Ядролық қару - адамзат тарихындағы бағасы / тиімділігі бойынша ең тиімдісі: бұл қаруды әзірлеуге, сынауға, өндіруге және қолданыста ұстауға жыл сайынғы шығындар Америка Құрама Штаттарының әскери бюджетінің 5-10 пайызын құрайды. Ресей Федерациясы - атом өндірісінің кешені бар, атом энергетикасы дамыған және ядролық жарылыстарды математикалық модельдеуге арналған суперкомпьютерлер паркі бар елдер.
Ядролық қондырғыларды әскери мақсатта қолдану ауыр химиялық элементтер атомдарының электромагниттік сәулелену (гамма және рентген диапазондары) түрінде энергия бөле отырып, жеңіл элементтердің атомдарына ыдырау қасиеттеріне негізделген. элементар бөлшектердің (нейтрондар, протондар мен электрондар) және жеңіл элементтер атомдарының ядроларының (цезий, стронций, йод және басқалары) кинетикалық энергиясының формасы
Ең танымал ауыр элементтер - уран мен плутоний. Олардың изотоптары өз ядросын бөлшектеу кезінде 2 -ден 3 -ке дейін нейтрон шығарады, бұл өз кезегінде көршілес атомдардың ядроларының бөлінуін және т.б. Затта көп мөлшерде энергия бөлінетін өздігінен таралатын (тізбек деп аталатын) реакция жүреді. Реакцияны бастау үшін белгілі бір критикалық масса қажет, оның көлемі нейтрондарды заттың сыртына шығармай -ақ атом ядроларының басып алуына жеткілікті болады. Критикалық массаны нейтронды шағылыстырғышпен және нейтрондық инициативті көзбен төмендетуге болады
Бөліну реакциясы екі субкритикалық массаны бір суперкритикалық массаға біріктіру арқылы немесе суперкритикалық массаның сфералық қабығын сфераға қысу арқылы басталады, осылайша берілген көлемдегі бөлінетін заттардың концентрациясын жоғарылатады. Бөлінетін материал химиялық жарылғыш заттың бағытталған жарылуымен біріктіріледі немесе сығылады.
Ядролық зарядтарда ауыр элементтердің бөліну реакциясынан басқа жеңіл элементтер синтезінің реакциясы қолданылады. Термоядролық синтез үшін бірнеше ондаған миллион градусқа дейін және атмосфераға дейінгі заттарды қыздыру мен сығуды қажет етеді, олар тек бөліну реакциясы кезінде бөлінетін энергия есебінен қамтамасыз етілуі мүмкін. Сондықтан термоядролық зарядтар екі сатылы схемаға сәйкес жасалған. Сутегі, тритий мен дейтерийдің изотоптары (синтез реакциясын бастау үшін температура мен қысымның минималды мәндерін қажет етеді) немесе химиялық қосылыс, литий дейтерид (соңғысы бірінші сатыдағы жарылыстан нейтрондардың әсерінен) бөлінеді. тритий мен гелийге) жеңіл элементтер ретінде қолданылады. Біріктіру реакциясындағы энергия нейтрондардың, электрондардың және гелий ядроларының (альфа-бөлшектер деп аталатын) электромагниттік сәулелену және кинетикалық энергиясы түрінде бөлінеді. Бірлік массасына синтез реакциясының энергия бөлінуі бөліну реакциясынан төрт есе жоғары
Тритиум және оның дертерийі детерийі бөліну реакциясын бастау үшін нейтрон көзі ретінде де қолданылады. Тритий немесе сутегі изотоптарының қоспасы, плутоний қабығының қысылуының әсерінен, плутонийді аса критикалық күйге айналдыратын нейтрондардың бөлінуімен термиялық реакцияға енеді.
Қазіргі заманғы ядролық оқтұмсықтардың негізгі компоненттері:
-уран кенінен немесе фосфат кенінен (қоспалар түрінде) алынатын U-238 уранының тұрақты (өздігінен бөлінбейтін) изотопы;
-уран кенінен алынған немесе U-238 ядролық реакторларда өндірілген U-235 уранының радиоактивті (өздігінен бөлінетін) изотопы;
-ядролық реакторларда U-238-ден шығарылатын Пу-239 плутонийінің радиоактивті изотопы;
- табиғи судан алынған немесе ядролық реакторларда протийден алынған сутегі дейтерийінің тұрақты изотопы;
- ядролық реакторларда дейтерийден өндірілген Т сутегі тритийінің радиоактивті изотопы;
- кеннен алынатын литий Ли-6 тұрақты изотопы;
- кеннен алынған Be-9 бериллийінің тұрақты изотопы;
- HMX және триаминотринитробензол, химиялық жарылғыш заттар.
Диаметрі 17 см U-235-тен жасалған шардың критикалық массасы 50 кг, диаметрі 10 см Пу-239-дан жасалған шардың критикалық массасы 11 кг. Бериллий нейтронды рефлекторы мен тритий нейтронының көзімен критикалық массаны сәйкесінше 35 және 6 кг дейін төмендетуге болады.
Ядролық зарядтардың өздігінен жұмыс істеу қаупін жою үшін олар аталғандарды қолданады. басқа да аз плутоний изотоптарынан тазартылған Пу-239 қару-жарақтары 94%деңгейінде. 30 жылдық кезеңділікпен плутоний өз изотоптарының өздігінен ядролық ыдырау өнімдерінен тазартылады. Механикалық беріктігін арттыру үшін плутоний массалық 1 % галлиймен легирленеді және тотығудан қорғау үшін жұқа никель қабатымен қапталады.
Ядролық зарядтарды сақтау кезінде плутонийдің радиациялық өзін-өзі қыздыру температурасы Цельсий бойынша 100 градустан аспайды, бұл химиялық жарылғыш заттың ыдырау температурасынан төмен.
2000 жылға қарай Ресей Федерациясының қарамағындағы қаруға жарамды плутоний мөлшері 170 тоннаға бағаланады, АҚШ - 103 тонна, сонымен қатар НАТО елдерінен, Жапония мен Оңтүстік Кореядан сақтауға қабылданған бірнеше ондаған тонна, оларда ядролық қаруы жоқ. Ресей Федерациясы қару мен қуатты ядролық жылдам реакторлар түріндегі плутоний өндіру бойынша әлемдегі ең үлкен қуаттылыққа ие. Плутониймен бірге бір грамм үшін шамамен 100 АҚШ доллары (5-6 кг заряд), тритий шамамен 20 мың АҚШ долларына (бір зарядқа 4-5 грамм) өндіріледі.
Ядролық бөліну зарядтарының алғашқы конструкциялары 1940 жылдардың ортасында Америка Құрама Штаттарында жасалған Kid and Fat Man болды. Зарядтың соңғы түрі біріншісінен көптеген электрлік детонаторлардың жарылуын синхрондауға арналған күрделі қондырғылармен және оның үлкен көлденең өлшемдерімен ерекшеленді.
«Бала» зеңбірек схемасы бойынша жасалды - артиллериялық бөшке әуе бомбасының корпусының бойлық осіне орнатылды, оның тұйықталған ұшында бөлінетін материалдың жартысы (уран U -235), екінші жартысы бөлінетін материал ұнтақты зарядпен үдетілген снаряд болды. Бөліну реакциясындағы уранды пайдалану коэффициенті шамамен 1 пайызды құрады, U-235 массасының қалған бөлігі радиоактивті түсу түрінде жартылай ыдырау кезеңі 700 миллион жыл болды.
«Майлы адам» имплозивті схемаға сәйкес жасалды-бөлінетін материалдың қуыс сферасы (Pu-239 плутоний) уран U-238 (итергіш), алюминий қабығы (сөндіргіш) және қабықша (жарылыс) генератор), химиялық жарылғыштың бес және алтыбұрышты сегменттерінен тұрады, оның сыртқы бетіне электр детонаторлары орнатылған. Әр сегмент әр түрлі жарылу жылдамдығымен жарылғыш заттардың екі түрінің детонациялық линзасы болды, алыстатылатын қысым толқынын сфералық жинақтау толқынына айналдырды, алюминий қабығын біркелкі қысады, ол өз кезегінде уран қабығын қысады, ал плутоний сферасы - ішкі қуысы жабық. Қысым толқыны кері тығыздықты жоғары тығыздықтағы материалға өту үшін сіңіру үшін алюминий сіңіргішті, ал бөліну реакциясы кезінде плутонийді инертті ұстап тұру үшін уран итергішті қолданды. Плутоний сферасының ішкі қуысында полонийден альфа-сәулелену әсерінен нейтрондар шығаратын радиоактивті полоний Po-210 изотопы мен бериллийден жасалған нейтрон көзі орналасқан. Бөлінетін заттардың пайдалану коэффициенті шамамен 5 пайызды құрады, радиоактивті қалдықтардың жартылай ыдырау периоды 24 мың жыл болды.
АҚШ -та «Бала» мен «Майлы адам» құрылғаннан кейін бірден сыни массаны азайтуға, бөлінетін заттардың пайдалану коэффициентін арттыруға, жеңілдетуге бағытталған ядролық зарядтардың, зеңбірек пен жарылыстың схемасын оңтайландыру жұмыстары басталды. электрлік детонациялық жүйе және мөлшерін азайту. КСРО -да және ядролық қарудың иелері болып табылатын басқа мемлекеттерде айыптаулар бастапқыда имплостық схемаға сәйкес жасалды. Дизайнды оңтайландыру нәтижесінде бөлінетін материалдың критикалық массасы азайтылды, ал нейтронды шағылыстырғыш пен нейтрон көзін қолдану есебінен оны пайдалану коэффициенті бірнеше есе өсті.
Бериллий нейтронды шағылыстырғыш-қалыңдығы 40 мм-ге дейінгі металл қабық, нейтрон көзі-плутонийдегі қуысты толтыратын газ тәрізді тритий немесе бөлек цилиндрде (күшейткіште) сақталатын титанмен тритий сіңдірілген темір гидриді және қыздыру әсерінен тритий шығарады. Ядролық зарядты қолданар алдында электрмен, содан кейін газ құбыры арқылы тритий зарядқа түседі. Соңғы техникалық шешім ядролық зарядтың қуатын айдалатын тритийдің көлеміне байланысты көбейтуге мүмкіндік береді, сонымен қатар газ қоспасын әр 4-5 жыл сайын жаңасымен алмастыруды жеңілдетеді, себебі тритийдің жартылай ыдырау периоды 12 жыл. Күшейткіштегі тритийдің артық мөлшері плутонийдің критикалық массасын 3 кг дейін төмендетуге және нейтронды сәулелену сияқты зиянды фактордың әсерін едәуір арттыруға мүмкіндік береді (басқа зақымдайтын факторлардың әсерін азайту арқылы - соққы толқыны мен жарық сәулесі).). Дизайнды оңтайландыру нәтижесінде бөлінетін материалдарды пайдалану коэффициенті 20%-ға дейін, тритийден асып кеткен жағдайда - 40%-ға дейін өсті.
Зеңбірек схемасы екі ұшты және бір осьтік жарылғыш зарядтың жарылуынан ұсақ цилиндр тәрізді бөлінетін материалдардың массасын жасау арқылы радиалды-осьтік жарылысқа көшуге байланысты жеңілдетілді.
Жарылғыш заттың сыртқы қабығын эллипсоид түрінде жасау арқылы имплозивті схема оңтайландырылды (бұл жарылыс линзаларының санын эллипсоид полюстерінен бөлек екі бірлікке дейін қысқартуға мүмкіндік берді) детонациялық линзаның көлденең қимасындағы детонациялық толқынның жылдамдығы бір мезгілде соққы толқынының сфералық бетіне жарылғыш заттың ішкі қабатын жақындатуын қамтамасыз етеді, оның жарылуы бериллий қабығын біркелкі қысады (нейтронды рефлектордың функцияларын біріктіреді және қысымды толқынды демпфер) және трутиймен толтырылған ішкі қуысы бар плутоний сферасы немесе оның дейтериймен қоспасы
Жарылу схемасының ең ықшам орындалуы (кеңестік 152 мм снарядта қолданылады)-бұл қабырғаның қалыңдығы ауыспалы қуыс эллипсоид түрінде жарылғыш-бериллий-плутонийлік қондырғының орындалуы, бұл құрастырудың есептік деформациясын қамтамасыз етеді. соққы толқынының әсерінен жарылғыш жарылыстың нәтижесінде сфералық құрылымға айналады
Түрлі техникалық жетілдірулерге қарамастан, ядролық бөліну зарядтарының қуаты тротил эквивалентінде 100 Ктн деңгейінде шектелді, себебі бөліну реакциясындағы заттарды қоспағанда, жарылыс кезінде бөлінетін заттардың сыртқы қабаттарының сөзсіз кеңеюі.
Сондықтан термоядролық зарядтың конструкциясы ұсынылды, оған ауыр бөліну элементтері де, жеңіл синтез элементтері де кіреді. Алғашқы термоядролық заряд (Айви Майк) тритий мен дейтерийдің сұйық қоспасымен толтырылған криогенді резервуар түрінде жасалды, онда плутонийдің жарылғыш ядролық заряды орналасқан. Өте үлкен өлшемдерге және криогенді резервуарды үнемі салқындату қажеттілігіне байланысты іс жүзінде басқа схема қолданылды - құрамында уран, плутоний мен литий дейтеридінің бірнеше ауыспалы қабатын қамтитын имплозивті «пуф» (RDS -6s). бериллийдің сыртқы рефлекторы және тритийдің ішкі көзі
Алайда, ішкі қабаттарда бөліну мен синтез реакциясының басталуына және реакцияланбаған сыртқы қабаттардың кеңеюіне байланысты «пуфтың» күші 1 Mtn деңгейімен де шектелді. Бұл шектеуді жеңу үшін синтез реакциясының жеңіл элементтерін ауыр элементтердің бөліну реакциясынан рентген сәулесімен (екінші кезең) сығу схемасы жасалды (бірінші кезең). Бөліну реакциясында бөлінетін рентгендік фотондар ағынының үлкен қысымы литий дейтеридін тығыздықтың 1000 есе артуымен 10 есе қысуға және қысу процесінде қыздыруға мүмкіндік береді, содан кейін литий нейтрон ағынына ұшырайды. бөліну реакциясы, тритийге айналады, ол дейтериймен синтез реакцияларына енеді. Термоядролық зарядтың екі сатылы схемасы радиоактивтілік бойынша ең таза болып табылады, себебі қосылу реакциясынан екінші реттік нейтрондар реакцияланбаған уран / плутонийді қысқа мерзімді радиоактивті элементтерге дейін күйдіреді, ал нейтрондардың өзі ауада сөндіріледі. қашықтығы шамамен 1,5 км.
Екінші сатының біркелкі қысылуы үшін термоядролық зарядтың корпусы жержаңғақ қабығы түрінде жасалады, бұл бірінші сатының торабын қабықтың бір бөлігінің геометриялық фокусына орналастырады және қабықтың басқа бөлігінің геометриялық фокусындағы екінші кезең. Жинақтар дененің көп бөлігінде көбік немесе аэрогельді толтырғыш көмегімен ілінеді. Оптика ережелері бойынша бірінші сатыдағы жарылыстың рентген сәулесі қабықтың екі бөлігі арасындағы тарылуда шоғырланған және екінші саты бетіне біркелкі таралған. Рентген диапазонында шағылыстырғыштықты жоғарылату үшін заряд денесінің ішкі беті мен екінші сатыдағы қондырғының сыртқы беті тығыз материалдың қабатымен қапталған: қорғасын, вольфрам немесе уран U-238. Соңғы жағдайда термоядролық заряд үш сатылы болады-синтез реакциясынан нейтрондардың әсерінен U-238 U-235-ке айналады, оның атомдары бөліну реакциясына еніп, жарылу қуатын арттырады.
Үш сатылы схема кеңестік АН-602 әуе бомбасының конструкциясына енгізілді, оның жобалық қуаты 100 млн. Сынақ алдында U-238 сынақ алаңынан тыс бөлінуінен радиоактивті түсу аймағын кеңейту қаупіне байланысты У-238 уранын қорғасынмен алмастыру арқылы үшінші кезең оның құрамынан шығарылды. Ан-602 екі сатылы модификациясының нақты сыйымдылығы 58 млн. Термоядролық зарядтардың қуатын одан әрі жоғарылатуды құрама жарылғыш құрылғыдағы термоядролық зарядтардың санын көбейту арқылы жасауға болады. Алайда, бұл мақсатты нысандардың болмауына байланысты қажет емес - Посейдон су асты көлігінің бортында орналастырылған АН -602 заманауи аналогы 72 км соққы толқыны мен радиусы бар ғимараттар мен құрылыстардың қирау радиусына ие. Нью -Йорк немесе Токио сияқты мегаполистерді жою үшін жеткілікті 150 км өрт
Ядролық қаруды қолданудың салдарын шектеу тұрғысынан (аумақтық оқшаулау, радиоактивтіліктің шығарылуын барынша азайту, қолданудың тактикалық деңгейі) дәлдігі бір сатылы зарядтар 1 Ктн дейін, олар нүктелік нысандарды жоюға арналған - зымырандық силостар, штабтар, байланыс орталықтары, радарлар, әуе қорғанысы зымыран жүйелері, кемелер, сүңгуір қайықтар, стратегиялық бомбалаушылар және т.б.
Мұндай зарядтың дизайны екі эллипсоидты детонациялық линзаны (HMX химиялық жарылғыш, полипропиленнен жасалған инертті материал), үш сфералық қабықты (бериллийден жасалған нейтронды шағылыстырғышты, пьезоэлектр генераторын) қамтитын имплозивті қондырғы түрінде жасалуы мүмкін. Цезий йодиді, плутонийден бөлінетін материал) және ішкі сфера (литий дитеридті синтездік отын)
Жиналатын қысымды толқынның әсерінен цезий йодиді супер қуатты электромагниттік импульс тудырады, электронды ағын плутонийде гамма-сәулеленуді тудырады, ол ядролардан нейтрондарды шығарады, осылайша өздігінен таралатын бөліну реакциясын бастайды, рентген сәулелері литий дейтеридін қысады және қыздырады., нейтрон ағыны литийден тритий шығарады, ол дейтериймен реакцияға түседі. Бөліну мен синтез реакцияларының центрге бағытталған бағыты термоядролық отынды 100% пайдалануды қамтамасыз етеді.
Плутонийді тритий мен дейтерий қоспасы бар капсуланы лазерлік сығуға арналған қондырғыға ауыстыру арқылы қуатты және радиоактивтілікті азайту бағытында ядролық зарядтардың конструкцияларын одан әрі дамыту мүмкін.
