Come funziona una testata nucleare (4 foto). Bomba nucleare: armi atomiche a guardia del mondo

Centinaia di migliaia di famosi e dimenticati armaioli dell'antichità hanno combattuto alla ricerca dell'arma ideale in grado di vaporizzare l'esercito nemico con un clic. Periodicamente, una traccia di queste ricerche si trova nelle fiabe, che descrivono in modo più o meno plausibile una spada o un arco miracoloso che colpisce senza mancare.

Fortunatamente, il progresso tecnologico si è mosso così lentamente per molto tempo che la vera incarnazione delle armi da frantumazione è rimasta nei sogni e nelle storie orali, e in seguito sulle pagine dei libri. Il salto scientifico e tecnologico del XIX secolo ha fornito le condizioni per la creazione della principale fobia del XX secolo. Bomba nucleare, creato e testato in condizioni reali, ha rivoluzionato sia gli affari militari che la politica.

La storia della creazione di armi

Per molto tempo si è creduto che le armi più potenti potessero essere create solo utilizzando esplosivi. Le scoperte degli scienziati che lavorano con le particelle più piccole hanno dato motivazione scientifica il fatto che con l'aiuto di particelle elementari è possibile generare un'enorme energia. Il primo di una serie di ricercatori può essere chiamato Becquerel, che nel 1896 scoprì la radioattività dei sali di uranio.

L'uranio stesso è noto dal 1786, ma a quel tempo nessuno sospettava la sua radioattività. Il lavoro degli scienziati a cavallo tra il XIX e il XX secolo ha rivelato non solo proprietà fisiche speciali, ma anche la possibilità di ottenere energia da sostanze radioattive.

La possibilità di fabbricare armi a base di uranio fu descritta per la prima volta in dettaglio, pubblicata e brevettata dai fisici francesi, i coniugi Joliot-Curie nel 1939.

Nonostante il valore delle armi, gli stessi scienziati erano fortemente contrari alla creazione di un'arma così devastante.

Dopo aver attraversato la Seconda Guerra Mondiale nella Resistenza, negli anni Cinquanta i coniugi (Federico e Irene), consapevoli del potere distruttivo della guerra, sono favorevoli al disarmo generale. Sono supportati da Niels Bohr, Albert Einstein e altri eminenti fisici dell'epoca.

Nel frattempo, mentre i Joliot-Curie erano impegnati con il problema dei nazisti a Parigi, dall'altra parte del pianeta, in America, si stava sviluppando la prima carica nucleare al mondo. Robert Oppenheimer, che ha guidato i lavori, ha ricevuto i più ampi poteri e enormi risorse. La fine del 1941 fu segnata dall'inizio del progetto Manhattan, che alla fine portò alla creazione della prima carica nucleare da combattimento.

Nella città di Los Alamos, nel New Mexico, furono eretti i primi impianti di produzione per la produzione di uranio per armi. In futuro, lo stesso centri nucleari appaiono in tutto il paese, ad esempio a Chicago, a Oak Ridge, nel Tennessee, sono stati condotti studi anche in California. Le migliori forze dei professori delle università americane, così come i fisici fuggiti dalla Germania, furono gettate nella creazione della bomba.

Nello stesso "Terzo Reich", i lavori per la creazione di un nuovo tipo di arma furono lanciati in un modo caratteristico del Fuhrer.

Poiché il Posseduto era più interessato ai carri armati e agli aerei, e più erano e meglio era, non vedeva molto bisogno di una nuova bomba miracolosa.

Di conseguenza, i progetti non supportati da Hitler in caso migliore muovendosi a passo di lumaca.

Quando ha iniziato a cuocere, si è scoperto che i carri armati e gli aerei sono stati inghiottiti Fronte orientale, la nuova arma miracolosa ha ricevuto supporto. Ma era troppo tardi, nelle condizioni dei bombardamenti e della costante paura dei cunei dei carri armati sovietici, non era possibile creare un ordigno con una componente nucleare.

Unione Sovietica era più attento alla possibilità di creare un nuovo tipo di arma distruttiva. Nel periodo prebellico, i fisici hanno raccolto e riassunto le conoscenze generali sull'energia nucleare e sulla possibilità di creare armi nucleari. L'intelligence ha lavorato duramente durante l'intero periodo della creazione della bomba nucleare sia in URSS che negli Stati Uniti. La guerra ha svolto un ruolo significativo nel frenare il ritmo dello sviluppo, poiché enormi risorse sono andate al fronte.

È vero, l'accademico Kurchatov Igor Vasilyevich, con la sua caratteristica tenacia, ha promosso anche il lavoro di tutte le unità subordinate in questa direzione. Guardando un po 'al futuro, sarà lui a ricevere l'incarico di accelerare lo sviluppo delle armi di fronte alla minaccia di un attacco americano alle città dell'URSS. Fu lui, che si trovava nella ghiaia di un'enorme macchina di centinaia e migliaia di scienziati e lavoratori, a ricevere il titolo onorifico di padre della bomba nucleare sovietica.

La prima prova al mondo

Ma torniamo al programma nucleare americano. Nell'estate del 1945, gli scienziati americani erano riusciti a creare la prima bomba nucleare al mondo. Ogni ragazzo che si è fabbricato o ha acquistato un potente petardo in un negozio sperimenta un tormento straordinario, volendo farlo saltare in aria il prima possibile. Nel 1945, centinaia di militari e scienziati statunitensi hanno sperimentato la stessa cosa.

Il 16 giugno 1945, nel deserto di Alamogordo, nel New Mexico, furono effettuati i primi test di armi nucleari della storia e una delle più potenti esplosioni dell'epoca.

I testimoni oculari che hanno assistito alla detonazione dal bunker sono stati colpiti dalla forza con cui la carica è esplosa in cima a una torre d'acciaio di 30 metri. All'inizio tutto fu inondato di luce, molte volte più forte del sole. Quindi una palla di fuoco si alzò nel cielo, trasformandosi in una colonna di fumo, che prese forma nel famoso fungo.

Non appena la polvere si è calmata, ricercatori e produttori di bombe si sono precipitati sul luogo dell'esplosione. Hanno osservato le conseguenze dei carri armati Sherman rivestiti di piombo. Quello che hanno visto li ha spaventati, nessuna arma avrebbe fatto un tale danno. La sabbia si è sciolta in vetro in alcuni punti.

Della torre sono stati rinvenuti anche minuscoli resti, in un imbuto di enorme diametro, strutture mutilate e frammentate che ne illustrano chiaramente il potere distruttivo.

Fattori che influenzano

Questa esplosione ha fornito le prime informazioni sul potere della nuova arma, su come può distruggere il nemico. Questi sono diversi fattori:

• radiazione luminosa, un lampo che può accecare anche gli organi visivi protetti;
• onda d'urto, un denso flusso d'aria che si muove dal centro, distruggendo la maggior parte degli edifici;
• un impulso elettromagnetico che disabilita la maggior parte delle apparecchiature e non consente l'uso delle comunicazioni per la prima volta dopo l'esplosione;
• la radiazione penetrante, il fattore più pericoloso per chi si è rifugiato da altri fattori dannosi, si suddivide in radiazione alfa-beta-gamma;
• contaminazione radioattiva che può influire negativamente sulla salute e sulla vita per decine o addirittura centinaia di anni.

L'ulteriore utilizzo delle armi nucleari, anche in combattimento, ha mostrato tutte le caratteristiche dell'impatto sugli organismi viventi e sulla natura. Il 6 agosto 1945 fu l'ultimo giorno per decine di migliaia di residenti piccola città Hiroshima, allora famosa per diverse importanti installazioni militari.

L'esito della guerra nel Pacifico era scontato, ma il Pentagono riteneva che l'operazione nell'arcipelago giapponese sarebbe costata più di un milione di vite ai marines statunitensi. Si decise di prendere più piccioni con una fava, ritirare il Giappone dalla guerra, risparmiando sull'operazione di sbarco, testare nuove armi in azione e dichiararlo al mondo intero e, soprattutto, all'URSS.

All'una del mattino l'aereo, a bordo del quale si trovava la bomba nucleare "Kid", è decollato in missione.

Una bomba sganciata sulla città è esplosa a circa 600 metri di quota alle 8.15. Tutti gli edifici situati a una distanza di 800 metri dall'epicentro furono distrutti. Sono sopravvissuti solo i muri di pochi edifici, progettati per un terremoto di 9 punti.

Di ogni dieci persone che si trovavano al momento dell'esplosione in un raggio di 600 metri, solo una poteva sopravvivere. La radiazione luminosa ha trasformato le persone in carbone, lasciando tracce di un'ombra sulla pietra, un'impronta oscura del luogo in cui si trovava la persona. L'onda d'urto che ne è derivata è stata così forte che è stata in grado di abbattere il vetro a una distanza di 19 chilometri dal luogo dell'esplosione.

Un denso flusso d'aria ha buttato fuori di casa un adolescente attraverso la finestra, atterrando, il ragazzo ha visto come i muri della casa si stavano piegando come carte. L'onda d'urto è stata seguita da un turbine infuocato che ha distrutto quei pochi residenti che sono sopravvissuti all'esplosione e non hanno avuto il tempo di lasciare la zona dell'incendio. Coloro che si trovavano a distanza dall'esplosione iniziarono a manifestare un grave malessere, la cui causa inizialmente non era chiara ai medici.

Molto più tardi, poche settimane dopo, fu coniato il termine "avvelenamento da radiazioni", ora noto come malattia da radiazioni.

Più di 280mila persone sono rimaste vittime di una sola bomba, sia direttamente dall'esplosione che da successive malattie.

Il bombardamento del Giappone con armi nucleari non è finito qui. Secondo il piano, avrebbero dovuto essere colpite solo da quattro a sei città, ma le condizioni meteorologiche hanno permesso di colpire solo Nagasaki. In questa città, più di 150mila persone sono rimaste vittime della bomba Fat Man.

promesse governo americano gli scioperi prima della resa del Giappone portarono a una tregua e poi alla firma di un accordo che si concluse guerra mondiale. Ma per le armi nucleari, questo era solo l'inizio.

La bomba più potente del mondo

Il dopoguerra è segnato dal confronto tra il blocco dell'URSS ei suoi alleati con gli USA e la NATO. Negli anni '40, gli americani presero seriamente in considerazione l'idea di attaccare l'Unione Sovietica. Per contenere l'ex alleato, era necessario accelerare i lavori per la creazione di una bomba, e già nel 1949, il 29 agosto, il monopolio statunitense sulle armi nucleari era terminato. Durante la corsa agli armamenti, due test di testate nucleari meritano la massima attenzione.

Bikini Atoll, noto principalmente per i frivoli costumi da bagno, nel 1954 tuonò letteralmente in tutto il mondo in relazione ai test di una carica nucleare di potenza speciale.

Gli americani, avendo deciso di testare un nuovo progetto di armi atomiche, non hanno calcolato la carica. Di conseguenza, l'esplosione si è rivelata 2,5 volte più potente del previsto. I residenti delle isole vicine, così come gli onnipresenti pescatori giapponesi, furono attaccati.

Ma non era la bomba americana più potente. Nel 1960 fu messa in servizio la bomba nucleare B41, che non superò i test a tutti gli effetti a causa della sua potenza. La forza della carica è stata calcolata teoricamente, temendo di far esplodere un'arma così pericolosa sul campo di addestramento.

L'Unione Sovietica, che amava essere la prima in tutto, vissuta nel 1961, soprannominata diversamente "la madre di Kuzkin".

In risposta al ricatto nucleare americano, gli scienziati sovietici hanno creato la bomba più potente del mondo. Testato su Novaya Zemlya, ha lasciato il segno in quasi ogni angolo del globo. Secondo le memorie, al momento dell'esplosione fu avvertito un leggero terremoto negli angoli più remoti.

L'onda d'urto, ovviamente, avendo perso tutto il suo potere distruttivo, è stata in grado di fare il giro della Terra. Ad oggi, questa è la bomba nucleare più potente del mondo, creata e testata dall'umanità. Certo, se le sue mani fossero slegate, la bomba nucleare di Kim Jong-un sarebbe più potente, ma non ha la Nuova Terra per testarla.

Dispositivo bomba atomica

Considera un dispositivo molto primitivo, puramente per la comprensione bomba atomica. Esistono molte classi di bombe atomiche, ma considera le tre principali:

• l'uranio, basato sull'uranio 235, è esploso per la prima volta su Hiroshima;
• plutonio, basato sul plutonio 239, fatto esplodere per la prima volta sopra Nagasaki;
• termonucleare, a volte chiamato idrogeno, a base di acqua pesante con deuterio e trizio, fortunatamente non è stato utilizzato contro la popolazione.

Le prime due bombe si basano sull'effetto della fissione di nuclei pesanti in nuclei più piccoli mediante una reazione nucleare incontrollata con il rilascio di un'enorme quantità di energia. Il terzo si basa sulla fusione dei nuclei di idrogeno (o meglio, dei suoi isotopi di deuterio e trizio) con la formazione di elio, più pesante rispetto all'idrogeno. A parità di peso di una bomba, il potenziale distruttivo di una bomba all'idrogeno è 20 volte maggiore.

Se per uranio e plutonio è sufficiente riunire una massa maggiore di quella critica (alla quale inizia una reazione a catena), allora per l'idrogeno questo non è sufficiente.

Per collegare in modo affidabile diversi pezzi di uranio in uno, viene utilizzato l'effetto pistola, in cui pezzi di uranio più piccoli vengono sparati contro quelli più grandi. Si può usare anche la polvere da sparo, ma per affidabilità si usano esplosivi a bassa potenza.

In una bomba al plutonio, gli esplosivi vengono posizionati attorno ai lingotti di plutonio per creare le condizioni necessarie per una reazione a catena. A causa dell'effetto cumulativo, così come dell'iniziatore di neutroni situato proprio al centro (berillio con pochi milligrammi di polonio) le condizioni necessarie vengono raggiunti.

Ha una carica principale, che non può esplodere da sola, e una miccia. Per creare le condizioni per la fusione dei nuclei di deuterio e trizio, sono necessarie pressioni e temperature per noi inimmaginabili almeno in un punto. Quello che succede dopo è una reazione a catena.

Per creare tali parametri, la bomba include una carica nucleare convenzionale, ma a bassa potenza, che è la miccia. Il suo indebolimento crea le condizioni per l'inizio di una reazione termonucleare.

Per valutare la potenza di una bomba atomica viene utilizzato il cosiddetto "equivalente TNT". Un'esplosione è il rilascio di energia, l'esplosivo più famoso al mondo è il TNT (TNT - trinitrotoluene) e tutti i nuovi tipi di esplosivi sono equiparati ad esso. Bomba "Kid" - 13 kilotoni di TNT. Ciò equivale a 13000 .

Bomba "Fat Man" - 21 kilotoni, "Tsar Bomba" - 58 megatoni di TNT. Fa paura pensare a 58 milioni di tonnellate di esplosivo concentrate in una massa di 26,5 tonnellate, ecco quanto è divertente questa bomba.

Il pericolo della guerra nucleare e delle catastrofi associate all'atomo

Apparse nel mezzo della più terribile guerra del ventesimo secolo, le armi nucleari sono diventate il più grande pericolo per l'umanità. Subito dopo la seconda guerra mondiale iniziò la guerra fredda, che più volte si trasformò quasi in un vero e proprio conflitto nucleare. La minaccia dell'uso di bombe nucleari e missili da parte di almeno una parte iniziò a essere discussa già negli anni '50.

Tutti hanno capito e capiscono che non possono esserci vincitori in questa guerra.

Per il contenimento, gli sforzi di molti scienziati e politici sono stati e vengono compiuti. L'Università di Chicago, utilizzando l'opinione degli scienziati nucleari invitati, inclusi i premi Nobel, imposta l'orologio del giorno del giudizio pochi minuti prima di mezzanotte. La mezzanotte denota un cataclisma nucleare, l'inizio di una nuova guerra mondiale e la distruzione del vecchio mondo. IN anni diversi le lancette dell'orologio oscillavano da 17 a 2 minuti a mezzanotte.

Ne sono noti anche diversi grandi incidenti avvenuti nelle centrali nucleari. Queste catastrofi hanno una relazione indiretta con le armi, le centrali nucleari sono ancora diverse dalle bombe nucleari, ma mostrano perfettamente i risultati dell'uso dell'atomo per scopi militari. Il più grande di loro:

• 1957, incidente di Kyshtym, a causa di un guasto nel sistema di stoccaggio, si è verificata un'esplosione vicino a Kyshtym;
• 1957, Gran Bretagna, nel nord-ovest dell'Inghilterra, la sicurezza non è stata controllata;
• 1979, USA, a causa di una perdita prematuramente scoperta, si verifica un'esplosione e un rilascio da una centrale nucleare;
• 1986, tragedia a Chernobyl, esplosione del 4° propulsore;
• 2011, incidente alla stazione di Fukushima, Giappone.

Ognuna di queste tragedie ha lasciato un pesante sigillo sul destino di centinaia di migliaia di persone e ha trasformato intere regioni in zone non residenziali con controllo speciale.

Ci sono stati incidenti che sono quasi costati l'inizio di un disastro nucleare. nucleare sovietico sottomarini ha avuto ripetutamente incidenti legati ai reattori a bordo. Gli americani sganciarono il bombardiere Superfortress con a bordo due bombe nucleari Mark 39, con una capacità di 3,8 megatoni. Ma il “sistema di sicurezza” che ha funzionato non ha permesso alle cariche di esplodere e la catastrofe è stata evitata.

Armi nucleari passate e presenti

Oggi è chiaro a chiunque che una guerra nucleare distruggerà l'umanità moderna. Nel frattempo, il desiderio di possedere armi nucleari ed entrare nel club nucleare, o meglio precipitarci dentro sfondando la porta, ossessiona ancora le menti di alcuni leader statali.

India e Pakistan hanno creato arbitrariamente armi nucleari, gli israeliani nascondono la presenza della bomba.

Per alcuni, il possesso di una bomba nucleare è un modo per dimostrare la propria importanza sulla scena internazionale. Per altri, è una garanzia di non interferenza da parte della democrazia alata o di altri fattori dall'esterno. Ma la cosa principale è che questi titoli non vanno in affari, per i quali sono stati realmente creati.

video

L'energia nucleare è un modo moderno e in rapido sviluppo di generare elettricità. Sai come sono organizzate le centrali nucleari? Qual è il principio di funzionamento di una centrale nucleare? Quali tipi di reattori nucleari esistono oggi? Cercheremo di considerare in dettaglio lo schema di funzionamento di una centrale nucleare, approfondire la struttura di un reattore nucleare e scoprire quanto sia sicuro il metodo atomico per generare elettricità.

Qualsiasi stazione è un'area chiusa lontana dalla zona residenziale. Ci sono diversi edifici sul suo territorio. L'edificio più importante è l'edificio del reattore, accanto ad esso si trova la sala turbine da cui è controllato il reattore e l'edificio di sicurezza.

Lo schema è impossibile senza un reattore nucleare. Un reattore atomico (nucleare) è un dispositivo di una centrale nucleare, progettato per organizzare una reazione a catena di fissione di neutroni con il rilascio obbligatorio di energia in questo processo. Ma qual è il principio di funzionamento di una centrale nucleare?

L'intero impianto del reattore è collocato nell'edificio del reattore, una grande torre di cemento che nasconde il reattore e, in caso di incidente, conterrà tutti i prodotti di una reazione nucleare. Questa grande torre è chiamata contenimento, guscio ermetico o contenimento.

La zona di contenimento nei nuovi reattori ha 2 spessi muri di cemento - gusci.
Un guscio esterno spesso 80 cm protegge l'area di contenimento dagli influssi esterni.

Il guscio interno con uno spessore di 1 metro e 20 cm ha nel suo dispositivo speciali cavi d'acciaio, che aumentano la resistenza del calcestruzzo di quasi tre volte e non permettono alla struttura di sgretolarsi. CON dentroè rivestito con un sottile foglio di acciaio speciale, progettato per fungere da ulteriore protezione di contenimento e, in caso di incidente, impedire che il contenuto del reattore venga rilasciato al di fuori dell'area di contenimento.

Un tale dispositivo di una centrale nucleare può resistere alla caduta di un aereo fino a 200 tonnellate, un terremoto di magnitudo 8, un tornado e uno tsunami.

Il primo involucro pressurizzato è stato costruito presso la centrale nucleare americana Connecticut Yankee nel 1968.

L'altezza totale dell'area di contenimento è di 50-60 metri.

Di cosa è fatto un reattore nucleare?

Per comprendere il principio di funzionamento di un reattore nucleare, e quindi il principio di funzionamento di una centrale nucleare, è necessario comprendere i componenti del reattore.

• zona attiva. Questa è l'area in cui sono collocati il ​​combustibile nucleare (rilascio di calore) e il moderatore. Gli atomi di combustibile (molto spesso l'uranio è il combustibile) eseguono una reazione a catena di fissione. Il moderatore è progettato per controllare il processo di fissione e consente di eseguire la reazione richiesta in termini di velocità e forza.
• Riflettore di neutroni. Il riflettore circonda la zona attiva. Consiste dello stesso materiale del moderatore. Si tratta infatti di una scatola, il cui scopo principale è impedire ai neutroni di lasciare il nucleo e di entrare nell'ambiente.
• Refrigerante. Il refrigerante deve assorbire il calore rilasciato durante la fissione degli atomi di combustibile e trasferirlo ad altre sostanze. Il refrigerante determina in gran parte come è progettata una centrale nucleare. Il refrigerante più popolare oggi è l'acqua.
  Sistema di controllo del reattore. Sensori e meccanismi che mettono in azione il reattore della centrale nucleare.

Combustibile per centrali nucleari

Cosa fa una centrale nucleare? I combustibili per le centrali nucleari sono elementi chimici con proprietà radioattive. In tutte le centrali nucleari, l'uranio è un tale elemento.

La progettazione delle stazioni implica che le centrali nucleari funzionino con combustibile composito complesso e non con un elemento chimico puro. E per estrarre il combustibile di uranio dall'uranio naturale, che viene caricato reattore nucleare, devi eseguire molte manipolazioni.

Uranio arricchito

L'uranio è costituito da due isotopi, cioè contiene nuclei con masse diverse. Sono stati nominati dal numero di protoni e neutroni isotopo -235 e isotopo-238. I ricercatori del 20 ° secolo hanno iniziato a estrarre l'uranio 235 dal minerale, perché. era più facile scomporsi e trasformarsi. Si è scoperto che esiste solo lo 0,7% di tale uranio in natura (le restanti percentuali sono andate al 238esimo isotopo).

Cosa fare in questo caso? Decisero di arricchire l'uranio. L'arricchimento dell'uranio è un processo in cui sono rimasti molti isotopi 235x necessari e pochi isotopi 238x non necessari. Il compito degli arricchitori di uranio è produrre quasi il 100% di uranio-235 dallo 0,7%.

L'uranio può essere arricchito utilizzando due tecnologie: diffusione di gas o centrifuga a gas. Per il loro utilizzo, l'uranio estratto dal minerale viene convertito in uno stato gassoso. Sotto forma di gas, è arricchito.

polvere di uranio

Il gas di uranio arricchito viene convertito in uno stato solido: biossido di uranio. Questo puro uranio solido 235 si presenta come grandi cristalli bianchi che vengono successivamente frantumati in polvere di uranio.

Compresse di uranio

I pellet di uranio sono rondelle di metallo solido, lunghe un paio di centimetri. Per modellare tali compresse dalla polvere di uranio, viene miscelato con una sostanza: un plastificante, migliora la qualità della pressatura delle compresse.

Le rondelle pressate vengono cotte a una temperatura di 1200 gradi Celsius per più di un giorno per conferire alle compresse una forza e una resistenza speciali alle alte temperature. Il modo in cui funziona direttamente una centrale nucleare dipende da quanto bene il combustibile di uranio viene compresso e cotto.

Le compresse sono cotte in scatole di molibdeno, perché. solo questo metallo è in grado di non sciogliersi a temperature "infernali" superiori ai millecinquecento gradi. Successivamente, il combustibile all'uranio per le centrali nucleari è considerato pronto.

Cosa sono TVEL e TVS?

Il nocciolo del reattore sembra un enorme disco o tubo con fori nelle pareti (a seconda del tipo di reattore), 5 volte più grande di un corpo umano. Questi fori contengono combustibile di uranio, i cui atomi svolgono la reazione desiderata.

È impossibile semplicemente gettare carburante in un reattore, beh, se non si desidera ottenere un'esplosione dell'intera stazione e un incidente con conseguenze per un paio di stati vicini. Pertanto, il combustibile di uranio viene posto in barre di combustibile e quindi raccolto in gruppi di combustibile. Cosa significano queste abbreviazioni?

• TVEL - elemento combustibile (da non confondere con lo stesso nome dell'azienda russa che li produce). In realtà, questo è un tubo di zirconio sottile e lungo fatto di leghe di zirconio, in cui sono inserite palline di uranio. È nelle barre di combustibile che gli atomi di uranio iniziano a interagire tra loro, rilasciando calore durante la reazione.

Lo zirconio è stato scelto come materiale per la produzione di barre combustibili per le sue proprietà refrattarie e anticorrosione.

Il tipo di elementi di combustibile dipende dal tipo e dalla struttura del reattore. Di norma, la struttura e lo scopo delle barre di combustibile non cambiano, la lunghezza e la larghezza del tubo possono essere diverse.

La macchina carica più di 200 pallini di uranio in un tubo di zirconio. In totale, circa 10 milioni di pellet di uranio lavorano contemporaneamente nel reattore.
FA - gruppo carburante. I lavoratori della centrale nucleare chiamano fasci di assemblaggi di carburante.

In effetti, questi sono diversi TVEL fissati insieme. Gli assemblaggi di combustibile sono combustibili nucleari già pronti, su cui funziona una centrale nucleare. Sono i gruppi di combustibile che vengono caricati in un reattore nucleare. In un reattore vengono collocati circa 150 - 400 gruppi di combustibile.
A seconda del reattore in cui opererà il gruppo combustibile, sono disponibili in forme diverse. A volte i fasci sono piegati a forma cubica, a volte cilindrica, a volte esagonale.

Un gruppo di combustibile per 4 anni di funzionamento genera la stessa quantità di energia di quando si bruciano 670 vagoni di carbone, 730 serbatoi di gas naturale o 900 serbatoi carichi di petrolio.
Oggi i gruppi di carburante vengono prodotti principalmente negli stabilimenti in Russia, Francia, Stati Uniti e Giappone.

Per fornire carburante per centrali nucleari ad altri paesi, i gruppi di carburante sono sigillati in tubi metallici lunghi e larghi, l'aria viene pompata fuori dai tubi e consegnata a bordo di aerei cargo da macchine speciali.

Il combustibile nucleare per le centrali nucleari pesa in modo proibitivo, tk. l'uranio è uno dei metalli più pesanti del pianeta. Il suo peso specifico è 2,5 volte quello dell'acciaio.

Centrale nucleare: principio di funzionamento

Qual è il principio di funzionamento di una centrale nucleare? Il principio di funzionamento delle centrali nucleari si basa su una reazione a catena di fissione di atomi di una sostanza radioattiva: l'uranio. Questa reazione avviene nel nocciolo di un reattore nucleare.

E' IMPORTANTE SAPERE:

Se non si entra nelle complessità della fisica nucleare, il principio di funzionamento di una centrale nucleare si presenta così:
Dopo l'avvio del reattore nucleare, le barre assorbenti vengono rimosse dalle barre di combustibile, che impediscono la reazione dell'uranio.

Non appena le barre vengono rimosse, i neutroni di uranio iniziano a interagire tra loro.

Quando i neutroni si scontrano, si verifica una mini-esplosione a livello atomico, l'energia viene rilasciata e nascono nuovi neutroni, inizia a verificarsi una reazione a catena. Questo processo rilascia calore.

Il calore viene trasferito al liquido di raffreddamento. A seconda del tipo di refrigerante, si trasforma in vapore o gas, che fa ruotare la turbina.

La turbina aziona un generatore elettrico. È lui che, infatti, genera elettricità.

Se non segui il processo, i neutroni di uranio possono entrare in collisione tra loro fino a quando il reattore non viene fatto saltare in aria e l'intera centrale nucleare viene ridotta in mille pezzi. I sensori del computer controllano il processo. Rilevano un aumento di temperatura o un cambiamento di pressione nel reattore e possono arrestare automaticamente le reazioni.

Qual è la differenza tra il principio di funzionamento delle centrali nucleari e delle centrali termiche (centrali termiche)?

Le differenze nel lavoro sono solo nelle prime fasi. Nelle centrali nucleari, il refrigerante riceve calore dalla fissione di atomi di combustibile di uranio, nelle centrali termiche, il refrigerante riceve calore dalla combustione di combustibile organico (carbone, gas o petrolio). Dopo che gli atomi di uranio o il gas con carbone hanno rilasciato calore, gli schemi di funzionamento delle centrali nucleari e delle centrali termiche sono gli stessi.

Tipi di reattori nucleari

Il funzionamento di una centrale nucleare dipende da come funziona il suo reattore nucleare. Oggi esistono due tipi principali di reattori, classificati in base allo spettro dei neuroni:
Un reattore a neutroni lenti, chiamato anche reattore termico.

Per il suo funzionamento viene utilizzato l'uranio 235, che passa attraverso le fasi di arricchimento, la creazione di compresse di uranio, ecc. Oggi, i reattori a neutroni lenti sono nella stragrande maggioranza.
Reattore a neutroni veloci.

Questi reattori sono il futuro, perché lavorano sull'uranio-238, che in natura è una monetina una dozzina e non è necessario arricchire questo elemento. Lo svantaggio di tali reattori è solo nei costi molto elevati per la progettazione, la costruzione e il lancio. Oggi i reattori a neutroni veloci funzionano solo in Russia.

Il refrigerante nei reattori a neutroni veloci è mercurio, gas, sodio o piombo.

Anche i reattori a neutroni lenti, utilizzati oggi da tutte le centrali nucleari del mondo, sono di diversi tipi.

L'organizzazione IAEA (International Atomic Energy Agency) ha creato una propria classificazione, che viene utilizzata più spesso nell'industria nucleare mondiale. Poiché il principio di funzionamento di una centrale nucleare dipende in gran parte dalla scelta del refrigerante e del moderatore, l'AIEA ha basato la sua classificazione su queste differenze.

Da un punto di vista chimico, l'ossido di deuterio è un moderatore e refrigerante ideale, perché i suoi atomi interagiscono in modo più efficace con i neutroni dell'uranio rispetto ad altre sostanze. In poche parole, l'acqua pesante svolge il suo compito con perdite minime e massimi risultati. Tuttavia, la sua produzione costa denaro, mentre è molto più facile utilizzare la solita acqua "leggera" e familiare per noi.

Alcuni fatti sui reattori nucleari...

È interessante che un reattore di una centrale nucleare sia costruito per almeno 3 anni!
Per costruire un reattore, hai bisogno di attrezzature che funzionino corrente elettrica 210 chiloampere, che è un milione di volte la corrente che può uccidere una persona.

Un guscio (elemento strutturale) di un reattore nucleare pesa 150 tonnellate. Ci sono 6 di questi elementi in un reattore.

Reattore ad acqua pressurizzata

Abbiamo già scoperto come funziona la centrale nucleare in generale, per "risolvere" vediamo come funziona il reattore nucleare pressurizzato più diffuso.
Oggi in tutto il mondo vengono utilizzati reattori ad acqua pressurizzata di generazione 3+. Sono considerati i più affidabili e sicuri.

Tutti i reattori ad acqua pressurizzata del mondo in tutti gli anni del loro funzionamento in totale sono già riusciti a ottenere più di 1000 anni di funzionamento senza problemi e non hanno mai subito gravi deviazioni.

La struttura delle centrali nucleari basate su reattori ad acqua pressurizzata implica che tra le barre di combustibile circoli acqua distillata, riscaldata a 320 gradi. Per evitare che vada allo stato di vapore, viene mantenuto sotto una pressione di 160 atmosfere. Lo schema NPP la chiama acqua primaria.

L'acqua riscaldata entra nel generatore di vapore e cede il suo calore all'acqua del circuito secondario, dopodiché “ritorna” nuovamente al reattore. Esternamente, sembra che i tubi del circuito idrico primario siano in contatto con altri tubi: l'acqua del secondo circuito, trasferiscono calore l'uno all'altro, ma le acque non entrano in contatto. I tubi sono in contatto.

Pertanto, è esclusa la possibilità che le radiazioni penetrino nell'acqua del circuito secondario, che parteciperà ulteriormente al processo di generazione di elettricità.

Sicurezza delle centrali nucleari

Avendo appreso il principio di funzionamento delle centrali nucleari, dobbiamo capire come è organizzata la sicurezza. La progettazione delle centrali nucleari richiede oggi una maggiore attenzione alle norme di sicurezza.
Il costo della messa in sicurezza dell'impianto nucleare è circa il 40% del costo totale dell'impianto stesso.

Lo schema NPP comprende 4 barriere fisiche che impediscono il rilascio di sostanze radioattive. Cosa dovrebbero fare queste barriere? Al momento giusto, essere in grado di arrestare la reazione nucleare, garantire una costante rimozione del calore dal nocciolo e dal reattore stesso e impedire il rilascio di radionuclidi dal contenimento (zona di contenimento).

• La prima barriera è la forza dei pellet di uranio.È importante che non collassino sotto l'influenza alte temperature in un reattore nucleare. In molti modi, il funzionamento di una centrale nucleare dipende da come i pellet di uranio sono stati "cotti" nella fase iniziale della produzione. Se i pellet di combustibile all'uranio vengono cotti in modo errato, le reazioni degli atomi di uranio nel reattore saranno imprevedibili.
• La seconda barriera è la tenuta delle barre di combustibile. I tubi di zirconio devono essere sigillati ermeticamente, se la tenuta è rotta, nella migliore delle ipotesi il reattore verrà danneggiato e il lavoro verrà interrotto, nel peggiore dei casi tutto volerà in aria.
• La terza barriera è un robusto reattore in acciaio a, (lo stesso grande torre- zona di contenimento) che "contiene" in sé tutti i processi radioattivi. Lo scafo è danneggiato: le radiazioni verranno rilasciate nell'atmosfera.
• La quarta barriera sono le aste di protezione di emergenza. Sopra la zona attiva, delle aste con moderatori sono sospese su magneti, che possono assorbire tutti i neutroni in 2 secondi e fermare la reazione a catena.

Se, nonostante la costruzione di una centrale nucleare con molti gradi di protezione, non è possibile raffreddare il nocciolo del reattore al momento giusto e la temperatura del combustibile sale a 2600 gradi, allora entra in gioco l'ultima speranza del sistema di sicurezza - la cosiddetta trappola di fusione.

Il fatto è che a una tale temperatura il fondo del recipiente del reattore si scioglierà e tutti i resti di combustibile nucleare e strutture fuse fluiranno in uno speciale "vetro" sospeso sopra il nocciolo del reattore.

La trappola per fusione è refrigerata e refrattaria. È riempito con il cosiddetto "materiale sacrificale", che interrompe gradualmente la reazione a catena di fissione.

Pertanto, il regime NPP implica diversi gradi di protezione, che escludono quasi completamente qualsiasi possibilità di incidente.

Il mondo dell'atomo è così fantastico che la sua comprensione richiede una rottura radicale nei consueti concetti di spazio e tempo. Gli atomi sono così piccoli che se una goccia d'acqua potesse essere ingrandita fino alle dimensioni della Terra, ogni atomo in quella goccia sarebbe più piccolo di un'arancia. Infatti, una goccia d'acqua è composta da 6000 miliardi di miliardi (60000000000000000000000) di atomi di idrogeno e ossigeno. Eppure, nonostante le sue dimensioni microscopiche, l'atomo ha una struttura in una certa misura simile alla struttura del nostro sistema solare. Nel suo centro incomprensibilmente piccolo, il cui raggio è inferiore a un trilionesimo di centimetro, c'è un "sole" relativamente grande, il nucleo di un atomo.

Attorno a questo "sole" atomico ruotano minuscoli "pianeti" - gli elettroni. Il nucleo è costituito da due elementi costitutivi principali dell'Universo: protoni e neutroni (hanno un nome unificante: nucleoni). Un elettrone e un protone sono particelle cariche e la quantità di carica in ciascuno di essi è esattamente la stessa, ma le cariche differiscono nel segno: il protone è sempre caricato positivamente e l'elettrone è sempre negativo. Il neutrone non trasporta carica elettrica e quindi ha una permeabilità molto elevata.

Nella scala di misurazione atomica, la massa del protone e del neutrone è presa come unità. Il peso atomico di qualsiasi elemento chimico dipende quindi dal numero di protoni e neutroni contenuti nel suo nucleo. Ad esempio, un atomo di idrogeno, il cui nucleo è costituito da un solo protone, ha una massa atomica di 1. Un atomo di elio, con un nucleo di due protoni e due neutroni, ha una massa atomica di 4.

I nuclei di atomi dello stesso elemento contengono sempre lo stesso numero di protoni, ma il numero di neutroni può essere diverso. Gli atomi che hanno nuclei con lo stesso numero di protoni, ma differiscono per il numero di neutroni e relativi a varietà dello stesso elemento, sono chiamati isotopi. Per distinguerli l'uno dall'altro, al simbolo dell'elemento viene assegnato un numero pari alla somma di tutte le particelle nel nucleo di un dato isotopo.

Potrebbe sorgere la domanda: perché il nucleo di un atomo non si disgrega? Dopotutto, i protoni inclusi in esso sono particelle elettricamente cariche con la stessa carica, che devono respingersi a vicenda con grande forza. Ciò è spiegato dal fatto che all'interno del nucleo ci sono anche le cosiddette forze intranucleari che attraggono le particelle del nucleo l'una verso l'altra. Queste forze compensano le forze repulsive dei protoni e non consentono al nucleo di separarsi spontaneamente.

Le forze intranucleari sono molto forti, ma agiscono solo a distanza molto ravvicinata. Pertanto, i nuclei di elementi pesanti, costituiti da centinaia di nucleoni, risultano instabili. Le particelle del nucleo sono in costante movimento qui (all'interno del volume del nucleo) e se aggiungi loro una quantità aggiuntiva di energia, possono superare le forze interne: il nucleo sarà diviso in parti. La quantità di questa energia in eccesso è chiamata energia di eccitazione. Tra gli isotopi di elementi pesanti, ci sono quelli che sembrano essere sull'orlo dell'autodecadimento. Basta una piccola "spinta", ad esempio un semplice colpo nel nucleo di un neutrone (e non deve nemmeno essere accelerato ad alta velocità) perché inizi la reazione di fissione nucleare. Alcuni di questi isotopi "fissili" furono successivamente prodotti artificialmente. In natura esiste un solo isotopo di questo tipo: è l'uranio-235.

Urano fu scoperto nel 1783 da Klaproth, che lo isolò dalla pece di uranio e gli diede il nome del pianeta Urano scoperto di recente. Come si è scoperto in seguito, in realtà non era l'uranio stesso, ma il suo ossido. Si otteneva uranio puro, un metallo bianco-argenteo
solo nel 1842 Peligot. Il nuovo elemento non aveva proprietà notevoli e non attirò l'attenzione fino al 1896, quando Becquerel scoprì il fenomeno della radioattività dei sali di uranio. Successivamente, l'uranio è diventato un oggetto ricerca scientifica ed esperimenti, ma applicazione pratica ancora non aveva.

Quando, nel primo terzo del XX secolo, la struttura del nucleo atomico divenne più o meno chiara ai fisici, prima di tutto cercarono di realizzare il vecchio sogno degli alchimisti: cercarono di trasformare un elemento chimico in un altro. Nel 1934, i ricercatori francesi, i coniugi Frederic e Irene Joliot-Curie, riferirono all'Accademia francese delle scienze del seguente esperimento: quando le lastre di alluminio furono bombardate con particelle alfa (nuclei dell'atomo di elio), gli atomi di alluminio si trasformarono in atomi di fosforo , ma non ordinario, ma radioattivo, che a sua volta è passato in un isotopo stabile di silicio. Pertanto, un atomo di alluminio, dopo aver aggiunto un protone e due neutroni, si è trasformato in un atomo di silicio più pesante.

Questa esperienza ha portato all'idea che se i neutroni vengono "sgranati" con i nuclei dell'elemento più pesante esistente in natura - l'uranio, allora puoi ottenere un tale elemento, che in vivo NO. Nel 1938 i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann ripeterono in termini generali l'esperienza dei coniugi Joliot-Curie, assumendo l'uranio al posto dell'alluminio. I risultati dell'esperimento non furono affatto quelli che si aspettavano: invece di un nuovo elemento superpesante con un numero di massa maggiore di quello dell'uranio, Hahn e Strassmann ricevettero elementi leggeri dalla parte centrale del sistema periodico: bario, krypton, bromo e alcuni altri. Gli stessi sperimentatori non sono stati in grado di spiegare il fenomeno osservato. Solo in l'anno prossimo la fisica Lise Meitner, alla quale Hahn riferì le sue difficoltà, trovò la spiegazione corretta per il fenomeno osservato, suggerendo che quando l'uranio veniva bombardato con neutroni, il suo nucleo si spaccava (fissionava). In questo caso si sarebbero dovuti formare nuclei di elementi più leggeri (da qui sono stati prelevati bario, krypton e altre sostanze), così come avrebbero dovuto essere rilasciati 2-3 neutroni liberi. Ulteriori ricerche hanno permesso di chiarire in dettaglio il quadro di ciò che sta accadendo.

L'uranio naturale è costituito da una miscela di tre isotopi con masse di 238, 234 e 235. La quantità principale di uranio ricade sull'isotopo 238, il cui nucleo comprende 92 protoni e 146 neutroni. L'uranio-235 è solo 1/140 dell'uranio naturale (0,7% (ha 92 protoni e 143 neutroni nel suo nucleo) e l'uranio-234 (92 protoni, 142 neutroni) è solo 1/17500 della massa totale dell'uranio ( 0 006% Il meno stabile di questi isotopi è l'uranio-235.

Di tanto in tanto, i nuclei dei suoi atomi si dividono spontaneamente in parti, a seguito delle quali si formano elementi più leggeri del sistema periodico. Il processo è accompagnato dal rilascio di due o tre neutroni liberi, che corrono a una velocità incredibile - circa 10mila km / s (sono chiamati neutroni veloci). Questi neutroni possono colpire altri nuclei di uranio, provocando reazioni nucleari. Ogni isotopo si comporta in modo diverso in questo caso. I nuclei di uranio-238 nella maggior parte dei casi catturano semplicemente questi neutroni senza ulteriori trasformazioni. Ma in circa un caso su cinque, quando un neutrone veloce si scontra con il nucleo dell'isotopo 238, si verifica una curiosa reazione nucleare: uno dei neutroni dell'uranio-238 emette un elettrone, trasformandosi in un protone, cioè l'isotopo dell'uranio si trasforma in altro
l'elemento pesante è il nettunio-239 (93 protoni + 146 neutroni). Ma il nettunio è instabile: dopo pochi minuti uno dei suoi neutroni emette un elettrone, trasformandosi in un protone, dopodiché l'isotopo del nettunio si trasforma nell'elemento successivo del sistema periodico: il plutonio-239 (94 protoni + 145 neutroni). Se un neutrone entra nel nucleo dell'uranio instabile-235, si verifica immediatamente la fissione: gli atomi decadono con l'emissione di due o tre neutroni. È chiaro che nell'uranio naturale, la maggior parte dei cui atomi appartiene all'isotopo 238, questa reazione non ha conseguenze visibili: tutti i neutroni liberi verranno infine assorbiti da questo isotopo.

Ma cosa succede se immaginiamo un pezzo di uranio abbastanza massiccio, costituito interamente dall'isotopo 235?

Qui il processo andrà diversamente: i neutroni rilasciati durante la fissione di più nuclei, a loro volta, cadendo nei nuclei vicini, provocano la loro fissione. Di conseguenza, viene rilasciata una nuova porzione di neutroni, che divide i seguenti nuclei. In condizioni favorevoli, questa reazione procede come una valanga ed è chiamata reazione a catena. Poche particelle bombardanti possono bastare per avviarlo.

In effetti, lascia che solo 100 neutroni bombardino l'uranio-235. Divideranno 100 nuclei di uranio. In questo caso verranno rilasciati 250 nuovi neutroni di seconda generazione (una media di 2,5 per fissione). I neutroni della seconda generazione produrranno già 250 fissioni, alle quali verranno rilasciati 625 neutroni. Nella generazione successiva sarà 1562, poi 3906, poi 9670 e così via. Il numero di divisioni aumenterà senza limiti se il processo non viene interrotto.

Tuttavia, in realtà, solo una parte insignificante dei neutroni entra nei nuclei degli atomi. Gli altri, correndo rapidamente tra di loro, vengono portati via nello spazio circostante. Una reazione a catena autosufficiente può verificarsi solo in una matrice sufficientemente ampia di uranio-235, che si dice abbia una massa critica. (Questa messa alle condizioni normaliè pari a 50 kg.) È importante notare che la fissione di ciascun nucleo è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di energia, che risulta essere circa 300 milioni di volte superiore all'energia spesa per la scissione! (È stato calcolato che con la fissione completa di 1 kg di uranio-235, viene rilasciata la stessa quantità di calore di quando si bruciano 3mila tonnellate di carbone.)

Questa colossale ondata di energia, rilasciata in pochi istanti, si manifesta come un'esplosione di forza mostruosa ed è alla base del funzionamento delle armi nucleari. Ma affinché quest'arma diventi realtà, è necessario che la carica non sia costituita da uranio naturale, ma da un raro isotopo - 235 (tale uranio è chiamato arricchito). Successivamente si è scoperto che anche il plutonio puro è un materiale fissile e può essere utilizzato in una carica atomica al posto dell'uranio-235.

Tutte queste importanti scoperte furono fatte alla vigilia della seconda guerra mondiale. Presto iniziarono i lavori segreti in Germania e in altri paesi per la creazione di una bomba atomica. Negli Stati Uniti, questo problema fu ripreso nel 1941. All'intero complesso di opere è stato dato il nome di "Progetto Manhattan".

La direzione amministrativa del progetto è stata affidata al generale Groves e la direzione scientifica è stata affidata al professor Robert Oppenheimer dell'Università della California. Entrambi erano ben consapevoli dell'enorme complessità del compito che li attendeva. Pertanto, la prima preoccupazione di Oppenheimer era l'acquisizione di un team scientifico altamente intelligente. Negli Stati Uniti a quel tempo c'erano molti fisici emigrati dalla Germania fascista. Non è stato facile coinvolgerli nella creazione di armi dirette contro la loro ex patria. Oppenheimer ha parlato personalmente con tutti, usando tutta la forza del suo fascino. Ben presto riuscì a riunire un piccolo gruppo di teorici, che chiamò scherzosamente "luminari". E infatti, comprendeva i maggiori esperti di quel tempo nel campo della fisica e della chimica. (Tra questi 13 vincitori premio Nobel, tra cui Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Oltre a loro, c'erano molti altri specialisti di vario profilo.

Il governo degli Stati Uniti non ha lesinato sulle spese e fin dall'inizio il lavoro ha assunto una portata grandiosa. Nel 1942 fu fondato a Los Alamos il più grande laboratorio di ricerca del mondo. La popolazione di questa città scientifica raggiunse presto le 9mila persone. In termini di composizione degli scienziati, portata degli esperimenti scientifici, numero di specialisti e lavoratori coinvolti nel lavoro, il Laboratorio di Los Alamos non ha avuto eguali nella storia del mondo. Il Progetto Manhattan aveva la sua polizia, il controspionaggio, il sistema di comunicazione, i magazzini, gli insediamenti, le fabbriche, i laboratori e il suo budget colossale.

L'obiettivo principale del progetto era ottenere abbastanza materiale fissile da cui creare diverse bombe atomiche. Oltre all'uranio-235, come già accennato, l'elemento artificiale plutonio-239 potrebbe servire come carica per la bomba, cioè la bomba potrebbe essere sia all'uranio che al plutonio.

Groves e Oppenheimer hanno convenuto che il lavoro dovrebbe essere svolto contemporaneamente in due direzioni, poiché è impossibile decidere in anticipo quale di esse sarà più promettente. Entrambi i metodi erano fondamentalmente diversi l'uno dall'altro: l'accumulo di uranio-235 doveva essere effettuato separandolo dalla maggior parte dell'uranio naturale, e il plutonio poteva essere ottenuto solo come risultato di una reazione nucleare controllata irradiando l'uranio-238 con neutroni. Entrambi i percorsi sembravano insolitamente difficili e non promettevano soluzioni facili.

In effetti, come possono essere separati l'uno dall'altro due isotopi, che differiscono solo leggermente nel loro peso e si comportano chimicamente esattamente nello stesso modo? Né la scienza né la tecnologia hanno mai affrontato un simile problema. All'inizio anche la produzione di plutonio sembrava molto problematica. Prima di questo, l'intera esperienza delle trasformazioni nucleari era ridotta a diversi esperimenti di laboratorio. Ora era necessario padroneggiare la produzione di chilogrammi di plutonio su scala industriale, sviluppare e creare un'installazione speciale per questo: un reattore nucleare e imparare a controllare il corso di una reazione nucleare.

E qua e là doveva essere risolto un intero complesso di problemi complessi. Pertanto, il "Progetto Manhattan" consisteva in diversi sottoprogetti, guidati da eminenti scienziati. Lo stesso Oppenheimer era a capo del Los Alamos Science Laboratory. Lawrence era a capo del Radiation Laboratory dell'Università della California. Fermi ha condotto una ricerca presso l'Università di Chicago sulla creazione di un reattore nucleare.

All'inizio problema principale ha ricevuto uranio. Prima della guerra, questo metallo in realtà non serviva. Ora che era necessario immediatamente in grandi quantità, si è scoperto che non esisteva un modo industriale per produrlo.

La società Westinghouse ha intrapreso il suo sviluppo e ha raggiunto rapidamente il successo. Dopo la purificazione della resina di uranio (in questa forma, l'uranio si trova in natura) e l'ottenimento dell'ossido di uranio, è stato convertito in tetrafluoruro (UF4), da cui l'uranio metallico è stato isolato mediante elettrolisi. Se alla fine del 1941 gli scienziati americani avevano a disposizione solo pochi grammi di uranio metallico, allora già nel novembre 1942 la sua produzione industriale negli stabilimenti di Westinghouse raggiunse le 6.000 libbre al mese.

Allo stesso tempo, erano in corso i lavori per la creazione di un reattore nucleare. Il processo di produzione del plutonio si riduceva effettivamente all'irradiazione di barre di uranio con neutroni, a seguito della quale parte dell'uranio-238 doveva trasformarsi in plutonio. Le fonti di neutroni in questo caso potrebbero essere atomi fissili di uranio-235 sparsi in quantità sufficienti tra gli atomi di uranio-238. Ma per mantenere una riproduzione costante dei neutroni, doveva iniziare una reazione a catena di fissione degli atomi di uranio-235. Nel frattempo, come già accennato, per ogni atomo di uranio-235 c'erano 140 atomi di uranio-238. È chiaro che i neutroni che volavano in tutte le direzioni avevano molte più probabilità di incontrarli esattamente sulla loro strada. Cioè, un numero enorme di neutroni rilasciati si è rivelato essere assorbito inutilmente dall'isotopo principale. Ovviamente, in tali condizioni, la reazione a catena non potrebbe andare. Come essere?

All'inizio sembrava che senza la separazione di due isotopi, il funzionamento del reattore fosse generalmente impossibile, ma presto fu stabilita una circostanza importante: si scoprì che l'uranio-235 e l'uranio-238 erano suscettibili a neutroni di diversa energia. È possibile scindere il nucleo di un atomo di uranio-235 con un neutrone di energia relativamente bassa, avente una velocità di circa 22 m/s. Tali neutroni lenti non vengono catturati dai nuclei di uranio-238 - per questo devono avere una velocità dell'ordine di centinaia di migliaia di metri al secondo. In altre parole, l'uranio-238 non è in grado di impedire l'inizio e il progresso di una reazione a catena nell'uranio-235 causata da neutroni rallentati a velocità estremamente basse - non più di 22 m/s. Questo fenomeno è stato scoperto dal fisico italiano Fermi, che ha vissuto negli Stati Uniti dal 1938 e ha supervisionato i lavori per la creazione del primo reattore qui. Fermi ha deciso di utilizzare la grafite come moderatore di neutroni. Secondo i suoi calcoli, i neutroni emessi dall'uranio-235, dopo essere passati attraverso uno strato di grafite di 40 cm, avrebbero dovuto ridurre la loro velocità a 22 m/s e iniziare una reazione a catena autosufficiente nell'uranio-235.

La cosiddetta acqua "pesante" potrebbe fungere da altro moderatore. Poiché gli atomi di idrogeno che lo compongono sono molto vicini per dimensioni e massa ai neutroni, potrebbero rallentarli meglio. (Con i neutroni veloci accade più o meno la stessa cosa che con le palline: se una pallina ne colpisce una grande, rotola indietro, quasi senza perdere velocità, ma quando incontra una pallina le trasferisce una parte significativa della sua energia - proprio come un neutrone in una collisione elastica rimbalza su un nucleo pesante rallentando solo leggermente, e in caso di collisione con i nuclei degli atomi di idrogeno perde molto rapidamente tutta la sua energia.) Tuttavia, l'acqua ordinaria non è adatta a rallentare, poiché il suo idrogeno tende assorbire neutroni. Ecco perché a questo scopo dovrebbe essere utilizzato il deuterio, che fa parte dell'acqua "pesante".

All'inizio del 1942, sotto la guida di Fermi, iniziò la costruzione del primo reattore nucleare nel campo da tennis sotto le tribune ovest del Chicago Stadium. Tutto il lavoro è stato svolto dagli stessi scienziati. La reazione può essere controllata nell'unico modo: regolando il numero di neutroni coinvolti nella reazione a catena. Fermi immaginava di farlo con bastoncini realizzati con materiali come il boro e il cadmio, che assorbono fortemente i neutroni. I mattoni di grafite servivano da moderatore, da cui i fisici erigevano colonne alte 3 me larghe 1,2 m, tra cui venivano installati blocchi rettangolari con ossido di uranio. Circa 46 tonnellate di ossido di uranio e 385 tonnellate di grafite sono andate nell'intera struttura. Per rallentare la reazione, servivano barre di cadmio e boro introdotte nel reattore.

Se ciò non bastasse, per sicurezza, su una piattaforma situata sopra il reattore, c'erano due scienziati con secchi pieni di una soluzione di sali di cadmio: avrebbero dovuto versarli sul reattore se la reazione fosse andata fuori controllo. Fortunatamente, questo non era necessario. Il 2 dicembre 1942 Fermi ordinò di allungare tutte le aste di controllo e l'esperimento ebbe inizio. Quattro minuti dopo, i contatori di neutroni iniziarono a scattare sempre più forte. Con ogni minuto, l'intensità del flusso di neutroni aumentava. Ciò indicava che nel reattore era in corso una reazione a catena. È andato avanti per 28 minuti. Quindi Fermi fece un segnale e le aste abbassate interruppero il processo. Così, per la prima volta, l'uomo ha rilasciato l'energia del nucleo atomico e ha dimostrato di poterlo controllare a suo piacimento. Ora non c'era più alcun dubbio che le armi nucleari fossero una realtà.

Nel 1943 il reattore Fermi fu smantellato e trasportato all'Aragonese National Laboratory (50 km da Chicago). Era qui poco
fu costruito un altro reattore nucleare, in cui l'acqua pesante fu usata come moderatore. Consisteva in un serbatoio cilindrico di alluminio contenente 6,5 tonnellate di acqua pesante, in cui venivano caricate verticalmente 120 barre di uranio metallico, racchiuse in un guscio di alluminio. Le sette barre di controllo erano fatte di cadmio. Intorno al serbatoio c'era un riflettore in grafite, poi uno schermo fatto di leghe di piombo e cadmio. L'intera struttura era racchiusa in un guscio di cemento con uno spessore di parete di circa 2,5 m.

Esperimenti su questi reattori sperimentali hanno confermato la possibilità produzione industriale plutonio.

Il centro principale del "Manhattan Project" divenne ben presto la cittadina di Oak Ridge nella Tennessee River Valley, la cui popolazione in pochi mesi crebbe fino a 79mila persone. Qui, in breve tempo, fu costruito il primo impianto per la produzione di uranio arricchito. Immediatamente nel 1943 fu lanciato un reattore industriale che produceva plutonio. Nel febbraio 1944 ne venivano estratti giornalmente circa 300 kg di uranio, dalla cui superficie si otteneva plutonio per separazione chimica. (Per fare ciò, il plutonio è stato prima dissolto e poi precipitato.) L'uranio purificato è stato quindi riportato nuovamente al reattore. Nello stesso anno, nel deserto arido e desolato sulla riva sud del fiume Columbia, iniziò la costruzione dell'enorme Hanford Plant. Qui si trovavano tre potenti reattori nucleari, che fornivano diverse centinaia di grammi di plutonio al giorno.

Parallelamente, era in pieno svolgimento la ricerca per sviluppare un processo industriale per l'arricchimento dell'uranio.

Avendo considerato diverse varianti, Groves e Oppenheimer decisero di concentrarsi su due metodi: diffusione di gas ed elettromagnetico.

Il metodo di diffusione del gas era basato su un principio noto come legge di Graham (fu formulato per la prima volta nel 1829 dal chimico scozzese Thomas Graham e sviluppato nel 1896 dal fisico inglese Reilly). Secondo questa legge, se due gas, uno dei quali è più leggero dell'altro, vengono fatti passare attraverso un filtro con aperture trascurabilmente piccole, allora vi passerà un po' più di gas leggero rispetto a quello pesante. Nel novembre 1942, Urey e Dunning della Columbia University crearono un metodo di diffusione gassosa per separare gli isotopi di uranio basato sul metodo Reilly.

Poiché l'uranio naturale è un solido, è stato prima convertito in fluoruro di uranio (UF6). Questo gas è stato quindi fatto passare attraverso fori microscopici - dell'ordine di millesimi di millimetro - nel setto del filtro.

Poiché la differenza nei pesi molari dei gas era molto piccola, dietro il deflettore il contenuto di uranio-235 aumentava solo di un fattore 1,0002.

Per aumentare ulteriormente la quantità di uranio-235, la miscela risultante viene nuovamente fatta passare attraverso un divisorio e la quantità di uranio viene nuovamente aumentata di 1,0002 volte. Pertanto, per aumentare il contenuto di uranio-235 al 99%, è stato necessario far passare il gas attraverso 4000 filtri. Ciò è avvenuto in un enorme impianto di diffusione gassosa a Oak Ridge.

Nel 1940, sotto la guida di Ernst Lawrence presso l'Università della California, iniziò la ricerca sulla separazione degli isotopi di uranio con il metodo elettromagnetico. Era necessario trovarlo processi fisici, che consentirebbe di separare gli isotopi utilizzando la differenza nelle loro masse. Lawrence ha tentato di separare gli isotopi usando il principio di uno spettrografo di massa, uno strumento che determina le masse degli atomi.

Il principio del suo funzionamento era il seguente: gli atomi pre-ionizzati venivano accelerati da un campo elettrico e quindi fatti passare attraverso un campo magnetico in cui descrivevano cerchi situati in un piano perpendicolare alla direzione del campo. Poiché i raggi di queste traiettorie erano proporzionali alla massa, gli ioni leggeri finivano su cerchi di raggio minore di quelli pesanti. Se le trappole venivano poste nel percorso degli atomi, allora era possibile in questo modo raccogliere separatamente diversi isotopi.

Questo era il metodo. In condizioni di laboratorio, ha dato buoni risultati. Ma la costruzione di un impianto in cui la separazione degli isotopi potesse essere effettuata su scala industriale si è rivelata estremamente difficile. Tuttavia, alla fine Lawrence è riuscito a superare tutte le difficoltà. Il risultato dei suoi sforzi fu l'apparizione del calutron, che fu installato in un gigantesco impianto a Oak Ridge.

Questo impianto elettromagnetico è stato costruito nel 1943 e si è rivelato essere forse il frutto più costoso del Progetto Manhattan. Il metodo di Lawrence richiesto un largo numero dispositivi complessi, non ancora sviluppati, associati ad alta tensione, alto vuoto e forte campi magnetici. I costi erano enormi. Calutron aveva un gigantesco elettromagnete, la cui lunghezza raggiungeva i 75 me pesava circa 4000 tonnellate.

Diverse migliaia di tonnellate di filo d'argento sono entrate negli avvolgimenti di questo elettromagnete.

L'intero lavoro (escluso il costo di $ 300 milioni di argento, che il Tesoro dello Stato ha fornito solo temporaneamente) è costato $ 400 milioni. Solo per l'elettricità spesa dal calutrone, il Ministero della Difesa ha pagato 10 milioni. Gran parte dell'attrezzatura presso la fabbrica di Oak Ridge era superiore in scala e precisione a qualsiasi cosa mai sviluppata sul campo.

Ma tutte queste spese non sono state vane. Dopo aver speso un totale di circa 2 miliardi di dollari, nel 1944 gli scienziati statunitensi hanno creato una tecnologia unica per l'arricchimento dell'uranio e la produzione di plutonio. Nel frattempo, al Los Alamos Laboratory, stavano lavorando al progetto della bomba stessa. Il principio del suo funzionamento era in termini generali chiaro da tempo: la sostanza fissile (plutonio o uranio-235) avrebbe dovuto essere trasferita in uno stato critico al momento dell'esplosione (perché si verificasse una reazione a catena, la massa di la carica deve essere anche sensibilmente maggiore di quella critica) e irradiata con un fascio di neutroni, il che comporta l'inizio di una reazione a catena.

Secondo i calcoli, la massa critica della carica ha superato i 50 chilogrammi, ma potrebbe essere notevolmente ridotta. In generale, l'entità della massa critica è fortemente influenzata da diversi fattori. Maggiore è la superficie della carica, più neutroni vengono emessi inutilmente nello spazio circostante. Una sfera ha la superficie più piccola. Di conseguenza, le cariche sferiche, a parità di altre condizioni, hanno la massa critica più piccola. Inoltre, il valore della massa critica dipende dalla purezza e dal tipo di materiali fissili. È inversamente proporzionale al quadrato della densità di questo materiale, che consente, ad esempio, raddoppiando la densità, di ridurre la massa critica di un fattore quattro. Il grado di subcriticità richiesto può essere ottenuto, ad esempio, compattando il materiale fissile a causa dell'esplosione di una carica esplosiva convenzionale realizzata sotto forma di un guscio sferico che circonda la carica nucleare. La massa critica può anche essere ridotta circondando la carica con uno schermo che rifletta bene i neutroni. Piombo, berillio, tungsteno, uranio naturale, ferro e molti altri possono essere usati come tale schermo.

Uno dei possibili progetti della bomba atomica è costituito da due pezzi di uranio che, una volta combinati, formano una massa maggiore di quella critica. Per provocare l'esplosione di una bomba, devi riunirli il più rapidamente possibile. Il secondo metodo si basa sull'uso di un'esplosione convergente verso l'interno. In questo caso, il flusso di gas di un esplosivo convenzionale è stato diretto al materiale fissile situato all'interno e comprimendolo fino a raggiungere una massa critica. La connessione della carica e la sua intensa irradiazione con i neutroni, come già accennato, provoca una reazione a catena, a seguito della quale, nel primo secondo, la temperatura sale a 1 milione di gradi. Durante questo periodo, solo il 5% circa della massa critica è riuscito a separarsi. Il resto della carica nei primi progetti di bombe è evaporato senza
nulla di buono.

La prima bomba atomica della storia (le fu dato il nome di "Trinity") fu assemblata nell'estate del 1945. E il 16 giugno 1945, la prima esplosione atomica sulla Terra fu effettuata nel sito di test nucleari nel deserto di Alamogordo (Nuovo Messico). La bomba è stata collocata al centro del sito di prova in cima a una torre d'acciaio di 30 metri. L'attrezzatura per la registrazione è stata posizionata intorno ad essa a grande distanza. A 9 km c'era un posto di osservazione ea 16 km un posto di comando. L'esplosione atomica ha fatto una tremenda impressione su tutti i testimoni di questo evento. Secondo la descrizione dei testimoni oculari, c'era la sensazione che molti soli si fondessero in uno e illuminassero contemporaneamente il poligono. Quindi un'enorme palla di fuoco apparve sopra la pianura e una nuvola rotonda di polvere e luce iniziò a salire lentamente e minacciosamente verso di essa.

Dopo essere decollato da terra, questa palla di fuoco è volata fino a un'altezza di oltre tre chilometri in pochi secondi. Ad ogni momento cresceva di dimensioni, presto il suo diametro raggiunse 1,5 km e lentamente salì nella stratosfera. La palla di fuoco ha poi lasciato il posto a una colonna di fumo vorticoso, che si è allungata fino a un'altezza di 12 km, assumendo la forma di un fungo gigante. Tutto ciò fu accompagnato da un terribile ruggito, dal quale la terra tremò. Il potere della bomba esplosa ha superato tutte le aspettative.

Non appena la situazione delle radiazioni lo ha consentito, diversi carri armati Sherman, rivestiti con lastre di piombo dall'interno, si sono precipitati nell'area dell'esplosione. Su uno di essi c'era Fermi, ansioso di vedere i risultati del suo lavoro. Davanti ai suoi occhi apparve terra bruciata morta, sulla quale tutta la vita fu distrutta entro un raggio di 1,5 km. La sabbia si sinterizzata in una crosta verdastra vitrea che ricopriva il terreno. In un enorme cratere giacevano i resti mutilati di una torre di sostegno in acciaio. La forza dell'esplosione è stata stimata in 20.000 tonnellate di tritolo.

Il passo successivo doveva essere l'uso in combattimento della bomba contro il Giappone, che, dopo la resa della Germania fascista, continuò da solo la guerra con gli Stati Uniti e i suoi alleati. Allora non c'erano veicoli di lancio, quindi il bombardamento doveva essere effettuato da un aereo. I componenti delle due bombe furono trasportati con grande cura dalla USS Indianapolis a Tinian Island, dove aveva sede il 509th Composite Group dell'US Air Force. Per tipo di carica e design, queste bombe erano in qualche modo diverse l'una dall'altra.

La prima bomba - "Baby" - era una bomba aerea di grandi dimensioni con una carica atomica di uranio-235 altamente arricchito. La sua lunghezza era di circa 3 m, diametro - 62 cm, peso - 4,1 tonnellate.

La seconda bomba - "Fat Man" - con una carica di plutonio-239 aveva una forma a uovo con uno stabilizzatore di grandi dimensioni. La sua lunghezza
era 3,2 m, diametro 1,5 m, peso - 4,5 tonnellate.

Il 6 agosto, il bombardiere B-29 Enola Gay del colonnello Tibbets ha sganciato il "Kid" sulla grande città giapponese di Hiroshima. La bomba è stata lanciata con il paracadute ed è esplosa, come previsto, a un'altitudine di 600 m dal suolo.

Le conseguenze dell'esplosione furono terribili. Anche sugli stessi piloti, la vista della pacifica città da loro distrutta in un istante fece un'impressione deprimente. Successivamente, uno di loro ha ammesso di aver visto in quel momento la cosa peggiore che una persona possa vedere.

Per quelli che erano sulla terra, quello che stava accadendo sembrava un vero inferno. Prima di tutto, un'ondata di caldo è passata su Hiroshima. La sua azione durò solo pochi istanti, ma fu così potente da fondere persino piastrelle e cristalli di quarzo in lastre di granito, trasformare i pali del telefono in carbone a una distanza di 4 km e, infine, così incenerire corpi umani che di loro rimanevano solo ombre sull'asfalto o sui muri delle case. Quindi una mostruosa raffica di vento è sfuggita da sotto la palla di fuoco e si è precipitata sulla città a una velocità di 800 km / h, spazzando via tutto ciò che incontrava. Le case che non resistettero al suo furioso assalto crollarono come se fossero state abbattute. In un cerchio gigante con un diametro di 4 km, non un solo edificio è rimasto intatto. Pochi minuti dopo l'esplosione, una pioggia radioattiva nera è passata sulla città: questa umidità si è trasformata in vapore condensato negli alti strati dell'atmosfera ed è caduta a terra sotto forma di grosse gocce mescolate a polvere radioattiva.

Dopo la pioggia, la città cadde nuovo impulso vento, questa volta in direzione dell'epicentro. Era più debole del primo, ma ancora abbastanza forte da sradicare gli alberi. Il vento alimentava un fuoco gigantesco in cui bruciava tutto ciò che poteva bruciare. Dei 76.000 edifici, 55.000 furono completamente distrutti e bruciati. I testimoni di questa terribile catastrofe hanno ricordato persone-torce da cui cadevano a terra vestiti bruciati insieme a brandelli di pelle, e folle di persone sconvolte, coperte di terribili ustioni, che si precipitavano urlando per le strade. Nell'aria c'era un odore soffocante di carne umana bruciata. La gente giaceva ovunque, morta e morente. C'erano molti che erano ciechi e sordi e, frugando in tutte le direzioni, non riuscivano a distinguere nulla nel caos che regnava intorno.

Gli sfortunati, che si trovavano dall'epicentro a una distanza massima di 800 m, si sono bruciati in una frazione di secondo nel senso letterale della parola: le loro viscere sono evaporate ei loro corpi si sono trasformati in pezzi di carboni fumanti. Situati a una distanza di 1 km dall'epicentro, sono stati colpiti da una malattia da radiazioni in una forma estremamente grave. Nel giro di poche ore iniziarono a vomitare gravemente, la temperatura salì a 39-40 gradi, apparvero mancanza di respiro e sanguinamento. Quindi, sulla pelle sono comparse ulcere non cicatrizzanti, la composizione del sangue è cambiata radicalmente e i capelli sono caduti. Dopo terribili sofferenze, di solito il secondo o il terzo giorno, si verificava la morte.

In totale, circa 240mila persone sono morte a causa dell'esplosione e della malattia da radiazioni. Circa 160 mila hanno ricevuto malattie da radiazioni in una forma più lieve: la loro morte dolorosa è stata ritardata di diversi mesi o anni. Quando la notizia della catastrofe si diffuse in tutto il paese, tutto il Giappone rimase paralizzato dalla paura. È aumentato ancora di più dopo che l'aereo Box Car del maggiore Sweeney ha sganciato una seconda bomba su Nagasaki il 9 agosto. Anche diverse centinaia di migliaia di abitanti furono uccisi e feriti qui. Incapace di resistere alle nuove armi, il governo giapponese capitolò: la bomba atomica pose fine alla seconda guerra mondiale.

La guerra è finita. È durato solo sei anni, ma è riuscito a cambiare il mondo e le persone quasi al di là del riconoscimento.

La civiltà umana prima del 1939 e la civiltà umana dopo il 1945 sono sorprendentemente diverse l'una dall'altra. Ci sono molte ragioni per questo, ma una delle più importanti è l'emergere di armi nucleari. Si può affermare senza esagerare che l'ombra di Hiroshima si estende per tutta la seconda metà del XX secolo. È diventata una profonda ustione morale per molti milioni di persone, sia quelle che erano contemporanee di questa catastrofe sia quelle nate decenni dopo. Uomo moderno non riesce più a pensare al mondo come lo pensava prima del 6 agosto 1945 - capisce troppo chiaramente che questo mondo può trasformarsi in niente in pochi istanti.

Una persona moderna non può guardare la guerra, come guardavano i suoi nonni e bisnonni: sa per certo che questa guerra sarà l'ultima e non ci saranno né vincitori né vinti. Le armi nucleari hanno lasciato il segno in tutte le sfere vita pubblica e la civiltà moderna non può vivere secondo le stesse leggi di sessanta o ottant'anni fa. Nessuno lo ha capito meglio degli stessi creatori della bomba atomica.

"Gente del nostro pianeta Robert Oppenheimer ha scritto, dovrebbe unire. L'orrore e la distruzione seminati dall'ultima guerra ci impongono questo pensiero. Le esplosioni di bombe atomiche lo hanno dimostrato con ogni crudeltà. Altre persone in altri momenti hanno detto parole simili - solo su altre armi e altre guerre. Non ci sono riusciti. Ma chi oggi dice che queste parole sono inutili è ingannato dalle vicissitudini della storia. Non possiamo esserne convinti. I risultati del nostro lavoro non lasciano altra scelta all'umanità se non quella di creare un mondo unificato. Un mondo basato sul diritto e sull'umanesimo".

Dopo la fine della seconda guerra mondiale, il paese coalizione anti-hitleriana rapidamente cercato di anticipare l'un l'altro nello sviluppo di una bomba nucleare più potente.

Il primo test, condotto dagli americani su oggetti reali in Giappone, ha riscaldato al limite la situazione tra URSS e USA. Le potenti esplosioni che tuonarono nelle città giapponesi e praticamente distrussero tutta la vita in esse costrinsero Stalin ad abbandonare molte pretese sulla scena mondiale. La maggior parte dei fisici sovietici fu urgentemente "lanciata" nello sviluppo di armi nucleari.

Quando e come sono apparse le armi nucleari

Il 1896 può essere considerato l'anno di nascita della bomba atomica. Fu allora che il chimico francese A. Becquerel scoprì che l'uranio è radioattivo. La reazione a catena dell'uranio forma una potente energia che funge da base per una terribile esplosione. È improbabile che Becquerel immaginasse che la sua scoperta avrebbe portato alla creazione di armi nucleari, l'arma più terribile del mondo intero.

La fine del XIX e l'inizio del XX secolo fu un punto di svolta nella storia dell'invenzione delle armi nucleari. Fu in questo periodo che scienziati di vari paesi del mondo furono in grado di scoprire le seguenti leggi, raggi ed elementi:

• raggi alfa, gamma e beta;
• Sono stati scoperti molti isotopi elementi chimici avere proprietà radioattive;
• È stata scoperta la legge del decadimento radioattivo, che determina il tempo e la dipendenza quantitativa dell'intensità del decadimento radioattivo, a seconda del numero di atomi radioattivi nel campione di prova;
• Nacque l'isometria nucleare.

Negli anni '30, per la prima volta, riuscirono a dividersi nucleo atomico uranio con assorbimento di neutroni. Allo stesso tempo, furono scoperti positroni e neuroni. Tutto ciò ha dato un forte impulso allo sviluppo di armi che utilizzavano l'energia atomica. Nel 1939 fu brevettato il primo progetto di bomba atomica al mondo. Ciò è stato fatto dal fisico francese Frederic Joliot-Curie.

Come risultato di ulteriori ricerche e sviluppi in questo settore, è nata una bomba nucleare. Il potere e il raggio di distruzione delle moderne bombe atomiche è così grande che un paese che ha un potenziale nucleare praticamente non ha bisogno di un esercito potente, poiché una bomba atomica è in grado di distruggere un intero stato.

Come funziona una bomba atomica

Una bomba atomica è composta da molti elementi, i principali dei quali sono:

• Corpo della bomba atomica;
• Sistema di automazione che controlla il processo di esplosione;
• Carica nucleare o testata.

Il sistema di automazione si trova nel corpo di una bomba atomica, insieme a una carica nucleare. Il design dello scafo deve essere sufficientemente affidabile per proteggere la testata da vari fattori esterni e impatti. Ad esempio, varie influenze meccaniche, termiche o simili, che possono portare a un'esplosione non pianificata di grande potenza, capace di distruggere tutto intorno.

Il compito dell'automazione include il controllo completo dell'esplosione al momento giusto, quindi il sistema è costituito dai seguenti elementi:

• Dispositivo responsabile della detonazione di emergenza;
• Alimentazione del sistema di automazione;
• Sistema di sensori di indebolimento;
• dispositivo di armamento;
• Dispositivo di sicurezza.

Quando sono stati effettuati i primi test, le bombe nucleari sono state consegnate da aerei che hanno avuto il tempo di lasciare l'area colpita. Le moderne bombe atomiche sono così potenti che possono essere lanciate solo usando missili da crociera, balistici o persino antiaerei.

Le bombe atomiche utilizzano una varietà di sistemi di detonazione. Il più semplice di questi è un semplice dispositivo che viene attivato quando un proiettile colpisce un bersaglio.

Una delle principali caratteristiche delle bombe nucleari e dei missili è la loro suddivisione in calibri, che sono di tre tipi:

• Piccola, la potenza delle bombe atomiche di questo calibro equivale a diverse migliaia di tonnellate di tritolo;
• Medio (potenza di esplosione - diverse decine di migliaia di tonnellate di TNT);
• Grande, la cui potenza di carica è misurata in milioni di tonnellate di TNT.

È interessante notare che molto spesso la potenza di tutte le bombe nucleari viene misurata precisamente in equivalente TNT, poiché non esiste una scala per misurare la potenza di un'esplosione per le armi atomiche.

Algoritmi per il funzionamento delle bombe nucleari

Qualsiasi bomba atomica funziona secondo il principio dell'uso energia nucleare rilasciato durante una reazione nucleare. Questa procedura si basa sulla fissione di nuclei pesanti o sulla sintesi di polmoni. Poiché questa reazione rilascia un'enorme quantità di energia, e dentro tempo più breve, il raggio di distruzione di una bomba nucleare è davvero impressionante. A causa di questa caratteristica, le armi nucleari sono classificate come armi di distruzione di massa.

Ci sono due punti principali nel processo che inizia con l'esplosione di una bomba atomica:

• Questo è il centro immediato dell'esplosione, dove avviene la reazione nucleare;
• L'epicentro dell'esplosione, che si trova nel punto in cui è esplosa la bomba.

L'energia nucleare rilasciata durante l'esplosione di una bomba atomica è così forte che iniziano i tremori sismici sulla terra. Allo stesso tempo, queste scosse portano distruzione diretta solo a una distanza di diverse centinaia di metri (sebbene, data la forza dell'esplosione della bomba stessa, queste scosse non influiscano più su nulla).

Fattori di danno in un'esplosione nucleare

L'esplosione di una bomba nucleare porta non solo una terribile distruzione istantanea. Le conseguenze di questa esplosione saranno avvertite non solo dalle persone cadute nell'area colpita, ma anche dai loro figli, nati dopo l'esplosione atomica. I tipi di distruzione da parte di armi atomiche sono suddivisi nei seguenti gruppi:

• Radiazione luminosa che si verifica direttamente durante l'esplosione;
• L'onda d'urto propagata da una bomba subito dopo l'esplosione;
• Impulso elettromagnetico;
• radiazione penetrante;
• Una contaminazione radioattiva che può durare decenni.

Sebbene a prima vista un lampo di luce rappresenti la minima minaccia, in realtà si forma a seguito del rilascio di un'enorme quantità di energia termica e luminosa. Il suo potere e la sua forza superano di gran lunga il potere dei raggi del sole, quindi la sconfitta della luce e del calore può essere fatale a una distanza di diversi chilometri.

Anche le radiazioni rilasciate durante l'esplosione sono molto pericolose. Sebbene non duri a lungo, riesce a infettare tutto ciò che lo circonda, poiché la sua capacità di penetrazione è incredibilmente elevata.

L'onda d'urto in un'esplosione atomica si comporta come la stessa onda nelle esplosioni convenzionali, solo la sua potenza e il raggio di distruzione sono molto più grandi. In pochi secondi provoca danni irreparabili non solo alle persone, ma anche alle attrezzature, agli edifici e alla natura circostante.

Le radiazioni penetranti provocano lo sviluppo di malattie da radiazioni e un impulso elettromagnetico è pericoloso solo per le apparecchiature. La combinazione di tutti questi fattori, oltre alla potenza dell'esplosione, rende la bomba atomica l'arma più pericolosa al mondo.

Il primo test di armi nucleari al mondo

Il primo paese a sviluppare e testare armi nucleari sono stati gli Stati Uniti d'America. È stato il governo degli Stati Uniti a stanziare enormi sussidi in denaro per lo sviluppo di nuove armi promettenti. Alla fine del 1941, molti eminenti scienziati nel campo dello sviluppo atomico furono invitati negli Stati Uniti, che nel 1945 furono in grado di presentare un prototipo di bomba atomica adatto per i test.

Il primo test al mondo di una bomba atomica dotata di un ordigno esplosivo è stato effettuato nel deserto nello stato del New Mexico. Una bomba chiamata "Gadget" fu fatta esplodere il 16 luglio 1945. Il risultato del test è stato positivo, anche se i militari hanno chiesto di testare una bomba nucleare in condizioni di combattimento reali.

Vedendo che mancava solo un passo alla vittoria nella coalizione nazista, e che poteva non esserci più un'opportunità del genere, il Pentagono decise di infliggere attacco nucleare dall'ultimo alleato Germania nazista- Giappone. Inoltre, l'uso di una bomba nucleare avrebbe dovuto risolvere diversi problemi contemporaneamente:

• Per evitare l'inutile spargimento di sangue che si verificherebbe inevitabilmente se le truppe statunitensi mettessero piede sul territorio imperiale giapponese;
• Mettere in ginocchio i giapponesi senza compromessi in un colpo solo, costringendoli ad accettare condizioni favorevoli agli Stati Uniti;
• Mostra all'URSS (come possibile rivale in futuro) che l'esercito americano ha un'arma unica che può spazzare via qualsiasi città dalla faccia della terra;
• E, naturalmente, per vedere in pratica di cosa sono capaci le armi nucleari in condizioni di combattimento reali.

Il 6 agosto 1945, la prima bomba atomica al mondo fu lanciata sulla città giapponese di Hiroshima, che fu utilizzata nelle operazioni militari. Questa bomba si chiamava "Baby", poiché il suo peso era di 4 tonnellate. Il lancio della bomba è stato attentamente pianificato e ha colpito esattamente dove era stato pianificato. Quelle case che non furono distrutte dallo scoppio bruciarono, poiché le stufe cadute nelle case provocarono incendi e tutta la città fu avvolta dalle fiamme.

Dopo un lampo luminoso, è seguita un'ondata di caldo, che ha bruciato tutta la vita entro un raggio di 4 chilometri, e l'onda d'urto che l'ha seguita ha distrutto la maggior parte degli edifici.

Coloro che sono stati colpiti da un colpo di calore entro un raggio di 800 metri sono stati bruciati vivi. L'onda d'urto ha strappato la pelle bruciata di molti. Un paio di minuti dopo cadde una strana pioggia nera, che consisteva in vapore e cenere. Coloro che sono caduti sotto la pioggia nera, la pelle ha ricevuto ustioni incurabili.

Quei pochi che ebbero la fortuna di sopravvivere si ammalarono di malattia da radiazioni, che a quel tempo non solo non era studiata, ma anche del tutto sconosciuta. Le persone hanno iniziato a sviluppare febbre, vomito, nausea e attacchi di debolezza.

Il 9 agosto 1945, la seconda bomba americana, chiamata "Fat Man", fu sganciata sulla città di Nagasaki. Questa bomba aveva all'incirca la stessa potenza della prima e le conseguenze della sua esplosione furono altrettanto devastanti, sebbene le persone morissero la metà.

Due bombe atomiche sganciate su città giapponesi si sono rivelate il primo e unico caso al mondo di utilizzo di armi atomiche. Più di 300.000 persone morirono nei primi giorni dopo il bombardamento. Circa 150mila altri morirono per malattia da radiazioni.

Dopo il bombardamento nucleare delle città giapponesi, Stalin ha ricevuto un vero shock. Gli è diventato chiaro che la questione dello sviluppo di armi nucleari nella Russia sovietica era una questione di sicurezza per l'intero paese. Già il 20 agosto 1945 iniziò a funzionare un comitato speciale per l'energia atomica, creato con urgenza da I. Stalin.

Sebbene la ricerca sulla fisica nucleare sia stata condotta da un gruppo di appassionati nella Russia zarista, non ha ricevuto la dovuta attenzione in epoca sovietica. Nel 1938, tutte le ricerche in quest'area furono completamente interrotte e molti scienziati nucleari furono repressi come nemici del popolo. Dopo esplosioni nucleari in Giappone autorità sovietica iniziò bruscamente a ripristinare l'industria nucleare nel paese.

Ci sono prove che lo sviluppo di armi nucleari sia stato effettuato nella Germania nazista, e sono stati gli scienziati tedeschi a finalizzare la bomba atomica americana "grezza", quindi il governo degli Stati Uniti ha rimosso tutti gli specialisti nucleari e tutti i documenti relativi allo sviluppo di armi nucleari da Germania.

La scuola di intelligence sovietica, che durante la guerra riuscì a aggirare tutti i servizi di intelligence stranieri, nel 1943 trasferì all'URSS documenti segreti relativi allo sviluppo di armi nucleari. Allo stesso tempo, agenti sovietici furono introdotti in tutti i principali centri di ricerca nucleare americani.

Come risultato di tutte queste misure, già nel 1946 era pronto compito tecnico per la fabbricazione di due bombe nucleari di fabbricazione sovietica:

• RDS-1 (con carica di plutonio);
• RDS-2 (con due parti della carica di uranio).

L'abbreviazione "RDS" è stata decifrata come "la Russia fa da sola", che corrispondeva quasi completamente alla realtà.

La notizia che l'URSS era pronta a rilasciare le sue armi nucleari ha costretto il governo degli Stati Uniti a prendere misure drastiche. Nel 1949 fu sviluppato il piano Troyan, secondo il quale si prevedeva di sganciare bombe atomiche su 70 città più grandi dell'URSS. Solo il timore di uno sciopero di rappresaglia ha impedito la realizzazione di questo piano.

Queste informazioni allarmanti provenienti dagli ufficiali dell'intelligence sovietica hanno costretto gli scienziati a lavorare in modalità di emergenza. Già nell'agosto 1949 fu testata la prima bomba atomica prodotta in URSS. Quando gli Stati Uniti hanno scoperto questi test, il piano Trojan è stato rinviato a tempo indeterminato. Inizia l'era del confronto tra le due superpotenze, conosciuta nella storia come la Guerra Fredda.

La più potente bomba nucleare del mondo, conosciuta come la "bomba dello zar" appartiene proprio al periodo" guerra fredda". Gli scienziati sovietici hanno creato la bomba più potente nella storia dell'umanità. La sua capacità era di 60 megatoni, sebbene fosse prevista la creazione di una bomba con una capacità di 100 kilotoni. Questa bomba è stata testata nell'ottobre 1961. Il diametro della palla di fuoco durante l'esplosione era di 10 chilometri e l'onda d'urto volò in giro Terra tre volte. È stato questo test che ha costretto la maggior parte dei paesi del mondo a firmare un accordo per porre fine ai test nucleari non solo nell'atmosfera terrestre, ma anche nello spazio.

Sebbene le armi atomiche siano un ottimo mezzo per intimidire i paesi aggressivi, d'altra parte, sono in grado di estinguere qualsiasi conflitto militare sul nascere, poiché tutte le parti in conflitto possono essere distrutte da un'esplosione atomica.

Una bomba atomica è un proiettile per produrre un'esplosione di grande forza come risultato di un rilascio molto rapido di energia nucleare (atomica).

Come funzionano le bombe atomiche

La carica nucleare è divisa in più parti a una dimensione critica, in modo che in ciascuna di esse non possa iniziare una reazione a catena incontrollata auto-sviluppante di fissione di atomi di una sostanza fissile. Una tale reazione avverrà solo quando tutte le parti della carica saranno rapidamente combinate in un tutto. La completezza della reazione e, in definitiva, la potenza dell'esplosione dipendono in larga misura dalla velocità di avvicinamento delle singole parti. Per comunicare parti ad alta velocità della carica, è possibile utilizzare l'esplosione di esplosivi convenzionali. Se le parti della carica nucleare sono disposte in direzioni radiali a una certa distanza dal centro, e con al di fuori posto cariche di tritolo, allora è possibile effettuare un'esplosione di cariche convenzionali dirette verso il centro della carica nucleare. Tutte le parti della carica nucleare non solo si uniranno in un unico insieme con grande velocità, ma saranno anche compresse per qualche tempo da tutte le parti dall'enorme pressione dei prodotti dell'esplosione e non potranno separarsi immediatamente, non appena un la reazione nucleare a catena inizia nella carica. Di conseguenza, si verificherà una divisione molto maggiore che senza tale compressione e, di conseguenza, la potenza dell'esplosione aumenterà. Un aumento della potenza dell'esplosione con la stessa quantità di materiale fissile è facilitato anche da un riflettore di neutroni (i riflettori più efficaci sono il berillio< Be >, grafite, acqua pesante< H3O >). Per la prima fissione, che darebbe inizio a una reazione a catena, è necessario almeno un neutrone. È impossibile contare sull'inizio tempestivo di una reazione a catena sotto l'azione dei neutroni che compaiono durante la fissione nucleare spontanea (spontanea), perché si verifica relativamente raramente: per U-235 - 1 disintegrazione all'ora per 1 g. sostanze. Ci sono anche pochissimi neutroni che esistono in forma libera nell'atmosfera: attraverso S = 1 cm/q. volano circa 6 neutroni al secondo. Per questo motivo, in una carica nucleare viene utilizzata una fonte artificiale di neutroni, una specie di tappo del detonatore nucleare. Fornisce anche molte fissioni che iniziano simultaneamente, quindi la reazione procede sotto forma di un'esplosione nucleare.

Opzioni di detonazione (cannone e schemi implosivi)

Esistono due schemi principali per far esplodere una carica fissile: cannone, altrimenti chiamato balistico e implosivo.

Lo "schema cannone" è stato utilizzato in alcuni modelli di armi nucleari di prima generazione. L'essenza dello schema del cannone è sparare con una carica di polvere da sparo un blocco di materiale fissile di massa subcritica ("proiettile") in un altro - immobile ("bersaglio"). I blocchi sono progettati in modo tale che, una volta collegati, la loro massa totale diventi supercritica.

Questo metodo di detonazione è possibile solo nelle munizioni all'uranio, poiché il plutonio ha uno sfondo di neutroni superiore di due ordini di grandezza, il che aumenta notevolmente la probabilità di uno sviluppo prematuro di una reazione a catena prima che i blocchi vengano combinati. Ciò porta a un rilascio incompleto di energia (il cosiddetto "fizz", inglese. Per implementare uno schema di cannone nelle munizioni al plutonio, è necessario aumentare la velocità di collegamento delle parti della carica a un livello tecnicamente irraggiungibile. Inoltre, l'uranio è migliore del plutonio, resiste ai sovraccarichi meccanici.

schema implosivo. Questo schema di detonazione comporta l'ottenimento di uno stato supercritico comprimendo materiale fissile con un'onda d'urto focalizzata creata da un'esplosione di esplosivi chimici. Per focalizzare l'onda d'urto vengono utilizzate le cosiddette lenti esplosive e l'esplosione viene eseguita simultaneamente in molti punti con precisione. La creazione di un tale sistema per la localizzazione di esplosivi e detonazione era un tempo uno dei compiti più difficili. La formazione di un'onda d'urto convergente è stata assicurata dall'uso di lenti esplosive da esplosivi "veloci" e "lenti" - TATV (Triaminotrinitrobenzene) e baratol (una miscela di trinitrotoluene con nitrato di bario) e alcuni additivi)