Bir atom bombası, nükleer (atom) enerjinin çok hızlı bir şekilde serbest bırakılmasının bir sonucu olarak büyük bir kuvvet patlaması üretmek için bir mermidir.
Atom bombası nasıl çalışır
Nükleer yük, kritik bir boyuta birkaç parçaya bölünür, böylece her birinde kendi kendine gelişen kontrol edilemez bir zincirleme tepki bölünebilir malzeme atomlarının fisyon. Böyle bir reaksiyon, yalnızca yükün tüm parçaları hızlı bir şekilde bir bütün halinde birleştirildiğinde ortaya çıkacaktır. Reaksiyonun eksiksizliği ve nihayetinde patlamanın gücü, büyük ölçüde ayrı parçaların yaklaşma hızına bağlıdır. Yükün yüksek hızlı parçalarını iletmek için geleneksel patlayıcıların patlamasını kullanabilirsiniz. Nükleer yükün parçaları, merkezden belirli bir uzaklıkta radyal yönlerde düzenlenirse ve dışarıda TNT yüklerini yerleştirirseniz, nükleer yükün merkezine yönelik geleneksel yüklerin patlamasını gerçekleştirmek mümkündür. Nükleer yükün tüm parçaları sadece büyük bir hızla tek bir bütün halinde birleşmekle kalmayacak, aynı zamanda patlama ürünlerinin muazzam basıncıyla bir süre her taraftan sıkıştırılacak ve bir anda hemen ayrılamayacak. nükleer zincir reaksiyonu şarjda başlar. Bunun bir sonucu olarak, böyle bir sıkıştırma olmadan olduğundan çok daha büyük bir bölünme meydana gelecek ve sonuç olarak patlamanın gücü artacaktır. Aynı miktarda bölünebilir malzeme ile patlamanın gücünde bir artış da bir nötron reflektörü tarafından kolaylaştırılır (en etkili reflektörler berilyumdur).< Be >, grafit, ağır su< H3O >). Zincirleme reaksiyonu başlatacak olan ilk fisyon için en az bir nötron gereklidir. Kendiliğinden (kendiliğinden) nükleer fisyon sırasında ortaya çıkan nötronların etkisi altında bir zincirleme reaksiyonun zamanında başlamasına güvenmek imkansızdır, çünkü nispeten nadiren oluşur: U-235 için - 1 g başına saatte 1 parçalanma. maddeler. Ayrıca atmosferde serbest halde bulunan çok az nötron vardır: S = 1 cm/sq. saniyede yaklaşık 6 nötron uçar. Bu nedenle, bir nükleer şarjda yapay bir nötron kaynağı kullanılır - bir tür nükleer patlatıcı kapağı. Aynı zamanda birçok fisyonun aynı anda başlamasını sağlar, bu nedenle reaksiyon nükleer bir patlama şeklinde ilerler.
Patlama seçenekleri (Top ve patlayıcı şemalar)
Bölünebilir bir yükü patlatmak için iki ana şema vardır: top, aksi takdirde balistik ve patlayıcı olarak adlandırılır.
Bazı modellerde "Top şeması" kullanıldı nükleer silahlar birinci nesil. Top şemasının özü, bir barut yükü ile kritik altı kütlenin ("mermi") bir bölünebilir malzeme bloğunu diğerine - hareketsiz ("hedef") vurmaktır. Bloklar, bağlandıklarında toplam kütleleri süper kritik hale gelecek şekilde tasarlanmıştır.
Bu patlatma yöntemi, yalnızca uranyum mühimmatlarında mümkündür, çünkü plütonyum, iki büyüklük sırası daha yüksek bir nötron arka planına sahiptir ve bu, bloklar birleştirilmeden önce bir zincirleme reaksiyonun erken gelişme olasılığını önemli ölçüde artırır. Bu, eksik bir enerji salınımına yol açar ("fizz" olarak adlandırılır, İngilizce. Plütonyum mühimmatında bir top şeması uygulamak için, şarjın parçalarının bağlantı hızını teknik olarak ulaşılamaz bir seviyeye çıkarmak gerekir. Ek olarak, uranyum plütonyumdan daha iyidir, mekanik aşırı yüklenmelere karşı dayanıklıdır.
patlayıcı şema. Bu patlama şeması, bölünebilir malzemeyi kimyasal patlayıcıların patlamasıyla oluşturulan odaklanmış bir şok dalgasıyla sıkıştırarak süper kritik bir durum elde etmeyi içerir. Şok dalgasını odaklamak için sözde patlayıcı lensler kullanılır ve patlama aynı anda birçok noktada hassasiyetle gerçekleştirilir. Patlayıcıların ve patlamaların yeri için böyle bir sistemin oluşturulması, bir zamanlar en zor görevlerden biriydi. Yakınsak bir şok dalgasının oluşumu, "hızlı" ve "yavaş" patlayıcılardan - TATV (Triaminotrinitrobenzen) ve baratol (baryum nitrat ile trinitrotoluen karışımı) ve bazı katkı maddelerinden gelen patlayıcı lenslerin kullanılmasıyla sağlandı.
Ve bu genellikle bilmediğimiz bir şeydir. Ve neden bir nükleer bomba da patlar...
Uzaktan başlayalım. Her atomun bir çekirdeği vardır ve çekirdek proton ve nötronlardan oluşur - belki bunu herkes bilir. Aynı şekilde herkes periyodik tabloyu gördü. Ama neden kimyasal elementler bu şekilde yerleştirilir, başka türlü değil mi? Kesinlikle Mendeleev istediği için değil. Tablodaki her bir elementin seri numarası, bu elementin atomunun çekirdeğinde kaç proton olduğunu gösterir. Başka bir deyişle, bir demir atomunda 26 proton olduğu için demir tabloda 26 numaradır. Ve 26 tane yoksa, artık demir değildir.
Ancak aynı elementin çekirdeğindeki nötronlar farklı miktar yani çekirdeklerin kütlesi farklıdır. Aynı elementin farklı kütlelere sahip atomlarına izotop denir. Uranyumun bu tür birkaç izotopu vardır: doğada en yaygın olanı uranyum-238'dir (çekirdeğinde 92 proton ve 146 nötron vardır, bu da birlikte 238'i oluşturur). Radyoaktif ama ondan nükleer bomba yapamazsınız. Ama izotop uranyum-235 değil çok sayıda uranyum cevherlerinde bulunan, nükleer bir yük için uygundur.
Belki okuyucu "zenginleştirilmiş uranyum" ve "tükenmiş uranyum" terimleriyle karşılaşmıştır. Zenginleştirilmiş uranyum, doğal uranyumdan daha fazla uranyum-235 içerir; sırasıyla tükenmiş - daha az. Zenginleştirilmiş uranyumdan plütonyum elde edilebilir - nükleer bomba için uygun başka bir element (doğada neredeyse hiç bulunmaz). Uranyumun nasıl zenginleştirildiği ve ondan plütonyumun nasıl elde edildiği ayrı bir tartışma konusudur.
Peki nükleer bomba neden patlar? Gerçek şu ki, bazı ağır çekirdekler, bir nötron onlara çarptığında bozunma eğilimindedir. Ve serbest bir nötron için uzun süre beklemeniz gerekmeyecek - etrafta uçan bir sürü nötron var. Böylece, böyle bir nötron, uranyum-235'in çekirdeğine girer ve böylece onu "parçalara" ayırır. Bu, birkaç nötron daha serbest bırakır. Etrafta aynı elementin çekirdekleri varsa ne olacağını tahmin edebilir misiniz? Bu doğru, bir zincirleme reaksiyon olacak. Bu böyle olur.
Uranyum-235'in daha kararlı uranyum-238'de "çözüldüğü" bir nükleer reaktörde, normal koşullar Olmuyor. Çürüyen çekirdeklerden uçan nötronların çoğu, uranyum-235 çekirdeği bulamadan "sütün içine" uçar. Reaktörde, çekirdeklerin çürümesi "yavaştır" (ancak bu, reaktörün enerji sağlaması için yeterlidir). Burada, katı bir uranyum-235 parçasında, eğer yeterli kütleye sahipse, nötronların çekirdekleri kırması garanti edilecek, bir zincirleme reaksiyon çığ olacak ve ... Durun! Sonuçta, patlama için gerekli kütlenin bir parçasını uranyum-235 veya plütonyum yaparsanız, hemen patlayacaktır. Konu o değil.
Ya iki parça kritik altı kütleyi alıp uzaktan kumandalı bir mekanizma kullanarak birbirine doğru iterseniz? Örneğin, bir mermi gibi bir parçayı diğerine doğru zamanda atmak için her ikisini de bir tüpe koyun ve birine bir toz yükü ekleyin. İşte sorunun çözümü.
Başka türlü yapabilirsiniz: küresel bir plütonyum parçası alın ve tüm yüzeyine patlayıcı yükleri sabitleyin. Bu yükler dışarıdan bir komutla patlatıldığında, patlamaları plütonyumu her taraftan sıkıştıracak, kritik bir yoğunluğa sıkıştıracak ve bir zincirleme reaksiyon meydana gelecektir. Ancak burada doğruluk ve güvenilirlik önemlidir: tüm patlayıcı yükler aynı anda çalışmalıdır. Bazıları çalışır, bazıları çalışmaz veya bazıları geç çalışırsa, bundan nükleer patlama gelmeyecektir: plütonyum kritik bir kütleye küçülmeyecek, ancak havada dağılacaktır. Nükleer bomba yerine, sözde "kirli" olan ortaya çıkacak.
Bu, patlama tipi bir nükleer bombanın neye benzediğidir. Yönlendirilmiş bir patlama yaratması gereken yükler, plütonyum küresinin yüzeyini mümkün olduğunca sıkı bir şekilde kaplamak için çokyüzlüler şeklinde yapılır.
Birinci tipteki cihaza top, ikinci tip - patlama adı verildi.
Hiroşima'ya atılan "Çocuk" bombasında uranyum-235 şarjı ve silah tipi bir cihaz vardı. Nagazaki üzerinde patlatılan Şişman Adam bombası bir plütonyum yükü taşıyordu ve patlayıcı cihaz iç patlamaydı. Artık silah tipi cihazlar neredeyse hiç kullanılmamaktadır; patlama olanlar daha karmaşıktır, ancak aynı zamanda nükleer yükün kütlesini kontrol etmenize ve daha rasyonel bir şekilde harcamanıza izin verir. Ve nükleer bir patlayıcı olarak plütonyum, uranyum-235'in yerini aldı.
Birkaç yıl geçti ve fizikçiler orduya daha da güçlü bir bomba teklif ettiler - termonükleer veya aynı zamanda hidrojen olarak da adlandırılır. Hidrojenin plütonyumdan daha güçlü patladığı ortaya çıktı mı?
Hidrojen gerçekten patlayıcıdır, ama öyle değil. Bununla birlikte, hidrojen bombasında "sıradan" bir hidrojen yoktur, izotoplarını kullanır - döteryum ve trityum. “Sıradan” hidrojenin çekirdeğinde bir nötron, döteryumda iki ve trityumda üç nötron bulunur.
Bir nükleer bombada, ağır bir elementin çekirdekleri, daha hafif olanların çekirdeklerine bölünür. Termonükleerde ters işlem gerçekleşir: hafif çekirdekler birbirleriyle birleşerek daha ağır olanlara dönüşür. Örneğin, döteryum ve trityum çekirdekleri helyum çekirdeklerinde (alfa parçacıkları olarak da adlandırılır) birleştirilir ve "ekstra" nötron "serbest uçuşa" gönderilir. Bu durumda, plütonyum çekirdeklerinin bozunmasından çok daha fazla enerji açığa çıkar. Bu arada, bu süreç Güneş'te gerçekleşir.
Bununla birlikte, füzyon reaksiyonu yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda mümkündür (bu nedenle buna THERMOnükleer denir). Döteryum ve trityum nasıl tepki verir? Evet, çok basit: patlatıcı olarak bir nükleer bomba kullanmanız gerekiyor!
Döteryum ve trityum kararlı olduklarından, termonükleer bombadaki yükleri keyfi olarak çok büyük olabilir. Bu, bir termonükleer bombanın "basit" bir nükleer bombadan kıyaslanamayacak kadar güçlü yapılabileceği anlamına gelir. Hiroşima'ya atılan "bebek", 18 kiloton içinde bir TNT eşdeğerine ve en güçlü hidrojen bombasına ("Kuzkin'in annesi" olarak da bilinen "Çar Bomba" olarak da bilinir) sahipti - zaten 58.6 megaton, 3255 kattan daha güçlü "Bebek"!
“Çar Bomba” dan gelen “mantar” bulutu 67 kilometre yüksekliğe yükseldi ve patlama dalgası üç kez daire çizdi Toprak.
Ancak, böyle devasa bir güç açıkça aşırıdır. Megaton bombalarıyla "yeterince oynayan" askeri mühendisler ve fizikçiler farklı bir yol izlediler - nükleer silahların minyatürleştirilmesi yolu. Her zamanki biçiminde nükleer silahlar, hava bombaları gibi stratejik bombardıman uçaklarından atılabilir veya balistik füzelerle fırlatılabilir; Eğer onları küçültürseniz, kilometrelerce etrafındaki her şeyi yok etmeyen ve bir top mermisi veya havadan karaya füze üzerine yerleştirilebilen kompakt bir nükleer yük elde edersiniz. Hareketlilik artacak, çözülmesi gereken görev yelpazesi genişleyecek. Stratejik nükleer silahlara ek olarak, taktiksel olanları da alacağız.
Taktik nükleer silahlar için en farklı araçlar teslimatlar - nükleer silahlar, havanlar, geri tepmesiz tüfekler (örneğin, Amerikan "Davy Crockett"). SSCB'nin nükleer mermi için bir projesi bile vardı. Doğru, terk edilmesi gerekiyordu - nükleer mermiler o kadar güvenilmez, o kadar karmaşık ve üretimi ve depolanması pahalıydı ki, hiçbir anlamı yoktu.
"Davy Crockett". Bu nükleer silahların bir kısmı ABD Silahlı Kuvvetleri'nde kullanılıyordu ve Batı Alman savunma bakanı Bundeswehr'i onlarla silahlandırmak için başarısız bir girişimde bulundu.
Küçük nükleer silahlardan bahsetmişken, başka bir nükleer silah türünden bahsetmeye değer - nötron bombası. İçindeki plütonyum yükü küçüktür, ancak bu gerekli değildir. Bir termonükleer bomba, bir patlamanın kuvvetini artırma yolunu izlerse, o zaman bir nötron, başka bir zarar verici faktöre - radyasyona dayanır. Bir nötron bombasındaki radyasyonu arttırmak için, patladığında çok miktarda hızlı nötron veren bir berilyum izotop kaynağı vardır.
Yaratıcılarının tasarladığı gibi, bir nötron bombası düşmanın insan gücünü öldürmeli, ancak saldırı sırasında ele geçirilebilecek teçhizatı sağlam bırakmalıdır. Uygulamada, biraz farklı çıktı: ışınlanmış ekipman kullanılamaz hale geliyor - onu kullanmaya cesaret eden herkes çok yakında kendileri için “kazanacak” radyasyon hastalığı. Bu, bir nötron bombasının patlamasının düşmanı tank zırhından vurabileceği gerçeğini değiştirmez; nötron mühimmatları, ABD tarafından tam olarak Sovyet tank oluşumlarına karşı bir silah olarak geliştirildi. Bununla birlikte, tank zırhı kısa sürede geliştirildi ve hızlı nötronların akışına karşı bir tür koruma sağladı.
1950'de başka bir nükleer silah türü icat edildi, ancak hiçbir zaman (bilindiği kadarıyla) üretilmedi. Bu sözde kobalt bombası - bir kobalt kabuğuna sahip bir nükleer yük. Patlama sırasında, nötron akışı tarafından ışınlanan kobalt, aşırı derecede radyoaktif bir izotop haline gelir ve bölgeye dağılarak onu enfekte eder. Yeterli güce sahip böyle bir bomba tüm dünyayı kobaltla kaplayabilir ve tüm insanlığı yok edebilir. Neyse ki bu proje bir proje olarak kaldı.
Sonuç olarak ne söylenebilir? Atom bombası- gerçekten korkunç bir silah ve aynı zamanda (ne bir paradoks!) Süper güçler arasında göreceli barışın korunmasına yardımcı oldu. Rakibinizin nükleer silahı varsa ona saldırmadan önce on kere düşüneceksiniz. Nükleer cephaneliği olan hiçbir ülke henüz dışarıdan saldırıya uğramadı ve 1945'ten beri dünyada hiçbir savaş olmadı. büyük devletler. Umarız yapmazlar.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibini ve tasarımını anlamak için geçmişe kısa bir gezinti yapmanız gerekir. Bir nükleer reaktör, tamamen olmasa da, insanlığın tükenmez bir enerji kaynağı hakkındaki hayalini oluşturan asırlık bir somutlaşmıştır. Eski "atası", bir zamanlar uzak atalarımızın soğuktan kurtuluş bulduğu mağaranın tonozlarını aydınlatan ve ısıtan kuru dallardan yapılmış bir ateştir. Daha sonra insanlar hidrokarbonlarda ustalaştı - kömür, şeyl, petrol ve doğal gaz.
Çalkantılı ama kısa ömürlü bir buhar çağı başladı ve bunun yerini daha da fantastik bir elektrik çağı aldı. Şehirler ışıkla, atölyeler elektrik motorlarıyla çalıştırılan o zamana kadar bilinmeyen makinelerin uğultularıyla doluydu. Sonra ilerleme doruğa ulaşmış gibi görünüyordu.
19. yüzyılın sonunda, Fransız kimyager Antoine Henri Becquerel yanlışlıkla uranyum tuzlarının radyoaktif olduğunu keşfettiğinde her şey değişti. 2 yıl sonra yurttaşları Pierre Curie ve eşi Maria Sklodowska-Curie onlardan radyum ve polonyum elde ettiler ve radyoaktivite seviyeleri toryum ve uranyumdan milyonlarca kat daha yüksekti.
Baston, radyoaktif ışınların doğasını ayrıntılı olarak inceleyen Ernest Rutherford tarafından alındı. Böylece sevgili çocuğunu doğuran atom çağı başladı - nükleer reaktör.
İlk nükleer reaktör
"İlk doğan" ABD'den. Aralık 1942'de reaktör, yüzyılın en büyük fizikçilerinden biri olan yaratıcısı E. Fermi'nin adını alan ilk akımı verdi. Üç yıl sonra, ZEEP nükleer santrali Kanada'da hayat buldu. "Bronz", 1946'nın sonunda başlatılan ilk Sovyet reaktörü F-1'e gitti. I. V. Kurchatov, yerli nükleer projenin başı oldu. Bugün dünyada 400'den fazla nükleer güç ünitesi başarıyla çalışıyor.
Nükleer reaktör türleri
Ana amaçları, elektrik üreten kontrollü bir nükleer reaksiyonu desteklemektir. Bazı reaktörler izotop üretir. Kısacası, derinlerde, bazı maddelerin büyük miktarda termal enerji salınımı ile diğerlerine dönüştürüldüğü cihazlardır. Bu, geleneksel yakıtlar yerine uranyum izotoplarının - U-235, U-238 ve plütonyumun (Pu) "yakıldığı" bir tür "fırın" dır.
Örneğin, çeşitli benzin türleri için tasarlanmış bir arabanın aksine, her tür radyoaktif yakıtın kendi reaktör tipi vardır. İkisi var - yavaş (U-235 ile) ve hızlı (U-238 ve Pu ile) nötronlarda. Çoğu nükleer santral, yavaş nötron reaktörleriyle donatılmıştır. Nükleer santrallere ek olarak, tesisler araştırma merkezlerinde, nükleer denizaltılarda ve.
reaktör nasıl
Tüm reaktörler yaklaşık olarak aynı şemaya sahiptir. Onun "kalbi" aktif bölgedir. Geleneksel bir sobanın fırınıyla kabaca karşılaştırılabilir. Sadece yakacak odun yerine, moderatör - TVEL'ler ile yakıt elemanları şeklinde nükleer yakıt vardır. Aktif bölge, bir tür kapsülün içinde bulunur - bir nötron reflektörü. Yakıt çubukları, soğutucu - su ile "yıkanır". "Kalp" çok yüksek düzeyde radyoaktiviteye sahip olduğundan, güvenilir radyasyon koruması ile çevrilidir.
Operatörler, tesisin işleyişini iki adet ile kontrol eder. kritik sistemler– zincirleme reaksiyon ve uzaktan kumanda sisteminin düzenlenmesi. Acil bir durum ortaya çıkarsa, acil durum koruması anında tetiklenir.
reaktör nasıl çalışır
Atomik "alev" görünmezdir, çünkü süreçler nükleer fisyon düzeyinde gerçekleşir. Bir zincir reaksiyonu sırasında, ağır çekirdekler, uyarılmış bir durumda olan nötronların ve diğer atom altı parçacıkların kaynağı haline gelen daha küçük parçalara ayrılır. Ancak süreç burada bitmiyor. Nötronlar, çok fazla enerjinin serbest bırakılmasının bir sonucu olarak, yani hangi nükleer santrallerin inşa edildiği için “ezilmeye” devam ediyor.
Personelin asıl görevi, kontrol çubukları yardımıyla bir zincirleme reaksiyonu sabit, ayarlanabilir bir seviyede sürdürmektir. Bu, nükleer bozulma sürecinin kontrol edilemez olduğu ve güçlü bir patlama şeklinde hızla ilerlediği atom bombasından temel farkıdır.
Çernobil nükleer santralinde ne oldu
Nisan 1986'da Çernobil nükleer santralindeki felaketin ana nedenlerinden biri, 4. güç ünitesindeki rutin bakım sürecinde operasyonel güvenlik kurallarının ağır ihlaliydi. Daha sonra yönetmeliklerin izin verdiği 15 grafit çubuk yerine aynı anda 203 grafit çubuk çekirdekten çıkarıldı. Sonuç olarak, başlayan kontrolsüz zincirleme reaksiyon, termal bir patlama ve güç ünitesinin tamamen yok edilmesiyle sonuçlandı.
Yeni nesil reaktörler
Son on yılda, Rusya dünyanın nükleer güç liderlerinden biri haline geldi. Şu anda, devlet şirketi Rosatom, 34 güç ünitesinin inşa edildiği 12 ülkede nükleer santraller inşa ediyor. Böyle yüksek bir talep, modern Rus nükleer teknolojisinin yüksek seviyesinin kanıtıdır. Sırada yeni 4. nesil reaktörler var.
"Brest"
Bunlardan biri, Breakthrough projesinin bir parçası olarak geliştirilmekte olan Brest. Mevcut açık çevrim sistemleri, düşük oranda zenginleştirilmiş uranyumla çalışır ve geride çok büyük bir maliyetle bertaraf edilecek büyük miktarda kullanılmış yakıt bırakır. "Brest" - hızlı bir nötron reaktörü, kapalı bir döngüde benzersizdir.
İçinde, kullanılmış yakıt, hızlı bir nötron reaktöründe uygun şekilde işlendikten sonra, tekrar aynı tesise yüklenebilen tam teşekküllü bir yakıt haline gelir.
Brest, yüksek düzeyde güvenlik ile ayırt edilir. En ciddi kazada bile asla "patlamaz", "yenilenmiş" uranyumunu yeniden kullandığından çok ekonomik ve çevre dostudur. Ayrıca, ihracatı için en geniş umutları açan silah sınıfı plütonyum üretmek için kullanılamaz.
VVER-1200
VVER-1200, 1150 MW kapasiteli yenilikçi nesil 3+ reaktördür. Eşsiz teknik yetenekleri sayesinde neredeyse mutlak çalışma güvenliğine sahiptir. Reaktör, otomatik modda güç kaynağı olmadığında bile çalışacak, bol miktarda pasif güvenlik sistemleri ile donatılmıştır.
Bunlardan biri, reaktörün enerjisi tamamen kesildiğinde otomatik olarak devreye giren pasif bir ısı giderme sistemidir. Bu durumda acil durum hidrolik tankları sağlanır. Birincil devrede anormal bir basınç düşüşü ile reaktöre, nükleer reaksiyonu söndüren ve nötronları emen büyük miktarda bor içeren su verilir.
Başka bir teknik bilgi, muhafazanın alt kısmında bulunur - eriyiğin "tuzağı". Yine de, bir kaza sonucu çekirdek "sızarsa", "tuzak" muhafazanın çökmesine izin vermeyecek ve radyoaktif ürünlerin toprağa girmesini önleyecektir.
Bazı tipik savaş başlıklarına bir göz atalım (gerçekte savaş başlıkları arasında tasarım farklılıkları olabilir). Bu, hafif güçlü alaşımlardan yapılmış bir konidir - genellikle titanyum. İçeride bölmeler, çerçeveler, güç çerçevesi var - neredeyse bir uçakta olduğu gibi. Güç çerçevesi güçlü bir metal kaplama ile kaplanmıştır. Cilde kalın bir ısı koruyucu kaplama tabakası uygulanır. İnsanın ısı ve seramikle yaptığı ilk deneylerde cömertçe kil bulaşmış ve ateşlenmiş eski bir Neolitik sepete benziyor. Benzerlik kolayca açıklanabilir: hem sepet hem de savaş başlığı dış ısıya direnmek zorunda kalacak.
Savaş başlığı ve doldurulması
Koninin içinde, "koltuklarına" sabitlenmiş, her şeyin başladığı iki ana "yolcu" vardır: bir termonükleer şarj ve bir şarj kontrol ünitesi veya bir otomasyon ünitesi. İnanılmaz derecede kompaktlar. Otomasyon ünitesi, beş litrelik bir salatalık turşusu kavanozunun boyutundadır ve şarj, sıradan bir bahçe kovasının boyutudur. Ağır ve ağır, bir kutu ve bir kovanın birleşimi üç yüz elli ila dört yüz kilotonda patlayacak. İki yolcu, Siyam ikizleri gibi bir bağla birbirine bağlıdır ve bu bağ aracılığıyla sürekli bir şeyler değiş tokuş ederler. Roket savaş görevindeyken, bu ikizler üretim tesisinden yeni nakledilirken bile diyalogları her zaman devam ediyor.
Ayrıca üçüncü bir yolcu var - bir savaş başlığının hareketini ölçmek veya genel olarak uçuşunu kontrol etmek için bir blok. İkinci durumda, yörüngeyi değiştirmenize izin veren çalışma kontrolleri savaş başlığına yerleştirilmiştir. Örneğin, yürütme pnömatik sistemleri veya toz sistemleri. Ayrıca güç kaynaklarına sahip yerleşik bir elektrik ağı, korumalı teller ve konektörler şeklinde sahne ile iletişim hatları, elektromanyetik darbeye karşı koruma ve bir sıcaklık kontrol sistemi - istenen şarj sıcaklığını korur.
Fotoğrafta - MX (Barış Muhafızı) füzesinin ve on savaş başlığının üreme aşaması. Bu füze uzun süredir hizmetten çekildi, ancak savaş başlıkları hala aynı (ve hatta daha eskileri) kullanılıyor. Amerikalılar birden fazla savaş başlığına sahip balistik füzeleri yalnızca denizaltılara yerleştirdiler.
Otobüsten indikten sonra savaş başlıkları yükseklik kazanmaya devam ediyor ve aynı anda hedeflere doğru ilerliyor. Onlar yükselir en yüksek puanlar yörüngeleri ve ardından yatay uçuşu yavaşlatmadan daha hızlı ve daha hızlı yuvarlanmaya başlarlar. Deniz seviyesinden tam olarak yüz kilometre yükseklikte, her bir savaş başlığı, dış uzayın resmi olarak belirlenmiş insan sınırını geçer. Atmosfer önde!
elektrikli rüzgar
Aşağıda, savaş başlığının önünde, mavi oksijen pusuyla kaplı, aerosol süspansiyonlarıyla kaplı, sınırsız ve sınırsız beşinci okyanus, müthiş yüksek irtifalardan zıt bir şekilde parlayan devasa bir vardı. Ayrılığın kalıntı etkilerinden yavaşça ve zar zor farkedilir şekilde dönen savaş başlığı, yumuşak bir yörünge boyunca inişine devam ediyor. Ama sonra alışılmadık bir esinti nazikçe ona doğru çekti. Biraz dokundu - ve fark edilir hale geldi, vücudu ince, geriye doğru soluk mavi-beyaz bir parıltı dalgasıyla kapladı. Bu dalga nefes kesici derecede yüksek sıcaklıktadır, ancak çok cisimsiz olduğu için henüz savaş başlığını yakmaz. Savaş başlığının üzerinden esen rüzgar elektriksel olarak iletkendir. Koninin hızı o kadar yüksektir ki, çarpmasıyla hava moleküllerini kelimenin tam anlamıyla elektrik yüklü parçalara ayırır ve havanın çarpma iyonlaşması meydana gelir. Bu plazma esintisine hipersonik yüksek Mach akışı denir ve hızı ses hızının yirmi katıdır.
Yüksek nadirlik nedeniyle, ilk saniyelerde esinti neredeyse algılanamaz. Atmosferde derinleşerek büyüyen ve sıkışan, ilk başta savaş başlığına baskı yapmaktan daha fazla ısıtır. Ama yavaş yavaş konisini kuvvetle sıkıştırmaya başlar. Akış, savaş başlığı burnunu ileri doğru döndürür. Hemen dönmüyor - koni hafifçe ileri geri sallanıyor, salınımlarını yavaş yavaş yavaşlatıyor ve sonunda stabilize oluyor.
Hipersonik üzerinde ısı
Aşağı indikçe yoğunlaşan akış, savaş başlığına giderek daha fazla baskı uygulayarak uçuşunu yavaşlatıyor. Yavaşlama ile sıcaklık kademeli olarak düşer. Girişin başlangıcındaki devasa değerlerden, on binlerce kelvinlik beyaz-mavi parıltıdan, beş ila altı bin derecelik sarı-beyaz parıltıya kadar. Bu, Güneş'in yüzey katmanlarının sıcaklığıdır. Parlama göz kamaştırıcı hale gelir çünkü havanın yoğunluğu hızla artar ve bununla birlikte savaş başlığının duvarlarına ısı akışı olur. Isı kalkanı kömürleşir ve yanmaya başlar.
Sık sık yanlış söylendiği gibi, havaya karşı sürtünmeden hiç yanmaz. Devasa hipersonik hareket hızı nedeniyle (şimdi sesten on beş kat daha hızlı), başka bir koni, gövdenin tepesinden havada ayrılıyor - sanki bir savaş başlığını çevreliyormuş gibi bir şok dalgası. Şok dalgası konisinin içine giren gelen hava, anında birçok kez sıkıştırılır ve savaş başlığının yüzeyine sıkıca bastırılır. Spazmodik, ani ve tekrarlanan sıkıştırmadan, sıcaklığı hemen birkaç bin dereceye sıçrar. Bunun nedeni, yaşananların çılgın hızı, sürecin aşkın dinamizmidir. Sürtünme değil, akışın gaz dinamik sıkıştırması, şu anda savaş başlığının kenarlarını ısıtan şeydir.
Hepsinden kötüsü yay için hesaplar. Karşıdan gelen akışın en büyük sıkışması oluşur. Bu mührün bölgesi, sanki gövdeden ayrılıyormuş gibi hafifçe öne doğru hareket eder. Ve kalın bir mercek veya yastık şeklini alarak öne doğru tutulur. Bu oluşuma "ayrık yay şok dalgası" denir. Savaş başlığının etrafındaki şok dalgası konisinin yüzeyinin geri kalanından birkaç kat daha kalındır. Yaklaşan akışın önden sıkıştırılması burada en güçlü olanıdır. Bu nedenle, kopuk yay şok dalgası en yüksek sıcaklığa ve en yüksek ısı yoğunluğuna sahiptir. Bu küçük güneş, savaş başlığının burnunu parlak bir şekilde yakar - vurgulayarak, ısıyı doğrudan gövdenin burnuna yayar ve burnun ciddi şekilde yanmasına neden olur. Bu nedenle, en kalın termal koruma tabakası vardır. Karanlık bir gecede atmosferde uçan bir savaş başlığının etrafındaki alanı kilometrelerce aydınlatan kafa şok dalgasıdır.
Bokam oldukça şekersiz hale gelir. Şimdi onlar da kafa şok dalgasından kaynaklanan dayanılmaz bir parlaklıkla kızarıyorlar. Ve moleküllerinin parçalanmasından plazmaya dönüşen sıcak basınçlı havayı yakar. Bununla birlikte, böyle yüksek bir sıcaklıkta, hava iyonize olur ve basitçe ısınmadan kaynaklanır - molekülleri ısıdan parçalara ayrılır. Şok iyonizasyon ve sıcaklık plazmasının bir karışımı ortaya çıkıyor. Sürtünme etkisi ile bu plazma, termal kalkanın yanan yüzeyini kum veya zımpara kağıdı gibi zımparalar. Isı koruyucu kaplamayı tüketen gaz dinamik erozyon meydana gelir.
Şu anda, savaş başlığı stratosferin üst sınırını - stratopause - geçti ve stratosfere 55 km yükseklikte girdi. Artık sesten on ila on iki kat daha hızlı hipersonik hızlarda hareket ediyor.
insanlık dışı aşırı yüklenme
Şiddetli yanma, burnun geometrisini değiştirir. Akış, bir heykeltıraşın keski gibi, burun kaplamasına sivri bir merkezi çıkıntı yakar. Yüzeyin diğer özellikleri, düzensiz yanma nedeniyle ortaya çıkar. Şekil değişiklikleri akış değişikliklerine neden olur. Bu, savaş başlığının yüzeyindeki basınçlı hava basıncının dağılımını ve sıcaklık alanını değiştirir. Havanın kuvvet etkisinde, hesaplanan akışla karşılaştırıldığında, geliş noktasında bir sapmaya neden olan değişiklikler vardır - bir ıska oluşur. Küçük olsun - diyelim ki iki yüz metre, ancak göksel mermi düşmanın füze silosuna bir sapma ile çarpacak. Yoksa hiç vurmaz.
Ayrıca, şok dalgası yüzeylerinin modeli, kafa dalgası, basınçlar ve sıcaklıklar sürekli değişmektedir. Hız yavaş yavaş azalır, ancak hava yoğunluğu hızla artar: koni stratosfere alçalır ve alçalır. Savaş başlığının yüzeyindeki eşit olmayan basınçlar ve sıcaklıklar nedeniyle, değişimlerinin hızı nedeniyle termal şoklar meydana gelebilir. Isı korumalı kaplamadan, akış düzeninde yeni değişiklikler getiren parçaları ve parçaları kırabilirler. Ve insidans noktasının sapmasını arttırır.
Aynı zamanda, savaş başlığı, bu salınımların yönünün "yukarı-aşağı"dan "sağ-sol"a ve bunun tersi yönde bir değişiklikle kendiliğinden sık sallanmaya girebilir. Bu kendi kendine salınımlar, savaş başlığının farklı bölümlerinde yerel ivmeler yaratır. İvmeler yön ve büyüklük bakımından farklılık gösterir ve savaş başlığının maruz kaldığı etkiyi zorlaştırır. Daha fazla yük, etrafındaki şok dalgalarının asimetrisi, eşit olmayan sıcaklık alanları ve anında büyük sorunlara dönüşen diğer küçük tılsımlar alır.
Ancak yaklaşan akış bununla da kendini tüketmiyor. Yaklaşan basınçlı havanın bu kadar güçlü bir basıncı nedeniyle, savaş başlığı büyük bir frenleme etkisi yaşar. Büyük bir negatif ivme var. Tüm iç kısımları olan savaş başlığı hızla büyüyen bir aşırı yükte ve aşırı yükten korunmak imkansız.
Astronotlar iniş sırasında bu tür g-kuvvetleri ile karşılaşmazlar. İnsanlı bir araç daha az akıcıdır ve bir savaş başlığı kadar sıkı doldurulmaz. Astronotların hızla aşağı inmek için acelesi yok. Savaş başlığı bir silahtır. Vurulmadan önce hedefe mümkün olan en kısa sürede ulaşmalıdır. Ve onu durdurmak ne kadar zorsa, o kadar hızlı uçar. Koni, en iyi süpersonik akışın figürüdür. Kaydettikten sonra yüksek hız atmosferin alt katmanlarına kadar, savaş başlığı orada çok büyük frenleme. Bu yüzden güçlü bölmelere ve bir güç çerçevesine ihtiyacımız var. Ve iki sürücü için rahat "koltuklar" - aksi takdirde aşırı yüklenme nedeniyle yerden havaya uçacaklar.
Siyam ikizlerinin diyalogu
Bu arada, bu biniciler ne olacak? Ana yolcuları hatırlamanın zamanı geldi, çünkü artık pasif değiller, kendi zorlu yollarından geçiyorlar ve diyalogları bu anlarda en anlamlı hale geliyor.
Şarj, nakliye sırasında demonte edildi. Bir savaş başlığına takıldığında monte edilir ve bir füzeye bir savaş başlığı takıldığında, tam bir savaşa hazır konfigürasyonla donatılır (patlayıcılarla donatılmış bir darbeli nötron başlatıcısı takılır, vb.). Hücum, savaş başlığındaki hedefe uçmaya hazır, ancak henüz patlamaya hazır değil. Buradaki mantık açıktır: Bir patlama için şarjın sürekli hazır olması gerekli değildir ve teorik olarak tehlikelidir.
İki prensibe dayanan karmaşık sıralı algoritmalar tarafından bir patlamaya (hedefe yakın) hazır duruma getirilmesi gerekecektir: patlamaya hareketin güvenilirliği ve süreç üzerinde kontrol. Patlama sistemi, yükü her zamankinden daha yüksek hazırlık derecelerine kesinlikle zamanında aktarır. Ve kontrol ünitesinden tamamen hazır bir şarja patlama için bir savaş komutu geldiğinde, patlama anında, anında gerçekleşecektir. Hızla uçan savaş başlığı keskin nişancı mermisi, bir termonükleer reaksiyon başladığında, geliştiğinde, tamamen geçtiğinde ve zaten tamamlandığında, tüm nominal değerleri serbest bırakarak, bir insan saçının kalınlığında bile uzayda kaymaya vakti olmayan bir milimetrenin sadece birkaç yüzde biri geçecektir. güç.
son flaş
Hem içeride hem de dışarıda büyük ölçüde değişen savaş başlığı, son on kilometrelik irtifa olan troposfere geçti. Çok yavaşladı. Hipersonik uçuş, süpersonik Mach 3-4'e dönüştü. Savaş başlığı zaten loş bir şekilde parlıyor, kayboluyor ve hedef noktaya yaklaşıyor.
Dünya yüzeyinde bir patlama nadiren planlanır - sadece füze siloları gibi toprağa gömülü nesneler için. Hedeflerin çoğu yüzeyde yatıyor. Ve en büyük yenilgileri için, patlama, yükün gücüne bağlı olarak belirli bir yükseklikte gerçekleştirilir. Taktik yirmi kiloton için bu 400-600 m'dir Stratejik bir megaton için optimum patlama yüksekliği 1200 m'dir Neden? Patlamadan itibaren bölgeden iki dalga geçer. Merkez üssüne daha yakın, patlama dalgası daha erken vuracak. Düşecek ve yansıyacak, yanlara sıçrayacak, burada yukarıdan yeni gelen taze bir dalga ile patlama noktasından birleşecek. Patlamanın merkezinden gelen ve yüzeyden yansıyan iki dalga toplanarak, yıkımın ana faktörü olan yüzey katmanındaki en güçlü şok dalgasını oluşturur.
Test başlatmaları sırasında, savaş başlığı genellikle engelsiz yere ulaşır. Gemide sonbaharda patlatılan yarım yüz patlayıcı var. Ne için? Birincisi, savaş başlığı sınıflandırılmış bir nesnedir ve kullanımdan sonra güvenli bir şekilde imha edilmelidir. İkincisi, depolama sahasının ölçüm sistemleri için - çarpma noktasının operasyonel tespiti ve sapmaların ölçümü için gereklidir.
Çok metrelik bir sigara içme hunisi resmi tamamlıyor. Ancak bundan önce, çarpışmadan birkaç kilometre önce, uçuş sırasında gemide kaydedilen her şeyin kaydını içeren zırhlı bir hafıza kaseti, test savaş başlığından vuruldu. Bu zırhlı flash sürücü, yerleşik bilgilerin kaybolmasına karşı sigorta sağlayacaktır. Daha sonra, özel bir arama grubuyla bir helikopter geldiğinde bulunacak. Ve harika bir uçuşun sonuçlarını kaydedecekler.
Nükleer savaş başlığına sahip ilk kıtalararası balistik füze
Dünyanın nükleer savaş başlığına sahip ilk ICBM'si Sovyet R-7 idi. Üç megatonluk bir savaş başlığı taşıdı ve 11.000 km'ye kadar olan nesnelere çarpabilir (7-A değişikliği). S.P.'nin beyni Kraliçe hizmete girmesine rağmen, kullanılamaması nedeniyle askeri bir füze olarak etkisiz olduğu ortaya çıktı. uzun zaman bir oksitleyici (sıvı oksijen) ile ek yakıt ikmali yapmadan savaş görevinde. Ancak R-7 (ve sayısız modifikasyonu) uzay araştırmalarında olağanüstü bir rol oynadı.
Öncelikle baş kısmı Birden fazla savaş başlığına sahip ICBM'ler
Dünyanın ilk çoklu yeniden girişli aracı ICBM, 1970'de konuşlandırılmaya başlanan Amerikan LGM-30 Minuteman III füzesiydi. Önceki modifikasyonla karşılaştırıldığında, W-56 savaş başlığı, üreme aşamasında kurulan üç W-62 hafif savaş başlığı ile değiştirildi. Böylece, füze üç ayrı hedefi vurabilir veya üç savaş başlığını birer birer vurmak üzere konsantre edebilir. Şu anda, silahsızlanma girişiminin bir parçası olarak tüm Minuteman III füzelerinde yalnızca bir savaş başlığı kaldı.
Değişken verimli savaş başlığı
1960'ların başından beri, değişken verimli termonükleer savaş başlıkları oluşturmak için teknolojiler geliştirildi. Bunlar, örneğin, özellikle Tomahawk füzesine kurulan W80 savaş başlığını içerir. Bu teknolojiler, uranyum veya plütonyum izotoplarının çekirdeklerinin fisyon reaksiyonunun bir füzyon reaksiyonunu (yani bir termonükleer patlamayı) tetiklediği Teller-Ulam şemasına göre inşa edilen termonükleer yükler için yaratılmıştır. Güçteki değişim, iki aşamanın etkileşiminde ayarlamalar yapılarak gerçekleşti.
not. Şunu da eklemek isterim ki, karıştırma birimleri de görevlerini yerine getiriyor, tuzaklar serbest bırakılıyor ve ayrıca hedef sayısını artırmak için üreme sonrası üst etaplar ve/veya otobüs patlatılıyor. radarları ve füze savunma sistemini aşırı yüklemeyi.
Cihaz ve çalışma prensibi, kendi kendine devam eden bir nükleer reaksiyonun başlatılmasına ve kontrolüne dayanmaktadır. Radyoaktif izotopların üretimi için bir araştırma aracı olarak ve nükleer santraller için bir enerji kaynağı olarak kullanılır.
çalışma prensibi (kısaca)
Burada, ağır bir çekirdeğin iki küçük parçaya ayrıldığı bir süreç kullanılır. Bu parçalar oldukça uyarılmış haldedir ve nötronlar, diğer atom altı parçacıklar ve fotonlar yayarlar. Nötronlar yeni fisyonlara neden olabilir, bunun sonucunda daha fazla nötron yayılır ve bu böyle devam eder. Böyle sürekli, kendi kendini idame ettiren bir bölünmeler dizisine zincirleme reaksiyon denir. Bu durumda, üretimi nükleer santrallerin kullanılmasının amacı olan büyük miktarda enerji açığa çıkar.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi, reaksiyonun başlamasından sonra çok kısa bir süre içinde fisyon enerjisinin yaklaşık %85'inin serbest bırakılması şeklindedir. Geri kalanı, nötronları yaydıktan sonra fisyon ürünlerinin radyoaktif bozunmasıyla üretilir. Radyoaktif bozunma, bir atomun daha kararlı bir duruma ulaştığı süreçtir. Bölünme tamamlandıktan sonra bile devam eder.
Bir atom bombasında, malzemenin çoğu bölünene kadar zincirleme reaksiyonun yoğunluğu artar. Bu, çok hızlı bir şekilde gerçekleşir ve bu tür bombaların özelliği olan son derece güçlü patlamaları üretir. Bir nükleer reaktörün cihazı ve çalışma prensibi, kontrollü, neredeyse sabit bir seviyede bir zincirleme reaksiyonu sürdürmeye dayanır. gibi patlayacak şekilde tasarlanmıştır. atom bombası, olumsuz.
Zincirleme reaksiyon ve kritiklik
Bir nükleer fisyon reaktörünün fiziği, zincirleme reaksiyonun, nötronların emisyonundan sonra nükleer fisyon olasılığı tarafından belirlenmesidir. İkincisinin popülasyonu azalırsa, fisyon hızı sonunda sıfıra düşer. Bu durumda, reaktör kritik altı bir durumda olacaktır. Nötron popülasyonu sabit bir seviyede tutulursa, fisyon hızı sabit kalacaktır. Reaktör kritik durumda olacak. Ve son olarak, nötron popülasyonu zamanla artarsa, fisyon hızı ve gücü artacaktır. Çekirdeğin durumu süper kritik hale gelecektir.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Piyasaya sürülmeden önce nötron popülasyonu sıfıra yakındır. Operatörler daha sonra kontrol çubuklarını çekirdekten çıkararak nükleer fisyonu arttırır ve bu da reaktörü geçici olarak süper kritik bir duruma sokar. Nominal güce ulaştıktan sonra, operatörler nötron sayısını ayarlayarak kontrol çubuklarını kısmen geri gönderir. Gelecekte, reaktör kritik bir durumda tutulur. Durdurulması gerektiğinde operatörler çubukları tamamen yerleştirir. Bu, bölünmeyi bastırır ve çekirdeği kritik olmayan bir duruma getirir.
reaktör türleri
Dünyadaki nükleer tesislerin çoğu, elektrik enerjisi jeneratörlerini çalıştıran türbinleri döndürmek için gereken ısıyı üreten enerji üretimidir. Ayrıca birçok araştırma reaktörü vardır ve bazı ülkelerde denizaltılar veya atom enerjisiyle hareket eden yüzey gemileri.
enerji santralleri
Bu tipte birkaç tip reaktör vardır, ancak hafif su tasarımı geniş uygulama alanı bulmuştur. Buna karşılık, basınçlı su veya kaynar su kullanabilir. İlk durumda, sıvı yüksek basınççekirdeğin ısısı ile ısıtılır ve buhar jeneratörüne girer. Orada, birincil devreden gelen ısı, aynı zamanda su içeren sekondere aktarılır. Sonunda üretilen buhar, buhar türbini çevriminde çalışma sıvısı olarak hizmet eder.
Kaynama tipi reaktör, doğrudan enerji çevrimi prensibine göre çalışır. Aktif bölgeden geçen su, ortalama bir basınç seviyesinde kaynatılır. Doymuş buhar, reaktör kabında bulunan ve onu aşırı ısıtılmış bir duruma getiren bir dizi ayırıcı ve kurutucudan geçer. Kızgın su buharı daha sonra bir türbini döndürmek için bir çalışma sıvısı olarak kullanılır.
Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı
Yüksek Sıcaklık Gaz Soğutmalı Reaktör (HTGR) nükleer reaktörÇalışma prensibi, yakıt olarak grafit ve yakıt mikro kürelerinin bir karışımının kullanılmasına dayanan. İki rakip tasarım var:
- grafit bir kabuk içinde grafit ve yakıt karışımı olan 60 mm küresel yakıt elemanlarını kullanan Alman "doldurma" sistemi;
- aktif bir bölge oluşturmak için birbirine kenetlenen grafit altıgen prizmalar şeklinde bir Amerikan versiyonu.
Her iki durumda da, soğutucu yaklaşık 100 atmosferlik bir basınçta helyumdan oluşur. Alman sisteminde helyum, küresel yakıt elemanları tabakasındaki boşluklardan ve Amerikan sisteminde, reaktörün merkezi bölgesinin ekseni boyunca yer alan grafit prizmalardaki deliklerden geçer. Her iki seçenek de çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir, çünkü grafit son derece güçlüdür. Yüksek sıcaklık süblimasyon ve helyum kimyasal olarak tamamen inerttir. Sıcak helyum, yüksek sıcaklıkta bir gaz türbininde doğrudan çalışma sıvısı olarak kullanılabilir veya ısısı, bir su döngüsünde buhar üretmek için kullanılabilir.
Sıvı metal ve çalışma prensibi
Sodyum soğutmalı hızlı nötron reaktörleri 1960'larda ve 1970'lerde büyük ilgi gördü. Daha sonra, hızla gelişen nükleer endüstri için yakıt üretimi için yakın gelecekte çoğalma yeteneklerinin gerekli olduğu görülüyordu. 1980'lerde bu beklentinin gerçekçi olmadığı ortaya çıkınca, heves söndü. Bununla birlikte, ABD, Rusya, Fransa, Büyük Britanya, Japonya ve Almanya'da bu tipte bir dizi reaktör inşa edilmiştir. Çoğu, uranyum dioksit veya plütonyum dioksit ile karışımı üzerinde çalışır. Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri'nde en büyük başarı metalik iticilerle olmuştur.
CANDU
Kanada, çabalarını doğal uranyum kullanan reaktörlere odakladı. Bu, diğer ülkelerin hizmetlerine başvurmak için zenginleştirme ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu politikanın sonucu döteryum-uranyum reaktörü (CANDU) oldu. İçindeki kontrol ve soğutma ağır su ile gerçekleştirilir. Bir nükleer reaktörün cihazı ve çalışma prensibi, soğuk D 2 O ile bir tank kullanmaktır. atmosferik basınç. Çekirdek, doğal uranyum yakıtlı zirkonyum alaşımından yapılmış borularla delinir ve içinden ağır su onu soğutur. Elektrik, ağır sudaki fisyon ısısının buhar jeneratörü boyunca dolaşan soğutucuya aktarılmasıyla üretilir. İkincil devredeki buhar daha sonra geleneksel bir türbin döngüsünden geçer.
Araştırma tesisleri
İçin bilimsel araştırmaçalışma prensibi, su soğutma ve plaka benzeri uranyum yakıt elemanlarının montajlar şeklinde kullanılması olan en yaygın kullanılan nükleer reaktör. Birkaç kilowatt'tan yüzlerce megawatt'a kadar çok çeşitli güç seviyelerinde çalışabilir. Güç üretimi araştırma reaktörlerinin ana görevi olmadığından, çekirdekte üretilen termal enerji, yoğunluk ve nötronların nominal enerjisi ile karakterize edilirler. Bir araştırma reaktörünün belirli araştırmalar yürütme yeteneğini ölçmeye yardımcı olan bu parametrelerdir. Düşük güç sistemleri genellikle üniversitelerde öğretim için kullanılırken, araştırma laboratuvarlarında malzeme ve performans testi ve genel araştırma için yüksek güce ihtiyaç duyulur.
Yapısı ve çalışma prensibi aşağıdaki gibi olan en yaygın araştırma nükleer reaktörü. Aktif bölgesi, büyük bir derin su havuzunun dibinde bulunur. Bu, nötron ışınlarının yönlendirilebileceği kanalların gözlenmesini ve yerleştirilmesini basitleştirir. saat alt seviyeler soğutma sıvısının doğal taşınımı, güvenli bir çalışma koşulu sağlamak için yeterli ısı tahliyesi sağladığından, soğutma sıvısını pompalamaya gerek yoktur. Isı eşanjörü genellikle sıcak suyun biriktiği havuzun yüzeyinde veya tepesinde bulunur.
Gemi tesisleri
Nükleer reaktörlerin orijinal ve ana uygulaması, denizaltılarda kullanımlarıdır. Başlıca avantajları, fosil yakıt yakma sistemlerinden farklı olarak, elektrik üretmek için havaya ihtiyaç duymamalarıdır. Bu nedenle, bir nükleer denizaltı uzun süre su altında kalabilirken, geleneksel bir dizel-elektrik denizaltısı motorlarını havada çalıştırmak için periyodik olarak yüzeye çıkmak zorundadır. donanma gemilerine stratejik bir avantaj sağlar. Bu sayede yabancı limanlarda veya kolayca savunmasız tankerlerden yakıt ikmali yapmaya gerek yoktur.
Bir nükleer reaktörün denizaltı üzerinde çalışma prensibi sınıflandırılmıştır. Ancak ABD'de yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığı, yavaşlama ve soğutmanın hafif su ile yapıldığı biliniyor. Nükleer denizaltı USS Nautilus'un ilk reaktörünün tasarımı, güçlü araştırma tesislerinden güçlü bir şekilde etkilendi. Eşsiz özellikleri, yakıt doldurmadan uzun bir çalışma süresi sağlayan çok geniş bir tepkime marjı ve bir kapatmadan sonra yeniden başlatma yeteneğidir. Tespitten kaçınmak için denizaltılardaki güç istasyonu çok sessiz olmalıdır. Farklı denizaltı sınıflarının özel ihtiyaçlarını karşılamak için farklı enerji santralleri modelleri oluşturuldu.
ABD Donanması'nın uçak gemileri, prensibinin en büyük denizaltılardan ödünç alındığına inanılan bir nükleer reaktör kullanıyor. Tasarımlarının detayları da yayınlanmadı.
Amerika Birleşik Devletleri'ne ek olarak, İngiltere, Fransa, Rusya, Çin ve Hindistan'ın nükleer denizaltıları var. Her durumda, tasarım açıklanmadı, ancak hepsinin çok benzer olduğuna inanılıyor - bu, aynı gereksinimlerin bir sonucudur. teknik özellikler. Rusya'nın da Sovyet denizaltılarıyla aynı reaktörlerle donatılmış küçük bir filosu var.
Endüstriyel tesisler
Üretim amacıyla, çalışma prensibi düşük enerji üretimi ile yüksek verimlilik olan bir nükleer reaktör kullanılır. Bunun nedeni, çekirdekte uzun süre plütonyum kalması, istenmeyen 240 Pu birikmesine yol açmasıdır.
trityum üretimi
Şu anda, trityum (3 H veya T) bu tür sistemler tarafından üretilen ana malzemedir - Plütonyum-239'un şarjı 24.100 yıllık uzun bir yarı ömre sahiptir, bu nedenle bu elementi kullanan nükleer silah cephaneliğine sahip ülkeler daha fazlasına sahip olma eğilimindedir. gereğinden fazla. 239 Pu'dan farklı olarak trityumun yarılanma ömrü yaklaşık 12 yıldır. Bu nedenle, gerekli rezervleri korumak için bu radyoaktif izotop hidrojen sürekli üretilmelidir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, örneğin Güney Carolina'daki Savannah Nehri, trityum üreten birkaç ağır su reaktörü işletmektedir.
Yüzer güç üniteleri
Uzak izole alanlara elektrik ve buharla ısıtma sağlayabilen nükleer reaktörler oluşturuldu. Örneğin Rusya'da, özellikle Kuzey Kutbu'na hizmet etmek için tasarlanmış küçük enerji santralleri kullanım alanı bulmuştur. Yerleşmeler. Çin'de 10 MW'lık bir HTR-10 tesisi, bulunduğu araştırma enstitüsüne ısı ve güç sağlıyor. Benzer yeteneklere sahip küçük kontrollü reaktörler İsveç ve Kanada'da geliştirilmektedir. 1960 ve 1972 yılları arasında ABD Ordusu, Grönland ve Antarktika'daki uzak üslere güç sağlamak için kompakt su reaktörleri kullandı. Bunların yerini petrolle çalışan enerji santralleri aldı.
Uzay araştırması
Ayrıca güç kaynağı ve uzayda hareket için reaktörler geliştirilmiştir. 1967 ile 1988 arasında Sovyetler Birliği Ekipman ve telemetriye güç sağlamak için Kosmos serisinin uydularına küçük nükleer tesisler kurdu, ancak bu politika eleştirilerin hedefi haline geldi. Bu uydulardan en az biri Dünya atmosferine girerek Kanada'nın uzak bölgelerinin radyoaktif kirlenmesine neden oldu. Amerika Birleşik Devletleri 1965'te sadece bir nükleer enerjili uydu fırlattı. Bununla birlikte, derin uzay uçuşlarında, diğer gezegenlerin insanlı keşfinde veya kalıcı bir ay üssünde kullanımları için projeler geliştirilmeye devam ediyor. Bu, fiziksel prensipleri radyatörün boyutunu en aza indirmek için gerekli olan mümkün olan en yüksek sıcaklığı sağlayacak olan gaz soğutmalı veya sıvı metal nükleer reaktör olmalıdır. Ek olarak, kalkan için kullanılan malzeme miktarını en aza indirmek ve fırlatma ve uzay uçuşu sırasında ağırlığı azaltmak için uzay aracı reaktörü mümkün olduğunca kompakt olmalıdır. Yakıt beslemesi, uzay uçuşunun tüm süresi boyunca reaktörün çalışmasını sağlayacaktır.