Atom bombasının ve özellikle silahların yaratılışının tarihi, 1939'da Joliot Curie'nin keşfiyle başlıyor. İşte bu andan itibaren bilim adamları, uranyumun zincirleme reaksiyonunun yalnızca muazzam bir enerji kaynağı olmakla kalmayıp aynı zamanda da olabileceğini fark ettiler. korkunç silah. Ve böylece atom bombasının tasarımı, nükleer zincirleme reaksiyon sırasında açığa çıkan nükleer enerjinin kullanımına dayanmaktadır.
İkincisi, ağır çekirdeklerin bölünmesi veya hafif çekirdeklerin füzyonu sürecini ima eder. Sonuç olarak atom bombası bir silahtır kitle imhaçünkü en kısa sürede, küçük bir alanda çok büyük miktarda intranükleer enerji açığa çıkar. Bu sürece girerken iki önemli yeri vurgulamak gelenekseldir.
Birincisi, burası nükleer bir patlamanın merkezidir. bu süreç. İkincisi, bu, doğası gereği sürecin yüzeye (toprak veya su) yansımasını temsil eden merkez üssüdür. Ayrıca nükleer bir patlama o kadar büyük bir enerji açığa çıkarır ki, yeryüzüne yansıtıldığında sismik sarsıntılar ortaya çıkar. Hasar gözle görülür olmasına rağmen, bu tür titreşimlerin yayılma aralığı inanılmaz derecede büyüktür. çevre sadece birkaç yüz metre mesafeden vuruyorlar.
Ayrıca, bir nükleer patlamanın serbest bırakılmasının eşlik ettiğini belirtmekte fayda var. büyük miktar parlak bir flaş yaratan ısı ve ışık. Üstelik gücü güneş ışınlarının gücünün kat kat üstündedir. Böylece birkaç kilometre mesafede bile ışık ve ısıdan kaynaklanan hasarlar meydana gelebilir.
Ancak atom bombasından kaynaklanan son derece tehlikeli hasar türlerinden biri, nükleer patlama sırasında üretilen radyasyondur. Bu fenomene maruz kalma süresi kısadır, ortalama 60 saniyedir, ancak bu dalganın nüfuz etme yeteneği şaşırtıcıdır.
Atom bombasının tasarımına gelince, bir dizi farklı bileşen içerir. Kural olarak iki ana unsur vardır bu türden silahlar: gövde ve otomasyon sistemi.
Muhafaza nükleer yük ve otomasyon içerir ve bunu gerçekleştiren de budur. koruyucu fonksiyonçeşitli etki türleriyle (mekanik, termal vb.) ilişkili olarak. Otomasyon sisteminin görevi ise patlamanın net bir şekilde gerçekleşmesini sağlamaktır. belirtilen zaman, daha önce ya da daha sonra değil. Otomasyon sistemi şu sistemlerden oluşur: acil durum patlatma; koruma ve kurma; güç kaynağı; Patlama ve şarj patlama sensörleri.
Ancak atom bombaları balistik, seyir ve uçaksavar füzeleri kullanılarak atılıyor. Onlar. nükleer silahlar hava bombası, torpido, kara mayını vb. unsurları olabilir.
Ve bir atom bombasının patlatma sistemleri bile farklı olabilir. En çok biri basit sistemler enjeksiyondur, nükleer bir patlamanın itici gücü, bir merminin bir hedefe çarpması ve ardından süperkritik bir kütlenin oluşmasıdır. Tam da bu tip atom bombaları 1945'te Hiroşima'da patlatılan ve uranyum içeren ilk bombaya atıfta bulunuldu. Tam tersine, aynı yıl Nagazaki'ye atılan bomba plütonyumdu.
Atom silahlarının gücünün ve kuvvetinin bu kadar canlı bir şekilde gösterilmesinin ardından, anında en tehlikeli kitle imha araçları kategorisine girdiler. Atom silahlarının türlerinden bahsetmişken, bunların kalibre büyüklüğüne göre belirlendiğini belirtmek gerekir. Yani, içinde şimdiki an Bu silahın üç ana kalibresi vardır: küçük, büyük ve orta. Patlamanın gücü çoğunlukla TNT eşdeğeri ile karakterize edilir. Örneğin, küçük kalibreli bir atom silahı, birkaç bin ton TNT'ye eşit bir şarj gücü anlamına gelir. Ve daha güçlü atom silahları, daha kesin olarak orta kalibreli, zaten onbinlerce ton TNT'ye ulaşıyor ve son olarak ikincisi zaten milyonlarca olarak ölçülüyor. Ancak aynı zamanda genel olarak nükleer silah olarak adlandırılan atom ve hidrojen silahları kavramlarını da karıştırmamak gerekir. Atom silahları ile hidrojen silahları arasındaki temel fark, plütonyum ve uranyum gibi bir dizi ağır elementin çekirdeklerinin fisyon reaksiyonudur. Ve hidrojen silahları, bir elementin atom çekirdeklerinin diğerine sentezlenmesi sürecini içerir; hidrojenden helyum.
İlk atom bombası testi
Atom silahının ilk testi 16 Temmuz 1945'te Amerikan ordusu tarafından Almogordo adlı yerde gerçekleştirildi ve atom enerjisinin tüm gücü gösterildi. Daha sonra ABD kuvvetlerinin elindeki atom bombaları bir savaş gemisine yüklenerek Japonya kıyılarına gönderildi. Japon hükümetinin barışçıl diyaloğa girmeyi reddetmesi, kurbanları ilk önce Hiroşima şehri ve biraz sonra Nagazaki olan atom silahlarının tam gücünü eylemde göstermeyi mümkün kıldı. Böylece 6 Ağustos 1945'te ilk kez atom silahları kullanıldı. siviller Bunun sonucunda şehir şok dalgaları tarafından neredeyse yok edildi. Atom saldırısının ilk günlerinde şehir sakinlerinin yarısından fazlası öldü ve toplamda yaklaşık iki yüz kırk bin kişi vardı. Ve sadece dört gün sonra, askeri üs ABD, hedefleri Kokura ve Nagazaki olan, tehlikeli kargo taşıyan iki uçağı derhal terk etti. Ve eğer aşılmaz dumanla kaplı Kokura zor bir hedefse, o zaman Nagazaki'de hedef vuruldu. Nihayetinde Nagasaki'ye atılan atom bombası ilk günlerde 73 bin kişiyi yaralanma ve radyasyondan öldürdü; bu kurbanlara otuz beş bin kişilik bir liste eklendi. Üstelik radyasyonun etkileri inanılmaz derecede yıkıcı olduğundan son kurbanların ölümü oldukça acı vericiydi.
Atom silahlarının imha faktörleri
Dolayısıyla atom silahlarının çeşitli imha türleri vardır; ışık, radyoaktif, şok dalgası, nüfuz eden radyasyon ve elektromanyetik darbe. Bir nükleer silahın patlamasından sonra ışık radyasyonu üretildiğinde, bu daha sonra yıkıcı ısıya dönüşür. Sonra sıra geliyor radyoaktif kirlenme Bu sadece patlamadan sonraki ilk birkaç saat için tehlikelidir. Şok dalgası, nükleer bir patlamanın en tehlikeli aşaması olarak kabul edilir, çünkü birkaç saniye içinde çeşitli binalara, ekipmanlara ve insanlara çok büyük zarar verir. Ancak nüfuz eden radyasyon insan vücudu için çok tehlikelidir ve sıklıkla radyasyon hastalığına neden olur. Elektromanyetik bir darbe ekipmana çarpar. Bütün bunlar birlikte ele alındığında atom silahlarını çok tehlikeli kılıyor.
Tipik bir savaş başlığına bakalım (gerçekte savaş başlıkları arasında tasarım farklılıkları olabilir). Bu, hafif, dayanıklı alaşımlardan (genellikle titanyum) yapılmış bir konidir. İçeride bölmeler, çerçeveler ve güç çerçevesi var - neredeyse bir uçakta olduğu gibi. Güç çerçevesi dayanıklı metal kasa ile kaplanmıştır. Muhafazaya kalın bir ısı koruyucu kaplama tabakası uygulanır. Bu, cömertçe kil ile kaplanmış ve insanın ilk ısı ve seramik deneylerinde pişirilmiş eski bir Neolitik sepete benziyor. Benzerliği açıklamak kolaydır: Hem sepet hem de savaş başlığı dış ısıya dayanmalıdır.
Savaş başlığı ve doldurulması
Koninin içinde, "koltuklarına" sabitlenmiş, her şeyin başlatıldığı iki ana "yolcu" vardır: termonükleer şarj ve şarj kontrol ünitesi veya otomasyon ünitesi. İnanılmaz derecede kompaktlar. Otomasyon ünitesi beş litrelik salatalık turşusu kavanozu boyutundadır ve şarjı sıradan bir bahçe kovası boyutundadır. Ağır ve ağır, bir teneke kutu ile bir kovanın birleşimi üç yüz elli ila dört yüz kiloton kadar patlayacak. İki yolcu birbirine aşağıdaki gibi bir bağlantıyla bağlıdır: Siyam ikizleri ve bu bağlantı sayesinde sürekli bir şeyler alışverişinde bulunurlar. Füze savaş görevindeyken, hatta bu ikizler üretim tesisinden yeni nakledilirken bile diyalogları her zaman devam ediyor.
Ayrıca üçüncü bir yolcu da var - savaş başlığının hareketini ölçen veya genel olarak uçuşunu kontrol eden bir birim. İÇİNDE ikinci durumÇalışma kontrolleri savaş başlığına yerleştirilmiştir ve yörüngeyi değiştirmenize olanak tanır. Örneğin, pnömatik sistemlerin veya toz sistemlerinin çalıştırılması. Ayrıca güç kaynaklarına sahip yerleşik bir elektrik ağı, korumalı teller ve konektörler şeklinde sahne ile iletişim hatları, elektromanyetik darbelere karşı koruma ve gerekli şarj sıcaklığını koruyan bir termostat sistemi.
Fotoğraf, MX (Barış Muhafızı) roketinin ve on savaş başlığının üreme aşamasını göstermektedir. Bu füze uzun süredir hizmetten kaldırıldı, ancak aynı savaş başlıkları hala kullanılıyor (ve hatta daha eskileri). Amerikalıların yalnızca denizaltılara monte edilmiş birden fazla savaş başlığına sahip balistik füzeleri var.
Otobüsten indikten sonra savaş başlıkları irtifa kazanmaya devam ediyor ve aynı anda hedeflerine doğru koşuyor. Ayağa kalkıyorlar en yüksek puanlar Yörüngelerini takip ederler ve yatay uçuşlarını yavaşlatmadan giderek daha hızlı aşağı kaymaya başlarlar. Deniz seviyesinden tam olarak yüz kilometre yükseklikte, her savaş başlığı resmi olarak insan tarafından belirlenen dış uzay sınırını geçiyor. Atmosfer önde!
Elektrikli rüzgar
Aşağıda, savaş başlığının önünde, tehditkar yüksek irtifalardan gelen, mavi bir oksijen pusuyla kaplı, aerosol süspansiyonlarıyla kaplı, devasa ve sınırsız beşinci okyanusla kontrast oluşturan devasa bir okyanus yatıyor. Ayrılığın kalan etkilerinden yavaşça ve zar zor farkedilir şekilde dönen savaş başlığı, yumuşak bir yörünge boyunca alçalmaya devam ediyor. Ama sonra çok alışılmadık bir esinti yavaşça ona doğru esti. Ona biraz dokundu - ve vücudu ince, uzaklaşan soluk beyaz-mavi bir ışıltı dalgasıyla kaplayarak farkedilir hale geldi. Bu dalga nefes kesici derecede yüksek sıcaklıktadır, ancak çok uçucu olduğundan henüz savaş başlığını yakmıyor. Savaş başlığının üzerinden esen meltem elektriksel olarak iletkendir. Koninin hızı o kadar yüksektir ki, darbesiyle hava moleküllerini elektrik yüklü parçalara tam anlamıyla ezer ve havanın darbe iyonlaşması meydana gelir. Bu plazma esintisine hipersonik akış adı veriliyor büyük sayılar Mach, hızı ses hızının yirmi katıdır.
Seyrelmenin yüksek olması nedeniyle esinti ilk saniyelerde neredeyse farkedilmez. Atmosferin derinliklerine doğru ilerledikçe büyüyüp yoğunlaşan bu gaz, başlangıçta savaş başlığına baskı yapmaktan çok daha fazla ısınıyor. Ancak yavaş yavaş konisini kuvvetle sıkmaya başlar. Akış ilk önce savaş başlığının burnunu döndürür. Hemen açılmaz - koni hafifçe ileri geri sallanır, salınımlarını yavaş yavaş yavaşlatır ve sonunda dengelenir.
Hipersonikte ısıtma
Alçaldıkça yoğunlaşan akış, savaş başlığı üzerinde giderek daha fazla baskı oluşturarak uçuşunu yavaşlatıyor. Yavaşladıkça sıcaklık da yavaş yavaş azalır. Girişin başlangıcındaki muazzam değerlerden, onbinlerce Kelvin'lik mavi-beyaz parıltıdan, beş ila altı bin derecelik sarı-beyaz parıltıya kadar. Bu, Güneş'in yüzey katmanlarının sıcaklığıdır. Parıltı göz kamaştırıcı hale gelir çünkü hava yoğunluğu hızla artar ve bununla birlikte savaş başlığının duvarlarına ısı akışı olur. Isıya karşı koruyucu kaplama kömürleşir ve yanmaya başlar.
Çoğu zaman yanlış söylendiği gibi, hava ile sürtünmeden dolayı hiç yanmaz. Muazzam hipersonik hareket hızı nedeniyle (şimdi sesten on beş kat daha hızlı), vücudun tepesinden havada başka bir koni ayrılıyor - sanki bir savaş başlığını çevreliyormuş gibi bir şok dalgası. Şok dalgası konisine giren hava, anında birçok kez sıkıştırılır ve savaş başlığının yüzeyine sıkıca bastırılır. Ani, anlık ve tekrarlanan sıkıştırma sonucu sıcaklığı hemen birkaç bin dereceye sıçrar. Bunun nedeni ise olup bitenlerin çılgın hızı, sürecin aşırı dinamizmi. Artık savaş başlığının yanlarını ısıtan şey sürtünme değil, akışın gaz dinamiğiyle sıkıştırılmasıdır.
En kötü kısmı burnu. Orada, yaklaşan akışın en büyük sıkışması oluşur. Bu contanın alanı sanki vücuttan ayrılıyormuş gibi hafifçe ileri doğru hareket eder. Ve kalın bir mercek veya yastık şeklini alarak önde kalır. Bu oluşuma "ayrık yay şok dalgası" denir. Savaş başlığının etrafındaki şok dalgası konisinin yüzeyinin geri kalanından birkaç kat daha kalındır. Gelen akışın önden sıkışması burada en güçlüsüdür. Bu nedenle bağlantısız yay şok dalgası en yüksek sıcaklığa ve en yüksek ısı yoğunluğuna sahiptir. Bu küçük güneş, savaş başlığının burnunu parlak bir şekilde yakar; ısıyı doğrudan gövdenin burnuna yayar ve burnun ciddi şekilde yanmasına neden olur. Bu nedenle en kalın termal koruma katmanı vardır. Karanlık bir gecede, atmosferde uçan bir savaş başlığının etrafındaki kilometrelerce alanı aydınlatan yay şok dalgasıdır.
Taraflar için çok şekersiz hale geliyor. Artık onlar da kafa şok dalgasının dayanılmaz parlaklığından dolayı kızarıyorlar. Ve moleküllerinin parçalanmasıyla plazmaya dönüşen sıcak basınçlı havayla yanıyor. Bununla birlikte, bu kadar yüksek bir sıcaklıkta, hava basitçe ısıtılarak iyonize edilir; molekülleri ısıdan dolayı parçalanır. Sonuç, darbe iyonizasyonu ve sıcaklık plazmasının bir karışımıdır. Sürtünme etkisi sayesinde bu plazma, termal korumanın yanan yüzeyini sanki kum veya zımpara kağıdı kullanıyormuş gibi parlatır. Isı koruyucu kaplamayı tüketen gaz dinamik erozyon meydana gelir.
Bu sırada savaş başlığı stratosferin üst sınırını (stratopoz) geçti ve 55 km yükseklikte stratosfere girdi. Artık sesten on ila on iki kat daha hızlı olan hipersonik hızlarda hareket ediyor.
İnsanlık dışı aşırı yüklemeler
Şiddetli yanma burnun geometrisini değiştirir. Dere, bir heykeltıraşın keskisi gibi, burun kaplamasının ortasındaki sivri uçlu bir çıkıntıyı yakıyor. Düzensiz yanma nedeniyle diğer yüzey özellikleri de ortaya çıkar. Şekildeki değişiklikler akışta değişikliklere yol açar. Bu, basınçlı hava basıncının savaş başlığının yüzeyindeki ve sıcaklık alanındaki dağılımını değiştirir. Hesaplanan akışla karşılaştırıldığında havanın kuvvet hareketindeki değişiklikler ortaya çıkar ve bu da çarpma noktasının sapmasına neden olur - bir ıskalama oluşur. Küçük olsa bile - diyelim ki iki yüz metre, ama göksel mermi düşmanın füze silosuna sapma ile çarpacak. Veya hiç çarpmaz.
Ayrıca şok dalgası yüzeylerinin, yay dalgalarının, basınçların ve sıcaklıkların düzeni de sürekli değişmektedir. Hız giderek azalır, ancak hava yoğunluğu hızla artar: koni stratosfere doğru giderek alçalır. Savaş başlığı yüzeyindeki eşit olmayan basınç ve sıcaklıklar nedeniyle, değişimlerinin hızı nedeniyle termal şoklar meydana gelebilir. Akış düzeninde yeni değişiklikler getiren ısıya karşı koruyucu kaplamadan parça parça koparabilirler. Ve çarpma noktasının sapmasını artırır.
Aynı zamanda harp başlığı bu salınımların yönünün “yukarı-aşağı”dan “sağ-sola” ve geriye doğru değişmesiyle kendiliğinden sık salınımlara girebilmektedir. Bu kendi kendine salınımlar, savaş başlığının farklı kısımlarında yerel ivmeler yaratır. İvmelerin yön ve büyüklük açısından farklılık göstermesi, savaş başlığının maruz kaldığı etkinin resmini karmaşık hale getiriyor. Daha fazla yük alır, etrafındaki şok dalgalarının asimetrisi, eşit olmayan sıcaklık alanları ve anında büyük sorunlara dönüşen diğer küçük zevkler.
Ama gelen akım bununla da kendini tüketmiyor. Yaklaşan basınçlı havanın bu kadar güçlü basıncı nedeniyle savaş başlığı muazzam bir frenleme etkisi yaşar. Büyük bir şey var negatif ivme. Savaş başlığı tüm iç aksamıyla birlikte hızla artan aşırı yük altındadır ve aşırı yükten korunmak imkansızdır.
Astronotlar iniş sırasında bu tür aşırı yüklenmelerle karşılaşmazlar. İnsanlı araç daha az aerodinamiktir ve savaş başlığı kadar sıkı bir şekilde doldurulmamıştır. Astronotların hızla inmek için aceleleri yok. Savaş başlığı bir silahtır. Vurulmadan önce hedefe olabildiğince çabuk ulaşması gerekiyor. Ve ne kadar hızlı uçarsa, onu durdurmak da o kadar zor olur. Koni, en iyi süpersonik akışın şeklidir. Atmosferin alt katmanlarına doğru yüksek hızını koruyan savaş başlığı, burada çok büyük bir yavaşlamayla karşılaşıyor. Bu nedenle güçlü perdelere ve yük taşıyan bir çerçeveye ihtiyaç vardır. Ve iki sürücü için konforlu "koltuklar" - aksi takdirde aşırı yük nedeniyle koltuklarından kopacaklar.
Siyam ikizlerinin diyalogu
Bu arada, bu biniciler ne olacak? Ana yolcuları hatırlamanın zamanı geldi, çünkü artık pasif bir şekilde oturmuyorlar, kendi zorlu yollarından geçiyorlar ve diyalogları bu anlarda en anlamlı hale geliyor.
Nakliye sırasında yük parçalara ayrıldı. Bir savaş başlığına takıldığında monte edilir ve savaş başlığını bir füzeye takarken, tam savaşa hazır bir konfigürasyonla donatılır (darbeli bir nötron başlatıcı takılı, patlayıcılarla donatılmış, vb.). Hücum, savaş başlığındaki hedefe gitmeye hazır, ancak henüz patlamaya hazır değil. Buradaki mantık açıktır: Yükün sürekli patlamaya hazır olması gereksizdir ve teorik olarak tehlikelidir.
İki prensibe dayanan karmaşık sıralı algoritmalar ile patlamaya (hedefe yakın) hazır olma durumuna aktarılmalıdır: patlamaya doğru hareketin güvenilirliği ve süreç üzerinde kontrol. Patlama sistemi, patlayıcıyı tam zamanında, daha yüksek hazırlık seviyelerine aktarır. Ve tamamen hazırlanmış patlayıcı kontrol ünitesinden patlamaya geldiğinde, patlama hemen, anında gerçekleşecek. Bir keskin nişancı mermisi hızında uçan bir savaş başlığı, yükündeki termonükleer reaksiyon başladığında, geliştiğinde, tamamen geçtiğinde, uzayda insan saçı kalınlığını bile kaydırmak için zamanı olmadan yalnızca birkaç milimetrenin yüzde biri kadar yol alacaktır ve tamamlandığında tüm normal güç serbest bırakılır.
Son Flaş
Hem dışarıda hem de içeride büyük ölçüde değişen savaş başlığı, yüksekliğin son on kilometresi olan troposfere geçti. Çok yavaşladı. Hipersonik uçuş, üç ila dört Mach birimilik süpersonik hıza kadar dejenere oldu. Savaş başlığı zaten belli belirsiz parlıyor, kayboluyor ve hedef noktaya yaklaşıyor.
Dünya yüzeyinde bir patlama nadiren planlanır - yalnızca füze siloları gibi yere gömülü nesneler için. Hedeflerin çoğu yüzeyde yatıyor. Ve en büyük yıkımları için, patlayıcının gücüne bağlı olarak patlama belirli bir yükseklikte gerçekleştirilir. Taktiksel yirmi kiloton için bu 400−600 m'dir. Stratejik bir megaton için optimum patlama yüksekliği 1200 m'dir. Patlama, alan boyunca iki dalganın hareket etmesine neden olur. Merkez üssüne yaklaştıkça patlama dalgası daha erken vuracak. Düşecek ve yanlara sıçrayarak yansıyacak ve burada patlama noktasından buraya yeni gelen taze dalga ile birleşecek. Patlamanın merkezinden gelen ve yüzeyden yansıyan iki dalga bir araya gelerek zemin katmanındaki en güçlü dalgayı oluşturur. şok dalgası, ana faktör yenilgiler.
Test fırlatmaları sırasında savaş başlığı genellikle engellenmeden yere ulaşır. Gemide, düştüğünde patlatılan yarım yüz kiloluk patlayıcı var. Ne için? İlk olarak, savaş başlığı - gizli nesne ve kullanımdan sonra güvenli bir şekilde imha edilmelidir. İkinci olarak, bunun için gerekli ölçüm sistemleri Test alanı - çarpma noktasının hızlı tespiti ve sapmaların ölçümü için.
Çok metrelik dumanlı bir krater resmi tamamlıyor. Ancak bundan önce, çarpışmadan birkaç kilometre önce, test savaş başlığından, uçuş sırasında gemide kaydedilen her şeyi kaydeden bir zırhlı depolama kaseti ateşleniyor. Bu zırhlı flash sürücü, yerleşik bilgilerin kaybolmasına karşı koruma sağlayacaktır. Daha sonra özel bir arama grubuyla birlikte bir helikopter geldiğinde bulunacak. Ve harika bir uçuşun sonuçlarını kaydedecekler.
Nükleer savaş başlığına sahip ilk kıtalararası balistik füze
Dünyanın nükleer savaş başlığına sahip ilk ICBM'si Sovyet R-7'ydi. Üç megatonluk bir savaş başlığı taşıyordu ve 11.000 km'ye kadar menzildeki hedefleri vurabiliyordu (modifikasyon 7-A). S.P.'nin buluşu. Korolev, hizmet için kabul edilmesine rağmen, yeri belirlenemediği için askeri füze olarak etkisiz olduğu ortaya çıktı. uzun zaman oksitleyici (sıvı oksijen) ile ilave yakıt ikmali olmadan savaş görevinde. Ancak R-7 (ve onun sayısız modifikasyonu) uzay araştırmalarında olağanüstü bir rol oynadı.
Birden fazla savaş başlığına sahip ilk ICBM savaş başlığı
Dünyanın ilk çoklu savaş başlığına sahip ICBM'si, konuşlandırılması 1970 yılında başlayan Amerikan LGM-30 Minuteman III füzesiydi. Önceki modifikasyonla karşılaştırıldığında, W-56 savaş başlığının yerini üreme aşamasına kurulan üç hafif W-62 savaş başlığı aldı. Böylece füze üç ayrı hedefi vurabilir veya üç savaş başlığını da tek bir hedefe odaklayabilir. Şu anda silahsızlanma girişimi kapsamındaki tüm Minuteman III füzelerinde yalnızca bir savaş başlığı kaldı.
Değişken verimli savaş başlığı
1960'ların başından bu yana, değişken verimli termonükleer savaş başlıkları oluşturmaya yönelik teknolojiler geliştirildi. Bunlar, örneğin, özellikle Tomahawk füzesine takılan W80 savaş başlığını içerir. Bu teknolojiler, uranyum veya plütonyum izotoplarının fisyon reaksiyonunun bir füzyon reaksiyonunu tetiklediği Teller-Ulam şemasına göre oluşturulan termonükleer yükler için yaratılmıştır (örn. termonükleer patlama). Güçteki değişim, iki aşamanın etkileşiminde ayarlamalar yapılarak meydana geldi.
PS. Şunu da eklemek isterim ki, yukarıda karıştırma üniteleri de görev yapıyor, tuzaklar atılıyor, ayrıca hedef sayısını artırmak için itici üniteler ve/veya otobüs devreden çıktıktan sonra havaya uçuyor. radarlar ve füze savunma sistemine aşırı yükleme.
Kıtalararası bir balistik füzenin büyük bir kısmı, onlarca metre ve tonlarca ultra güçlü alaşım, yüksek teknolojili yakıt ve gelişmiş elektronikler yalnızca tek bir şey için gereklidir: savaş başlığını hedefine ulaştırmak için: bir buçuk metre yüksekliğinde bir koni ve tabanı bir insan gövdesi kadar kalın.
Tipik bir savaş başlığına bakalım (gerçekte savaş başlıkları arasında tasarım farklılıkları olabilir). Bu, hafif, dayanıklı alaşımlardan yapılmış bir konidir. İçeride bölmeler, çerçeveler, bir güç çerçevesi var - neredeyse her şey bir uçaktaki gibidir. Güç çerçevesi dayanıklı metal kasa ile kaplanmıştır. Muhafazaya kalın bir ısı koruyucu kaplama tabakası uygulanır. Bu, cömertçe kil ile kaplanmış ve insanın ilk ısı ve seramik deneylerinde pişirilmiş eski bir Neolitik sepete benziyor. Benzerliği açıklamak kolaydır: Hem sepet hem de savaş başlığı dış ısıya dayanmalıdır.
Koninin içinde, "koltuklarına" sabitlenmiş, her şeyin başlatıldığı iki ana "yolcu" vardır: termonükleer şarj ve şarj kontrol ünitesi veya otomasyon ünitesi. İnanılmaz derecede kompaktlar. Otomasyon ünitesi beş litrelik salatalık turşusu kavanozu boyutundadır ve şarjı sıradan bir bahçe kovası boyutundadır. Ağır ve ağır, bir teneke kutu ile bir kovanın birleşimi üç yüz elli ila dört yüz kiloton kadar patlayacak. İki yolcu birbirine Siyam ikizleri gibi bir bağlantıyla bağlıdır ve bu bağlantı sayesinde sürekli bir şeyler alışverişinde bulunurlar. Füze savaş görevindeyken, hatta bu ikizler üretim tesisinden yeni nakledilirken bile diyalogları her zaman devam ediyor.
Ayrıca üçüncü bir yolcu da var - savaş başlığının hareketini ölçen veya genel olarak uçuşunu kontrol eden bir birim. İkinci durumda, savaş başlığının içine yörüngenin değiştirilmesine olanak tanıyan çalışma kontrolleri yerleştirilmiştir. Örneğin, pnömatik sistemlerin veya toz sistemlerinin çalıştırılması. Ayrıca güç kaynaklarına sahip yerleşik bir elektrik ağı, korumalı teller ve konektörler şeklinde sahne ile iletişim hatları, elektromanyetik darbelere karşı koruma ve gerekli şarj sıcaklığını koruyan bir termostat sistemi.
Savaş başlıklarının füzeden ayrılarak kendi rotalarına ayarlanmasını sağlayan teknoloji, hakkında kitaplar yazılabilecek ayrı bir büyük konudur.
Öncelikle “sadece savaş birimi”nin ne olduğunu açıklayalım. Bu, kıtalararası bir balistik füzede termonükleer yükü fiziksel olarak barındıran bir cihazdır. Roket, bir, iki veya daha fazla savaş başlığını içerebilen savaş başlığına sahiptir. Bunlardan birkaçı varsa, savaş başlığına çoklu savaş başlığı (MIRV) adı verilir.
MIRV'nin içinde, atmosferin dışındaki bir fırlatma aracı tarafından fırlatıldıktan sonra, bireysel rehberlik ve üzerinde bulunan savaş başlıklarının ayrılması için bir dizi programlanmış eylem gerçekleştirmeye başlayan çok karmaşık bir birim (ayrılma platformu da denir) vardır. BT; uzayda, başlangıçta platformda bulunan bloklardan ve tuzaklardan savaş oluşumları inşa ediliyor. Böylece her blok, Dünya yüzeyindeki belirli bir hedefi vurmasını sağlayacak bir yörüngeye yerleştirilir.
Savaş birimleri farklıdır. Platformdan ayrıldıktan sonra balistik yörüngeler boyunca hareket edenlere kontrol edilemeyenler denir. Kontrollü savaş başlıkları ayrıldıktan sonra “kendi hayatlarını yaşamaya” başlıyor. Uzayda manevra yapmak için durum kontrol motorları, atmosferde uçuşu kontrol etmek için aerodinamik kontrol yüzeyleri ile donatılmıştır ve gemide bulunmaktadır. eylemsizlik sistemi kontroller, çeşitli bilgi işlem cihazları, kendi bilgisayarı olan bir radar... Ve tabii ki bir savaş bombası.
Neredeyse kontrol edilebilir bir savaş başlığı, insansız bir savaş başlığının özelliklerini birleştiriyor uzay gemisi ve hipersonik bir insansız hava aracı. Bu cihazın hem uzayda hem de atmosferdeki uçuş sırasında tüm eylemleri otonom olarak gerçekleştirmesi gerekiyor.
Üreme platformundan ayrıldıktan sonra, savaş başlığı uzayda çok yüksek bir rakımda nispeten uzun bir süre uçar. Bu sırada ünitenin kontrol sistemi, koşulları yaratmak amacıyla bir dizi yeniden yönlendirme gerçekleştirir. kesin tanım kendi hareket parametreleri, önleyici füzelerin olası nükleer patlama bölgesinin üstesinden gelmeyi kolaylaştırıyor...
Üst atmosfere girmeden önce, araç bilgisayarı savaş başlığının gerekli yönünü hesaplar ve bunu gerçekleştirir. Aynı dönemde, radar kullanılarak gerçek konumun belirlenmesine yönelik oturumlar düzenleniyor ve bunun için de bir takım manevralar yapılması gerekiyor. Daha sonra yer belirleme anteni ateşlenir ve savaş başlığına yönelik hareketin atmosferik kısmı başlar.
Aşağıda, savaş başlığının önünde, tehditkar yüksek irtifalardan gelen, mavi bir oksijen pusuyla kaplı, aerosol süspansiyonlarıyla kaplı, devasa ve sınırsız beşinci okyanusla kontrast oluşturan devasa bir okyanus yatıyor. Ayrılığın kalan etkilerinden yavaşça ve zar zor farkedilir şekilde dönen savaş başlığı, yumuşak bir yörünge boyunca alçalmaya devam ediyor. Ama sonra çok alışılmadık bir esinti yavaşça ona doğru esti. Ona biraz dokundu - ve vücudu ince, uzaklaşan soluk beyaz-mavi bir ışıltı dalgasıyla kaplayarak farkedilir hale geldi. Bu dalga nefes kesici derecede yüksek sıcaklıktadır, ancak çok uçucu olduğundan henüz savaş başlığını yakmıyor. Savaş başlığının üzerinden esen meltem elektriksel olarak iletkendir. Koninin hızı o kadar yüksektir ki, darbesiyle hava moleküllerini elektrik yüklü parçalara tam anlamıyla ezer ve havanın darbe iyonlaşması meydana gelir. Bu plazma esintisine yüksek Mach sayılı hipersonik akış adı verilir ve hızı ses hızının yirmi katıdır.
Seyrelmenin yüksek olması nedeniyle esinti ilk saniyelerde neredeyse farkedilmez. Atmosferin derinliklerine doğru ilerledikçe büyüyüp yoğunlaşan bu gaz, başlangıçta savaş başlığına baskı yapmaktan çok daha fazla ısınıyor. Ancak yavaş yavaş konisini kuvvetle sıkmaya başlar. Akış ilk önce savaş başlığının burnunu döndürür. Hemen açılmaz - koni hafifçe ileri geri sallanır, salınımlarını yavaş yavaş yavaşlatır ve sonunda dengelenir.
Alçaldıkça yoğunlaşan akış, savaş başlığı üzerinde giderek daha fazla baskı oluşturarak uçuşunu yavaşlatıyor. Yavaşladıkça sıcaklık da yavaş yavaş azalır. Girişin başlangıcındaki muazzam değerlerden, onbinlerce Kelvin'lik mavi-beyaz parıltıdan, beş ila altı bin derecelik sarı-beyaz parıltıya kadar. Bu, Güneş'in yüzey katmanlarının sıcaklığıdır. Parıltı göz kamaştırıcı hale gelir çünkü hava yoğunluğu hızla artar ve bununla birlikte savaş başlığının duvarlarına ısı akışı olur. Isıya karşı koruyucu kaplama kömürleşir ve yanmaya başlar.
Çoğu zaman yanlış söylendiği gibi, hava ile sürtünmeden dolayı hiç yanmaz. Muazzam hipersonik hareket hızı nedeniyle (şimdi sesten on beş kat daha hızlı), vücudun tepesinden havada başka bir koni ayrılıyor - sanki bir savaş başlığını çevreliyormuş gibi bir şok dalgası. Şok dalgası konisine giren hava, anında birçok kez sıkıştırılır ve savaş başlığının yüzeyine sıkıca bastırılır. Ani, anlık ve tekrarlanan sıkıştırma sonucu sıcaklığı hemen birkaç bin dereceye sıçrar. Bunun nedeni ise olup bitenlerin çılgın hızı, sürecin aşırı dinamizmi. Artık savaş başlığının yanlarını ısıtan şey sürtünme değil, akışın gaz dinamiğiyle sıkıştırılmasıdır.
En kötü kısmı burnu. Orada, yaklaşan akışın en büyük sıkışması oluşur. Bu contanın alanı sanki vücuttan ayrılıyormuş gibi hafifçe ileri doğru hareket eder. Ve kalın bir mercek veya yastık şeklini alarak önde kalır. Bu oluşuma "ayrık yay şok dalgası" denir. Savaş başlığının etrafındaki şok dalgası konisinin yüzeyinin geri kalanından birkaç kat daha kalındır. Gelen akışın önden sıkışması burada en güçlüsüdür. Bu nedenle bağlantısız yay şok dalgası en yüksek sıcaklığa ve en yüksek ısı yoğunluğuna sahiptir. Bu küçük güneş, savaş başlığının burnunu parlak bir şekilde yakar; ısıyı doğrudan gövdenin burnuna yayar ve burnun ciddi şekilde yanmasına neden olur. Bu nedenle en kalın termal koruma katmanı vardır. Karanlık bir gecede, atmosferde uçan bir savaş başlığının etrafındaki kilometrelerce alanı aydınlatan yay şok dalgasıdır.
Tek bir hedefle birbirine bağlı
Termonükleer yük ve kontrol ünitesi sürekli olarak birbirleriyle iletişim kurar. Bu “diyalog” füzeye savaş başlığı takıldıktan hemen sonra başlıyor ve nükleer patlama anında sona eriyor. Tüm bu süre boyunca kontrol sistemi, bir antrenörün bir boksörü önemli bir dövüşe hazırlaması gibi hücumu operasyona hazırlar. Ve içinde doğru an son ve en önemli komutu verir.
Bir füzeyi savaş görevine yerleştirirken, yükü tam konfigürasyonuyla donatılmıştır: darbeli bir nötron aktivatörü, patlatıcılar ve diğer ekipmanlar takılıdır. Ancak henüz patlamaya hazır değil. Nükleer bir füzeyi on yıllar boyunca bir siloda veya mobil fırlatıcıda, her an patlamaya hazır halde tutmak son derece tehlikelidir.
Bu nedenle uçuş sırasında kontrol sistemi yükü patlamaya hazır duruma getirir. Bu, iki ana koşula dayanan karmaşık sıralı algoritmalar kullanılarak kademeli olarak gerçekleşir: hedefe doğru hareketin güvenilirliği ve süreç üzerinde kontrol. Bu faktörlerden herhangi birinin hesaplanan değerlerden sapması durumunda hazırlık durdurulacaktır. Giderek daha fazla kişiye elektronik transfer ücreti yüksek derece Tasarım noktasında çalışmak üzere komut vermeye hazır olunması.
Ve tamamen hazırlanmış patlayıcı kontrol ünitesinden patlamaya geldiğinde, patlama hemen, anında gerçekleşecek. Bir keskin nişancı mermisi hızında uçan bir savaş başlığı, yükündeki termonükleer reaksiyon başladığında, geliştiğinde, tamamen geçtiğinde, uzayda insan saçı kalınlığını bile kaydırmak için zamanı olmadan yalnızca birkaç milimetrenin yüzde biri kadar yol alacaktır ve tamamlandığında tüm normal güç serbest bırakılır.
Hem dışarıda hem de içeride büyük ölçüde değişen savaş başlığı, yüksekliğin son on kilometresi olan troposfere geçti. Çok yavaşladı. Hipersonik uçuş, üç ila dört Mach birimilik süpersonik hıza kadar dejenere oldu. Savaş başlığı zaten belli belirsiz parlıyor, kayboluyor ve hedef noktaya yaklaşıyor.
Dünya yüzeyinde bir patlama nadiren planlanır - yalnızca füze siloları gibi yere gömülü nesneler için. Hedeflerin çoğu yüzeyde yatıyor. Ve en büyük yıkımları için, patlayıcının gücüne bağlı olarak patlama belirli bir yükseklikte gerçekleştirilir. Taktiksel yirmi kiloton için bu 400−600 m'dir. Stratejik bir megaton için optimum patlama yüksekliği 1200 m'dir. Patlama, alan boyunca iki dalganın hareket etmesine neden olur. Merkez üssüne yaklaştıkça patlama dalgası daha erken vuracak. Düşecek ve yanlara sıçrayarak yansıyacak ve burada patlama noktasından buraya yeni gelen taze dalga ile birleşecek. Patlamanın merkezinden gelen ve yüzeyden yansıyan iki dalga bir araya gelerek, yıkımın ana faktörü olan zemin katmanındaki en güçlü şok dalgasını oluşturur.
Test fırlatmaları sırasında savaş başlığı genellikle engellenmeden yere ulaşır. Gemide, düştüğünde patlatılan yarım yüz kiloluk patlayıcı var. Ne için? Birincisi, savaş başlığı gizli bir nesnedir ve kullanıldıktan sonra güvenli bir şekilde imha edilmesi gerekir. İkinci olarak, darbe noktasının hızlı tespiti ve sapmaların ölçümü için test sahasının ölçüm sistemleri için bu gereklidir.
Çok metrelik dumanlı bir krater resmi tamamlıyor. Ancak bundan önce, çarpışmadan birkaç kilometre önce, test savaş başlığından, uçuş sırasında gemide kaydedilen her şeyi kaydeden bir zırhlı depolama kaseti ateşleniyor. Bu zırhlı flash sürücü, yerleşik bilgilerin kaybolmasına karşı koruma sağlayacaktır. Daha sonra özel bir arama grubuyla birlikte bir helikopter geldiğinde bulunacak. Ve harika bir uçuşun sonuçlarını kaydedecekler.
Cihaz ve çalışma prensibi, kendi kendini idame ettiren bir nükleer reaksiyonun başlatılmasına ve kontrolüne dayanmaktadır. Araştırma aracı olarak, radyoaktif izotopların üretilmesinde ve nükleer santrallerde enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.
çalışma prensibi (kısaca)
Bu, ağır bir çekirdeğin iki küçük parçaya bölündüğü bir süreci kullanır. Bu parçalar çok heyecanlı bir durumdadır ve nötron yayarlar, diğerleri ise atom altı parçacıklar ve fotonlar. Nötronlar yeni fisyonlara neden olabilir, bu da daha fazlasının yayılmasına neden olur ve bu böyle devam eder. Kendi kendine devam eden bu tür sürekli bölünmelere zincirleme reaksiyon denir. Bu, üretimi nükleer santrallerin kullanılmasının amacı olan büyük miktarda enerji açığa çıkarır.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi, reaksiyonun başlamasından sonra çok kısa bir süre içinde fisyon enerjisinin yaklaşık %85'inin açığa çıkması şeklindedir. Geri kalanı, nötron yaydıktan sonra fisyon ürünlerinin radyoaktif bozunması ile üretilir. Radyoaktif bozunma, bir atomun daha kararlı bir duruma ulaştığı bir süreçtir. Bölme işlemi tamamlandıktan sonra devam eder.
Bir atom bombasında, malzemenin çoğu parçalanıncaya kadar zincirleme reaksiyonun yoğunluğu artar. Bu çok hızlı bir şekilde gerçekleşir ve son derece verimli olur. güçlü patlamalar, bu tür bombaların özelliği. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, zincirleme reaksiyonun kontrollü, neredeyse sabit bir seviyede tutulmasına dayanmaktadır. Atom bombası gibi patlamayacak şekilde tasarlanmıştır.
Zincirleme reaksiyon ve kritiklik
Nükleer fisyon reaktörünün fiziği, zincirleme reaksiyonun, nötronlar yayıldıktan sonra çekirdeğin parçalanma olasılığına göre belirlenmesine dayanır. İkincisinin nüfusu azalırsa, bölünme oranı sonunda sıfıra düşecektir. Bu durumda reaktör kritik altı durumda olacaktır. Nötron popülasyonu sabit bir seviyede tutulursa fisyon hızı da sabit kalacaktır. Reaktör kritik durumda olacak. Son olarak, eğer nötron popülasyonu zamanla artarsa, fisyon hızı ve gücü de artacaktır. Çekirdeğin durumu süperkritik hale gelecektir.
Nükleer reaktörün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Fırlatılmadan önce nötron popülasyonu sıfıra yakındı. Operatörler daha sonra kontrol çubuklarını çekirdekten çıkararak nükleer fisyonu artırır ve bu da reaktörü geçici olarak süperkritik bir duruma iter. Nominal güce ulaştıktan sonra operatörler, nötron sayısını ayarlayarak kontrol çubuklarını kısmen geri getirir. Daha sonra reaktör kritik bir durumda tutulur. Durdurulması gerektiğinde operatörler çubukları sonuna kadar sokar. Bu, fisyonu bastırır ve çekirdeği kritik olmayan bir duruma aktarır.
Reaktör türleri
Dünyadaki nükleer enerji santrallerinin çoğu, jeneratörleri çalıştıran türbinleri döndürmek için gereken ısıyı üreten enerji santralleridir. elektrik enerjisi. Ayrıca birçok araştırma reaktörü var ve bazı ülkelerin denizaltıları veya yüzey gemileri atomun enerjisi tarafından yönlendirilir.
Enerji tesisleri
Bu tip reaktörlerin çeşitli türleri vardır, ancak hafif su tasarımı yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna karşılık basınçlı su veya kaynar su kullanabilir. İlk durumda, altındaki sıvı yüksek basınç aktif bölgenin ısısıyla ısıtılır ve buhar jeneratörüne girer. Burada, birincil devreden gelen ısı, içinde su da bulunan ikincil devreye aktarılır. Nihai olarak üretilen buhar, buhar türbini döngüsünde çalışma sıvısı görevi görür.
Kaynar su reaktörü doğrudan enerji döngüsü prensibiyle çalışır. Çekirdekten geçen su orta basınçta kaynatılır. Doymuş buhar reaktör kabında bulunan bir dizi ayırıcı ve kurutucudan geçer ve bu da onu aşırı ısınmış bir duruma getirir. Aşırı ısıtılmış su buharı daha sonra türbini döndürmek için çalışma sıvısı olarak kullanılır.
Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı
Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı reaktör (HTGR) nükleer reaktörÇalışma prensibi, yakıt olarak grafit ve yakıt mikrokürelerinden oluşan bir karışımın kullanılmasına dayanmaktadır. İki rakip tasarım var:
- bir grafit kabuk içinde grafit ve yakıt karışımı olan, 60 mm çapında küresel yakıt elemanları kullanan bir Alman "doldurma" sistemi;
- Bir çekirdek oluşturmak için birbirine kenetlenen grafit altıgen prizmalar biçimindeki Amerikan versiyonu.
Her iki durumda da soğutucu, yaklaşık 100 atmosfer basınç altındaki helyumdan oluşur. İÇİNDE Alman sistemi helyum, küresel yakıt elemanları katmanındaki boşluklardan ve Amerikan reaktörünün merkezi bölgesinin ekseni boyunca yer alan grafit prizmalardaki tek geçişli deliklerden geçer. Grafitin son derece yüksek bir süblimleşme sıcaklığına sahip olması ve helyumun kimyasal olarak tamamen inert olması nedeniyle her iki seçenek de çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir. Sıcak helyum, yüksek sıcaklıkta bir gaz türbininde çalışma sıvısı olarak doğrudan uygulanabilir veya ısısı, su döngüsü buharı üretmek için kullanılabilir.
Sıvı metal ve çalışma prensibi
Sodyum soğutmalı hızlı reaktörler 1960'larda ve 1970'lerde büyük ilgi gördü. O zamanlar hızla büyüyen nükleer endüstriye yakıt üretmek için üreme yeteneklerine yakında ihtiyaç duyulacak gibi görünüyordu. 1980'lerde bu beklentinin gerçekçi olmadığı anlaşılınca heyecan azaldı. Ancak ABD, Rusya, Fransa, İngiltere, Japonya ve Almanya'da bu türden çok sayıda reaktör inşa edildi. Çoğu uranyum dioksit veya bunun plütonyum dioksitle karışımıyla çalışıyor. Ancak Amerika Birleşik Devletleri'nde en büyük başarı metalik yakıtlarla elde edildi.
CANDU
Kanada, çabalarını doğal uranyum kullanan reaktörler üzerinde yoğunlaştırıyor. Bu, onu zenginleştirmek için diğer ülkelerin hizmetlerine başvurma ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu politikanın sonucu döteryum-uranyum reaktörü (CANDU) oldu. Ağır su ile kontrol edilip soğutulur. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, soğuk D2O içeren bir rezervuarın kullanılmasından oluşur. atmosferik basınç. Çekirdek, doğal uranyum yakıtı içeren zirkonyum alaşımından yapılmış borularla deliniyor ve içinden kendisini soğutan ağır su dolaşıyor. Elektrik, ağır sudaki fisyon ısısının bir buhar jeneratörü boyunca dolaşan bir soğutucuya aktarılmasıyla üretilir. İkincil devredeki buhar daha sonra geleneksel bir türbin döngüsünden geçer.
Araştırma tesisleri
Gerçekleştirmek bilimsel araştırmaÇoğu zaman, çalışma prensibi su soğutmalı ve plaka şeklindeki uranyum yakıt elemanlarının düzenekler halinde kullanılması olan bir nükleer reaktör kullanılır. Birkaç kilowatt'tan yüzlerce megawatt'a kadar geniş bir güç aralığında çalışma kapasitesine sahiptir. Güç üretimi araştırma reaktörlerinin birincil amacı olmadığından, bunlar üretilen termal enerji, yoğunluk ve çekirdek nötronların nominal enerjisi ile karakterize edilir. Bir araştırma reaktörünün belirli bir araştırma yürütme yeteneğini ölçmeye yardımcı olan bu parametrelerdir. Düşük güçlü sistemler genellikle üniversitelerde bulunur ve öğretim için kullanılırken, yüksek güçlü sistemlere araştırma laboratuvarlarında malzeme, performans testi ve genel araştırma için ihtiyaç duyulur.
En yaygın olanı, yapısı ve çalışma prensibi aşağıdaki gibi olan bir araştırma nükleer reaktörüdür. Çekirdeği büyük, derin bir su havuzunun dibinde bulunur. Bu, nötron ışınlarının yönlendirilebileceği kanalların gözlemlenmesini ve yerleştirilmesini kolaylaştırır. Düşük güç seviyelerinde, soğutucunun doğal taşınımı, güvenli çalışma koşullarını sürdürmek için yeterli ısı giderme sağladığından, soğutucu pompalamaya gerek yoktur. Isı eşanjörü genellikle sıcak suyun biriktiği havuzun yüzeyinde veya tepesinde bulunur.
Gemi kurulumları
Nükleer reaktörlerin orijinal ve ana uygulaması denizaltılarda kullanılmasıdır. Başlıca avantajları, fosil yakıtlı yakma sistemlerinden farklı olarak elektrik üretmek için havaya ihtiyaç duymamalarıdır. Bu nedenle, bir nükleer denizaltı uzun süre su altında kalabilirken, geleneksel bir dizel-elektrik denizaltının motorlarını havada ateşlemek için periyodik olarak yüzeye çıkması gerekir. askeri gemilere stratejik avantaj sağlar. Bu sayede yabancı limanlardan ya da kolayca zarar görebilecek tankerlerden yakıt ikmali yapmaya gerek kalmıyor.
Bir denizaltıdaki nükleer reaktörün çalışma prensibi sınıflandırılmıştır. Ancak ABD'de yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığı ve hafif su ile yavaşlatılıp soğutulduğu biliniyor. İlk nükleer denizaltı reaktörü USS Nautilus'un tasarımı, güçlü araştırma tesislerinden büyük ölçüde etkilenmiştir. Eşsiz özellikleri çok büyük stok Reaktivite, yakıt ikmali yapmadan uzun süre çalışma ve durmadan sonra yeniden başlama yeteneği sağlar. Denizaltılardaki enerji santralinin tespit edilmemesi için çok sessiz olması gerekiyor. Farklı denizaltı sınıflarının özel ihtiyaçlarını karşılamak için farklı enerji santrali modelleri oluşturuldu.
ABD Donanması uçak gemileri, çalışma prensibinin en büyük denizaltılardan alındığına inanılan bir nükleer reaktör kullanıyor. Tasarımlarının ayrıntıları da yayınlanmadı.
ABD'nin yanı sıra İngiltere, Fransa, Rusya, Çin ve Hindistan'ın da nükleer denizaltıları var. Her iki durumda da tasarım açıklanmadı, ancak hepsinin çok benzer olduğuna inanılıyor - bu onlar için aynı gerekliliklerin bir sonucudur. teknik özellikler. Rusya'nın ayrıca Sovyet denizaltılarıyla aynı reaktörleri kullanan küçük bir filosu var.
Endüstriyel tesisler
Üretim amacıyla, çalışma prensibi düşük enerji üretimi ile yüksek verimlilik olan bir nükleer reaktör kullanılmaktadır. Bunun nedeni, çekirdekte plütonyumun uzun süreli varlığının istenmeyen 240 Pu birikmesine yol açmasıdır.
Trityum üretimi
Şu anda, bu tür sistemler tarafından üretilen ana malzeme trityumdur (3H veya T) - Plütonyum-239'un şarjı 24.100 yıllık uzun bir yarı ömre sahiptir, dolayısıyla bu elementi kullanan nükleer silah cephaneliğine sahip ülkeler bu elementten daha fazlasına sahip olma eğilimindedir. gereğinden fazla. 239 Pu'nun aksine trityumun yarı ömrü yaklaşık 12 yıldır. Yani sürdürmek gerekli malzemeler Hidrojenin bu radyoaktif izotopunun sürekli olarak üretilmesi gerekir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde Savannah Nehri (Güney Carolina), trityum üreten birkaç ağır su reaktörünü işletiyor.
Yüzer güç üniteleri
Uzak izole alanlara elektrik ve buharla ısıtma sağlayabilen nükleer reaktörler oluşturuldu. Örneğin Rusya'da küçük enerji santralleri Arctic'e hizmet etmek için özel olarak tasarlanmış yerleşim yerleri. Çin'de 10 MW'lık HTR-10, bulunduğu araştırma enstitüsüne ısı ve güç sağlıyor. Benzer yeteneklere sahip küçük otomatik kontrollü reaktörlerin geliştirilmesi İsveç ve Kanada'da devam etmektedir. 1960 ile 1972 yılları arasında ABD Ordusu, Grönland ve Antarktika'daki uzak üslere enerji sağlamak için kompakt su reaktörleri kullandı. Bunların yerini petrol yakıtlı enerji santralleri aldı.
Uzayın fethi
Ayrıca uzayda güç temini ve hareket için reaktörler geliştirildi. 1967 ile 1988 yılları arasında Sovyetler Birliği, ekipmana ve telemetriye güç sağlamak için Cosmos serisi uydularına küçük nükleer birimler kurdu, ancak bu politika eleştirilerin hedefi haline geldi. Bu uydulardan en az biri Dünya atmosferine girerek Kanada'nın uzak bölgelerinde radyoaktif kirlenmeye neden oldu. Amerika Birleşik Devletleri 1965'te nükleer enerjiyle çalışan yalnızca bir uydu fırlattı. Ancak bunların uzak mesafelerde kullanılmasına yönelik projeler uzay uçuşları, diğer gezegenlerin insanlı keşfi veya kalıcı bir ay üssü geliştirilmeye devam ediyor. Bu mutlaka gaz soğutmalı veya sıvı metal bir nükleer reaktör olacaktır; fiziksel prensipleri radyatörün boyutunu en aza indirmek için gerekli mümkün olan en yüksek sıcaklığı sağlayacaktır. Ayrıca reaktör için uzay teknolojisi Koruma için kullanılan malzeme miktarını en aza indirmek ve fırlatma ve fırlatma sırasında ağırlığı azaltmak için mümkün olduğunca kompakt olmalıdır. uzay uçuşu. Yakıt tedariği, reaktörün uzay uçuşunun tamamı boyunca çalışmasını sağlayacaktır.
Atom dünyası o kadar fantastik ki, onu anlamak alışılagelmiş uzay ve zaman kavramlarından radikal bir kopuşu gerektiriyor. Atomlar o kadar küçüktür ki, bir su damlası Dünya boyutuna kadar büyütülebilseydi, o damladaki her atom bir portakaldan daha küçük olurdu. Aslında bir damla su, 6000 milyar milyar (60000000000000000000000) hidrojen ve oksijen atomundan oluşur. Ancak atom, mikroskobik boyutlarına rağmen bir ölçüde bizimkine benzeyen bir yapıya sahiptir. güneş sistemi. Yarıçapı santimetrenin trilyonda birinden daha az olan anlaşılmaz derecede küçük merkezinde, nispeten büyük bir "güneş" vardır - atomun çekirdeği.
Minik "gezegenler" - elektronlar - bu atomik "güneşin" etrafında döner. Çekirdek, Evrenin iki ana yapı taşından oluşur - protonlar ve nötronlar (birleştirici bir adı vardır - nükleonlar). Bir elektron ve bir proton yüklü parçacıklardır ve her birindeki yük miktarı tamamen aynıdır, ancak yüklerin işareti farklıdır: proton her zaman pozitif yüklüdür ve elektron negatif yüklüdür. Nötron taşımaz elektrik yükü ve sonuç olarak çok yüksek geçirgenliğe sahiptir.
Atom ölçeğindeki ölçümlerde proton ve nötronun kütlesi birlik olarak alınır. Bu nedenle herhangi bir kimyasal elementin atom ağırlığı, çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayısına bağlıdır. Örneğin çekirdeği yalnızca bir protondan oluşan bir hidrojen atomunun atom kütlesi 1'dir. Çekirdeği iki proton ve iki nötrondan oluşan bir helyum atomunun atom kütlesi 4'tür.
Aynı elementin atomlarının çekirdeği her zaman aynı sayıda proton içerir, ancak nötronların sayısı değişebilir. Çekirdeğe sahip atomlar aynı numara nötron sayısı farklı olan ve aynı elementin çeşitlerine ait olan protonlara izotop denir. Bunları birbirinden ayırt etmek için element sembolüne bir sayı atanır, toplamına eşit Belirli bir izotopun çekirdeğindeki tüm parçacıklar.
Şu soru ortaya çıkabilir: Bir atomun çekirdeği neden parçalanmıyor? Sonuçta içerdiği protonlar elektrik yüklü parçacıklardır. eşit yük birbirini itmesi gereken büyük güç. Bu, çekirdeğin içinde nükleer parçacıkları birbirine çeken intranükleer kuvvetlerin de bulunmasıyla açıklanmaktadır. Bu kuvvetler protonların itici kuvvetlerini telafi eder ve çekirdeğin kendiliğinden dağılmasını önler.
İntranükleer kuvvetler çok büyüktür, ancak yalnızca çok yakın mesafe. Bu nedenle yüzlerce nükleondan oluşan ağır elementlerin çekirdeklerinin kararsız olduğu ortaya çıkıyor. Çekirdeğin parçacıkları burada (çekirdeğin hacmi dahilinde) sürekli hareket halindedir ve eğer biraz eklerseniz ek miktarüstesinden gelebilecekleri enerji iç kuvvetler- çekirdek parçalara ayrılacak. Bu fazla enerjinin miktarına uyarılma enerjisi denir. Ağır elementlerin izotopları arasında, kendi kendine parçalanmanın eşiğinde görünenler de var. Reaksiyonun gerçekleşmesi için sadece küçük bir "itme" yeterlidir, örneğin basit bir nötronun çekirdeğe çarpması (ve yüksek hıza çıkması bile gerekmez) nükleer fisyon. Bu "bölünebilir" izotoplardan bazılarının daha sonra yapay olarak üretildiği öğrenildi. Doğada böyle tek bir izotop vardır - uranyum-235.
Uranüs, 1783 yılında onu uranyum katranından izole eden ve yakın zamanda keşfedilen gezegen Uranüs'ün adını veren Klaproth tarafından keşfedildi. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, aslında uranyumun kendisi değil, oksitiydi. Gümüşi beyaz bir metal olan saf uranyum elde edildi
sadece 1842 Peligo'da. Yeni elementin dikkate değer hiçbir özelliği yoktu ve Becquerel'in uranyum tuzlarındaki radyoaktivite olayını keşfettiği 1896 yılına kadar dikkat çekmedi. Bundan sonra uranyum bilimsel araştırma ve deneylerin konusu haline geldi, ancak pratik uygulama hâlâ yoktu.
20. yüzyılın ilk üçte birinde atom çekirdeğinin yapısı fizikçiler için az çok netleştiğinde, her şeyden önce simyacıların uzun zamandır devam eden hayalini gerçekleştirmeye çalıştılar - atom çekirdeğini dönüştürmeye çalıştılar. kimyasal element diğerine. 1934'te Fransız araştırmacılar, Frédéric ve Irene Joliot-Curie'nin eşleri, Fransız Bilimler Akademisi'ne şu deneyimi bildirdiler: alüminyum plakaları alfa parçacıklarıyla (bir helyum atomunun çekirdeği) bombardıman ederken, alüminyum atomları fosfor atomlarına dönüştü, ancak sıradan olanlar, ancak radyoaktif olanlar, bunlar da kararlı bir silikon izotopuna dönüştü. Böylece bir alüminyum atomu, bir proton ve iki nötron eklenerek daha ağır bir silikon atomuna dönüştü.
Bu deneyim, doğada var olan en ağır elementin (uranyum) çekirdeğini nötronlarla "bombalarsanız", doğal koşullarda bulunmayan bir element elde edebileceğinizi gösterdi. 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann, alüminyum yerine uranyum kullanarak Joliot-Curie eşlerinin deneyimlerini genel anlamda tekrarladılar. Deneyin sonuçları hiç de bekledikleri gibi değildi; Hahn ve Strassmann, kütle numarası uranyumdan daha büyük olan yeni bir süper ağır element yerine orta kısımdan hafif elementler elde etti. periyodik tablo: baryum, kripton, brom ve diğerleri. Deneycilerin kendileri gözlemlenen olguyu açıklayamadılar. Ancak ertesi yıl, Hahn'ın yaşadığı zorlukları bildirdiği fizikçi Lise Meitner, gözlemlenen olay için doğru açıklamayı buldu ve uranyumun nötron bombardımanına tutulduğunda çekirdeğinin bölündüğünü (fisyon) öne sürdü. Bu durumda hem daha hafif elementlerin çekirdeklerinin oluşması (baryum, kripton ve diğer maddelerin geldiği yer) hem de 2-3 serbest nötronun salınması gerekirdi. Daha fazla araştırma, olup bitenlerin resmini ayrıntılı olarak açıklığa kavuşturmayı mümkün kıldı.
Doğal uranyum, kütleleri 238, 234 ve 235 olan üç izotopun karışımından oluşur. Uranyumun ana miktarı, çekirdeği 92 proton ve 146 nötron içeren izotop-238'dir. Uranyum-235 doğal uranyumun yalnızca 1/140'ıdır (%0,7 (çekirdeğinde 92 proton ve 143 nötron vardır) ve uranyum-234 (92 proton, 142 nötron) doğal uranyumun yalnızca 1/17500'üdür. toplam kütle uranyum (%0,006. Bu izotopların en az kararlı olanı uranyum-235'tir.
Zaman zaman atomlarının çekirdekleri kendiliğinden parçalara bölünür ve bunun sonucunda periyodik tablonun daha hafif elementleri oluşur. Bu sürece, yaklaşık 10 bin km/s gibi muazzam bir hızla hareket eden iki veya üç serbest nötronun salınması eşlik ediyor (bunlara hızlı nötronlar). Bu nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine çarparak nükleer reaksiyonlara neden olabilir. Bu durumda her izotop farklı davranır. Uranyum-238 çekirdeği çoğu durumda bu nötronları herhangi bir başka dönüşüme gerek kalmadan yakalar. Ancak yaklaşık beş vakadan birinde, hızlı bir nötron izotop-238'in çekirdeğiyle çarpıştığında ilginç bir nükleer reaksiyon meydana gelir: Uranyum-238'in nötronlarından biri bir elektron yayar ve bir protona dönüşür. uranyum izotopu daha fazlasına dönüşüyor
ağır element- neptunyum-239 (93 proton + 146 nötron). Ancak neptunyum kararsızdır - birkaç dakika sonra nötronlarından biri bir elektron yayar, bir protona dönüşür ve ardından neptunyum izotopu periyodik tablodaki bir sonraki element olan plütonyum-239'a (94 proton + 145 nötron) dönüşür. Bir nötron kararsız uranyum-235'in çekirdeğine çarparsa, hemen fisyon meydana gelir - atomlar iki veya üç nötronun emisyonu ile parçalanır. Atomlarının çoğu izotop-238'e ait olan doğal uranyumda bu reaksiyonun görünür bir sonucu olmadığı açıktır - tüm serbest nötronlar sonunda bu izotop tarafından emilecektir.
Peki ya tamamen izotop-235'ten oluşan oldukça büyük bir uranyum parçası hayal edersek?
Burada süreç devam edecek Başka bir deyişle: birkaç çekirdeğin bölünmesi sırasında açığa çıkan nötronlar, sırayla komşu çekirdeklere düşerek onların bölünmesine neden olur. Sonuç olarak, bir sonraki çekirdeği bölen yeni bir nötron kısmı serbest bırakılır. Uygun koşullar altında bu reaksiyon çığ gibi ilerler ve zincirleme reaksiyon olarak adlandırılır. Bunu başlatmak için birkaç bombardıman parçacığı yeterli olabilir.
Gerçekten de uranyum-235'in yalnızca 100 nötron tarafından bombalanmasına izin verin. 100 uranyum çekirdeğini ayıracaklar. Bu durumda ikinci nesilden 250 yeni nötron salınacaktır (fisyon başına ortalama 2,5). İkinci nesil nötronlar 250 fisyon üretecek ve bu da 625 nötron açığa çıkaracak. Gelecek nesilde 1562, sonra 3906, sonra 9670 vb. olacak. Süreç durdurulmadığı takdirde bölüm sayısı süresiz olarak artacaktır.
Ancak gerçekte nötronların yalnızca küçük bir kısmı atom çekirdeğine ulaşır. Aralarında hızla koşan geri kalanı, çevredeki alana taşınır. Kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyon, yalnızca kritik bir kütleye sahip olduğu söylenen yeterince geniş bir uranyum-235 dizisinde meydana gelebilir. (Normal şartlarda bu kütle 50 kg'dır.) Her çekirdeğin fisyonuna, fisyon için harcanan enerjiden yaklaşık 300 milyon kat daha fazla olan çok büyük miktarda enerjinin salınımının eşlik ettiğini belirtmek önemlidir. ! (1 kg uranyum-235'in tamamen parçalanmasının, 3 bin ton kömürün yanmasıyla aynı miktarda ısı açığa çıkardığı tahmin edilmektedir.)
Birkaç dakika içinde açığa çıkan bu devasa enerji patlaması, kendisini korkunç bir güç patlaması olarak gösterir ve nükleer silahların eyleminin temelini oluşturur. Ancak bu silahın gerçeğe dönüşmesi için, yükün doğal uranyumdan değil, nadir bir izotoptan - 235 (bu tür uranyuma zenginleştirilmiş denir) oluşması gerekir. Daha sonra saf plütonyumun da bölünebilir bir malzeme olduğu ve uranyum-235 yerine atomik yükte kullanılabileceği keşfedildi.
Bütün bu önemli keşifler İkinci Dünya Savaşı'nın arifesinde yapıldı. Kısa süre sonra Almanya ve diğer ülkelerde atom bombası yaratmaya yönelik gizli çalışmalar başladı. ABD'de bu sorun 1941'de çözüldü. Tüm eser kompleksine “Manhattan Projesi” adı verildi.
Projenin idari yönetimi General Groves tarafından, bilimsel yönetimi ise Kaliforniya Üniversitesi profesörü Robert Oppenheimer tarafından yürütüldü. Her ikisi de karşı karşıya oldukları görevin muazzam karmaşıklığının gayet iyi farkındaydı. Bu nedenle Oppenheimer'ın ilk kaygısı son derece zeki bir bilimsel ekibi işe almaktı. O dönemde ABD'den göç eden pek çok fizikçi vardı. faşist Almanya. Onları eski vatanlarına yönelik silahlar yaratmaya çekmek kolay olmadı. Oppenheimer cazibesinin tüm gücünü kullanarak herkesle kişisel olarak konuştu. Çok geçmeden, şakayla karışık "aydınlatıcılar" olarak adlandırdığı küçük bir teorisyen grubunu toplamayı başardı. Ve aslında o zamanın fizik ve kimya alanındaki en büyük uzmanlarını da içeriyordu. (Bunların arasında 13 ödül sahibi var Nobel Ödülü Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence dahil.) Bunların yanı sıra çeşitli profillerden birçok uzman daha vardı.
ABD hükümeti masraflardan kaçınmadı ve çalışma en başından beri büyük bir boyuta ulaştı. 1942'de Los Alamos'ta dünyanın en büyük araştırma laboratuvarı kuruldu. Bu bilimsel şehrin nüfusu kısa sürede 9 bin kişiye ulaştı. Bilim adamlarının bileşimi, bilimsel deneylerin kapsamı ve çalışmaya katılan uzman ve işçi sayısı açısından Los Alamos laboratuvarının dünya tarihinde eşi benzeri yoktu. Manhattan Projesinin kendi polisi, karşı istihbaratı, iletişim sistemi, depoları, köyleri, fabrikaları, laboratuvarları ve devasa bütçesi vardı.
Projenin asıl amacı, birkaç atom bombasının oluşturulabileceği yeterli miktarda bölünebilir malzeme elde etmekti. Uranyum-235'e ek olarak, daha önce de belirtildiği gibi bombanın yükü yapay element plütonyum-239 olabilir, yani bomba uranyum veya plütonyum olabilir.
Groves ve Oppenheimer, hangisinin daha umut verici olacağına önceden karar vermek imkansız olduğundan, çalışmanın iki yönde aynı anda yürütülmesi gerektiği konusunda hemfikirdi. Her iki yöntem de temelde birbirinden farklıydı: Uranyum-235'in birikimi, onu doğal uranyum kütlesinden ayırarak gerçekleştirilmek zorundaydı ve plütonyum, ancak uranyum-238 ışınlandığında kontrollü bir nükleer reaksiyonun sonucu olarak elde edilebiliyordu. nötronlarla. Her iki yol da alışılmadık derecede zor görünüyordu ve kolay çözümler vaat etmiyordu.
Aslında ağırlıkları çok az farklı olan ve kimyasal olarak tamamen aynı şekilde davranan iki izotop nasıl ayrılabilir? Ne bilim ne de teknoloji bugüne kadar böyle bir sorunla karşılaşmadı. Plütonyum üretimi de ilk başta oldukça sorunlu görünüyordu. Bundan önce, nükleer dönüşümlerle ilgili tüm deneyim birkaç saniyeye indirgenmişti. laboratuvar deneyleri. Artık endüstriyel ölçekte kilogram plütonyum üretiminde ustalaşmaları, bunun için özel bir tesis - bir nükleer reaktör - geliştirmeleri ve yaratmaları ve nükleer reaksiyonun seyrini kontrol etmeyi öğrenmeleri gerekiyordu.
Hem burada hem de burada bütün bir kompleksin çözülmesi gerekiyordu karmaşık görevler. Bu nedenle Manhattan Projesi, önde gelen bilim adamlarının başkanlık ettiği birçok alt projeden oluşuyordu. Oppenheimer'ın kendisi Los Alamos Bilimsel Laboratuvarı'nın başkanıydı. Lawrence, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki Radyasyon Laboratuvarı'ndan sorumluydu. Fermi, Chicago Üniversitesi'nde nükleer reaktör oluşturmak için araştırma yaptı.
Başlangıçta en önemli sorun uranyum elde etmekti. Savaştan önce bu metalin neredeyse hiç kullanımı yoktu. Artık büyük miktarlarda acilen ihtiyaç duyulduğundan, onu üretmenin endüstriyel bir yönteminin olmadığı ortaya çıktı.
Westinghouse şirketi gelişimini sürdürdü ve hızla başarıya ulaştı. Uranyum reçinesinin saflaştırılmasından (uranyum doğada bu formda bulunur) ve uranyum oksit elde edildikten sonra, uranyum metalinin elektroliz yoluyla ayrıldığı tetraflorüre (UF4) dönüştürüldü. 1941'in sonunda Amerikalı bilim adamlarının elinde yalnızca birkaç gram uranyum metali vardı, o zaman Kasım 1942'de Westinghouse fabrikalarındaki endüstriyel üretim ayda 6.000 pound'a ulaştı.
Aynı zamanda bir nükleer reaktör oluşturma çalışmaları da sürüyordu. Plütonyum üretme süreci aslında uranyum çubuklarının nötronlarla ışınlanmasına indirgenmişti, bunun sonucunda uranyum-238'in bir kısmı plütonyuma dönüşecekti. Bu durumda nötron kaynakları, uranyum-238 atomları arasında yeterli miktarlarda dağılmış bölünebilir uranyum-235 atomları olabilir. Ancak nötronların sürekli üretimini sürdürmek için, uranyum-235 atomlarının fisyonunun zincirleme reaksiyonunun başlaması gerekiyordu. Bu arada, daha önce de belirtildiği gibi, her uranyum-235 atomuna karşılık 140 uranyum-238 atomu vardı. Her yöne saçılan nötronların çok daha fazla etkiye sahip olduğu açıktır. daha muhtemel yolda onlarla tanışın. Yani, çok büyük sayı Açığa çıkan nötronların ana izotop tarafından herhangi bir fayda sağlamadan absorbe edildiği ortaya çıktı. Açıkçası, bu koşullar altında bir zincirleme reaksiyonun gerçekleşmesi mümkün değildi. Bu nasıl olabilir?
İlk başta, iki izotop ayrılmadan reaktörün çalışması genellikle imkansız görünüyordu, ancak kısa süre sonra önemli bir durum ortaya çıktı: uranyum-235 ve uranyum-238'in nötronlara duyarlı olduğu ortaya çıktı. farklı enerjiler. Bir uranyum-235 atomunun çekirdeği, yaklaşık 22 m/s hıza sahip, nispeten düşük enerjili bir nötron tarafından bölünebilir. Çok yavaş nötronlar uranyum-238 çekirdekleri tarafından yakalanmıyor - bunun için saniyede yüzbinlerce metre hıza sahip olmaları gerekiyor. Başka bir deyişle, uranyum-238, nötronların son derece düşük hızlara (22 m/s'den fazla olmayacak şekilde) yavaşlaması nedeniyle uranyum-235'te meydana gelen zincirleme reaksiyonun başlamasını ve ilerlemesini engelleme konusunda güçsüzdür. Bu fenomen, 1938'den beri ABD'de yaşayan ve burada ilk reaktörün oluşturulmasına öncülük eden İtalyan fizikçi Fermi tarafından keşfedildi. Fermi, nötron moderatörü olarak grafiti kullanmaya karar verdi. Hesaplamalarına göre, uranyum-235'ten yayılan nötronların, 40 cm'lik bir grafit tabakasını geçerek hızlarını 22 m/s'ye düşürmeleri ve uranyum-235'te kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyona başlamaları gerekiyordu.
Diğer bir moderatör ise “ağır” su olabilir. İçerisindeki hidrojen atomları boyut ve kütle bakımından nötronlara çok benzer olduğundan, onları en iyi şekilde yavaşlatabilirler. (Hızlı nötronlarda, toplarla hemen hemen aynı şey olur: küçük bir top büyük bir topla çarparsa, neredeyse hız kaybetmeden geri döner; küçük bir topla karşılaştığında enerjisinin önemli bir bölümünü ona aktarır - aynı şekilde bir nötron elastik çarpışma ağır bir çekirdeğe çarparak çok az yavaşlar ve hidrojen atomlarının çekirdekleriyle çarpıştığında çok hızlı bir şekilde tüm enerjisini kaybeder.) Ancak sade su Hidrojeni nötronları absorbe etme eğiliminde olduğundan ölçülü olmaya uygun değildir. Bu nedenle “ağır” suyun bir parçası olan döteryumun bu amaçla kullanılması gerekmektedir.
1942'nin başlarında, Fermi'nin liderliğinde, Chicago Stadyumu'nun batı tribünlerinin altındaki tenis kortu alanında tarihteki ilk nükleer reaktörün inşaatı başladı. Bilim adamları tüm çalışmayı kendileri gerçekleştirdiler. Reaksiyon tek yolla kontrol edilebilir - zincir reaksiyonuna katılan nötronların sayısı ayarlanarak. Fermi, bor ve kadmiyum gibi nötronları güçlü bir şekilde emen maddelerden yapılmış çubuklar kullanarak bunu başarmayı amaçladı. Moderatör, fizikçilerin 3 m yüksekliğinde ve 1,2 m genişliğinde sütunlar inşa ettiği grafit tuğlalardı ve aralarına uranyum oksit içeren dikdörtgen bloklar yerleştirildi. Yapının tamamı yaklaşık 46 ton uranyum oksit ve 385 ton grafit gerektiriyordu. Reaksiyonu yavaşlatmak için reaktöre kadmiyum ve bor çubukları yerleştirildi.
Bu yeterli değilse, sigorta için iki bilim adamı, reaktörün üzerinde bulunan bir platformda kadmiyum tuzu çözeltisiyle dolu kovalarla durdu - reaksiyonun kontrolden çıkması durumunda bunları reaktöre dökmeleri gerekiyordu. Neyse ki bu gerekli değildi. 2 Aralık 1942'de Fermi tüm kontrol çubuklarının uzatılmasını emretti ve deney başladı. Dört dakika sonra nötron sayaçları gittikçe daha yüksek sesle tıklamaya başladı. Nötron akışının yoğunluğu her geçen dakika daha da arttı. Bu şunu gösterdi: reaktörde bir zincir var reaksiyon. 28 dakika sürdü. Daha sonra Fermi bir işaret verdi ve indirilen çubuklar süreci durdurdu. Böylece insan ilk kez atom çekirdeğinin enerjisini serbest bıraktı ve onu istediği zaman kontrol edebildiğini kanıtladı. Artık nükleer silahların bir gerçeklik olduğuna dair hiçbir şüphe kalmamıştı.
1943'te Fermi reaktörü söküldü ve Aragon Ulusal Laboratuvarı'na (Chicago'dan 50 km uzaklıkta) nakledildi. yakında buradaydı
Ağır suyun moderatör olarak kullanıldığı başka bir nükleer reaktör inşa edildi. Bu, içine alüminyum bir kabuk içine yerleştirilmiş 120 çubuk uranyum metalinin dikey olarak batırıldığı, 6,5 ton ağır su içeren silindirik bir alüminyum tanktan oluşuyordu. Yedi kontrol çubuğu kadmiyumdan yapılmıştır. Tankın etrafında bir grafit reflektör, ardından kurşun ve kadmiyum alaşımlarından yapılmış bir ekran vardı. Tüm yapı, duvar kalınlığı yaklaşık 2,5 m olan beton bir kabukla çevrelenmiştir.
Bu pilot reaktörlerdeki deneyler bu olasılığı doğruladı endüstriyel üretim plütonyum
Manhattan Projesi'nin ana merkezi kısa sürede Tennessee Nehri Vadisi'ndeki Oak Ridge kasabası oldu ve nüfusu birkaç ayda 79 bin kişiye ulaştı. Burada kısa vadeli Tarihin ilk zenginleştirilmiş uranyum üretim tesisi inşa edildi. Plütonyum üreten endüstriyel bir reaktör 1943'te burada faaliyete geçirildi. Şubat 1944'te, yüzeyinden kimyasal ayırma yoluyla plütonyumun elde edildiği günde yaklaşık 300 kg uranyum çıkarıldı. (Bunu yapmak için önce plütonyum çözüldü ve sonra çökeltildi.) Arıtılmış uranyum daha sonra reaktöre geri gönderildi. Aynı yıl, Columbia Nehri'nin güney kıyısındaki çorak ve kasvetli çölde bulunan devasa Hanford fabrikasının inşaatına başlandı. Üç güçlü vardı nükleer reaktör günde birkaç yüz gram plütonyum sağlıyordu.
Paralel tüm hızıyla Uranyum zenginleştirmeye yönelik endüstriyel bir süreç geliştirmeye yönelik araştırmalar sürüyordu.
Groves ve Oppenheimer, çeşitli seçenekleri değerlendirdikten sonra çabalarını iki yöntem üzerinde yoğunlaştırmaya karar verdi: gaz difüzyonu ve elektromanyetik.
Gaz difüzyon yöntemi Graham yasası olarak bilinen bir prensibe dayanıyordu (ilk olarak 1829'da İskoç kimyager Thomas Graham tarafından formüle edildi ve 1896'da İngiliz fizikçi Reilly tarafından geliştirildi). Bu yasaya göre, biri diğerinden daha hafif olan iki gaz, delikleri ihmal edilebilecek kadar küçük olan bir filtreden geçirilirse, hafif gazın ağır olandan biraz daha fazlası geçecektir. Kasım 1942'de Columbia Üniversitesi'nden Urey ve Dunning, uranyum izotoplarını ayırmak için Reilly yöntemine dayalı bir gaz difüzyon yöntemi oluşturdu.
Doğal uranyum olduğundan sağlam, daha sonra ilk önce uranyum florüre (UF6) dönüştürüldü. Bu gaz daha sonra filtre bölümündeki milimetrenin binde biri mertebesinde mikroskobik deliklerden geçirildi.
Fark olduğundan molar ölçekler gazlar çok küçüktü, daha sonra bölmenin arkasında uranyum-235 içeriği yalnızca 1.0002 kat arttı.
Uranyum-235 miktarını daha da arttırmak için elde edilen karışım tekrar bir bölmeden geçirilir ve uranyum miktarı yine 1.0002 kat arttırılır. Böylece uranyum-235 içeriğini %99'a çıkarmak için gazın 4000 filtreden geçirilmesi gerekiyordu. Bu, Oak Ridge'deki devasa bir gaz difüzyon tesisinde gerçekleşti.
1940 yılında Kaliforniya Üniversitesi'nde Ernst Lawrence'ın önderliğinde uranyum izotoplarının ayrılması üzerine araştırmalar başladı. elektromanyetik yöntem. Böylesini bulmak gerekiyordu fiziksel süreçler Bu, kütlelerindeki farkı kullanarak izotopları ayırmayı mümkün kılacaktır. Lawrence, atomların kütlelerini belirlemek için kullanılan bir araç olan kütle spektrografı ilkesini kullanarak izotopları ayırmaya çalıştı.
Çalışma prensibi şu şekildeydi: önceden iyonize edilmiş atomlar bir elektrik alanıyla hızlandırıldı ve daha sonra düzlemde bulunan daireleri tanımladıkları bir manyetik alandan geçtiler, yöne dik alanlar. Bu yörüngelerin yarıçapları kütleleriyle orantılı olduğundan, hafif iyonlar, ağır iyonlara göre daha küçük yarıçaplı daireler üzerinde son buldu. Eğer atomların yolu boyunca tuzaklar yerleştirilseydi, bu şekilde farklı izotoplar ayrı ayrı toplanabilirdi.
Yöntem buydu. İÇİNDE laboratuvar koşulları iyi sonuçlar verdi. Ancak izotop ayrıştırmasının endüstriyel ölçekte gerçekleştirilebileceği bir tesis inşa etmenin son derece zor olduğu ortaya çıktı. Ancak Lawrence sonunda tüm zorlukların üstesinden gelmeyi başardı. Çabalarının sonucu, Oak Ridge'deki dev bir fabrikaya kurulan kalutron'un ortaya çıkmasıydı.
Bu elektromanyetik tesis 1943'te inşa edildi ve Manhattan Projesi'nin belki de en pahalı buluşu olduğu ortaya çıktı. Lawrence'ın yöntemi, çok sayıda karmaşık, henüz geliştirilmemiş cihaz gerektiriyordu. yüksek voltaj, yüksek vakum ve güçlü manyetik alanlar. Maliyetlerin ölçeğinin çok büyük olduğu ortaya çıktı. Calutron'un uzunluğu 75 m'ye ulaşan ve yaklaşık 4000 ton ağırlığında dev bir elektromıknatısı vardı.
Bu elektromıknatısın sargıları için birkaç bin ton gümüş tel kullanıldı.
İşin tamamı (Devlet Hazinesi'nin yalnızca geçici olarak sağladığı 300 milyon dolarlık gümüş maliyetini saymazsak) 400 milyon dolara mal oldu. Savunma Bakanlığı yalnızca calutron'un tükettiği elektriğe 10 milyon dolar ödedi. En Oak Ridge fabrikasının ekipmanı, ölçek ve üretim hassasiyeti açısından bu teknoloji alanında şimdiye kadar geliştirilen her şeyi geride bıraktı.
Ancak tüm bu maliyetler boşuna değildi. Toplamda yaklaşık 2 milyar dolar harcayan ABD'li bilim adamları, 1944 yılına kadar uranyum zenginleştirme ve plütonyum üretimi için benzersiz bir teknoloji yarattılar. Bu arada Los Alamos laboratuvarında bombanın tasarımı üzerinde çalışıyorlardı. Genel anlamda çalışma prensibi uzun süredir açıktı: bölünebilir maddenin (plütonyum veya uranyum-235) patlama anında kritik bir duruma geçmesi gerekiyordu (bir zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için, yükün kütlesi kritik olandan gözle görülür derecede daha büyük olmalıdır) ve bir nötron ışınına maruz bırakılmalıdır, bu da bir zincirleme reaksiyonun başlangıcını gerektirir.
Hesaplamalara göre yükün kritik kütlesi 50 kilogramı aştı, ancak bunu önemli ölçüde azaltmayı başardılar. Genel olarak kritik kütlenin değeri birçok faktörden güçlü bir şekilde etkilenir. Yükün yüzey alanı ne kadar büyük olursa, daha fazla nötron yararsız bir şekilde çevredeki alana yayılır. En küçük alan Yüzey küre şeklindedir. Sonuç olarak, diğer küresel yükler eşit koşullar en küçük kritik kütleye sahiptir. Ayrıca kritik kütlenin değeri bölünebilir malzemelerin saflığına ve türüne bağlıdır. Bu malzemenin yoğunluğunun karesi ile ters orantılıdır; bu, örneğin yoğunluğun iki katına çıkarılmasıyla kritik kütlenin dört kat azaltılmasına olanak tanır. Gerekli alt kritiklik derecesi, örneğin geleneksel bir yükün patlaması nedeniyle bölünebilir malzemenin sıkıştırılmasıyla elde edilebilir. patlayıcı nükleer yükü çevreleyen küresel bir kabuk şeklinde yapılmıştır. Kritik kütle, yükün nötronları iyi yansıtan bir ekranla çevrelenmesiyle de azaltılabilir. Böyle bir ekran olarak kurşun, berilyum, tungsten, doğal uranyum, demir ve daha birçokları kullanılabilir.
Olası bir atom bombası tasarımı, birleştirildiğinde kritik kütleden daha büyük bir kütle oluşturan iki parça uranyumdan oluşur. Bomba patlamasına neden olmak için onları olabildiğince çabuk birbirine yaklaştırmanız gerekiyor. İkinci yöntem içe doğru yaklaşan bir patlamanın kullanımına dayanmaktadır. Bu durumda, geleneksel bir patlayıcıdan gelen bir gaz akışı, içeride bulunan bölünebilir malzemeye yönlendirildi ve onu kritik bir kütleye ulaşana kadar sıkıştırdı. Daha önce de belirtildiği gibi, bir yükü birleştirmek ve onu nötronlarla yoğun bir şekilde ışınlamak, bir zincirleme reaksiyona neden olur ve bunun sonucunda ilk saniyede sıcaklık 1 milyon dereceye yükselir. Bu süre zarfında kritik kütlenin yalnızca %5'i ayrılmayı başardı. İlk bomba tasarımlarındaki yükün geri kalanı, hiçbir şey olmadan buharlaştı.
herhangi bir fayda.
Tarihteki ilk atom bombası (ona Trinity adı verildi) 1945 yazında toplandı. Ve 16 Haziran 1945'te nükleer test alanı Dünyadaki ilk atom patlaması Alamogordo Çölü'nde (New Mexico) gerçekleşti. Bomba, test alanının merkezine 30 metrelik çelik bir kulenin tepesine yerleştirildi. Onun etrafında uzun mesafe kayıt cihazları bulunuyordu. 9 km uzaklıkta bir gözlem noktası, 16 km uzaklıkta bir komuta noktası vardı. Atomik patlama, bu olayın tüm tanıkları üzerinde çarpıcı bir izlenim bıraktı. Görgü tanıklarının ifadelerine göre sanki birçok güneş birleşip test alanını aynı anda aydınlatmış gibi hissettim. Sonra ovanın üzerinde devasa bir ateş topu belirdi ve yuvarlak bir toz ve ışık bulutu, yavaş ve uğursuz bir şekilde ona doğru yükselmeye başladı.
Yerden havalanan bu ateş topu, birkaç saniye içinde üç kilometreden fazla yüksekliğe yükseldi. Her an büyüyerek çapı 1,5 km'ye ulaştı ve yavaş yavaş stratosfere yükseldi. Daha sonra ateş topu, yerini 12 km yüksekliğe kadar uzanan ve dev bir mantar şeklini alan, yükselen bir duman sütununa bıraktı. Bütün bunlara, dünyanın sarsıldığı korkunç bir kükreme eşlik etti. Patlayan bombanın gücü tüm beklentileri aştı.
Radyasyon durumu izin verir vermez, içi kurşun plakalarla kaplı birkaç Sherman tankı patlama alanına koştu. Bunlardan birinde çalışmasının sonuçlarını görmek için sabırsızlanan Fermi vardı. Gözlerinin önünde 1,5 km'lik bir yarıçap içinde tüm canlıların yok edildiği, kavrulmuş, ölü bir toprak belirdi. Kum, zemini kaplayan camsı yeşilimsi bir kabuğa dönüşmüştü. Devasa bir kraterde çelik bir destek kulesinin parçalanmış kalıntıları yatıyordu. Patlamanın gücünün 20.000 ton TNT olduğu tahmin ediliyor.
Bir sonraki adım, Nazi Almanyası'nın teslim olmasının ardından ABD ve müttefikleriyle savaşı tek başına sürdüren Japonya'ya karşı bombanın savaşta kullanılmasıydı. O zamanlar fırlatma araçları yoktu, bu yüzden bombalamanın uçaktan yapılması gerekiyordu. İki bombanın bileşenleri, Indianapolis kruvazörü tarafından büyük bir özenle 509. Birleşik Hava Kuvvetleri Grubunun bulunduğu Tinian Adası'na nakledildi. Bu bombalar, şarj türü ve tasarım açısından birbirinden biraz farklıydı.
İlk bomba “Bebek”, yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyum-235'ten yapılmış atom yüküne sahip büyük boyutlu bir hava bombasıydı. Uzunluğu yaklaşık 3 m, çapı 62 cm, ağırlığı ise 4,1 tondu.
Plütonyum-239 yüklü ikinci bomba - "Şişman Adam" - büyük bir dengeleyiciyle yumurta şeklindeydi. Uzunluğu
3,2 m, çapı 1,5 m, ağırlığı - 4,5 tondu.
6 Ağustos'ta Albay Tibbets'in B-29 Enola Gay bombardıman uçağı büyük bir yere "Bebek"i düşürdü. Japon şehri Hiroşima. Bomba paraşütle indirildi ve planlandığı gibi yerden 600 m yükseklikte patlatıldı.
Patlamanın sonuçları korkunçtu. Pilotların kendileri için bile, bir anda yok ettikleri huzurlu şehrin görüntüsü iç karartıcı bir izlenim bıraktı. Daha sonra içlerinden biri, o anda bir insanın görebileceği en kötü şeyi gördüklerini itiraf etti.
Dünyada olanlar için olup bitenler gerçek cehennemi andırıyordu. Her şeyden önce Hiroşima'nın üzerinden bir sıcak hava dalgası geçti. Etkisi sadece birkaç dakika sürdü ama o kadar güçlüydü ki, granit levhalardaki fayansları ve kuvars kristallerini bile eritti, 4 km uzaklıktaki telefon direklerini kömüre çevirdi ve sonunda insan bedenlerini o kadar yaktı ki, onlardan sadece gölgeler kaldı. kaldırımların asfaltına veya evlerin duvarlarına. Daha sonra alttan ateş topu Korkunç bir rüzgar çıktı ve saatte 800 km hızla şehrin üzerinden geçerek yoluna çıkan her şeyi silip süpürdü. Onun şiddetli saldırısına dayanamayan evler yıkılmış gibi yıkıldı. Çapı 4 kilometre olan dev dairenin içinde tek bir sağlam yapı kalmadı. Patlamadan birkaç dakika sonra şehrin üzerine siyah radyoaktif yağmur yağdı; bu nem, atmosferin yüksek katmanlarında yoğunlaşan buhara dönüştü ve radyoaktif tozla karışmış büyük damlalar şeklinde yere düştü.
Yağmurun ardından şehre bu kez merkez üssü yönünde esen yeni bir rüzgar çarptı. İlkinden daha zayıftı ama yine de ağaçları sökebilecek kadar güçlüydü. Rüzgar, yanabilecek her şeyin yanabileceği devasa bir yangını körükledi. 76 bin binadan 55 bini tamamen yıkılıp yandı. Bu korkunç felaketin tanıkları, yanmış kıyafetlerin deri parçalarıyla birlikte yere düştüğü meşale adamlarını ve sokaklarda çığlıklar atarak koşan, korkunç yanıklarla kaplı çılgın insan kalabalığını hatırladı. Yanma nedeniyle havada boğucu bir koku vardı insan eti. Her yerde yatan, ölü ve ölmek üzere olan insanlar vardı. Kör ve sağır olan ve her yöne baktıklarından etraflarında hüküm süren kaostan hiçbir şey anlayamayan pek çok kişi vardı.
Merkez üssünden 800 m'ye kadar uzakta bulunan talihsiz insanlar, kelimenin tam anlamıyla bir saniye içinde yandılar - içleri buharlaştı ve vücutları, dumanı tüten kömür yığınlarına dönüştü. Merkez üssünden 1 km uzakta bulunanlar radyasyon hastalığından son derece şiddetli etkilendi. Birkaç saat içinde şiddetli bir şekilde kusmaya başladılar, ateşleri 39-40 dereceye fırladı, nefes darlığı ve kanamalar yaşamaya başladılar. Daha sonra ciltte iyileşmeyen ülserler belirdi, kanın bileşimi çarpıcı biçimde değişti ve saçlar döküldü. Korkunç acılardan sonra, genellikle ikinci veya üçüncü günde ölüm meydana geldi.
Toplamda yaklaşık 240 bin kişi patlama ve radyasyon hastalığından öldü. 160 bine yakın kişi radyasyon hastalığına yakalandı hafif form- onların acı verici ölüm birkaç ay veya yıl geciktiği ortaya çıktı. Felaket haberi ülke geneline yayıldığında tüm Japonya korkudan felç oldu. Binbaşı Sweeney'nin Kapalı Kasa Arabası'nın 9 Ağustos'ta Nagazaki'ye ikinci bombayı atmasından sonra bu oran daha da arttı. Burada da yüzbinlerce insan öldürüldü ve yaralandı. Yeni silahlara direnemeyen Japon hükümeti teslim oldu - atom bombası II. Dünya Savaşı'nı sona erdirdi.
Savaş bitti. Yalnızca altı yıl sürdü ama dünyayı ve insanları neredeyse tanınmayacak kadar değiştirmeyi başardı.
1939 öncesi insan uygarlığı ile 1945 sonrası insan uygarlığı birbirinden çarpıcı biçimde farklıdır. Bunun pek çok nedeni var ama en önemlilerinden biri nükleer silahların ortaya çıkması. Hiç abartmadan Hiroşima'nın gölgesinin 20. yüzyılın ikinci yarısının tamamına yayıldığını söyleyebiliriz. Milyonlarca insan için derin bir ahlaki yanık haline geldi. eski çağdaşlar bu felaket ve ondan onlarca yıl sonra doğanlar. Modern insan artık dünyayı 6 Ağustos 1945'ten önceki gibi düşünemiyor; bu dünyanın birkaç dakika içinde hiçbir şeye dönüşemeyeceğini çok net anlıyor.
Modern insan, savaşa büyükbabalarının ve büyük büyükbabalarının baktığı gibi bakamaz - bu savaşın son olacağından ve bu savaşın ne kazananı ne de kaybedeni olmayacağından kesinlikle emindir. Nükleer silahlar kamusal yaşamın her alanına damgasını vurmuştur. modern uygarlık altmış, seksen yıl önceki kanunlara göre yaşayamaz. Hiç kimse bunu atom bombasının yaratıcılarından daha iyi anlamadı.
"Gezegenimizin insanları Robert Oppenheimer şunu yazdı: birleşmek gerekir. Terör ve yıkım tohumları ekildi son savaş, bu düşünceyi bize dikte edin. Atom bombalarının patlamaları bunu tüm vahşeti ile kanıtladı. Başkaları zaten başka zamanlarda söylemişti benzer kelimeler- sadece diğer silahlar ve diğer savaşlar hakkında. Başarılı değillerdi. Ancak bugün bu sözlerin faydasız olduğunu söyleyen herkes tarihin değişimleri tarafından yanıltılıyor. Buna ikna olamayız. Çalışmalarımızın sonuçları insanlığa birleşik bir dünya yaratmaktan başka seçenek bırakmıyor. Yasallığa ve insanlığa dayalı bir dünya."
