Как работи атомната бомба. Как работи ядрената бойна глава

Ядреният реактор работи гладко и точно. В противен случай, както знаете, ще има проблеми. Но какво става вътре? Нека се опитаме да формулираме принципа на работа на ядрен (атомен) реактор накратко, ясно, със спирания.

Всъщност там протича същият процес като при ядрен взрив. Едва сега експлозията се случва много бързо и в реактора всичко това се простира за дълго време. В крайна сметка всичко остава безопасно и здраво, а ние получаваме енергия. Не толкова, че всичко наоколо веднага да се разбие, но напълно достатъчно, за да осигури електричество на града.

Преди да можете да разберете как работи една контролирана ядрена реакция, трябва да знаете какво ядрена реакция в общи линии.

ядрена реакция - това е процесът на трансформация (деление) на атомните ядра по време на взаимодействието им с елементарни частици и гама кванти.

Ядрените реакции могат да протичат както с поглъщане, така и с отделяне на енергия. В реактора се използват втори реакции.

Ядрен реактор - Това е устройство, чиято цел е да поддържа контролирана ядрена реакция с отделяне на енергия.

Често ядреният реактор се нарича още ядрен реактор. Имайте предвид, че тук няма фундаментална разлика, но от гледна точка на науката е по-правилно да се използва думата "ядрен". Сега има много видове ядрени реактори. Това са огромни индустриални реактори, предназначени да генерират енергия в електроцентрали, реактори за ядрени подводници, малки експериментални реактори, използвани в научни експерименти. Има дори реактори, използвани за обезсоляване на морска вода.

Историята на създаването на ядрен реактор

Първият ядрен реактор е пуснат през не толкова далечната 1942 година. Това се случи в САЩ под ръководството на Ферми. Този реактор беше наречен "Чикагската купчина дърва".

През 1946 г. под ръководството на Курчатов стартира първият съветски реактор. Тялото на този реактор беше топка с диаметър седем метра. Първите реактори нямаха система за охлаждане и мощността им беше минимална. Между другото, съветският реактор имаше средна мощност от 20 вата, докато американският имаше само 1 ват. За сравнение: средната мощност на съвременните енергийни реактори е 5 гигавата. По-малко от десет години след пускането на първия реактор в град Обнинск беше открита първата в света индустриална атомна електроцентрала.

Принципът на действие на ядрен (атомен) реактор

Всеки ядрен реактор има няколко части: сърцевина с гориво и модератор , неутронен рефлектор , антифриз , система за контрол и защита . Изотопите са най-често използваното гориво в реакторите. уран (235, 238, 233), плутоний (239) и торий (232). Активната зона е котел, през който тече обикновена вода (охлаждаща течност). Сред другите охлаждащи течности по-рядко се използват „тежка вода“ и течен графит. Ако говорим за работата на атомна електроцентрала, тогава за генериране на топлина се използва ядрен реактор. Самото електричество се генерира по същия метод, както при другите видове електроцентрали - парата върти турбината, а енергията на движение се преобразува в електрическа.

По-долу има диаграма на работата на ядрен реактор.

Както вече казахме, разпадането на тежко ураново ядро произвежда по-леки елементи и малко неутрони. Получените неутрони се сблъскват с други ядра, което също ги кара да се делят. В този случай броят на неутроните расте лавинообразно.

Трябва да се спомене тук коефициент на размножаване на неутрони . Така че, ако този коефициент надвишава стойност, равна на единица, възниква ядрена експлозия. Ако стойността е по-малка от единица, има твърде малко неутрони и реакцията замира. Но ако поддържате стойността на коефициента равна на единица, реакцията ще продължи дълго и стабилно.

Въпросът е как да го направя? В реактора горивото е в т.нар горивни елементи (TVELah). Това са пръчки, в които под формата на малки таблетки, ядрено гориво . Горивните пръти са свързани в шестоъгълни касети, които в реактора могат да бъдат стотици. Касетите с горивни пръти са разположени вертикално, докато всеки горивен прът има система, която ви позволява да регулирате дълбочината на потапянето му в сърцевината. Освен самите касети, сред тях са контролни пръти и пръти за аварийна защита . Пръчките са направени от материал, който абсорбира добре неутроните. По този начин контролните пръти могат да бъдат спускани на различни дълбочини в активната зона, като по този начин се регулира коефициентът на размножаване на неутрони. Аварийните пръти са предназначени за спиране на реактора в случай на авария.

Как се стартира ядрен реактор?

Разбрахме самия принцип на работа, но как да стартираме и накараме реактора да функционира? Грубо казано, ето го - парче уран, но в крайна сметка верижна реакция не започва от само себе си. Факт е, че в ядрената физика има понятие критична маса .

Критичната маса е масата на делящия се материал, необходима за започване на ядрена верижна реакция.

С помощта на горивни елементи и управляващи пръти първо се създава критична маса ядрено гориво в реактора, след което реакторът се довежда до оптимално ниво на мощност на няколко етапа.

В тази статия се опитахме да ви дадем обща представа за структурата и принципа на работа на ядрен (атомен) реактор. Ако имате въпроси по темата или университетът е задал проблем по ядрена физика, моля, свържете се с специалисти на нашата компания. Ние, както обикновено, сме готови да ви помогнем да разрешите всеки неотложен проблем от вашето обучение. Междувременно ние правим това, вашето внимание е още едно образователно видео!

За да разберете принципа на работа и дизайна на ядрен реактор, трябва да направите кратко отклонение в миналото. Ядреният реактор е вековна въплътена, макар и не напълно, мечта на човечеството за неизчерпаем източник на енергия. Негов древен „прародител” е огън от сухи клони, който някога е осветявал и топлел сводовете на пещерата, където далечните ни предци са намирали спасение от студа. По-късно хората усвоиха въглеводородите - въглища, шисти, нефт и природен газ.

Започна бурна, но краткотрайна ера на парата, която беше заменена от още по-фантастична ера на електричеството. Градовете се изпълниха със светлина, а работилниците с бръмчене на непознати дотогава машини, задвижвани от електродвигатели. Тогава изглеждаше, че прогресът е достигнал връхната си точка.

Всичко се променя в края на 19 век, когато френският химик Антоан Анри Бекерел случайно открива, че солите на урана са радиоактивни. След 2 години неговите сънародници Пиер Кюри и съпругата му Мария Склодовска-Кюри получават радий и полоний от тях, като нивото на тяхната радиоактивност е милиони пъти по-високо от това на торий и уран.

Щафетата е поета от Ърнест Ръдърфорд, който подробно изучава природата на радиоактивните лъчи. Така започна епохата на атома, който роди своето любимо дете - ядрения реактор.

Първи ядрен реактор

"Първородният" е от САЩ. През декември 1942 г. реакторът даде първия ток, който получи името на своя създател, един от най-големите физици на века, Е. Ферми. Три години по-късно атомната централа ZEEP оживя в Канада. "Бронз" отиде при първия съветски реактор Ф-1, пуснат в края на 1946 г. И. В. Курчатов стана ръководител на вътрешния ядрен проект. Днес в света успешно работят над 400 атомни енергоблока.

Видове ядрени реактори

Основната им цел е да поддържат контролирана ядрена реакция, която произвежда електричество. Някои реактори произвеждат изотопи. Накратко, това са устройства, в дълбините на които едни вещества се превръщат в други с отделяне на голямо количество топлинна енергия. Това е своеобразна "пещ", където вместо традиционните горива се "изгарят" изотопи на уран - U-235, U-238 и плутоний (Pu).

За разлика например от автомобил, предназначен за няколко вида бензин, всеки вид радиоактивно гориво има свой собствен тип реактор. Те са две - на бавни (с U-235) и бързи (с U-238 и Pu) неутрони. Повечето атомни електроцентрали са оборудвани с реактори с бавни неутрони. В допълнение към атомните електроцентрали, инсталациите "работят" в изследователски центрове, на атомни подводници и.

Как е реактора

Всички реактори имат приблизително еднаква схема. Неговото "сърце" е активната зона. Може грубо да се сравни с пещта на конвенционална печка. Само вместо дърва за огрев има ядрено гориво под формата на горивни елементи с модератор - ТВЕЛ. Активната зона е разположена вътре в своеобразна капсула - неутронен рефлектор. Горивните пръти се "измиват" от охлаждащата течност - вода. Тъй като „сърцето“ има много високо ниво на радиоактивност, то е заобиколено от надеждна радиационна защита.

Операторите контролират работата на инсталацията с помощта на две критични системи, контрол на верижната реакция и система за дистанционно управление. Ако възникне извънредна ситуация, незабавно се задейства аварийна защита.

Как работи реакторът

Атомният "пламък" е невидим, тъй като процесите протичат на ниво ядрено делене. В хода на верижна реакция тежките ядра се разпадат на по-малки фрагменти, които, намирайки се във възбудено състояние, стават източници на неутрони и други субатомни частици. Но процесът не свършва дотук. Неутроните продължават да се „раздробяват“, в резултат на което се освобождава много енергия, тоест какво се случва, за които се изграждат атомни електроцентрали.

Основната задача на персонала е да поддържа верижна реакция с помощта на контролни пръти на постоянно, регулируемо ниво. Това е основната му разлика от атомната бомба, където процесът на ядрено разпадане е неконтролируем и протича бързо, под формата на мощна експлозия.

Какво се случи в атомната електроцентрала в Чернобил

Една от основните причини за катастрофата в атомната електроцентрала в Чернобил през април 1986 г. е грубо нарушение на правилата за безопасност при експлоатацията в процеса на текущата поддръжка на 4-ти енергоблок. Тогава от активната зона бяха извадени едновременно 203 графитни пръчки вместо разрешените по норматив 15. В резултат на това започналата неконтролирана верижна реакция завърши с термична експлозия и пълно унищожаване на енергийния блок.

Реактори от ново поколение

През последното десетилетие Русия се превърна в един от световните лидери в ядрената енергетика. В момента държавната корпорация "Росатом" изгражда атомни електроцентрали в 12 страни, където се изграждат 34 енергоблока. Такова голямо търсене е доказателство за високото ниво на съвременните руски ядрени технологии. Следват новите реактори от 4-то поколение.

"Брест"

Един от тях е Брест, който се разработва в рамките на проекта Breakthrough. Настоящите системи с отворен цикъл работят с ниско обогатен уран, оставяйки след себе си голямо количество отработено гориво, което трябва да бъде изхвърлено на огромни разходи. "Брест" - реактор на бързи неутрони е уникален в затворен цикъл.

При него отработеното гориво след подходяща обработка в реактор на бързи неутрони отново се превръща в пълноценно гориво, което може да бъде заредено обратно в същото съоръжение.

Брест се отличава с високо ниво на сигурност. Той никога няма да "избухне" дори и при най-сериозната авария, той е много икономичен и екологичен, тъй като използва повторно своя "обновен" уран. Той също така не може да се използва за производство на оръжеен плутоний, което отваря най-широки перспективи за неговия износ.

ВВЕР-1200

ВВЕР-1200 е иновативен реактор от поколение 3+ с мощност 1150 MW. Благодарение на уникалните си технически възможности, той има почти абсолютна експлоатационна безопасност. Реакторът е оборудван с изобилие от системи за пасивна безопасност, които ще работят дори при липса на захранване в автоматичен режим.

Една от тях е система за пасивно отвеждане на топлината, която се активира автоматично, когато реакторът е напълно обезтощен. В този случай се предвиждат аварийни хидравлични резервоари. При необичаен спад на налягането в първи контур в реактора се подава голямо количество вода, съдържаща бор, който гаси ядрената реакция и абсорбира неутрони.

Друго ноу-хау е разположено в долната част на херметичната конструкция – „уловителя“ на стопилката. Ако все пак в резултат на авария активната зона "изтече", "капанът" няма да позволи на защитната конструкция да се срути и да предотврати навлизането на радиоактивни продукти в земята.

Устройството и принципът на действие се основават на инициализацията и управлението на самоподдържаща се ядрена реакция. Използва се като изследователски инструмент, за производство на радиоактивни изотопи и като източник на енергия за атомни електроцентрали.

принцип на работа (накратко)

Тук се използва процес, при който тежко ядро се разпада на два по-малки фрагмента. Тези фрагменти са в силно възбудено състояние и излъчват неутрони, други субатомни частици и фотони. Неутроните могат да предизвикат ново делене, в резултат на което се отделят повече неутрони и т.н. Такава непрекъсната самоподдържаща се поредица от разделяния се нарича верижна реакция. В този случай се отделя голямо количество енергия, чието производство е целта на използването на атомни електроцентрали.

Принципът на работа на ядрения реактор е такъв, че около 85% от енергията на делене се освобождава за много кратък период от време след началото на реакцията. Останалата част се получава от радиоактивния разпад на продуктите на делене, след като са излъчили неутрони. Радиоактивният разпад е процесът, при който атомът достига по-стабилно състояние. Продължава и след приключване на делбата.

В атомна бомба верижната реакция нараства по интензитет, докато по-голямата част от материала се разцепи. Това се случва много бързо, предизвиквайки изключително мощните експлозии, характерни за подобни бомби. Устройството и принципът на работа на ядрения реактор се основават на поддържането на верижна реакция на контролирано, почти постоянно ниво. Той е проектиран по такъв начин, че да не може да избухне като атомна бомба.

Верижна реакция и критичност

Физиката на реактора за ядрено делене е, че верижната реакция се определя от вероятността за ядрено делене след излъчването на неутрони. Ако населението на последното намалее, тогава скоростта на делене в крайна сметка ще падне до нула. В този случай реакторът ще бъде в подкритично състояние. Ако популацията от неутрони се поддържа на постоянно ниво, тогава скоростта на делене ще остане стабилна. Реакторът ще бъде в критично състояние. И накрая, ако популацията от неутрони расте с течение на времето, скоростта на делене и мощността ще се увеличат. Състоянието на ядрото ще стане суперкритично.

Принципът на работа на ядрения реактор е следният. Преди изстрелването му неутронната популация е близо до нула. След това операторите премахват контролните пръти от ядрото, увеличавайки ядреното делене, което временно поставя реактора в свръхкритично състояние. След достигане на номиналната мощност операторите частично връщат управляващите пръти, регулирайки броя на неутроните. В бъдеще реакторът се поддържа в критично състояние. Когато трябва да се спре, операторите вкарват прътите докрай. Това потиска деленето и довежда ядрото до подкритично състояние.

Типове реактори

Повечето от ядрените инсталации в света генерират енергия, генерирайки топлината, необходима за въртене на турбините, които задвижват генераторите на електрическа енергия. Освен това има много изследователски реактори, а някои страни разполагат с ядрени подводници или надводни кораби.

Електроцентрали

Има няколко типа реактори от този тип, но конструкцията с лека вода е намерила широко приложение. От своя страна може да използва вода под налягане или вряща вода. В първия случай течността под високо налягане се нагрява от топлината на ядрото и влиза в парогенератора. Там топлината от първи контур се предава на втория, който също съдържа вода. Евентуално генерираната пара служи като работна течност в цикъла на парната турбина.

Реакторът от кипящ тип работи на принципа на директен енергиен цикъл. Водата, преминаваща през активната зона, се довежда до кипене при средно ниво на налягане. Наситената пара преминава през серия от сепаратори и сушилни, разположени в корпуса на реактора, което я довежда до прегрято състояние. След това прегрятата водна пара се използва като работна течност за завъртане на турбина.

Високотемпературно газово охлаждане

Високотемпературен реактор с газово охлаждане (HTGR) е ядрен реактор, чийто принцип на работа се основава на използването на смес от графит и горивни микросфери като гориво. Има два конкуриращи се дизайна:

немската система "fill", която използва 60 мм сферични горивни елементи, които са смес от графит и гориво в графитна обвивка;
американска версия под формата на графитни шестоъгълни призми, които се свързват, за да образуват активна зона.

И в двата случая охлаждащата течност се състои от хелий под налягане от около 100 атмосфери. В германската система хелият преминава през пролуки в слоя от сферични горивни елементи, а в американската система през отвори в графитни призми, разположени по оста на централната зона на реактора. И двата варианта могат да работят при много високи температури, тъй като графитът има изключително висока температура на сублимация, докато хелият е напълно химически инертен. Горещият хелий може да се използва директно като работен флуид в газова турбина при висока температура или неговата топлина може да се използва за генериране на пара във воден цикъл.

Течен метал и принцип на работа

Реакторите с натриево охлаждане на бързи неутрони получиха голямо внимание през 60-те и 70-те години на миналия век. Тогава изглеждаше, че способността им да се възпроизвеждат в близко бъдеще е необходима за производството на гориво за бързо развиващата се ядрена индустрия. Когато през 80-те години стана ясно, че това очакване е нереалистично, ентусиазмът избледня. Въпреки това редица реактори от този тип са построени в САЩ, Русия, Франция, Великобритания, Япония и Германия. Повечето от тях работят с ураниев диоксид или неговата смес с плутониев диоксид. В Съединените щати обаче най-голям успех има при металните горива.

КАНДУ

Канада е насочила усилията си към реактори, които използват естествен уран. Това елиминира необходимостта за неговото обогатяване да се прибягва до услугите на други държави. Резултатът от тази политика беше деутериево-урановият реактор (CANDU). Управлението и охлаждането в него се осъществява с тежка вода. Устройството и принципът на работа на ядрен реактор е да се използва резервоар със студен D 2 O при атмосферно налягане. Активната зона е пробита от тръби от циркониева сплав с гориво от естествен уран, през които тежка вода го охлажда. Електричеството се произвежда чрез прехвърляне на топлината на делене в тежка вода към охлаждаща течност, която циркулира през парогенератора. След това парата във вторичната верига преминава през конвенционален турбинен цикъл.

Изследователски съоръжения

За научни изследвания най-често се използва ядрен реактор, чийто принцип на работа е използването на водно охлаждане и ламеларни уранови горивни елементи под формата на възли. Способни да работят в широк диапазон от нива на мощност, от няколко киловата до стотици мегавати. Тъй като производството на електроенергия не е основната задача на изследователските реактори, те се характеризират с генерираната топлинна енергия, плътността и номиналната енергия на неутроните в активната зона. Именно тези параметри помагат да се определи количествено способността на изследователския реактор да провежда специфични изследвания. Системите с ниска мощност обикновено се използват в университетите за преподаване, докато високата мощност е необходима в изследователските лаборатории за тестване на материали и ефективност и общи изследвания.

Най-често срещаният изследователски ядрен реактор, структурата и принципът на действие на който е както следва. Активната му зона се намира на дъното на голям дълбок воден басейн. Това опростява наблюдението и поставянето на канали, през които могат да се насочват неутронни лъчи. При ниски нива на мощност не е необходимо да се обезвъздушава охладителната течност, тъй като естествената конвекция на охлаждащата течност осигурява достатъчно разсейване на топлината за поддържане на безопасно работно състояние. Топлообменникът обикновено се намира на повърхността или в горната част на басейна, където се натрупва гореща вода.

Корабни инсталации

Първоначалното и основно приложение на ядрените реактори е използването им в подводници. Основното им предимство е, че за разлика от системите за изгаряне на изкопаеми горива, те не изискват въздух за генериране на електричество. Следователно атомната подводница може да остане потопена за дълги периоди от време, докато конвенционалната дизел-електрическа подводница трябва периодично да се издига на повърхността, за да стартира двигателите си във въздуха. дава стратегическо предимство на военните кораби. Благодарение на него няма нужда да зареждате гориво в чужди пристанища или от лесно уязвими танкери.

Принципът на работа на ядрен реактор на подводница е класифициран. Известно е обаче, че в САЩ се използва високообогатен уран, а забавянето и охлаждането става с лека вода. Дизайнът на първия реактор на атомната подводница USS Nautilus беше силно повлиян от мощни изследователски съоръжения. Неговите уникални характеристики са много голям запас на реактивност, който осигурява дълъг период на работа без презареждане и възможност за рестартиране след изключване. Електрическата станция в подводниците трябва да е много тиха, за да избегне откриването. За да отговорят на специфичните нужди на различни класове подводници, бяха създадени различни модели електроцентрали.

Самолетоносачите на ВМС на САЩ използват ядрен реактор, чийто принцип се смята, че е заимстван от най-големите подводници. Подробности за дизайна им също не са публикувани.

Освен САЩ атомни подводници имат Великобритания, Франция, Русия, Китай и Индия. Във всеки случай дизайнът не беше разкрит, но се смята, че всички те са много сходни - това е следствие от едни и същи изисквания към техническите им характеристики. Русия също има малък флот, който е оборудван със същите реактори като съветските подводници.

Промишлени предприятия

За производствени цели се използва ядрен реактор, чийто принцип на работа е висока производителност с ниско ниво на производство на енергия. Това се дължи на факта, че продължителният престой на плутоний в активната зона води до натрупване на нежелан 240 Pu.

Производство на тритий

Понастоящем тритият (3H или T) е основният материал, произвеждан от такива системи - зарядът за плутоний-239 има дълъг период на полуразпад от 24 100 години, така че страните с арсенали с ядрени оръжия, използващи този елемент, са склонни да имат повече отколкото е необходимо. За разлика от 239 Pu, тритият има период на полуразпад приблизително 12 години. Следователно, за да се поддържат необходимите запаси, този радиоактивен изотоп на водорода трябва да се произвежда непрекъснато. В Съединените щати, река Савана, Южна Каролина, например, работи с няколко тежководни реактора, които произвеждат тритий.

Плаващи силови агрегати

Създадени са ядрени реактори, които могат да осигурят електричество и парно отопление на отдалечени изолирани райони. В Русия, например, малки електроцентрали, специално проектирани да обслужват арктическите общности, намериха приложение. В Китай централа HTR-10 с мощност 10 MW доставя топлина и енергия на изследователския институт, където се намира. Малки контролирани реактори с подобни възможности се разработват в Швеция и Канада. Между 1960 и 1972 г. американската армия използва компактни водни реактори за захранване на отдалечени бази в Гренландия и Антарктика. Те бяха заменени от електроцентрали, работещи с петрол.

Изследване на космоса

Освен това са разработени реактори за захранване и движение в открития космос. Между 1967 и 1988 г. Съветският съюз инсталира малки ядрени инсталации на сателитите Космос за захранване на оборудване и телеметрия, но тази политика стана мишена за критики. Поне един от тези сателити навлезе в земната атмосфера, което доведе до радиоактивно замърсяване на отдалечени райони на Канада. Съединените щати изстреляха само един сателит с ядрена енергия през 1965 г. Въпреки това продължават да се разработват проекти за използването им в полети в дълбокия космос, пилотирано изследване на други планети или на постоянна лунна база. Това задължително ще бъде ядрен реактор с газово охлаждане или течнометален ядрен реактор, чиито физически принципи ще осигурят възможно най-високата температура, необходима за минимизиране на размера на радиатора. Освен това реакторът на космическия кораб трябва да бъде възможно най-компактен, за да се сведе до минимум количеството материал, използван за екраниране, и да се намали теглото по време на изстрелване и космически полет. Захранването с гориво ще осигури работата на реактора за целия период на космическия полет.

Появата на такова мощно оръжие като ядрена бомба е резултат от взаимодействието на глобални фактори от обективен и субективен характер. Обективно неговото създаване е предизвикано от бурното развитие на науката, което започва с фундаменталните открития на физиката през първата половина на 20 век. Най-силният субективен фактор беше военно-политическата ситуация от 40-те години, когато страните от антихитлеристката коалиция - САЩ, Великобритания, СССР - се опитаха да изпреварят една друга в разработването на ядрени оръжия.

Предпоставки за създаване на ядрена бомба

Отправната точка на научния път към създаването на атомно оръжие е 1896 г., когато френският химик А. Бекерел открива радиоактивността на урана. Именно верижната реакция на този елемент формира основата за разработването на ужасни оръжия.

В края на 19-ти и през първите десетилетия на 20-ти век учените откриват алфа, бета, гама лъчи, откриват много радиоактивни изотопи на химичните елементи, закона за радиоактивния разпад и поставят основите на изучаването на ядрената изометрия. През 30-те години на миналия век неутронът и позитронът стават известни и ядрото на атома на урана с абсорбцията на неутрони за първи път е разделено. Това беше тласъкът за създаването на ядрено оръжие. Френският физик Фредерик Жолио-Кюри е първият, който изобретява и патентова дизайна на ядрената бомба през 1939 г.

В резултат на по-нататъшното развитие ядрените оръжия се превърнаха в исторически безпрецедентен военно-политически и стратегически феномен, способен да гарантира националната сигурност на държавата собственик и да минимизира възможностите на всички други оръжейни системи.

Дизайнът на атомна бомба се състои от редица различни компоненти, сред които има два основни:

кадър,
система за автоматизация.

Автоматизацията, заедно с ядрен заряд, се намира в кутия, която ги предпазва от различни влияния (механични, термични и др.). Системата за автоматизация контролира експлозията да се случи в строго определено време. Състои се от следните елементи:

аварийна детонация;
устройство за безопасност и взвеждане;
източник на енергия;
сензори за детонация на заряда.

Доставката на атомни заряди се извършва с помощта на авиационни, балистични и крилати ракети. В същото време ядрените боеприпаси могат да бъдат елемент на противопехотна мина, торпедо, авиационни бомби и др.

Системите за детонация на ядрени бомби са различни. Най-простото е инжекционното устройство, при което импулсът за експлозията е удрянето на целта и последващото образуване на суперкритична маса.

Друга характеристика на атомните оръжия е размерът на калибъра: малък, среден, голям. Най-често силата на експлозията се характеризира в тротилов еквивалент.Ядрено оръжие с малък калибър предполага капацитет на заряд от няколко хиляди тона TNT. Средният калибър вече е равен на десетки хиляди тонове тротил, големият - измерен в милиони.

Принцип на действие

Схемата на атомната бомба се основава на принципа на използване на ядрената енергия, освободена по време на ядрена верижна реакция. Това е процесът на делене на тежки или синтез на леки ядра. Поради освобождаването на огромно количество вътрешноядрена енергия за най-кратък период от време, ядрената бомба се класифицира като оръжие за масово унищожение.

Има два ключови момента в този процес:

център на ядрен взрив, в който директно протича процесът;
епицентърът, който е проекцията на този процес върху повърхността (земя или вода).

Ядрената експлозия освобождава количество енергия, което, когато се проектира върху земята, причинява сеизмични трусове. Ареалът на тяхното разпространение е много голям, но значителни екологични щети се нанасят само на разстояние от няколкостотин метра.

Ядрените оръжия имат няколко вида унищожаване:

излъчване на светлина,
радиоактивно замърсяване,
ударна вълна,
проникваща радиация,
електромагнитен импулс.

Ядрената експлозия е придружена от ярка светкавица, която се образува поради освобождаването на голямо количество светлина и топлинна енергия. Силата на тази светкавица е многократно по-голяма от силата на слънчевите лъчи, така че опасността от светлинни и топлинни щети се простира на няколко километра.

Друг много опасен фактор при въздействието на ядрена бомба е радиацията, генерирана по време на експлозията. Действа само през първите 60 секунди, но има максимална проникваща сила.

Ударната вълна има висока мощност и значителен разрушителен ефект, поради което за няколко секунди причинява големи щети на хора, оборудване и сгради.

Проникващата радиация е опасна за живите организми и е причина за лъчева болест при хората. Електромагнитният импулс засяга само техниката.

Всички тези видове щети заедно правят атомната бомба много опасно оръжие.

Първи тестове на ядрена бомба

САЩ първи проявиха най-голям интерес към атомното оръжие. В края на 1941 г. в страната са отделени огромни средства и ресурси за създаването на ядрено оръжие. Работата доведе до първите тестове на атомна бомба с взривно устройство "Gadget", които се състояха на 16 юли 1945 г. в американския щат Ню Мексико.

Време е САЩ да действат. За победния край на Втората световна война беше решено да се победи съюзникът на нацистка Германия - Япония. В Пентагона бяха избрани цели за първите ядрени удари, с които САЩ искаха да демонстрират колко мощни оръжия притежават.

На 6 август същата година над японския град Хирошима е хвърлена първата атомна бомба под името "Хлапе", а на 9 август бомба с името "Дебелия човек" пада над Нагасаки.

Ударът в Хирошима се счита за идеален: ядрено устройство избухна на височина 200 метра. Взривната вълна преобърна печките в къщите на японците, отоплявани на въглища. Това доведе до множество пожари дори в градски райони, далеч от епицентъра.

Първоначалната светкавица беше последвана от въздействие на топлинна вълна, която продължи секунди, но силата й, обхващаща радиус от 4 км, разтопи плочки и кварц в гранитни плочи, изпепели телеграфни стълбове. След жегата дойде ударната вълна. Скоростта на вятъра беше 800 км/ч, а поривът му събори почти всичко в града. От 76 000 сгради 70 000 са напълно разрушени.

Няколко минути по-късно започна да вали странен дъжд от големи черни капки. Причинено е от кондензация, образувана в по-студените слоеве на атмосферата от пара и пепел.

Хората, ударени от огнено кълбо на разстояние 800 метра, бяха изгорени и превърнати в прах.На някои изгорялата им кожа е била разкъсана от ударната вълна. Капките черен радиоактивен дъжд оставиха нелечими изгаряния.

Оцелелите се разболяват от неизвестна досега болест. Те започнаха да изпитват гадене, повръщане, треска, пристъпи на слабост. Нивото на белите клетки в кръвта спадна рязко. Това бяха първите признаци на лъчева болест.

3 дни след бомбардировката над Хирошима е хвърлена бомба над Нагасаки. Имаше същата сила и предизвикваше подобни ефекти.

Две атомни бомби убиха стотици хиляди хора за секунди. Първият град на практика е изтрит от лицето на земята от ударната вълна. Повече от половината цивилни (около 240 хиляди души) загиват веднага от раните си. Много хора са били изложени на радиация, което е довело до лъчева болест, рак, безплодие. В Нагасаки в първите дни са убити 73 хиляди души, а след известно време още 35 хиляди жители умират в тежки мъки.

Видео: тестове на ядрена бомба

RDS-37 тестове

Създаване на атомна бомба в Русия

Последствията от бомбардировките и историята на жителите на японските градове шокираха И. Сталин. Стана ясно, че създаването на собствено ядрено оръжие е въпрос на национална сигурност. На 20 август 1945 г. в Русия започва работа Комитетът по атомна енергия, ръководен от Л. Берия.

От 1918 г. в СССР се провеждат изследвания по ядрена физика. През 1938 г. в Академията на науките е създадена комисия по атомното ядро. Но с избухването на войната почти цялата работа в тази посока беше спряна.

През 1943 г. съветските разузнавачи предават от Англия затворени научни статии за атомната енергия, от които следва, че създаването на атомната бомба на Запад е напреднало далеч напред. В същото време в Съединените щати надеждни агенти бяха въведени в няколко американски центъра за ядрени изследвания. Те предават информация за атомната бомба на съветските учени.

Техническото задание за разработването на два варианта на атомната бомба е съставено от техния създател и един от научните ръководители Ю. Харитон. В съответствие с него е планирано да се създаде RDS („специален реактивен двигател“) с индекс 1 и 2:

RDS-1 - бомба със заряд от плутоний, която трябваше да подкопае чрез сферична компресия. Устройството му е предадено от руското разузнаване.
RDS-2 е оръдейна бомба с две части от уранов заряд, които трябва да се приближават една към друга в дулото на оръдието, докато се създаде критична маса.

В историята на известния RDS най-често срещаното декодиране - "Русия го прави сама" - е изобретено от заместника на Ю. Харитон по научната работа К. Щелкин. Тези думи много точно предадоха същността на работата.

Информацията, че СССР е усвоил тайните на ядрените оръжия, предизвика импулс в САЩ да започнат превантивна война възможно най-скоро. През юли 1949 г. се появява Троянският план, според който е планирано военните действия да започнат на 1 януари 1950 г. След това датата на нападението е преместена на 1 януари 1957 г. с условието всички страни от НАТО да влязат във войната.

Информацията, получена по разузнавателни канали, ускори работата на съветските учени. Според западни експерти съветското ядрено оръжие не е могло да бъде създадено преди 1954-1955 г. Тестът на първата атомна бомба обаче се проведе в СССР в края на август 1949 г.

На 29 август 1949 г. на полигона Семипалатинск е взривено ядреното устройство РДС-1 - първата съветска атомна бомба, която е изобретена от екип учени, ръководени от И. Курчатов и Ю. Харитон. Експлозията е била с мощност 22 кт. Дизайнът на заряда имитира американския "Дебел човек", а електронният пълнеж е създаден от съветски учени.

Троянският план, според който американците щяха да хвърлят атомни бомби върху 70 града в СССР, беше осуетен поради вероятността от ответен удар. Събитието на полигона в Семипалатинск информира света, че съветската атомна бомба сложи край на американския монопол върху притежаването на нови оръжия. Това изобретение напълно разруши милитаристичния план на САЩ и НАТО и предотврати развитието на Третата световна война. Започна нова история - ера на световен мир, съществуваща под заплахата от пълно унищожение.

"Ядрен клуб" на света

Ядреният клуб е символ на няколко държави, които притежават ядрени оръжия. Днес има такива оръжия:

в САЩ (от 1945 г.)
в Русия (първоначално СССР, от 1949 г.)
във Великобритания (от 1952 г.)
във Франция (от 1960 г.)
в Китай (от 1964 г.)
в Индия (от 1974 г.)
в Пакистан (от 1998 г.)
в Северна Корея (от 2006 г.)

Смята се, че Израел също има ядрено оръжие, въпреки че ръководството на страната не коментира наличието му. Освен това на територията на страните-членки на НАТО (Германия, Италия, Турция, Белгия, Холандия, Канада) и съюзниците (Япония, Южна Корея, въпреки официалния отказ) са разположени ядрени оръжия на САЩ.

Казахстан, Украйна, Беларус, които притежаваха част от ядреното оръжие след разпадането на СССР, през 90-те години го предадоха на Русия, която стана единствен наследник на съветския ядрен арсенал.

Атомните (ядрените) оръжия са най-мощният инструмент на глобалната политика, който твърдо влезе в арсенала на отношенията между държавите. От една страна, това е ефективно възпиращо средство, от друга страна, това е важен аргумент за предотвратяване на военни конфликти и укрепване на мира между силите, които притежават тези оръжия. Това е символ на цяла епоха в историята на човечеството и международните отношения, към която трябва да се подхожда много мъдро.

Видео: музей на ядрените оръжия

Видео за руската цар бомба

Ако имате въпроси - оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители ще се радваме да им отговорим.

След края на Втората световна война страните от антихитлеристката коалиция бързо се опитаха да изпреварят една друга в разработването на по-мощна ядрена бомба.

Първият тест, проведен от американците върху реални обекти в Япония, нажежи до краен предел обстановката между СССР и САЩ. Мощните експлозии, които гръмнаха в японските градове и практически унищожиха целия живот в тях, принудиха Сталин да се откаже от много претенции на световната сцена. Повечето от съветските физици бяха спешно "хвърлени" към разработването на ядрени оръжия.

Кога и как се появиха ядрените оръжия

1896 г. може да се счита за година на раждане на атомната бомба. Тогава френският химик А. Бекерел открива, че уранът е радиоактивен. Верижната реакция на урана образува мощна енергия, която служи като основа за ужасна експлозия. Едва ли Бекерел си е представял, че откритието му ще доведе до създаването на ядрено оръжие - най-ужасното оръжие в целия свят.

Краят на 19 - началото на 20 век е повратна точка в историята на изобретяването на ядрени оръжия. Именно в този период учени от различни страни по света успяха да открият следните закони, лъчи и елементи:

Алфа, гама и бета лъчи;
Открити са много изотопи на химични елементи с радиоактивни свойства;
Открит е законът за радиоактивния разпад, който определя времевата и количествената зависимост на интензитета на радиоактивния разпад в зависимост от броя на радиоактивните атоми в пробата за изследване;
Ражда се ядрената изометрия.

През 30-те години на миналия век за първи път успяха да разделят атомното ядро на урана чрез абсорбиране на неутрони. В същото време са открити позитрони и неврони. Всичко това даде мощен тласък на развитието на оръжия, използващи атомна енергия. През 1939 г. е патентована първата в света конструкция на атомна бомба. Това е направено от френския физик Фредерик Жолио-Кюри.

В резултат на по-нататъшни изследвания и разработки в тази област се роди ядрена бомба. Мощността и обхватът на унищожаване на съвременните атомни бомби са толкова големи, че държава с ядрен потенциал практически не се нуждае от мощна армия, тъй като една атомна бомба е в състояние да унищожи цяла държава.

Как работи атомната бомба

Атомната бомба се състои от много елементи, основните от които са:

Корпус за атомна бомба;
Система за автоматизация, която контролира процеса на експлозия;
Ядрен заряд или бойна глава.

Системата за автоматизация е разположена в тялото на атомна бомба, заедно с ядрен заряд. Конструкцията на корпуса трябва да бъде достатъчно надеждна, за да защити бойната глава от различни външни фактори и влияния. Например различни механични, термични или подобни въздействия, които могат да доведат до непланирана експлозия с голяма мощност, способна да унищожи всичко наоколо.

Задачата на автоматизацията включва пълен контрол върху експлозията в точното време, така че системата се състои от следните елементи:

Устройство, отговорно за аварийна детонация;
Захранване на системата за автоматизация;
Сензорна система за подкопаване;
устройство за вдигане;
Предпазно устройство.

Когато бяха проведени първите тестове, ядрените бомби бяха доставени от самолети, които имаха време да напуснат засегнатата зона. Съвременните атомни бомби са толкова мощни, че могат да бъдат доставени само с помощта на крилати, балистични или дори противовъздушни ракети.

Атомните бомби използват различни системи за детонация. Най-простият от тях е просто устройство, което се задейства, когато снаряд удари цел.

Една от основните характеристики на ядрените бомби и ракети е тяхното разделяне на калибри, които са три вида:

Малка, мощността на атомните бомби от този калибър е еквивалентна на няколко хиляди тона TNT;
Средна (мощност на експлозията - няколко десетки хиляди тона TNT);
Голям, чиято зарядна мощност се измерва в милиони тонове TNT.

Интересно е, че най-често мощността на всички ядрени бомби се измерва точно в тротилов еквивалент, тъй като няма скала за измерване на мощността на експлозия за атомни оръжия.

Алгоритми за работа на ядрени бомби

Всяка атомна бомба работи на принципа на използване на ядрена енергия, която се освобождава по време на ядрена реакция. Тази процедура се основава или на деленето на тежки ядра, или на синтеза на белите дробове. Тъй като тази реакция освобождава огромно количество енергия и за възможно най-кратко време, радиусът на унищожаване на ядрена бомба е много впечатляващ. Поради тази особеност ядрените оръжия се класифицират като оръжия за масово унищожение.

Има два основни момента в процеса, който започва с експлозията на атомна бомба:

Това е непосредственият център на експлозията, където протича ядрената реакция;
Епицентърът на експлозията, който се намира на мястото, където е избухнала бомбата.

Ядрената енергия, освободена по време на експлозията на атомна бомба, е толкова силна, че на земята започват сеизмични трусове. В същото време тези удари носят пряко унищожение само на разстояние от няколкостотин метра (въпреки че, като се има предвид силата на експлозията на самата бомба, тези удари вече не засягат нищо).

Фактори на увреждане при ядрен взрив

Експлозията на ядрена бомба носи не само ужасно мигновено разрушение. Последствията от този взрив ще усетят не само хората, попаднали в засегнатата зона, но и техните деца, родени след атомния взрив. Видовете унищожаване с атомни оръжия се разделят на следните групи:

Светлинно излъчване, което възниква директно по време на експлозията;
Ударната вълна, разпространена от бомба веднага след експлозията;
Електромагнитен импулс;
проникваща радиация;
Радиоактивно замърсяване, което може да продължи десетилетия.

Въпреки че на пръв поглед светкавицата представлява най-малка заплаха, всъщност тя се образува в резултат на освобождаването на огромно количество топлинна и светлинна енергия. Неговата сила и сила далеч надвишава силата на слънчевите лъчи, така че поражението на светлината и топлината може да бъде фатално на разстояние от няколко километра.

Много опасна е и радиацията, която се отделя при взрива. Въпреки че не издържа дълго, той успява да зарази всичко наоколо, тъй като способността му за проникване е невероятно висока.

Ударната вълна при атомна експлозия действа като същата вълна при конвенционалните експлозии, само че нейната сила и радиус на унищожение са много по-големи. За няколко секунди нанася непоправими щети не само на хората, но и на оборудването, сградите и околната природа.

Проникващата радиация провокира развитието на лъчева болест, а електромагнитният импулс е опасен само за оборудването. Комбинацията от всички тези фактори, плюс силата на експлозията, прави атомната бомба най-опасното оръжие в света.

Първият в света опит с ядрено оръжие

Първата страна, която разработи и тества ядрени оръжия, бяха Съединените американски щати. Правителството на САЩ отпусна огромни парични субсидии за разработването на обещаващи нови оръжия. До края на 1941 г. много изтъкнати учени в областта на атомното развитие са поканени в Съединените щати, които до 1945 г. успяват да представят прототип на атомна бомба, подходящ за тестване.

Първият в света тест на атомна бомба, оборудвана с взривно устройство, беше извършен в пустинята в щата Ню Мексико. Бомба, наречена "Gadget", е взривена на 16 юли 1945 г. Резултатът от теста беше положителен, въпреки че военните поискаха да се тества ядрена бомба в реални бойни условия.

Виждайки, че до победата на нацистката коалиция остава само една стъпка и може би няма да има повече такава възможност, Пентагонът реши да нанесе ядрен удар върху последния съюзник на нацистка Германия - Япония. Освен това използването на ядрена бомба трябваше да реши няколко проблема наведнъж:

За да се избегнат ненужните кръвопролития, които неизбежно биха се случили, ако американските войски стъпят на японската имперска територия;
Да постави непримиримите японци на колене с един удар, принуждавайки ги да се съгласят на благоприятни за Съединените щати условия;
Покажете на СССР (като възможен съперник в бъдеще), че американската армия има уникално оръжие, което може да заличи всеки град от лицето на земята;
И, разбира се, да видим на практика на какво са способни ядрените оръжия в реални бойни условия.

На 6 август 1945 г. над японския град Хирошима е хвърлена първата в света атомна бомба, която е използвана във военни действия. Тази бомба беше наречена "Бебе", тъй като теглото й беше 4 тона. Падането на бомбата беше внимателно планирано и удари точно там, където беше планирано. Онези къщи, които не бяха унищожени от взрива, изгоряха, тъй като печките, които паднаха в къщите, предизвикаха пожари и целият град беше обхванат от пламъци.

След ярка светкавица последва гореща вълна, която изгори всичко живо в радиус от 4 километра, а последвалата я ударна вълна разруши повечето сгради.

Пострадалите от топлинен удар в радиус от 800 метра са изгорени живи. Взривната вълна откъсна изгорялата кожа на мнозина. Няколко минути по-късно заваля странен черен дъжд, който се състоеше от пара и пепел. Тези, които паднаха под черния дъжд, кожата получиха нелечими изгаряния.

Малцината, които имаха късмета да оцелеят, се разболяха от лъчева болест, която по това време не само не беше изучавана, но и напълно непозната. Хората започнаха да развиват треска, повръщане, гадене и пристъпи на слабост.

На 9 август 1945 г. над град Нагасаки е хвърлена втората американска бомба, наречена „Дебелия човек“. Тази бомба имаше приблизително същата мощност като първата и последствията от нейната експлозия бяха също толкова опустошителни, въпреки че хората загинаха наполовина по-малко.

Две атомни бомби, хвърлени над японски градове, се оказаха първият и единствен случай в света на използване на атомно оръжие. Повече от 300 000 души загиват в първите дни след атентата. Още около 150 хиляди са починали от лъчева болест.

След ядрените бомбардировки над японските градове Сталин получава истински шок. Стана му ясно, че въпросът за разработването на ядрени оръжия в Съветска Русия е проблем за сигурността на цялата страна. Още на 20 август 1945 г. започва да работи специална комисия по атомна енергия, която спешно е създадена от И. Сталин.

Въпреки че изследванията върху ядрената физика са извършени от група ентусиасти още в царска Русия, в съветско време не им е обърнато нужното внимание. През 1938 г. всички изследвания в тази област са напълно прекратени, а много ядрени учени са репресирани като врагове на народа. След ядрените експлозии в Япония съветското правителство внезапно започна да възстановява ядрената индустрия в страната.

Има доказателства, че разработването на ядрени оръжия е извършено в нацистка Германия и германските учени са финализирали „суровата“ американска атомна бомба, така че правителството на САЩ премахна всички ядрени специалисти и всички документи, свързани с разработването на ядрени оръжия от Германия.

Съветската разузнавателна школа, която по време на войната успя да заобиколи всички чуждестранни разузнавателни служби, още през 1943 г. прехвърли на СССР секретни документи, свързани с разработването на ядрени оръжия. В същото време съветски агенти бяха въведени във всички големи американски центрове за ядрени изследвания.

В резултат на всички тези мерки още през 1946 г. е готово техническото задание за производството на две съветски ядрени бомби:

RDS-1 (с плутониев заряд);
РДС-2 (с две части уранов заряд).

Съкращението "RDS" беше дешифрирано като "Русия прави сама", което почти напълно отговаряше на реалността.

Новината, че СССР е готов да пусне ядрените си оръжия, принуди правителството на САЩ да предприеме драстични мерки. През 1949 г. е разработен Троянският план, според който се предвижда да бъдат хвърлени атомни бомби над 70 най-големи града в СССР. Само страхът от ответен удар попречи на този план да бъде реализиран.

Тази тревожна информация, идваща от съветски разузнавачи, принуди учените да работят в авариен режим. Още през август 1949 г. е изпробвана първата атомна бомба, произведена в СССР. Когато САЩ разбраха за тези тестове, троянският план беше отложен за неопределено време. Започва епохата на конфронтация между двете суперсили, известна в историята като Студената война.

Най-мощната ядрена бомба в света, известна като Цар Бомби, принадлежи именно към периода на Студената война. Съветски учени създадоха най-мощната бомба в историята на човечеството. Капацитетът му беше 60 мегатона, въпреки че беше планирано да се създаде бомба с капацитет от 100 килотона. Тази бомба е тествана през октомври 1961 г. Диаметърът на огненото кълбо по време на експлозията беше 10 километра, а взривната вълна обиколи земното кълбо три пъти. Именно този тест принуди повечето страни по света да подпишат споразумение за прекратяване на ядрените опити не само в земната атмосфера, но дори и в космоса.

Въпреки че атомните оръжия са отлично средство за сплашване на агресивни страни, от друга страна, те са способни да потушат всякакви военни конфликти в зародиш, тъй като всички страни в конфликта могат да бъдат унищожени при атомна експлозия.