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

История одной фотографии: американка в Италии История одной фотографии: американка в Италии

Фотография о мужском восхищении женской красотой или о беспощадном харассменте?

Maxim
«Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club «Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club

Самое интересное из выступления Араза Агаларова на Forbes Club

Forbes
Я зарабатываю на ЗОЖ: 5 историй успеха Я зарабатываю на ЗОЖ: 5 историй успеха

Как превратить свое увлечение ЗОЖ в успешный бизнес

Cosmopolitan
Красота и жертвы: 10 ужасных преступлений, совершенных пластическими хирургами Красота и жертвы: 10 ужасных преступлений, совершенных пластическими хирургами

Иногда те, кто призван спасать людей, вместо этого наносят им непоправимый ущерб

Cosmopolitan
Пагубное влияние. В каких случаях от личного бренда больше вреда, чем пользы Пагубное влияние. В каких случаях от личного бренда больше вреда, чем пользы

Узнаваемое лицо вызывает больше доверия к продукту. Чем это вредно

Forbes
Quiksilver New Star Camp: новая глава в истории роccийских фестивалей Quiksilver New Star Camp: новая глава в истории роccийских фестивалей

Масштабный спортивно-музыкальный фестиваль Quiksilver New Star Camp

Cosmopolitan
Разрыв шаблона Разрыв шаблона

Рай­а­н Рей­нольд­с — дерзкий супергерой и примерный отец

Glamour
Выходные в Москве: 6 ресторанов, куда стоит пойти с детьми Выходные в Москве: 6 ресторанов, куда стоит пойти с детьми

Рестораторы делают все, чтобы и родителям и их любимым чадам было комфортно

Cosmopolitan
Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки

Удается ли вам спать достаточное количество часов?

Psychologies
Поверить в сказку Поверить в сказку

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

OK!
Цена надежности. Жилье подорожает после реформы строительного рынка Цена надежности. Жилье подорожает после реформы строительного рынка

На смену долевому участию придет механизм проектного финансирования

Forbes
Культовые пары российской эстрады: от Пугачевой и Кузьмина до Агутина и Варум Культовые пары российской эстрады: от Пугачевой и Кузьмина до Агутина и Варум

Эти звездные пары были вместе на сцене и за кулисами

Cosmopolitan
Без паники! 9 поступков детей, которые не так ужасны, как вам кажется Без паники! 9 поступков детей, которые не так ужасны, как вам кажется

От этих действий своей кровиночки не стоит хвататься за голову

Домашний Очаг
Дресс-код силы: как одежда помогает управлять людьми Дресс-код силы: как одежда помогает управлять людьми

Алена Долецкая о том, что такое power dressing

Psychologies
Как в старые-добрые времена: 5 правил чаепития на даче в саду Как в старые-добрые времена: 5 правил чаепития на даче в саду

Советуем тебе устроить дачное чаепитие. Настоящее, как в старые-добрые времена

Cosmopolitan
Бонды замедленного действия. Что ждет держателей облигаций UC Rusal Бонды замедленного действия. Что ждет держателей облигаций UC Rusal

Хватит ли у UC Rusal запаса прочности, чтобы расплатиться с инвесторами

Forbes
Губительная «цифра»: чем автоматизация вредит бизнесу Губительная «цифра»: чем автоматизация вредит бизнесу

Практика фиксировать результат на бумаге повышает эффективность сотрудников

Forbes
Мир в опасности: кто сможет защитить данные пользователей интернета Мир в опасности: кто сможет защитить данные пользователей интернета

Мы продолжаем спокойно жить в мире, где все взламывают всех

Forbes
Китайская грамота: как Россия подсела на азиатскую онлайн-торговлю Китайская грамота: как Россия подсела на азиатскую онлайн-торговлю

Флагману китайского e-commerce предстоит определиться с дальнейшим развитием

Forbes
Проверка на стресс: наука о страхе Проверка на стресс: наука о страхе

Можно ли предсказать поведение человека перед лицом опасности?

Популярная механика
Он не устроит! Как правильно флиртовать с разными знаками зодиака Он не устроит! Как правильно флиртовать с разными знаками зодиака

Астролог продолжает помогать нам готовиться к свиданиям с мужчинами

Cosmopolitan
9 признаков благополучия беременности 9 признаков благополучия беременности

Правильно ли развивается беременность?

9 месяцев
На что будут способны ДНК-компьютеры будущего? На что будут способны ДНК-компьютеры будущего?

Перспектива развития ДНК-компьютеров

Популярная механика
Как изменилась личная жизнь резидентов Comedy Club за 13 лет шоу Как изменилась личная жизнь резидентов Comedy Club за 13 лет шоу

Что изменилось в личной жизни артистов за годы существования Comedy Club?

Cosmopolitan
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
Как устроена жизнь в самой знаменитой высотке Лондона Как устроена жизнь в самой знаменитой высотке Лондона

Истории жильцов Треллик-тауэр — образца бруталистской архитектуры 1970-х годов

Esquire
Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия

После презентации гиперзвуковой ракеты «Кинжал» США бросились догонять Россию

Forbes
Одна вокруг света. Как вылечить малярию и прислушаться к Вселенной Одна вокруг света. Как вылечить малярию и прислушаться к Вселенной

20-ая серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Прощай, Glencore: что принес Олегу Дерипаске пятый день под санкциями Прощай, Glencore: что принес Олегу Дерипаске пятый день под санкциями

UC Rusal превращается в токсичный актив

Forbes
7 человек, которых убили роботы 7 человек, которых убили роботы

7 несчастных случаев с участием роботов, которые привели к гибели людей

Популярная механика
Открыть в приложении