О современном ядерном оружии ходит много мифов

Популярная механикаОбщество

Как работает атомная бомба

Об истории ядерного противостояния сверхдержав и конструкции первых ядерных бомб написаны сотни книг. А вот о современном ядерном оружии ходит много мифов. «Популярная механика» решила внести ясность в этот вопрос и рассказать, как работает самое разрушительное оружие, придуманное человеком.

Александр Прищепенко

Взрывной характер

Ядро урана содержит 92 протона. Природный уран представляет собой в основном смесь двух изотопов: U238 (в ядре которого 146 нейтронов) и U235 (143 нейтрона), причем последнего в природном уране лишь 0,7%. Химические свойства изотопов абсолютно идентичны, потому и разделить их химическими методами невозможно, но различие в массах (235 и 238 единиц) позволяет сделать это физическими методами: смесь уранов переводят в газ (гексафторид урана), а затем прокачивают через бесчисленные пористые перегородки. Хотя изотопы урана не отличимы ни по внешнему виду, ни химически, их разделяет пропасть в свойствах ядерных характеров.

Процесс деления U238 — платный: прилетающий извне нейтрон должен принести с собой энергию — 1 МэВ или более. А U235 бескорыстен: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре.

Цепная реакция. При попадании нейтронов ядро урана-235 легко делится, образуя новые нейтроны. При определенных условиях начинается цепная реакция.

При попадании нейтрона в способное к делению ядро образуется неустойчивый компаунд, но очень быстро (через 10−23−10−22 с) такое ядро разваливается на два осколка, не равных по массе и «мгновенно» (в течение 10−16−10−14 с) испускающих по два-три новых нейтрона, так что со временем может размножаться и число делящихся ядер (такая реакция называется цепной). Возможно такое только в U235, потому что жадный U238 не желает делиться от своих собственных нейтронов, энергия которых на порядок меньше 1 МэВ. Кинетическая энергия частиц — продуктов деления на много порядков превышает энергию, выделяющуюся при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.

Металлический плутоний существует в шести фазах, плотности которых от 14,7 до 19,8 кг/см3. При температуре ниже 119 градусов Цельсия существует моноклинная альфа-фаза (19,8 кг/см3), но такой плутоний очень хрупок, а в кубической гранецентрированной дельта-фазе (15,9) он пластичен и хорошо обрабатывается (именно эту фазу и стараются сохранить с помощью легирующих добавок). При детонационном обжатии никаких фазовых переходов быть не может — плутоний находится в состоянии квазижидкости. Фазовые переходы опасны при производстве: при больших размерах деталей даже при незначительном изменении плотности возможно достижение критического состояния. Конечно, произойдет это без взрыва — заготовка просто раскалится, но может произойти сброс никелирования (а плутоний очень токсичен).

Критическая сборка

Продукты деления нестабильны и еще долго «приходят в себя», испуская различные излучения (в том числе нейтроны). Нейтроны, которые испускаются через значительное время (до десятков секунд) после деления, называют запаздывающими, и хотя доля их по сравнению с мгновенными мала (менее 1%), роль, которую они играют в работе ядерных установок, — важнейшая.

Забытое старое. Взрывные линзы создавали сходящуюся волну. Надежность обеспечивалась парой детонаторов в каждом блоке.

Продукты деления при многочисленных столкновениях с окружающими атомами отдают им свою энергию, повышая температуру. После того как в сборке с делящимся веществом появились нейтроны, мощность тепловыделения может возрастать или убывать, а параметры сборки, в которой число делений в единицу времени постоянно, называют критическими. Критичность сборки может поддерживаться и при большом, и при малом числе нейтронов (при соответственно большей или меньшей мощности тепловыделения). Тепловую мощность увеличивают, либо подкачивая в критическую сборку дополнительные нейтроны извне, либо делая сборку сверхкритичной (тогда дополнительные нейтроны поставляют все более многочисленные поколения делящихся ядер). Например, если надо повысить тепловую мощность реактора, его выводят на такой режим, когда каждое поколение мгновенных нейтронов чуть менее многочисленно, чем предыдущее, но благодаря запаздывающим нейтронам реактор едва заметно переходит критическое состояние. Тогда он не идет в разгон, а набирает мощность медленно — так, что прирост ее можно в нужный момент остановить, введя поглотители нейтронов (стержни, содержащие кадмий или бор).

Плутониевая сборка (шаровой слой в центре) была окружена корпусом из урана-238, а затем слоем алюминия.

Образующиеся при делении нейтроны часто пролетают мимо окружающих ядер, не вызывая повторного деления. Чем ближе к поверхности материала рожден нейтрон, тем больше у него шансов вылететь из делящегося материала и никогда не возвратиться обратно. Поэтому формой сборки, сберегающей наибольшее количество нейтронов, является шар: для данной массы вещества он имеет минимальную поверхность. Ничем не окруженный (уединенный) шар из 94% U235 без полостей внутри становится критичным при массе в 49 кг и радиусе 85 мм. Если же сборка из такого же урана представляет собой цилиндр с длиной, равной диаметру, она становится критичной при массе в 52 кг. Поверхность уменьшается и при возрастании плотности. Поэтому-то взрывное сжатие, не меняя количества делящегося материала, может приводить сборку в критическое состояние. Именно этот процесс и лежит в основе распространенной конструкции ядерного заряда.

В первых ядерных зарядах в качестве источника нейтронов использовались полоний и бериллий (в центре).

Шаровая сборка

Но чаще всего в ядерном оружии применяют не уран, а плутоний-239. Его получают в реакторах, облучая уран-238 мощными нейтронными потоками. Плутоний стоит примерно в шесть раз дороже U235, но зато при делении ядро Pu239 испускает в среднем 2,895 нейтрона — больше, чем U235 (2,452). К тому же вероятность деления плутония выше. Все это приводит к тому, что уединенный шар Pu239 становится критичным при почти втрое меньшей массе, чем шар из урана, а главное — при меньшем радиусе, что позволяет уменьшить габариты критической сборки.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Магия математики Магия математики

Как найти Х и зачем это нужно

kiozk originals
8 разоблачающих фактов о гаремах 8 разоблачающих фактов о гаремах

Узнав это, ты раздумаешь становиться султаном (даже если тебя очень уговаривают)

Maxim
Самолёты с арочным крылом Самолёты с арочным крылом

Спортивный самолет с необычными крыльями

Популярная механика
Лучшие шутки дня и Егор Крид! Лучшие шутки дня и Егор Крид!

Цифровой дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Миллиарды из трущоб Миллиарды из трущоб

Как самый богатый человек Индии зарабатывает на дешевой мобильной связи

Forbes
Выгода патриота: пять причин отдыхать в России Выгода патриота: пять причин отдыхать в России

Где можно зарядиться силами на год вперед

Forbes
Бедный народ. Медведев не нашел денег на повышение МРОТ до 20 000 рублей Бедный народ. Медведев не нашел денег на повышение МРОТ до 20 000 рублей

Дмитрий Медведев очередной раз констатировал отсутствие денег в бюджете

Forbes
10 фрагментов человеческих тел, которые продавались на аукционах 10 фрагментов человеческих тел, которые продавались на аукционах

Некоторые знаменитости и исторические фигуры продолжают "путешествовать" по миру

Популярная механика
Поверить в сказку Поверить в сказку

На канале «Россия 1» стартовал сезон конкурса юных талантов «Синяя птица»

OK!
«Их надо обязательно вытаскивать» «Их надо обязательно вытаскивать»

Кто такие украинские политзэки и кого из них освободили

Русский репортер
Как справиться с выгоранием: 6 советов психолога Как справиться с выгоранием: 6 советов психолога

Выгорание может возникнуть и в семейной жизни, и даже в творчестве

Psychologies
Настоящая близость возможна только между равными Настоящая близость возможна только между равными

Откуда берутся обиды в семейных парах

Psychologies
Уверенный рост. Квартплата в России увеличится на 4% Уверенный рост. Квартплата в России увеличится на 4%

Министр строительства России Михаил Мень анонсировал рост тарифов на ЖКУ

Forbes
Я готов целовать песок Я готов целовать песок

Наталья Погодина вместе с семьей поселилась на песчаном пляже в Анапе

AD
Замуж за Чикатило: жены маньяков, которые ни о чем не подозревали Замуж за Чикатило: жены маньяков, которые ни о чем не подозревали

Все эти женщины уверяли, что не имели понятия о том, с кем на самом деле живут

Cosmopolitan

Филип Бизли уверен, что в XXI веке настает эпоха живой архитектуры

Популярная механика
Стоим на пороге. Медведев анонсировал повышение пенсионного возраста Стоим на пороге. Медведев анонсировал повышение пенсионного возраста

Премьер-министр напомнил, что пенсионный возраст был установлен в СССР в 1940-е

Forbes
Не люблю бумажную возню Не люблю бумажную возню

Обыденные дела приводят некоторых почти в отчаяние. Почему?

Psychologies
Мужское мнение: как выбрать жену? Мужское мнение: как выбрать жену?

Как мужчины понимают, что женщина, которую встретили, та самая?

Psychologies
10 фактов о лоботомии 10 фактов о лоботомии

В середине XX века вас могли принудить к лоботомии за своенравный характер

Популярная механика
Озарение миллиардера: Илон Маск поверил в людей и начал борьбу с «пьяными ленивцами» Озарение миллиардера: Илон Маск поверил в людей и начал борьбу с «пьяными ленивцами»

Илон Маск заявил, что разочарован в автоматизации производства

Forbes
Уроки стиля от супермоделей: как выглядеть круто, выходя за хлебом? Уроки стиля от супермоделей: как выглядеть круто, выходя за хлебом?

Читайте советы авторов блога Luxxy.com и выходите на стиле даже в магазин

Cosmopolitan
Шарлто Копли: наемник из «Опасного бизнеса» — о насилии, религии и движении за права женщин Шарлто Копли: наемник из «Опасного бизнеса» — о насилии, религии и движении за права женщин

Актер Шарлто Копли о насилии, духовном пути и движении за права женщин

Maxim
Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC

Фастфуд KFC выпустил лимитированную коллекцию одежды

Forbes
Валютный контроль. Как защитить свои сбережения от колебаний курса рубля Валютный контроль. Как защитить свои сбережения от колебаний курса рубля

Как сберечь заработанные средства и распределить сбережения по разным валютам

Forbes
Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз

Минтранс планирует ужесточить наказание для авиакомпаний за задержку вылетов

Forbes
Школа без родителей Школа без родителей

Как дети представляют себе школу будущего и какого предмета им не хватает

СНОБ
Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака

Какое чувство юмора у мужчин разных знаков зодиака

Cosmopolitan
Jaguar E-Pace Jaguar E-Pace

Самая компактная модель в линейке кроссоверов Jaguar

Quattroruote
«Наша прелесть»: как общаться с родителями, помешанными на детях? «Наша прелесть»: как общаться с родителями, помешанными на детях?

Как поехать в гости и не поссориться?

Psychologies
Открыть в приложении