原子爆弾は、核（原子）エネルギーの非常に急速な放出の結果として、大きな力の爆発を生み出すための発射体です。
原子爆弾のしくみ
核電荷は臨界サイズに合わせていくつかの部分に分割されるため、それぞれの部分で制御不能な自己開発が行われます 連鎖反応核分裂性物質の原子の分裂。 このような反応は、チャージのすべての部分がすばやく組み合わされて1つの全体になった場合にのみ発生します。 反応の完全性、そして最終的には爆発の力は、個々の部品の接近速度に大きく依存します。 チャージの高速部分を通信するには、従来の爆発物の爆発を使用できます。 核電荷の部分が中心から少し離れて放射状に配置されている場合、 外 TNTのチャージを配置すると、核チャージの中心に向けられた従来のチャージの爆発を実行できます。 核爆薬のすべての部分は、非常に速い速度で単一の全体に結合するだけでなく、爆発生成物の巨大な圧力によってすべての側面からしばらくの間圧縮され、すぐに分離することができなくなります。核連鎖反応は充電で始まります。 この結果、そのような圧縮がない場合よりもはるかに大きな分割が発生し、その結果、爆発の力が増加します。 同じ量の核分裂性物質による爆発力の増加は、中性子反射体によっても促進されます（最も効果的な反射体はベリリウムです< Be >、グラファイト、重水< H3O >）。 連鎖反応を開始する最初の核分裂には、少なくとも 1 つの中性子が必要です。 自発的な（自発的な）核分裂中に現れる中性子の作用下での連鎖反応のタイムリーな開始を期待することは不可能です。 比較的めったに発生しません。U-235の場合、1 gあたり1時間あたり1回の崩壊です。 物質。 また、大気中に自由な形で存在する中性子はほとんどありません。S = 1 cm/sq です。 毎秒約6個の中性子が飛んでいます。 このため、人工中性子源が核装薬で使用されます-一種の核起爆装置キャップです。 また、同時に始まる多くの分割を提供するため、反応は次のような形で進行します。 核爆発.
起爆オプション (大砲と爆破スキーム)
核分裂性爆薬を起爆させる主な方式は 2 つあります。
「キャノンスキーム」が一部のモデルで採用された 核兵器初代。 大砲方式の本質は、亜臨界質量の核分裂性物質のブロック（「弾丸」）を別のブロック（「ターゲット」）に火薬で撃つことです。 ブロックは、接続するとその総質量が超臨界になるように設計されています。
プルトニウムの中性子バックグラウンドは2桁高く、ブロックが結合される前に連鎖反応が早期に発生する可能性が劇的に高まるため、この爆発方法はウラン弾でのみ可能です。 これは、エネルギーの不完全な放出につながります（いわゆる「フィズ」、英語。プルトニウム弾薬で大砲スキームを実装するには、チャージの一部を接続する速度を技術的に達成できないレベルまで上げる必要があります。さらに、ウランはプルトニウムよりも優れており、機械的な過負荷に耐えます。
爆破計画。 この爆発スキームは、化学爆発物の爆発によって生成された集束衝撃波で核分裂性物質を圧縮することにより、超臨界状態を得ることを含みます。 衝撃波を集中させるために、いわゆる爆発レンズが使用され、爆発は多くのポイントで同時に正確に実行されます。 爆発物と爆発の位置を特定するためのそのようなシステムの作成は、かつて最も困難な作業の1つでした。 収束する衝撃波の形成は、「速い」爆発物と「遅い」爆発物 - TATV（トリアミノトリニトロベンゼン）とバラトール（トリニトロトルエンと硝酸バリウムの混合物）、およびいくつかの添加剤からの爆発物レンズの使用によって保証されました）
そして、これは私たちがしばしば知らないことです。 そして、なぜ核爆弾も爆発するのか...
遠くから始めましょう。 すべての原子には原子核があり、その原子核は陽子と中性子で構成されています。これはおそらく誰もが知っていることです。 同様に、誰もが周期表を見ました。 しかし、なぜ 化学元素このように配置され、そうでない場合はありませんか？ 確かに、メンデレーエフが望んでいたからではありません。 表中の各元素の通し番号は、この元素の原子核に含まれる陽子の数を示しています。 つまり、鉄原子には 26 個の陽子があるため、鉄は表の 26 番です。 そして26個もなければ、もはや鉄ではありません。
しかし、同じ元素の核の中の中性子は 異なる金額、つまり、原子核の質量が異なります。 質量が異なる同じ元素の原子は同位体と呼ばれます。 ウランにはそのような同位体がいくつかあります。自然界で最も一般的なのはウラン 238 です (核内に 92 個の陽子と 146 個の中性子があり、合計で 238 になります)。 それは放射性ですが、それから核爆弾を作ることはできません。 しかし同位体ウラン235ではなく たくさんのこれはウラン鉱石にあり、核チャージに適しています。
おそらく、読者は「濃縮ウラン」と「劣化ウラン」という用語に出くわしたことがあるでしょう。 濃縮ウランには、天然ウランよりも多くのウラン 235 が含まれています。 それぞれ使い果たされた - 少ない。 濃縮ウランから、核爆弾に適した別の元素であるプルトニウムを得ることができます（自然界にはほとんど見られません）。 ウランがどのように濃縮され、そこからプルトニウムがどのように得られるかは、別の議論のトピックです。
では、なぜ核爆弾は爆発するのでしょうか。 実際、中性子が衝突すると重い原子核が崩壊する傾向があります。 そして、無料の中性子を長く待つ必要はありません - それらはたくさん飛んでいます。 したがって、そのような中性子はウラン235の核に入り、それによってそれを「断片」に分解します。 これにより、さらにいくつかの中性子が放出されます。 同じ元素の原子核が周りにあるとどうなるか想像できますか? そうです、連鎖反応が起こります。 これが起こる方法です。
ウラン 235 がより安定したウラン 238 に「溶解」する原子炉では、 通常の状態起きていません。 崩壊する原子核から飛び出す中性子のほとんどは、ウラン 235 原子核を見つけることなく、「牛乳の中へ」飛び去ります。 原子炉内では、原子核の崩壊は「遅い」（しかし原子炉がエネルギーを供給するにはこれで十分である）。 ここでウラン 235 の固体片では、それが十分な質量であれば、中性子が原子核を壊すことが保証され、連鎖反応が雪崩を起こし、... ストップ! 結局のところ、爆発に必要な質量のウラン235またはプルトニウムを作成すると、すぐに爆発します。 それはポイントではありません。
未臨界質量の 2 つの部分を取り、遠隔操作メカニズムを使用してそれらを互いに押し付けたらどうなるでしょうか? たとえば、両方をチューブに入れ、一方にパウダーチャージを取り付けて、発射体のように適切なタイミングで一方のピースを別のピースに発射します。 これが問題の解決策です。
それ以外の場合は、プルトニウムの球体を取り、その表面全体に爆薬を固定します。 これらの爆薬が外部からの命令で起爆されると、その爆発によってプルトニウムが四方八方から圧縮され、臨界密度まで圧縮され、連鎖反応が発生します。 ただし、ここでは精度と信頼性が重要です。すべての爆薬が同時に機能する必要があります。 それらのいくつかが機能し、一部が機能しない場合、または一部が遅れて機能する場合、核爆発は発生しません.プルトニウムは臨界質量まで収縮しませんが、空気中に散逸します. 核爆弾の代わりに、いわゆる「汚い」爆弾が出てきます。
これが爆縮型核爆弾の姿です。 プルトニウム球の表面をできるだけしっかりと覆うために、指向性爆発を引き起こすはずの装薬は多面体の形で作られています。
最初のタイプのデバイスは大砲と呼ばれ、2番目のタイプは内破です。
広島に投下された「キッド」爆弾には、ウラン235の装薬と銃型の装置がありました。 長崎上空で爆発したファットマン爆弾にはプルトニウムが装填されており、爆発装置は爆縮しました。 現在、銃型のデバイスはほとんど使用されていません。 爆縮のものはより複雑ですが、同時に核爆弾の質量を制御し、より合理的に消費することができます。 そして、核爆発物としてのプルトニウムがウラン235に取って代わりました。
かなりの年月が経過し、物理学者は軍にさらに強力な爆弾、熱核爆弾、または水素とも呼ばれる爆弾を提供しました。 水素はプルトニウムよりも強力に爆発することが判明しましたか?
水素は本当に爆発しますが、そうではありません。 ただし、水素爆弾には「通常の」水素はなく、同位体である重水素とトリチウムを使用します。 「通常の」水素の原子核には中性子が 1 つ、重水素には 2 つ、三重水素には 3 つの中性子があります。
核爆弾では、重い元素の原子核が軽い原子核に分割されます。 熱核では、逆のプロセスが行われます。軽い原子核が互いに融合して、より重い原子核になります。 たとえば、重水素とトリチウムの原子核はヘリウム原子核 (アルファ粒子とも呼ばれます) に結合され、「余分な」中性子は「自由飛行」に送られます。 この場合、プルトニウム核の崩壊時よりもはるかに多くのエネルギーが放出されます。 ちなみに、このプロセスは太陽で行われます。
ただし、核融合反応は超高温でのみ可能です (これが THERMOnuclear と呼ばれる理由です)。 重水素と三重水素を反応させる方法は？ はい、とても簡単です。起爆装置として核爆弾を使用する必要があります。
重水素とトリチウムはそれ自体が安定しているため、熱核爆弾の電荷は任意に巨大になる可能性があります。 これは、熱核爆弾が「単純な」核爆弾よりも比類のないほど強力になることを意味します。 広島に投下された「赤ちゃん」は、18キロトン以内のTNTに相当し、最も強力な水素爆弾（いわゆる「ツァールボンバ」、「クズキンの母親」としても知られています） - すでに58.6メガトンで、3255倍以上強力です"赤ちゃん"！
「ツァーボンバ」からの「きのこ」雲は高さ67キロメートルまで上昇し、爆風は3周した 地球.
しかし、その巨大な力は明らかに過剰です。 メガトン爆弾で「十分に遊んだ」後、軍事技術者と物理学者は別の道、つまり核兵器の小型化の道を歩みました。 通常の形態では、核兵器は航空爆弾のような戦略爆撃機から投下したり、弾道ミサイルで発射したりできます。 それらを小型化すると、周囲数キロメートルのすべてを破壊せず、砲弾または空対地ミサイルに搭載できるコンパクトな核爆弾が得られます。 機動性が高まり、解決すべき課題の幅が広がります。 戦略核兵器に加えて、戦術核兵器も入手します。
戦術核兵器の場合、最も 別の手段配達 - 核銃、迫撃砲、無反動ライフル（たとえば、アメリカの「Davy Crockett」）。 ソ連には、核弾丸のプロジェクトさえありました。 確かに、それは放棄されなければなりませんでした-核弾丸は非常に信頼性が低く、製造と保管が非常に複雑で費用がかかるため、それらには意味がありませんでした。
「デイビー・クロケット」。 これらの核兵器の多くは米軍で使用されており、西ドイツ国防相はドイツ連邦軍にそれらを武装させようとして失敗しました。
小型核兵器といえば、別の種類の核兵器である中性子爆弾について言及する価値があります。 その中のプルトニウムの量は少ないですが、これは必要ありません。 熱核爆弾が爆発の力を高める経路をたどる場合、中性子爆弾は別の損傷要因である放射線に依存します。 中性子爆弾の放射線を強化するために、ベリリウム同位体が供給されており、爆発すると大量の高速中性子が発生します。
作成者が考えたように、中性子爆弾は敵のマンパワーを殺しますが、装備は無傷のままにし、攻撃中に捕獲することができます。 実際には、少し違った結果になりました。照射された機器は使用できなくなります。あえてそれを操縦しようとする人は、すぐに放射線病を「獲得」します。 これは、中性子爆弾の爆発が戦車の装甲を介して敵を攻撃できるという事実を変えません。 中性子弾は、まさにソ連の戦車編成に対する兵器として米国によって開発されました。 しかし、戦車の装甲がすぐに開発され、高速中性子の流れから何らかの保護が提供されました。
別のタイプの核兵器が 1950 年に発明されましたが、(知られている限りでは) 製造されることはありませんでした。 これはいわゆるコバルト爆弾です - コバルトの殻を持つ核爆弾。 爆発中、中性子束によって照射されたコバルトは、非常に放射性の同位体になり、その地域に拡散して感染します。 十分な威力を持つこのような爆弾 1 発だけでも、地球全体をコバルトで覆い、全人類を滅ぼすことができます。 幸いなことに、このプロジェクトはプロジェクトのままでした。
結論として何が言えますか？ 核爆弾- 本当にひどい武器であり、同時に (なんと逆説的!) 超大国間の相対的な平和を維持するのにも役立ちました。 敵が核兵器を持っている場合、攻撃する前に 10 回考えます。 核兵器を保有している国はまだ外部から攻撃されておらず、1945 年以来、世界で戦争は発生していません。 主要な州. 彼らがそうしないことを望みましょう。
原子炉の動作原理と設計を理解するには、過去に少し話を逸らす必要があります。 原子炉は、無尽蔵のエネルギー源についての人類の夢を完全ではありませんが、何世紀にもわたって具現化したものです。 その古代の「祖先」は、乾燥した枝でできた火であり、かつて私たちの遠い祖先が寒さからの救いを見つけた洞窟の丸天井を照らし、暖めました。 その後、人々は石炭、頁岩、石油、天然ガスなどの炭化水素を習得しました。
激動の、しかし短命の蒸気の時代が始まり、それはさらに素晴らしい電気の時代に取って代わられました。 都市は光に満ち、ワークショップはこれまで知られていなかった電気モーターで駆動される機械のうなりに満ちていました。 その後、進歩は最高潮に達したように見えました。
フランスの化学者アントワーヌ・アンリ・ベクレルがウラン塩が放射性であることを偶然発見した19世紀の終わりに、すべてが変わりました. 2年後、同胞のピエール・キュリーと妻のマリア・スクウォドフスカ・キュリーはラジウムとポロニウムを入手し、放射能レベルはトリウムとウランの何百万倍にも達しました。
このバトンを手にしたのは、放射線の性質を詳細に研究したアーネスト・ラザフォードでした。 かくして、愛する我が子を世に送り出したアトムの時代が始まった― 原子炉.
最初の原子炉
「長子」はアメリカ出身です。 1942 年 12 月、原子炉は最初の電流を流し、その作成者である世紀の最も偉大な物理学者の 1 人である E. フェルミの名前が付けられました。 3 年後、ZEEP 原子力発電所がカナダで稼働を開始しました。 「ブロンズ」は、1946年末に打ち上げられた最初のソビエト原子炉F-1に行きました。 I. V. クルチャトフは、国内の原子力プロジェクトの責任者になりました。 現在、世界では 400 基を超える原子力発電所が正常に稼働しています。
原子炉の種類
それらの主な目的は、電気を生成する制御された核反応をサポートすることです。 一部の原子炉は同位体を生成します。 要するに、それらは、大量の熱エネルギーを放出して、いくつかの物質が他の物質に変換される深さのデバイスです。 これは一種の「炉」であり、従来の燃料の代わりに、ウラン同位体 - U-235、U-238、およびプルトニウム (Pu) が「燃焼」されます。
たとえば、複数の種類のガソリン用に設計された自動車とは異なり、各種類の放射性燃料には独自の種類の原子炉があります。 それらのうちの2つがあります-低速（U-235を使用）および高速（U-238およびPuを使用）中性子です。 ほとんどの原子力発電所には低速中性子炉が装備されています。 原子力発電所に加えて、施設は研究センター、原子力潜水艦などで「機能」します。
原子炉はどうですか
すべてのリアクターはほぼ同じスキームを持っています。 その「心」がアクティブゾーンです。 従来のストーブの炉と大まかに比較できます。 薪の代わりにのみ、モデレーターを備えた燃料要素の形の核燃料-TVELがあります。 アクティブゾーンは、カプセルの一種である中性子反射体の内部にあります。 燃料棒は、冷却剤である水によって「洗浄」されます。 「心」の中はとても 上級放射能、それは信頼できる放射線防護に囲まれています。
オペレータは 2 台でプラントの運転を制御します 重要なシステム– 連鎖反応と遠隔制御システムの規制。 緊急事態が発生した場合、緊急保護が即座にトリガーされます。
原子炉のしくみ
プロセスは核分裂のレベルで発生するため、原子の「炎」は目に見えません。 連鎖反応の過程で、重い核は小さな断片に分裂し、励起状態にあるため、中性子やその他の素粒子の源になります。 しかし、プロセスはそれだけではありません。 中性子は「押しつぶされ」続け、その結果、多くのエネルギーが放出されます。つまり、どの原子力発電所が建設されるかです。
スタッフの主な仕事は、制御棒の助けを借りて連鎖反応を一定の調整可能なレベルに維持することです。 これは、核崩壊のプロセスが制御不能であり、強力な爆発の形で急速に進行する原子爆弾との主な違いです。
チェルノブイリ原子力発電所で何が起きたのか
1986 年 4 月のチェルノブイリ原子力発電所での大惨事の主な原因の 1 つは、第 4 発電所の定期保守の過程での運用上の安全規則への重大な違反でした。 その後、規則で許可されている 15 本ではなく、203 本のグラファイトロッドがコアから同時に取り外されました。 その結果、開始された制御不能な連鎖反応は、熱爆発とパワーユニットの完全な破壊に終わりました。
新世代原子炉
過去 10 年間で、ロシアは世界の原子力リーダーの 1 つになりました。 の上 この瞬間 Rosatom State Corporation は 12 か国で原子力発電所を建設しており、34 基の発電ユニットが建設されています。 このような高い需要は、現代のロシアの核技術が高いレベルにあることの証拠です。 次に登場するのは、新しい第 4 世代原子炉です。
「ブレスト」
そのうちの 1 つが、Breakthrough プロジェクトの一環として開発されている Brest です。 今 オペレーティングシステムオープンサイクルの原子炉は濃縮度の低いウランで稼働するため、大量の使用済み燃料が残され、莫大な費用がかかります。 「ブレスト」 - 高速中性子炉はクローズドサイクルでユニークです。
その中で、使用済み燃料は、高速中性子炉で適切に処理された後、再び同じ施設に戻すことができる本格的な燃料になります。
ブレストは、高いレベルのセキュリティによって際立っています。 最も重大な事故でも「爆発」することはなく、「再生」されたウランを再利用するため、非常に経済的で環境に優しいです。 また、兵器級プルトニウムの生産にも使用できないため、輸出の可能性が最も広がります。
VVER-1200
VVER-1200 は、容量 1150 MW の革新的な第 3 世代以上の原子炉です。 その独自の技術的能力のおかげで、ほぼ絶対的な運用上の安全性を備えています。 原子炉には、自動モードで電源がない場合でも機能するパッシブセーフティシステムが豊富に装備されています。
そのうちの 1 つは受動的な除熱システムで、原子炉の電源が完全に切られると自動的に作動します。 この場合、緊急油圧タンクが提供されます。 一次回路の圧力が異常に低下すると、ホウ素を含む大量の水が原子炉に供給され、原子炉は核反応を停止させ、中性子を吸収します。
別のノウハウは、封じ込めの下部、つまりメルトの「トラップ」にあります。 それにもかかわらず、事故の結果としてコアが「漏れる」場合、「トラップ」は格納容器が崩壊することを許可せず、放射性物質が地面に侵入するのを防ぎます。
いくつかの典型的な弾頭を見てみましょう (実際には、弾頭によって設計上の違いがあるかもしれません)。 これは軽くて丈夫な合金（通常はチタン）でできたコーンです。 内部には隔壁、フレーム、パワーフレームがあり、まるで飛行機のようです。 パワーフレームは強力な金属シースで覆われています。 肌に厚い遮熱コーティングを施しています。 それは古代の新石器時代のバスケットのように見え、粘土がたっぷりと塗られ、人間の最初の熱と陶器の実験で焼成されました。 類似点は簡単に説明できます。バスケットと弾頭の両方が外部の熱に抵抗する必要があります。
弾頭とその充填物
「シート」に固定されたコーンの内側には、すべてが開始される2つの主要な「乗客」がいます。熱核チャージとチャージコントロールユニット、またはオートメーションユニットです。 驚くほどコンパクトです。 自動化ユニットはキュウリのピクルスの 5 リットルの瓶のサイズで、料金は通常の庭のバケツのサイズです。 重くて重い、缶とバケツを合わせると、350 から 400 キロトンで爆発します。 二人の乗客はシャム双生児のように絆で結ばれており、この絆を通して常に何かを交換しています。 彼らの対話は、ロケットが戦闘任務に就いているときでさえ、これらの双子が製造工場から輸送されているときでさえ、常に続いています.
弾頭の動きを測定したり、一般的にその飛行を制御したりするためのブロックです。 後者の場合、作業用のコントロールが弾頭に組み込まれているため、弾道を変更できます。 たとえば、エグゼクティブ空気圧システムまたは粉体システムです。 また、電源を備えたオンボード電気ネットワーク、保護されたワイヤとコネクタの形でのステージとの通信ライン、電磁パルスに対する保護、および温度制御システム - 所望の充電温度を維持します。
写真では、MX（ピースキーパー）ミサイルと10個の弾頭の繁殖段階。 このミサイルは長い間使用されていませんでしたが、弾頭はまだ同じように使用されています (古いものも)。 アメリカ人は、潜水艦だけに複数の弾頭を備えた弾道ミサイルを搭載しています。
バスを離れた後、弾頭は高さを増し続け、同時に目標に向かって突進します。 彼らは立ち上がる 最高点彼らの軌道、そして水平飛行を遅くすることなく、彼らはますます速く転がり始めます。 各弾頭は、海抜ちょうど 100 キロメートルで、正式に指定された宇宙空間の人間の境界を横切ります。 前向きな雰囲気！
電気風
その下、弾頭の前には、巨大な、対照的に手ごわい高高度から輝く、青い酸素のもやで覆われ、エアロゾルの懸濁液で覆われた、果てしなく無限の第5の海がありました。 弾頭は、分離の残留効果からゆっくりとほとんど目立たない方向に向きを変え、緩やかな軌道に沿って下降を続けます。 しかし、その時、非常に珍しいそよ風がそっと彼女に向かって引き寄せられました。 彼はそれに少し触れました-そして目立つようになり、淡い青白の輝きの薄い後方波で体を覆いました。 この波は息を呑むほどの高温だが、非実体的すぎてまだ弾頭を燃やしていない。 弾頭の上に吹く風は導電性です。 コーンの速度は非常に高速であるため、その衝撃で文字通り空気分子が帯電した破片に砕かれ、空気の衝撃電離が発生します。 このプラズマ風は極超音速マッハ流と呼ばれ、その速さは音速の20倍。
希薄度が高いため、最初の数秒間は風はほとんど感じられません。 大気中への深化とともに成長し、圧縮され、最初は弾頭に圧力をかけるよりも暖かくなります。 しかし、徐々にコーンを力で圧縮し始めます。 流れは弾頭の機首を前方に向けます。 すぐには回転しません。コーンは前後にわずかに揺れ、振動が徐々に遅くなり、最終的に安定します。
極超音速の熱
降下するにつれて凝縮し、流れは弾頭にますます圧力をかけ、飛行を遅くします。 減速すると、温度は徐々に下がります。 入り口の最初の巨大な値から、数万ケルビンの白青の輝きから、5〜6千度の黄白色の輝きまで。 これは、太陽の表層の温度です。 空気の密度が急速に増加し、それとともに熱が弾頭の壁に流れ込むため、輝きがまぶしくなります。 ヒートシールドが焦げて燃え始めます。
よく誤解されているように、空気との摩擦ではまったく燃えません。 巨大な極超音速の移動速度 (現在は音速の 15 倍) により、別のコーンが船体の上部から空中で発散します - まるで弾頭を囲んでいるかのような衝撃波です。 入ってくる空気は、衝撃波コーンの内部に入り、瞬時に何度も圧縮され、弾頭の表面にしっかりと押し付けられます。 痙攣的、瞬間的、反復的な圧縮により、その温度はすぐに数千度に跳ね上がります。 その理由は、起こっていることの狂気のスピード、プロセスの超越的なダイナミズムです。 弾頭の側面を温めているのは、摩擦ではなく、ガスの動的圧縮です。
弓のすべてのアカウントの最悪。 迫り来る流れの最大の圧縮が形成される。 このシールのゾーンは、体から離れているかのように、わずかに前方に移動します。 そして、厚いレンズまたは枕の形をとって、前方に保持されます。 この形成を「離弓衝撃波」と呼びます。 それは、弾頭の周りの衝撃波コーンの残りの表面よりも数倍厚いです。 対向する流れの正面圧縮は、ここで最も強力です。 したがって、切り離された弓の衝撃波は、最高の温度と最高の熱密度を持ちます。 この小さな太陽は、弾頭の鼻を放射状に燃やします-強調し、それ自体から熱を船体の鼻に直接放射し、鼻の重度の火傷を引き起こします。 したがって、熱保護の最も厚い層があります。 大気中を飛んでいる弾頭の周囲数キロメートルを暗い夜に照らすのは頭部衝撃波です。
ボカムはかなり無糖になります。 彼らは今、頭の衝撃波からの耐え難い輝きで揚げています。 そして、分子の破砕からプラズマになった高温の圧縮空気を燃焼させます。 しかし、そのような高温では、空気はイオン化され、単純に加熱されます。その分子は、熱によって部分に分解されます。 衝撃電離と温度プラズマの混合物であることがわかります。 摩擦の作用により、このプラズマは、あたかも砂やサンドペーパーであるかのように、サーマル シールドの燃焼面を研磨します。 ガス力学的侵食が発生し、遮熱コーティングが消費されます。
このとき、弾頭は成層圏の上限である成層圏を通過し、高度 55 km で成層圏に入ります。 現在、音速の 10 倍から 12 倍の極超音速で移動しています。
非人道的な過負荷
重度の火傷は、鼻の形状を変化させます。 流れは、彫刻家のノミのように、尖った中央の突起を鼻の覆いに焼き付けます。 表面の他の特徴は、不均一なバーンアウトのために現れます。 形状の変化は流れの変化をもたらします。 これにより、弾頭の表面と温度場の圧縮空気圧力の分布が変化します。 計算された周囲の流れと比較して、空気の力の影響にはばらつきがあり、入射点の偏差を引き起こします - ミスが形成されます。 小さくしましょう-たとえば、200メートルですが、天体の発射体は敵のミサイルサイロに偏差を持って衝突します。 もしくは全然当たらない。
さらに、衝撃波面、ヘッドウェーブ、圧力、温度のパターンは常に変化しています。 速度は徐々に低下しますが、空気密度は急速に増加します。コーンは成層圏にどんどん落ちていきます。 弾頭の表面の圧力と温度が不均一であるため、それらの変化が急速であるため、熱衝撃が発生する可能性があります。 熱遮蔽コーティングから、それらは破片と破片を切り離すことができ、流れパターンに新しい変化をもたらします。 そして、入射点の偏差を増加させます。
同時に、弾頭は、これらの揺れの方向が「上下」から「左右」に、またはその逆に変化することで、自発的な頻繁な揺れに入る可能性があります。 これらの自己振動は、弾頭のさまざまな部分で局所的な加速を生み出します。 加速は方向と大きさが異なり、弾頭が受ける衝撃を複雑にします。 彼女はより多くの負荷、周囲の衝撃波の非対称性、不均一な温度場、その他の小さな魅力を受け取り、すぐに大きな問題に発展します.
しかし、迫りくる流れもこれで尽きることはない。 迫り来る圧縮空気の非常に強力な圧力により、弾頭は大きな制動効果を経験します。 大きな負の加速度があります。 すべての内部を備えた弾頭は急速に過負荷になり、過負荷から保護することは不可能です。
宇宙飛行士は、降下中にそのような重力を経験しません。 有人車両は流線型ではなく、弾頭ほどきつく充填されていません。 宇宙飛行士は急いで降下することはありません。 弾頭は武器です。 撃墜される前に、彼女はできるだけ早く目標に到達しなければなりません。 そして迎撃が困難になればなるほど、飛行速度は速くなります。 コーンは最高の超音速流の姿です。 保存した 高速大気の下層まで、弾頭はそこで非常に出会う 大きなブレーキング. だからこそ、頑丈な隔壁とパワーフレームが必要なのです。 そして、2 人のライダーのための快適な「シート」 - そうしないと、過負荷によって地面から吹き飛ばされてしまいます。
シャム双生児の対話
ところで、これらのライダーはどうですか？ 彼らは今、受動的に座っているのではなく、彼ら自身の困難な道を歩んでいるので、主な乗客を思い出す時が来ました。
チャージは輸送中に分解されました。 弾頭に搭載する場合は組み立て、弾頭をミサイルに搭載する場合は完全な戦闘準備状態（パルス中性子イニシエーターの挿入、起爆装置の装備など）に装備されます。 装薬は弾頭に搭載されたターゲットに向けて飛行する準備ができていますが、まだ爆発する準備はできていません。 ここでの論理は明らかです。爆発に対する装填の準備が常に整っている必要はなく、理論的には危険です。
爆発への移動の信頼性とプロセスの制御という2つの原則に基づく複雑な順次アルゴリズムによって、爆発（ターゲットの近く）の準備が整った状態に移行する必要があります。 起爆システムは、厳密にタイムリーにチャージをより高いレベルの準備状態に転送します。 そして爆発の戦闘コマンドが制御ユニットから完全に準備完了になると、爆発は即座に即座に発生します。 高速で飛んでいる弾頭 狙撃弾、数百分の1ミリメートルしか通過せず、人間の髪の毛の太さでも空間を移動する時間がありません。力。
ファイナルフラッシュ
外側と内側の両方で大きく変化した弾頭は、対流圏、つまり高度の最後の10キロメートルに入りました。 彼女はかなり減速しました。 極超音速飛行は超音速マッハ 3 ～ 4 に退化。 弾頭はすでにぼんやりと光っており、消えて目標点に近づいています。
地表での爆発が計画されることはめったにありません - ミサイル サイロのように地面に埋められたオブジェクトに対してのみです。 ターゲットのほとんどは表面にあります。 そして彼らの最大の敗北のために、爆薬の力に応じて、特定の高さで爆発が行われます。 戦術的な 20 キロトンの場合、これは 400 ～ 600 m です.戦略的なメガトンの場合、最適な爆発の高さは 1200 m です.なぜですか? 爆発から、2 つの波がその地域を通過します。 爆心地に近いほど、爆風は早く襲ってきます。 それは落ちて反射し、側面に跳ね返り、爆発点から上から来たばかりの新鮮な波と合流します。 爆心地からの入射波と地表での反射波の2つの波が合わさり、破壊の主要因である表層で最も強力な衝撃波が形成されます。
テスト発射中、弾頭は通常妨げられずに地面に到達します。 搭載されているのは、秋に爆発する 0.5 セントの爆薬です。 何のために？ まず、弾頭は機密扱いのオブジェクトであり、使用後は安全に破壊する必要があります。 第二に、埋立地の測定システム、つまり衝突点の操作上の検出と偏差の測定に必要です。
マルチメートルの喫煙漏斗が写真を完成させます。 しかし、その前に、衝突の数キロメートル前に、飛行中に機内で記録されたすべての記録を含む装甲メモリーカセットがテスト弾頭から発射されます。 この装甲フラッシュ ドライブは、オンボード情報の損失を防ぎます。 彼女は後でヘリコプターが特別な捜索グループと共に到着したときに発見されます. そして彼らは素晴らしい飛行の結果を記録します。
核弾頭を搭載した初の大陸間弾道ミサイル
核弾頭を搭載した世界初の ICBM は、ソ連の R-7 でした。 彼女は 3 メガトンの弾頭を 1 発搭載し、最大 11,000 km の距離にある物体を攻撃することができました (改造 7-A)。 S. P. の発案によるものです。 クイーンは実戦投入されたものの、攻撃を行うことができず、軍事ミサイルとしては効果がないことが判明した。 長い時間酸化剤（液体酸素）を追加給油することなく戦闘任務に就く。 しかし、R-7 (およびその多数の改良型) は、宇宙探査において際立った役割を果たしました。
初め 頭の部分複数の弾頭を持つICBM
世界初の複数回再突入体 ICBM は、1970 年に配備が開始されたアメリカの LGM-30 ミニットマン III ミサイルでした。 以前の修正と比較して、W-56 弾頭は、繁殖段階で取り付けられた 3 つの W-62 軽弾頭に置き換えられました。 したがって、ミサイルは 3 つの別々のターゲットを攻撃するか、3 つの弾頭すべてを集中させて一度に 1 つずつ攻撃することができます。 現在、軍縮イニシアチブの一環として、すべてのミニットマン III ミサイルに弾頭が 1 つだけ残されています。
可変収量弾頭
1960 年代初頭以来、可変出力の熱核弾頭を作成するための技術が開発されてきました。 これらには、たとえば、特にトマホークミサイルに搭載されたW80弾頭が含まれます。 これらの技術は、ウランまたはプルトニウム同位体の核の核分裂反応が核融合反応（つまり、熱核爆発）を引き起こす、Teller-Ulamスキームに従って構築された熱核爆弾用に作成されました。 パワーの変化は、2 つのステージの相互作用を調整することによって発生しました。
PS。 そこに追加したいのですが、ジャミングユニットもタスクを実行しており、おとりが解放されています。さらに、ターゲットの数を増やすために、繁殖後に上段および/またはバスが爆破されています。レーダーとミサイル防衛システムを過負荷にします。
装置と動作原理は、自立核反応の初期化と制御に基づいています。 研究ツール、放射性同位元素の製造、原子力発電所のエネルギー源として使用されています。
動作原理（簡単に）
ここでは、重い核が 2 つの小さな断片に分割されるプロセスが使用されます。 これらのフラグメントは高度に励起された状態にあり、中性子、その他の亜原子粒子および光子を放出します。 中性子は新しい核分裂を引き起こす可能性があり、その結果、より多くの中性子が放出されます。 このような連続した自己維持的な一連の分割は、連鎖反応と呼ばれます。 この場合、大量のエネルギーが放出され、その生産は原子力発電所を使用する目的です。
原子炉の動作原理は、核分裂エネルギーの約 85% が反応開始後の非常に短い時間内に放出されるというものです。 残りは、中性子を放出した後の核分裂生成物の放射性崩壊によって生成されます。 放射性崩壊は、原子がより安定した状態に到達するプロセスです。 分割完了後も継続します。
原子爆弾では、物質の大部分が分裂するまで、連鎖反応が激しさを増します。 これは非常に迅速に発生し、そのような爆弾の特徴である非常に強力な爆発を引き起こします。 原子炉の装置と動作原理は、制御されたほぼ一定のレベルで連鎖反応を維持することに基づいています。 のように爆発するように設計されています。 原爆、できません。
連鎖反応と臨界
核分裂炉の物理学は、連鎖反応が中性子の放出後の核分裂の確率によって決定されるということです。 後者の人口が減少すると、核分裂率は最終的にゼロに低下します。 この場合、原子炉は亜臨界状態になります。 中性子の数が一定レベルに保たれれば、核分裂率は安定したままになります。 原子炉は危険な状態になります。 最後に、中性子の数が時間の経過とともに増加すると、核分裂率と出力が増加します。 コアの状態は超臨界になります。
原子炉の動作原理は次のとおりです。 打ち上げ前は、中性子の数はほぼゼロです。 その後、オペレーターは制御棒を炉心から取り外し、核分裂を増加させ、原子炉を一時的に超臨界状態にします。 定格出力に達した後、オペレーターは制御棒を部分的に戻し、中性子の数を調整します。 将来、原子炉は臨界状態に維持されます。 停止する必要がある場合、オペレーターはロッドを完全に挿入します。 これにより核分裂が抑制され、コアが未臨界状態になります。
原子炉の種類
世界の原子力施設のほとんどはエネルギーを生成し、電気エネルギーの発電機を駆動するタービンを回転させるために必要な熱を生成します。 多くの研究炉もあり、一部の国では 潜水艦また 水上艦原子のエネルギーによって駆動されます。
発電所
このタイプのリアクターにはいくつかの種類がありますが、 幅広い用途ライトウォーターでデザインを見つけました。 次に、加圧水または沸騰水を使用できます。 最初のケースでは、液体 高圧コアの熱で加熱され、蒸気発生器に入ります。 そこでは、一次回路からの熱が、水を含む二次回路に伝達されます。 最終的に生成された蒸気は、蒸気タービン サイクルの作動流体として機能します。
沸騰型反応器は、直接エネルギー循環の原理で動作します。 アクティブゾーンを通過する水は、平均的な圧力レベルで沸騰します。 飽和蒸気は、原子炉容器内にある一連の分離器と乾燥器を通過し、過熱状態になります。 過熱された水蒸気は、タービンを回すための作動流体として使用されます。
高温ガス冷却
高温ガス冷却炉 (HTGR) は、グラファイトと燃料微小球の混合物を燃料として使用することを原理とする原子炉です。 2 つの競合するデザインがあります。
- グラファイトシェル内のグラファイトと燃料の混合物である60 mmの球状燃料要素を使用するドイツの「フィル」システム。
- 連動してアクティブゾーンを形成するグラファイトの六角柱の形をしたアメリカ版。
どちらの場合も、冷却剤は約 100 気圧の圧力のヘリウムで構成されています。 ドイツのシステムでは、ヘリウムは球状燃料要素の層のギャップを通過し、アメリカのシステムでは、原子炉の中央ゾーンの軸に沿って配置されたグラファイトプリズムの穴を通過します。 どちらのオプションも非常に高い温度で機能します。 高温昇華し、ヘリウムは完全に化学的に不活性です。 高温のヘリウムは、高温のガスタービンで作動流体として直接使用することも、その熱を使用して水循環で蒸気を生成することもできます。
液体金属と動作原理
ナトリウム冷却高速中性子炉は、1960 年代と 1970 年代に大きな注目を集めました。 そして、急速に発展する原子力産業のための燃料の生産には、近い将来に繁殖する能力が必要であると思われました。 1980 年代にこの期待が非現実的であることが明らかになると、熱意は薄れました。 しかし、このタイプの原子炉は、米国、ロシア、フランス、英国、日本、ドイツで数多く建設されています。 それらのほとんどは、二酸化ウランまたは二酸化プルトニウムとの混合物で動作します。 しかし、米国では金属推進剤が最大の成功を収めています。
カンドゥ
カナダは、天然ウランを使用する原子炉に注力してきました。 これにより、他の国のサービスに頼る必要がなくなります。 この政策の結果が、重水素ウラン原子炉 (CANDU) でした。 その中の制御と冷却は重水によって行われます。 原子炉の操作の装置と原理は、低温の D 2 O を入れたタンクを使用することです。 大気圧. コアは、天然ウラン燃料を含むジルコニウム合金製のパイプで貫通されており、重水がそれを冷却します。 電気は、蒸気発生器を循環する冷却液に重水の核分裂熱を伝達することによって生成されます。 次に、二次回路内の蒸気は、従来のタービン サイクルを通過します。
研究施設
ために 科学研究最も一般的に使用されている原子炉であり、その動作原理は、アセンブリの形で水冷と板状のウラン燃料要素を使用することです。 数キロワットから数百メガワットまで、幅広い電力レベルで動作できます。 発電は研究用原子炉の主要なタスクではないため、炉心で生成される熱エネルギー、密度、および中性子の公称エネルギーによって特徴付けられます。 研究炉が特定の調査を行う能力を定量化するのに役立つのは、これらのパラメータです。 低電力システムは通常、大学で教育用に使用されますが、研究所では材料や性能試験、および一般研究のために高電力が必要です。
最も一般的な研究用原子炉で、その構造と動作原理は次のとおりです。 そのアクティブ ゾーンは、大きな深い水たまりの底にあります。 これにより、中性子ビームを誘導できるチャネルの観察と配置が簡素化されます。 で 低レベルクーラントの自然対流が安全な動作状態を維持するのに十分な熱除去を提供するため、クーラントをポンピングする必要はありません。 熱交換器は通常、温水が溜まるプールの表面または上部に配置されます。
船舶設備
原子炉の本来の主な用途は、潜水艦での使用です。 その主な利点は、化石燃料燃焼システムとは異なり、発電に空気を必要としないことです。 したがって、原子力潜水艦は長時間水没したままにすることができますが、従来のディーゼル電気潜水艦は、空中でエンジンを始動するために定期的に水面に上昇する必要があります。 海軍艦艇に戦略的優位性を与えます。 そのおかげで、外国の港や脆弱なタンカーから燃料を補給する必要はありません。
潜水艦の原子炉の動作原理は分類されています。 しかし、アメリカでは高濃縮ウランを使用しており、減速と冷却は軽水で行っていることが知られています。 原子力潜水艦 USS ノーチラスの最初の原子炉の設計は、強力な研究施設の影響を強く受けました。 彼の ユニークな機能は非常に大きな反応性マージンです。 長い期間燃料を補給せずに作業し、停止後に再起動する機能。 潜水艦の発電所は、検出を避けるために非常に静かでなければなりません。 さまざまなクラスの潜水艦の特定のニーズを満たすために、さまざまなモデルの発電所が作成されました。
米海軍の空母は原子炉を使用しており、その原理は最大の潜水艦から借りていると考えられています。 デザインの詳細も公開されていません。
米国に加えて、英国、フランス、ロシア、中国、インドが原子力潜水艦を保有しています。 いずれの場合も、設計は開示されていませんが、それらはすべて非常に似ていると考えられています。これは、それらの要件が同じであるためです。 技術仕様. ロシアには、ソ連の潜水艦と同じ原子炉を装備した小さな艦隊もあります。
産業プラント
生産目的のために、原子炉が使用され、その動作原理は低レベルのエネルギー生産で高い生産性です。 これは、プルトニウムがコアに長く留まると、不要な 240 Pu が蓄積されるためです。
トリチウム生産
現在、トリチウム (3 H または T) は、そのようなシステムによって生成される主な材料です。プルトニウム 239 の電荷の半減期は 24,100 年と長いため、この元素を使用する核兵器兵器を持つ国では、それがより多くなる傾向があります。必要以上に。 239 Pu とは異なり、トリチウムの半減期は約 12 年です。 したがって、必要な準備金を維持するために、この 放射性同位元素水素は継続的に生成する必要があります。 たとえば、米国では、サウスカロライナ州サバンナ川で、トリチウムを生成する複数の重水炉が稼働しています。
フローティングパワーユニット
遠く離れた孤立した地域に電気と蒸気の暖房を提供できる原子炉が作られました。 たとえば、ロシアでは、北極圏専用に設計された小規模な発電所が使用されています。 集落. 中国では、10 MW の HTR-10 プラントが、そこにある研究所に熱と電力を供給しています。 同様の機能を備えた小型制御原子炉がスウェーデンとカナダで開発されています。 1960 年から 1972 年にかけて、米陸軍は小型水型原子炉を使用して、グリーンランドと南極の遠隔基地に電力を供給しました。 それらは石油火力発電所に置き換えられました。
宇宙探査
さらに、宇宙空間での電力供給と移動のために原子炉が開発されました。 1967年から1988年の間 ソビエト連邦コスモスシリーズの衛星に小型の原子力施設を設置して、機器とテレメトリーに電力を供給しましたが、このポリシーは批判の対象になりました。 これらの衛星の少なくとも 1 つが地球の大気圏に入り、カナダの僻地が放射能汚染されました。 米国は 1965 年に 1 基の原子力衛星のみを打ち上げました。 ただし、深宇宙飛行、他の惑星の有人探査、または恒久的な月面基地での使用のためのプロジェクトは引き続き開発されています. これは必然的にガス冷却または液体金属原子炉であり、その物理的原理は、ラジエーターのサイズを最小限に抑えるために必要な最高温度を提供します。 さらに、宇宙船のリアクターは、シールドに使用される材料の量を最小限に抑え、打ち上げおよび宇宙飛行中の重量を減らすために、できるだけコンパクトにする必要があります。 燃料供給は、宇宙飛行の全期間にわたって原子炉の動作を保証します。