Sprogo netoli Nagasakio. Mirtis ir sunaikinimas, lydėjęs šiuos sprogimus, buvo precedento neturintis dalykas. Baimė ir siaubas apėmė visus Japonijos gyventojus, priversdami juos pasiduoti greičiau nei per mėnesį.
Tačiau pasibaigus Antrajam pasauliniam karui atominiai ginklai neišnyko į antrą planą. Šaltojo karo protrūkis tapo didžiuliu psichologinio spaudimo veiksniu tarp SSRS ir JAV. Abi pusės investavo didžiulius pinigus į naujų atominių elektrinių plėtrą ir kūrimą. Taigi per 50 metų mūsų planetoje susikaupė keli tūkstančiai atominių apvalkalų. To visiškai pakanka kelis kartus sunaikinti visą gyvybę. Dėl šios priežasties 90-ųjų pabaigoje tarp JAV ir Rusijos buvo pasirašyta pirmoji nusiginklavimo sutartis, siekiant sumažinti pasaulinės katastrofos riziką. Nepaisant to, šiuo metu 9 šalys turi branduolinius ginklus, todėl jų gynyba pakyla į kitą lygį. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kodėl atominiai ginklai gavo griaunančią galią ir kaip veikia atominiai ginklai.
Norint suprasti visą atominių bombų galią, būtina suprasti radioaktyvumo sąvoką. Kaip žinote, mažiausias materijos struktūrinis vienetas, sudarantis visą mus supantį pasaulį, yra atomas. Atomas, savo ruožtu, susideda iš branduolio ir aplink jį besisukančio daikto. Branduolys susideda iš neutronų ir protonų. Elektronai turi neigiamą krūvį, o protonai – teigiamą. Neutronai, kaip rodo jų pavadinimas, yra neutralūs. Paprastai neutronų ir protonų skaičius yra lygus elektronų skaičiui viename atome. Tačiau, veikiant išorinėms jėgoms, dalelių skaičius medžiagos atomuose gali keistis.
Mus domina tik tas variantas, kai pasikeičia neutronų skaičius ir susidaro medžiagos izotopas. Kai kurie medžiagos izotopai yra stabilūs ir atsiranda natūraliai, o kiti yra nestabilūs ir linkę irti. Pavyzdžiui, anglis turi 6 neutronus. Taip pat yra anglies izotopas su 7 neutronais – gana stabilus elementas, randamas gamtoje. Anglies izotopas su 8 neutronais jau yra nestabilus elementas ir linkęs irti. Tai radioaktyvus skilimas. Šiuo atveju nestabilūs branduoliai skleidžia trijų tipų spindulius:
1. Alfa spinduliai yra pakankamai nekenksmingi alfa dalelių srauto pavidalu, kuris gali būti sustabdytas plonu popieriaus lapu ir negali pakenkti
Net jei gyvi organizmai sugebėjo išgyventi pirmuosius du, radiacijos banga sukelia labai trumpalaikę spindulinę ligą, kuri miršta per kelias minutes. Tokia žala galima kelių šimtų metrų spinduliu nuo sprogimo. Iki kelių kilometrų nuo sprogimo radiacinė liga žmogų pražudys per kelias valandas ar dienas. Tie, kurie nėra tiesioginio sprogimo vietoje, taip pat gali būti veikiami radiacijos valgydami maistą ir įkvėpdami iš užterštos zonos. Be to, spinduliuotė neišnyksta akimirksniu. Jis kaupiasi aplinkoje ir daugelį dešimtmečių po sprogimo gali nuodyti gyvus organizmus.
Branduolinių ginklų daroma žala yra pernelyg pavojinga, kad būtų naudojama bet kokiomis aplinkybėmis. Nuo to neišvengiamai kenčia civiliai gyventojai ir gamtai daroma nepataisoma žala. Todėl mūsų laikais pagrindinis branduolinių bombų panaudojimas yra atgrasymas nuo atakos. Netgi branduolinių ginklų bandymai šiuo metu yra uždrausti daugelyje mūsų planetos dalių.
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, kitas subatomines daleles ir fotonus. 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, sukeldami itin galingus tokioms bomboms būdingus sprogimus. 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 po neutronų išmetimo. 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 turbinoms, kurios varo elektros energijos generatorius, sukti. Taip pat yra daug mokslinių tyrimų reaktorių, o kai kurios šalys turi povandeninius ar antvandeninius laivus, varomus atominės 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 aukšto slėgio skystis kaitinamas šerdies šiluma 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. Sotieji garai praeina per keletą separatorių ir džiovintuvų, esančių reaktoriaus inde, todėl jie perkaista. Tada perkaitinti vandens garai naudojami kaip darbinis skystis turbinai sukti.
Aukštos temperatūros dujomis aušinamas
Aukštos temperatūros dujomis aušinamas reaktorius (HTGR) – tai branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas pagrįstas grafito ir kuro mikrosferų mišinio naudojimu kaip kuru. 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. Vokiečių sistemoje helis praeina pro sferinių kuro elementų sluoksnio tarpus, o amerikietiškoje – 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 konstrukcija ir veikimo principas susideda iš šalto D 2 O rezervuaro panaudojimo esant atmosferos slėgiui. 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
Moksliniams tyrimams dažniausiai naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas – naudoti vandens aušinimo ir plokštelės formos urano kuro elementus 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 nominalioji aktyvių neutronų energija. Būtent šie parametrai padeda kiekybiškai įvertinti mokslinių tyrimų reaktoriaus galimybes atlikti konkrečius tyrimus. Mažos galios sistemos paprastai yra universitetuose ir naudojamos mokymui, o didelės galios sistemos reikalingos 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 įprastinis 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 išskirtinės savybės – labai didelis reaktyvumo rezervas, 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 techninėms charakteristikoms pasekmė. Rusija taip pat turi nedidelį laivyną, kuris naudoja tuos pačius reaktorius kaip ir sovietiniai povandeniniai laivai.
Pramoniniai įrenginiai
Gamybos tikslams naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas – didelis našumas su maža energijos gamyba. Taip yra dėl to, kad ilgalaikis 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, norint išlaikyti reikiamas atsargas, šis radioaktyvusis vandenilio izotopas turi būti gaminamas nuolat. Pavyzdžiui, Jungtinėse Amerikos 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 buvo naudojamos nedidelės elektrinės, specialiai sukurtos aptarnauti Arkties gyvenvietes. 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 toliau plėtojami projektai, skirti jų panaudojimui tolimiems skrydžiams į kosmosą, pilotuojamam kitų planetų tyrinėjimui ar nuolatinėje Mėnulio bazėje. Tai būtinai bus dujomis aušinamas arba skysto metalo branduolinis reaktorius, kurio fizikiniai principai užtikrins aukščiausią įmanomą temperatūrą, reikalingą radiatoriaus dydžiui sumažinti. Be to, kosmoso technologijų reaktorius turi būti kuo kompaktiškesnis, kad būtų sumažintas ekranavimui naudojamos medžiagos kiekis ir svoris paleidimo ir skrydžio metu. Kuro tiekimas užtikrins reaktoriaus darbą visą skrydžio į kosmosą laikotarpį.
Branduolinės energijos gamyba – modernus ir sparčiai besivystantis elektros gamybos būdas. Ar žinote, kaip veikia atominės elektrinės? Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Kokių tipų branduoliniai reaktoriai egzistuoja šiandien? Bandysime išsamiai apsvarstyti atominės elektrinės veikimo schemą, įsigilinti į branduolinio reaktoriaus sandarą ir išsiaiškinti, kiek saugus yra branduolinis elektros gamybos būdas.
Bet kuri stotis yra uždara teritorija, nutolusi nuo gyvenamojo rajono. Jo teritorijoje yra keli pastatai. Svarbiausia konstrukcija – reaktoriaus pastatas, šalia jo – turbinos patalpa, iš kurios valdomas reaktorius, ir saugos pastatas.
Schema neįmanoma be branduolinio reaktoriaus. Atominis (branduolinis) reaktorius yra atominės elektrinės įrenginys, skirtas organizuoti grandininę neutronų dalijimosi reakciją su privalomu energijos išsiskyrimu šio proceso metu. Tačiau koks yra atominės elektrinės veikimo principas?
Visa reaktoriaus instaliacija įrengta reaktoriaus pastate – dideliame betoniniame bokšte, kuris slepia reaktorių, o avarijos atveju jame bus visi branduolinės reakcijos produktai. Šis didelis bokštas vadinamas izoliacija, hermetišku apvalkalu arba izoliavimo zona.
Hermetinė zona naujuose reaktoriuose turi 2 storas betonines sienas – korpusus.
Išorinis 80 cm storio apvalkalas apsaugo izoliavimo zoną nuo išorinių poveikių.
Vidinis 1 metro 20 cm storio apvalkalas turi specialius plieninius trosus, kurie betono stiprumą padidina beveik tris kartus ir neleis konstrukcijai byrėti. Viduje jis išklotas plonu specialaus plieno lakštu, kuris yra skirtas papildomai apsaugoti izoliaciją, o avarijos atveju neišleisti reaktoriaus turinio už izoliavimo zonos ribų.
Tokia atominės elektrinės konstrukcija leidžia jai atlaikyti iki 200 tonų sveriančią lėktuvo katastrofą, 8 balų žemės drebėjimą, viesulą ir cunamį.
Pirmasis slėginis korpusas buvo pastatytas Amerikos Konektikuto Yankee atominėje elektrinėje 1968 m.
Bendras izoliavimo zonos aukštis yra 50-60 metrų.
Iš ko susideda branduolinis reaktorius?
Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą, taigi ir atominės elektrinės veikimo principą, reikia suprasti reaktoriaus komponentus. 
- Aktyvi zona. Tai vieta, kurioje yra branduolinis kuras (kuro generatorius) ir moderatorius. Kuro atomuose (dažniausiai uranas yra kuras) vyksta grandininio dalijimosi reakcija. Moderatorius yra skirtas valdyti dalijimosi procesą ir leidžia reaguoti reikiamą greitį ir stiprumą.
- Neutronų reflektorius. Šerdį supa atšvaitas. Ją sudaro ta pati medžiaga kaip ir moderatorius. Iš esmės tai yra dėžutė, kurios pagrindinis tikslas – neleisti neutronams išeiti iš šerdies ir patekti į aplinką.
- Aušinimo skystis. Aušinimo skystis turi sugerti kuro atomų dalijimosi metu išsiskiriančią šilumą ir perduoti ją kitoms medžiagoms. Aušinimo skystis daugiausia lemia, kaip suprojektuota atominė elektrinė. Populiariausias aušinimo skystis šiandien yra vanduo.
Reaktoriaus valdymo sistema. Jutikliai ir mechanizmai, maitinantys atominės elektrinės reaktorių.
Kuras atominėms elektrinėms
Kuo veikia atominė elektrinė? Kuras atominėms elektrinėms yra radioaktyviųjų savybių turintys cheminiai elementai. Visose atominėse elektrinėse šis elementas yra uranas.
Stočių konstrukcija reiškia, kad atominės elektrinės naudoja sudėtingą sudėtinį kurą, o ne gryną cheminį elementą. O norint išgauti urano kurą iš natūralaus urano, kuris kraunamas į branduolinį reaktorių, reikia atlikti daugybę manipuliacijų.
Prisodrintas uranas
Uranas susideda iš dviejų izotopų, tai yra, jame yra skirtingos masės branduoliai. Jie buvo pavadinti pagal protonų ir neutronų skaičių izotopais -235 ir izotopais-238. XX amžiaus tyrinėtojai uraną 235 pradėjo išgauti iš rūdos, nes... buvo lengviau suskaidyti ir transformuoti. Paaiškėjo, kad tokio urano gamtoje yra tik 0,7% (likęs procentas patenka į 238-ąjį izotopą).
Ką tokiu atveju daryti? Jie nusprendė sodrinti uraną. Urano sodrinimas yra procesas, kurio metu jame lieka daug reikalingų 235x izotopų ir mažai nereikalingų 238x izotopų. Urano sodrinimo įrenginių užduotis – 0,7 % paversti beveik 100 % uranu-235.
Uraną galima sodrinti naudojant dvi technologijas: dujų difuziją arba dujų centrifugą. Norint juos panaudoti, iš rūdos išgaunamas uranas paverčiamas dujine būsena. Jis yra praturtintas dujų pavidalu.
Urano milteliai
Prisodrintos urano dujos paverčiamos kietu pavidalu – urano dioksidu. Šis grynas kietas uranas 235 atrodo kaip dideli balti kristalai, kurie vėliau susmulkinami į urano miltelius.
Urano tabletės
Urano tabletės yra tvirti metaliniai, poros centimetrų ilgio diskai. Norint suformuoti tokias tabletes iš urano miltelių, jis sumaišomas su medžiaga – plastifikatoriumi, kuris pagerina tablečių presavimo kokybę.
Presuoti rituliai kepami 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje ilgiau nei parą, kad tabletės būtų ypatingo tvirtumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Kaip veikia atominė elektrinė, tiesiogiai priklauso nuo to, kaip gerai suspaustas ir iškeptas urano kuras. 
Tabletės kepamos molibdeno dėžutėse, nes tik šis metalas gali neištirpti „pragariškoje“ temperatūroje, viršijančioje pusantro tūkstančio laipsnių. Po to urano kuras atominėms elektrinėms laikomas paruoštu.
Kas yra TVEL ir FA?
Reaktoriaus šerdis atrodo kaip didžiulis diskas ar vamzdis su skylutėmis sienose (priklausomai nuo reaktoriaus tipo), 5 kartus didesnis už žmogaus kūną. Šiose skylėse yra urano kuro, kurio atomai vykdo norimą reakciją.
Neįmanoma tiesiog įmesti kuro į reaktorių, na, nebent norima sukelti visos stoties sprogimą ir avariją su pasekmėmis kelioms šalia esančioms valstybėms. Todėl urano kuras dedamas į kuro strypus ir surenkamas į kuro rinkles. Ką reiškia šie sutrumpinimai?
- TVEL yra kuro elementas (nepainioti su tuo pačiu juos gaminančios Rusijos įmonės pavadinimu). Iš esmės tai plonas ir ilgas cirkonio vamzdis, pagamintas iš cirkonio lydinių, į kurį dedamos urano tabletės. Būtent kuro strypuose urano atomai pradeda sąveikauti tarpusavyje, reakcijos metu išskirdami šilumą.
Cirkonis buvo pasirinktas kaip medžiaga kuro strypų gamybai dėl savo ugniai atsparumo ir antikorozinių savybių.
Kuro strypų tipas priklauso nuo reaktoriaus tipo ir konstrukcijos. Paprastai kuro strypų struktūra ir paskirtis nesikeičia, vamzdžio ilgis ir plotis gali skirtis. 
Mašina į vieną cirkonio vamzdį sukrauna daugiau nei 200 urano granulių. Iš viso reaktoriuje vienu metu dirba apie 10 milijonų urano granulių.
FA – kuro rinkinys. AE darbuotojai kuro rinkles vadina ryšuliais.
Iš esmės tai yra keli kuro strypai, pritvirtinti kartu. FA yra baigtas branduolinis kuras, su kuo veikia atominė elektrinė. Tai kuro rinklės, kurios kraunamos į branduolinį reaktorių. Viename reaktoriuje dedama apie 150 – 400 kuro rinklių.
Priklausomai nuo reaktoriaus, kuriame veiks kuro rinklės, jos būna įvairių formų. Kartais ryšuliai sulankstyti į kubinį, kartais į cilindrą, kartais į šešiakampį.
Viena kuro rinklė per 4 eksploatavimo metus pagamina tiek pat energijos, kiek deginant 670 automobilių anglies, 730 cisternų gamtinėmis dujomis arba 900 bakų prikrautų naftos.
Šiandien kuro rinklės daugiausia gaminamos gamyklose Rusijoje, Prancūzijoje, JAV ir Japonijoje.
Kuro atominėms elektrinėms pristatyti į kitas šalis kuro rinklės sandariai uždaromos į ilgus ir plačius metalinius vamzdžius, iš vamzdžių išpumpuojamas oras ir specialiomis mašinomis tiekiamas krovininiuose lėktuvuose.
Branduolinis kuras atominėms elektrinėms sveria nepaprastai daug, nes... uranas yra vienas sunkiausių metalų planetoje. Jo savitasis sunkis yra 2,5 karto didesnis nei plieno.
Atominė elektrinė: veikimo principas
Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Atominių elektrinių veikimo principas pagrįstas grandinine radioaktyviosios medžiagos – urano – atomų dalijimosi reakcija. Ši reakcija vyksta branduolinio reaktoriaus šerdyje.
SVARBU ŽINOTI:
Nesileidžiant į branduolinės fizikos subtilybes, atominės elektrinės veikimo principas atrodo taip:
Paleidus branduolinį reaktorių, nuo kuro strypų pašalinami absorberiniai strypai, kurie neleidžia uranui reaguoti.
Kai strypai pašalinami, urano neutronai pradeda sąveikauti vienas su kitu.
Kai neutronai susiduria, atominiame lygmenyje įvyksta mini sprogimas, išsiskiria energija ir gimsta nauji neutronai, prasideda grandininė reakcija. Šis procesas gamina šilumą.
Šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Priklausomai nuo aušinimo skysčio tipo, jis virsta garais arba dujomis, kurios suka turbiną.
Turbina varo elektros generatorių. Būtent jis iš tikrųjų sukuria elektros srovę.
Jei proceso nestebėsite, urano neutronai gali susidurti vienas su kitu, kol susprogdins reaktorių ir sudaužys visą atominę elektrinę. Procesą valdo kompiuteriniai jutikliai. Jie nustato temperatūros padidėjimą arba slėgio pasikeitimą reaktoriuje ir gali automatiškai sustabdyti reakcijas.
Kuo atominių elektrinių veikimo principas skiriasi nuo šiluminių elektrinių (šiluminių elektrinių)?
Darbo skirtumai yra tik pirmuosiuose etapuose. Atominėje elektrinėje aušinimo skystis gauna šilumą iš urano kuro atomų dalijimosi šiluminėje elektrinėje, aušinimo skystis gauna šilumą degant organiniam kurui (anglies, dujų ar naftos). Po to, kai urano atomai arba dujos ir anglis išskiria šilumą, atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių veikimo schemos yra vienodos.
Branduolinių reaktorių tipai
Kaip veikia atominė elektrinė, priklauso nuo to, kaip tiksliai veikia jos branduolinis reaktorius. Šiandien yra du pagrindiniai reaktorių tipai, klasifikuojami pagal neuronų spektrą:
Lėtų neutronų reaktorius, dar vadinamas terminiu reaktoriumi.
Jo veikimui naudojamas uranas 235, kuris pereina sodrinimo, urano granulių kūrimo etapus ir kt. Šiandien didžioji dauguma reaktorių naudoja lėtuosius neutronus.
Greitųjų neutronų reaktorius.
Šie reaktoriai yra ateitis, nes... Jie dirba su uranu-238, kuris iš prigimties yra keliolika centų ir šio elemento sodrinti nereikia. Vienintelis tokių reaktorių minusas – labai didelės projektavimo, statybos ir paleidimo išlaidos. Šiandien greitųjų neutronų reaktoriai veikia tik Rusijoje.
Greitųjų neutroninių reaktorių aušinimo skystis yra gyvsidabris, dujos, natris arba švinas.
Lėtųjų neutronų reaktoriai, kuriuos šiandien naudoja visos pasaulio atominės elektrinės, taip pat būna kelių tipų.
TATENA organizacija (Tarptautinė atominės energijos agentūra) sukūrė savo klasifikaciją, kuri dažniausiai naudojama pasaulio branduolinės energetikos pramonėje. Kadangi atominės elektrinės veikimo principas labai priklauso nuo aušinimo skysčio ir moderatoriaus pasirinkimo, TATENA klasifikuodama šiuos skirtumus grindė.
Cheminiu požiūriu deuterio oksidas yra idealus moderatorius ir aušinimo skystis, nes jo atomai efektyviausiai sąveikauja su urano neutronais, palyginti su kitomis medžiagomis. Paprasčiau tariant, sunkusis vanduo atlieka savo užduotį su minimaliais nuostoliais ir maksimaliais rezultatais. Tačiau jo gamyba kainuoja, o įprastą „lengvą“ ir pažįstamą vandenį naudoti daug lengviau.
Keletas faktų apie branduolinius reaktorius...
Įdomu tai, kad vienam atominės elektrinės reaktoriui pastatyti reikia mažiausiai 3 metų!
Norint pastatyti reaktorių, reikia įrangos, kuri veiktų 210 kiloamperų elektros srove, kuri yra milijoną kartų didesnė už srovę, galinčią nužudyti žmogų.
Vienas branduolinio reaktoriaus korpusas (struktūrinis elementas) sveria 150 tonų. Viename reaktoriuje yra 6 tokie elementai.
Slėginio vandens reaktorius
Mes jau išsiaiškinome, kaip apskritai veikia atominė elektrinė, kad viską pažvelgtume į perspektyvą, pažiūrėkime, kaip veikia populiariausias slėginio vandens atominis reaktorius.
Šiandien visame pasaulyje naudojami 3+ kartos suslėgto vandens reaktoriai. Jie laikomi patikimiausiais ir saugiausiais.
Visi pasaulio slėginio vandens reaktoriai per visus savo eksploatavimo metus jau yra sukaupę daugiau nei 1000 be rūpesčių veikimo metų ir niekada nedavė rimtų nukrypimų. 
Atominių elektrinių, naudojančių suslėgto vandens reaktorius, struktūra reiškia, kad distiliuotas vanduo, pašildytas iki 320 laipsnių, cirkuliuoja tarp kuro strypų. Kad jis nepatektų į garų būseną, jis laikomas 160 atmosferų slėgyje. Atominės elektrinės diagramoje tai vadinama pirminės grandinės vandeniu.
Pašildytas vanduo patenka į garo generatorių ir atiduoda šilumą antrinio kontūro vandeniui, po kurio vėl „sugrįžta“ į reaktorių. Iš išorės atrodo, kad pirmosios grandinės vandens vamzdžiai liečiasi su kitais vamzdžiais - antrojo kontūro vandeniu, jie perduoda šilumą vienas kitam, tačiau vandenys nesiliečia. Vamzdžiai liečiasi.
Taigi spinduliuotės galimybė patekti į antrinės grandinės vandenį, kuri toliau dalyvaus elektros energijos gamybos procese, yra atmesta.
AE eksploatavimo sauga
Išmokę atominių elektrinių veikimo principą, turime suprasti, kaip veikia sauga. Atominių elektrinių statyba šiandien reikalauja didesnio dėmesio saugos taisyklėms.
AE saugos sąnaudos sudaro apie 40% visos elektrinės kainos. 
Atominės elektrinės projekte yra 4 fiziniai barjerai, neleidžiantys išsiskirti radioaktyviosioms medžiagoms. Ką turėtų daryti šios kliūtys? Tinkamu momentu sugebėti sustabdyti branduolinę reakciją, užtikrinti nuolatinį šilumos pašalinimą iš aktyviosios zonos ir paties reaktoriaus bei užkirsti kelią radionuklidų išsiskyrimui už izoliacijos (hermetinės zonos).
- Pirmasis barjeras yra urano granulių stiprumas. Svarbu, kad branduoliniame reaktoriuje jų nesunaikintų aukšta temperatūra. Didelė dalis atominės elektrinės veikimo priklauso nuo to, kaip urano granulės „kepamos“ pradiniame gamybos etape. Jei urano kuro granulės nebus tinkamai iškeptos, urano atomų reakcijos reaktoriuje bus nenuspėjami.
- Antroji kliūtis – kuro strypų sandarumas. Cirkonio vamzdžiai turi būti sandariai uždaryti, jei sandariklis bus pažeistas, geriausiu atveju bus pažeistas reaktorius ir darbas sustos, blogiausiu – viskas pakils į orą.
- Trečioji kliūtis – patvarus plieninis reaktoriaus indas a, (tas pats didelis bokštas – hermetiška zona), kuriame „sudėta“ visi radioaktyvūs procesai. Jei korpusas bus pažeistas, radiacija pateks į atmosferą.
- Ketvirtasis barjeras – avarinės apsaugos strypai. Strypai su moderatoriais virš šerdies pakabinami magnetais, kurie per 2 sekundes gali sugerti visus neutronus ir sustabdyti grandininę reakciją.
Jei, nepaisant daugelio apsaugos laipsnių atominės elektrinės konstrukcijos, reaktoriaus aktyviosios zonos neįmanoma laiku atvėsti, o kuro temperatūra pakyla iki 2600 laipsnių, tada atsiranda paskutinė saugos sistemos viltis. - vadinamoji lydalo gaudyklė.
Faktas yra tas, kad esant tokiai temperatūrai reaktoriaus indo dugnas išsilydys, o visos branduolinio kuro likučiai ir išlydytos konstrukcijos pateks į specialų „stiklą“, pakabintą virš reaktoriaus aktyviosios zonos.
Lydymosi gaudyklė yra šaldoma ir atspari ugniai. Jis pripildytas vadinamosios „aukos medžiagos“, kuri palaipsniui sustabdo dalijimosi grandininę reakciją.
Taigi atominės elektrinės projektas reiškia keletą apsaugos laipsnių, kurie beveik visiškai pašalina bet kokią avarijos galimybę.
Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą ir struktūrą, reikia trumpai pasižvalgyti po praeitį. Branduolinis reaktorius yra šimtmečių senumo, nors ir ne iki galo įgyvendinta, žmonijos svajonė apie neišsenkamą energijos šaltinį. Jo senovinis „protėvis“ – iš sausų šakų sukurta ugnis, kažkada apšvietusi ir šildžiusi urvo skliautus, kur mūsų tolimi protėviai rado išsigelbėjimą nuo šalčio. Vėliau žmonės įvaldė angliavandenilius – anglį, skalūnus, naftą ir gamtines dujas.
Prasidėjo nerami, bet trumpalaikė garo era, kurią pakeitė dar fantastiškesnė elektros era. Miestai prisipildė šviesos, o dirbtuvės – iki šiol nematytų elektros varikliais varomų mašinų ūžesio. Tada atrodė, kad pažanga pasiekė apogėjų.
Viskas pasikeitė XIX amžiaus pabaigoje, kai prancūzų chemikas Antoine'as Henri Becquerel atsitiktinai atrado, kad urano druskos yra radioaktyvios. Po 2 metų jo tautiečiai Pierre'as Curie ir jo žmona Maria Sklodowska-Curie iš jų gavo radžio ir polonio, o jų radioaktyvumo lygis buvo milijonus kartų didesnis nei torio ir urano.
Lazdelę perėmė Ernestas Rutherfordas, detaliai ištyręs radioaktyviųjų spindulių prigimtį. Taip prasidėjo atomo amžius, kuris pagimdė jo mylimą vaiką – atominį reaktorių.
Pirmasis branduolinis reaktorius
„Firstborn“ kilęs iš JAV. 1942 metų gruodį pirmąją srovę sukūrė reaktorius, pavadintas jo kūrėjo, vieno didžiausių šimtmečio fizikų E. Fermi vardu. Po trejų metų ZEEP branduolinis objektas atgijo Kanadoje. „Bronza“ atiteko pirmajam sovietų reaktoriui F-1, paleistam 1946 m. I. V. Kurchatovas tapo vidaus branduolinio projekto vadovu. Šiandien pasaulyje sėkmingai veikia daugiau nei 400 branduolinių blokų.
Branduolinių reaktorių tipai
Jų pagrindinis tikslas yra palaikyti kontroliuojamą branduolinę reakciją, kuri gamina elektrą. Kai kurie reaktoriai gamina izotopus. Trumpai tariant, tai įrenginiai, kurių gelmėse vienos medžiagos paverčiamos kitomis, išskiriant didelį šiluminės energijos kiekį. Tai savotiška „krosnis“, kurioje vietoj tradicinio kuro deginami urano izotopai - U-235, U-238 ir plutonis (Pu).
Skirtingai nei, pavyzdžiui, automobilis, skirtas kelių rūšių benzinui, kiekviena radioaktyviojo kuro rūšis turi savo reaktorių. Jų yra du – ant lėtųjų (su U-235) ir greitųjų (su U-238 ir Pu) neutronais. Dauguma atominių elektrinių turi lėtuosius neutroninius reaktorius. Be atominių elektrinių, įrenginiai „dirba“ tyrimų centruose, branduoliniuose povandeniniuose laivuose ir kt.
Kaip veikia reaktorius
Visi reaktoriai turi maždaug tą pačią grandinę. Jo „širdis“ yra aktyvioji zona. Ją galima grubiai palyginti su įprastos krosnies židiniu. Tik vietoje malkų yra branduolinis kuras kuro elementų pavidalu su moderatoriumi – kuro strypais. Aktyvioji zona yra savotiškos kapsulės viduje – neutronų reflektorius. Kuro strypus „plauna“ aušinimo skystis – vanduo. Kadangi „širdis“ turi labai aukštą radioaktyvumo lygį, ją supa patikima radiacinė apsauga.
Operatoriai valdo gamyklos darbą naudodami dvi svarbias sistemas – grandininės reakcijos valdymą ir nuotolinio valdymo sistemą. Jei įvyksta avarinė situacija, nedelsiant įjungiama avarinė apsauga.
Kaip veikia reaktorius?
Atominė „liepsna“ yra nematoma, nes procesai vyksta branduolio dalijimosi lygiu. Grandininės reakcijos metu sunkieji branduoliai skyla į smulkesnius fragmentus, kurie, būdami sužadinti, tampa neutronų ir kitų subatominių dalelių šaltiniais. Tačiau procesas tuo nesibaigia. Neutronai ir toliau „skilti“, dėl ko išsiskiria dideli energijos kiekiai, tai yra, kas nutinka dėl kurių statomos atominės elektrinės.
Pagrindinė personalo užduotis – grandininę reakciją valdymo strypų pagalba palaikyti pastoviame, reguliuojamame lygyje. Tai yra pagrindinis jos skirtumas nuo atominės bombos, kur branduolinio skilimo procesas yra nekontroliuojamas ir vyksta greitai, galingo sprogimo pavidalu.
Kas atsitiko Černobylio atominėje elektrinėje
Viena pagrindinių 1986 metų balandį Černobylio atominėje elektrinėje įvykusios nelaimės priežasčių buvo šiurkštus eksploatacijos saugos taisyklių pažeidimas atliekant eilinę 4-ojo energetinio bloko priežiūrą. Tada iš šerdies vienu metu buvo pašalinti 203 grafito strypai, o ne 15, leidžiamų pagal taisykles. Dėl to prasidėjusi nekontroliuojama grandininė reakcija baigėsi terminiu sprogimu ir visišku jėgos agregato sunaikinimu.
Naujos kartos reaktoriai
Per pastarąjį dešimtmetį Rusija tapo viena iš pasaulio branduolinės energetikos lyderių. Šiuo metu valstybinė korporacija „Rosatom“ atomines elektrines stato 12 šalių, kuriose statomi 34 energijos blokai. Tokia didelė paklausa rodo aukštą šiuolaikinės Rusijos branduolinės technologijos lygį. Toliau rikiuojasi nauji 4-osios kartos reaktoriai.
"Brestas"
Vienas iš jų – Brestas, kuriamas kaip „Breakthrough“ projekto dalis. Dabartinės atviro ciklo sistemos veikia mažai prisodrintu uranu, todėl dideli panaudoto kuro kiekiai turi būti šalinami milžiniškomis išlaidomis. „Brestas“ – greitųjų neutronų reaktorius yra unikalus savo uždaru ciklu.
Jame panaudotas kuras, tinkamai apdorojus greitųjų neutronų reaktoriuje, vėl tampa visaverčiu kuru, kurį galima krauti atgal į tą patį įrenginį.
Brestas išsiskiria aukštu saugumo lygiu. Jis niekada „nesprogs“ net rimčiausios avarijos metu, yra labai ekonomiškas ir nekenksmingas aplinkai, nes pakartotinai naudoja „atnaujintą“ uraną. Jis taip pat negali būti naudojamas ginklams tinkamo plutonio gamybai, o tai atveria didžiausias jo eksporto perspektyvas.
VVER-1200
VVER-1200 yra naujoviškas 3+ kartos reaktorius, kurio galia 1150 MW. Dėl savo unikalių techninių galimybių jis pasižymi beveik absoliučia eksploatavimo sauga. Reaktorius gausiai aprūpintas pasyviomis saugos sistemomis, kurios veiks automatiškai net ir nesant elektros tiekimo.
Viena iš jų – pasyvi šilumos šalinimo sistema, kuri automatiškai įsijungia visiškai išjungus reaktorių. Šiuo atveju yra numatyti avariniai hidrauliniai bakai. Jei pirminėje grandinėje nukrenta nenormalus slėgis, į reaktorių pradedamas tiekti didelis kiekis vandens, kuriame yra boro, o tai užgesina branduolinę reakciją ir sugeria neutronus.
Kitas know-how yra apatinėje apsauginio apvalkalo dalyje - lydalo „spąstai“. Jei dėl nelaimingo atsitikimo šerdis „nutekės“, „spąstai“ neleis sugriūti izoliaciniam apvalkalui ir neleis radioaktyviems produktams patekti į žemę.
Tačiau mes dažnai to nežinome. Ir kodėl taip pat sprogsta atominė bomba...
Pradėkime nuo toli. Kiekvienas atomas turi branduolį, o branduolys susideda iš protonų ir neutronų – turbūt visi tai žino. Lygiai taip pat visi matė periodinę lentelę. Bet kodėl jame esantys cheminiai elementai yra išdėstyti taip, o ne kitaip? Tikrai ne todėl, kad Mendelejevas taip norėjo. Kiekvieno elemento atominis skaičius lentelėje rodo, kiek protonų yra to elemento atomo branduolyje. Kitaip tariant, lentelėje geležis yra 26, nes geležies atome yra 26 protonai. O jei jų nėra 26, tai jau ne geležinė.
Tačiau to paties elemento branduoliuose gali būti skirtingas neutronų skaičius, o tai reiškia, kad branduolių masė gali būti skirtinga. To paties elemento skirtingos masės atomai vadinami izotopais. Uranas turi keletą tokių izotopų: gamtoje labiausiai paplitęs uranas-238 (jo branduolyje yra 92 protonai ir 146 neutronai, iš viso 238). Jis radioaktyvus, bet iš jo negalima pagaminti branduolinės bombos. Tačiau izotopas uranas-235, kurio nedidelis kiekis randamas urano rūdose, yra tinkamas branduoliniam užtaisui.
Skaitytojas galėjo susidurti su posakiais „sodrintas uranas“ ir „nusodrintasis uranas“. Prisodrintame urane yra daugiau urano-235 nei gamtiniame urane; išeikvotoje būsenoje atitinkamai mažiau. Iš prisodrinto urano galima gaminti plutonį – kitą branduolinei bombai tinkantį elementą (jo gamtoje beveik nerasta). Kaip sodrinamas uranas ir kaip iš jo gaunamas plutonis – atskiros diskusijos tema.
Taigi kodėl sprogsta branduolinė bomba? Faktas yra tas, kad kai kurie sunkieji branduoliai yra linkę skilti, jei į juos patenka neutronas. O laisvo neutrono ilgai laukti nereikės – jų skraido daugybė. Taigi, toks neutronas patenka į urano-235 branduolį ir taip suskaido jį į „fragmentus“. Taip išsiskiria dar keli neutronai. Ar galite atspėti, kas nutiks, jei aplinkui bus to paties elemento branduoliai? Teisingai, įvyks grandininė reakcija. Taip atsitinka.
Branduoliniame reaktoriuje, kur uranas-235 yra „ištirpęs“ stabilesniame urane-238, normaliomis sąlygomis sprogimas neįvyksta. Dauguma neutronų, kurie išskrenda iš pūvančių branduolių, nuskrenda į pieną, nerasdami urano-235 branduolių. Reaktoryje branduolių irimas vyksta „vangiai“ (bet to pakanka, kad reaktorius aprūpintų energiją). Viename urano-235 gabale, jei jis bus pakankamai masės, neutronai garantuotai suardys branduolius, grandininė reakcija prasidės kaip lavina ir... Stop! Juk padarius sprogimui reikalingos masės urano-235 ar plutonio gabalėlį, jis iškart sprogs. Tai ne esmė.
Ką daryti, jei paimtumėte du subkritinės masės gabalus ir pristumtumėte juos vienas prie kito nuotoliniu būdu valdomu mechanizmu? Pavyzdžiui, abu įdėkite į vamzdelį ir prie vieno pritvirtinkite parako užtaisą, kad reikiamu momentu vienas gabalas, kaip sviedinys, būtų iššautas į kitą. Čia yra problemos sprendimas.
Galite tai padaryti kitaip: paimkite sferinį plutonio gabalėlį ir pritvirtinkite sprogstamuosius užtaisus ant viso jo paviršiaus. Kai šie užtaisai detonuoja pagal komandą iš išorės, jų sprogimas suspaus plutonį iš visų pusių, suspaus iki kritinio tankio ir įvyks grandininė reakcija. Tačiau čia svarbu tikslumas ir patikimumas: visi sprogstamieji užtaisai turi užsidegti vienu metu. Jei kai kurie iš jų veikia, o kai kurie ne arba kai kurie veikia vėlai, branduolinis sprogimas neįvyks: plutonis nebus suspaustas iki kritinės masės, o išsisklaidys ore. Vietoj branduolinės bombos gausite vadinamąją „nešvarią“.
Taip atrodo sprogimo tipo branduolinė bomba. Užtaisai, kurie turėtų sukelti nukreiptą sprogimą, pagaminti daugiakampio pavidalo, kad plutonio sferos paviršius būtų kuo tvirčiau uždengtas.
Pirmojo tipo prietaisas buvo vadinamas patrankos įtaisu, antrojo tipo – sprogimo įtaisas.
Ant Hirosimos numesta bomba „Little Boy“ turėjo urano-235 užtaisą ir patrankos tipo įtaisą. „Fat Man“ bomba, susprogdinta virš Nagasakio, turėjo plutonio užtaisą, o sprogmuo buvo sprogimas. Šiais laikais ginklo tipo prietaisai beveik nenaudojami; sprogimo yra sudėtingesni, tačiau tuo pačiu metu jie leidžia reguliuoti branduolinio krūvio masę ir racionaliau jį išleisti. Ir plutonis pakeitė uraną-235 kaip branduolinį sprogmenį.
Praėjo nemažai metų, ir fizikai kariuomenei pasiūlė dar galingesnę bombą – termobranduolinę, arba, kaip dar vadinama, vandenilinę bombą. Pasirodo, vandenilis sprogsta galingiau nei plutonis?
Vandenilis iš tiesų yra sprogus, bet ne toks sprogus. Tačiau vandenilinėje bomboje nėra „paprasto“ vandenilio, kuriame naudojami jo izotopai – deuteris ir tritis. „Paprasto“ vandenilio branduolys turi vieną neutroną, deuterio – du, o tričio – tris.
Branduolinėje bomboje sunkiojo elemento branduoliai skirstomi į lengvesniųjų branduolius. Termobranduolinėje sintezėje vyksta atvirkštinis procesas: lengvieji branduoliai susilieja vienas su kitu į sunkesnius. Pavyzdžiui, deuterio ir tričio branduoliai susijungia ir sudaro helio branduolius (kitaip vadinamus alfa dalelėmis), o „papildomas“ neutronas siunčiamas į „laisvą skrydį“. Tai išskiria žymiai daugiau energijos nei plutonio branduolių irimo metu. Beje, būtent toks procesas vyksta ir Saulėje.
Tačiau sintezės reakcija įmanoma tik esant itin aukštai temperatūrai (todėl ji vadinama termobranduoline). Kaip priversti deuterį ir tritį reaguoti? Taip, tai labai paprasta: jums reikia naudoti branduolinę bombą kaip detonatorių!
Kadangi deuteris ir tritis patys yra stabilūs, jų krūvis termobranduolinėje bomboje gali būti savavališkai didžiulis. Tai reiškia, kad termobranduolinė bomba gali būti nepalyginamai galingesnė už „paprastą“ branduolinę. Ant Hirosimos numesto „Kūdikio“ TNT ekvivalentas siekė 18 kilotonų, o galingiausios vandenilinės bombos (vadinamoji „caro bomba“, dar vadinama „Kuzkos motina“) galia jau buvo 58,6 megatonos, daugiau nei 3255 kartus daugiau. galingas "kūdikis"!
„Grybinis“ debesis nuo caro Bombos pakilo į 67 kilometrų aukštį, o sprogimo banga tris kartus apskriejo Žemės rutulį.
Tačiau tokia milžiniška galia yra akivaizdžiai per didelė. „Pakankamai pažaidę“ su megatoninėmis bombomis, karo inžinieriai ir fizikai pasuko kitu keliu – branduolinių ginklų miniatiūrizavimo keliu. Įprasta forma branduoliniai ginklai gali būti numesti nuo strateginių bombonešių, pavyzdžiui, aviacinių bombų, arba paleisti iš balistinių raketų; jei juos miniatiūrizuojate, gausite kompaktišką branduolinį užtaisą, kuris nesunaikina visko per kilometrus aplinkui ir kurį galima pastatyti ant artilerijos sviedinio ar raketos „oras-žemė“. Padidės mobilumas, plėsis sprendžiamų užduočių spektras. Be strateginių branduolinių ginklų gausime ir taktinių.
Taktiniams branduoliniams ginklams buvo sukurtos įvairios pristatymo sistemos – branduoliniai pabūklai, minosvaidžiai, beatatrankiniai šautuvai (pavyzdžiui, amerikietis Davy Crockett). SSRS netgi turėjo branduolinės kulkos projektą. Tiesa, jo teko atsisakyti – branduolinės kulkos buvo tokios nepatikimos, tokios sudėtingos ir brangios gaminti bei saugoti, kad nebuvo jokios prasmės.
"Davy Crockett". Nemažai šių branduolinių ginklų buvo naudojami JAV ginkluotosiose pajėgose, o Vakarų Vokietijos gynybos ministras nesėkmingai siekė jais apginkluoti Bundesverą.
Kalbant apie mažuosius branduolinius ginklus, verta paminėti ir kitą branduolinio ginklo rūšį – neutroninę bombą. Plutonio užtaisas jame nedidelis, bet tai nėra būtina. Jei termobranduolinė bomba seka sprogimo jėgos didinimo keliu, tai neutroninė bomba remiasi kitu žalojančiu veiksniu – radiacija. Siekiant sustiprinti spinduliuotę, neutroninėje bomboje yra berilio izotopo atsargos, kurios sprogimo metu sukuria daugybę greitųjų neutronų.
Pasak jos kūrėjų, neutroninė bomba turėtų nužudyti priešo personalą, bet palikti nepažeistą įrangą, kurią vėliau galima sugauti puolimo metu. Praktikoje pasirodė kiek kitaip: apšvitinta įranga tampa netinkama naudoti - kiekvienas, kuris išdrįs ją pilotuoti, labai greitai „užsidirbs“ spindulinės ligos. Tai nekeičia fakto, kad neutroninės bombos sprogimas gali smogti priešui per tanko šarvus; neutroninius šaudmenis sukūrė JAV specialiai kaip ginklą prieš sovietų tankų junginius. Tačiau netrukus buvo sukurti tanko šarvai, kurie suteikė tam tikrą apsaugą nuo greitųjų neutronų srauto.
Kitas branduolinio ginklo tipas buvo išrastas 1950 m., bet niekada (kiek žinoma) nebuvo pagamintas. Tai vadinamoji kobalto bomba – branduolinis užtaisas su kobalto apvalkalu. Sprogimo metu kobaltas, apšvitintas neutronų srauto, tampa itin radioaktyviu izotopu ir išsibarsto po visą teritoriją, užteršdamas ją. Tik viena tokia pakankamai galinga bomba galėtų padengti visą Žemės rutulį kobaltu ir sunaikinti visą žmoniją. Laimei, šis projektas liko projektu.
Ką galime pasakyti pabaigai? Branduolinė bomba yra tikrai baisus ginklas, ir kartu ji (koks paradoksas!) padėjo išlaikyti santykinę taiką tarp supervalstybių. Jei jūsų priešas turi branduolinį ginklą, prieš puldamas jį dešimt kartų pagalvosite. Nė viena šalis, turinti branduolinį arsenalą, niekada nebuvo užpulta iš išorės, o karų tarp didžiųjų pasaulio valstybių nebuvo nuo 1945 m. Tikėkimės, kad jų nebus.
