صدها هزار اسلحه ساز معروف و فراموش شده دوران باستان در جستجوی سلاح ایده آلی جنگیدند که قادر بود ارتش دشمن را با یک کلیک تبخیر کند. هر از گاهی می توان ردی از این جست و جوها را در افسانه هایی یافت که کم و بیش معقولانه توصیف کننده شمشیر معجزه آسا یا کمانی است که بدون گم شدن می زند.
خوشبختانه، پیشرفت تکنولوژی برای مدت طولانی به کندی پیش رفت که تجسم واقعی این سلاح ویرانگر در رویاها و داستان های شفاهی و بعداً در صفحات کتاب ها باقی ماند. جهش علمی و فناوری قرن نوزدهم شرایط را برای ایجاد فوبیای اصلی قرن بیستم فراهم کرد. بمب هسته ای، ایجاد و تست شده در شرایط واقعی، هم در امور نظامی و هم در سیاست انقلابی ایجاد کرد.
تاریخچه ایجاد سلاح
برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که قوی ترین سلاح ها فقط با استفاده از مواد منفجره ساخته می شوند. اکتشافات دانشمندانی که با کوچکترین ذرات کار می کردند به دست آورد مبنای علمیکه با کمک ذرات بنیادی می توان انرژی عظیمی تولید کرد. اولین نفر از یک سری از محققان را می توان بکرل نامید که در سال 1896 رادیواکتیویته نمک های اورانیوم را کشف کرد.
اورانیوم خود از سال 1786 شناخته شده است، اما در آن زمان هیچ کس به رادیواکتیویته بودن آن مشکوک نبود. کار دانشمندان در آستانه قرن 19 و 20 نه تنها خواص فیزیکی خاص، بلکه امکان به دست آوردن انرژی از مواد رادیواکتیو را نیز آشکار کرد.
گزینه ساخت تسلیحات بر اساس اورانیوم برای اولین بار به تفصیل شرح داده شد، توسط فیزیکدانان فرانسوی، Joliot-Curies در سال 1939 منتشر و ثبت شد.
علیرغم ارزش آن برای سلاح، خود دانشمندان قاطعانه مخالف ساخت چنین سلاح ویرانگری بودند.
پس از پشت سر گذاشتن جنگ جهانی دوم در مقاومت، در دهه 1950 زوج (فردریک و ایرنه) با درک قدرت مخرب جنگ، از خلع سلاح عمومی دفاع کردند. آنها توسط نیلز بور، آلبرت انیشتین و دیگر فیزیکدانان برجسته آن زمان حمایت می شوند.
در همین حال، در حالی که Joliot-Curies در پاریس مشغول مشکل نازی ها بودند، در آن سوی کره زمین، در آمریکا، اولین بار هسته ای جهان در حال توسعه بود. رابرت اوپنهایمر، که این کار را رهبری می کرد، وسیع ترین اختیارات و منابع عظیم را به دست آورد. پایان سال 1941 آغاز پروژه منهتن بود که در نهایت منجر به ساخت اولین کلاهک هسته ای جنگی شد.
در شهر لوس آلاموس، نیومکزیکو، اولین تاسیسات تولید اورانیوم با درجه سلاح ساخته شد. در آینده همینطور مراکز هسته ایدر سراسر کشور ظاهر می شوند، به عنوان مثال در شیکاگو، در اوک ریج، تنسی، و مطالعات در کالیفرنیا انجام شده است. بهترین نیروهای اساتید دانشگاه های آمریکا و همچنین فیزیکدانانی که از آلمان فرار کرده بودند، برای ساختن بمب پرتاب شدند.
در خود "رایش سوم"، کار بر روی ایجاد یک نوع جدید از سلاح به شیوه ای خاص از فوهر آغاز شد.
از آنجایی که "بسنواتی" بیشتر به تانک ها و هواپیماها علاقه داشت و هر چه بیشتر بهتر بود، نیازی به بمب معجزه آسای جدید نمی دید.
بر این اساس، پروژه هایی که توسط هیتلر پشتیبانی نمی شوند بهترین سناریوبا سرعت حلزونی حرکت کرد
وقتی هوا شروع به گرم شدن کرد و معلوم شد که تانک و هواپیما را بلعیده است جبهه شرقی، یک سلاح معجزه گر جدید پشتیبانی شده است. اما دیگر دیر شده بود؛ در شرایط بمباران و ترس دائمی از گوه های تانک شوروی، امکان ساخت دستگاهی با جزء هسته ای وجود نداشت.
اتحاد جماهیر شورویبیشتر به امکان ایجاد نوع جدیدی از سلاح های مخرب توجه داشت. در دوره قبل از جنگ، فیزیکدانان دانش عمومی در مورد انرژی هسته ای و امکان ایجاد سلاح های هسته ای را جمع آوری و تثبیت کردند. اطلاعات در کل دوره ایجاد بمب هسته ای در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده به شدت کار کرد. جنگ نقش مهمی در کاهش سرعت توسعه داشت، زیرا منابع عظیمی به جبهه رفت.
درست است، آکادمیک ایگور واسیلیویچ کورچاتوف، با سرسختی مشخص خود، کار همه بخش های تابعه را در این جهت ارتقا داد. با کمی نگاه کردن به آینده، این اوست که وظیفه تسریع توسعه سلاح ها را در مواجهه با تهدید حمله آمریکا به شهرهای اتحاد جماهیر شوروی بر عهده خواهد داشت. این او بود که در سنگریزه ماشینی عظیم متشکل از صدها و هزاران دانشمند و کارگر ایستاده بود که عنوان افتخاری پدر بمب هسته ای شوروی را به او اعطا می کرد.
اولین تست های دنیا
اما اجازه دهید به برنامه هسته ای آمریکا برگردیم. در تابستان 1945، دانشمندان آمریکایی موفق شدند اولین بمب هسته ای جهان را بسازند. هر پسری که خودش را درست کرده یا یک فشفشه قدرتمند در یک فروشگاه خریده باشد، عذاب خارق‌العاده‌ای را تجربه می‌کند و می‌خواهد آن را در سریع‌ترین زمان ممکن منفجر کند. در سال 1945، صدها سرباز و دانشمند آمریکایی همین موضوع را تجربه کردند.
در 16 ژوئن 1945، اولین آزمایش تسلیحات هسته ای و یکی از قوی ترین انفجارها تا به امروز در صحرای آلاموگوردو، نیومکزیکو رخ داد.
شاهدان عینی که انفجار را از سنگر تماشا می کردند، از شدت انفجار بار در بالای برج فولادی 30 متری شگفت زده شدند. در ابتدا، همه چیز با نور چند برابر قوی تر از خورشید غرق شد. سپس یک گلوله آتشین به آسمان بلند شد و به ستونی از دود تبدیل شد که به شکل قارچ معروف در آمد.
به محض نشستن گرد و غبار، محققان و سازندگان بمب به سرعت به محل انفجار شتافتند. آنها عواقب بعدی را از تانک های شرمن پوشیده از سرب تماشا کردند. آنچه دیدند آنها را شگفت زده کرد؛ هیچ سلاحی نمی توانست چنین آسیبی ایجاد کند. شن و ماسه در برخی نقاط به شیشه تبدیل شد.
بقایای کوچکی از برج نیز پیدا شد؛ در دهانه‌ای با قطر زیاد، ساختارهای مثله‌شده و خرد شده به وضوح قدرت ویرانگری را نشان می‌دادند.
عوامل آسیب رسان
این انفجار اولین اطلاعات را در مورد قدرت سلاح جدید، در مورد آنچه می تواند برای از بین بردن دشمن استفاده کند، ارائه کرد. اینها چند عامل هستند:
- تابش نور، فلاش، قادر است حتی اندام های بینایی محافظت شده را کور کند.
- موج ضربه ای، جریان متراکم هوا که از مرکز حرکت می کند و اکثر ساختمان ها را ویران می کند.
- یک پالس الکترومغناطیسی که اکثر تجهیزات را غیرفعال می کند و اجازه استفاده از ارتباطات را برای اولین بار پس از انفجار نمی دهد.
- تشعشعات نافذ، خطرناک ترین عامل برای کسانی که از سایر عوامل مخرب پناه گرفته اند، به تابش آلفا-بتا-گاما تقسیم می شود.
- آلودگی رادیواکتیو که می تواند بر سلامت و زندگی برای ده ها یا حتی صدها سال تأثیر منفی بگذارد.
استفاده بیشتر از سلاح های هسته ای، از جمله در نبرد، تمام ویژگی های تأثیر آنها را بر موجودات زنده و طبیعت نشان داد. 6 آگوست 1945 آخرین روز برای ده ها هزار نفر از ساکنان بود شهر کوچکهیروشیما که در آن زمان به دلیل چندین تاسیسات نظامی مهم معروف بود.
نتیجه جنگ در اقیانوس آرام یک نتیجه قطعی بود، اما پنتاگون بر این باور بود که عملیات در مجمع الجزایر ژاپن جان بیش از یک میلیون تفنگدار آمریکایی را به همراه خواهد داشت. تصمیم گرفته شد که چندین پرنده را با یک سنگ بکشند، ژاپن را از جنگ خارج کنند، در عملیات فرود صرفه جویی کنند، یک سلاح جدید آزمایش کنند و آن را به تمام جهان و مهمتر از همه به اتحاد جماهیر شوروی اعلام کنند.
ساعت یک بامداد هواپیمای حامل بمب هسته ای «بیبی» برای انجام ماموریت از زمین بلند شد.
بمبی که بر فراز شهر پرتاب شد، در ارتفاع تقریبی 600 متری ساعت 8.15 صبح منفجر شد. تمامی ساختمان هایی که در فاصله 800 متری کانون زلزله قرار داشتند تخریب شدند. دیوارهای تنها چند ساختمان که برای مقاومت در برابر زلزله 9 ریشتری طراحی شده بودند زنده ماندند.
از هر ده نفری که در زمان انفجار بمب در شعاع 600 متری بودند، تنها یک نفر توانست زنده بماند. تابش نور مردم را به زغال سنگ تبدیل می‌کرد و آثار سایه‌ای روی سنگ بر جای می‌گذاشت، اثری تاریک از مکانی که شخص در آن بود. موج انفجار بعدی آنقدر قوی بود که توانست شیشه را در فاصله 19 کیلومتری از محل انفجار بشکند.
یک نوجوان توسط جریان متراکم هوا از طریق پنجره از خانه بیرون زده شد؛ پس از فرود، آن مرد دید که دیوارهای خانه مانند کارت تا می شود. موج انفجار با گردباد آتش سوزی همراه شد و آن تعداد معدودی از ساکنان را که از انفجار جان سالم به در بردند و فرصت ترک منطقه آتش سوزی را نداشتند، نابود کرد. آنهایی که از انفجار دور بودند شروع به احساس ضعف شدید کردند که علت آن در ابتدا برای پزشکان نامشخص بود.
خیلی بعد، چند هفته بعد، اصطلاح "مسمومیت ناشی از تشعشع" اعلام شد که اکنون به عنوان بیماری تشعشع شناخته می شود.
بیش از 280 هزار نفر قربانی تنها یک بمب شدند، هم مستقیماً از انفجار و هم به دلیل بیماری های بعدی.
بمباران ژاپن با سلاح های هسته ای به همین جا ختم نشد. طبق برنامه قرار بود فقط چهار تا شش شهر مورد حمله قرار گیرند، اما شرایط آب و هوایی فقط اجازه حمله به ناکازاکی را می داد. در این شهر بیش از 150 هزار نفر قربانی بمب مرد چاق شدند.
وعده ها دولت آمریکاانجام چنین حملاتی قبل از تسلیم ژاپن منجر به آتش بس و سپس امضای توافق نامه ای شد که پایان یافت. جنگ جهانی. اما برای تسلیحات هسته ای این تازه شروع بود.
قوی ترین بمب دنیا
دوره پس از جنگ با رویارویی بلوک اتحاد جماهیر شوروی و متحدانش با ایالات متحده آمریکا و ناتو مشخص شد. در دهه 1940، آمریکایی ها به طور جدی احتمال حمله به اتحاد جماهیر شوروی را در نظر گرفتند. برای مهار متحد سابق، کار بر روی ساخت بمب باید تسریع می شد و در سال 1949، در 29 اوت، انحصار ایالات متحده در سلاح های هسته ای پایان یافت. در طول مسابقه تسلیحاتی، دو آزمایش هسته ای سزاوار بیشترین توجه هستند.
بیکینی آتول، که عمدتاً به خاطر لباس‌های شنا بی‌اهمیت شناخته می‌شود، در سال 1954 به دلیل آزمایش یک بار هسته‌ای بسیار قدرتمند، به معنای واقعی کلمه در سراسر جهان سروصدا کرد.
آمریکایی ها که تصمیم گرفتند طرح جدیدی از سلاح اتمی را آزمایش کنند، هزینه را محاسبه نکردند. در نتیجه، انفجار 2.5 برابر قوی تر از آنچه برنامه ریزی شده بود بود. ساکنان جزایر مجاور و همچنین ماهیگیران ژاپنی در همه جا مورد حمله قرار گرفتند.
اما این قوی ترین بمب آمریکایی نبود. در سال 1960 بمب اتمی B41 مورد استفاده قرار گرفت، اما به دلیل قدرتی که داشت هرگز مورد آزمایش کامل قرار نگرفت. نیروی بار از ترس منفجر شدن چنین سلاح خطرناکی در محل آزمایش به صورت تئوری محاسبه شد.
اتحاد جماهیر شوروی، که دوست داشت در همه چیز اولین باشد، در سال 1961 تجربه کرد، در غیر این صورت به "مادر کوزکا" ملقب شد.
دانشمندان شوروی در پاسخ به باج خواهی هسته ای آمریکا، قوی ترین بمب جهان را ساختند. آزمایش شده بر روی Novaya Zemlya، تقریباً در تمام گوشه های جهان اثر خود را بر جای گذاشت. بر اساس خاطرات، زلزله خفیفی در دورترین نقاط در زمان انفجار احساس شد.
موج انفجار، البته، با از دست دادن تمام قدرت تخریب خود، توانست دور زمین را بچرخاند. تا به امروز، این قوی ترین بمب هسته ای در جهان است که توسط بشر ساخته و آزمایش شده است. البته اگر دستان او آزاد بود، بمب هسته ای کیم جونگ اون قدرتمندتر بود، اما او زمین جدید برای آزمایش آن ندارد.
دستگاه بمب اتمی
بیایید یک وسیله بسیار ابتدایی، صرفاً برای درک، در نظر بگیریم بمب اتمی. دسته های زیادی از بمب های اتمی وجود دارند، اما بیایید سه مورد اصلی را در نظر بگیریم:
- اورانیوم مبتنی بر اورانیوم 235 برای اولین بار بر فراز هیروشیما منفجر شد.
- پلوتونیوم، بر پایه پلوتونیوم 239، ابتدا بر فراز ناکازاکی منفجر شد.
- گرما هسته ای، گاهی اوقات هیدروژن نامیده می شود، بر اساس آب سنگین با دوتریوم و تریتیوم، خوشبختانه در برابر جمعیت استفاده نمی شود.
دو بمب اول بر اساس تأثیر شکافت هسته‌های سنگین به هسته‌های کوچکتر از طریق یک واکنش هسته‌ای کنترل‌نشده است که مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کند. سومین مورد بر اساس ادغام هسته های هیدروژن (یا بهتر بگوییم ایزوتوپ های آن دوتریوم و تریتیوم) با تشکیل هلیوم است که نسبت به هیدروژن سنگین تر است. برای همان وزن بمب، پتانسیل تخریب یک بمب هیدروژنی 20 برابر بیشتر است.
اگر برای اورانیوم و پلوتونیوم کافی است جرمی بزرگتر از جرم بحرانی (که در آن یک واکنش زنجیره ای شروع می شود) جمع شود، برای هیدروژن این کافی نیست.
برای اتصال مطمئن چندین تکه اورانیوم به یک قطعه، از جلوه توپ استفاده می شود که در آن قطعات کوچکتر اورانیوم به قطعات بزرگتر شلیک می شود. می توان از باروت نیز استفاده کرد، اما برای اطمینان از مواد منفجره کم قدرت استفاده می شود.
در یک بمب پلوتونیومی برای ایجاد شرایط لازم برای یک واکنش زنجیره ای، مواد منفجره را در اطراف شمش های حاوی پلوتونیوم قرار می دهند. با توجه به اثر تجمعی و همچنین آغازگر نوترون واقع در مرکز (بریلیم با چندین میلی گرم پولونیوم) شرایط لازمحاصل می شوند.
دارای شارژ اصلی که به خودی خود منفجر نمی شود و فیوز دارد. برای ایجاد شرایطی برای همجوشی هسته های دوتریوم و تریتیوم، حداقل در یک نقطه به فشارها و دماهای غیرقابل تصوری نیاز داریم. بعد، یک واکنش زنجیره ای رخ خواهد داد.
برای ایجاد چنین پارامترهایی، بمب شامل یک شارژ هسته ای معمولی، اما کم مصرف است که فیوز است. انفجار آن شرایط را برای شروع یک واکنش گرما هسته ای ایجاد می کند.
برای تخمین قدرت یک بمب اتمی، به اصطلاح "معادل TNT" استفاده می شود. انفجار آزاد شدن انرژی است، معروف ترین ماده منفجره در جهان TNT (TNT - trinitrotoluene) است و همه انواع جدید مواد منفجره با آن برابری می کنند. بمب "بچه" - 13 کیلوتن TNT. یعنی معادل 13000.
بمب "مرد چاق" - 21 کیلوتن، "تزار بمبا" - 58 مگاتن TNT. تصور 58 میلیون تن مواد منفجره در جرم 26.5 تنی ترسناک است، این مقدار وزن این بمب است.
خطر جنگ هسته ای و بلایای هسته ای
تسلیحات هسته ای که در بحبوحه بدترین جنگ قرن بیستم ظاهر شدند، به بزرگترین خطر برای بشریت تبدیل شدند. بلافاصله پس از جنگ جهانی دوم، جنگ سرد آغاز شد که چندین بار تقریباً به یک درگیری هسته ای تمام عیار تبدیل شد. تهدید استفاده از بمب های هسته ای و موشک توسط حداقل یک طرف در دهه 1950 مورد بحث قرار گرفت.
همه فهمیدند و می فهمند که در این جنگ هیچ برنده ای وجود ندارد.
برای مهار آن، بسیاری از دانشمندان و سیاستمداران تلاش کرده و دارند. دانشگاه شیکاگو با استفاده از نظرات دانشمندان هسته ای از جمله برندگان جایزه نوبل، ساعت قیامت را چند دقیقه قبل از نیمه شب تنظیم می کند. نیمه شب به معنای یک فاجعه هسته ای، آغاز یک جنگ جهانی جدید و نابودی دنیای قدیم است. که در سال های مختلفعقربه های ساعت از 17 تا 2 دقیقه تا نیمه شب در نوسان بود.
چندین مورد نیز شناخته شده است تصادفات بزرگکه در نیروگاه های هسته ای رخ داد. این بلایا ارتباط غیرمستقیم با سلاح دارند؛ نیروگاه های هسته ای هنوز با بمب های هسته ای متفاوت هستند، اما نتایج استفاده از اتم برای اهداف نظامی را به خوبی نشان می دهند. بزرگترین آنها:
- 1957، حادثه کیشتیم، به دلیل نقص در سیستم ذخیره سازی، انفجاری در نزدیکی کیشتیم رخ داد.
- 1957، بریتانیا، در شمال غربی انگلستان، بررسی های امنیتی انجام نشد.
- 1979، ایالات متحده، به دلیل نشت نابهنگام تشخیص داده شده، انفجار و انتشار از یک نیروگاه هسته ای رخ داد.
- 1986، تراژدی در چرنوبیل، انفجار واحد برق 4.
- 2011، تصادف در ایستگاه فوکوشیما، ژاپن.
هر یک از این فاجعه‌ها آثار سنگینی بر سرنوشت صدها هزار نفر بر جای گذاشت و با کنترل ویژه، کل مناطق را به مناطق غیرمسکونی تبدیل کرد.
حوادثی وجود داشت که تقریباً به قیمت شروع یک فاجعه هسته ای تمام شد. هسته ای شوروی زیردریایی هابارها و بارها حوادث مرتبط با رآکتور در هواپیما داشته است. آمریکایی ها یک بمب افکن Superfortress را با دو بمب هسته ای مارک 39 با بازده 3.8 مگاتن پرتاب کردند. اما «سیستم ایمنی» فعال شده اجازه منفجر شدن اتهامات را نداد و از وقوع فاجعه جلوگیری شد.
سلاح های هسته ای گذشته و حال
امروز برای همه روشن است که یک جنگ هسته ای بشریت مدرن را نابود خواهد کرد. در این میان، میل به در اختیار داشتن سلاح هسته ای و ورود به باشگاه هسته ای، یا بهتر است بگوییم با کوبیدن در به درون آن، هنوز ذهن برخی از رهبران کشور را به وجد می آورد.
هند و پاکستان بدون اجازه تسلیحات هسته ای ساختند و اسرائیلی ها وجود بمب را پنهان می کنند.
برای برخی، داشتن بمب هسته ای راهی برای اثبات اهمیت آنها در صحنه بین المللی است. برای دیگران، تضمین عدم مداخله دموکراسی بالدار یا سایر عوامل خارجی است. اما نکته اصلی این است که این ذخایر وارد تجارت نمی شوند که واقعاً برای آن ایجاد شده اند.
ویدیو
تولید برق هسته ای روشی مدرن و به سرعت در حال توسعه برای تولید برق است. آیا می دانید نیروگاه های هسته ای چگونه کار می کنند؟ اصل کار نیروگاه هسته ای چیست؟ امروزه چه نوع رآکتورهای هسته ای وجود دارد؟ ما سعی خواهیم کرد طرح عملیاتی یک نیروگاه هسته ای را با جزئیات در نظر بگیریم، به ساختار یک راکتور هسته ای بپردازیم و دریابیم که روش هسته ای تولید برق چقدر ایمن است.
هر ایستگاه یک منطقه بسته دور از یک منطقه مسکونی است. چندین ساختمان در قلمرو آن وجود دارد. مهمترین سازه ساختمان رآکتور، در کنار آن اتاق توربین است که رآکتور از آن کنترل می شود و ساختمان ایمنی.
این طرح بدون راکتور هسته ای غیرممکن است. راکتور اتمی (هسته ای) یک دستگاه نیروگاه هسته ای است که برای سازماندهی واکنش زنجیره ای شکافت نوترون با آزادسازی اجباری انرژی در طول این فرآیند طراحی شده است. اما اصل کار یک نیروگاه هسته ای چیست؟
کل تاسیسات راکتور در ساختمان رآکتور قرار دارد، یک برج بتنی بزرگ که راکتور را پنهان می کند و در صورت بروز حادثه حاوی تمام محصولات واکنش هسته ای خواهد بود. این برج بزرگ را مهار، پوسته هرمتیک یا منطقه مهار می نامند.
منطقه هرمتیک در راکتورهای جدید دارای 2 دیواره بتنی ضخیم - پوسته است.
پوسته بیرونی، 80 سانتی متر ضخامت، از منطقه مهار در برابر تأثیرات خارجی محافظت می کند.
پوسته داخلی به ضخامت 1 متر و 20 سانتی متر دارای کابل های فولادی مخصوص است که مقاومت بتن را تقریباً سه برابر می کند و از ریزش سازه جلوگیری می کند. با داخلبا ورق نازکی از فولاد مخصوص پوشانده شده است که به عنوان محافظت اضافی برای محفظه طراحی شده است و در صورت بروز حادثه، محتویات راکتور را در خارج از منطقه مهار آزاد نمی کند.
این طراحی نیروگاه هسته ای به آن اجازه می دهد تا در برابر سقوط هواپیما با وزن 200 تن، زلزله 8 ریشتری، گردباد و سونامی مقاومت کند.
اولین پوسته مهر و موم شده در نیروگاه هسته ای کانکتیکات یانکی آمریکا در سال 1968 ساخته شد.
ارتفاع کل منطقه مهار 50-60 متر است.
راکتور هسته ای از چه چیزی تشکیل شده است؟
برای درک اصل عملکرد یک راکتور هسته ای، و در نتیجه اصل عملکرد یک نیروگاه هسته ای، باید اجزای راکتور را درک کنید. 
- منطقه فعال این منطقه ای است که سوخت هسته ای (ژنراتور سوخت) و تعدیل کننده قرار می گیرد. اتم های سوخت (اغلب اورانیوم سوخت است) تحت یک واکنش شکافت زنجیره ای قرار می گیرند. تعدیل کننده برای کنترل فرآیند شکافت طراحی شده است و امکان واکنش مورد نیاز را از نظر سرعت و قدرت می دهد.
- بازتابنده نوترون یک بازتابنده هسته را احاطه کرده است. از همان مطالبی تشکیل شده است که ناظم است. در اصل، این جعبه ای است که هدف اصلی آن جلوگیری از خروج نوترون ها از هسته و ورود به محیط است.
- خنک کننده. مایع خنک کننده باید گرمای آزاد شده در طول شکافت اتم های سوخت را جذب کرده و به مواد دیگر منتقل کند. مایع خنک کننده تا حد زیادی نحوه طراحی یک نیروگاه هسته ای را تعیین می کند. امروزه محبوب ترین خنک کننده آب است.
سیستم کنترل راکتور حسگرها و مکانیسم هایی که نیروگاه یک نیروگاه هسته ای را تامین می کنند.
سوخت نیروگاه های هسته ای
نیروگاه هسته ای روی چه چیزی کار می کند؟ سوخت نیروگاه های هسته ای عناصر شیمیایی با خاصیت رادیواکتیو هستند. در تمام نیروگاه های هسته ای، این عنصر اورانیوم است.
طراحی ایستگاه‌ها نشان می‌دهد که نیروگاه‌های هسته‌ای با سوخت مرکب پیچیده کار می‌کنند و نه با یک عنصر شیمیایی خالص. و به منظور استخراج سوخت اورانیوم از اورانیوم طبیعی که در آن بارگیری می شود راکتور هسته ای، باید دستکاری های زیادی انجام دهید.
اورانیوم غنی شده
اورانیوم از دو ایزوتوپ تشکیل شده است، یعنی حاوی هسته هایی با جرم های مختلف است. آنها با تعداد پروتون ها و نوترون های ایزوتوپ -235 و ایزوتوپ-238 نامگذاری شدند. محققان قرن بیستم شروع به استخراج اورانیوم 235 از سنگ معدن کردند، زیرا... تجزیه و تبدیل آن آسان تر بود. معلوم شد که چنین اورانیوم در طبیعت تنها 0.7٪ است (درصد باقیمانده به ایزوتوپ 238 می رسد). 
در این صورت چه باید کرد؟ آنها تصمیم به غنی سازی اورانیوم گرفتند. غنی سازی اورانیوم فرآیندی است که در آن تعداد زیادی ایزوتوپ 235x لازم و تعداد کمی ایزوتوپ غیر ضروری 238x در آن باقی می مانند. وظیفه غنی‌کننده‌های اورانیوم تبدیل 0.7 درصد به اورانیوم 235 تقریباً 100 درصد است.
اورانیوم را می توان با استفاده از دو فناوری غنی سازی کرد: انتشار گاز یا سانتریفیوژ گاز. برای استفاده از آنها، اورانیوم استخراج شده از سنگ معدن به حالت گازی تبدیل می شود. به شکل گاز غنی شده است.
پودر اورانیوم
گاز اورانیوم غنی شده به حالت جامد - دی اکسید اورانیوم - تبدیل می شود. این اورانیوم جامد خالص 235 به صورت بلورهای سفید بزرگ ظاهر می شود که بعداً به پودر اورانیوم خرد می شوند.
قرص اورانیوم
قرص های اورانیوم دیسک های فلزی جامد به طول چند سانتی متر هستند. برای تشکیل چنین قرص هایی از پودر اورانیوم، آن را با یک ماده - یک نرم کننده مخلوط می کنند؛ این باعث بهبود کیفیت فشار دادن قرص ها می شود.
پک های پرس شده در دمای 1200 درجه سانتیگراد به مدت بیش از یک روز پخته می شوند تا به قرص ها استحکام و مقاومت خاصی در برابر دمای بالا بدهد. نحوه عملکرد یک نیروگاه هسته ای به طور مستقیم به میزان فشرده سازی و پخت سوخت اورانیوم بستگی دارد. 
قرص ها در جعبه های مولیبدن پخته می شوند، زیرا فقط این فلز قادر است در دمای "جهنمی" بیش از یک و نیم هزار درجه ذوب نشود. پس از این سوخت اورانیوم نیروگاه های هسته ای آماده در نظر گرفته می شود.
TVEL و FA چیست؟
هسته راکتور شبیه یک دیسک یا لوله بزرگ با سوراخ هایی در دیواره ها (بسته به نوع راکتور)، 5 برابر بزرگتر از بدن انسان است. این سوراخ ها حاوی سوخت اورانیوم هستند که اتم های آن واکنش مورد نظر را انجام می دهند.
غیرممکن است که فقط سوخت را به رآکتور پرتاب کنید، مگر اینکه بخواهید باعث انفجار کل ایستگاه و حادثه ای با عواقب برای چند ایالت مجاور شوید. بنابراین سوخت اورانیوم در میله های سوخت قرار می گیرد و سپس در مجموعه های سوخت جمع آوری می شود. این اختصارات به چه معناست؟
- TVEL یک عنصر سوخت است (نباید با همان نام شرکت روسی تولید کننده آنها اشتباه شود). این در اصل یک لوله زیرکونیوم نازک و بلند است که از آلیاژهای زیرکونیوم ساخته شده و قرص های اورانیوم در آن قرار می گیرد. در میله های سوخت است که اتم های اورانیوم شروع به تعامل با یکدیگر می کنند و در طی واکنش گرما آزاد می کنند.
زیرکونیوم به دلیل خاصیت نسوز و ضد خوردگی به عنوان ماده ای برای تولید میله های سوخت انتخاب شد.
نوع میله های سوخت به نوع و ساختار راکتور بستگی دارد. به عنوان یک قاعده، ساختار و هدف میله های سوخت تغییر نمی کند، طول و عرض لوله می تواند متفاوت باشد. 
این دستگاه بیش از 200 گلوله اورانیوم را در یک لوله زیرکونیوم بارگیری می کند. در مجموع حدود 10 میلیون گلوله اورانیوم به طور همزمان در راکتور کار می کنند.
FA - مونتاژ سوخت. کارگران NPP مجموعه های سوخت را بسته ها می نامند.
در اصل، اینها چندین میله سوخت هستند که به هم بسته شده اند. FA سوخت هسته ای تمام شده است، چیزی که یک نیروگاه هسته ای روی آن کار می کند. این مجموعه های سوخت هستند که در راکتور هسته ای بارگذاری می شوند. حدود 150 تا 400 مجموعه سوخت در یک راکتور قرار می گیرد.
بسته به رآکتوری که مجموعه‌های سوخت در آن کار می‌کنند، به اشکال مختلفی می‌آیند. گاهی اوقات دسته ها به صورت مکعبی، گاهی به صورت استوانه ای، گاهی به شکل شش ضلعی تا می شوند.
یک مجموعه سوخت طی 4 سال کارکرد، همان مقدار انرژی را تولید می کند که در هنگام سوزاندن 670 اتومبیل زغال سنگ، 730 مخزن با گاز طبیعی یا 900 مخزن پر از نفت.
امروزه مجموعه های سوخت عمدتاً در کارخانه های روسیه، فرانسه، ایالات متحده آمریکا و ژاپن تولید می شوند.
برای رساندن سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای به کشورهای دیگر، مجموعه‌های سوخت در لوله‌های فلزی طویل و عریض مهر و موم می‌شوند، هوا از لوله‌ها خارج می‌شود و توسط ماشین‌های مخصوص در هواپیماهای باربری تحویل داده می‌شود.
سوخت هسته ای برای نیروگاه های هسته ای وزن بسیار زیادی دارد، زیرا ... اورانیوم یکی از سنگین ترین فلزات روی کره زمین است. وزن مخصوص آن 2.5 برابر بیشتر از فولاد است.
نیروگاه هسته ای: اصل عملیات
اصل کار نیروگاه هسته ای چیست؟ اصل کار نیروگاه های هسته ای بر اساس واکنش زنجیره ای شکافت اتم های یک ماده رادیواکتیو - اورانیوم است. این واکنش در هسته یک راکتور هسته ای رخ می دهد.
مهم است که بدانید:
بدون پرداختن به پیچیدگی های فیزیک هسته ای، اصل عملکرد یک نیروگاه هسته ای به این صورت است:
پس از راه اندازی یک راکتور هسته ای، میله های جاذب از میله های سوخت خارج می شوند که از واکنش اورانیوم جلوگیری می کند.
هنگامی که میله ها برداشته می شوند، نوترون های اورانیوم شروع به تعامل با یکدیگر می کنند.
هنگامی که نوترون ها با هم برخورد می کنند، یک انفجار کوچک در سطح اتمی رخ می دهد، انرژی آزاد می شود و نوترون های جدید متولد می شوند، یک واکنش زنجیره ای شروع می شود. این فرآیند گرما تولید می کند.
گرما به مایع خنک کننده منتقل می شود. بسته به نوع مایع خنک کننده، به بخار یا گاز تبدیل می شود که توربین را می چرخاند.
توربین یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد. این اوست که در واقع جریان الکتریکی را تولید می کند.
اگر بر این فرآیند نظارت نکنید، نوترون‌های اورانیوم می‌توانند با یکدیگر برخورد کنند تا زمانی که راکتور را منفجر کنند و کل نیروگاه هسته‌ای را در هم بشکنند. این فرآیند توسط حسگرهای کامپیوتری کنترل می شود. آنها افزایش دما یا تغییر فشار را در راکتور تشخیص می دهند و می توانند به طور خودکار واکنش ها را متوقف کنند.
اصل عملکرد نیروگاه های هسته ای با نیروگاه های حرارتی (نیروگاه های حرارتی) چه تفاوتی دارد؟
فقط در مراحل اول تفاوت در کار وجود دارد. در یک نیروگاه هسته ای، خنک کننده گرما را از شکافت اتم های سوخت اورانیوم دریافت می کند، در یک نیروگاه حرارتی، خنک کننده از احتراق سوخت آلی (زغال سنگ، گاز یا نفت) گرما را دریافت می کند. پس از اینکه اتم های اورانیوم یا گاز و زغال سنگ گرما آزاد کردند، طرح های عملیاتی نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های حرارتی یکسان است.
انواع راکتورهای هسته ای
نحوه عملکرد یک نیروگاه هسته ای دقیقاً به نحوه عملکرد راکتور هسته ای آن بستگی دارد. امروزه دو نوع اصلی از راکتورها وجود دارد که بر اساس طیف نورون ها طبقه بندی می شوند:
یک راکتور نوترونی کند که راکتور حرارتی نیز نامیده می شود.
برای عملکرد آن از اورانیوم 235 استفاده می شود که مراحل غنی سازی، ایجاد گلوله های اورانیوم و ... را طی می کند. امروزه اکثریت قریب به اتفاق راکتورها از نوترون های کند استفاده می کنند.
راکتور نوترونی سریع
این راکتورها آینده هستند، زیرا ... آنها روی اورانیوم 238 کار می کنند که در طبیعت یک سکه است و نیازی به غنی سازی این عنصر نیست. تنها نقطه ضعف چنین راکتورهایی هزینه های بسیار بالای طراحی، ساخت و راه اندازی است. امروزه راکتورهای نوترونی سریع فقط در روسیه کار می کنند.
خنک کننده در راکتورهای نوترونی سریع جیوه، گاز، سدیم یا سرب است. 
راکتورهای نوترونی آهسته که امروزه تمامی نیروگاه های هسته ای جهان از آن ها استفاده می کنند نیز انواع مختلفی دارند.
سازمان IAEA (آژانس بین المللی انرژی اتمی) طبقه بندی خود را ایجاد کرده است که اغلب در صنعت انرژی هسته ای جهانی استفاده می شود. از آنجایی که اصل عملیاتی یک نیروگاه هسته ای تا حد زیادی به انتخاب خنک کننده و تعدیل کننده بستگی دارد، آژانس بین المللی انرژی اتمی طبقه بندی خود را بر اساس این تفاوت ها قرار داد.
از نقطه نظر شیمیایی، اکسید دوتریوم یک تعدیل کننده و خنک کننده ایده آل است، زیرا اتم های آن در مقایسه با سایر مواد به طور موثر با نوترون های اورانیوم تعامل دارند. به زبان ساده، آب سنگین وظیفه خود را با حداقل تلفات و حداکثر نتیجه انجام می دهد. با این حال، تولید آن هزینه دارد، در حالی که استفاده از آب معمولی "سبک" و آشنا بسیار آسان تر است.
چند واقعیت در مورد راکتورهای هسته ای ...
جالب است که ساخت یک راکتور نیروگاه هسته ای حداقل 3 سال طول می کشد!
برای ساخت یک راکتور به تجهیزاتی نیاز دارید که روی آن کار کند جریان الکتریسیتهدر 210 کیلو آمپر، که یک میلیون برابر بیشتر از جریانی است که می تواند یک نفر را بکشد.
یک پوسته (عنصر ساختاری) یک راکتور هسته ای 150 تن وزن دارد. 6 عنصر از این قبیل در یک راکتور وجود دارد.
راکتور آب تحت فشار
ما قبلاً متوجه شده ایم که یک نیروگاه هسته ای به طور کلی چگونه کار می کند؛ برای اینکه همه چیز را در نظر بگیریم، بیایید به نحوه عملکرد محبوب ترین راکتور هسته ای آب تحت فشار نگاه کنیم.
امروزه در سراسر جهان از راکتورهای آب تحت فشار نسل 3+ استفاده می شود. آنها قابل اطمینان ترین و ایمن ترین در نظر گرفته می شوند.
همه راکتورهای آب تحت فشار در جهان، در تمام سال های فعالیت خود، بیش از 1000 سال کار بدون مشکل را انباشته کرده اند و هرگز انحراف جدی نداشته اند. 
ساختار نیروگاه های هسته ای که از راکتورهای آب تحت فشار استفاده می کنند به این معنی است که آب مقطر گرم شده تا 320 درجه بین میله های سوخت گردش می کند. برای جلوگیری از تبدیل آن به حالت بخار، آن را تحت فشار 160 اتمسفر نگه می دارند. نمودار نیروگاه هسته ای آن را آب مدار اولیه می نامد.
آب گرم شده وارد مولد بخار می شود و گرمای خود را به آب مدار ثانویه می دهد و پس از آن دوباره به راکتور "باز می گردد". از نظر ظاهری، به نظر می رسد که لوله های آب مدار اول با لوله های دیگر در تماس هستند - آب مدار دوم، گرما را به یکدیگر منتقل می کنند، اما آب ها با هم تماس ندارند. لوله ها در تماس هستند.
بنابراین، امکان ورود تشعشعات به آب مدار ثانویه که بیشتر در فرآیند تولید برق شرکت خواهد کرد، منتفی است.
ایمنی عملیاتی NPP
با آموختن اصل عملکرد نیروگاه های هسته ای، باید نحوه عملکرد ایمنی را درک کنیم. ساخت نیروگاه های هسته ای امروزه نیازمند توجه بیشتر به قوانین ایمنی است.
هزینه های ایمنی NPP تقریباً 40٪ از کل هزینه خود نیروگاه را تشکیل می دهد. 
طراحی نیروگاه هسته ای شامل 4 مانع فیزیکی است که از انتشار مواد رادیواکتیو جلوگیری می کند. این موانع قرار است چه کاری انجام دهند؟ در لحظه مناسب، بتوانید واکنش هسته ای را متوقف کنید، از حذف مداوم حرارت از هسته و خود راکتور اطمینان حاصل کنید و از انتشار رادیونوکلئیدها در خارج از محفظه (منطقه هرمتیک) جلوگیری کنید.
- اولین مانع، استحکام گلوله های اورانیوم است.مهم است که آنها با قرار گرفتن در معرض نابود نشوند دمای بالادر یک راکتور هسته ای بیشتر نحوه عملکرد یک نیروگاه هسته ای به نحوه "پخت" گلوله های اورانیوم در مرحله تولید اولیه بستگی دارد. اگر گلوله های سوخت اورانیوم به درستی پخته نشوند، واکنش اتم های اورانیوم در راکتور غیرقابل پیش بینی خواهد بود.
- مانع دوم سفتی میله های سوخت است.لوله های زیرکونیومی باید محکم بسته شوند؛ اگر مهر و موم شکسته شود، در بهترین حالت، راکتور آسیب می بیند و کار متوقف می شود؛ در بدترین حالت، همه چیز به هوا پرواز می کند.
- سد سوم یک کشتی راکتور فولادی بادوام استالف، (همان برج بزرگ- منطقه هرمتیک) که "حاوی" تمام فرآیندهای رادیواکتیو است. اگر محفظه آسیب ببیند، تشعشعات وارد جو می شوند.
- سد چهارم میله های حفاظتی اضطراری است.میله هایی با تعدیل کننده ها توسط آهنرباها در بالای هسته معلق می شوند که می توانند تمام نوترون ها را در 2 ثانیه جذب کنند و واکنش زنجیره ای را متوقف کنند.
اگر با وجود طراحی یک نیروگاه هسته ای با درجات حفاظتی زیاد، خنک کردن هسته راکتور در زمان مناسب امکان پذیر نباشد و دمای سوخت تا 2600 درجه افزایش یابد، آخرین امید سیستم ایمنی وارد عمل می شود. - به اصطلاح تله مذاب.
واقعیت این است که در این دما کف ظرف رآکتور ذوب می شود و تمام بقایای سوخت هسته ای و ساختارهای مذاب به یک "شیشه" ویژه معلق در بالای هسته راکتور جریان می یابد.
تله مذاب در یخچال و نسوز است. این ماده با به اصطلاح "مواد قربانی" پر شده است که به تدریج واکنش زنجیره ای شکافت را متوقف می کند.
بنابراین، طراحی نیروگاه هسته ای مستلزم چندین درجه حفاظت است که تقریباً به طور کامل هرگونه احتمال حادثه را از بین می برد.
دنیای اتم آنقدر خارق العاده است که درک آن مستلزم گسست اساسی در مفاهیم معمول مکان و زمان است. اتم ها آنقدر کوچک هستند که اگر بتوان یک قطره آب را به اندازه زمین بزرگ کرد، هر اتم در آن قطره کوچکتر از یک پرتقال خواهد بود. در واقع یک قطره آب از 6000 میلیارد (6000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000) اتم هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. و با این حال، با وجود ابعاد میکروسکوپی، اتم ساختاری تا حدی شبیه به ساختار ما دارد. منظومه شمسی. در مرکز غیرقابل درک آن، که شعاع آن کمتر از یک تریلیونم سانتیمتر است، یک "خورشید" نسبتاً عظیم وجود دارد - هسته یک اتم.
"سیاره های" کوچک - الکترون ها - به دور این "خورشید" اتمی می چرخند. هسته از دو بلوک اصلی سازنده جهان - پروتون ها و نوترون ها (آنها یک نام متحد کننده دارند - نوکلئون ها) تشکیل شده است. یک الکترون و یک پروتون ذرات باردار هستند و مقدار بار در هر یک از آنها دقیقاً یکسان است، اما بارها در علامت متفاوت هستند: پروتون همیشه دارای بار مثبت و الکترون دارای بار منفی است. نوترون حمل نمی کند شارژ الکتریکیو در نتیجه نفوذ پذیری بسیار بالایی دارد.
در مقیاس اتمی اندازه گیری، جرم پروتون و نوترون به عنوان واحد در نظر گرفته می شود. بنابراین وزن اتمی هر عنصر شیمیایی به تعداد پروتون ها و نوترون های موجود در هسته آن بستگی دارد. به عنوان مثال، یک اتم هیدروژن، با هسته ای متشکل از تنها یک پروتون، دارای جرم اتمی 1. یک اتم هلیوم، با هسته ای از دو پروتون و دو نوترون، دارای جرم اتمی 4 است.
هسته اتم های یک عنصر همیشه دارای همان تعداد پروتون هستند، اما تعداد نوترون ها ممکن است متفاوت باشد. اتم هایی که دارای هسته هایی با تعداد پروتون یکسان هستند، اما از نظر تعداد نوترون متفاوت هستند و انواعی از یک عنصر هستند، ایزوتوپ نامیده می شوند. برای تشخیص آنها از یکدیگر، عددی به نماد عنصر برابر با مجموع تمام ذرات موجود در هسته یک ایزوتوپ معین اختصاص داده می شود.
ممکن است این سوال پیش بیاید: چرا هسته یک اتم از هم نمی پاشد؟ از این گذشته، پروتون های موجود در آن ذرات باردار الکتریکی با همان بار هستند که باید یکدیگر را با نیروی زیادی دفع کنند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در داخل هسته نیز نیروهای به اصطلاح درون هسته ای وجود دارد که ذرات هسته ای را به یکدیگر جذب می کنند. این نیروها نیروهای دافعه پروتون ها را جبران می کنند و از جدا شدن خود به خود هسته جلوگیری می کنند.
نیروهای درون هسته ای بسیار قوی هستند، اما فقط در فواصل بسیار نزدیک عمل می کنند. بنابراین، هسته های عناصر سنگین، متشکل از صدها نوکلئون، ناپایدار هستند. ذرات هسته در اینجا در حال حرکت مداوم هستند (در حجم هسته)، و اگر مقداری انرژی اضافی به آنها اضافه کنید، می توانند بر نیروهای داخلی غلبه کنند - هسته به قطعات تقسیم می شود. مقدار این انرژی اضافی را انرژی تحریک می گویند. در میان ایزوتوپ های عناصر سنگین، مواردی وجود دارند که به نظر می رسد در آستانه فروپاشی خود هستند. فقط یک "فشار" کوچک کافی است، برای مثال، برخورد یک نوترون ساده به هسته (و حتی لازم نیست تا سرعت بالایی شتاب بگیرد) تا واکنش شکافت هسته ای رخ دهد. برخی از این ایزوتوپ‌های «شکافت‌پذیر» بعداً آموختند که به‌طور مصنوعی تولید می‌شوند. در طبیعت، تنها یک ایزوتوپ وجود دارد - اورانیوم 235.
اورانوس در سال 1783 توسط کلاپروت کشف شد و او آن را از قطران اورانیوم جدا کرد و نام آن را از سیاره اخیراً کشف شده اورانوس نامگذاری کرد. همانطور که بعداً مشخص شد، در واقع، خود اورانیوم نبود، بلکه اکسید آن بود. اورانیوم خالص، یک فلز نقره‌ای مایل به سفید، به دست آمد
فقط در سال 1842 Peligo. عنصر جدید تا سال 1896 که بکرل پدیده رادیواکتیویته را در نمک های اورانیوم کشف کرد، خاصیت قابل توجهی نداشت و توجه ها را به خود جلب نکرد. پس از این، اورانیوم تبدیل به یک شی شد تحقیق علمیو آزمایشات، اما کاربرد عملیهنوز آن را نداشت
هنگامی که در ثلث اول قرن بیستم، فیزیکدانان کم و بیش ساختار هسته اتم را درک کردند، اول از همه سعی کردند رویای دیرینه کیمیاگران را برآورده کنند - آنها سعی کردند یک عنصر شیمیایی را به عنصر دیگر تبدیل کنند. در سال 1934، محققان فرانسوی، همسران فردریک و ایرنه ژولیوت کوری، تجربه زیر را به آکادمی علوم فرانسه گزارش کردند: هنگام بمباران صفحات آلومینیومی با ذرات آلفا (هسته های یک اتم هلیوم)، اتم های آلومینیوم به اتم های فسفر تبدیل می شوند، اما نه معمولی، بلکه رادیواکتیو که به نوبه خود به ایزوتوپ پایدار سیلیکون تبدیل شد. بنابراین، یک اتم آلومینیوم، با افزودن یک پروتون و دو نوترون، به یک اتم سیلیکون سنگین‌تر تبدیل شد.
این تجربه نشان می‌دهد که اگر نوترون‌ها را به سمت هسته‌های سنگین‌ترین عنصر موجود در طبیعت - اورانیوم شلیک کنید، می‌توانید عنصری را بدست آورید که در شرایط طبیعیخیر در سال 1938، شیمیدانان آلمانی اتو هان و فریتز استراسمن به طور کلی تجربه همسران ژولیوت کوری را با استفاده از اورانیوم به جای آلومینیوم تکرار کردند. نتایج آزمایش اصلاً آن چیزی نبود که انتظار داشتند - به جای یک عنصر فوق سنگین جدید با عدد جرمی بیشتر از اورانیوم، هان و استراسمن عناصر سبک را از قسمت میانی جدول تناوبی دریافت کردند: باریم، کریپتون، برم و برخی دیگر خود آزمایشگران نتوانستند پدیده مشاهده شده را توضیح دهند. تنها در سال آیندهفیزیکدان لیز مایتنر، که هان مشکلات خود را به او گزارش داد، توضیح درستی برای پدیده مشاهده شده یافت، که نشان می دهد وقتی اورانیوم با نوترون بمباران می شود، هسته آن شکافته می شود (شکافت). در این حالت، هسته‌های عناصر سبکتر باید تشکیل می‌شد (از آنجا باریم، کریپتون و سایر مواد به وجود آمدند) و همچنین باید 2-3 نوترون آزاد آزاد می‌شد. تحقیقات بیشتر این امکان را فراهم کرد که تصویری از آنچه در حال رخ دادن بود به تفصیل روشن شود.
اورانیوم طبیعی از مخلوطی از سه ایزوتوپ با جرم های 238، 234 و 235 تشکیل شده است. مقدار اصلی اورانیوم ایزوتوپ 238 است که هسته آن شامل 92 پروتون و 146 نوترون است. اورانیوم 235 تنها 1/140 اورانیوم طبیعی است (0.7٪ (92 پروتون و 143 نوترون در هسته خود دارد) و اورانیوم 234 (92 پروتون، 142 نوترون) تنها 1/17500 از کل جرم اورانیوم را تشکیل می دهد. 0 , 006%. کمترین پایداری این ایزوتوپ ها اورانیوم 235 است.
هر از گاهی، هسته های اتم های آن به طور خود به خود به قطعات تقسیم می شوند، در نتیجه عناصر سبک تر جدول تناوبی تشکیل می شوند. این فرآیند با انتشار دو یا سه نوترون آزاد همراه است که با سرعت بسیار زیاد - حدود 10 هزار کیلومتر در ثانیه (به آنها نوترون سریع می گویند) می شتابند. این نوترون ها می توانند به دیگر هسته های اورانیوم برخورد کنند و باعث واکنش های هسته ای شوند. هر ایزوتوپ در این مورد رفتار متفاوتی دارد. هسته‌های اورانیوم 238 در بیشتر موارد به سادگی این نوترون‌ها را بدون هیچ تغییر دیگری جذب می‌کنند. اما تقریباً در یک مورد از هر پنج مورد، هنگامی که یک نوترون سریع با هسته ایزوتوپ-238 برخورد می کند، یک واکنش هسته ای عجیب رخ می دهد: یکی از نوترون های اورانیوم-238 یک الکترون ساطع می کند و به پروتون تبدیل می شود. ایزوتوپ اورانیوم به یک ایزوتوپ بیشتر تبدیل می شود
عنصر سنگین - نپتونیوم-239 (93 پروتون + 146 نوترون). اما نپتونیوم ناپایدار است - پس از چند دقیقه، یکی از نوترون های آن یک الکترون ساطع می کند و به پروتون تبدیل می شود، پس از آن ایزوتوپ نپتونیم به عنصر بعدی در جدول تناوبی - پلوتونیوم-239 (94 پروتون + 145 نوترون) تبدیل می شود. اگر یک نوترون به هسته اورانیوم 235 ناپایدار برخورد کند، بلافاصله شکافت رخ می دهد - اتم ها با انتشار دو یا سه نوترون متلاشی می شوند. واضح است که در اورانیوم طبیعی، که بیشتر اتم های آن متعلق به ایزوتوپ 238 است، این واکنش هیچ عواقب قابل مشاهده ای ندارد - تمام نوترون های آزاد در نهایت توسط این ایزوتوپ جذب می شوند.
خوب، اگر یک قطعه نسبتاً عظیم اورانیوم را تصور کنیم که تماماً از ایزوتوپ 235 تشکیل شده است، چه؟
در اینجا روند متفاوت خواهد بود: نوترون‌هایی که در طی شکافت چندین هسته آزاد می‌شوند، به نوبه خود با برخورد به هسته‌های همسایه، باعث شکافت آنها می‌شوند. در نتیجه، بخش جدیدی از نوترون ها آزاد می شود که هسته های بعدی را می شکافد. در شرایط مساعد این واکنش مانند بهمن پیش می رود و واکنش زنجیره ای نامیده می شود. برای شروع آن، چند ذره بمباران ممکن است کافی باشد.
در واقع، اجازه دهید اورانیوم 235 تنها با 100 نوترون بمباران شود. آنها 100 هسته اورانیوم را جدا خواهند کرد. در این صورت، 250 نوترون جدید از نسل دوم آزاد می شود (به طور متوسط 2.5 در هر شکافت). نوترون های نسل دوم 250 شکافت تولید می کنند که 625 نوترون آزاد می کند. در نسل بعدی می شود 1562 و سپس 3906 و سپس 9670 و غیره. اگر این روند متوقف نشود، تعداد بخش ها به طور نامحدود افزایش می یابد.
با این حال، در واقع تنها بخش کوچکی از نوترون ها به هسته اتم ها می رسند. بقیه، به سرعت بین آنها عجله می کنند، به فضای اطراف منتقل می شوند. یک واکنش زنجیره ای خودپایدار فقط در یک آرایه به اندازه کافی بزرگ از اورانیوم 235 که گفته می شود جرم بحرانی دارد، رخ می دهد. (این توده در شرایط عادیبرابر با 50 کیلوگرم.) توجه به این نکته ضروری است که شکافت هر هسته با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی همراه است که تقریباً 300 میلیون برابر بیشتر از انرژی صرف شده برای شکافت است! (تخمین زده می شود که شکافت کامل 1 کیلوگرم اورانیوم 235 همان مقدار گرما را با احتراق 3 هزار تن زغال سنگ آزاد می کند.)
این انفجار عظیم انرژی که در چند لحظه آزاد می شود، خود را به عنوان یک انفجار نیروی هیولایی نشان می دهد و زیربنای عمل سلاح های هسته ای است. اما برای اینکه این سلاح به واقعیت تبدیل شود، لازم است که شارژ شامل اورانیوم طبیعی نباشد، بلکه از یک ایزوتوپ کمیاب - 235 (به چنین اورانیوم غنی شده گفته می شود) باشد. بعداً مشخص شد که پلوتونیوم خالص نیز یک ماده شکافت پذیر است و می تواند به جای اورانیوم 235 در بار اتمی استفاده شود.
تمام این اکتشافات مهم در آستانه جنگ جهانی دوم انجام شد. به زودی کار مخفیانه برای ساخت بمب اتمی در آلمان و سایر کشورها آغاز شد. در ایالات متحده آمریکا، این مشکل در سال 1941 مورد توجه قرار گرفت. کل مجموعه آثار نام "پروژه منهتن" داده شد.
مدیریت اداری پروژه توسط جنرال گرووز و مدیریت علمی توسط استاد دانشگاه کالیفرنیا رابرت اوپنهایمر انجام شد. هر دو به خوبی از پیچیدگی عظیم کار پیش روی خود آگاه بودند. بنابراین، اولین دغدغه اوپنهایمر جذب یک تیم علمی بسیار هوشمند بود. در آن زمان در ایالات متحده فیزیکدانان زیادی وجود داشتند که از آلمان نازی مهاجرت کردند. جذب آنها برای ایجاد تسلیحات علیه میهن سابقشان آسان نبود. اوپنهایمر با استفاده از تمام قدرت جذابیت خود با همه شخصاً صحبت می کرد. به زودی او موفق شد گروه کوچکی از نظریه پردازان را که به شوخی آنها را "مشروحان" نامید، جمع کند. و در واقع شامل بزرگترین متخصصان آن زمان در رشته فیزیک و شیمی بود. (در میان آنها 13 نفر برنده جایزه هستند جایزه نوبلاز جمله بور، فرمی، فرانک، چادویک، لارنس.) علاوه بر آنها، بسیاری از متخصصان دیگر با پروفایل های مختلف وجود داشتند.
دولت ایالات متحده در هزینه ها کوتاهی نکرد و کار از همان ابتدا به مقیاس بزرگی رسید. در سال 1942، بزرگترین آزمایشگاه تحقیقاتی جهان در لوس آلاموس تاسیس شد. جمعیت این شهر علمی به زودی به 9 هزار نفر رسید. از نظر ترکیب دانشمندان، دامنه آزمایشات علمی و تعداد متخصصان و کارگران درگیر در کار، آزمایشگاه لوس آلاموس در تاریخ جهان مشابهی نداشت. پروژه منهتن پلیس، ضد جاسوسی، سیستم ارتباطی، انبارها، روستاها، کارخانه ها، آزمایشگاه ها و بودجه هنگفت خود را داشت.
هدف اصلی این پروژه به دست آوردن مواد شکافت پذیر کافی بود که بتوان از آن چندین بمب اتمی ایجاد کرد. علاوه بر اورانیوم-235، هزینه بمب، همانطور که قبلا ذکر شد، می تواند عنصر مصنوعی پلوتونیوم-239 باشد، یعنی بمب می تواند اورانیوم یا پلوتونیوم باشد.
گرووز و اوپنهایمر توافق کردند که کار باید به طور همزمان در دو جهت انجام شود، زیرا نمی توان از قبل تصمیم گرفت که کدام یک از آنها امیدوارکننده تر باشد. هر دو روش اساساً با یکدیگر متفاوت بودند: انباشت اورانیوم 235 باید با جداسازی آن از بخش عمده اورانیوم طبیعی انجام می شد و پلوتونیوم تنها در نتیجه یک واکنش هسته ای کنترل شده هنگامی که اورانیوم 238 تابش می شد بدست می آمد. با نوترون هر دو مسیر به طور غیرعادی دشوار به نظر می رسید و نوید راه حل های آسان را نمی داد.
در واقع، چگونه می توان دو ایزوتوپ را که فقط کمی از نظر وزن متفاوت هستند و از نظر شیمیایی دقیقاً به یک شکل عمل می کنند، جدا کرد؟ نه علم و نه فناوری هرگز با چنین مشکلی مواجه نشده اند. تولید پلوتونیوم نیز در ابتدا بسیار مشکل به نظر می رسید. قبل از این، کل تجربه تحولات هسته ای به چند آزمایش آزمایشگاهی کاهش یافت. اکنون آنها باید بر تولید کیلوگرم پلوتونیوم در مقیاس صنعتی تسلط پیدا می کردند ، یک تأسیسات ویژه برای این کار ایجاد و ایجاد می کردند - یک راکتور هسته ای ، و یاد می گرفتند که روند واکنش هسته ای را کنترل کنند.
هم اینجا و هم اینجا مجموعه کاملی از مشکلات پیچیده باید حل می شد. بنابراین، پروژه منهتن شامل چندین پروژه فرعی بود که توسط دانشمندان برجسته رهبری می شد. اوپنهایمر خود رئیس آزمایشگاه علمی لوس آلاموس بود. لارنس مسئول آزمایشگاه تشعشع در دانشگاه کالیفرنیا بود. فرمی تحقیقاتی را در دانشگاه شیکاگو برای ایجاد یک راکتور هسته ای انجام داد.
در ابتدا مهمترین مشکلتولید اورانیوم بود. قبل از جنگ، این فلز عملاً هیچ استفاده ای نداشت. اکنون که فوراً به مقادیر زیاد مورد نیاز بود، معلوم شد که هیچ روش صنعتی برای تولید آن وجود ندارد.
شرکت Westinghouse توسعه خود را آغاز کرد و به سرعت به موفقیت دست یافت. پس از خالص سازی رزین اورانیوم (اورانیوم به این شکل در طبیعت وجود دارد) و به دست آوردن اکسید اورانیوم، به تترا فلوراید (UF4) تبدیل شد که فلز اورانیوم با الکترولیز از آن جدا شد. اگر در پایان سال 1941 دانشمندان آمریکایی فقط چند گرم فلز اورانیوم در اختیار داشتند، در نوامبر 1942 تولید صنعتی آن در کارخانه‌های وستینگهاوس به 6000 پوند در ماه رسید.
در همان زمان، کار برای ایجاد یک راکتور هسته ای در حال انجام بود. فرآیند تولید پلوتونیوم در واقع به تابش نوترون‌ها به میله‌های اورانیوم خلاصه می‌شود که در نتیجه بخشی از اورانیوم 238 به پلوتونیوم تبدیل می‌شود. منابع نوترون در این مورد می تواند اتم های شکافت پذیر اورانیوم-235 باشد که به مقدار کافی در بین اتم های اورانیوم-238 پراکنده شده اند. اما برای حفظ تولید ثابت نوترون ها، یک واکنش زنجیره ای شکافت اتم های اورانیوم 235 باید آغاز شود. در همین حال، همانطور که قبلا ذکر شد، به ازای هر اتم اورانیوم-235، 140 اتم اورانیوم-238 وجود داشت. واضح است که نوترون‌هایی که در همه جهات پراکنده می‌شوند، احتمال بسیار بالاتری برای ملاقات با آنها در مسیر خود داشتند. یعنی تعداد زیادی از نوترون های آزاد شده بدون هیچ سودی توسط ایزوتوپ اصلی جذب شدند. بدیهی است که در چنین شرایطی یک واکنش زنجیره ای نمی تواند رخ دهد. چگونه بودن؟
در ابتدا به نظر می رسید که بدون جداسازی دو ایزوتوپ، عملکرد راکتور به طور کلی غیرممکن است، اما یک شرایط مهم به زودی مشخص شد: معلوم شد که اورانیوم-235 و اورانیوم-238 نسبت به نوترون های انرژی های مختلف حساس هستند. هسته یک اتم اورانیوم 235 را می توان توسط یک نوترون با انرژی نسبتا کم که سرعتی در حدود 22 متر بر ثانیه دارد تقسیم کرد. چنین نوترون های کندی توسط هسته های اورانیوم 238 دستگیر نمی شوند - برای این منظور آنها باید سرعت صدها هزار متر در ثانیه داشته باشند. به عبارت دیگر، اورانیوم-238 برای جلوگیری از شروع و پیشرفت یک واکنش زنجیره ای در اورانیوم-235 که توسط نوترون های کاهش یافته به سرعت های بسیار پایین - حداکثر 22 متر بر ثانیه - ایجاد می شود، ناتوان است. این پدیده توسط فرمی فیزیکدان ایتالیایی کشف شد که از سال 1938 در ایالات متحده زندگی می کرد و کار را در اینجا برای ایجاد اولین راکتور رهبری کرد. فرمی تصمیم گرفت از گرافیت به عنوان تعدیل کننده نوترون استفاده کند. بر اساس محاسبات وی، نوترون های ساطع شده از اورانیوم-235، با عبور از یک لایه 40 سانتی متری گرافیت، باید سرعت خود را به 22 متر بر ثانیه کاهش می دادند و یک واکنش زنجیره ای خودپایدار را در اورانیوم-235 آغاز می کردند.
تعدیل کننده دیگر می تواند آب به اصطلاح "سنگین" باشد. از آنجایی که اتم‌های هیدروژن موجود در آن از نظر اندازه و جرم بسیار شبیه به نوترون‌ها هستند، به بهترین وجه می‌توانند سرعت آنها را کاهش دهند. (در مورد نوترون‌های سریع، تقریباً همان چیزی است که در مورد توپ‌ها اتفاق می‌افتد: اگر یک توپ کوچک به توپ بزرگ برخورد کند، تقریباً بدون کاهش سرعت به عقب می‌چرخد، اما وقتی با یک توپ کوچک برخورد می‌کند، بخش قابل توجهی از انرژی خود را به آن منتقل می‌کند. - درست مانند یک نوترون در یک برخورد الاستیک که از یک هسته سنگین پرش می کند و فقط کمی کند می شود و هنگام برخورد با هسته اتم های هیدروژن، خیلی سریع تمام انرژی خود را از دست می دهد.) با این حال، آب معمولی برای کاهش سرعت مناسب نیست. زیرا هیدروژن آن تمایل به جذب نوترون دارد. به همین دلیل است که دوتریوم که بخشی از آب «سنگین» است، باید برای این منظور استفاده شود.
در اوایل سال 1942، تحت رهبری فرمی، ساخت اولین رآکتور هسته ای در تاریخ در زمین تنیس زیر سکوهای غربی استادیوم شیکاگو آغاز شد. دانشمندان همه کارها را خودشان انجام دادند. واکنش را می توان به تنها روش کنترل کرد - با تنظیم تعداد نوترون های شرکت کننده در واکنش زنجیره ای. فرمی قصد داشت با استفاده از میله های ساخته شده از موادی مانند بور و کادمیوم که نوترون ها را به شدت جذب می کند، به این هدف دست یابد. تعدیل کننده آجرهای گرافیتی بود که فیزیکدانان از آن ستون هایی به ارتفاع 3 متر و عرض 1.2 متر ساختند و بین آنها بلوک های مستطیلی با اکسید اورانیوم تعبیه شد. کل ساختار به حدود 46 تن اکسید اورانیوم و 385 تن گرافیت نیاز داشت. برای کاهش سرعت واکنش، میله های کادمیوم و بور به راکتور وارد شدند.
اگر این کافی نبود، پس برای بیمه، دو دانشمند روی یک سکوی واقع در بالای راکتور با سطل های پر از محلول نمک های کادمیوم ایستادند - قرار بود اگر واکنش از کنترل خارج شد آنها را روی راکتور بریزند. خوشبختانه این کار ضروری نبود. در 2 دسامبر 1942، فرمی دستور داد تا تمام میله های کنترل را گسترش دهند و آزمایش آغاز شد. پس از چهار دقیقه، شمارنده‌های نوترون با صدای بلند و بلندتر شروع به کلیک کردن کردند. با هر دقیقه شدت شار نوترون بیشتر می شد. این نشان می دهد که یک واکنش زنجیره ای در راکتور در حال انجام است. 28 دقیقه طول کشید. سپس فرمی سیگنال داد و میله های پایین رونده را متوقف کردند. بدین ترتیب انسان برای اولین بار انرژی هسته اتم را آزاد کرد و ثابت کرد که می تواند به میل خود آن را کنترل کند. اکنون دیگر هیچ شکی وجود نداشت که تسلیحات هسته ای یک واقعیت است.
در سال 1943، راکتور فرمی برچیده شد و به آزمایشگاه ملی آراگون (50 کیلومتری شیکاگو) منتقل شد. زود اینجا بود
راکتور هسته ای دیگری ساخته شد که در آن از آب سنگین به عنوان تعدیل کننده استفاده می شد. این مخزن از یک مخزن آلومینیومی استوانه ای حاوی 6.5 تن آب سنگین تشکیل شده بود که در آن 120 میله فلزی اورانیوم به صورت عمودی در یک پوسته آلومینیومی غوطه ور شده بود. هفت میله کنترل از کادمیوم ساخته شده بودند. در اطراف مخزن یک بازتابنده گرافیتی وجود داشت، سپس صفحه ای از آلیاژهای سرب و کادمیوم ساخته شده بود. کل سازه در یک پوسته بتنی با ضخامت دیواره حدود 2.5 متر محصور شده بود.
آزمایش در این راکتورهای آزمایشی این احتمال را تایید کرد تولید صنعتیپلوتونیوم
مرکز اصلی پروژه منهتن به زودی به شهر اوک ریج در دره رودخانه تنسی تبدیل شد که جمعیت آن در عرض چند ماه به 79 هزار نفر افزایش یافت. در اینجا اولین کارخانه تولید اورانیوم غنی شده در تاریخ در مدت کوتاهی ساخته شد. یک رآکتور صنعتی تولید پلوتونیوم در اینجا در سال 1943 راه اندازی شد. در فوریه 1944 روزانه حدود 300 کیلوگرم اورانیوم از آن استخراج می شد که از سطح آن با جداسازی شیمیایی پلوتونیوم به دست می آمد. (برای این کار ابتدا پلوتونیوم حل و سپس رسوب داده شد.) سپس اورانیوم خالص شده به راکتور بازگردانده شد. در همان سال، ساخت و ساز کارخانه عظیم هانفورد در صحرای بایر و تاریک در کرانه جنوبی رودخانه کلمبیا آغاز شد. سه راکتور هسته ای قدرتمند در اینجا قرار داشت که هر روز چند صد گرم پلوتونیوم تولید می کرد.
به موازات آن، تحقیقات برای توسعه یک فرآیند صنعتی برای غنی‌سازی اورانیوم در جریان بود.
در نظر گرفتن انواع مختلفگرووز و اوپنهایمر تصمیم گرفتند تلاش خود را بر دو روش متمرکز کنند: انتشار گازی و الکترومغناطیسی.
روش انتشار گاز بر اساس اصل معروف به قانون گراهام استوار بود (این روش برای اولین بار در سال 1829 توسط شیمیدان اسکاتلندی توماس گراهام فرموله شد و در سال 1896 توسط فیزیکدان انگلیسی ریلی توسعه یافت). بر اساس این قانون، اگر دو گاز که یکی از آنها سبکتر از دیگری است، از فیلتری با سوراخ های ناچیزی عبور داده شود، مقدار کمی بیشتر از گاز سبک از گاز سنگین عبور می کند. در نوامبر 1942، یوری و دانینگ از دانشگاه کلمبیا یک روش انتشار گازی برای جداسازی ایزوتوپ‌های اورانیوم بر اساس روش ریلی ایجاد کردند.
از آنجایی که اورانیوم طبیعی یک جامد است، ابتدا به فلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل شد. سپس این گاز از سوراخ های میکروسکوپی - به ترتیب هزارم میلی متر - در پارتیشن فیلتر عبور داده شد.
از آنجایی که اختلاف وزن مولی گازها بسیار کم بود، محتوای اورانیوم 235 در پشت پارتیشن تنها 10002 برابر افزایش یافت.
به منظور افزایش بیشتر مقدار اورانیوم 235، مخلوط حاصل دوباره از یک پارتیشن عبور داده می شود و مقدار اورانیوم دوباره 10002 برابر افزایش می یابد. بنابراین، برای افزایش محتوای اورانیوم 235 به 99 درصد، لازم بود گاز از 4000 فیلتر عبور داده شود. این اتفاق در یک کارخانه بزرگ انتشار گاز در اوک ریج رخ داد.
در سال 1940، تحت رهبری ارنست لارنس، تحقیقات در مورد جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم به روش الکترومغناطیسی در دانشگاه کالیفرنیا آغاز شد. پیدا کردن چنین چیزی ضروری بود فرآیندهای فیزیکی، که جداسازی ایزوتوپ ها را با استفاده از تفاوت در جرم آنها ممکن می کند. لارنس تلاش کرد ایزوتوپ ها را با استفاده از اصل طیف نگار جرمی جدا کند، ابزاری که برای تعیین جرم اتم ها استفاده می شود.
اصل عملکرد آن به شرح زیر بود: اتم های پیش یونیزه شده توسط یک میدان الکتریکی شتاب می گرفتند و سپس از یک میدان مغناطیسی عبور می کردند، که در آن دایره هایی را که در یک صفحه عمود بر جهت میدان قرار دارند توصیف کردند. از آنجایی که شعاع این مسیرها با جرم متناسب بود، یون های سبک به دایره هایی با شعاع کوچکتر از سنگین رسیدند. اگر تله‌ها در امتداد مسیر اتم‌ها قرار می‌گرفت، می‌توان ایزوتوپ‌های مختلف را به‌طور جداگانه به این روش جمع‌آوری کرد.
این روش بود. در شرایط آزمایشگاهی نتایج خوبی داد. اما ساخت تاسیساتی که در آن جداسازی ایزوتوپ در مقیاس صنعتی انجام شود بسیار دشوار بود. با این حال، لارنس در نهایت موفق شد بر همه مشکلات غلبه کند. نتیجه تلاش او ظهور کالوترون بود که در یک کارخانه غول پیکر در اوک ریج نصب شد.
این نیروگاه الکترومغناطیسی در سال 1943 ساخته شد و معلوم شد که شاید گران ترین زاده فکر پروژه منهتن باشد. روش لارنس مورد نیاز است مقدار زیاددستگاه های پیچیده و هنوز توسعه نیافته مرتبط با ولتاژ بالا، خلاء بالا و قوی میدانهای مغناطیسی. مقیاس هزینه ها بسیار زیاد بود. کالوترون دارای یک آهنربای الکتریکی غول پیکر بود که طول آن به 75 متر و وزن آن حدود 4000 تن می رسید.
چندین هزار تن سیم نقره برای سیم پیچ های این آهنربای الکتریکی استفاده شده است.
کل کار (بدون احتساب هزینه 300 میلیون دلاری نقره، که خزانه داری ایالت فقط به طور موقت ارائه کرد) 400 میلیون دلار هزینه داشت. وزارت دفاع فقط 10 میلیون برای برق مصرفی کالوترون پرداخت کرد. بسیاری از تجهیزات کارخانه Oak Ridge از نظر مقیاس و دقت نسبت به هر چیزی که تا به حال در این زمینه فناوری توسعه یافته بود برتر بود.
اما همه این هزینه ها بیهوده نبود. با صرف مجموعاً حدود 2 میلیارد دلار، دانشمندان آمریکایی تا سال 1944 یک فناوری منحصر به فرد برای غنی سازی اورانیوم و تولید پلوتونیوم ایجاد کردند. در همین حال، در آزمایشگاه لوس آلاموس روی طراحی خود بمب کار می کردند. اصل عملکرد آن به طور کلی برای مدت طولانی روشن بود: ماده شکافت پذیر (پلوتونیوم یا اورانیوم-235) باید در لحظه انفجار به حالت بحرانی منتقل می شد (برای اینکه یک واکنش زنجیره ای رخ دهد، جرم بار باید رخ دهد. حتی به طور قابل توجهی بزرگتر از بحرانی باشد) و با پرتو نوترونی تابش شود، که مستلزم آغاز یک واکنش زنجیره ای است.
بر اساس محاسبات، جرم بحرانی بار از 50 کیلوگرم فراتر رفت، اما آنها توانستند به میزان قابل توجهی آن را کاهش دهند. به طور کلی، مقدار جرم بحرانی به شدت تحت تأثیر عوامل متعددی است. هر چه سطح بار بزرگتر باشد، نوترون های بیشتری به طور بی فایده به فضای اطراف گسیل می شوند. یک کره کوچکترین سطح را دارد. در نتیجه، بارهای کروی، با مساوی بودن سایر چیزها، کمترین جرم بحرانی را دارند. علاوه بر این، مقدار جرم بحرانی به خلوص و نوع مواد شکافت پذیر بستگی دارد. با مربع چگالی این ماده نسبت معکوس دارد که به عنوان مثال با دو برابر کردن چگالی، جرم بحرانی را چهار برابر کاهش می دهد. درجه زیر بحرانی مورد نیاز را می توان به عنوان مثال با فشرده سازی مواد شکافت پذیر به دلیل انفجار بار یک ماده منفجره معمولی که به شکل پوسته کروی در اطراف بار هسته ای ساخته شده است، بدست آورد. جرم بحرانی را نیز می توان با احاطه کردن بار با صفحه ای که نوترون ها را به خوبی منعکس می کند کاهش داد. سرب، بریلیم، تنگستن، اورانیوم طبیعی، آهن و بسیاری دیگر را می توان به عنوان صفحه نمایش استفاده کرد.
یکی از طرح‌های احتمالی بمب اتمی شامل دو قطعه اورانیوم است که وقتی با هم ترکیب می‌شوند، جرمی بیشتر از حد بحرانی تشکیل می‌دهند. به منظور ایجاد یک انفجار بمب، شما باید آنها را در اسرع وقت به هم نزدیک کنید. روش دوم مبتنی بر استفاده از یک انفجار همگرا به داخل است. در این مورد، جریانی از گازهای یک ماده منفجره معمولی به سمت مواد شکافت پذیر واقع در داخل هدایت می شود و آن را فشرده می کند تا به جرم بحرانی برسد. همانطور که قبلا ذکر شد، ترکیب یک بار و تابش شدید آن با نوترون ها باعث یک واکنش زنجیره ای می شود که در نتیجه در ثانیه اول دما به 1 میلیون درجه افزایش می یابد. در این مدت، تنها حدود 5 درصد از جرم بحرانی موفق به جداسازی شدند. بقیه شارژ در طرح های اولیه بمب بدون تبخیر شد
هر منفعتی
اولین بمب اتمی در تاریخ (نام ترینیتی به آن داده شد) در تابستان 1945 مونتاژ شد. و در 16 ژوئن 1945، اولین انفجار اتمی روی زمین در سایت آزمایش هسته ای در صحرای آلاموگوردو (نیومکزیکو) انجام شد. این بمب در مرکز محل آزمایش بالای یک برج فولادی 30 متری قرار گرفت. تجهیزات ضبط با فاصله بسیار دور آن قرار داده شده بود. یک پست دیده بانی در 9 کیلومتری و یک پست فرماندهی در 16 کیلومتری وجود داشت. انفجار اتمی تأثیر خیره کننده ای را در همه شاهدان این رویداد ایجاد کرد. بر اساس توضیحات شاهدان عینی، احساس می‌شد که خورشیدهای زیادی با هم متحد شده‌اند و محل آزمایش را به یکباره روشن کرده‌اند. سپس یک گلوله آتش بزرگ بر فراز دشت ظاهر شد و ابر گردی از غبار و نور به آرامی و شوم به سمت آن بالا آمد.
این گلوله آتشین با بلند شدن از زمین، در عرض چند ثانیه به ارتفاع بیش از سه کیلومتری اوج گرفت. با هر لحظه بزرگتر شدن اندازه، به زودی قطر آن به 1.5 کیلومتر رسید و به آرامی به استراتوسفر صعود کرد. سپس گلوله آتشین جای خود را به ستونی از دود بلند داد که تا ارتفاع 12 کیلومتری کشیده شد و شکل یک قارچ غول پیکر را به خود گرفت. همه اینها با غرش وحشتناکی همراه بود که زمین از آن لرزید. قدرت بمب در حال انفجار فراتر از همه انتظارات بود.
به محض اینکه شرایط تشعشعات فراهم شد، چندین تانک شرمن که داخل آن با صفحات سربی پوشانده شده بود، به سمت منطقه انفجار هجوم بردند. روی یکی از آنها فرمی بود که مشتاق بود نتیجه کارش را ببیند. آنچه در مقابل چشمان او ظاهر شد، زمینی مرده و سوخته بود که همه موجودات زنده در شعاع 1.5 کیلومتری آن نابود شده بودند. شن‌ها به پوسته‌ای مایل به سبز شیشه‌ای تبدیل شده بود که زمین را پوشانده بود. در یک دهانه بزرگ، بقایای شکسته شده یک برج پشتیبانی فولادی قرار داشت. قدرت انفجار 20000 تن TNT تخمین زده شد.
گام بعدی استفاده رزمی از بمب علیه ژاپن بود که پس از تسلیم آلمان نازی به تنهایی جنگ با ایالات متحده و متحدانش را ادامه داد. در آن زمان هیچ وسیله پرتابی وجود نداشت، بنابراین بمباران باید از طریق هواپیما انجام می شد. اجزای این دو بمب با احتیاط فراوان توسط رزمناو ایندیاناپولیس به جزیره تینیان، جایی که گروه 509 ترکیبی نیروی هوایی مستقر بود، منتقل شد. این بمب ها در نوع شارژ و طراحی تا حدودی با یکدیگر تفاوت داشتند.
اولین بمب، "بچه"، یک بمب هوایی با اندازه بزرگ با بار اتمی از اورانیوم 235 بسیار غنی شده بود. طول آن حدود 3 متر، قطر - 62 سانتی متر، وزن - 4.1 تن بود.
بمب دوم - "مرد چاق" - با بار پلوتونیوم 239 تخم مرغی شکل با یک تثبیت کننده بزرگ بود. طول آن
3.2 متر، قطر 1.5 متر، وزن - 4.5 تن بود.
در 6 آگوست، بمب افکن B-29 Enola Gay سرهنگ تیبتز "پسر کوچولو" را بر روی شهر بزرگ ژاپنی هیروشیما انداخت. بمب با چتر نجات پایین آمد و طبق برنامه ریزی در ارتفاع 600 متری از زمین منفجر شد.
عواقب انفجار وحشتناک بود. حتی برای خود خلبانان، منظره شهر آرامی که در یک لحظه توسط آنها ویران شده بود، تأثیر ناامیدکننده ای برجای گذاشت. بعداً یکی از آنها اعتراف کرد که در آن ثانیه بدترین چیزی را که یک شخص می تواند ببیند را دیدند.
برای کسانی که روی زمین بودند، آنچه در حال رخ دادن بود شبیه جهنم واقعی بود. اول از همه، موج گرما از هیروشیما گذشت. اثر آن تنها چند لحظه دوام آورد، اما آنقدر قدرتمند بود که حتی کاشی ها و کریستال های کوارتز را در صفحات گرانیتی ذوب کرد، تیرهای تلفن را در فاصله 4 کیلومتری به زغال سنگ تبدیل کرد و در نهایت سوزاند. بدن انسانکه از آنها فقط سایه هایی بر آسفالت سنگفرش ها یا دیوار خانه ها باقی مانده بود. سپس وزش باد هیولایی از زیر گلوله آتش بیرون آمد و با سرعت 800 کیلومتر بر ساعت بر شهر هجوم آورد و همه چیز را در مسیر خود نابود کرد. خانه هایی که نمی توانستند در برابر هجوم خشمگین او مقاومت کنند، گویی فرو ریختند. در دایره غول پیکر به قطر 4 کیلومتر حتی یک ساختمان سالم باقی نمانده است. چند دقیقه پس از انفجار، باران رادیواکتیو سیاه بر شهر بارید - این رطوبت به بخار متراکم شده در لایه های مرتفع جو تبدیل شد و به شکل قطرات بزرگ مخلوط با گرد و غبار رادیواکتیو به زمین افتاد.
پس از باران شهر سقوط کرد انگیزه جدیدباد که این بار در جهت کانون زمین لرزه می وزد. نسبت به اولی ضعیف‌تر بود، اما همچنان به اندازه‌ای قوی بود که درختان را از ریشه کند. باد آتش غول پیکری را شعله ور کرد که در آن هر چیزی که می توانست بسوزد می سوخت. از 76 هزار ساختمان، 55 هزار ساختمان به طور کامل تخریب و سوخته است. شاهدان این فاجعه هولناک مردان مشعل را به یاد آوردند که لباس های سوخته به همراه پارچه های پوستی از آنها به زمین افتاد و انبوهی از مردم دیوانه که با سوختگی های وحشتناک پوشیده شده بودند و در خیابان ها فریاد می زدند. بوی تعفن خفه کننده ای از گوشت سوخته انسان در هوا می پیچید. همه جا مردم دراز کشیده بودند، مرده بودند و می مردند. بسیاری بودند که نابینا و کر بودند و در هرج و مرج حاکم بر اطرافشان، در هرج و جهات هجوم می آوردند.
افراد نگون بخت که در فاصله 800 متری از مرکز زمین لرزه قرار داشتند، به معنای واقعی کلمه در کسری از ثانیه سوختند - درون آنها تبخیر شد و بدن آنها به توده های زغال سنگ دود تبدیل شد. آنهایی که در 1 کیلومتری کانون زمین لرزه قرار داشتند تحت تأثیر بیماری تشعشع به شکل بسیار شدید قرار گرفتند. در عرض چند ساعت، آنها شروع به استفراغ شدید کردند، دمای آنها به 39-40 درجه رسید و شروع به تنگی نفس و خونریزی کردند. سپس زخم های غیر بهبودی روی پوست ظاهر شد، ترکیب خون به طرز چشمگیری تغییر کرد و موها ریختند. پس از رنج وحشتناک، معمولاً در روز دوم یا سوم، مرگ رخ می دهد.
در مجموع حدود 240 هزار نفر در اثر انفجار و بیماری تشعشع جان باختند. حدود 160 هزار نفر به شکل خفیف تر بیماری تشعشع دریافت کردند - مرگ دردناک آنها چندین ماه یا سال به تعویق افتاد. وقتی خبر فاجعه در سراسر کشور پخش شد، تمام ژاپن از ترس فلج شد. پس از آن که سرگرد سوئینی باکس خودرو دومین بمب را در ناکازاکی در 9 اوت پرتاب کرد، بیشتر شد. چند صد هزار نفر از ساکنان این شهر نیز کشته و زخمی شدند. دولت ژاپن که قادر به مقاومت در برابر سلاح های جدید نبود، تسلیم شد - بمب اتمی به جنگ جهانی دوم پایان داد.
جنگ تمام شد. این تنها شش سال طول کشید، اما توانست جهان و مردم را تقریباً غیرقابل تشخیص تغییر دهد.
تمدن بشری قبل از سال 1939 و تمدن بشری بعد از 1945 تفاوت های چشمگیری با یکدیگر دارند. دلایل زیادی برای این امر وجود دارد، اما یکی از مهمترین آنها ظهور سلاح های هسته ای است. بدون اغراق می توان گفت که سایه هیروشیما در تمام نیمه دوم قرن بیستم نهفته است. این یک سوختگی عمیق اخلاقی برای میلیون‌ها انسان، هم معاصران این فاجعه و هم کسانی که دهه‌ها پس از آن به دنیا آمده‌اند، شد. انسان مدرندیگر نمی تواند آن طور که قبل از 6 آگوست 1945 در مورد آن فکر می کردند، در مورد جهان فکر کند - او خیلی واضح می داند که این جهان می تواند در چند لحظه به هیچ تبدیل شود.
انسان مدرن نمی تواند به جنگ آن گونه که پدربزرگ ها و اجدادش نگاه می کردند نگاه کند - او مطمئناً می داند که این جنگ آخرین خواهد بود و نه برنده و نه بازنده ای در آن وجود نخواهد داشت. تسلیحات هسته ای در همه زمینه ها اثر خود را به جا گذاشته است زندگی عمومیو تمدن مدرن نمی تواند با همان قوانین شصت یا هشتاد سال پیش زندگی کند. هیچ کس این را بهتر از خود سازندگان بمب اتمی درک نکرد.
"مردم سیاره ما رابرت اوپنهایمر نوشت، باید متحد شوند وحشت و ویرانی که در آخرین جنگ کاشته شد این فکر را به ما دیکته می کند. انفجار بمب های اتمی این را با ظلم تمام ثابت کرد. افراد دیگر در زمان های دیگر قبلاً کلمات مشابهی گفته اند - فقط در مورد سلاح های دیگر و در مورد جنگ های دیگر. آنها موفق نبودند اما هرکسی که امروز بگوید این سخنان بیهوده است، فریب تاریخ گمراه شده است. ما نمی توانیم در این مورد قانع شویم. نتایج کار ما برای بشریت چاره ای جز ایجاد دنیایی متحد باقی نمی گذارد. جهانی مبتنی بر قانونمندی و انسانیت».
پس از پایان جنگ جهانی دوم، کشورها ائتلاف ضد هیتلربه سرعت در تلاش بودند تا در ساخت بمب هسته ای قدرتمندتر از یکدیگر پیشی بگیرند.
اولین آزمایش که توسط آمریکایی ها بر روی اشیاء واقعی در ژاپن انجام شد، وضعیت بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده را تا حد زیادی گرم کرد. انفجارهای قدرتمندی که در شهرهای ژاپن رعد و برق زد و عملاً تمام زندگی در آنها را از بین برد، استالین را مجبور کرد که بسیاری از ادعاهای موجود در صحنه جهانی را کنار بگذارد. اکثر فیزیکدانان شوروی فوراً به سمت توسعه سلاح های هسته ای "پرتاب" شدند.
سلاح های هسته ای چه زمانی و چگونه ظاهر شدند؟
سال تولد بمب اتمی را می توان سال 1896 در نظر گرفت. پس از آن بود که شیمیدان فرانسوی A. Becquerel کشف کرد که اورانیوم رادیواکتیو است. واکنش زنجیره ای اورانیوم انرژی قدرتمندی ایجاد می کند که به عنوان پایه ای برای یک انفجار مهیب عمل می کند. بعید است که بکرل تصور کند که کشف او منجر به ایجاد سلاح های هسته ای - وحشتناک ترین سلاح در کل جهان - شود.
پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم نقطه عطفی در تاریخ اختراع سلاح های هسته ای بود. در این دوره زمانی بود که دانشمندان از سراسر جهان توانستند قوانین، پرتوها و عناصر زیر را کشف کنند:
- پرتوهای آلفا، گاما و بتا؛
- ایزوتوپ های زیادی کشف شده است عناصر شیمیاییدارای خواص رادیواکتیو؛
- قانون واپاشی رادیواکتیو کشف شد که زمان و وابستگی کمی شدت واپاشی رادیواکتیو را بسته به تعداد اتم‌های رادیواکتیو در نمونه آزمایشی تعیین می‌کند.
- ایزومتریک هسته ای متولد شد.
در دهه 1930، آنها توانستند برای اولین بار از هم جدا شوند هسته اتمیاورانیوم با جذب نوترون در همان زمان، پوزیترون ها و نورون ها کشف شدند. همه اینها انگیزه قدرتمندی برای توسعه سلاح هایی ایجاد کرد که از انرژی اتمی استفاده می کردند. در سال 1939، اولین طرح بمب اتمی جهان به ثبت رسید. این کار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام فردریک ژولیوت کوری انجام شد.
در نتیجه تحقیقات و توسعه بیشتر در این زمینه، یک بمب هسته ای متولد شد. قدرت و دامنه تخریب بمب های اتمی مدرن به قدری زیاد است که کشوری که دارای پتانسیل هسته ای است عملاً نیازی به ارتش قدرتمند ندارد، زیرا یک بمب اتمی می تواند کل کشور را نابود کند.
بمب اتمی چگونه کار می کند؟
یک بمب اتمی از عناصر زیادی تشکیل شده است که مهمترین آنها عبارتند از:
- بدنه بمب اتمی؛
- سیستم اتوماسیون که فرآیند انفجار را کنترل می کند.
- شارژ هسته ای یا کلاهک.
سیستم اتوماسیون به همراه شارژ هسته ای در بدنه بمب اتمی قرار دارد. طراحی محفظه باید به اندازه کافی قابل اعتماد باشد تا از کلاهک در برابر انواع مختلف محافظت کند عوامل خارجیو تاثیرات به عنوان مثال، تأثیرات مختلف مکانیکی، دما یا مشابه، که می‌تواند منجر به انفجار ناخواسته قدرت عظیمی شود که می‌تواند همه چیز را در اطراف ویران کند.
وظیفه اتوماسیون کنترل کامل بر حصول اطمینان از وقوع انفجار در زمان مناسب است، بنابراین سیستم از عناصر زیر تشکیل شده است:
- دستگاهی که مسئول انفجار اضطراری است.
- منبع تغذیه سیستم اتوماسیون؛
- سیستم سنسور انفجار؛
- دستگاه خم کن؛
- ابزار ایمنی.
هنگامی که اولین آزمایش ها انجام شد، بمب های هسته ای بر روی هواپیماهایی که موفق به ترک منطقه آسیب دیده شدند، تحویل داده شد. بمب‌های اتمی مدرن آنقدر قدرتمند هستند که فقط با استفاده از موشک‌های کروز، بالستیک یا حداقل ضدهوایی قابل حمل هستند.
بمب های اتمی از سیستم های انفجاری مختلفی استفاده می کنند. ساده ترین آنها یک وسیله معمولی است که هنگام برخورد پرتابه به هدف فعال می شود.
یکی از ویژگی‌های اصلی بمب‌ها و موشک‌های هسته‌ای، تقسیم آنها به کالیبر است که بر سه نوع هستند:
- کوچک، قدرت بمب های اتمی با این کالیبر معادل چند هزار تن TNT است.
- متوسط (قدرت انفجار - چند ده هزار تن TNT)؛
- بزرگ که قدرت شارژ آن در میلیون ها تن TNT اندازه گیری می شود.
جالب است که اغلب قدرت تمام بمب های هسته ای دقیقاً با معادل TNT اندازه گیری می شود ، زیرا سلاح های اتمی مقیاس خاص خود را برای اندازه گیری قدرت انفجار ندارند.
الگوریتم های عملیات بمب های هسته ای
هر بمب اتمی بر اساس اصل استفاده عمل می کند انرژی هسته ای، که در طی یک واکنش هسته ای آزاد می شود. این روش بر اساس تقسیم هسته های سنگین یا سنتز هسته های سبک است. از آنجایی که در طی این واکنش مقدار زیادی انرژی آزاد می شود و در کوتاه ترین زمان، شعاع انهدام یک بمب هسته ای بسیار چشمگیر است. به دلیل این ویژگی، سلاح های هسته ای به عنوان سلاح های کشتار جمعی طبقه بندی می شوند.
در طی فرآیندی که با انفجار یک بمب اتمی آغاز می شود، دو نکته اصلی وجود دارد:
- این مرکز فوری انفجار است، جایی که واکنش هسته ای در آن رخ می دهد.
- مرکز انفجار که در محل انفجار بمب قرار دارد.
انرژی هسته ای آزاد شده در هنگام انفجار بمب اتمی به قدری قوی است که لرزه های لرزه ای روی زمین شروع می شود. در عین حال، این لرزش ها فقط در فاصله چند صد متری باعث تخریب مستقیم می شوند (البته اگر نیروی انفجار خود بمب را در نظر بگیرید، دیگر این لرزش ها روی چیزی تأثیر نمی گذارد).
عوامل آسیب در هنگام انفجار هسته ای
انفجار یک بمب هسته ای نه تنها باعث تخریب فوری وحشتناک می شود. عواقب این انفجار نه تنها برای افرادی که در منطقه آسیب دیده گرفتار شده اند، بلکه فرزندان آنها نیز که پس از انفجار اتمی متولد شده اند، احساس خواهد کرد. انواع تخریب توسط سلاح های اتمی به گروه های زیر تقسیم می شوند:
- تابش نوری که مستقیماً در حین انفجار رخ می دهد.
- موج ضربه ای که توسط بمب بلافاصله پس از انفجار منتشر شد.
- پالس الکترومغناطیسی؛
- تشعشعات نافذ؛
- آلودگی رادیواکتیو که می تواند چندین دهه ادامه داشته باشد.
اگرچه در نگاه اول یک فلاش نور کمترین تهدید را به همراه دارد، اما در واقع نتیجه انتشار مقادیر زیادی گرما و انرژی نوری است. قدرت و قدرت آن بسیار بیشتر از قدرت پرتوهای خورشید است، بنابراین آسیب نور و گرما می تواند در فاصله چند کیلومتری کشنده باشد.
تشعشعات منتشر شده در هنگام انفجار نیز بسیار خطرناک است. اگرچه برای مدت طولانی عمل نمی کند، اما موفق می شود همه چیز را در اطراف آلوده کند، زیرا قدرت نفوذ آن فوق العاده بالا است.
موج ضربه ای در هنگام انفجار اتمی مشابه همان موج در انفجارهای معمولی عمل می کند، فقط قدرت و شعاع تخریب آن بسیار بیشتر است. در عرض چند ثانیه نه تنها به افراد، بلکه به تجهیزات، ساختمان ها و محیط اطراف صدمات جبران ناپذیری وارد می کند.
تشعشعات نافذ باعث ایجاد بیماری تشعشع می شود و پالس الکترومغناطیسی فقط برای تجهیزات خطر ایجاد می کند. مجموعه همه این عوامل به علاوه قدرت انفجار، بمب اتمی را به خطرناک ترین سلاح جهان تبدیل می کند.
اولین آزمایش تسلیحات هسته ای در جهان
اولین کشوری که تسلیحات هسته ای تولید و آزمایش کرد، ایالات متحده آمریکا بود. این دولت ایالات متحده بود که یارانه های مالی هنگفتی را برای توسعه سلاح های نویدبخش جدید اختصاص داد. در پایان سال 1941 بسیاری از دانشمندان برجسته در زمینه توسعه اتمی به ایالات متحده دعوت شدند که تا سال 1945 توانستند نمونه اولیه بمب اتمی مناسب برای آزمایش را ارائه دهند.
اولین آزمایش بمب اتمی مجهز به مواد منفجره در جهان در صحرای نیومکزیکو انجام شد. این بمب که "گجت" نام داشت در 16 ژوئیه 1945 منفجر شد. نتیجه آزمایش مثبت بود، اگرچه ارتش خواستار آزمایش بمب هسته ای در شرایط جنگی واقعی شد.
پنتاگون با دیدن اینکه تنها یک قدم تا پیروزی ائتلاف هیتلری باقی مانده و ممکن است دیگر چنین فرصتی پیش نیاید تصمیم به حمله گرفت. حمله هسته ایتوسط آخرین متحد آلمان هیتلر- ژاپن علاوه بر این، استفاده از یک بمب هسته ای قرار بود چندین مشکل را به طور همزمان حل کند:
- برای جلوگیری از خونریزی غیرضروری که اگر نیروهای آمریکایی پا در خاک امپراتوری ژاپن بگذارند، ناگزیر رخ می دهد.
- با یک ضربه، ژاپنی های تسلیم ناپذیر را به زانو درآورید و آنها را مجبور کنید که شرایط مطلوب ایالات متحده را بپذیرند.
- به اتحاد جماهیر شوروی (به عنوان رقیب احتمالی در آینده) نشان دهید که ارتش ایالات متحده یک سلاح منحصر به فرد دارد که قادر است هر شهری را از روی زمین محو کند.
- و البته در عمل ببینیم که سلاح های هسته ای در شرایط واقعی جنگی چه توانایی هایی دارند.
در 6 آگوست 1945، اولین بمب اتمی جهان که در عملیات نظامی مورد استفاده قرار گرفت، بر روی شهر هیروشیما ژاپن پرتاب شد. این بمب به دلیل وزن 4 تن "بچه" نامیده شد. پرتاب بمب با دقت برنامه ریزی شده بود و دقیقاً به جایی که برنامه ریزی شده بود برخورد کرد. آن خانه‌هایی که در اثر موج انفجار تخریب نشده بودند، سوختند، زیرا اجاق‌هایی که در خانه‌ها افتادند باعث آتش‌سوزی شدند و تمام شهر در شعله‌های آتش سوخت.
پس از فلاش درخشان، موج گرمایی در شعاع 4 کیلومتری تمام زندگی را سوزاند و موج ضربه ای متعاقب آن بیشتر ساختمان ها را ویران کرد.
کسانی که در شعاع 800 متری دچار گرمازدگی شده بودند، زنده در آتش سوختند. موج انفجار پوست سوخته بسیاری را کند. چند دقیقه بعد باران سیاه عجیبی شروع به باریدن کرد که از بخار و خاکستر تشکیل شده بود. کسانی که در باران سیاه گرفتار شده بودند، دچار سوختگی غیرقابل علاج در پوست خود شدند.
آن تعداد اندکی که به اندازه کافی خوش شانس بودند که زنده بمانند، از بیماری تشعشعی رنج می بردند که در آن زمان نه تنها مطالعه نشده بود، بلکه کاملاً ناشناخته بود. تب، استفراغ، حالت تهوع و حملات ضعف در افراد شروع شد.
در 9 آگوست 1945، دومین بمب آمریکایی به نام «مرد چاق» بر شهر ناکازاکی پرتاب شد. این بمب تقریباً همان قدرت بمب اول را داشت و عواقب انفجار آن نیز به همان اندازه مخرب بود، اگرچه نیمی از افراد کشته شدند.
دو بمب اتمی پرتاب شده بر شهرهای ژاپن اولین و تنها مورد استفاده از سلاح اتمی در جهان بود. بیش از 300000 نفر در روزهای اول پس از بمباران جان باختند. حدود 150 هزار نفر دیگر بر اثر بیماری تشعشع جان باختند.
پس از بمباران اتمی شهرهای ژاپن، استالین شوک واقعی دریافت کرد. برای او روشن شد که موضوع توسعه سلاح های هسته ای در روسیه شوروی یک موضوع امنیتی برای کل کشور است. قبلاً در 20 اوت 1945 ، کمیته ویژه ای در مورد مسائل انرژی اتمی شروع به کار کرد که فوراً توسط I. Stalin ایجاد شد.
اگرچه تحقیقات در فیزیک هسته ای توسط گروهی از علاقه مندان در روسیه تزاری انجام شد، اما در زمان شوروی توجه لازم به آن نشد. در سال 1938 تمام تحقیقات در این زمینه به طور کامل متوقف شد و بسیاری از دانشمندان هسته ای به عنوان دشمنان مردم سرکوب شدند. بعد از انفجارهای هسته ایدر ژاپن اقتدار شورویبه شدت شروع به احیای صنعت هسته ای در کشور کرد.
شواهدی وجود دارد که نشان می دهد توسعه سلاح های هسته ای در آلمان نازی انجام شده است و این دانشمندان آلمانی بودند که بمب اتمی "خام" آمریکا را اصلاح کردند، بنابراین دولت ایالات متحده تمام متخصصان هسته ای و کلیه اسناد مربوط به توسعه هسته ای را از آلمان خارج کرد. سلاح ها
مدرسه اطلاعات اتحاد جماهیر شوروی، که در طول جنگ قادر به دور زدن تمام سرویس های اطلاعاتی خارجی بود، اسناد محرمانه مربوط به توسعه سلاح های هسته ای را در سال 1943 به اتحاد جماهیر شوروی منتقل کرد. در همان زمان، عوامل شوروی به تمام مراکز اصلی تحقیقات هسته ای آمریکا نفوذ کردند.
در نتیجه همه این اقدامات، قبلاً در سال 1946 آماده شد وظیفه فنیبرای تولید دو بمب هسته ای ساخت شوروی:
- RDS-1 (با بار پلوتونیوم)؛
- RDS-2 (با دو قسمت شارژ اورانیوم).
مخفف "RDS" مخفف "Russia does it self" بود که تقریباً کاملاً درست بود.
خبر آمادگی اتحاد جماهیر شوروی برای انتشار سلاح های هسته ای خود، دولت آمریکا را مجبور به اتخاذ تدابیر شدید کرد. در سال 1949، طرح تروجان توسعه یافت، که طبق آن برنامه ریزی شده بود که بمب اتمی را بر روی 70 شهر بزرگ اتحاد جماهیر شوروی پرتاب کند. تنها ترس از حمله تلافی جویانه مانع از تحقق این طرح شد.
این اطلاعات نگران کننده که از افسران اطلاعاتی شوروی می آمد، دانشمندان را مجبور کرد در حالت اضطراری کار کنند. قبلاً در اوت 1949 ، آزمایشات اولین بمب اتمی تولید شده در اتحاد جماهیر شوروی انجام شد. زمانی که ایالات متحده از این آزمایش ها مطلع شد، طرح تروجان برای مدت نامعلومی به تعویق افتاد. دوران رویارویی دو ابرقدرت آغاز شد که در تاریخ به جنگ سرد معروف است.
قوی‌ترین بمب هسته‌ای جهان که با نام «بمب تزار» شناخته می‌شود، دقیقاً متعلق به دوره « جنگ سرد" دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی قوی ترین بمب تاریخ بشر را ساختند. قدرت آن 60 مگاتن بود، اگرچه قرار بود بمبی با قدرت 100 کیلوتن بسازد. این بمب در اکتبر 1961 آزمایش شد. قطر گلوله آتش در هنگام انفجار 10 کیلومتر بود و موج انفجار به اطراف پرواز کرد زمینسه بار. این آزمایش بود که اکثر کشورهای جهان را مجبور به امضای توافقنامه ای برای توقف آزمایش های هسته ای نه تنها در جو زمین، بلکه حتی در فضا کرد.
اگرچه سلاح‌های اتمی وسیله‌ای عالی برای ارعاب کشورهای متجاوز هستند، اما از سوی دیگر می‌توانند هر گونه درگیری نظامی را در جوانی خنثی کنند، زیرا یک انفجار اتمی می‌تواند همه طرف‌های درگیری را نابود کند.
بمب اتمی پرتابه ای است که برای ایجاد انفجاری با قدرت بالا در نتیجه انتشار بسیار سریع انرژی هسته ای (اتمی) طراحی شده است.
اصل عملکرد بمب های اتمی
بار هسته ای به چندین قسمت به اندازه های بحرانی تقسیم می شود به طوری که در هر یک از آنها یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده خود در حال توسعه شکافت اتم های ماده شکافت پذیر شروع نمی شود. چنین واکنشی تنها زمانی رخ می دهد که تمام قسمت های بار به سرعت به یک کل متصل شوند. کامل بودن واکنش و در نهایت قدرت انفجار تا حد زیادی به سرعت همگرایی تک تک قطعات بستگی دارد. برای انتقال سرعت بالا به قسمت هایی از شارژ، می توان از انفجار یک ماده منفجره معمولی استفاده کرد. اگر قسمت هایی از یک بار هسته ای در جهات شعاعی در فاصله معینی از مرکز قرار گیرند و با خارج ازبارهای TNT را قرار دهید، سپس می توان انفجاری از بارهای معمولی را به سمت مرکز بار هسته ای انجام داد. تمام قسمت‌های بار هسته‌ای نه تنها با سرعت بسیار زیاد در یک کل واحد ترکیب می‌شوند، بلکه برای مدتی تحت فشار عظیم محصولات انفجار از همه طرف فشرده می‌شوند و نمی‌توانند بلافاصله پس از یک انفجار از هم جدا شوند. واکنش زنجیره ای هسته ای در بار شروع می شود. در نتیجه، شکافت به طور قابل توجهی بیشتر از بدون چنین فشرده سازی رخ می دهد، و در نتیجه، قدرت انفجار افزایش می یابد. بازتابنده نوترونی همچنین به افزایش قدرت انفجار برای همان مقدار مواد شکافت پذیر کمک می کند (موثرترین بازتابنده ها بریلیم هستند.< Be >، گرافیت، آب سنگین< H3O >). اولین شکافت، که یک واکنش زنجیره ای را آغاز می کند، حداقل به یک نوترون نیاز دارد. نمی توان روی شروع به موقع یک واکنش زنجیره ای تحت تأثیر نوترون هایی که در طول شکافت خود به خودی هسته ها ظاهر می شوند حساب کرد، زیرا نسبتاً به ندرت رخ می دهد: برای U-235 - 1 پوسیدگی در ساعت در هر 1 گرم. مواد همچنین تعداد بسیار کمی نوترون به شکل آزاد در جو وجود دارد: از طریق S = 1 سانتی متر بر مربع. به طور متوسط حدود 6 نوترون در هر ثانیه پرواز می کنند. به همین دلیل، یک منبع مصنوعی از نوترون ها در بار هسته ای استفاده می شود - نوعی کپسول چاشنی هسته ای. همچنین تضمین می کند که بسیاری از شکافت ها به طور همزمان شروع می شوند، بنابراین واکنش به شکل یک انفجار هسته ای ادامه می یابد.
گزینه های انفجار (طرح های تفنگ و انفجار)
دو طرح اصلی برای منفجر کردن بارهای شکافت پذیر وجود دارد: توپ که در غیر این صورت بالستیک نامیده می شود و انفجاری.
"طراحی توپ" در برخی از سلاح های هسته ای نسل اول استفاده شد. ماهیت مدار توپ شلیک باروت از یک بلوک از مواد شکافت پذیر با جرم زیر بحرانی ("گلوله") به دیگری ثابت ("هدف") است. بلوک ها به گونه ای طراحی شده اند که هنگام اتصال، جرم کل آنها فوق بحرانی می شود.
این روش انفجار فقط در مهمات اورانیوم امکان پذیر است، زیرا پلوتونیوم دارای پس زمینه نوترونی دو مرتبه قدر بالاتر است، که به شدت احتمال ایجاد واکنش زنجیره ای زودرس را قبل از اتصال بلوک ها افزایش می دهد. این منجر به آزاد شدن ناقص انرژی (به اصطلاح انگلیسی گازدار) می شود. برای پیاده سازی مدار توپ در مهمات پلوتونیومی، باید سرعت اتصال قطعات شارژ را تا حد فنی غیرقابل دستیابی افزایش داد. اورانیوم بهتر از پلوتونیوم در برابر اضافه بارهای مکانیکی مقاومت می کند.
طرح انفجاری این طرح انفجار شامل دستیابی به یک حالت فوق بحرانی با فشرده سازی مواد شکافت پذیر با یک موج ضربه متمرکز ایجاد شده در اثر انفجار یک ماده منفجره شیمیایی است. برای فوکوس کردن موج ضربه ای از لنزهای به اصطلاح انفجاری استفاده می شود و انفجار به طور همزمان در بسیاری از نقاط با دقت دقیق انجام می شود. ایجاد چنین سیستمی برای قرار دادن مواد منفجره و انفجار زمانی یکی از سخت ترین کارها بود. تشکیل یک موج شوک همگرا با استفاده از لنزهای انفجاری از مواد منفجره "سریع" و "آهسته" - TATV (تری آمینوترینیتروبنزن) و باراتول (مخلوطی از تری نیتروتولوئن با نیترات باریم) و برخی مواد افزودنی تضمین شد.