Як влаштовано атомну бомбу. Як влаштована та працює ядерна боєголовка

Ядерний реактор працює злагоджено та чітко. Інакше, як відомо, буде біда. Але що там твориться всередині? Спробуємо сформулювати принцип роботи ядерного (атомного) реактора коротко, чітко із зупинками.

По суті, там відбувається той самий процес, що і при ядерному вибуху. Тільки вибух відбувається дуже швидко, а в реакторі все це розтягується на тривалий час. У результаті все залишається цілим і неушкодженим, а ми отримуємо енергію. Не стільки, щоб усе довкола одразу рознесло, але цілком достатню для того, щоб забезпечити електрикою місто.

Перш ніж зрозуміти, як іде керована ядерна реакція, потрібно дізнатися, що таке ядерна реакція взагалі.

Ядерна реакція - Це процес перетворення (розподілу) атомних ядер при взаємодії їх з елементарними частинками та гамма-квантами.

Ядерні реакції можуть проходити як із поглинанням, так і з виділенням енергії. У реакторі використовуються другі реакції.

Ядерний реактор - Це пристрій, призначенням якого є підтримка контрольованої ядерної реакції з виділенням енергії.

Часто ядерний реактор називають ще атомним. Зазначимо, що принципової різниці тут немає, але з погляду науки правильніше використовувати слово "ядерний". Нині існує безліч типів ядерних реакторів. Це величезні промислові реактори, призначені для вироблення енергії на електростанціях, атомні реактори підводних човнів, малі експериментальні реактори, які у наукових дослідах. Існують навіть реактори, які застосовуються для опріснення морської води.

Історія створення атомного реактора

Перший ядерний реактор був запущений у не такому вже далекому 1942 році. Сталося це у США під керівництвом Фермі. Цей реактор назвали "Чиказькою бронею".

1946 року запрацював перший радянський реактор, запущений під керівництвом Курчатова. Корпус цього реактора був куля семи метрів у діаметрі. Перші реактори не мали системи охолодження, і їхня потужність була мінімальною. До речі, радянський реактор мав середню потужність 20 Ватт, а американський – лише 1 Ватт. Для порівняння: середня потужність сучасних енергетичних реакторів складає 5 Гігават. Менш ніж через десять років після запуску першого реактора було відкрито першу у світі промислову атомну електростанцію у місті Обнінську.

Принцип роботи ядерного (атомного) реактора

Будь-який ядерний реактор має кілька частин: активна зона з паливом і сповільнювачем , відбивач нейтронів , теплоносій , система управління та захисту . Як паливо в реакторах найчастіше використовуються ізотопи. урану (235, 238, 233), плутонія (239) та торія (232). Активна зона є котел, через який протікає звичайна вода (теплоносій). Серед інших теплоносіїв рідше використовується «важка вода» та рідкий графіт. Якщо говорити про роботу АЕС, то ядерний реактор використовується для одержання тепла. Сама електрика виробляється тим самим методом, що й інших типах електростанцій - пар обертає турбіну, а енергія руху перетворюється на електричну енергію.

Наведемо нижче схему роботи ядерного реактора.

Як ми вже говорили, при розпаді важкого ядра урану утворюються легші елементи та кілька нейтронів. Утворені нейтрони стикаються з іншими ядрами, також викликаючи їх поділ. При цьому кількість нейтронів зростає лавиноподібно.

Тут слід згадати коефіцієнт розмноження нейтронів . Так, якщо цей коефіцієнт перевищує значення, що дорівнює одиниці, відбувається ядерний вибух. Якщо значення менше одиниці, нейтронів замало і реакція згасає. А ось якщо підтримувати значення коефіцієнта дорівнює одиниці, реакція протікатиме довго і стабільно.

Питання, як це зробити? У реакторі паливо знаходиться в так званих тепловиділяючі елементи (ТВЕЛах). Це стрижні, у яких у вигляді невеликих таблеток знаходиться ядерне паливо . ТВЕЛи з'єднані в касети шестигранної форми, яких у реакторі можуть бути сотні. Касети з ТВЕЛ розташовуються вертикально, при цьому кожен ТВЕЛ має систему, що дозволяє регулювати глибину його занурення в активну зону. Крім самих касет серед них розташовуються керуючі стрижні і стрижні аварійного захисту . Стрижні виготовлені з матеріалу, що добре поглинає нейтрони. Так, стрижні, що управляють, можуть бути опущені на різну глибину в активній зоні, тим самим регулюючи коефіцієнт розмноження нейтронів. Аварійні стрижні мають заглушити реактор у разі надзвичайної ситуації.

Як запускають ядерний реактор?

З самим принципом роботи ми розібралися, але як запустити та змусити реактор функціонувати? Грубо кажучи, ось він - шматок урану, але ланцюгова реакція не починається в ньому сама по собі. Справа в тому, що в ядерній фізиці існує поняття критичної маси .

Критична маса - це необхідна для початку ланцюгової ядерної реакції маса речовини, що ділиться.

За допомогою ТВЕЛів та керуючих стрижнів у ректорі спочатку створюється критична маса ядерного палива, а потім реактор у кілька етапів виводиться на оптимальний рівень потужності.

У цій статті ми постаралися дати Вам загальне уявлення про будову та принцип роботи ядерного (атомного) реактора. Якщо у Вас залишилися питання на тему або в університеті поставили завдання з ядерної фізики – звертайтесь до спеціалістам нашої компанії. Ми, як завжди, готові допомогти Вам вирішити будь-яке питання по навчанню. А поки ми цим займаємося, до Вашої уваги чергове освітнє відео!

Щоб зрозуміти принцип роботи та влаштування ядерного реактора, потрібно здійснити невеликий екскурс у минуле. Атомний реактор – це багатовікова втілена, хай і не до кінця, мрія людства про невичерпне джерело енергії. Його древній «прабатько» — багаття із сухих гілок, що одного разу осяяло і зігріло склепіння печери, де знаходили порятунок від холоду наші далекі предки. Пізніше люди освоїли вуглеводні – вугілля, сланці, нафту та природний газ.

Настала бурхлива, але недовга епоха пари, яку змінила ще фантастичніша епоха електрики. Міста наповнювалися світлом, а цехи – гулом небачених досі машин, які рухаються електродвигунами. Тоді здавалося, що прогрес досяг свого апогею.

Все змінилося наприкінці XIX століття, коли французький хімік Антуан Анрі Беккерель цілком випадково виявив, що солі урану мають радіоактивність. Через 2 роки, його співвітчизники П'єр Кюрі та його дружина Марія Склодовська-Кюрі отримали з них радій та полоній, причому рівень їхньої радіоактивності в мільйони разів перевершував показники торію та урану.

Естафету підхопив Ернест Резерфорд, який детально вивчив природу радіоактивних променів. Так починалося століття атома, що явив світ своє улюблене дитя – атомний реактор.

Перший ядерний реактор

«Первісток» родом із США. У грудні 1942 дав перший струм реактор, якому дісталося ім'я його творця - одного з найбільших фізиків століття Е. Фермі. Через три роки в Канаді набула життя ядерна установка ZEEP. "Бронза" дісталася першому радянському реактору Ф-1, запущеному наприкінці 1946 року. Керівником вітчизняного ядерного проекту став І. В. Курчатов. Сьогодні у світі успішно працює понад 400 ядерних енергоблоків.

Типи ядерних реакторів

Їхнє основне призначення – підтримувати контрольовану ядерну реакцію, що виробляє електроенергію. На деяких реакторах виробляються ізотопи. Якщо коротко, то вони є пристроями, в надрах яких одні речовини перетворюються на інші з виділенням великої кількості теплової енергії. Це своєрідна «пекти», де замість традиційних видів палива «згоряють» ізотопи урану – U-235, U-238 та плутоній (Pu).

На відміну, наприклад, від автомобіля, розрахованого кілька видів бензину, кожному виду радіоактивного палива відповідає свій тип реактора. Їх два – на повільних (з U-235) та швидких (з U-238 та Pu) нейтронах. На більшості АЕС встановлено реактори на повільних нейтронах. Крім АЕС, установки «трудяться» в дослідницьких центрах, на атомних субмаринах та .

Як влаштований реактор

У всіх реакторів приблизно одна схема. Його "серце" - активна зона. Її можна умовно порівняти з топкою звичайної грубки. Тільки замість дров там знаходиться ядерне паливо у вигляді тепловиділяючих елементів із сповільнювачем – ТВЕЛ. Активна зона знаходиться всередині своєрідної капсули - відбивач нейтронів. ТВЕЛи «омиваються» теплоносієм – водою. Оскільки в серці дуже високий рівень радіоактивності, його оточує надійний радіаційний захист.

Оператори контролюють роботу установки за допомогою двох найважливіших систем – регулювання ланцюгової реакції та дистанційної системи керування. Якщо виникає позаштатна ситуація, миттєво спрацьовує аварійний захист.

Як працює реактор

Атомне «полум'я» невидимо, оскільки процеси відбуваються лише на рівні поділу ядер. В ході ланцюгової реакції важкі ядра розпадаються на дрібніші фрагменти, які, будучи у збудженому стані, стають джерелами нейтронів та інших субатомних частинок. Але на цьому процес не закінчується. Нейтрони продовжують «дробитися», внаслідок чого вивільняється велика енергія, тобто відбувається те, заради чого й будуються АЕС.

Основне завдання персоналу - підтримка ланцюгової реакції за допомогою стрижнів, що управляють, на постійному, регульованому рівні. У цьому його головна відмінність від атомної бомби, де процес ядерного розпаду некерований і протікає стрімко, як потужного вибуху.

Що сталося на Чорнобильській АЕС

Одна з основних причин катастрофи на Чорнобильській АЕС у квітні 1986 року – найгрубіше порушення експлуатаційних правил безпеки у процесі проведення регламентних робіт на 4-му енергоблоці. Тоді з активної зони було одночасно виведено 203 графітові стрижні замість 15, дозволених регламентом. У результаті некерована ланцюгова реакція, що почалася, завершилася тепловим вибухом і повним руйнуванням енергоблоку.

Реактори нового покоління

За останнє десятиліття Росія стала одним із лідерів світової ядерної енергетики. Наразі держкорпорація «Росатом» веде будівництво АЕС у 12 країнах, де зводяться 34 енергоблоки. Такий високий попит – свідчення високого рівня сучасної російської ядерної техніки. На черзі – реактори нового 4-го покоління.

«Брест»

Один із них – «Брест», розробка якого ведеться у рамках проекту «Прорив». Нині діючі системи розімкнутого циклу працюють на низькозбагаченому урані, після чого залишається велика кількість відпрацьованого палива, що підлягає похованню, що потребує величезних витрат. "Брест" - реактор на швидких нейтронах унікальний замкнутим циклом.

У ньому відпрацьоване паливо після відповідної обробки реакторі на швидких нейтронах знову стає повноцінним паливом, яке можна завантажувати назад в ту ж установку.

"Брест" відрізняє високий рівень безпеки. Він ніколи не «рве» навіть за найсерйознішої аварії, дуже економічний і екологічно безпечний, оскільки повторно користується своїм «оновленим» ураном. Його також неможливо використовувати для напрацювання збройового плутонію, що відкриває найширші перспективи щодо його експорту.

ВВЕР-1200

ВВЕР-1200 – інноваційний реактор покоління "3+" потужністю 1150 МВт. Завдяки своїм унікальним технічним можливостям, він має практично абсолютну експлуатаційну безпеку. Реактор удосталь оснащений системами пасивної безпеки, які спрацюють навіть без електропостачання в автоматичному режимі.

Одна з них – система пасивного відведення тепла, яка автоматично активується за повного знеструмлення реактора. На цей випадок передбачено аварійні гідроємності. При аномальному падінні тиску в першому контурі реактор починається подача великої кількості води, що містить бір, яка гасить ядерну реакцію і поглинає нейтрони.

Ще одне ноу-хау знаходиться у нижній частині захисної оболонки – «пастка» розплаву. Якщо все ж таки в результаті аварії активна зона «потече», «пастка» не дозволить зруйнуватися захисній оболонці і запобігатиме потраплянню радіоактивних продуктів у ґрунт.

Пристрій і принцип дії засновані на ініціалізації і контролі ядерної реакції, що самопідтримується. Його використовують як дослідний інструмент, для виробництва радіоактивних ізотопів і як джерело енергії для атомних електростанцій.

принцип роботи (коротко)

Тут використовується процес при якому важке ядро розпадається на два дрібніші фрагменти. Ці уламки перебувають у дуже збудженому стані і випускають нейтрони, інші субатомні частинки та фотони. Нейтрони можуть викликати нові поділки, у яких їх випромінюється ще більше, тощо. Такий безперервний ряд розщеплень, що самопідтримується, називається ланцюговою реакцією. При цьому виділяється велика кількість енергії, виробництво якої є метою використання АЕС.

Принцип роботи ядерного реактора такий, що близько 85% енергії розщеплення вивільняється протягом дуже короткого проміжку часу після початку реакції. Решта виробляється в результаті радіоактивного розпаду продуктів поділу, після того, як вони випромінювали нейтрони. Радіоактивний розпад є процесом, у якому атом досягає стабільнішого стану. Він продовжується і після завершення поділу.

В атомній бомбі ланцюгова реакція збільшує свою інтенсивність, поки не буде розщеплена більша частина матеріалу. Це відбувається дуже швидко, роблячи надзвичайно потужні вибухи, характерні для таких бомб. Пристрій та принцип дії ядерного реактора засновані на підтримці ланцюгової реакції на регульованому майже постійному рівні. Він сконструйований таким чином, що вибухнути як атомна бомба не може.

Ланцюгова реакція та критичність

Фізика ядерного реактора поділу полягає в тому, що ланцюгова реакція визначається ймовірністю розщеплення ядра після нейтронів. Якщо населення останніх зменшується, то швидкість поділу зрештою впаде до нуля. У цьому випадку реактор перебуватиме у докритичному стані. Якщо ж населення нейтронів підтримується постійному рівні, то швидкість розподілу залишатиметься стабільної. Реактор перебуватиме у критичному стані. І, нарешті, якщо населення нейтронів з часом зростає, швидкість поділу і потужність збільшуватиметься. Стан активної зони стане надкритичним.

Принцип дії ядерного реактора є наступним. Перед його запуском населення нейтронів близька до нуля. Потім оператори видаляють стержні, що управляють, з активної зони, збільшуючи поділ ядер, що тимчасово переводить реактор в надкритичний стан. Після виходу на номінальну потужність оператори частково повертають стрижні, що управляють, регулюючи кількість нейтронів. Надалі реактор підтримується у критичному стані. Коли його потрібно зупинити, оператори вставляють стрижні повністю. Це пригнічує поділ і переводить активну зону докритичний стан.

Типи реакторів

Більшість ядерних установок, що існують у світі, є енергетичними, що генерують тепло, необхідне для обертання турбін, які приводять в рух генератори електричної енергії. Також є багато дослідницьких реакторів, а деякі країни мають підводні човни або надводні кораблі, які рухаються енергією атома.

Енергетичні установки

Існує кілька видів реакторів цього типу, але широке застосування знайшла конструкція легкої води. У свою чергу, в ній може використовуватись вода під тиском або кипляча вода. У першому випадку рідина під високим тиском нагрівається теплом активної зони і надходить парогенератор. Там тепло від первинного контуру передається на вторинний, що також містить воду. Пар, що генерується в кінцевому рахунку, служить робочою рідиною в циклі парової турбіни.

Реактор киплячого типу працює за принципом прямого енергетичного циклу. Вода, проходячи через активну зону, доводиться до кипіння середньому рівні тиску. Насичена пара проходить через серію сепараторів і сушарок, розташованих у корпусі реактора, що приводить його в надперегрітий стан. Перегріта водяна пара потім використовується як робоча рідина, що обертає турбіну.

Високотемпературні з газовим охолодженням

Високотемпературний газоохолоджуваний реактор (ВТГР) - це ядерний реактор, принцип роботи якого заснований на застосуванні як паливо суміші графіту та паливних мікросфер. Існують дві конкуруючі конструкції:

німецька «засипна» система, яка використовує сферичні паливні елементи діаметром 60 мм, що є сумішшю графіту і палива в графітовій оболонці;
американський варіант у вигляді графітових гексагональних призм, що зчіплюються, створюючи активну зону.

В обох випадках рідина, що охолоджує, складається з гелію під тиском близько 100 атмосфер. У німецькій системі гелій проходить через проміжки у шарі сферичних паливних елементів, а в американській - через отвори у графітових призмах, що розташовані вздовж осі центральної зони реактора. Обидва варіанти можуть працювати за дуже високих температур, оскільки графіт має надзвичайно високу температуру сублімації, а гелій повністю інертний хімічно. Гарячий гелій може бути застосований безпосередньо як робоча рідина в газовій турбіні при високій температурі або його тепло можна використовувати для генерації пари водяного циклу.

Рідкометалевий та принцип роботи

Реакторам на швидких нейтронах із натрієвим теплоносієм приділялася велика увага у 1960-1970-х роках. Тоді здавалося, що їхні можливості щодо відтворення найближчим часом необхідні для виробництва палива для атомної промисловості, що швидко розвивається. Коли у 1980-ті роки стало ясно, що це очікування нереалістичне, ентузіазм згас. Однак у США, Росії, Франції, Великобританії, Японії та Німеччині побудовано низку реакторів цього типу. Більшість із них працює на діоксиді урану або його суміші з діоксидом плутонію. У Сполучених Штатах, однак, найбільшого успіху було досягнуто з металевим паливом.

CANDU

Канада зосередила свої зусилля на реакторах, у яких використовується природний уран. Це позбавляє необхідності для його збагачення вдаватися до послуг інших країн. Результатом такої політики став дейтерій-урановий реактор (CANDU). Контроль та охолодження в ньому проводиться важкою водою. Пристрій та принцип роботи ядерного реактора полягає у використанні резервуару з холодною D 2 O при атмосферному тиску. Активна зона пронизана трубами з цирконієвого сплаву з паливом з природного урану, через які циркулює важка вода, що охолоджує його. Електроенергія проводиться за рахунок передачі теплоти поділу у важкій воді рідини, що охолоджує, яка циркулює через парогенератор. Пара у вторинному контурі потім проходить через звичайний турбінний цикл.

Дослідницькі установки

Для проведення наукових досліджень найчастіше використовується ядерний реактор, принцип роботи якого полягає у застосуванні водяного охолодження та пластинчастих уранових паливних елементів у вигляді збирання. Здатний функціонувати в широкому діапазоні рівнів потужності, від кількох кіловат до сотень мегават. Оскільки виробництво електроенергії не є основним завданням дослідницьких реакторів, вони характеризуються тепловою енергією, що виробляється, щільністю і номінальною енергією нейтронів активної зони. Саме ці параметри допомагають кількісно оцінити здатність дослідницького реактора проводити конкретні дослідження. Малопотужні системи, як правило, функціонують в університетах та використовуються для навчання, а висока потужність необхідна у науково-дослідних лабораторіях для тестування матеріалів та характеристик, а також для загальних досліджень.

Найбільш поширений дослідницький ядерний реактор, будова та принцип роботи якого наступні. Його активна зона розташована у нижній частині великого глибокого басейну з водою. Це спрощує спостереження та розміщення каналів, якими можуть бути спрямовані пучки нейтронів. При низьких рівнях потужності немає необхідності прокачувати рідину, що охолоджує, так як для підтримки безпечного робочого стану природна конвекція теплоносія забезпечує достатній відвід тепла. Теплообмінник, як правило, знаходиться на поверхні або у верхній частині басейну, де накопичується гаряча вода.

Корабельні установки

Початковим та основним застосуванням ядерних реакторів є їх використання у підводних човнах. Головною їх перевагою є те, що, на відміну від систем спалювання викопного палива, для вироблення електроенергії їм не потрібне повітря. Отже, атомна субмарина може залишатися в зануреному стані протягом тривалого часу, а звичайний дизель-електричний підводний човен повинен періодично підніматися на поверхню, щоб запускати свої двигуни в повітрі. дає стратегічну перевагу кораблям ВМС. Завдяки їй відпадає потреба заправлятися в іноземних портах або від легко вразливих танкерів.

Принцип роботи ядерного реактора на підводному човні засекречено. Однак відомо, що в США в ньому використовується високозбагачений уран, а уповільнення та охолодження проводиться легкою водою. Конструкція першого реактора атомної субмарини USS Nautilus була під сильним впливом потужних дослідницьких установок. Його унікальними особливостями є великий запас реактивності, що забезпечує тривалий період роботи без дозаправки і можливість перезапуску після зупинки. Електростанція в підводних човнах повинна бути дуже тихою, щоб уникнути виявлення. Для задоволення конкретних потреб різних класів субмарин було створено різні моделі силових установок.

На авіаносцях ВМС США використовується ядерний реактор, принцип роботи якого, як вважають, запозичений у найбільших підводних човнів. Детальні відомості їхньої конструкції також не були опубліковані.

Крім США, атомні підводні човни є у Великобританії, Франції, Росії, Китаю та Індії. У кожному випадку конструкція не розголошувалась, але вважається, що всі вони дуже схожі – це є наслідком однакових вимог до їх технічних характеристик. Росія також має невеликий флот, на якому встановлювалися такі ж реактори, як і на радянських субмаринах.

Промислові установки

Для цілей виробництва використовується ядерний реактор, принцип роботи якого полягає у високій продуктивності при низькому рівні виробництва енергії. Це пов'язано з тим, що тривале перебування плутонію в активній зоні призводить до накопичення небажаного 240 Pu.

Виробництво тритію

В даний час основним матеріалом, одержуваним за допомогою таких систем, є тритій (3 H або T) - заряд для Плутоній-239 має тривалий період напіврозпаду, що дорівнює 24100 рокам, тому країни з арсеналами ядерної зброї, які використовують цей елемент, як правило, мають його більше, ніж потрібно. На відміну від 239 Pu, період напіврозпаду тритію становить приблизно 12 років. Таким чином, щоб підтримувати необхідні запаси, цей радіоактивний ізотоп водню повинен проводитись безперервно. У США в Саванна-Рівер (штат Південна Кароліна), наприклад, працює кілька реакторів на важкій воді, які виробляють тритій.

Плавучі енергоблоки

Створено ядерні реактори, здатні забезпечити електроенергією та паровим опаленням віддалені ізольовані райони. У Росії її, наприклад, знайшли застосування невеликі енергетичні установки, спеціально призначені обслуговування арктичних населених пунктів. У Китаї 10-МВт установка HTR-10 забезпечує теплом та електроенергією дослідний інститут, в якому вона знаходиться. Розробки невеликих автоматично керованих реакторів з аналогічними можливостями ведуться у Швеції та Канаді. У період з 1960 до 1972 року армія США використовувала компактні водяні реактори для забезпечення віддалених баз у Гренландії та Антарктиці. Вони замінили мазутними електростанціями.

Підкорення космосу

Крім того, були розроблені реактори для енергопостачання та пересування у космічному просторі. У період з 1967 по 1988 рік Радянський Союз встановлював невеликі ядерні установки на супутники серії "Космос" для живлення обладнання та телеметрії, але ця політика стала мішенню для критики. Принаймні один із таких супутників увійшов в атмосферу Землі, внаслідок чого радіоактивне забруднення зазнали віддалених районів Канади. Сполучені Штати запустили лише один супутник з ядерним реактором у 1965 році. Проте проекти щодо їх застосування у далеких космічних польотах, пілотованих дослідженнях інших планет або на постійній місячній базі продовжують розроблятися. Це обов'язково буде газоохолоджуваний або рідкометалевий ядерний реактор, фізичні принципи роботи якого забезпечать максимально високу температуру, необхідну мінімізації розміру радіатора. Крім того, реактор для космічної техніки повинен бути максимально компактним, щоб звести до мінімуму кількість матеріалу, що використовується для екранування, і зменшення ваги під час старту і космічного польоту. Запас палива забезпечить роботу реактора весь період космічного польоту.

Поява такої потужної зброї, як ядерна бомба, стала результатом взаємодії глобальних чинників об'єктивного та суб'єктивного характеру. Об'єктивно його створення було викликане бурхливим розвитком науки, який розпочався з фундаментальних відкриттів фізики першої половини ХХ століття. Найсильнішим суб'єктивним чинником стала військово-політична обстановка 40-х, коли країни антигітлерівської коаліції – США, Великобританія, СРСР – намагалися випередити одна одну у розробках ядерної зброї.

Передумови створення ядерної бомби

Точкою відліку наукового шляху до створення атомної зброї став 1896, коли французький хімік А. Беккерель відкрив радіоактивність урану. Саме ланцюгова реакція цього елемента лягла в основу розробок страшної зброї.

Наприкінці ХІХ та у перші десятиліття ХХ століття вчені виявили альфа-, бета-, гамма-промені, відкрили чимало радіоактивних ізотопів хімічних елементів, закон радіоактивного розпаду та започаткували вивчення ядерної ізометрії. У 1930-х роках стали відомі нейтрон та позитрон, а також вперше розщеплене ядро атома урану з поглинанням нейтронів. Це стало поштовхом до створення ядерної зброї. Першим винайшов і в 1939 запатентував конструкцію ядерної бомби французький фізик Фредерік Жоліо-Кюрі.

В результаті подальшого розвитку ядерна зброя стала історично безпрецедентним військово-політичним і стратегічним феноменом, здатним забезпечити національну безпеку держави-власника та мінімізувати можливості решти всіх систем озброєння.

Конструкція атомної бомби складається з низки різних компонентів, серед яких виділяють два основні:

корпус,
система автоматики.

Автоматика разом із ядерним зарядом розташовується у корпусі, який захищає їхню відмінність від різних впливів (механічного, теплового та інших.). Система автоматики контролює, щоб вибух стався у встановлений час. Вона складається з наступних елементів:

аварійний підрив;
будову запобігання та зведення;
джерело живлення;
датчики підриву заряду.

Доставка атомних зарядів здійснюється за допомогою авіації, балістичних та крилатих ракет. У цьому ядерні боєприпаси може бути елементом фугаса, торпеди, авіабомби та інших.

Системи детонування ядерних бомб бувають різними. Найпростішим є інжекторний пристрій, при якому поштовхом для вибуху стає потрапляння в ціль та подальше утворення надкритичної маси.

Ще однією характеристикою атомної зброї є розмір калібру: малий, середній, великий. Найчастіше потужність вибуху характеризують у тротиловому еквіваленті.Малий калібр ядерної зброї передбачає потужність заряду кілька тисяч тонн тротилу. Середній калібр дорівнює вже десяткам тисяч тонн тротилу, великий вимірюється мільйонами.

Принцип дії

В основі схеми атомної бомби лежить принцип використання ядерної енергії, що виділяється в ході ланцюгової ядерної реакції. Це процес розподілу важких чи синтезу легких ядер. Через виділення величезної кількості внутрішньоядерної енергії в найкоротший проміжок часу ядерна бомба відноситься до зброї масового ураження.

У ході зазначеного процесу виділяють два ключові місця:

центр ядерного вибуху, у якому безпосередньо протікає процес;
епіцентр є проекцією цього процесу на поверхню (землі або води).

При ядерному вибуху вивільняється така кількість енергії, що під час проекції на землю викликає сейсмічні поштовхи. Дальність їх поширення дуже велика, але значної шкоди навколишньому середовищу завдається лише кілька сотень метрів.

Атомна зброя має кілька типів поразки:

світлове випромінювання,
радіоактивне зараження,
ударна хвиля,
проникаюча радіація,
електромагнітний імпульс.

Ядерний вибух супроводжується яскравим спалахом, який утворюється через вивільнення великої кількості світлової та теплової енергії. Сила цього спалаху набагато вище, ніж потужність сонячних променів, тому небезпека ураження світлом і теплом поширюється на кілька кілометрів.

Ще одним дуже небезпечним фактором впливу ядерної бомби є радіація, що утворюється під час вибуху. Вона діє тільки перші 60 секунд, але має максимальну проникаючу здатність.

Ударна хвиля має велику потужність і значну руйнівну дію, тому за лічені секунди завдає величезної шкоди людям, техніці, будовам.

Проникаюча радіація є небезпечною для живих організмів і є причиною розвитку променевої хвороби у людини. Електромагнітний імпульс вражає лише техніку.

Всі ці види поразок разом роблять атомну бомбу дуже небезпечною зброєю.

Перші випробування ядерної бомби

Найбільшу зацікавленість у атомній зброї першими виявили США. Наприкінці 1941 року в країні було виділено величезні кошти та ресурси на створення ядерного озброєння. Результатом робіт стали перші випробування атомної бомби з вибуховим пристроєм Gadget, які пройшли 16 липня 1945 року в американському штаті Нью-Мексико.

Для США настав час діяти. Для переможного закінчення Другої Першої світової було вирішено розгромити союзника гітлерівської Німеччини – Японію. У Пентагоні було обрано цілі для перших ядерних ударів, на яких США хотіли продемонструвати, наскільки потужною зброєю вони мають.

6 серпня того ж року перша атомна бомба під ім'ям «Малюк» була скинута на японське місто Хіросіма, а 9 серпня бомба під назвою «Товстун» впала на Нагасакі.

Потраплення до Хіросіми було визнано ідеальним: ядерний пристрій вибухнув на висоті 200 метрів. Вибуховою хвилею були перекинуті грубки в будинках японців, що опалюються вугіллям. Це спричинило численні пожежі навіть у міських районах, віддалених від епіцентру.

За початковим спалахом був удар теплової хвилі, який тривав секунди, але його потужність, охопивши радіус 4 км, розплавила черепицю і кварц у гранітних плитах, спопелила телеграфні стовпи. Слідом за тепловою хвилею прийшла ударна. Швидкість вітру становила 800 км/год, яке порив зніс практично у місті. З 76 тисяч будівель 70 тисяч було повністю зруйновано.

За кілька хвилин пішов дивний дощ із великих крапель чорного кольору. Він був викликаний конденсатом, що утворився в холодніших шарах атмосфери з пари та попелу.

Люди, які потрапили під дію вогняної кулі на відстані 800 метрів, були спалені і перетворилися на пилюку.У деяких обгоріла шкіра була зірвана ударною хвилею. Краплі чорного радіоактивного дощу залишали невиліковні опіки.

Ті, що залишилися живими, захворіли на невідоме раніше захворювання. У них почалася нудота, блювання, пропасниця, напади слабкості. У крові різко впав рівень білих тілець. То були перші ознаки променевої хвороби.

Через 3 дні після проведення бомбардування Хіросіми було скинуто бомбу на Нагасакі. Вона мала таку ж потужність та викликала аналогічні наслідки.

Дві атомні бомби за секунди знищили сотні тисяч людей. Перше місто було практично стерте ударною хвилею з землі. Більше половини мирних жителів (близько 240 тисяч осіб) загинули одразу від отриманих ран. Багато людей зазнали опромінення, яке призвело до променевої хвороби, раку, безпліддя. У Нагасакі в перші дні було вбито 73 тисячі людей, а через деякий час у сильних муках померло ще 35 тисяч жителів.

Відео: випробування ядерної бомби

Випробування РДС-37

Створення атомної бомби у Росії

Наслідки бомбардувань та історія жителів японських міст вразили І. Сталіна. Стало зрозуміло, що створення власної ядерної зброї – це питання національної безпеки. 20 серпня 1945 року в Росії розпочав свою роботу комітет з атомної енергії, який очолив Л. Берія.

Дослідження з ядерної фізики велися СРСР ще з 1918 року. У 1938 році при Академії наук було створено комісію з атомного ядра. Але з початком війни практично всі роботи у цьому напрямі було припинено.

У 1943 році радянські розвідники передали з Англії закриті наукові праці з атомної енергії, з яких випливало, що створення атомної бомби на Заході просунулося далеко вперед. У той же час у США були впроваджені надійні агенти до кількох центрів американських ядерних досліджень. Вони передавали інформацію з атомної бомби радянським ученим.

Технічне завдання на розробку двох варіантів атомної бомби склав їхній творець і один з наукових керівників Ю. Харитон. Відповідно до нього планувалося створення РДС («реактивного двигуна спеціального») з індексом 1 та 2:

РДС-1 – бомба із зарядом із плутонію, який передбачалося підривати шляхом сферичного обтиснення. Його пристрій передала російська розвідка.
РДС-2 – гарматна бомба з двома частинами уранового заряду, які мають зближуватись у стовбурі гармати до створення критичної маси.

В історії знаменитого РДС найпоширенішу розшифровку - "Росія робить сама" - придумав заступник Ю. Харитона з наукової роботи К. Щелкін. Ці слова точно передавали суть робіт.

Інформація про те, що СРСР опанував секрети ядерної зброї, викликало у США порив до якнайшвидшого початку випереджувальної війни. У липні 1949 р. з'явився план «Троян», згідно з яким бойові дії планувалося розпочати 1 січня 1950 року. Потім дату нападу було перенесено на 1 січня 1957 року з тією умовою, щоб у війну вступили всі країни НАТО.

Відомості, отримані каналами розвідки, прискорили роботу радянських учених. На думку західних фахівців, радянська ядерна зброя могла бути створена не раніше 1954-1955 років. Проте випробування першої атомної бомби відбулося СРСР вже наприкінці серпня 1949 року.

На полігоні в Семипалатинську 29 серпня 1949 року було підірвано ядерний пристрій РДС-1 – перша радянська атомна бомба, яку винайшов колектив вчених, очолюваний І. Курчатовим та Ю. Харитоном. Вибух мав потужність 22 Кт. Конструкція заряду наслідувала американський «Товстун», а електронна начинка була створена радянськими вченими.

План «Троян», згідно з яким американці збиралися скинути атомні бомби на 70 міст СРСР, був зірваний через ймовірність удару у відповідь. Подія на Семипалатинському полігоні повідомила світ про те, що радянська атомна бомба поклала край американській монополії на володіння новою зброєю. Цей винахід повністю зруйнував мілітаристський план США та НАТО та запобіг розвитку Третьої світової війни. Почалася нова історія – епоха світу в усьому світі, який існує під загрозою тотального знищення.

"Ядерний клуб" світу

Ядерний клуб – умовне позначення кількох країн, які мають ядерною зброєю. Сьогодні таке озброєння є:

у США (з 1945)
у Росії (спочатку СРСР, з 1949)
у Великій Британії (з 1952)
у Франції (з 1960)
у Китаї (з 1964)
в Індії (з 1974)
у Пакистані (з 1998)
у КНДР (з 2006)

Тим, хто має ядерну зброю, також вважається Ізраїль, хоча керівництво країни не коментує його наявність. Крім того, на території держав-членів НАТО (Німеччини, Італії, Туреччини, Бельгії, Нідерландів, Канади) та союзників (Японії, Південної Кореї, незважаючи на офіційну відмову) розташовується ядерна зброя США.

Казахстан, Україна, Білорусь, які володіли частиною ядерного озброєння після розпаду СРСР, у 90-х роках передали його Росії, яка стала єдиним спадкоємцем радянського ядерного арсеналу.

Атомна (ядерна) зброя – найпотужніший інструмент глобальної політики, який твердо увійшов до арсеналу взаємин між державами. З одного боку, воно є ефективним засобом залякування, з іншого – вагомим аргументом для запобігання воєнному конфлікту та зміцненню миру між державами, які володіють цією зброєю. Це символ цілої епохи в історії людства та міжнародних відносин, з яким треба поводитися дуже розумно.

Відео: музей ядерної зброї

Відео про російську Цар-Бомбу

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них

Після закінчення Другої Світової війни країни антигітлерівської коаліції стрімкими темпами намагалися випередити одна одну у розробках потужнішої ядерної бомби.

Перше випробування, проведене американцями на реальних об'єктах в Японії, до краю розжарило обстановку між СРСР і США. Потужні вибухи, що прогриміли в японських містах і практично знищили живе в них, змусили Сталіна відмовитися від безлічі домагань на світовій арені. Більшість радянських вчених-фізиків були терміново «кинуті» на розробку ядерної зброї.

Коли і як з'явилася ядерна зброя

Роком народження атомної бомби вважатимуться 1896 рік. Саме тоді вчений-хімік із Франції А. Беккерель відкрив, що уран радіоактивний. Ланцюгова реакція урану утворює потужну енергію, яка є основою для страшного вибуху. Навряд чи Беккерель припускав, що його відкриття призведе до створення ядерної зброї — найстрашнішої зброї в усьому світі.

Кінець 19 - початок 20 століття став переломним моментом в історії винаходу ядерної зброї. Саме в цьому часовому проміжку вчені різних країн світу змогли відкрити такі закони, промені та елементи:

Альфа, гама та бета промені;
Було відкрито безліч ізотопів хімічних елементів, що мають радіоактивні властивості;
Було відкрито закон радіоактивного розпаду, який визначає тимчасову та кількісну залежність інтенсивності радіоактивного розпаду, яка залежить від кількості радіоактивних атомів у випробуваному зразку;
Зародилася ядерна ізометрія.

У 1930-х роках вперше змогли розщепити атомне ядро урану з поглинанням нейтронів. У цей час були відкриті позитрони і нейрони. Все це дало потужний поштовх до розробок зброї, яка використовувала атомну енергію. У 1939 році була запатентована перша у світі конструкція атомної бомби. Це зробив фізик із Франції Фредерік Жоліо-Кюрі.

В результаті подальших досліджень та розробок у цій сфері, на світ з'явилася ядерна бомба. Потужність і радіус ураження сучасних атомних бомб настільки великий, що країна, яка має ядерний потенціал, практично не потребує потужної армії, оскільки одна атомна бомба здатна знищити цілу державу.

Як влаштовано атомну бомбу

Атомна бомба складається з безлічі елементів, головними з яких є:

Корпус атомної бомби;
Система автоматики, яка контролює процес вибуху;
Ядерного заряду чи боєголовки.

Система автоматики перебуває у корпусі атомної бомби, разом із ядерним зарядом. Конструкція корпусу має бути достатньо надійною, щоб уберегти боєголовку від різних зовнішніх факторів та впливів. Наприклад, різного механічного, температурного або подібного впливу, що може призвести до незапланованого вибуху величезної потужності, здатного знищити все довкола.

У завдання автоматики входить повний контроль над тим, щоб вибух стався у потрібний час, тому система складається з наступних елементів:

Пристрій, який відповідає за аварійний підрив;
Джерело живлення системи автоматики;
Система датчиків підриву;
Влаштування зведення;
Пристрій запобігання.

Коли проводилися перші випробування, ядерні бомби доставлялися літаками, які встигали залишити зону поразки. Сучасні атомні бомби мають таку потужність, що їх доставка може здійснюватися тільки за допомогою крилатих, балістичних або хоча б зенітних ракет.

В атомних бомбах застосовуються різні системи детонування. Найпростіша з них - це звичайний пристрій, який спрацьовує при попаданні снаряда в ціль.

Однією з основних характеристик ядерних бомб і ракет є поділ їх на калібри, які бувають трьох типів:

Мінімальний, потужність атомних бомб даного калібру еквівалентна кільком тисячам тонн тротилу;
Середній (потужність вибуху – кілька десятків тисяч тонн тротилу);
Великий, потужність заряду якого вимірюється мільйонами тонн тротилу.

Цікаво, що найчастіше потужність всіх ядерних бомб вимірюється саме у тротиловому еквіваленті, оскільки для атомної зброї немає своєї шкали вимірювання потужності вибуху.

Алгоритми дії ядерних бомб

Будь-яка атомна бомба діє за принципом використання ядерної енергії, що виділяється в ході ядерної реакції. В основі даної процедури лежить поділ важких ядер або синтез легень. Оскільки під час цієї реакції виділяється дуже багато енергії, причому у найкоротший час, радіус ураження ядерної бомби дуже вражає. Через цю особливість ядерну зброю відносять до класу зброї масового ураження.

У ході процесу, який запускається під час вибуху атомної бомби, є два головні моменти:

Це безпосередній центр вибуху, де відбувається ядерна реакція;
Епіцентр вибуху, що знаходиться на місці, де вибухнула бомба.

Ядерна енергія, що виділяється під час вибуху атомної бомби, настільки сильна, що на землі починаються сейсмічні поштовхи. При цьому безпосередні руйнування ці поштовхи приносять лише на відстані кількох сотень метрів (хоча якщо враховувати силу вибуху самої бомби, ці поштовхи вже ні на що не впливають).

Чинники ураження при ядерному вибуху

Вибух ядерної бомби завдає не тільки жахливих миттєвих руйнувань. Наслідки цього вибуху відчують на собі не лише люди, які потрапили до зони поразки, а й їхні діти, які народилися після атомного вибуху. Типи ураження атомною зброєю поділяються на такі групи:

Світлове випромінювання, яке відбувається безпосередньо під час вибуху;
Ударна хвиля, що розповсюджується бомбою відразу після вибуху;
Електромагнітний імпульс;
Проникаюча радіація;
Радіоактивне зараження, яке може зберегтися на десятки років.

Хоча на перший погляд, світловий спалах несе найменше загрози, насправді він утворюється внаслідок вивільнення величезної кількості теплової та світлової енергії. Її потужність і сила набагато перевершує потужність променів сонця, тому поразка світлом і теплом може стати фатальним з відривом кількох кілометрів.

Радіація, що виділяється під час вибуху, теж дуже небезпечна. Хоча вона діє недовго, але встигає заразити все навколо, оскільки її здатність, що проникає, неймовірно велика.

Ударна хвиля при атомному вибуху діє подібно до такої ж хвилі при звичайних вибухах, тільки її потужність і радіус ураження набагато більше. За кілька секунд вона завдає непоправних ушкоджень не тільки людям, а й техніці, будинкам та навколишньому природі.

Проникаюча радіація провокує розвиток променевої хвороби, а електромагнітний імпульс становить небезпеку лише техніки. Сукупність усіх цих факторів, плюс потужність вибуху, роблять атомну бомбу найнебезпечнішою зброєю у світі.

Перші у світі випробування ядерної зброї

Першою країною, яка розробила та випробувала ядерну зброю, виявилися Сполучені Штати Америки. Саме уряд США надав величезні грошові дотації на розробку нової перспективної зброї. До кінця 1941 року в США було запрошено багато видатних вчених у сфері атомних розробок, які вже до 1945 року змогли представити досвідчений зразок атомної бомби, придатний для випробувань.

Перші у світі випробування атомної бомби, оснащеної вибуховим пристроєм, було проведено у пустелі на території штату Нью-Мексико. Бомбу під назвою «Gadget» було підірвано 16 липня 1945 року. Результат випробувань виявився позитивним, хоча військові вимагали випробувати ядерну бомбу у реальних бойових умовах.

Побачивши, що до перемоги на гітлерівській коаліцією залишився лише один крок, і більше такої можливості може не представитися, Пентагон вирішив завдати ядерного удару останньому союзнику гітлерівської Німеччини – Японії. Крім того, використання ядерної бомби мало вирішити відразу кілька проблем:

Уникнути непотрібного кровопролиття, яке неминуче сталося б, якби війська США ступили на територію імператорської Японії;
Одним ударом поставити навколішки непоступливих японців, змусивши їх на умови, вигідні США;
Показати СРСР (як можливому супернику в майбутньому), що армія США має унікальну зброю, здатну стерти з лиця землі будь-яке місто;
І, звичайно ж, на практиці переконатися, на що здатна ядерна зброя у реальних бойових умовах.

6 серпня 1945 року на японське місто Хіросіма було скинуто першу у світі атомну бомбу, яка застосовувалася у військових діях. Цю бомбу назвали «Малюк», оскільки її вага становила 4 тонни. Скидання бомби було ретельно сплановане, і вона потрапила саме туди, куди й планувалося. Ті будинки, які не були зруйновані вибуховою хвилею, згоріли, оскільки печі, що впали в будинках, спровокували пожежі, і все місто було охоплене полум'ям.

Після яскравого спалаху пішла теплова хвиля, яка спалила все живе в радіусі 4 кілометрів, а ударна хвиля, що послідувала за нею, зруйнувала більшу частину будівель.

Ті, хто потрапив під тепловий удар у радіусі 800 метрів, були спалені живцем. Вибуховою хвилею у багатьох зірвало шкіру, що обгоріла. За кілька хвилин пройшов дивний чорний дощ, який складався з пари та попелу. У тих, хто потрапив під чорний дощ, шкіра зазнала невиліковних опіків.

Ті небагато, яким пощастило вціліти, захворіли на променеву хворобу, яка на той час була не тільки не вивчена, а й повністю невідома. У людей почалася лихоманка, блювання, нудота та напади слабкості.

9 серпня 1945 року на місто Нагасакі було скинуто другу американську бомбу, яка називалася «Товстун». Ця бомба мала приблизно таку ж потужність, як і перша, а наслідки її вибуху були настільки ж руйнівні, хоча людей загинуло вдвічі менше.

Дві атомні бомби, скинуті на японські міста, виявилися першими та єдиними у світі випадками застосування атомної зброї. Понад 300 000 людей загинули у перші дні після бомбардування. Ще близько 150 тисяч загинули від променевої хвороби.

Після ядерного бомбардування японських міст Сталін отримав справжній шок. Йому стало зрозуміло, що питання розробки ядерної зброї у радянській Росії – це безпека всієї країни. Вже 20 серпня 1945 року почав працювати спеціальний комітет з питань атомної енергії, який був терміново створений І. Сталіним.

Хоча дослідження з ядерної фізики проводилися групою ентузіастів ще царської Росії, за радянських часів їй не приділяли належної уваги. У 1938 році всі дослідження в цій галузі були повністю припинені, а багато вчених-ядерників репресовані, як вороги народу. Після ядерних вибухів у Японії радянська влада різко почала відновлювати ядерну галузь у країні.

Є дані, що розробка ядерної зброї велася в гітлерівській Німеччині, і саме німецькі вчені доопрацювали «сиру» американську атомну бомбу, тому уряд США вивезло з Німеччини всіх фахівців-атомників та всі документи, пов'язані з розробкою ядерної зброї.

Радянська розвідувальна школа, яка за час війни змогла обійти всі закордонні розвідки, ще 1943 року передавала до СРСР секретні документи, пов'язані з розробкою ядерної зброї. У той же час було впроваджено радянські агенти у всі серйозні американські центри ядерних досліджень.

В результаті всіх цих заходів вже в 1946 році було готове технічне завдання з виготовлення двох ядерних бомб радянського виробництва:

РДС-1 (з плутонієвим зарядом);
РДС-2 (з двома частинами уранового заряду).

Абревіатура "РДС" розшифровувалась як "Росія робить сама", що практично повністю відповідало дійсності.

Новини про те, що СРСР готовий випустити свою ядерну зброю, змусив уряд США вдатися до радикальних заходів. У 1949 році було розроблено план «Троян», згідно з яким на 70 найбільших міст СРСР планувалося скинути атомні бомби. Лише побоювання удару у відповідь завадили цьому плану здійснитися.

Ці тривожні відомості, що надходять від радянських розвідників, змусили вчених працювати в авральному режимі. Вже серпні 1949 року відбулися випробування першої атомної бомби, виробленої СРСР. Коли США дізналася про ці випробування, план «Троян» було відкладено на певний час. Почалася епоха протистояння двох понад держав, відома історія як «Холодна війна».

Найпотужніша ядерна бомба у світі, відома під ім'ям «Цар-бомби», належить саме періоду «Холодної війни». Вчені СРСР створили найпотужнішу бомбу історія людства. Її потужність становила 60 мегатонн, хоча планувалося створити бомбу в 100 кілотон потужності. Випробування цієї бомби пройшли у жовтні 1961 року. Діаметр вогняної кулі під час вибуху становив 10 кілометрів, а вибухова хвиля облетіла земну кулю тричі. Саме це випробування змусило більшість країн світу підписати договір про припинення ядерних випробувань не лише в атмосфері землі, а й навіть у космосі.

Хоча атомна зброя є чудовим засобом залякування агресивних країн, з іншого боку, вона здатна гасити будь-які військові конфлікти в зародку, оскільки при атомному вибуху можуть бути знищені всі сторони конфлікту.