كيف يعمل الرأس الحربي النووي (4 صور). القنبلة النووية: أسلحة ذرية تحرس العالم

قاتل مئات الآلاف من صانعي الأسلحة المشهورين والمنسيين بحثًا عن السلاح المثالي القادر على تبخير جيش العدو بنقرة واحدة. بشكل دوري ، يمكن العثور على أثر لعمليات البحث هذه في القصص الخيالية ، والتي تصف بشكل أو بآخر معجزة السيف أو القوس الذي يضرب دون أن يخطئ أحد.

لحسن الحظ ، تحرك التقدم التكنولوجي ببطء شديد لفترة طويلة لدرجة أن التجسيد الحقيقي لأسلحة التكسير ظل في الأحلام والقصص الشفوية ، وفيما بعد على صفحات الكتب. قدمت القفزة العلمية والتكنولوجية في القرن التاسع عشر الظروف اللازمة لخلق الرهاب الرئيسي في القرن العشرين. قنبلة نووية، تم إنشاؤه واختباره في ظروف حقيقية، أحدثت ثورة في كل من الشؤون العسكرية والسياسة.

تاريخ صناعة الأسلحة

لفترة طويلة ، كان يعتقد أن أقوى الأسلحة لا يمكن صنعها إلا باستخدام المتفجرات. أعطت اكتشافات العلماء الذين يعملون مع أصغر الجسيمات المنطق العلميحقيقة أنه بمساعدة الجسيمات الأولية ، من الممكن توليد طاقة هائلة. يمكن تسمية أول باحث في سلسلة من الباحثين بيكريل ، الذي اكتشف في عام 1896 النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم.

اليورانيوم نفسه معروف منذ عام 1786 ، ولكن في ذلك الوقت لم يشك أحد في نشاطه الإشعاعي. لم يكشف عمل العلماء في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين عن الخصائص الفيزيائية الخاصة فحسب ، بل كشف أيضًا عن إمكانية الحصول على الطاقة من المواد المشعة.

تم وصف خيار صنع أسلحة تعتمد على اليورانيوم لأول مرة بالتفصيل ، ونشره وحصل على براءة اختراع من قبل الفيزيائيين الفرنسيين ، زوجات جوليو كوري في عام 1939.

على الرغم من قيمة الأسلحة ، عارض العلماء أنفسهم بشدة إنشاء مثل هذا السلاح المدمر.

بعد أن خاض الزوجان (فريدريك وإيرين) الحرب العالمية الثانية في المقاومة ، في الخمسينيات من القرن الماضي ، مدركين القوة التدميرية للحرب ، ويؤيدان نزع السلاح العام. يدعمهم نيلز بور وألبرت أينشتاين وعلماء فيزيائيون بارزون آخرون في ذلك الوقت.

في هذه الأثناء ، بينما كانت عائلة جوليو كوري منشغلة بمشكلة النازيين في باريس ، على الجانب الآخر من الكوكب ، في أمريكا ، كان يتم تطوير أول شحنة نووية في العالم. حصل روبرت أوبنهايمر ، الذي قاد العمل ، على أوسع الصلاحيات والموارد الضخمة. تميزت نهاية عام 1941 ببداية مشروع مانهاتن ، والذي أدى في النهاية إلى إنشاء أول شحنة نووية قتالية.

في مدينة لوس ألاموس ، نيو مكسيكو ، أقيمت أول منشآت إنتاج لإنتاج اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة. في المستقبل ، نفس الشيء المراكز النوويةتظهر في جميع أنحاء البلاد ، على سبيل المثال في شيكاغو ، في أوك ريدج ، تينيسي ، كما أجريت دراسات في كاليفورنيا. تم إلقاء أفضل قوات أساتذة الجامعات الأمريكية ، وكذلك الفيزيائيين الذين فروا من ألمانيا ، في صنع القنبلة.

في "الرايخ الثالث" نفسه ، تم إطلاق العمل على إنشاء نوع جديد من الأسلحة بطريقة مميزة للفوهرر.

نظرًا لأن Possessed كان أكثر اهتمامًا بالدبابات والطائرات ، وكلما كان ذلك أفضل ، لم يكن يرى حاجة كبيرة لقنبلة معجزة جديدة.

وفقًا لذلك ، لم يدعم هتلر المشاريع في أفضل حالةتتحرك بوتيرة الحلزون.

عندما بدأ الخبز ، اتضح أن الدبابات والطائرات قد ابتلعت الجبهة الشرقية، تلقى سلاح العجائب الجديد الدعم. لكن بعد فوات الأوان ، في ظروف القصف والخوف المستمر من أسافين الدبابات السوفيتية ، لم يكن من الممكن إنشاء جهاز بمكون نووي.

الاتحاد السوفياتيكان أكثر انتباهاً لإمكانية إنشاء نوع جديد من الأسلحة المدمرة. في فترة ما قبل الحرب ، جمع الفيزيائيون ولخصوا المعرفة العامة حول الطاقة النووية وإمكانية صنع أسلحة نووية. عملت المخابرات بجد خلال كامل فترة إنشاء القنبلة النووية في كل من الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية. لعبت الحرب دورًا مهمًا في كبح وتيرة التنمية ، حيث ذهبت موارد ضخمة إلى الجبهة.

صحيح أن الأكاديمي كورتشاتوف إيغور فاسيليفيتش ، بمثابرته المميزة ، شجع عمل جميع الوحدات التابعة في هذا الاتجاه أيضًا. بالنظر إلى المستقبل قليلاً ، سيكون هو من سيُطلب منه تسريع تطوير الأسلحة في مواجهة تهديد الضربة الأمريكية على مدن الاتحاد السوفيتي. كان هو الذي وقف في حصى آلة ضخمة من مئات وآلاف العلماء والعمال ، الذي سيُمنح اللقب الفخري لأب القنبلة النووية السوفيتية.

أول اختبار في العالم

لكن لنعد إلى البرنامج النووي الأمريكي. بحلول صيف عام 1945 ، نجح العلماء الأمريكيون في صنع أول قنبلة نووية في العالم. أي فتى صنع لنفسه أو اشترى لعبة نارية قوية في متجر يعاني من عذاب غير عادي ، ويرغب في تفجيرها في أسرع وقت ممكن. في عام 1945 ، واجه المئات من العسكريين والعلماء الأمريكيين نفس الشيء.

في 16 يونيو 1945 ، في صحراء ألاموغوردو ، نيو مكسيكو ، تم إجراء أول تجارب أسلحة نووية في التاريخ وواحد من أقوى الانفجارات في ذلك الوقت.

وأصيب شهود العيان الذين كانوا يشاهدون الانفجار من القبو بالقوة التي انفجرت بها الشحنة فوق برج من الصلب يبلغ ارتفاعه 30 مترا. في البداية غمر كل شيء بالضوء ، أقوى عدة مرات من الشمس. ثم ارتفعت كرة نارية في السماء ، وتحولت إلى عمود من الدخان ، تبلور في الفطر الشهير.

حالما انقشع الغبار ، هرع الباحثون وصناع القنابل إلى موقع الانفجار. راقبوا عواقب دبابات شيرمان المبطنة بالرصاص. ما رأوه أذهلهم ، فلن يتسبب أي سلاح في مثل هذا الضرر. ذاب الرمل على الزجاج في بعض الأماكن.

كما تم العثور على بقايا صغيرة من البرج ، في قمع بقطر كبير ، هياكل مشوهة ومجزأة توضح بوضوح القوة التدميرية.

العوامل المؤثرة

أعطى هذا الانفجار المعلومات الأولى عن قوة السلاح الجديد ، وكيف يمكنه تدمير العدو. هذه عدة عوامل:

• إشعاع الضوء ، وميض يمكن أن يعمي حتى أعضاء الرؤية المحمية ؛
• موجة الصدمة ، تيار كثيف من الهواء يتحرك من المركز ، ويدمر معظم المباني ؛
• نبضة كهرومغناطيسية تعطل معظم المعدات ولا تسمح باستخدام الاتصالات لأول مرة بعد الانفجار ؛
• الإشعاع المخترق ، وهو أخطر عامل بالنسبة لأولئك الذين لجأوا من العوامل الضارة الأخرى ، ينقسم إلى إشعاع ألفا بيتا جاما ؛
• التلوث الإشعاعي الذي يمكن أن يؤثر سلبًا على الصحة والحياة لعشرات أو حتى مئات السنين.

أظهر الاستخدام الإضافي للأسلحة النووية ، بما في ذلك في القتال ، جميع سمات التأثير على الكائنات الحية وعلى الطبيعة. كان السادس من أغسطس عام 1945 هو اليوم الأخير لعشرات الآلاف من السكان مدينة صغيرةهيروشيما ، التي اشتهرت آنذاك بالعديد من المنشآت العسكرية المهمة.

كانت نتيجة الحرب في المحيط الهادئ حتمية ، لكن البنتاغون اعتبر أن العملية في الأرخبيل الياباني ستكلف أكثر من مليون شخص من مشاة البحرية الأمريكية. تقرر قتل العديد من الطيور بحجر واحد ، وسحب اليابان من الحرب ، وتوفير عملية الإنزال ، واختبار أسلحة جديدة أثناء العمل وإعلانها للعالم بأسره ، وقبل كل شيء ، للاتحاد السوفيتي.

في تمام الساعة الواحدة صباحا ، أقلعت الطائرة التي كانت توجد على متنها القنبلة النووية "كيد" في مهمة.

انفجرت قنبلة ألقيت فوق المدينة على ارتفاع حوالي 600 متر في الساعة 8.15 صباحًا. ودمرت جميع المباني الواقعة على بعد 800 متر من مركز الزلزال. نجت جدران عدد قليل من المباني المصممة لزلزال من 9 نقاط.

من بين كل عشرة أشخاص كانوا وقت الانفجار داخل دائرة نصف قطرها 600 متر ، يمكن أن ينجو واحد فقط. حوّل الضوء الإشعاعي الناس إلى فحم ، تاركًا آثار الظل على الحجر ، وبصمة قاتمة للمكان الذي كان فيه الشخص. كانت موجة الانفجار التي أعقبت ذلك قوية جدًا لدرجة أنها تمكنت من كسر الزجاج على مسافة 19 كيلومترًا من موقع الانفجار.

طرد تيار هواء كثيف مراهقًا من المنزل عبر النافذة ، وهبط ، ورأى الرجل كيف كانت جدران المنزل قابلة للطي مثل البطاقات. أعقبت موجة الانفجار زوبعة نارية دمرت السكان القلائل الذين نجوا من الانفجار ولم يكن لديهم الوقت لمغادرة منطقة الحريق. بدأ أولئك الذين كانوا على مسافة من الانفجار يعانون من اضطراب شديد ، كان سببه غير واضح للأطباء في البداية.

بعد ذلك بوقت طويل ، بعد بضعة أسابيع ، تمت صياغة مصطلح "التسمم الإشعاعي" ، والذي يُعرف الآن باسم مرض الإشعاع.

أكثر من 280 ألف شخص سقطوا ضحايا لقنبلة واحدة ، مباشرة من الانفجار ومن الأمراض اللاحقة.

قصف اليابان بالأسلحة النووية لم ينته عند هذا الحد. وفقًا للخطة ، كان من المفترض أن يتم ضرب أربع إلى ست مدن فقط ، لكن الظروف الجوية جعلت من الممكن إصابة ناغازاكي فقط. في هذه المدينة ، سقط أكثر من 150 ألف شخص ضحايا لقنبلة الرجل السمين.

وعود الحكومة الأمريكيةأدت الضربات قبل استسلام اليابان إلى هدنة ، ثم توقيع اتفاقية انتهت الحرب العالمية. لكن بالنسبة للأسلحة النووية ، كانت هذه البداية فقط.

أقوى قنبلة في العالم

تميزت فترة ما بعد الحرب بمواجهة بين كتلة الاتحاد السوفيتي وحلفائه مع الولايات المتحدة وحلف شمال الأطلسي. في الأربعينيات من القرن الماضي ، فكر الأمريكيون بجدية في مهاجمة الاتحاد السوفيتي. لاحتواء الحليف السابق ، كان من الضروري تسريع العمل على صنع قنبلة ، وفي عام 1949 ، في 29 أغسطس ، انتهى احتكار الولايات المتحدة للأسلحة النووية. خلال سباق التسلح ، تستحق تجربتان للرؤوس الحربية النووية أكبر قدر من الاهتمام.

جزيرة بيكيني أتول ، المعروفة في المقام الأول بملابس السباحة التافهة ، في عام 1954 هبطت فعليًا في جميع أنحاء العالم فيما يتعلق باختبارات شحنة نووية ذات قوة خاصة.

بعد أن قرر الأمريكيون اختبار تصميم جديد للأسلحة الذرية ، لم يحسبوا الشحنة. نتيجة لذلك ، تبين أن الانفجار أقوى 2.5 مرة مما كان مخططا له. تعرض سكان الجزر المجاورة ، وكذلك الصيادون اليابانيون في كل مكان ، للهجوم.

لكنها لم تكن أقوى قنبلة أمريكية. في عام 1960 ، دخلت القنبلة النووية B41 في الخدمة ، والتي لم تجتاز اختبارات كاملة بسبب قوتها. تم حساب قوة الشحنة نظريًا ، خوفًا من تفجير مثل هذا السلاح الخطير في ملعب التدريب.

الاتحاد السوفياتي ، الذي أحب أن يكون الأول في كل شيء ، عاش في عام 1961 ، ولقب بشكل مختلف "والدة كوزكين".

رداً على الابتزاز النووي الأمريكي ، ابتكر العلماء السوفييت أقوى قنبلة في العالم. تم اختباره في Novaya Zemlya ، وقد ترك بصماته في كل ركن من أركان العالم تقريبًا. وبحسب المذكرات ، شعر الناس بزلزال خفيف في الزوايا النائية وقت الانفجار.

بالطبع ، بعد أن فقدت موجة الانفجار كل قوتها التدميرية ، تمكنت من الالتفاف حول الأرض. حتى الآن ، هذه هي أقوى قنبلة نووية في العالم ، صنعتها واختبرتها البشرية. بالطبع ، إذا كانت يديه مفكوكة ، فإن قنبلة كيم جونغ أون النووية ستكون أقوى ، لكن ليس لديه أرض جديدة لاختبارها.

جهاز القنبلة الذرية

اعتبر جهازًا بدائيًا للغاية ، فقط من أجل الفهم قنبلة ذرية. هناك العديد من فئات القنابل الذرية ، لكن ضع في اعتبارك الأنواع الثلاثة الرئيسية:

• انفجر اليورانيوم المكون من اليورانيوم 235 لأول مرة فوق هيروشيما ؛
• تم تفجير البلوتونيوم ، القائم على البلوتونيوم 239 ، لأول مرة فوق ناغازاكي ؛
• نووي حراري ، يُسمى أحيانًا الهيدروجين ، استنادًا إلى الماء الثقيل مع الديوتيريوم والتريتيوم ، لحسن الحظ ، لم يتم استخدامه ضد السكان.

تعتمد أول قنبلتين على تأثير انشطار النوى الثقيلة إلى نوى أصغر من خلال تفاعل نووي غير متحكم فيه مع إطلاق كمية هائلة من الطاقة. والثالث يعتمد على اندماج نوى الهيدروجين (أو بالأحرى نظائره من الديوتيريوم والتريتيوم) مع تكوين الهيليوم ، وهو أثقل بالنسبة للهيدروجين. مع نفس وزن القنبلة ، تكون القدرة التدميرية للقنبلة الهيدروجينية أكبر 20 مرة.

إذا كان من الكافي بالنسبة لليورانيوم والبلوتونيوم تجميع كتلة أكبر من الكتلة الحرجة (التي يبدأ عندها تفاعل متسلسل) ، فهذا لا يكفي بالنسبة للهيدروجين.

لربط عدة قطع من اليورانيوم بشكل موثوق في قطعة واحدة ، يتم استخدام تأثير البندقية ، حيث يتم إطلاق قطع أصغر من اليورانيوم على قطع أكبر. يمكن أيضًا استخدام البارود ، ولكن يتم استخدام المتفجرات منخفضة الطاقة لضمان الموثوقية.

في قنبلة البلوتونيوم ، توضع المتفجرات حول سبائك البلوتونيوم لتهيئة الظروف اللازمة للتفاعل المتسلسل. بسبب التأثير التراكمي ، وكذلك البادئ النيوتروني الموجود في المركز ذاته (البريليوم ببضعة مليغرامات من البولونيوم) الشروط اللازمةلقد تحققت.

لها شحنة رئيسية لا يمكن أن تنفجر من تلقاء نفسها وفتيل. لتهيئة ظروف اندماج نوى الديوتيريوم والتريتيوم ، نحتاج إلى ضغوط ودرجات حرارة لا يمكن تصورها بالنسبة لنا على الأقل عند نقطة واحدة. ما سيحدث بعد ذلك هو تفاعل متسلسل.

لإنشاء مثل هذه المعلمات ، تشتمل القنبلة على شحنة نووية تقليدية ، ولكن منخفضة الطاقة ، وهي الفتيل. ويخلق تقويضها الظروف لبدء تفاعل نووي حراري.

لتقييم قوة القنبلة الذرية ، يتم استخدام ما يسمى بـ "مكافئ تي إن تي". الانفجار هو إطلاق للطاقة ، وأشهر المتفجرات في العالم TNT (TNT - trinitrotoluene) ، وجميع الأنواع الجديدة من المتفجرات تعادله. قنبلة "كيد" - 13 كيلو طن من مادة تي إن تي. هذا يعادل 13000.

قنبلة "فات مان" - 21 كيلوطن ، "قنبلة القيصر" - 58 ميغا طن من مادة تي إن تي. إنه لأمر مخيف أن تفكر في 58 مليون طن من المتفجرات مركزة في كتلة 26.5 طن ، هذا هو مدى متعة هذه القنبلة.

خطر الحرب النووية والكوارث المرتبطة بالذرة

لقد أصبحت الأسلحة النووية ، التي ظهرت في خضم أفظع حرب في القرن العشرين ، أعظم خطر على البشرية. مباشرة بعد الحرب العالمية الثانية ، بدأت الحرب الباردة ، وتصاعدت عدة مرات تقريبًا إلى صراع نووي كامل. بدأت مناقشة التهديد باستخدام القنابل والصواريخ النووية من قبل جانب واحد على الأقل في وقت مبكر من الخمسينيات من القرن الماضي.

لقد فهم الجميع وفهموا أنه لا يمكن أن يكون هناك منتصر في هذه الحرب.

من أجل الاحتواء ، بذلت جهود العديد من العلماء والسياسيين ولا تزال تبذل. تحدد جامعة شيكاغو ، بناءً على رأي العلماء النوويين المدعوين ، بمن فيهم الحائزون على جائزة نوبل ، ساعة القيامة قبل منتصف الليل ببضع دقائق. يشير منتصف الليل إلى وقوع كارثة نووية وبداية حرب عالمية جديدة وتدمير العالم القديم. في سنوات مختلفةتقلبت عقارب الساعة من 17 إلى 2 دقيقة حتى منتصف الليل.

العديد منها معروف أيضًا حوادث كبيرةالتي تحدث في محطات الطاقة النووية. هذه الكوارث لها علاقة غير مباشرة بالأسلحة ، ومحطات الطاقة النووية لا تزال مختلفة عن القنابل النووية ، لكنها تظهر بشكل مثالي نتائج استخدام الذرة للأغراض العسكرية. أكبرهم:

• 1957 ، حادث Kyshtym ، بسبب عطل في نظام التخزين ، وقع انفجار بالقرب من Kyshtym ؛
• 1957 ، بريطانيا ، في شمال غرب إنجلترا ، لم يتم فحص الأمن ؛
• 1979 ، الولايات المتحدة الأمريكية ، بسبب تسرب تم اكتشافه في وقت مبكر ، حدث انفجار وانطلاق من محطة للطاقة النووية ؛
• 1986 ، مأساة تشيرنوبيل ، انفجار وحدة الطاقة الرابعة ؛
• 2011 ، حادث في محطة فوكوشيما ، اليابان.

تركت كل من هذه المآسي ختمًا ثقيلًا على مصير مئات الآلاف من الأشخاص وحولت مناطق بأكملها إلى مناطق غير سكنية ذات سيطرة خاصة.

كانت هناك حوادث كادت أن تكلف بداية كارثة نووية. النووية السوفيتية غواصاتمرارًا وتكرارًا كانت هناك حوادث تتعلق بالمفاعلات على متنها. أسقط الأمريكيون قاذفة Superfortress بقنبلتين نوويتين من طراز Mark 39 على متنها ، بسعة 3.8 ميغا طن. لكن "النظام الأمني" الذي نجح لم يسمح بتفجير الشحنات وتم تفادي الكارثة.

الأسلحة النووية في الماضي والحاضر

من الواضح اليوم لأي شخص أن الحرب النووية ستدمر البشرية الحديثة. في غضون ذلك ، فإن الرغبة في امتلاك السلاح النووي ودخول النادي النووي ، أو بالأحرى الانزلاق إليه بركل الباب ، ما زالت تطارد أذهان بعض قادة الدول.

الهند وباكستان خلقتا أسلحة نووية بشكل تعسفي ، والإسرائيليون يخفون وجود القنبلة.

بالنسبة للبعض ، فإن امتلاك قنبلة نووية هو وسيلة لإثبات أهميتها على الساحة الدولية. بالنسبة للآخرين ، فهو ضمان عدم تدخل الديمقراطية المجنحة أو عوامل أخرى من الخارج. لكن الشيء الرئيسي هو أن هذه الأسهم لا تدخل في الأعمال التجارية ، والتي تم إنشاؤها من أجلها بالفعل.

فيديو

الطاقة النووية هي وسيلة حديثة وسريعة التطور لتوليد الكهرباء. هل تعرف كيف يتم ترتيب محطات الطاقة النووية؟ ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟ ما هي أنواع المفاعلات النووية الموجودة اليوم؟ سنحاول النظر بالتفصيل في مخطط تشغيل محطة للطاقة النووية ، والتعمق في هيكل المفاعل النووي ومعرفة مدى أمان الطريقة الذرية لتوليد الكهرباء.

أي محطة هي منطقة مغلقة بعيدة عن المنطقة السكنية. هناك العديد من المباني على أراضيها. والمبنى الأكثر أهمية هو مبنى المفاعل وبجانبه صالة التوربينات التي يتم من خلالها التحكم في المفاعل ومبنى الأمان.

المخطط مستحيل بدون مفاعل نووي. المفاعل الذري (النووي) هو جهاز لمحطة الطاقة النووية ، وهو مصمم لتنظيم تفاعل متسلسل للانشطار النيوتروني مع الإطلاق الإجباري للطاقة في هذه العملية. ولكن ما هو مبدأ تشغيل محطة للطاقة النووية؟

يتم وضع مصنع المفاعل بالكامل في مبنى المفاعل ، وهو برج خرساني كبير يخفي المفاعل ، وفي حالة وقوع حادث ، سيحتوي على جميع نواتج التفاعل النووي. يسمى هذا البرج الكبير بالاحتواء أو الغلاف المحكم أو الاحتواء.

تحتوي منطقة الاحتواء في المفاعلات الجديدة على جدارين خرسانيين سميكين - قذائف.
غلاف خارجي بسماكة 80 سم يحمي منطقة الاحتواء من التأثيرات الخارجية.

الغلاف الداخلي بسماكة 1 متر 20 سم به كابلات فولاذية خاصة في الجهاز ، والتي تزيد من قوة الخرسانة ثلاث مرات تقريبًا ولن تسمح للهيكل بالانهيار. مع داخليتم تبطينه بصفائح رقيقة من الفولاذ الخاص ، وهو مصمم ليكون بمثابة حماية إضافية للاحتواء ، وفي حالة وقوع حادث ، يمنع إطلاق محتويات المفاعل خارج منطقة الاحتواء.

يمكن لمثل هذا الجهاز لمحطة الطاقة النووية أن يتحمل سقوط طائرة يصل وزنها إلى 200 طن ، وزلزال بقوة 8 درجات ، وإعصار وتسونامي.

تم بناء أول حاوية مضغوطة في محطة الطاقة النووية الأمريكية كونيتيكت يانكي في عام 1968.

يبلغ الارتفاع الإجمالي لمنطقة الاحتواء 50-60 مترًا.

مما يتكون المفاعل النووي؟

لفهم مبدأ تشغيل المفاعل النووي ، ومن ثم مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية ، تحتاج إلى فهم مكونات المفاعل.

• منطقة نشطة. هذه هي المنطقة التي يتم فيها وضع الوقود النووي (المُطلق الحرارة) والمُحَوِّل. تؤدي ذرات الوقود (غالبًا اليورانيوم هو الوقود) تفاعل تسلسلي انشطاري. تم تصميم الوسيط للتحكم في عملية الانشطار ، ويسمح لك بتنفيذ التفاعل المطلوب من حيث السرعة والقوة.
• عاكس نيوتروني. العاكس يحيط بالمنطقة النشطة. يتكون من نفس مادة الوسيط. في الواقع ، هذا صندوق ، والغرض الرئيسي منه هو منع النيوترونات من مغادرة القلب والدخول إلى البيئة.
• المبرد. يجب أن يمتص المبرد الحرارة المنبعثة أثناء انشطار ذرات الوقود وينقلها إلى مواد أخرى. يحدد المبرد إلى حد كبير كيفية تصميم محطة الطاقة النووية. المبرد الأكثر شعبية اليوم هو الماء.
  نظام التحكم في المفاعلات. أجهزة الاستشعار والآليات التي تعمل على تشغيل مفاعل محطة الطاقة النووية.

وقود لمحطات الطاقة النووية

ماذا تفعل محطة الطاقة النووية؟ وقود محطات الطاقة النووية عبارة عن عناصر كيميائية ذات خصائص مشعة. في جميع محطات الطاقة النووية ، يعتبر اليورانيوم عنصرًا من هذا القبيل.

يشير تصميم المحطات إلى أن محطات الطاقة النووية تعمل بوقود مركب معقد ، وليس على عنصر كيميائي خالص. وذلك لاستخراج وقود اليورانيوم من اليورانيوم الطبيعي الذي يتم تحميله فيه مفاعل نووي، تحتاج إلى إجراء الكثير من التلاعبات.

اليورانيوم المخصب

يتكون اليورانيوم من نظيرين ، أي أنه يحتوي على نوى ذات كتل مختلفة. تم تسميتهم بعدد البروتونات ونظائر النيوترونات -235 والنظير 238. بدأ باحثو القرن العشرين في استخراج اليورانيوم 235 من الخام ، لأن. كان من الأسهل التحلل والتحول. اتضح أنه لا يوجد سوى 0.7٪ من هذا اليورانيوم في الطبيعة (ذهبت النسب المئوية المتبقية إلى النظير 238).

ماذا تفعل في هذه الحالة؟ قرروا تخصيب اليورانيوم. يُعد تخصيب اليورانيوم عملية عندما يكون هناك العديد من النظائر 235x الضرورية وبقي عدد قليل من النظائر 238x غير الضرورية فيها. تتمثل مهمة مخصبات اليورانيوم في إنتاج ما يقرب من 100٪ من اليورانيوم -235 من 0.7٪.

يمكن تخصيب اليورانيوم باستخدام تقنيتين - نشر الغاز أو أجهزة الطرد المركزي الغازية. لاستخدامها ، يتم تحويل اليورانيوم المستخرج من الخام إلى حالة غازية. في شكل غاز ، يتم تخصيبه.

مسحوق اليورانيوم

يتم تحويل غاز اليورانيوم المخصب إلى حالة صلبة - ثاني أكسيد اليورانيوم. يشبه اليورانيوم 235 الصلب النقي هذا بلورات بيضاء كبيرة يتم سحقها لاحقًا لتتحول إلى مسحوق يورانيوم.

أقراص اليورانيوم

حبيبات اليورانيوم عبارة عن حلقات معدنية صلبة يبلغ طولها بضعة سنتيمترات. من أجل تشكيل مثل هذه الأقراص من مسحوق اليورانيوم ، يتم خلطها بمادة - مادة ملدنة ، مما يحسن جودة ضغط الأقراص.

يتم خبز الغسالات المضغوطة على درجة حرارة 1200 درجة مئوية لأكثر من يوم لإعطاء الأقراص قوة خاصة ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. تعتمد الطريقة التي تعمل بها محطة الطاقة النووية بشكل مباشر على مدى جودة ضغط وقود اليورانيوم وخبزه.

يتم خبز الأقراص في علب الموليبدينوم ، لأن. فقط هذا المعدن قادر على عدم الذوبان عند درجات حرارة "جهنم" تزيد عن ألف ونصف درجة. بعد ذلك يعتبر وقود اليورانيوم لمحطات الطاقة النووية جاهزا.

ما هو TVEL و TVS؟

يشبه قلب المفاعل قرصًا ضخمًا أو أنبوبًا به ثقوب في الجدران (اعتمادًا على نوع المفاعل) ، أكبر بخمس مرات من جسم الإنسان. تحتوي هذه الثقوب على وقود اليورانيوم الذي تقوم ذراته بالتفاعل المطلوب.

من المستحيل ببساطة إلقاء الوقود في المفاعل ، حسنًا ، إذا كنت لا ترغب في حدوث انفجار للمحطة بأكملها وحادث له عواقب على دولتين مجاورتين. لذلك ، يتم وضع وقود اليورانيوم في قضبان الوقود ، ثم يتم تجميعه في مجموعات الوقود. ماذا تعني هذه الاختصارات؟

• TVEL - عنصر الوقود (يجب عدم الخلط بينه وبين نفس اسم الشركة الروسية التي تنتجها). في الواقع ، هذا أنبوب رفيع وطويل من الزركونيوم مصنوع من سبائك الزركونيوم ، توضع فيه كريات اليورانيوم. في قضبان الوقود ، تبدأ ذرات اليورانيوم في التفاعل مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة أثناء التفاعل.

تم اختيار الزركونيوم كمادة لإنتاج قضبان الوقود نظرًا لخصائصه المقاومة للحرارة ومقاومة التآكل.

يعتمد نوع عناصر الوقود على نوع المفاعل وهيكله. كقاعدة عامة ، لا يتغير هيكل قضبان الوقود والغرض منها ؛ يمكن أن يختلف طول وعرض الأنبوب.

تقوم الآلة بتحميل أكثر من 200 حبيبة من اليورانيوم في أنبوب واحد من الزركونيوم. في المجموع ، تعمل حوالي 10 ملايين من حبيبات اليورانيوم في نفس الوقت في المفاعل.
FA - تجميع الوقود. يقوم عمال NPP باستدعاء حزم تجميعات الوقود.

في الواقع ، هذه عدة TVELs مثبتة معًا. مجمعات الوقود هي وقود نووي جاهز ، تعمل عليه محطة طاقة نووية. هي مجموعات الوقود التي يتم تحميلها في مفاعل نووي. يتم وضع حوالي 150 - 400 مجموعة وقود في مفاعل واحد.
اعتمادًا على المفاعل الذي ستعمل فيه مجموعة الوقود ، تأتي في أشكال مختلفة. في بعض الأحيان يتم طي الحزم في شكل مكعب ، وأحيانًا إلى شكل أسطواني ، وأحيانًا في شكل سداسي.

يولد تجميع وقود واحد لمدة 4 سنوات من التشغيل نفس القدر من الطاقة كما هو الحال عند حرق 670 عربة من الفحم أو 730 خزانًا بالغاز الطبيعي أو 900 خزان محمل بالزيت.
اليوم ، يتم إنتاج مجموعات الوقود بشكل أساسي في مصانع في روسيا وفرنسا والولايات المتحدة واليابان.

من أجل توصيل الوقود لمحطات الطاقة النووية إلى دول أخرى ، يتم إحكام إغلاق مجمعات الوقود في أنابيب معدنية طويلة وواسعة ، ويتم ضخ الهواء من الأنابيب وتسليمه على متن طائرات الشحن بواسطة آلات خاصة.

الوقود النووي لمحطات الطاقة النووية يزن كثيرًا ، tk. اليورانيوم هو أحد أثقل المعادن على هذا الكوكب. جاذبيتها النوعية 2.5 مرة من الفولاذ.

محطة الطاقة النووية: مبدأ التشغيل

ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟ يعتمد مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية على تفاعل متسلسل لانشطار ذرات مادة مشعة - اليورانيوم. يحدث هذا التفاعل في قلب مفاعل نووي.

من المهم معرفة:

إذا لم تدخل في تعقيدات الفيزياء النووية ، فإن مبدأ تشغيل محطة للطاقة النووية يبدو كما يلي:
بعد بدء المفاعل النووي ، يتم إزالة قضبان الامتصاص من قضبان الوقود ، مما يمنع اليورانيوم من التفاعل.

بمجرد إزالة القضبان ، تبدأ نيوترونات اليورانيوم في التفاعل مع بعضها البعض.

عندما تصطدم النيوترونات ، يحدث انفجار صغير على المستوى الذري ، ويتم إطلاق الطاقة وتولد نيوترونات جديدة ، ويبدأ تفاعل متسلسل في الحدوث. هذه العملية تطلق الحرارة.

يتم نقل الحرارة إلى المبرد. اعتمادًا على نوع المبرد ، يتحول إلى بخار أو غاز ، والذي يدور التوربين.

يعمل التوربين على تشغيل مولد كهربائي. إنه في الواقع هو الذي يولد الكهرباء.

إذا لم تتبع هذه العملية ، يمكن أن تتصادم نيوترونات اليورانيوم مع بعضها البعض حتى يتم تفجير المفاعل ويتم تفجير محطة الطاقة النووية بالكامل إلى قطع صغيرة. تتحكم مستشعرات الكمبيوتر في العملية. يكتشفون زيادة في درجة الحرارة أو تغيير في الضغط في المفاعل ويمكنهم إيقاف التفاعلات تلقائيًا.

ما الفرق بين مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية (محطات الطاقة الحرارية)؟

الاختلافات في العمل فقط في المراحل الأولى. في محطات الطاقة النووية ، يتلقى المبرد الحرارة من انشطار ذرات وقود اليورانيوم ، في محطات الطاقة الحرارية ، يتلقى المبرد الحرارة من احتراق الوقود العضوي (الفحم أو الغاز أو الزيت). بعد أن تطلق ذرات اليورانيوم أو الغاز بالفحم الحرارة ، فإن مخططات تشغيل محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية هي نفسها.

أنواع المفاعلات النووية

تعتمد كيفية عمل محطة الطاقة النووية على كيفية عمل مفاعلها النووي. يوجد اليوم نوعان رئيسيان من المفاعلات ، والتي تصنف حسب طيف الخلايا العصبية:
مفاعل نيوتروني بطيء ، ويسمى أيضًا مفاعل حراري.

لتشغيلها ، يتم استخدام 235 يورانيوم ، والتي تمر عبر مراحل التخصيب ، وإنشاء أقراص اليورانيوم ، إلخ. اليوم ، المفاعلات النيوترونية البطيئة موجودة في الغالبية العظمى.
مفاعل نيوتروني سريع.

هذه المفاعلات هي المستقبل ، لأن إنهم يعملون على اليورانيوم 238 ، وهو عشرة سنتات بطبيعته وليس من الضروري تخصيب هذا العنصر. عيب هذه المفاعلات هو فقط في التكاليف الباهظة للتصميم والبناء والإطلاق. اليوم ، تعمل المفاعلات النيوترونية السريعة فقط في روسيا.

المبرد في مفاعلات النيوترونات السريعة هو الزئبق أو الغاز أو الصوديوم أو الرصاص.

مفاعلات النيوترون البطيئة ، التي تستخدم اليوم من قبل جميع محطات الطاقة النووية في العالم ، تأتي أيضًا في عدة أنواع.

أنشأت منظمة الوكالة الدولية للطاقة الذرية (الوكالة الدولية للطاقة الذرية) تصنيفها الخاص ، والذي يستخدم في أغلب الأحيان في الصناعة النووية العالمية. نظرًا لأن مبدأ تشغيل محطة للطاقة النووية يعتمد إلى حد كبير على اختيار المبرد والميسر ، فقد استندت الوكالة الدولية للطاقة الذرية في تصنيفها على هذه الاختلافات.

من وجهة نظر كيميائية ، فإن أكسيد الديوتيريوم هو الوسيط المثالي والمبرد ، لأن تتفاعل ذراته بشكل أكثر فاعلية مع نيوترونات اليورانيوم مقارنة بالمواد الأخرى. ببساطة ، يؤدي الماء الثقيل مهمته بأقل قدر من الخسائر وأقصى النتائج. ومع ذلك ، فإن إنتاجه يكلف مالًا ، في حين أنه من الأسهل بكثير استخدام "الضوء" المعتاد والمياه المألوفة بالنسبة لنا.

بعض الحقائق عن المفاعلات النووية ...

من المثير للاهتمام أن مفاعلًا واحدًا للطاقة النووية تم بناؤه لمدة 3 سنوات على الأقل!
لبناء مفاعل ، أنت بحاجة إلى معدات تعمل عليه التيار الكهربائي 210 كيلو أمبير ، أي مليون ضعف التيار الذي يمكن أن يقتل الإنسان.

تزن قذيفة واحدة (عنصر هيكلي) لمفاعل نووي 150 طنًا. هناك 6 عناصر من هذا القبيل في مفاعل واحد.

مفاعل الماء المضغوط

لقد اكتشفنا بالفعل كيف تعمل محطة الطاقة النووية بشكل عام ، من أجل "فرزها" دعونا نرى كيف يعمل المفاعل النووي المضغوط الأكثر شيوعًا.
في جميع أنحاء العالم اليوم ، يتم استخدام الجيل 3+ من مفاعلات الماء المضغوط. تعتبر الأكثر موثوقية وأمانًا.

لقد نجحت جميع مفاعلات الماء المضغوط في جميع أنحاء العالم على مدار سنوات تشغيلها في الحصول على أكثر من 1000 عام من التشغيل الخالي من المتاعب ولم تسبب أي انحرافات خطيرة.

يشير هيكل محطات الطاقة النووية القائمة على مفاعلات الماء المضغوط إلى أن الماء المقطر يدور بين قضبان الوقود ، ويتم تسخينه إلى 320 درجة. لمنعه من الدخول في حالة بخار ، يتم الاحتفاظ به تحت ضغط 160 ضغط جوي. مخطط NPP يسميها المياه الأولية.

يدخل الماء المسخن إلى مولد البخار ويطلق حرارته إلى ماء الدائرة الثانوية ، وبعد ذلك "يعود" إلى المفاعل مرة أخرى. ظاهريًا ، يبدو أن أنابيب دائرة المياه الأولية على اتصال بأنابيب أخرى - مياه الدائرة الثانية ، تنقل الحرارة إلى بعضها البعض ، لكن المياه لا تتلامس. الأنابيب على اتصال.

وبالتالي ، فإن إمكانية وصول الإشعاع إلى مياه الدائرة الثانوية ، والتي ستشارك بشكل أكبر في عملية توليد الكهرباء ، مستبعدة.

سلامة محطات الطاقة النووية

بعد أن تعلمنا مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية ، يجب أن نفهم كيف يتم ترتيب السلامة. يتطلب تصميم محطات الطاقة النووية اليوم مزيدًا من الاهتمام بقواعد الأمان.
تبلغ تكلفة سلامة محطة الطاقة النووية حوالي 40٪ من التكلفة الإجمالية للمحطة نفسها.

يتضمن مخطط NPP 4 حواجز مادية تمنع إطلاق المواد المشعة. ما الذي يفترض أن تفعله هذه الحواجز؟ في الوقت المناسب ، تكون قادرًا على إيقاف التفاعل النووي ، وضمان الإزالة المستمرة للحرارة من القلب والمفاعل نفسه ، ومنع إطلاق النويدات المشعة من منطقة الاحتواء (منطقة الاحتواء).

• الحاجز الأول هو قوة كريات اليورانيوم.من المهم ألا ينهاروا تحت التأثير درجات حرارة عاليةفي مفاعل نووي. من نواحٍ عديدة ، تعتمد كيفية عمل محطة الطاقة النووية على كيفية "تحميص" كريات اليورانيوم في المرحلة الأولى من الإنتاج. إذا تم خبز كريات وقود اليورانيوم بشكل غير صحيح ، فإن تفاعلات ذرات اليورانيوم في المفاعل ستكون غير متوقعة.
• الحاجز الثاني هو ضيق قضبان الوقود.يجب أن تكون أنابيب الزركونيوم محكمة الغلق ، إذا تم كسر الضيق ، ففي أفضل الأحوال سيتلف المفاعل ويتوقف العمل ، وفي أسوأ الأحوال سوف يطير كل شيء في الهواء.
• الحاجز الثالث عبارة عن وعاء مفاعل فولاذي قويأ ، (نفس الشيء برج كبير- منطقة الاحتواء) التي "تحمل" في حد ذاتها جميع العمليات المشعة. الهيكل تالف - سيتم إطلاق الإشعاع في الغلاف الجوي.
• الحاجز الرابع هو قضبان الحماية في حالات الطوارئ.فوق المنطقة النشطة ، يتم تعليق القضبان ذات الوسيطات على مغناطيس ، والتي يمكن أن تمتص جميع النيوترونات في ثانيتين وتوقف التفاعل المتسلسل.

إذا لم يكن من الممكن ، على الرغم من إنشاء محطة طاقة نووية بدرجات حماية عديدة ، تبريد قلب المفاعل في الوقت المناسب ، وارتفعت درجة حرارة الوقود إلى 2600 درجة ، فإن الأمل الأخير لنظام الأمان يبدأ العمل. - ما يسمى بمصيدة الذوبان.

الحقيقة هي أنه عند درجة حرارة كهذه سوف يذوب قاع وعاء المفاعل ، وسوف تتدفق جميع بقايا الوقود النووي والهياكل المنصهرة إلى "زجاج" خاص معلق فوق قلب المفاعل.

يتم تبريد المصيدة الذائبة وصهرها. إنه مملوء بما يسمى بـ "المادة القربانية" ، والتي توقف تفاعل سلسلة الانشطار تدريجياً.

وبالتالي ، فإن مخطط NPP يتضمن عدة درجات من الحماية ، والتي تستبعد تمامًا تقريبًا أي احتمال لوقوع حادث.

إن عالم الذرة رائع للغاية لدرجة أن فهمها يتطلب قطيعة جذرية في المفاهيم المعتادة للمكان والزمان. الذرات صغيرة جدًا لدرجة أنه إذا أمكن تكبير قطرة ماء إلى حجم الأرض ، فإن كل ذرة في هذه القطرة ستكون أصغر من برتقالة. في الواقع ، تتكون قطرة ماء واحدة من 6000 مليار (6000000000000000000000) ذرة هيدروجين وأكسجين. ومع ذلك ، على الرغم من حجمها المجهري ، فإن الذرة لديها هيكل مشابه إلى حد ما لبنية ذراتنا النظام الشمسي. في مركزها الصغير بشكل غير مفهوم ، نصف قطره أقل من تريليون من السنتيمتر ، "شمس" ضخمة نسبيًا - نواة الذرة.

حول هذه "الشمس" الذرية "الكواكب" الصغيرة - الإلكترونات - تدور. تتكون النواة من لبنتين أساسيتين لبناء الكون - البروتونات والنيوترونات (لها اسم موحد - النوكليونات). الإلكترون والبروتون عبارة عن جسيمات مشحونة ، وكمية الشحنة في كل منهما متطابقة تمامًا ، لكن الشحنات تختلف في الإشارة: البروتون دائمًا ما يكون موجب الشحنة ، والإلكترون دائمًا سالب. النيوترون لا يحمل الشحنة الكهربائيةوبالتالي لديها نفاذية عالية جدا.

في المقياس الذري ، تُؤخذ كتلة البروتون والنيوترون كوحدة واحدة. لذلك فإن الوزن الذري لأي عنصر كيميائي يعتمد على عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواته. على سبيل المثال ، ذرة الهيدروجين ، التي تتكون نواتها من بروتون واحد فقط ، لها كتلة ذرية تساوي 1. ذرة هيليوم ، مع نواة من بروتونين ونيوترونين ، لها كتلة ذرية تساوي 4.

تحتوي نوى ذرات العنصر نفسه دائمًا على نفس عدد البروتونات ، ولكن قد يكون عدد النيوترونات مختلفًا. الذرات التي تحتوي على نوى بنفس عدد البروتونات ، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات وتتعلق بأنواع من نفس العنصر ، تسمى النظائر. لتمييزها عن بعضها البعض ، يتم تخصيص رقم يساوي مجموع كل الجسيمات في نواة نظير معين لرمز العنصر.

قد يطرح السؤال: لماذا لا تتفتت نواة الذرة؟ بعد كل شيء ، فإن البروتونات الموجودة فيه عبارة عن جسيمات مشحونة كهربائيًا بنفس الشحنة ، والتي يجب أن تتنافر بقوة كبيرة. يفسر ذلك حقيقة أنه يوجد داخل النواة أيضًا ما يسمى بالقوى داخل النواة التي تجذب جزيئات النواة لبعضها البعض. تعوض هذه القوى قوى التنافر للبروتونات ولا تسمح للنواة بالتطاير بشكل تلقائي.

القوى النووية الداخلية قوية جدًا ، لكنها تعمل فقط من مسافة قريبة جدًا. لذلك ، فإن نوى العناصر الثقيلة ، المكونة من مئات النكليونات ، تبين أنها غير مستقرة. تكون جزيئات النواة هنا في حركة مستمرة (ضمن حجم النواة) ، وإذا أضفت قدرًا إضافيًا من الطاقة إليها ، فيمكنها التغلب على القوى الداخلية - سيتم تقسيم النواة إلى أجزاء. كمية هذه الطاقة الزائدة تسمى طاقة الإثارة. من بين نظائر العناصر الثقيلة ، هناك نظائر تبدو على وشك الانهيار الذاتي. يكفي فقط "دفعة" صغيرة ، على سبيل المثال ، ضربة بسيطة في نواة نيوترون (وليس من الضروري حتى تسريعها إلى سرعة عالية) لبدء تفاعل الانشطار النووي. بعض هذه النظائر "الانشطارية" صنعت في وقت لاحق بشكل مصطنع. في الطبيعة ، لا يوجد سوى نظير واحد من هذا القبيل - وهو اليورانيوم 235.

تم اكتشاف أورانوس في عام 1783 من قبل كلابروث ، الذي عزله من طبقة اليورانيوم وأطلق عليه اسم كوكب أورانوس المكتشف مؤخرًا. كما اتضح لاحقًا ، لم يكن في الواقع يورانيوم بحد ذاته ، بل أكسيده. تم الحصول على اليورانيوم النقي ، وهو معدن أبيض فضي
فقط في عام 1842 بليجوت. لم يكن للعنصر الجديد أي خصائص ملحوظة ولم يجذب الانتباه حتى عام 1896 ، عندما اكتشف بيكريل ظاهرة النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم. بعد ذلك ، أصبح اليورانيوم شيئًا بحث علميوالتجارب ولكن تطبيق عمليلا يزال لا.

عندما ، في الثلث الأول من القرن العشرين ، أصبحت بنية النواة الذرية واضحة إلى حد ما للفيزيائيين ، حاولوا أولاً تحقيق الحلم القديم للكيميائيين - لقد حاولوا تحويل عنصر كيميائي إلى عنصر آخر. في عام 1934 ، أبلغ الباحثون الفرنسيون ، الزوجان فريدريك وإيرين جوليو كوري ، الأكاديمية الفرنسية للعلوم عن التجربة التالية: عندما تم قصف ألواح الألومنيوم بجزيئات ألفا (نوى ذرة الهيليوم) ، تحولت ذرات الألومنيوم إلى ذرات الفوسفور. ، ولكنها ليست عادية ، ولكنها مشعة ، والتي بدورها تنتقل إلى نظير مستقر من السيليكون. وهكذا ، فإن ذرة الألومنيوم ، بإضافة بروتون واحد ونيوترونين ، تحولت إلى ذرة سيليكون أثقل.

أدت هذه التجربة إلى فكرة أنه إذا تم "قصف" النيوترونات بنوى أثقل عنصر موجود في الطبيعة - اليورانيوم ، عندئذٍ يمكنك الحصول على مثل هذا العنصر ، والذي في فيفولا. في عام 1938 ، كرر الكيميائيون الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان بشكل عام تجربة أزواج جوليو كوري ، حيث أخذوا اليورانيوم بدلاً من الألمنيوم. لم تكن نتائج التجربة كما توقعوا على الإطلاق - فبدلاً من عنصر جديد فائق الثقل بعدد كتلته أكبر من كتلة اليورانيوم ، تلقى هان وستراسمان عناصر خفيفة من الجزء الأوسط من النظام الدوري: الباريوم والكريبتون والبروم و بعض الآخرين. لم يتمكن المجربون أنفسهم من تفسير الظاهرة المرصودة. فقط في العام القادموجد الفيزيائي ليز مايتنر ، الذي أبلغ هان عن صعوباته ، التفسير الصحيح للظاهرة المرصودة ، مشيرًا إلى أنه عندما تم قصف اليورانيوم بالنيوترونات ، فإن نواته تنقسم (تنشطر). في هذه الحالة ، يجب تكوين نوى لعناصر أخف (هذا هو المكان الذي تم أخذ منه الباريوم والكريبتون ومواد أخرى) ، وكذلك يجب إطلاق 2-3 نيوترونات حرة. سمح مزيد من البحث لتوضيح صورة ما يحدث بالتفصيل.

يتكون اليورانيوم الطبيعي من مزيج من ثلاثة نظائر بكتل 238 و 234 و 235. تسقط الكمية الرئيسية من اليورانيوم على النظير 238 ، التي تضم نواتها 92 بروتونًا و 146 نيوترونًا. اليورانيوم -235 هو 1/140 فقط من اليورانيوم الطبيعي (0.7٪ (يحتوي على 92 بروتون و 143 نيوترون في نواته) ، واليورانيوم -234 (92 بروتون ، 142 نيوترون) فقط 1/17500 من الكتلة الكلية لليورانيوم ( 006٪ أقل هذه النظائر استقرارًا هو اليورانيوم -235.

من وقت لآخر ، تنقسم نوى ذراتها تلقائيًا إلى أجزاء ، ونتيجة لذلك تتشكل عناصر أخف من النظام الدوري. تترافق هذه العملية مع إطلاق اثنين أو ثلاثة من النيوترونات الحرة ، والتي تندفع بسرعة هائلة - حوالي 10 آلاف كم / ثانية (يطلق عليها اسم نيوترونات سريعة). يمكن لهذه النيوترونات أن تصطدم بنوى يورانيوم أخرى مسببة تفاعلات نووية. يتصرف كل نظير بشكل مختلف في هذه الحالة. في معظم الحالات ، تلتقط نوى اليورانيوم 238 هذه النيوترونات دون أي تحولات أخرى. ولكن في حالة واحدة تقريبًا من أصل خمسة ، عندما يصطدم نيوترون سريع بنواة النظير 238 ، يحدث تفاعل نووي غريب: أحد نيوترونات اليورانيوم 238 يصدر إلكترونًا ، يتحول إلى بروتون ، أي نظير اليورانيوم يتحول إلى المزيد
العنصر الثقيل هو النبتونيوم 239 (93 بروتون + 146 نيوترون). لكن النبتونيوم غير مستقر - بعد بضع دقائق ، يصدر أحد نيوتروناته إلكترونًا ، يتحول إلى بروتون ، وبعد ذلك يتحول نظير النبتونيوم إلى العنصر التالي في النظام الدوري - البلوتونيوم 239 (94 بروتونًا + 145 نيوترونًا). إذا دخل نيوترون إلى نواة يورانيوم -235 غير المستقر ، يحدث الانشطار على الفور - تتحلل الذرات مع انبعاث نيوترونين أو ثلاثة. من الواضح أنه في اليورانيوم الطبيعي ، الذي تنتمي معظم ذراته إلى النظير 238 ، فإن هذا التفاعل ليس له عواقب واضحة - سيتم امتصاص جميع النيوترونات الحرة في النهاية بواسطة هذا النظير.

ولكن ماذا لو تخيلنا قطعة ضخمة إلى حد ما من اليورانيوم ، تتكون بالكامل من النظير 235؟

هنا ستسير العملية بشكل مختلف: النيوترونات التي يتم إطلاقها أثناء انشطار عدة نوى ، والتي بدورها تسقط في نوى مجاورة ، تسبب انشطارها. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق جزء جديد من النيوترونات ، والذي يقسم النوى التالية. في ظل ظروف مواتية ، يستمر هذا التفاعل مثل الانهيار الجليدي ويسمى التفاعل المتسلسل. قد يكفي القليل من الجسيمات المتساقطة لبدء ذلك.

في الواقع ، دع 100 نيوترون فقط تقصف اليورانيوم 235. سيقومون بتقسيم 100 نواة من اليورانيوم. في هذه الحالة ، سيتم إطلاق 250 نيوترونًا جديدًا من الجيل الثاني (بمعدل 2.5 لكل انشطار). ستنتج نيوترونات الجيل الثاني بالفعل 250 انشطارًا ، حيث سيتم إطلاق 625 نيوترونًا. في الجيل القادم سيكون 1562 ، ثم 3906 ، ثم 9670 ، وهكذا. سيزداد عدد الأقسام بلا حدود إذا لم يتم إيقاف العملية.

ومع ذلك ، في الواقع ، يدخل جزء ضئيل فقط من النيوترونات إلى نوى الذرات. يتم نقل الباقين ، الذين يندفعون بسرعة بينهم ، بعيدًا في الفضاء المحيط. لا يمكن أن يحدث تفاعل متسلسل مستدام ذاتيًا إلا في مجموعة كبيرة بما فيه الكفاية من اليورانيوم -235 ، والذي يُقال إنه يحتوي على كتلة حرجة. (هذه الكتلة في الظروف الطبيعيةتساوي 50 كجم) من المهم أن نلاحظ أن انشطار كل نواة يترافق مع إطلاق كمية هائلة من الطاقة ، والتي تبين أنها تزيد بنحو 300 مليون مرة عن الطاقة التي يتم إنفاقها على الانقسام! (تم حساب أنه مع الانشطار الكامل لـ 1 كجم من اليورانيوم -235 ، يتم إطلاق نفس كمية الحرارة كما هو الحال عند حرق 3 آلاف طن من الفحم).

هذه الزيادة الهائلة في الطاقة ، التي تم إطلاقها في غضون لحظات ، تتجلى على أنها انفجار للقوة الوحشية وتكمن وراء تشغيل الأسلحة النووية. ولكن لكي يصبح هذا السلاح حقيقة ، من الضروري ألا تتكون الشحنة من اليورانيوم الطبيعي ، ولكن من نظير نادر - 235 (يسمى هذا اليورانيوم المخصب). اكتشف لاحقًا أن البلوتونيوم النقي هو أيضًا مادة قابلة للانشطار ويمكن استخدامه في شحنة ذرية بدلاً من اليورانيوم 235.

تم إجراء كل هذه الاكتشافات المهمة عشية الحرب العالمية الثانية. سرعان ما بدأ العمل السري في ألمانيا ودول أخرى لإنشاء قنبلة ذرية. في الولايات المتحدة ، تم تناول هذه المشكلة في عام 1941. تم تسمية مجمع الأعمال بالكامل باسم "مشروع مانهاتن".

تولى القيادة الإدارية للمشروع الجنرال غروفز ، وتولى التوجيه العلمي البروفيسور روبرت أوبنهايمر من جامعة كاليفورنيا. كان كلاهما مدركًا تمامًا للتعقيد الهائل للمهمة المنوطة بهما. لذلك ، كان اهتمام أوبنهايمر الأول هو اكتساب فريق علمي ذكي للغاية. في الولايات المتحدة في ذلك الوقت كان هناك العديد من الفيزيائيين الذين هاجروا من ألمانيا الفاشية. لم يكن من السهل إشراكهم في صناعة أسلحة موجهة ضد وطنهم السابق. تحدث أوبنهايمر إلى الجميع شخصيًا ، مستخدمًا القوة الكاملة لسحره. سرعان ما تمكن من جمع مجموعة صغيرة من المنظرين ، الذين أطلق عليهم مازحا "النجوم". وفي الواقع ، ضمت أكبر الخبراء في ذلك الوقت في مجال الفيزياء والكيمياء. (من بينهم 13 فائزاً جائزة نوبل، بما في ذلك Bohr و Fermi و Frank و Chadwick و Lawrence.) بالإضافة إلى ذلك ، كان هناك العديد من المتخصصين الآخرين من مختلف التشكيلات.

لم تبخل حكومة الولايات المتحدة في الإنفاق ، ومنذ البداية اتخذ العمل نطاقًا ضخمًا. في عام 1942 ، تم تأسيس أكبر معمل أبحاث في العالم في لوس ألاموس. وصل عدد سكان هذه المدينة العلمية قريبًا إلى 9 آلاف شخص. من حيث تكوين العلماء ، ونطاق التجارب العلمية ، وعدد المتخصصين والعاملين المشاركين في العمل ، فإن مختبر لوس ألاموس لم يكن له مثيل في تاريخ العالم. كان لمشروع مانهاتن شرطته الخاصة ، والاستخبارات المضادة ، ونظام الاتصالات ، والمستودعات ، والمستوطنات ، والمصانع ، والمختبرات ، وميزانيته الضخمة الخاصة.

كان الهدف الرئيسي للمشروع هو الحصول على ما يكفي من المواد الانشطارية لصنع عدة قنابل ذرية. بالإضافة إلى اليورانيوم 235 ، كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن يكون العنصر الاصطناعي البلوتونيوم 239 بمثابة شحنة للقنبلة ، أي أن القنبلة يمكن أن تكون إما يورانيوم أو بلوتونيوم.

اتفق غروفز وأوبنهايمر على أن العمل يجب أن يتم في وقت واحد في اتجاهين ، لأنه من المستحيل تحديد أي منهما سيكون واعدًا بشكل أكبر. كانت كلتا الطريقتين مختلفتين اختلافًا جوهريًا عن بعضهما البعض: كان يجب تنفيذ تراكم اليورانيوم -235 عن طريق فصله عن الجزء الأكبر من اليورانيوم الطبيعي ، ولا يمكن الحصول على البلوتونيوم إلا نتيجة تفاعل نووي محكوم بإشعاع اليورانيوم 238 باستخدام النيوترونات. بدا كلا المسارين صعبًا بشكل غير عادي ولم يعدا بحلول سهلة.

في الواقع ، كيف يمكن فصل نظيرين عن بعضهما البعض ، والتي تختلف اختلافًا طفيفًا في وزنها وتتصرف كيميائيًا بنفس الطريقة تمامًا؟ لم يواجه العلم ولا التكنولوجيا مثل هذه المشكلة على الإطلاق. كما بدا إنتاج البلوتونيوم مشكلة كبيرة في البداية. قبل ذلك ، تم تقليص التجربة الكاملة للتحولات النووية إلى عدة تجارب معملية. الآن كان من الضروري إتقان إنتاج كيلوغرامات من البلوتونيوم على نطاق صناعي ، وتطوير وإنشاء منشأة خاصة لهذا - مفاعل نووي ، ومعرفة كيفية التحكم في مسار التفاعل النووي.

وهنا وهناك كان لابد من حل مجموعة كاملة من المشاكل المعقدة. لذلك ، تألف "مشروع مانهاتن" من عدة مشاريع فرعية ، برئاسة علماء بارزين. كان أوبنهايمر نفسه رئيسًا لمختبر لوس ألاموس للعلوم. كان لورنس مسؤولاً عن مختبر الإشعاع بجامعة كاليفورنيا. قاد فيرمي بحثًا في جامعة شيكاغو حول إنشاء مفاعل نووي.

في البدايه مشكلة رئيسيةتلقى اليورانيوم. قبل الحرب ، لم يكن لهذا المعدن أي فائدة. الآن بعد أن تم الاحتياج إليه بكميات ضخمة على الفور ، اتضح أنه لا توجد طريقة صناعية لإنتاجه.

شرعت شركة Westinghouse في تطويرها وحققت نجاحًا سريعًا. بعد تنقية راتنج اليورانيوم (في هذا الشكل ، يوجد اليورانيوم في الطبيعة) والحصول على أكسيد اليورانيوم ، تم تحويله إلى رباعي فلوريد (UF4) ، والذي تم عزل اليورانيوم المعدني منه عن طريق التحليل الكهربائي. إذا كان لدى العلماء الأمريكيين في نهاية عام 1941 بضعة جرامات فقط من اليورانيوم المعدني تحت تصرفهم ، ففي نوفمبر 1942 وصل الإنتاج الصناعي في مصانع ويستنجهاوس إلى 6000 رطل شهريًا.

في الوقت نفسه ، كان العمل جارياً لإنشاء مفاعل نووي. عملية إنتاج البلوتونيوم في الواقع تغلي حتى تشعيع قضبان اليورانيوم بالنيوترونات ، ونتيجة لذلك تحول جزء من اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم. مصادر النيوترونات في هذه الحالة يمكن أن تكون ذرات اليورانيوم -235 الانشطارية المنتشرة بكميات كافية بين ذرات اليورانيوم 238. ولكن من أجل الحفاظ على التكاثر المستمر للنيوترونات ، يجب أن يبدأ تفاعل متسلسل لانشطار ذرات اليورانيوم 235. وفي الوقت نفسه ، كما ذكرنا سابقًا ، لكل ذرة من اليورانيوم 235 كان هناك 140 ذرة من اليورانيوم 238. من الواضح أن النيوترونات التي تطير في جميع الاتجاهات كان من المرجح أن تلتقي بها بالضبط في طريقها. وهذا يعني أن عددًا كبيرًا من النيوترونات المنبعثة اتضح أن النظير الرئيسي يمتصها دون جدوى. من الواضح ، في ظل هذه الظروف ، أن التفاعل المتسلسل لا يمكن أن يستمر. كيف تكون؟

في البداية بدا أنه بدون فصل نظيرين ، كان تشغيل المفاعل مستحيلًا بشكل عام ، ولكن سرعان ما تم تحديد ظرف واحد مهم: اتضح أن اليورانيوم 235 واليورانيوم 238 كانا عرضة للنيوترونات ذات الطاقات المختلفة. من الممكن تقسيم نواة ذرة يورانيوم -235 بنيوترون ذو طاقة منخفضة نسبيًا ، وسرعته حوالي 22 م / ث. هذه النيوترونات البطيئة لا تلتقطها نوى اليورانيوم 238 - ولهذا يجب أن تصل سرعتها إلى مئات الآلاف من الأمتار في الثانية. بعبارة أخرى ، اليورانيوم 238 عاجز عن منع بدء وتطور التفاعل المتسلسل في اليورانيوم -235 الناجم عن تباطؤ النيوترونات إلى سرعات منخفضة للغاية - لا تزيد عن 22 م / ث. اكتشف هذه الظاهرة الفيزيائي الإيطالي فيرمي ، الذي عاش في الولايات المتحدة منذ عام 1938 وأشرف على العمل على إنشاء أول مفاعل هنا. قرر Fermi استخدام الجرافيت كوسيط للنيوترونات. وفقًا لحساباته ، فإن النيوترونات المنبعثة من اليورانيوم 235 ، بعد مرورها عبر طبقة من الجرافيت 40 سم ، يجب أن تقلل سرعتها إلى 22 م / ث وتبدأ تفاعلًا متسلسلًا مستدامًا ذاتيًا في اليورانيوم 235.

يمكن أن يكون ما يسمى بالماء "الثقيل" بمثابة وسيط آخر. نظرًا لأن ذرات الهيدروجين التي يتكون منها قريبة جدًا من حيث الحجم والكتلة للنيوترونات ، فمن الأفضل إبطائها. (يحدث نفس الشيء تقريبًا مع النيوترونات السريعة كما هو الحال مع الكرات: إذا اصطدمت كرة صغيرة بأخرى كبيرة ، فإنها تتراجع ، تقريبًا دون أن تفقد سرعتها ، ولكن عندما تلتقي بكرة صغيرة ، فإنها تنقل جزءًا كبيرًا من طاقتها إليها - تمامًا مثل النيوترون في اصطدام مرن يرتد من نواة ثقيلة فقط يتباطأ قليلاً ، وعند الاصطدام بنواة ذرات الهيدروجين يفقد كل طاقته بسرعة كبيرة.) ومع ذلك ، فإن الماء العادي غير مناسب للإبطاء ، لأن الهيدروجين يميل لامتصاص النيوترونات. لهذا السبب يجب استخدام الديوتيريوم ، وهو جزء من الماء "الثقيل" ، لهذا الغرض.

في أوائل عام 1942 ، تحت قيادة فيرمي ، بدأ بناء أول مفاعل نووي على الإطلاق في ملعب التنس تحت المدرجات الغربية لملعب شيكاغو. تم تنفيذ جميع الأعمال من قبل العلماء أنفسهم. يمكن التحكم في التفاعل بالطريقة الوحيدة - عن طريق تعديل عدد النيوترونات المشاركة في التفاعل المتسلسل. تصور فيرمي القيام بذلك باستخدام قضبان مصنوعة من مواد مثل البورون والكادميوم ، والتي تمتص النيوترونات بقوة. كان طوب الجرافيت بمثابة وسيط ، حيث أقام الفيزيائيون أعمدة ارتفاعها 3 أمتار وعرضها 1.2 متر ، وتم تركيب كتل مستطيلة من أكسيد اليورانيوم بينها. ذهب حوالي 46 طنًا من أكسيد اليورانيوم و 385 طنًا من الجرافيت إلى الهيكل بأكمله. لإبطاء التفاعل ، يتم إدخال قضبان الكادميوم والبورون في المفاعل.

إذا لم يكن هذا كافيًا ، فمن أجل التأمين ، على منصة تقع فوق المفاعل ، كان هناك عالمان مع دلاء مملوءة بمحلول أملاح الكادميوم - كان من المفترض أن يسكباها على المفاعل إذا خرج التفاعل عن السيطرة. لحسن الحظ ، لم يكن هذا مطلوبًا. في 2 ديسمبر 1942 ، أمر فيرمي بتمديد جميع قضبان التحكم ، وبدأت التجربة. بعد أربع دقائق ، بدأت عدادات النيوترونات في النقر بصوت أعلى وأعلى. مع كل دقيقة ، تزداد شدة تدفق النيوترونات. يشير هذا إلى حدوث تفاعل متسلسل في المفاعل. استمر لمدة 28 دقيقة. ثم أشار فيرمي ، وأوقفت القضبان المنخفضة العملية. وهكذا ، وللمرة الأولى ، أطلق الإنسان طاقة النواة الذرية وأثبت أنه يستطيع التحكم فيها متى شاء. الآن لم يعد هناك أي شك في أن الأسلحة النووية أصبحت حقيقة واقعة.

في عام 1943 ، تم تفكيك مفاعل فيرمي ونقله إلى مختبر أراغون الوطني (50 كم من شيكاغو). كان هنا بعد قليل
تم بناء مفاعل نووي آخر ، حيث تم استخدام الماء الثقيل كوسيط. وهي تتألف من خزان أسطواني من الألومنيوم يحتوي على 6.5 طن من الماء الثقيل ، حيث تم تحميل 120 قضيبًا من معدن اليورانيوم عموديًا ، ومحاطة بغلاف من الألومنيوم. صنعت قضبان التحكم السبعة من الكادميوم. حول الخزان كان هناك عاكس من الجرافيت ، ثم شاشة مصنوعة من سبائك الرصاص والكادميوم. كان الهيكل بأكمله محاطًا بقشرة خرسانية بسماكة حوالي 2.5 متر.

أكدت التجارب على هذه المفاعلات التجريبية الاحتمال الإنتاج الصناعيالبلوتونيوم.

سرعان ما أصبح المركز الرئيسي لـ "مشروع مانهاتن" بلدة أوك ريدج في وادي نهر تينيسي ، والتي نما عدد سكانها في غضون بضعة أشهر إلى 79 ألف نسمة. هنا ، في وقت قصير ، تم بناء أول مصنع لإنتاج اليورانيوم المخصب. في عام 1943 ، تم إطلاق مفاعل صناعي ينتج البلوتونيوم. في فبراير 1944 ، تم استخراج حوالي 300 كجم من اليورانيوم منه يوميًا ، تم الحصول على البلوتونيوم من سطحه بالفصل الكيميائي. (للقيام بذلك ، تم أولاً إذابة البلوتونيوم ثم ترسبه). ثم تمت إعادة اليورانيوم المنقى إلى المفاعل مرة أخرى. في نفس العام ، في الصحراء القاحلة المقفرة على الضفة الجنوبية لنهر كولومبيا ، بدأ البناء في مصنع هانفورد الضخم. توجد هنا ثلاثة مفاعلات نووية قوية تعطي مئات الجرامات من البلوتونيوم يومياً.

في موازاة ذلك ، كان البحث على قدم وساق لتطوير عملية صناعية لتخصيب اليورانيوم.

بعد النظر متغيرات مختلفةقرر غروفز وأوبنهايمر التركيز على طريقتين: نشر الغاز والكهرومغناطيسية.

استندت طريقة انتشار الغاز إلى مبدأ يُعرف باسم قانون جراهام (صاغه الكيميائي الاسكتلندي توماس جراهام لأول مرة في عام 1829 وطوره الفيزيائي الإنجليزي رايلي في عام 1896). وفقًا لهذا القانون ، إذا تم تمرير غازين ، أحدهما أخف من الآخر ، عبر مرشح بفتحات صغيرة بشكل مهمل ، فسيمر عبره غاز خفيف أكثر قليلاً من الغاز الثقيل. في تشرين الثاني (نوفمبر) 1942 ، ابتكر أوري ودننغ في جامعة كولومبيا طريقة انتشار غازي لفصل نظائر اليورانيوم على أساس طريقة رايلي.

نظرًا لأن اليورانيوم الطبيعي مادة صلبة ، فقد تم تحويله أولاً إلى فلوريد اليورانيوم (UF6). ثم تم تمرير هذا الغاز عبر ثقوب مجهرية - بترتيب جزء من الألف من المليمتر - في حاجز المرشح.

نظرًا لأن الاختلاف في الأوزان المولية للغازات كان صغيرًا جدًا ، فقد زاد محتوى اليورانيوم 235 فقط بعامل 1.0002 خلف الحاجز.

من أجل زيادة كمية اليورانيوم 235 أكثر ، يتم تمرير الخليط الناتج مرة أخرى عبر فاصل ، وتزداد كمية اليورانيوم مرة أخرى بمقدار 1.0002 مرة. وبالتالي ، من أجل زيادة محتوى اليورانيوم 235 إلى 99٪ ، كان من الضروري تمرير الغاز عبر 4000 مرشح. حدث هذا في مصنع انتشار غازي ضخم في أوك ريدج.

في عام 1940 ، تحت قيادة إرنست لورانس في جامعة كاليفورنيا ، بدأ البحث حول فصل نظائر اليورانيوم بالطريقة الكهرومغناطيسية. كان من الضروري العثور على مثل هذا العمليات الفيزيائية، مما يسمح بفصل النظائر باستخدام الاختلاف في كتلها. حاول لورنس فصل النظائر باستخدام مبدأ مطياف الكتلة - أداة تحدد كتل الذرات.

كان مبدأ عملها على النحو التالي: تم تسريع الذرات المتأينة مسبقًا بواسطة مجال كهربائي ، ثم مرت عبر مجال مغناطيسي وصفوا فيه الدوائر الموجودة في مستوى عمودي على اتجاه المجال. نظرًا لأن أنصاف أقطار هذه المسارات كانت متناسبة مع الكتلة ، فقد انتهى الأمر بالأيونات الخفيفة في دوائر بنصف قطر أصغر من الدوائر الثقيلة. إذا تم وضع المصائد في مسار الذرات ، فمن الممكن بهذه الطريقة جمع النظائر المختلفة بشكل منفصل.

كانت هذه هي الطريقة. في ظل ظروف معملية ، أعطى نتائج جيدة. ولكن ثبت أن بناء مصنع يمكن فيه فصل النظائر على نطاق صناعي صعب للغاية. ومع ذلك ، تمكن لورانس في النهاية من التغلب على جميع الصعوبات. كانت نتيجة جهوده ظهور الكالوترون ، الذي تم تثبيته في مصنع عملاق في أوك ريدج.

تم بناء هذا المصنع الكهرومغناطيسي في عام 1943 واتضح أنه ربما يكون أغلى من بنات أفكار مشروع مانهاتن. طريقة لورنس مطلوبة عدد كبيرالأجهزة المعقدة ، التي لم يتم تطويرها بعد المرتبطة بالجهد العالي والفراغ العالي والقوي المجالات المغناطيسية. كانت التكاليف هائلة. كان للكالوترون مغناطيس كهربي عملاق يصل طوله إلى 75 م ويزن حوالي 4000 طن.

دخلت عدة آلاف من الأطنان من الأسلاك الفضية في لفات هذا المغناطيس الكهربائي.

كلف العمل بأكمله (باستثناء تكلفة الفضة بقيمة 300 مليون دولار ، والتي قدمتها خزانة الدولة بشكل مؤقت فقط) 400 مليون دولار. فقط للكهرباء التي ينفقها الكالترون ، دفعت وزارة الدفاع 10 ملايين. كان الكثير من المعدات في مصنع أوك ريدج متفوقًا من حيث الحجم والدقة على أي شيء تم تطويره في هذا المجال.

لكن كل هذه النفقات لم تذهب سدى. بعد إنفاق ما مجموعه حوالي 2 مليار دولار ، ابتكر العلماء الأمريكيون بحلول عام 1944 تقنية فريدة لتخصيب اليورانيوم وإنتاج البلوتونيوم. في هذه الأثناء ، في مختبر لوس ألاموس ، كانوا يعملون على تصميم القنبلة نفسها. كان مبدأ تشغيله واضحًا بشكل عام لفترة طويلة: كان يجب نقل المادة الانشطارية (البلوتونيوم أو اليورانيوم -235) إلى حالة حرجة وقت الانفجار (لحدوث تفاعل متسلسل ، يجب نقل كتلة يجب أن تكون الشحنة أكبر بشكل ملحوظ من الشحنة الحرجة) وتشعيعها بحزمة نيوترونية ، مما يستلزم بداية تفاعل متسلسل.

وفقًا للحسابات ، تجاوزت الكتلة الحرجة للشحنة 50 كيلوجرامًا ، ولكن يمكن تقليلها بشكل كبير. بشكل عام ، يتأثر حجم الكتلة الحرجة بشدة بعدة عوامل. كلما كبرت مساحة الشحنة ، زاد انبعاث النيوترونات بلا فائدة في الفضاء المحيط. الكرة لديها أصغر مساحة سطح. وبالتالي ، فإن الشحنات الكروية ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، لها أصغر كتلة حرجة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد قيمة الكتلة الحرجة على نقاوة ونوع المواد الانشطارية. يتناسب عكسياً مع مربع كثافة هذه المادة ، مما يسمح ، على سبيل المثال ، بمضاعفة الكثافة ، بتقليل الكتلة الحرجة بمقدار أربعة أضعاف. يمكن الحصول على الدرجة المطلوبة دون الحرجية ، على سبيل المثال ، عن طريق ضغط المواد الانشطارية بسبب انفجار شحنة متفجرة تقليدية مصنوعة في شكل قذيفة كروية تحيط بالشحنة النووية. يمكن أيضًا تقليل الكتلة الحرجة من خلال إحاطة الشحنة بشاشة تعكس النيوترونات جيدًا. يمكن استخدام الرصاص ، البريليوم ، التنجستن ، اليورانيوم الطبيعي ، الحديد ، وغيرها الكثير مثل هذه الشاشة.

يتكون أحد التصاميم المحتملة للقنبلة الذرية من قطعتين من اليورانيوم ، والتي عند الجمع بينهما تشكل كتلة أكبر من الكتلة الحرجة. من أجل التسبب في انفجار قنبلة ، يجب أن تجمعهم معًا في أسرع وقت ممكن. الطريقة الثانية تعتمد على استخدام انفجار داخلي متقارب. في هذه الحالة ، تم توجيه تدفق الغازات من مادة متفجرة تقليدية نحو المادة الانشطارية الموجودة بداخلها وضغطها حتى تصل إلى الكتلة الحرجة. يؤدي اتصال الشحنة وإشعاعها الشديد بالنيوترونات ، كما ذكرنا سابقًا ، إلى حدوث تفاعل متسلسل ، ونتيجة لذلك ، ترتفع درجة الحرارة في الثانية الأولى إلى مليون درجة. خلال هذا الوقت ، تمكن حوالي 5 ٪ فقط من الكتلة الحرجة من الانفصال. تبخرت بقية الشحنة في تصميمات القنابل المبكرة بدونها
أي خير.

تم تجميع أول قنبلة ذرية في التاريخ (أطلق عليها اسم "الثالوث") في صيف عام 1945. وفي 16 يونيو 1945 ، تم تنفيذ أول انفجار ذري على الأرض في موقع التجارب النووية في صحراء ألاموغوردو (نيو مكسيكو). تم وضع القنبلة في وسط موقع الاختبار على قمة برج فولاذي طوله 30 مترًا. تم وضع معدات التسجيل حولها على مسافة كبيرة. على بعد 9 كم كان هناك نقطة مراقبة ، وعلى بعد 16 كم - مركز قيادة. ترك الانفجار الذري انطباعًا هائلًا لدى جميع الشهود على هذا الحدث. وفقًا لوصف شهود العيان ، كان هناك شعور بأن العديد من الشموس اندمجت في واحدة وأضاءت المضلع في وقت واحد. ثم ظهرت كرة ضخمة من النار فوق السهل ، وبدأت سحابة مستديرة من الغبار والنور تتصاعد نحوه ببطء وبشكل ينذر بالسوء.

بعد الإقلاع من الأرض ، طارت كرة النار هذه إلى ارتفاع أكثر من ثلاثة كيلومترات في بضع ثوانٍ. مع كل لحظة نما فيها حجمها ، سرعان ما وصل قطرها إلى 1.5 كيلومتر ، وارتفعت ببطء إلى طبقة الستراتوسفير. ثم أفسحت كرة النار الطريق لعمود من الدخان الملتف ، امتد إلى ارتفاع 12 كم ، على شكل فطر عملاق. كان كل هذا مصحوبًا بزئير رهيب ارتعدت منه الأرض. فاقت قوة القنبلة المنفجرة كل التوقعات.

بمجرد أن سمح الوضع الإشعاعي ، اندفعت العديد من دبابات شيرمان ، المبطنة بألواح الرصاص من الداخل ، إلى منطقة الانفجار. كان على أحدهم فيرمي ، الذي كان حريصًا على رؤية نتائج عمله. ظهرت الأرض المحروقة الميتة أمام عينيه ، حيث دمرت الحياة كلها داخل دائرة نصف قطرها 1.5 كيلومتر. تبلد الرمل في قشرة زجاجية مخضرة تغطي الأرض. في حفرة ضخمة وضعت بقايا مشوهة لبرج دعم فولاذي. وقدرت قوة الانفجار بحوالي 20 ألف طن من مادة تي إن تي.

كانت الخطوة التالية هي الاستخدام القتالي للقنبلة ضد اليابان ، والتي ، بعد استسلام ألمانيا الفاشية ، واصلت وحدها الحرب مع الولايات المتحدة وحلفائها. لم تكن هناك عربات إطلاق في ذلك الوقت ، لذلك كان يجب تنفيذ القصف من طائرة. تم نقل مكونات القنبلتين بعناية فائقة من قبل يو إس إس إنديانابوليس إلى جزيرة تينيان ، حيث كان مقر مجموعة القوات الجوية الأمريكية 509 المركبة. حسب نوع الشحنة والتصميم ، كانت هذه القنابل مختلفة بعض الشيء عن بعضها البعض.

القنبلة الأولى - "بيبي" - كانت قنبلة جوية كبيرة الحجم بشحنة ذرية من اليورانيوم 235 عالي التخصيب. كان طوله حوالي 3 أمتار ، وقطره - 62 سم ​​، ووزنه - 4.1 طن.

القنبلة الثانية - "فات مان" - المشحونة بالبلوتونيوم 239 كانت على شكل بيضة مع موازن كبير الحجم. طوله
كان 3.2 م ، قطرها 1.5 م ، الوزن - 4.5 طن.

في 6 أغسطس ، أسقط مفجر الكولونيل تيبيتس بي 29 إينولا جاي "كيد" على مدينة هيروشيما اليابانية الكبيرة. أسقطت القنبلة بالمظلة وانفجرت كما كان مخططا على ارتفاع 600 متر من الأرض.

كانت عواقب الانفجار رهيبة. حتى على الطيارين أنفسهم ، فإن مشهد المدينة المسالمة التي دمروها في لحظة كان له انطباع محبط. لاحقًا ، اعترف أحدهم بأنهم رأوا في تلك اللحظة أسوأ شيء يمكن لأي شخص رؤيته.

بالنسبة لأولئك الذين كانوا على الأرض ، بدا ما كان يحدث وكأنه جحيم حقيقي. بادئ ذي بدء ، مرت موجة حر فوق هيروشيما. استمر تأثيرها بضع لحظات فقط ، لكنها كانت قوية جدًا لدرجة أنها صهرت حتى البلاط وبلورات الكوارتز في ألواح الجرانيت ، وحولت أعمدة الهاتف إلى فحم على مسافة 4 كيلومترات ، وأخيراً تم حرقها بشدة. أجسام بشريةولم يبق منهم إلا الظلال على الرصيف الإسفلتي أو على جدران البيوت. ثم هربت عاصفة من الرياح الهائلة من تحت كرة النار واندفعت فوق المدينة بسرعة 800 كم / ساعة ، جرفت كل شيء في طريقها. انهارت المنازل التي لم تستطع تحمل هجومه الغاضب وكأنها قد قُطعت. في دائرة عملاقة يبلغ قطرها 4 كيلومترات ، لم يبق مبنى واحد سليمًا. بعد دقائق قليلة من الانفجار ، مرت أمطار سوداء مشعة فوق المدينة - تحولت هذه الرطوبة إلى بخار مكثف في الطبقات العالية من الغلاف الجوي وسقط على الأرض على شكل قطرات كبيرة ممزوجة بالغبار المشع.

بعد المطر سقطت المدينة دافع جديدالرياح ، تهب هذه المرة في اتجاه مركز الزلزال. كان أضعف من الأول ، لكنه كان لا يزال قوياً بما يكفي لاقتلاع الأشجار. أشعلت الريح حريقًا هائلاً اشتعل فيه كل ما يمكن أن يحترق. من بين 76000 مبنى ، تم تدمير وحرق 55000 بالكامل. واستذكر شهود هذه الكارثة الرهيبة مشاعل الناس التي سقطت منها الملابس المحترقة على الأرض مع تمزق الجلد ، وحشود من الناس المذهولين ، المغطاة بحروق مروعة ، الذين اندفعوا وهم يصرخون في الشوارع. كانت هناك رائحة خانقة من لحم بشري محترق في الهواء. يرقد الناس في كل مكان ، موتى ومحتضرون. كان هناك الكثير من المكفوفين والصم ، ولم يتمكنوا ، وهم يدقون في كل الاتجاهات ، من صنع أي شيء في حالة الفوضى التي سادت حولهم.

المؤسفون ، الذين كانوا من مركز الزلزال على مسافة تصل إلى 800 متر ، احترقوا في جزء من الثانية بالمعنى الحرفي للكلمة - تبخرت دواخلهم وتحولت أجسادهم إلى كتل من الفحم المدخن. يقع على بعد كيلومتر واحد من مركز الزلزال ، وقد أصابهم مرض الإشعاع في شكل شديد الخطورة. في غضون ساعات قليلة ، بدأوا في التقيؤ بشدة ، وقفزت درجة الحرارة إلى 39-40 درجة ، وظهر ضيق في التنفس ونزيف. ثم ظهرت قرح غير قابلة للشفاء على الجلد ، وتغير تكوين الدم بشكل كبير ، وتساقط الشعر. بعد معاناة رهيبة ، عادة في اليوم الثاني أو الثالث ، حدثت الوفاة.

في المجموع ، توفي حوالي 240 ألف شخص من جراء الانفجار والأمراض الإشعاعية. تلقى حوالي 160 ألفًا من المرض الإشعاعي بشكل أكثر اعتدالًا - تأخر موتهم المؤلم لعدة أشهر أو سنوات. عندما انتشرت أخبار الكارثة في جميع أنحاء البلاد ، أصيبت اليابان بالشلل والخوف. وزادت أكثر بعد أن أسقطت طائرة الميجر سويني بوكس ​​كار قنبلة ثانية على ناغازاكي في 9 أغسطس. كما قُتل وجُرح مئات الآلاف من السكان هنا. غير قادر على مقاومة الأسلحة الجديدة ، استسلمت الحكومة اليابانية - وضعت القنبلة الذرية نهاية للحرب العالمية الثانية.

انتهت الحرب. استمرت ست سنوات فقط ، لكنها تمكنت من تغيير العالم والناس تقريبًا إلى درجة يصعب التعرف عليها.

الحضارة الإنسانية قبل عام 1939 والحضارة الإنسانية بعد عام 1945 تختلف بشكل لافت للنظر عن بعضها البعض. هناك أسباب كثيرة لذلك ، ولكن من أهمها ظهور الأسلحة النووية. يمكن القول دون مبالغة أن ظل هيروشيما ظل طوال النصف الثاني من القرن العشرين بأكمله. لقد أصبح حرقًا أخلاقيًا عميقًا للعديد من الملايين من الناس ، سواء أولئك الذين كانوا معاصرين لهذه الكارثة والذين ولدوا بعد عقود من الزمان. الإنسان المعاصرلم يعد بإمكانه التفكير في العالم بالطريقة التي فكر بها قبل 6 أغسطس 1945 - لقد فهم بوضوح شديد أن هذا العالم لا يمكن أن يتحول إلى لا شيء في غضون لحظات قليلة.

لا يمكن للإنسان الحديث أن ينظر إلى الحرب ، كما شاهدها أجداده وأجداده - فهو يعلم على وجه اليقين أن هذه الحرب ستكون الأخيرة ، ولن يكون فيها رابحون ولا خاسرون فيها. لقد تركت الأسلحة النووية بصماتها على جميع المجالات الحياة العامة، والحضارة الحديثة لا تستطيع أن تعيش بنفس القوانين التي كانت عليها قبل ستين أو ثمانين عامًا. لا أحد يفهم هذا أفضل من صانعي القنبلة الذرية أنفسهم.

"الناس على كوكبنا كتب روبرت أوبنهايمر ، يجب أن يتحدوا. الرعب والدمار الذي زرعته الحرب الأخيرة يملي علينا هذه الفكرة. أثبتت تفجيرات القنابل الذرية ذلك بكل قسوة. قال أشخاص آخرون في أوقات أخرى كلمات مماثلة - فقط عن الأسلحة الأخرى والحروب الأخرى. لم ينجحوا. لكن من يقول اليوم أن هذه الكلمات عديمة الفائدة تنخدعه تقلبات التاريخ. لا يمكننا أن نكون مقتنعين بهذا. لا تترك نتائج عملنا خيارًا آخر للبشرية سوى إنشاء عالم موحد. عالم قائم على القانون والانسانية ".

بعد نهاية الحرب العالمية الثانية ، البلاد التحالف المناهض لهتلرسرعان ما حاولوا التفوق على بعضهم البعض في تطوير قنبلة نووية أكثر قوة.

أدى الاختبار الأول ، الذي أجراه الأمريكيون على أشياء حقيقية في اليابان ، إلى زيادة حدة الموقف بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة إلى أقصى حد. أدت الانفجارات القوية التي ضربت المدن اليابانية ودمرت عمليا كل أشكال الحياة فيها إلى إجبار ستالين على التخلي عن العديد من المطالبات على المسرح العالمي. تم "إلقاء" معظم الفيزيائيين السوفييت بشكل عاجل لتطوير أسلحة نووية.

متى وكيف ظهرت الأسلحة النووية

يمكن اعتبار عام 1896 عام ميلاد القنبلة الذرية. في ذلك الوقت اكتشف الكيميائي الفرنسي أ. بيكريل أن اليورانيوم مادة مشعة. يشكل التفاعل المتسلسل لليورانيوم طاقة قوية تعمل كأساس لانفجار مروع. من غير المحتمل أن يكون بيكريل قد تخيل أن اكتشافه سيؤدي إلى صنع أسلحة نووية - أفظع سلاح في العالم بأسره.

كانت نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين نقطة تحول في تاريخ اختراع الأسلحة النووية. في هذه الفترة الزمنية تمكن العلماء من مختلف دول العالم من اكتشاف القوانين والأشعة والعناصر التالية:

• أشعة ألفا وجاما وبيتا ؛
• تم اكتشاف العديد من النظائر العناصر الكيميائيةلها خصائص مشعة
• تم اكتشاف قانون الاضمحلال الإشعاعي ، والذي يحدد الوقت والاعتماد الكمي لشدة الاضمحلال الإشعاعي ، اعتمادًا على عدد الذرات المشعة في عينة الاختبار ؛
• ولدت التساوي القياس النووي.

في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تمكنوا لأول مرة من الانقسام نواة ذريةاليورانيوم مع امتصاص النيوترون. في نفس الوقت ، تم اكتشاف البوزيترونات والخلايا العصبية. أعطى كل هذا دفعة قوية لتطوير الأسلحة التي تستخدم الطاقة الذرية. في عام 1939 ، تم تسجيل براءة اختراع أول تصميم للقنبلة الذرية في العالم. قام بذلك الفيزيائي الفرنسي فريدريك جوليو كوري.

نتيجة لمزيد من البحث والتطوير في هذا المجال ، ولدت قنبلة نووية. إن قوة ومدى تدمير القنابل الذرية الحديثة كبير جدًا لدرجة أن الدولة التي لديها إمكانات نووية لا تحتاج عمليًا إلى جيش قوي ، لأن قنبلة ذرية واحدة قادرة على تدمير دولة بأكملها.

كيف تعمل القنبلة الذرية

تتكون القنبلة الذرية من عدة عناصر أهمها:

• فيلق القنبلة الذرية
• نظام أتمتة يتحكم في عملية الانفجار ؛
• شحنة نووية أو رأس حربي.

يوجد نظام الأتمتة في جسم القنبلة الذرية ، جنبًا إلى جنب مع الشحنة النووية. يجب أن يكون تصميم الهيكل موثوقًا بدرجة كافية لحماية الرأس الحربي من مختلف عوامل خارجيةوالتأثيرات. على سبيل المثال ، التأثيرات الميكانيكية والحرارية المختلفة أو التأثيرات المماثلة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى انفجار غير مخطط له لقوة عظمى ، قادرة على تدمير كل شيء حولها.

تتضمن مهمة الأتمتة التحكم الكامل في الانفجار في الوقت المناسب ، لذلك يتكون النظام من العناصر التالية:

• الجهاز المسؤول عن التفجير في حالات الطوارئ ؛
• مزود الطاقة لنظام الأتمتة ؛
• تقويض نظام الاستشعار
• جهاز تصويب
• جهاز أمان.

عندما أجريت التجارب الأولى ، تم تسليم القنابل النووية بواسطة الطائرات التي كان لديها الوقت لمغادرة المنطقة المتضررة. القنابل الذرية الحديثة قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن إطلاقها إلا باستخدام صواريخ كروز أو باليستية أو حتى صواريخ مضادة للطائرات.

تستخدم القنابل الذرية مجموعة متنوعة من أنظمة التفجير. أبسطها هو جهاز بسيط يتم تشغيله عندما تصيب قذيفة هدفًا.

من الخصائص الرئيسية للقنابل والصواريخ النووية تقسيمها إلى عيارات ، وهي ثلاثة أنواع:

• صغيرة ، فإن قوة القنابل الذرية من هذا العيار تعادل عدة آلاف من الأطنان من مادة تي إن تي ؛
• متوسطة (قوة الانفجار - عدة عشرات الآلاف من الأطنان من مادة تي إن تي) ؛
• كبيرة ، تُقاس قوتها المشحونة بملايين الأطنان من مادة تي إن تي.

من المثير للاهتمام أنه غالبًا ما يتم قياس قوة جميع القنابل النووية بدقة في مكافئ TNT ، حيث لا يوجد مقياس لقياس قوة انفجار الأسلحة الذرية.

خوارزميات لتشغيل القنابل النووية

تعمل أي قنبلة ذرية على مبدأ الاستخدام الطاقة النوويةأطلق أثناء تفاعل نووي. يعتمد هذا الإجراء إما على انشطار النوى الثقيلة أو تخليق الرئتين. منذ هذا التفاعل يطلق كمية هائلة من الطاقة ، وفي اقرب وقت، فإن نصف قطر تدمير القنبلة النووية مثير للإعجاب. بسبب هذه الميزة ، يتم تصنيف الأسلحة النووية كأسلحة دمار شامل.

هناك نقطتان أساسيتان في العملية تبدأان بانفجار القنبلة الذرية:

• هذا هو المركز المباشر للانفجار ، حيث يحدث التفاعل النووي ؛
• مركز الانفجار وهو موقع انفجار القنبلة.

الطاقة النووية المنبعثة أثناء انفجار القنبلة الذرية قوية جدًا لدرجة أن الهزات الزلزالية تبدأ على الأرض. في الوقت نفسه ، تسبب هذه الصدمات دمارًا مباشرًا فقط على مسافة عدة مئات من الأمتار (على الرغم من قوة انفجار القنبلة نفسها ، فإن هذه الصدمات لم تعد تؤثر على أي شيء).

عوامل الضرر في الانفجار النووي

إن انفجار القنبلة النووية لا يؤدي فقط إلى تدمير فوري رهيب. عواقب هذا الانفجار لن يشعر بها الأشخاص الذين سقطوا في المنطقة المتضررة فحسب ، بل سيشعر بها أيضًا أطفالهم الذين ولدوا بعد الانفجار الذري. تنقسم أنواع التدمير بالأسلحة الذرية إلى المجموعات التالية:

• إشعاع ضوئي يحدث مباشرة أثناء الانفجار ؛
• موجة الصدمة التي تنتشر بواسطة قنبلة بعد الانفجار مباشرة ؛
• نبض كهرومغناطيسي
• اختراق الإشعاع
• تلوث إشعاعي يمكن أن يستمر لعقود.

على الرغم من أن وميض الضوء للوهلة الأولى يمثل أقل تهديد ، إلا أنه في الواقع يتكون نتيجة إطلاق كمية هائلة من الطاقة الحرارية والضوء. تتجاوز قوتها وقوتها بكثير قوة أشعة الشمس ، لذا فإن هزيمة الضوء والحرارة يمكن أن تكون قاتلة على مسافة عدة كيلومترات.

كما أن الإشعاع المنبعث أثناء الانفجار خطير للغاية. على الرغم من أنها لا تدوم طويلاً ، إلا أنها تمكنت من إصابة كل شيء حولها ، نظرًا لأن قدرتها على الاختراق عالية بشكل لا يصدق.

تعمل موجة الصدمة في انفجار نووي مثل الموجة نفسها في الانفجارات التقليدية ، فقط قوتها ونصف قطرها للتدمير أكبر بكثير. في غضون ثوانٍ قليلة ، يتسبب في أضرار لا يمكن إصلاحها ليس فقط للأشخاص ، ولكن أيضًا للمعدات والمباني والطبيعة المحيطة.

يثير اختراق الإشعاع تطور مرض الإشعاع ، ولا يشكل النبض الكهرومغناطيسي خطورة إلا على المعدات. إن الجمع بين كل هذه العوامل ، بالإضافة إلى قوة الانفجار ، يجعل القنبلة الذرية أخطر سلاح في العالم.

أول تجربة للأسلحة النووية في العالم

كانت الولايات المتحدة الأمريكية هي أول بلد طور واختبر أسلحة نووية. كانت حكومة الولايات المتحدة هي التي خصصت إعانات نقدية ضخمة لتطوير أسلحة جديدة واعدة. بحلول نهاية عام 1941 ، تمت دعوة العديد من العلماء البارزين في مجال التطوير الذري إلى الولايات المتحدة ، الذين تمكنوا بحلول عام 1945 من تقديم نموذج أولي للقنبلة الذرية المناسبة للاختبار.

تم إجراء أول تجربة في العالم لقنبلة ذرية مجهزة بعبوة ناسفة في الصحراء بولاية نيو مكسيكو. تم تفجير قنبلة تسمى "Gadget" في 16 يوليو 1945. كانت نتيجة الاختبار إيجابية ، على الرغم من مطالبة الجيش باختبار قنبلة نووية في ظروف قتالية حقيقية.

نظرًا لأنه لم يتبق سوى خطوة واحدة قبل الانتصار في التحالف النازي ، وقد لا يكون هناك المزيد من هذه الفرصة ، قرر البنتاغون إلحاق ضربة نوويةمن الحليف الأخير ألمانيا النازية- اليابان. بالإضافة إلى ذلك ، كان من المفترض أن يؤدي استخدام القنبلة النووية إلى حل عدة مشاكل في آن واحد:

• لتجنب إراقة الدماء غير الضرورية التي قد تحدث حتمًا إذا وطأت القوات الأمريكية الأراضي الإمبراطورية اليابانية ؛
• لإجبار اليابانيين المتصلبين على ركبهم بضربة واحدة ، وإجبارهم على الموافقة على ظروف مواتية للولايات المتحدة ؛
• أظهر لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (كمنافس محتمل في المستقبل) أن الجيش الأمريكي يمتلك سلاحًا فريدًا يمكنه القضاء على أي مدينة من على وجه الأرض ؛
• وبالطبع ، لنرى عمليًا ما هي الأسلحة النووية القادرة على القيام به في ظروف القتال الحقيقية.

في 6 أغسطس 1945 ، أُسقطت أول قنبلة ذرية في العالم على مدينة هيروشيما اليابانية ، والتي استخدمت في العمليات العسكرية. كانت هذه القنبلة تسمى "بيبي" حيث كان وزنها 4 أطنان. تم التخطيط لإسقاط القنبلة بعناية ، وضرب بالضبط المكان المخطط له. تلك المنازل التي لم يدمرها الانفجار احترقت ، حيث تسببت المواقد التي سقطت في المنازل في إشعال النيران ، واشتعلت النيران في المدينة بأكملها.

وبعد وميض ساطع أعقبته موجة حر حرقت كل الحياة في دائرة نصف قطرها 4 كيلومترات ، ودمرت موجة الصدمة التي أعقبتها معظم المباني.

أولئك الذين أصيبوا بضربة شمس في دائرة نصف قطرها 800 متر تم حرقهم أحياء. مزقت موجة الانفجار الجلد المحروق للكثيرين. بعد دقيقتين ، سقط مطر أسود غريب يتكون من بخار ورماد. أولئك الذين سقطوا تحت المطر الأسود ، أصيبوا بحروق غير قابلة للشفاء.

أولئك القلائل الذين كانوا محظوظين بما يكفي للبقاء على قيد الحياة أصيبوا بمرض الإشعاع ، والذي لم يكن في ذلك الوقت مدروسًا فحسب ، بل كان مجهولًا أيضًا. بدأ الناس يصابون بالحمى والقيء والغثيان ونوبات الضعف.

في 9 أغسطس 1945 ، تم إلقاء القنبلة الأمريكية الثانية ، المسماة "فات مان" ، على مدينة ناغازاكي. كانت لهذه القنبلة نفس قوة الأولى تقريبًا ، وكانت عواقب انفجارها مدمرة ، على الرغم من أن الناس ماتوا نصف العدد.

تبين أن قنبلتين ذريتين أسقطتا على مدن يابانية هي الحالة الأولى والوحيدة في العالم لاستخدام الأسلحة الذرية. وقتل أكثر من 300 ألف شخص في الأيام الأولى بعد القصف. توفي حوالي 150 ألف آخرين من مرض الإشعاع.

بعد القصف النووي للمدن اليابانية ، تلقى ستالين صدمة حقيقية. أصبح واضحًا له أن قضية تطوير الأسلحة النووية في روسيا السوفيتية هي قضية أمنية للبلاد بأكملها. بالفعل في 20 أغسطس 1945 ، بدأت لجنة خاصة للطاقة الذرية في العمل ، والتي تم إنشاؤها على وجه السرعة من قبل ستالين.

على الرغم من إجراء مجموعة من المتحمسين للبحث في الفيزياء النووية في روسيا القيصرية ، إلا أنها لم تحظ بالاهتمام الواجب في الحقبة السوفيتية. في عام 1938 ، توقفت جميع الأبحاث في هذا المجال تمامًا ، وتم قمع العديد من العلماء النوويين كأعداء للشعب. بعد تفجيرات نوويةفي اليابان السلطة السوفيتيةبدأ بحدة في استعادة الصناعة النووية في البلاد.

هناك أدلة على أن تطوير الأسلحة النووية قد تم في ألمانيا النازية ، وكان العلماء الألمان هم من وضعوا اللمسات الأخيرة على القنبلة الذرية الأمريكية "البدائية" ، لذلك أزالت الحكومة الأمريكية جميع المتخصصين النوويين وجميع الوثائق المتعلقة بتطوير الأسلحة النووية من ألمانيا.

قامت مدرسة الاستخبارات السوفيتية ، التي تمكنت خلال الحرب من تجاوز جميع أجهزة المخابرات الأجنبية ، في عام 1943 بنقل وثائق سرية تتعلق بتطوير أسلحة نووية إلى الاتحاد السوفيتي. في الوقت نفسه ، تم إدخال عملاء سوفيات في جميع مراكز الأبحاث النووية الأمريكية الكبرى.

نتيجة لكل هذه الإجراءات ، كانت جاهزة بالفعل في عام 1946 مهمة فنيةلتصنيع قنبلتين نوويتين سوفيتية الصنع:

• RDS-1 (بشحنة البلوتونيوم) ؛
• RDS-2 (مع جزئين من شحنة اليورانيوم).

تم فك رموز الاختصار "RDS" على أنه "روسيا تفعل نفسها" ، والتي تتوافق تقريبًا تمامًا مع الواقع.

الأنباء التي تفيد بأن الاتحاد السوفياتي كان مستعدًا للإفراج عن أسلحته النووية أجبرت الحكومة الأمريكية على اتخاذ إجراءات صارمة. في عام 1949 ، تم تطوير خطة ترويان ، والتي بموجبها تم التخطيط لإسقاط قنابل ذرية على أكبر 70 مدينة في الاتحاد السوفياتي. فقط الخوف من ضربة انتقامية حال دون تحقيق هذه الخطة.

أجبرت هذه المعلومات المقلقة الواردة من ضباط المخابرات السوفيتية العلماء على العمل في حالة الطوارئ. بالفعل في أغسطس 1949 ، تم اختبار أول قنبلة ذرية تم إنتاجها في الاتحاد السوفياتي. عندما علمت الولايات المتحدة بهذه الاختبارات ، تم تأجيل خطة طروادة إلى أجل غير مسمى. بدأ عصر المواجهة بين القوتين العظميين ، المعروف في التاريخ باسم الحرب الباردة.

أقوى قنبلة نووية في العالم ، والمعروفة باسم "قنبلة القيصر" تنتمي بالضبط إلى تلك الفترة " الحرب الباردة". ابتكر العلماء السوفييت أقوى قنبلة في تاريخ البشرية. كانت سعتها 60 ميغا طن ، على الرغم من أنه كان من المخطط صنع قنبلة بسعة 100 كيلوطن. تم اختبار هذه القنبلة في أكتوبر 1961. كان قطر الكرة النارية أثناء الانفجار 10 كيلومترات ، وحلقت موجة الانفجار حولها أرضثلاث مرات. كان هذا الاختبار هو الذي أجبر معظم دول العالم على توقيع اتفاقية لإنهاء التجارب النووية ليس فقط في الغلاف الجوي للأرض ، ولكن حتى في الفضاء.

على الرغم من أن الأسلحة الذرية هي وسيلة ممتازة لتخويف الدول العدوانية ، إلا أنها من ناحية أخرى قادرة على إخماد أي صراعات عسكرية في مهدها ، حيث يمكن تدمير جميع أطراف النزاع بانفجار ذري.

القنبلة الذرية هي مقذوف لإنتاج انفجار بقوة كبيرة نتيجة إطلاق سريع للغاية للطاقة النووية (الذرية).

كيف تعمل القنابل الذرية

تنقسم الشحنة النووية إلى عدة أجزاء إلى حجم حرج ، بحيث لا يمكن أن يبدأ في كل منها تفاعل متسلسل غير متحكم فيه متطور ذاتيًا لانشطار ذرات مادة انشطارية. سيحدث مثل هذا التفاعل فقط عندما يتم دمج جميع أجزاء الشحنة بسرعة في كل واحد. يعتمد اكتمال التفاعل ، وفي النهاية ، قوة الانفجار إلى حد كبير على سرعة اقتراب الأجزاء الفردية. لتوصيل الأجزاء عالية السرعة من الشحنة ، يمكنك استخدام انفجار المتفجرات التقليدية. إذا تم ترتيب أجزاء الشحنة النووية في اتجاهات شعاعية على مسافة ما من المركز ، ومع الخارجضع شحنة من مادة تي إن تي ، فمن الممكن تنفيذ تفجير الشحنات التقليدية الموجهة نحو مركز الشحنة النووية. لن تتحد جميع أجزاء الشحنة النووية في كل واحد بسرعة كبيرة فحسب ، بل سيتم ضغطها أيضًا لبعض الوقت من جميع الجوانب بفعل الضغط الهائل لنواتج الانفجار ولن تكون قادرة على الانفصال على الفور بمجرد حدوث ذلك. يبدأ التفاعل النووي المتسلسل في الشحنة. نتيجة لذلك ، سيحدث انقسام أكبر بكثير مما يحدث بدون هذا الضغط ، وبالتالي ستزداد قوة الانفجار. يتم أيضًا تسهيل زيادة قوة الانفجار بنفس الكمية من المواد الانشطارية بواسطة عاكس نيوتروني (العاكسات الأكثر فعالية هي البريليوم< Be >الجرافيت الماء الثقيل< H3O >). بالنسبة للانشطار الأول ، الذي سيبدأ تفاعل متسلسل ، هناك حاجة إلى نيوترون واحد على الأقل. من المستحيل الاعتماد على البدء في الوقت المناسب لتفاعل متسلسل تحت تأثير النيوترونات التي تظهر أثناء الانشطار النووي التلقائي (التلقائي) ، لأن نادرًا ما يحدث نسبيًا: بالنسبة لـ U-235 - تفكك واحد في الساعة لكل 1 غرام. مواد. يوجد أيضًا عدد قليل جدًا من النيوترونات الموجودة في شكل حر في الغلاف الجوي: من خلال S = 1 سم / قدم مربع. حوالي 6 نيوترونات تطير في الثانية. لهذا السبب ، يتم استخدام مصدر اصطناعي للنيوترونات في الشحنة النووية - نوع من غطاء المفجر النووي. كما أنه يوفر العديد من الانشقاقات التي تبدأ في وقت واحد ، لذلك يستمر التفاعل في شكل انفجار نووي.

خيارات التفجير (مخططات المدفع والانفجار)

هناك نوعان من المخططات الرئيسية لتفجير الشحنة الانشطارية: المدفع ، ويسمى بخلاف ذلك بالستية ، والانفجار الداخلي.

تم استخدام "مخطط المدفع" في بعض نماذج الجيل الأول من الأسلحة النووية. يتمثل جوهر مخطط المدفع في إطلاق شحنة من البارود على كتلة واحدة من المواد الانشطارية ذات الكتلة دون الحرجة ("رصاصة") إلى كتلة أخرى - بلا حراك ("هدف"). تم تصميم الكتل بحيث تصبح كتلتها الإجمالية فوق الحرجة عند الاتصال.

طريقة التفجير هذه ممكنة فقط في ذخائر اليورانيوم ، حيث أن البلوتونيوم له خلفية نيوترونية أعلى بمرتين من حيث الحجم ، مما يزيد بشكل كبير من احتمال حدوث تطور سابق لأوانه لتفاعل متسلسل قبل دمج الكتل. يؤدي هذا إلى إطلاق غير كامل للطاقة (ما يسمى "fizz" بالإنجليزية. لتنفيذ مخطط مدفع في ذخيرة البلوتونيوم ، من الضروري زيادة سرعة توصيل أجزاء من الشحنة بمستوى بعيد المنال تقنيًا. بالإضافة إلى ذلك ، اليورانيوم أفضل من البلوتونيوم ، فهو يقاوم الأحمال الميكانيكية الزائدة.

مخطط الانفجار. يتضمن مخطط التفجير هذا الحصول على حالة فوق حرجة عن طريق ضغط المواد الانشطارية بموجة صدمة مركزة ناتجة عن انفجار متفجرات كيميائية. لتركيز موجة الصدمة ، يتم استخدام ما يسمى بالعدسات المتفجرة ، ويتم الانفجار في وقت واحد في العديد من النقاط بدقة. كان إنشاء مثل هذا النظام لتحديد موقع المتفجرات والتفجير من أصعب المهام في وقت من الأوقات. تم ضمان تكوين موجة الصدمة المتقاربة عن طريق استخدام العدسات المتفجرة من المتفجرات "السريعة" و "البطيئة" - TATV (تريامينوترينيتروبنزين) وباراتول (خليط من ثلاثي نيتروتولوين مع نترات الباريوم) ، وبعض المواد المضافة)