertė telefono stulpus anglimi ir galiausiai taip sudegino žmonių kūnus, kad nuo jų liko tik šešėliai. ant šaligatvių asfalto arba ant namų sienų. Tada iš apačios ugnies kamuolys Prasidėjo siaubingas vėjo gūsis, kuris 800 km/h greičiu veržėsi virš miesto, nušlavė viską, kas pasitaikydavo savo kelyje. Namai, kurie neatlaikė jo įnirtingo puolimo, sugriuvo tarsi nugriauti. Milžiniškame 4 km skersmens apskritime neliko nė vieno nepaliesto pastato. Praėjus kelioms minutėms po sprogimo, virš miesto pasipylė juodas radioaktyvus lietus – ši drėgmė virto aukštuose atmosferos sluoksniuose kondensuotais garais ir nukrito į žemę didelių lašų, susimaišiusių su radioaktyviosiomis dulkėmis, pavidalu.

Po lietaus miestą užklupo naujas vėjo gūsis, šį kartą pūstelėjęs epicentro kryptimi. Jis buvo silpnesnis nei pirmasis, bet vis tiek pakankamai stiprus, kad išrauti medžius. Vėjas kurstė milžinišką ugnį, kurioje degė viskas, kas galėjo degti. Iš 76 tūkstančių pastatų 55 tūkstančiai buvo visiškai sunaikinti ir sudeginti. Šios baisios katastrofos liudininkai prisiminė fakelus, nuo kurių apdegę drabužiai nukrito ant žemės kartu su odos skiautelėmis, ir minias išprotėjusių žmonių, apimtų baisių nudegimų, rėkiančių gatvėmis. Nuo deginimosi ore tvyrojo dusinantis smarvė žmogaus mėsa. Visur gulėjo žmonių, mirusių ir mirštančių. Buvo daug aklų ir kurčiųjų, kurie, besisukantys į visas puses, nieko negalėjo suprasti aplink tvyrančiame chaose.

Nelaimingieji, įsikūrę iki 800 m atstumu nuo epicentro, tiesiogine to žodžio prasme per sekundės dalį sudegė – jų vidus išgaravo, o kūnai virto rūkstančių anglių gumuliais. Tie, kurie buvo už 1 km nuo epicentro, buvo paveikti itin sunkios spindulinės ligos. Per kelias valandas jie pradėjo smarkiai vemti, temperatūra šoktelėjo iki 39-40 laipsnių, ėmė trūkti dusulys ir kraujuoti. Tada ant odos atsirado negyjančių opų, smarkiai pasikeitė kraujo sudėtis, iškrito plaukai. Po baisių kančių, dažniausiai antrą ar trečią dieną, mirtis ištikdavo.

Iš viso nuo sprogimo ir spindulinės ligos mirė apie 240 tūkst. Daugiau nei spinduline liga susirgo apie 160 tūkst lengva forma- jų skausminga mirtis pasirodė, kad atidėtas kelis mėnesius ar metus. Kai žinia apie nelaimę pasklido po visą šalį, visa Japonija buvo paralyžiuota iš baimės. Jis dar padidėjo po to, kai majoro Sweeney's Box Car rugpjūčio 9 d. numetė antrą bombą ant Nagasakio. Čia taip pat žuvo ir buvo sužeisti keli šimtai tūkstančių gyventojų. Negalėjusi atsispirti naujiems ginklams, Japonijos vyriausybė kapituliavo – atominė bomba užbaigė Antrąjį pasaulinį karą.

Karas baigėsi. Tai truko tik šešerius metus, tačiau sugebėjo beveik neatpažįstamai pakeisti pasaulį ir žmones.

Žmonių civilizacija iki 1939 m. ir žmonių civilizacija po 1945 m. labai skiriasi viena nuo kitos. Tam yra daug priežasčių, tačiau viena svarbiausių – branduolinių ginklų atsiradimas. Galima neperdėti, kad Hirosimos šešėlis glūdi visą XX amžiaus antrąją pusę. Tai tapo giliu moraliniu nudegimu daugeliui milijonų žmonių, pvz buvę amžininkaišią katastrofą ir gimusius dešimtmečius po jos. Šiuolaikinis žmogus nebegali galvoti apie pasaulį taip, kaip apie jį galvojo iki 1945 metų rugpjūčio 6 dienos – jis pernelyg aiškiai supranta, kad šis pasaulis per kelias akimirkas gali virsti niekuo.

Šiuolaikinis žmogus negali žiūrėti į karą taip, kaip žvelgė jo seneliai ir proseneliai – jis tikrai žino, kad šis karas bus paskutinis ir jame nebus nei laimėtojų, nei pralaimėjusių. Branduoliniai ginklai paliko pėdsaką visose visuomenės gyvenimo srityse, ir šiuolaikinė civilizacija negali gyventi pagal tuos pačius įstatymus kaip prieš šešiasdešimt ar aštuoniasdešimt metų. Niekas to nesuprato geriau nei patys atominės bombos kūrėjai.

„Mūsų planetos žmonės rašė Robertas Oppenheimeris, turi vienytis. Pasėtas teroras ir sunaikinimas paskutinis karas, padiktuokite mums šią mintį. Atominių bombų sprogimai tai įrodė visu žiaurumu. Kiti žmonės jau sakė kitu metu panašūs žodžiai– tik apie kitus ginklus ir kitus karus. Jiems nepasisekė. Tačiau kiekvienas, kuris šiandien sakytų, kad šie žodžiai yra nenaudingi, yra suklaidintas istorijos peripetijų. Mes negalime tuo įsitikinti. Mūsų darbo rezultatai nepalieka žmonijai kito pasirinkimo, kaip tik sukurti vieningą pasaulį. Pasaulis, pagrįstas teisėtumu ir žmogiškumu“.