Əyləncəli nüvə fizikası (13 şəkil). Nüvə hücumu: nüvə yükünün kritik kütləsi Uran nüvə reaktorunda kritik kütlə
Qısa müddət ərzində gigajoul enerji buraxmağa qadir olan sirli cihaz pis romantika ilə əhatə olunub. Deməyə ehtiyac yoxdur ki, bütün dünyada nüvə silahları üzərində iş dərin təsnif edilmişdi və bombanın özü çoxlu əfsanə və miflərlə örtülmüşdü. Gəlin onlarla qaydada məşğul olmağa çalışaq.
Andrey Suvorov
Heç bir şey atom bombası kimi maraq doğurmaz
1945-ci ilin avqustu. Ernest Orlando Lawrence atom bombası laboratoriyasında
1954 Bikini Atollunda baş verən partlayışdan səkkiz il sonra yapon alimləri yerli sularda tutulan balıqlarda yüksək miqdarda radiasiya aşkar ediblər.
Kritik kütlə
Hər kəs nüvə zəncirvari reaksiyasının başlaması üçün müəyyən bir kritik kütlənin əldə edilməsi lazım olduğunu eşitmişdir. Ancaq real nüvə partlayışının baş verməsi üçün tək kritik kütlə kifayət deyil - nəzərə çarpan enerjinin ayrılmasına vaxt çatmazdan əvvəl reaksiya demək olar ki, dərhal dayanacaq. Bir neçə kiloton və ya onlarla kilotonluq, iki və ya üç, daha yaxşısı dörd və ya beş olan tam miqyaslı partlayış üçün eyni vaxtda kritik kütlələr toplanmalıdır.
Aydın görünür ki, uran və ya plutoniumdan iki və ya daha çox hissə hazırlamaq və lazımi anda onları birləşdirmək lazımdır. Ədalət naminə demək lazımdır ki, fiziklər də nüvə bombası hazırlayarkən eyni şeyi düşünürdülər. Amma reallıq öz düzəlişlərini etdi.
Məsələ burasındadır ki, əgər bizdə çox saf uran-235 və ya plutonium-239 olsaydı, o zaman bunu edə bilərdik, amma alimlər real metallarla məşğul olmalı idilər. Təbii uranı zənginləşdirməklə 90% uran-235 və 10% uran-238 olan qarışıq hazırlaya bilərsiniz; uran-238-in qalıqlarından xilas olmaq cəhdləri bu materialın qiymətinin çox sürətlə artmasına səbəb olur (bu, yüksək adlanır). zənginləşdirilmiş uran). Uran-235-in parçalanması ilə uran-238-dən nüvə reaktorunda istehsal olunan Plutonium-239, mütləq plutonium-240 qarışığını ehtiva edir.
Uran235 və plutonium239 izotopları cüt-tək adlanır, çünki onların atomlarının nüvələrində cüt sayda proton (uran üçün 92 və plutonium üçün 94) və tək sayda neytron (müvafiq olaraq 143 və 145) vardır. Ağır elementlərin bütün cüt tək nüvələrinin ümumi bir xüsusiyyəti var: onlar nadir hallarda kortəbii parçalanırlar (elm adamları deyirlər: "kortəbii"), lakin bir neytron nüvəyə dəydikdə asanlıqla parçalanır.
Uran-238 və plutonium-240 cüt-cütdür. Onlar, əksinə, parçalanan nüvələrdən uçan aşağı və orta enerjili neytronlarla praktiki olaraq parçalanmırlar, lakin neytron fonu əmələ gətirərək, kortəbii olaraq yüzlərlə və ya on minlərlə dəfə daha tez parçalanırlar. Bu fon nüvə silahının yaradılmasını çox çətinləşdirir, çünki bu, yükün iki hissəsinin qarşılaşmasından əvvəl reaksiyanın vaxtından əvvəl başlamasına səbəb olur. Buna görə də, partlayış üçün hazırlanmış bir cihazda kritik kütlənin hissələri bir-birindən kifayət qədər uzaqda yerləşdirilməli və yüksək sürətlə birləşdirilməlidir.
Top Bombası
Lakin 1945-ci il avqustun 6-da Xirosimaya atılan bomba məhz yuxarıda göstərilən sxemə uyğun hazırlanmışdır. Onun iki hissəsi, hədəf və güllə yüksək zənginləşdirilmiş urandan hazırlanmışdı. Hədəf diametri 16 sm, hündürlüyü 16 sm olan silindr idi.Onun mərkəzində 10 sm diametrli dəlik var idi.Güllə bu dəliyə uyğun olaraq hazırlanmışdır. Ümumilikdə, bombanın tərkibində 64 kq uran var idi.
Hədəf daxili təbəqəsi volfram karbidindən, xarici təbəqəsi poladdan hazırlanmış bir mərmi ilə əhatə olunmuşdu. Mərminin məqsədi iki idi: güllə hədəfə ilişdiyi zaman tutmaq və urandan qaçan neytronların heç olmasa bir hissəsini geriyə əks etdirmək. Neytron reflektorunu nəzərə alsaq, 64 kq 2,3 kritik kütlə idi. Parçaların hər biri subkritik olduğu üçün bu necə oldu? Fakt budur ki, orta hissəni silindrdən çıxararaq, onun orta sıxlığını azaldırıq və kritik kütlənin dəyəri artır. Beləliklə, bu hissənin kütləsi bərk metal parçası üçün kritik kütlədən çox ola bilər. Amma güllənin kütləsini bu şəkildə artırmaq mümkün deyil, çünki o, möhkəm olmalıdır.
Həm hədəf, həm də güllə parçalardan yığılmışdı: hədəf bir neçə aşağı hündürlükdə halqadan, güllə isə altı yuyucudan. Səbəb sadədir - uran çubuqları kiçik ölçüdə olmalı idi, çünki şütün hazırlanması (tökülməsi, preslənməsi) zamanı uranın ümumi miqdarı kritik kütləyə yaxınlaşmamalıdır. Güllə nazik divarlı paslanmayan polad gödəkçəyə, hədəf gödəkçəyə bənzər volfram karbid qapağına daxil edilmişdir.
Gülləni hədəfin mərkəzinə yönəltmək üçün adi 76,2 mm-lik zenit silahının lüləsindən istifadə etmək qərarına gəliblər. Buna görə də bu tip bomba bəzən topla yığılmış bomba adlanır. Belə qeyri-adi mərmi yerləşdirmək üçün lülə içəridən 100 mm-ə qədər sıxılmışdı. Barelin uzunluğu 180 sm idi.Onun doldurma kamerasına adi tüstüsüz barıt yüklənmişdi ki, bu da təxminən 300 m/s sürətlə güllə atır. Və barelin digər ucu hədəf qabığındakı bir çuxura sıxıldı.
Bu dizaynın bir çox çatışmazlıqları var idi.
Bu dəhşətli dərəcədə təhlükəli idi: barıt doldurma kamerasına yükləndikdən sonra onu alovlandıra biləcək hər hansı bir qəza bombanın tam gücü ilə partlamasına səbəb olardı. Bu səbəbdən təyyarə hədəfə yaxınlaşanda havada piroksilin yüklənib.
Təyyarə qəzası zamanı uran hissələri barıt olmadan, sadəcə yerə güclü zərbə ilə birləşə bilər. Bunun qarşısını almaq üçün güllənin diametri lülədəki çuxurun diametrindən bir millimetr böyük idi.
Bomba suya düşərsə, o zaman suda neytronların moderasiyası səbəbindən reaksiya hissələri birləşdirmədən də başlaya bilər. Düzdür, bu halda nüvə partlayışı ehtimalı azdır, lakin uranın geniş əraziyə səpilməsi və radioaktiv çirklənmə ilə termal partlayış baş verərdi.
Bu dizaynlı bir bombanın uzunluğu iki metri keçdi və bu, demək olar ki, keçilməzdir. Axı, kritik bir vəziyyətə çatdı və reaksiya güllənin dayanmasına hələ yaxşı yarım metr qaldıqda başladı!
Nəhayət, bu bomba çox israfçı idi: uranın 1%-dən azının ona reaksiya verməyə vaxtı var idi!
Top bombasının tam bir üstünlüyü var idi: işləməyə bilməzdi. Onu sınamaq fikrində deyildilər! Lakin amerikalılar plutonium bombasını sınaqdan keçirməli oldular: onun dizaynı çox yeni və mürəkkəb idi.
Plutonium futbol topu
Plutonium-240-ın hətta kiçik (1%-dən az!) qarışığının plutonium bombasının top birləşməsini qeyri-mümkün etdiyi ortaya çıxanda fiziklər kritik kütlə əldə etməyin başqa yollarını axtarmağa məcbur oldular. Plutonium partlayıcılarının açarını isə sonradan ən məşhur “nüvə casusu”na çevrilmiş şəxs - britaniyalı fizik Klaus Fuks tapıb.
Daha sonra "partlama" adlanan onun ideyası, partlayıcı linzalardan istifadə edərək, bir-birindən uzaqlaşandan birləşən sferik şok dalğası yaratmaq idi. Bu zərbə dalğası plutonium parçasını sıxacaq ki, onun sıxlığı ikiqat artsın.
Sıxlığın azalması kritik kütlənin artmasına səbəb olarsa, sıxlığın artması onu azaltmalıdır! Bu xüsusilə plutonium üçün doğrudur. Plutonium çox spesifik bir materialdır. Plutonium parçası ərimə nöqtəsindən otaq temperaturuna qədər soyuduqda dörd faza keçidindən keçir. Sonuncuda (təxminən 122 dərəcə) onun sıxlığı 10% sıçrayır. Bu vəziyyətdə hər hansı bir tökmə qaçılmaz olaraq çatlayır. Bunun qarşısını almaq üçün plutonium bəzi üçvalentli metal ilə aşqarlanır, sonra boş vəziyyət sabit olur. Alüminiumdan istifadə etmək olar, lakin 1945-ci ildə plutonium nüvələrindən ayrılan alfa hissəciklərinin, alüminium nüvələrindən sərbəst neytronları yıxacağından, artıq nəzərə çarpan neytron fonunu artıracağından qorxurdular, buna görə də ilk atom bombasında qallium istifadə edildi.
Tərkibində 98% plutonium-239, 0,9% plutonium-240 və 0,8% qallium olan bir ərintidən diametri cəmi 9 sm və çəkisi təxminən 6,5 kq olan bir top hazırlanmışdır. Topun mərkəzində diametri 2 sm olan bir boşluq var idi və o, üç hissədən ibarət idi: iki yarım və diametri 2 sm olan silindr.Bu silindr bir tıxac rolunu oynayırdı və onun vasitəsilə bir təşəbbüskar daxil edilə bilərdi. daxili boşluq - bomba partladıqda işə salınan neytron mənbəyi. Hər üç hissə nikellə örtülməli idi, çünki plutonium hava və su ilə çox aktiv oksidləşir və insan orqanizminə daxil olarsa, son dərəcə təhlükəlidir.
Top təbii urandan238, qalınlığı 7 sm və çəkisi 120 kq olan neytron reflektoru ilə əhatə olunmuşdu. Uran sürətli neytronların yaxşı əks etdiricisidir və yığıldıqda sistem yalnız bir qədər subkritik idi, buna görə də plutonium tıxacının əvəzinə neytronları udan bir kadmium tıxacı qoyuldu. Reflektor həmçinin reaksiya zamanı kritik qurğunun bütün hissələrini tutmağa xidmət edirdi, əks halda plutoniumun çox hissəsi nüvə reaksiyasında iştirak etməyə vaxt tapmadan uçub dağılacaqdı.
Daha sonra 120 kq ağırlığında 11,5 santimetrlik alüminium ərintisi təbəqəsi gəldi. Qatın məqsədi obyektiv linzalardakı əks əks olunma ilə eynidir: partlayış dalğasının uran-plutonium birləşməsinə nüfuz etməsini və ondan əks olunmamasını təmin etmək. Bu əksetmə partlayıcı maddə ilə uran arasında sıxlıqda böyük fərq (təxminən 1:10) səbəbindən baş verir. Bundan əlavə, bir şok dalğasında, sıxılma dalğasından sonra, Taylor effekti adlanan nadirləşmə dalğası var. Alüminium təbəqəsi partlayıcının təsirini azaldan nadirləşmə dalğasını zəiflətdi. Alüminium uran-238-in parçalanması zamanı əmələ gələn alfa hissəciklərinin təsiri altında alüminium atomlarının nüvələrindən buraxılan neytronları udan borla aşqarlanmalı idi.
Nəhayət, çöldə eyni “partlayıcı linzalar” var idi. Onlardan 32-si (20 altıbucaqlı və 12 beşbucaqlı) var idi, onlar futbol topuna bənzər bir quruluş yaratdılar. Hər bir obyektiv üç hissədən ibarət idi, ortası xüsusi “yavaş” partlayıcıdan, xarici və daxili isə “sürətli” partlayıcıdan hazırlanmışdır. Xarici hissəsi xaricdən sferik idi, lakin içərisində formalı yükdəki kimi konusvari bir depressiya var idi, lakin məqsədi fərqli idi. Bu konus yavaş partlayıcı ilə dolduruldu və interfeysdə partlayış dalğası adi işıq dalğası kimi sındı. Amma burada oxşarlıq çox şərtlidir. Əslində bu konusun forması nüvə bombasının əsl sirlərindən biridir.
40-cı illərin ortalarında dünyada belə linzaların formasını hesablamaq mümkün olan kompüterlər yox idi, ən əsası isə uyğun nəzəriyyə belə yox idi. Buna görə də, onlar yalnız sınaq və səhv yolu ilə edildi. Mindən çox partlayış həyata keçirilməli idi - və yalnız həyata keçirilmədi, həm də partlayış dalğasının parametrlərini qeyd edən xüsusi yüksək sürətli kameralarla fotoşəkillər çəkildi. Daha kiçik versiya sınaqdan keçirildikdə məlum oldu ki, partlayıcı maddələr o qədər də asanlıqla miqyas almır və köhnə nəticələri xeyli düzəltmək lazım idi.
Formanın dəqiqliyi bir millimetrdən az bir xəta ilə təmin edilməli, partlayıcı maddənin tərkibi və vahidliyi isə son dərəcə ehtiyatla təmin edilməli idi. Hissələr yalnız tökmə ilə hazırlana bilərdi, buna görə də bütün partlayıcı maddələr uyğun deyildi. Sürətli partlayıcı RDX və TNT qarışığı idi, RDX miqdarı iki dəfə çox idi. Yavaş - eyni TNT, lakin inert barium nitrat əlavə etməklə. Birinci partlayıcıda detonasiya dalğasının sürəti 7,9 km/s, ikincidə isə 4,9 km/s təşkil edir.
Hər bir linzanın xarici səthinin ortasına detonatorlar quraşdırılmışdır. Bütün 32 detonator eyni vaxtda eşidilməmiş dəqiqliklə - 10 nanosaniyədən az, yəni saniyənin milyardda biri ilə atəş açmalı idi! Beləliklə, şok dalğasının cəbhəsi 0,1 mm-dən çox təhrif edilməməlidir. Linzaların birləşən səthləri eyni dəqiqliklə hizalanmalı idi, lakin onların istehsalında səhv on dəfə çox idi! Qeyri-dəqiqlikləri kompensasiya etmək üçün çoxlu tualet kağızı və lent sərf etməli oldum. Lakin sistem nəzəri modelə çox az bənzəməyə başladı.
Yeni detonatorlar icad etmək lazım idi: köhnələr düzgün sinxronizasiyanı təmin etmirdi. Onlar elektrik cərəyanının güclü impulsu altında partlayan naqillər əsasında hazırlanmışdır. Onları işə salmaq üçün 32 yüksək gərginlikli kondansatördən ibarət batareya və eyni sayda yüksək sürətli boşaldıcı lazım idi - hər detonator üçün bir. Batareyalar və kondansatörlər üçün şarj cihazı daxil olmaqla bütün sistem ilk bombada demək olar ki, 200 kq ağırlığında idi. Lakin 2,5 ton götürən partlayıcının çəkisi ilə müqayisədə bu çox deyildi.
Nəhayət, bütün quruluş geniş bir kəmərdən və iki örtükdən - yuxarı və aşağıdan ibarət olan duralumin sferik gövdəyə bağlandı, bütün bu hissələr boltlar ilə yığıldı. Bombanın dizaynı onu plutonium nüvəsi olmadan yığmağa imkan verdi. Plutoniumun uran reflektorunun bir parçası ilə birlikdə yerinə daxil edilməsi üçün korpusun üst qapağı açılıb və bir partlayıcı obyektiv çıxarılıb.
Yaponiya ilə müharibə başa çatırdı və amerikalılar tələsirdilər. Lakin partlayıcı bomba sınaqdan keçirilməli idi. Bu əməliyyata "Trinity" ("Trinity") kod adı verildi. Bəli, atom bombası əvvəllər yalnız tanrılar üçün mövcud olan gücü nümayiş etdirməli idi.
Parlaq uğur
Sınaq sahəsi Nyu Meksiko ştatında, mənzərəli Jornadadel Muerto (Ölüm Yolu) adlı yerdə seçildi - ərazi Alamagordo artilleriya poliqonunun bir hissəsi idi. Bomba 11 iyul 1945-ci ildə yığılmağa başladı. İyulun 14-də o, xüsusi tikilmiş 30 m hündürlüyündə qüllənin zirvəsinə qaldırıldı, naqillər detonatorlara birləşdirildi və çoxlu ölçü avadanlığının cəlb olunduğu son hazırlıq mərhələsi başladı. 1945-ci il iyulun 16-da səhər saat beşin yarısında qurğu partladıldı.
Partlayışın mərkəzindəki temperatur bir neçə milyon dərəcəyə çatır, buna görə də nüvə partlayışının parıltısı Günəşdən çox daha parlaqdır. Atəş topu bir neçə saniyə davam edir, sonra yüksəlməyə başlayır, qaralmağa başlayır, ağdan narıncıya, sonra qırmızıya çevrilir və indi məşhur nüvə göbələyi əmələ gəlir. İlk göbələk buludu 11 km hündürlüyə qalxdı.
Partlayış enerjisi trotil ekvivalentinin 20 kt-dan çox idi. Fiziklər 510 tona hesabladıqları və avadanlığı çox yaxın yerləşdirdikləri üçün ölçü avadanlığının çox hissəsi məhv olub. Əks halda bu, uğur, parlaq uğur idi!
Lakin amerikalılar ərazinin gözlənilməz radioaktiv çirklənməsi ilə üzləşdilər. Radioaktiv tullantıların şleyfi 160 km şimal-şərqə doğru uzanırdı. Əhalinin bir hissəsi kiçik Bingham şəhərindən evakuasiya edilməli idi, lakin ən azı beş yerli sakin 5760 rentgen dozası aldı.
Məlum oldu ki, çirklənmənin qarşısını almaq üçün bomba kifayət qədər yüksək hündürlükdə, ən azı bir kilometr yarımda partladılmalıdır, sonra radioaktiv parçalanma məhsulları yüz minlərlə, hətta milyonlarla kvadrat əraziyə səpələnir. km və qlobal radiasiya fonunda həll olunur.
Bu dizaynın ikinci bombası avqustun 9-da, bu sınaqdan 24 gün sonra və Xirosimanın bombalanmasından üç gün sonra Naqasakiyə atıldı. O vaxtdan bəri, demək olar ki, bütün atom silahları partlama texnologiyasından istifadə etdi. 29 avqust 1949-cu ildə sınaqdan keçirilmiş ilk sovet bombası RDS-1 eyni dizayna uyğun olaraq hazırlanmışdır.
Parçalanma reaksiyası zamanı buraxılan neytronların bəziləri reaksiya sferasından qaçır və ya parçalanma yaratmadan tutulur. Əgər siz neytronların itmə sürətinin parçalanma zamanı yeni neytronların buraxılma sürətindən çox olduğu şərait yaratsanız, bu şəraitdə zəncirvari reaksiya öz-özünə davam etməyi dayandıracaq, yəni dayanacaq. Bu, bir qədər enerji buraxacaq, lakin bu kifayət etməyəcək və yeni neytronların buraxılma sürəti təsirli bir partlayışa səbəb olmaq üçün çox aşağı olacaq. Buna görə də, nüvə partlayışını həyata keçirmək üçün neytron itkisinin minimal olacağı şərait yaratmaq lazımdır. Bu baxımdan parçalanan material kütləsindən ayrılan və parçalanma reaksiyasında iştirak etməyən neytronlar xüsusilə vacibdir.
Reaksiya sferasından neytronların emissiyası uran (və ya plutonium) kütləsinin xarici səthi vasitəsilə baş verir. Nəticə etibarilə, parçalanan materialın kütləsindən emissiyası səbəbindən neytronların itkisi dərəcəsi bu kütlənin səthinin ölçüsü ilə müəyyən ediləcəkdir. Digər tərəfdən, çoxlu yeni neytronların ayrılması nəticəsində parçalanma prosesi parçalanan maddənin bütün kütləsi boyunca baş verir və buna görə də bu neytronların buraxılma sürəti bu kütlənin ölçüsündən asılıdır. Parçalanan materialın həcmi artdıqca onun səth sahəsinin kütləyə nisbəti azalır; buna görə də parçalanma reaksiyası zamanı itirilmiş (buraxılan) neytronların sayının yeni neytronların sayına nisbəti azalacaq.
Biri digərindən böyük olan iki sferik parçalanan materialı göstərən sağdakı rəsmə nəzər salsaq, bu məqamı anlamaq daha asan olar; hər iki halda parçalanma prosesi bir neytronla başlayır, şəkildə dairədəki nöqtə kimi göstərilir. Güman edilir ki, hər parçalanma hadisəsi zamanı üç neytron buraxılır, yəni bir neytron tutulur.
Uran və ya plutoniumun kütləsi kiçikdirsə, yəni səth sahəsinin həcmə nisbəti böyükdürsə, emissiya nəticəsində itirilən neytronların sayı o qədər çox olacaq ki, nüvə parçalanma zəncirvari reaksiyasının yaranması və buna görə də nüvə partlayışının həyata keçirilməsi qeyri-mümkün olacaq. Lakin uran və ya plutoniumun kütləsi artdıqca, neytronların nisbi itkisi azalır və zəncirvari reaksiyanın öz-özünə davam edə biləcəyi bir məqam gəlir. Bu momentə uyğun gələn parçalanan materialın miqdarına kritik kütlə deyilir.
Beləliklə, nüvə partlayışının baş verməsi üçün nüvə silahında müəyyən şərtlərdə kritik kütləni aşan kifayət qədər miqdarda uran və ya plutonium olmalıdır. Reallıqda kritik kütlə, digər şeylərlə yanaşı, parçalanan material parçasının formasından, onun tərkibindən və parçalanmadan neytronları uda bilən xarici çirklərlə çirklənmə dərəcəsindən asılıdır. Parçalanan materialı müvafiq qabıqla - neytron reflektoru ilə əhatə etməklə, onların emissiyasına görə neytronların itkisini azaltmaq və buna görə də kritik kütlənin dəyərini azaltmaq mümkündür. Bundan əlavə, yüksək enerjili neytronlar üçün yüksək sıxlığa və yaxşı əks etdirməyə malik olan elementlər də partlama anında onun genişlənməsini gecikdirərək parçalanan maddənin müəyyən ətalətini təmin edir. Neytron reflektoru qoruyucu effekti və ətalət xüsusiyyətləri sayəsində nüvə silahlarında parçalanan materialdan daha səmərəli istifadə etməyə imkan verir.
Test № 5
Seçim 1
Bekkerel tərəfindən kəşf edilən radioaktivlik hadisəsi göstərir ki...
B. Atomda elektronlar var.
B. Atom mürəkkəb quruluşa malikdir.
D. Bu hadisə yalnız uran üçün xarakterikdir.
Atomun quruluşunun nüvə modelini kim təklif etmişdir?
Şəkildə dörd atomun diaqramları göstərilir. Qara nöqtələr elektronlardır. Hansı diaqram atoma uyğundur 2 4 yox?
Atomun tərkibinə aşağıdakı hissəciklər daxildir:
B. nuklonlar və elektronlar.
B. protonlar və neytronlar.
D. Neytronlar və elektronlar.
Manqan atomunun nüvəsinin kütlə sayı neçədir? 25 55 Mn?
Aşağıdakı reaksiyalardan hansında yükün saxlanması qanunu pozulur?
B. 3 6 Li + 1 1 H→ 2 4 He + 2 3 He.
B. 2 3 He + 2 3 He→ 2 4 He + 1 1 N + 1 1 N.
G. 3 7 Li + 2 4 He → 5 10 V + 0 1 n.
^ Atom nüvəsi proton və neytronlardan ibarətdir. Nüvə qüvvələri nüvə daxilində hansı cüt hissəciklər arasında hərəkət edir?
B. Proton-neytron.
B. Neytron-neytron.
D. Bütün A-B cütlərində.
Proton və neytron kütlələri...
B. Təxminən eyni.
B. 1:1836-a nisbətən.
D. Təxminən sıfıra bərabərdir.
Kalsium atomunun nüvəsində 20 40 Ca ehtiva edir...
B. 40 neytron və 20 elektron.
B. 20 proton və 40 elektron.
D. 20 proton və 20 neytron.
^ Qazda sürətli yüklü hissəciyin hərəkətinin izi hansı cihazda görünür (həddindən artıq doymuş buxarın ionlarda kondensasiyası nəticəsində)?
B. Bulud kamerasında.
D. Bubble kamerada.
^ Nüvə reaksiyasında ikinci X məhsulunu təyin edin: 13 27 Al+ 0 1 n → 11 24 Na+X.
Atom nüvəsi Z proton və N neytrondan ibarətdir. Sərbəst neytron kütləsi m n , sərbəst proton m səh . Nüvənin kütləsi üçün aşağıdakı şərtlərdən hansı doğrudur? m g ?
B. m g
B. m g > Zm p + Nm n.
D. Stabil nüvələr üçün A şərti, radioaktiv nüvələr üçün B şərti.
Atom nüvəsinin ∆ m (kütləvi qüsuru) hesablayın 3 7 Li (amuda).
A. ∆m ≈ 0,04. B. ∆m ≈ –0,04. B. ∆m =0. G. ∆m ≈ 0,2.
14 ∆E= ∆m*c düsturundan istifadə etməklə atom nüvələrinin bağlanma enerjisi hesablanarkən kütlə dəyəri hansı vahidlərlə ifadə edilməlidir? 2 ?
A. Kiloqramla.
B. Qramlarla.
B. Atom kütlə vahidlərində.
G. Joul ilə.
^ Uran nüvə reaktorunda kritik kütlə nə qədərdir?
B. Reaktorda zəncirvari reaksiyanın baş verə biləcəyi uranın minimum kütləsi.
B. Reaktoru işə salmaq üçün ona əlavə edilmiş uran kütləsi.
D. Kritik hallarda onu dayandırmaq üçün reaktora daxil edilən əlavə maddə kütləsi.
^ İnsanın xarici şüalanması zamanı hansı növ radioaktiv şüalanma daha təhlükəlidir?
B. qamma şüalanması.
B. Alfa şüalanması.
^ Əlavə tapşırıq.
Bütün kimyəvi elementlər iki və ya daha çox izotop şəklində mövcuddur. İzotop nüvələrinin tərkibindəki fərqi müəyyən edin 17 35 Cl və 17 37 Cl.
B. 17 37 Cl izotopunun nüvəsində 17 35 Cl-dən 2 az proton var.
B. 17 37 Cl izotopunun nüvəsində 17 35 Cl-dən 2 daha çox neytron var.
G. 17 37 Cl izotopunun nüvəsində 17 35 Cl-dən 2 az neytron var.
18. Atom nüvələrinin alfa parçalanması zamanı...
kütlə sayı eyni qalır və yük bir artır.
B. Kütləvi sayı 4 azalır, lakin yük dəyişməz qalır.
B. Kütləvi sayı 4 azalır, yükü isə 2 artır.
D. Kütləvi sayı 4 azalır, yük də 2 azalır.
^ 19. Nüvə reaksiyasında enerji ayrılır və ya udulur. 3 6 Li+ 1 1 H→ 2 4 + deyil 2 3 yox? A-da nüvələrin və hissəciklərin kütlələri. m müvafiq olaraq bərabərdir: m 3 6 Li=6,01513, m 1 1 Н= 1.00728, m 2 4 Yox= 4.00260, m 2 3 =3.01602 deyil.
A. Udulmuş çünki ∆m
B. Çünki önə çıxır ∆m
B. Çünki udulmuş ∆m> 0.
D. Çünki önə çıxır. ∆m> 0.
20. 5 10 B izotopu neytronlarla bombardman edildikdə, yaranan nüvədən alfa hissəciyi atılır. Kütləvi sayının və yükün qorunması qanunlarından, həmçinin elementlərin dövri cədvəlindən istifadə edərək nüvə reaksiyasını yazın.
Test № 5
“Atomun və atom nüvəsinin quruluşu” mövzusunda
Seçim 2
^ 1. Radioaktiv şüalanmaya... daxil ola bilər.
A. Yalnız elektronlar.
B. Yalnız neytronlar.
B. Yalnız alfa hissəcikləri.
D. Beta hissəcikləri, alfa hissəcikləri, qamma kvantları.
^ 2. Təcrübələrin köməyi ilə Ruterford aşkar etdi ki,...
A. Müsbət yük atomun bütün həcminə bərabər paylanır.
B. Müsbət yük atomun mərkəzində cəmləşib və çox kiçik bir həcm tutur.
B. Atomda elektronlar var.
D. Atomun daxili quruluşu yoxdur.
^ Şəkildə dörd atomun diaqramları göstərilir. Elektronlar qara nöqtələr kimi təsvir edilmişdir.
Nüvə aşağıdakı hissəcikləri ehtiva edir:
B. Protonlar və elektronlar.
B. Protonlar və neytronlar
D. Neytronlar və elektronlar.
^ 5. Stronsium atomunun nüvəsinin yükü nə qədərdir? 38 88 Sr?
A. 88 B. 38 C. 50 D. 126.
Aşağıdakı nüvə reaksiya tənliklərindən hansında kütlə sayının saxlanması qanunu pozulub?
B. 7 14 N + 2 4 O → 8 17 O + 1 1 H
V. 7 14 N + 1 1 N → 5 11 V + 2 4 Yox
G. 92 239 U → 93 239 Np + -1 0 e
^ 6. Nuklonlar arasında hərəkət edən nüvə qüvvələri...
A. Onlar cazibə qüvvələrini dəfələrlə üstələyir və yüklü hissəciklər arasında hərəkət edirlər.
B. Onlar bütün növ qüvvələrdən dəfələrlə üstündürlər və istənilən məsafədə hərəkət edirlər.
B. Onlar bütün digər qüvvə növlərindən dəfələrlə üstündürlər, lakin yalnız nüvənin ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən məsafələrdə hərəkət edirlər.
D. Çox vaxt cazibə qüvvələrini aşır və hər hansı hissəciklər arasında hərəkət edir.
Proton və elektron kütlələri...
B. Təxminən eyni.
B. 1 kimi istinad edilir: 1836.
D. Təxminən sıfıra bərabərdir.
^ 8. Dəmir atomunun nüvəsində 26 56 Fe ehtiva edir:
A. 26 neytron və 56 proton.
B. 56 neytron və 26 proton.
B. 26 proton və 56 elektron.
D. 26 proton və 30 neytron.
Qazda öz-özünə boşalmanın baş verməsi nəticəsində elektrik cərəyanının impulsunun baş verməsi ilə ionlaşdırıcı hissəciyin mənşəyi hansı cihazda qeydə alınır?
B. Geiger sayğacında.
B. Parıldayan sayğacda.
D. Bubble kamerada.
^ X nüvə reaksiyasının ikinci məhsulunu təyin edin:
A. Alfa hissəciyi (2 4 He).
B. Neytron.
B. Proton.
G. Elektron.
^ 12. Atom nüvəsi Z proton və N neytrondan ibarətdir. Sərbəst neytron kütləsi m n , sərbəst proton m səh . Nüvə kütləsi m üçün aşağıdakı şərtlərdən hansı doğrudur I ?
A. m i Z*m p + m n ; B. m i = Z*m p + N*m n
D. Stabil nüvələr üçün A şərti, radioaktivlər üçün B şərti.
^ 13. Kütləvi qüsuru (∆ m) a-da hesablayın. e.m. Atom nüvələri 2 3 yox. Hissəciklərin və nüvələrin kütlələri, a ilə ifadə edilir. e.m., müvafiq olaraq bərabərdir: m n = 1,00866; m səh = 1,00728;
m I = 3,01602.
A. ∆ m ≈ 0,072 B. ∆ m ≈ 0,0072 C. ∆ m ≈ -0,0072 D. ∆ m ≈ 0
^ 14. ∆E=m*c düsturu ilə atom nüvələrinin bağlanma enerjisini hesablayanda enerji qiyməti hansı vahidlərdə alınacaq. 2 ?
A. Elektron voltlarda (eV).
B. Meqaelektron voltlarda (MeV)
B. Joul ilə.
G.V a. yemək.
^ 15. Nüvə reaktorunda qrafit və ya su kimi maddələr moderator deyilən maddələr kimi istifadə olunur. Nəyi yavaşlatmalıdırlar və niyə?
A. Nüvə parçalanma reaksiyasının baş vermə ehtimalını azaltmaq üçün neytronları ləngidirlər.
B. Nüvə parçalanması reaksiyasının baş vermə ehtimalını artırmaq üçün neytronları ləngidirlər.
B. Reaktoru idarə etməyi asanlaşdırmaq üçün parçalanma zəncirvari reaksiyasını ləngidirlər.
D. Onlar uranın parçalanması nəticəsində əmələ gələn nüvə fraqmentlərini kinetik enerjisindən praktiki istifadə üçün ləngidirlər.
^ 16. İnsanın daxili şüalanması üçün hansı növ radioaktiv şüalanma daha təhlükəlidir?
A. Beta radiasiya.
B. Qamma şüalanması.
B. Alfa şüalanması.
D. Radiasiyanın hər üç növü: alfa, beta, qamma.
^ Əlavə tapşırıq.
Bütün kimyəvi elementlər iki və ya daha çox izotop şəklində mövcuddur. 10 20 Ne və 10 22 Ne izotoplarının nüvələrinin tərkibindəki fərqi təyin edin.
B. 10 20 Ne izotopunun nüvəsində 10 22 Ne-dən 2 az proton var.
B. 10 22 Ne izotopunun nüvəsində 10 20 Ne-dən 2 daha çox neytron var.
G. 10 22 Ne izotopunun nüvəsində 10 20 Ne-dən 2 az neytron var.
18. Atom nüvələrinin beta parçalanması zamanı...
A. Nüvənin kütləsi faktiki olaraq dəyişməz qalır, ona görə də kütlə sayı eyni qalır, lakin yükü artır.
B. Kütlə sayı 1 artır, yük isə 1 azalır.
B. Kütləvi sayı eyni qalır, lakin yük 1 azalır.
D. Kütləvi sayı 1 azalır, yük dəyişməz qalır.
19. Nüvə reaksiyasında enerji ayrılırmı və ya udulurmu 7 14 N + 2 4 He → 8 17 O + 1 1 H? Nüvələrin və hissəciklərin kütlələri (a.m.) müvafiq olaraq bərabərdir: m 7 14 N = 14.00307, m 2 4 He = 4.00260, m 8 17 O = 16.99913, m 1 1 H = 1.00728.
A. Udulmuş çünki ∆m
B. Çünki önə çıxır ∆m
B. Çünki udulmuş ∆m> 0.
D. Çünki önə çıxır. ∆m> 0.
20. Kütləvi sayının və yükün saxlanması qanunlarından, həmçinin elementlərin dövri cədvəlindən istifadə edərək, 5 11 B alfa hissəciklərinin bombardmanı zamanı baş verən və neytronların döyülməsi ilə müşayiət olunan nüvə reaksiyasını yazın.
^ Cavab forması
5 nömrəli test üçün
“Atomun və atom nüvəsinin quruluşu” mövzusunda
Sinif _____________
Seçim _______| № eşşək | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
|||||
| Cavab verin | |||||||||||||||||||||
| № əlavə tapşırıqlar | 17 | 18 | 19 | 20 | |||||||||||||||||
| Cavab verin | |||||||||||||||||||||
^ Cavab forması
5 nömrəli test üçün
“Atomun və atom nüvəsinin quruluşu” mövzusunda
Tarix: ___________________20__
Sinif _____________
TAM ADI ________________________________
Seçim _______| № eşşək | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
|||||
| Cavab verin | |||||||||||||||||||||
| № əlavə tapşırıqlar | 17 | 18 | 19 | 20 | |||||||||||||||||
| Cavab verin | |||||||||||||||||||||
^ Düzgün cavab kodları.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
|
| 1-də | IN | G | IN | B | G | A | G | B | G | B | A | B | A | A | B | IN | IN | G | B |
| AT 2 | G | B | IN | IN | B | IN | IN | A | G | B | B | A | A | IN | IN | IN | IN | A | B |
№ 20 5 10 V + 0 1 n. → 3 7 Li + 2 4 He (1 SEÇİM)
5 11 V + 2 4 O→ 7 14 N + 1 1 N (SEÇİM 2)
^ Məcburi suallara düzgün cavabların sayını beş ballıq şkala üzrə reytinqə çevirmək üçün cədvəl.
Bəşər tarixinin ən dəhşətli müharibəsinin başa çatmasından iki aydan bir az çox vaxt keçdi. Beləliklə, 16 iyul 1945-ci ildə Amerika hərbçiləri ilk nüvə bombasını sınaqdan keçirdilər və bir ay sonra Yaponiya şəhərlərinin minlərlə sakini atom cəhənnəmində öldü. O vaxtdan bəri silahlar, eləcə də onları hədəflərə çatdırmaq vasitələri yarım əsrdən çox müddət ərzində davamlı olaraq təkmilləşdirilir.
Hərbçilər ixtiyarında həm bütün şəhərləri və ölkələri bir zərbə ilə xəritədən silə biləcək super güclü döyüş sursatı, həm də portfelə sığan ultra kiçik döyüş sursatı əldə etmək istəyirdi. Belə bir cihaz təxribat müharibəsini indiyədək görünməmiş səviyyəyə qaldıracaq. Həm birinci, həm də ikinci ilə aşılmaz çətinliklər yarandı. Sözdə kritik kütlə günahkardır. Ancaq ilk şeylər.
Belə bir partlayıcı nüvə
Nüvə cihazlarının işini başa düşmək və kritik kütlənin nə olduğunu başa düşmək üçün bir anlığa masamıza qayıdaq. Məktəb fizika kursumuzdan sadə bir qaydanı xatırlayırıq: ittihamlar dəf edən kimi. Orada orta məktəbdə tələbələrə atom nüvəsinin neytronlardan, neytral hissəciklərdən və müsbət yüklü protonlardan ibarət quruluşu haqqında məlumat verilir. Bəs bu necə mümkündür? Müsbət yüklü hissəciklər bir-birinə o qədər yaxın yerləşir ki, itələyici qüvvələr nəhəng olmalıdır.
Elm protonları bir yerdə saxlayan nüvədaxili qüvvələrin mahiyyətini tam başa düşmür, baxmayaraq ki, bu qüvvələrin xüsusiyyətləri kifayət qədər yaxşı öyrənilmişdir. Qüvvələr yalnız çox yaxın məsafələrdə hərəkət edir. Lakin protonlar kosmosda bir az da olsa ayrılan kimi itələyici qüvvələr üstünlük təşkil etməyə başlayır və nüvə parçalara səpilir. Və belə bir genişlənmənin gücü həqiqətən böyükdür. Məlumdur ki, yetkin bir insanın gücü qurğuşun atomunun tək bir nüvəsinin protonlarını tutmağa kifayət etməyəcək.
Ruterford nədən qorxurdu?
Dövri sistemdəki əksər elementlərin nüvələri sabitdir. Ancaq atom nömrəsi artdıqca bu sabitlik azalır. Bu, nüvənin ölçüsü məsələsidir. 238 nukliddən ibarət olan uran atomunun nüvəsini təsəvvür edək ki, onlardan 92-si protondur. Bəli, protonlar bir-biri ilə sıx təmasdadır və nüvədaxili qüvvələr bütün strukturu etibarlı şəkildə sementləşdirir. Lakin nüvənin əks uclarında yerləşən protonların itələmə qüvvəsi nəzərə çarpır.
Ruterford nə edirdi? O, atomları neytronlarla bombaladı (bir elektron atomun elektron qabığından keçməyəcək, müsbət yüklü proton isə itələyici qüvvələr səbəbindən nüvəyə yaxınlaşa bilməyəcəkdi). Atomun nüvəsinə daxil olan neytron onun parçalanmasına səbəb oldu. İki ayrı yarım və iki və ya üç sərbəst neytron tərəflərə səpələnmişdir.
Uçan hissəciklərin nəhəng sürətləri səbəbiylə bu çürümə nəhəng enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olundu. Ruterfordun insanlıq üçün mümkün nəticələrindən qorxaraq kəşfini gizlətmək istədiyi barədə bir şayiə var idi, lakin bu, çox güman ki, nağıllardan başqa bir şey deyil.
Kütlənin bununla nə əlaqəsi var və nə üçün kritikdir?
Nə olsun? Güclü partlayış yaratmaq üçün kifayət qədər radioaktiv metalı proton axını ilə necə şüalandırmaq olar? Və kritik kütlə nədir? Söhbət “bombalanmış” atom nüvəsindən uçan bir neçə sərbəst elektrondan gedir; onlar da öz növbəsində digər nüvələrlə toqquşur və onların parçalanmasına səbəb olur. Sözdə başlayacaq.Lakin onu işə salmaq son dərəcə çətin olacaq.
Ölçəni aydınlaşdıraq. Əgər stolumuzun üstündəki almanı atomun nüvəsi kimi götürsək, qonşu atomun nüvəsini təsəvvür etmək üçün həmin almanı hətta qonşu otaqda da deyil, stolun üstünə aparmaq və qoymaq lazımdır. . qonşu evdə. Neytron albalı çuxurunun ölçüsündə olacaq.
Buraxılan neytronların uran külçəsindən kənarda boş yerə uçmaması və onların 50%-dən çoxunun atom nüvələri şəklində hədəf tapması üçün bu külçənin müvafiq ölçüləri olmalıdır. Bu, uranın kritik kütləsi adlanır - sərbəst buraxılan neytronların yarısından çoxunun digər nüvələrlə toqquşduğu kütlədir.
Əslində bu bir anda baş verir. Parçalanmış nüvələrin sayı uçqun kimi artır, onların parçaları işıq sürəti ilə müqayisə olunan sürətlə bütün istiqamətlərə axır, havanı, suyu və hər hansı digər mühiti parçalayır. Ətraf mühitin molekulları ilə toqquşmalarından, partlayış sahəsi dərhal milyonlarla dərəcəyə qədər qızdırır və bir neçə kilometr ərzində hər şeyi yandıran istilik yayır.
Kəskin qızdırılan hava anında ölçüsünü artıraraq, güclü zərbə dalğası yaradaraq, binaları təməlindən uçurur, yoluna çıxan hər şeyi aşır və məhv edir... bu, atom partlayışının mənzərəsidir.
Bu praktikada nə kimi görünür?
Atom bombasının dizaynı təəccüblü dərəcədə sadədir. İki uran külçəsi (yaxud hər birinin kütləsi kritik kütlədən bir qədər az olan başqa bir külçə var. Külçələrdən biri konus şəklində, digəri isə konusvari çuxurlu topdur. Kimi siz təxmin edə bilərsiniz, hər iki yarı birləşdirildikdə kritik kütləyə çatan top əldə edilir.Bu standart ən sadə nüvə bombasıdır.
Ancaq hər kəsin belə bir cihazı "diz üstə" yığa biləcəyini düşünməməlisiniz. Hiylə ondan ibarətdir ki, uranın ondan bomba partlaması üçün çox saf olmalıdır, çirklərin mövcudluğu praktiki olaraq sıfırdır.
Niyə bir paket siqaret ölçüsündə atom bombası yoxdur?
Hamısı eyni səbəbdən. Ən çox yayılmış izotop olan uran 235-in kritik kütləsi təxminən 45 kq-dır. Bu qədər nüvə yanacağının partlaması artıq fəlakətdir. Və daha az maddə ilə bunu etmək mümkün deyil - bu, sadəcə işləməyəcək.
Eyni səbəbdən uran və ya digər radioaktiv metallardan super güclü atom yükləri yaratmaq mümkün deyildi. Bombanın çox güclü olması üçün o, partlayıcı yüklər partladıldığı zaman portağal dilimləri kimi birləşərək mərkəzə qaçan onlarla külçədən hazırlanmışdır.
Bəs əslində nə baş verdi? Əgər nədənsə iki element digərlərindən saniyənin mində biri tez rastlaşırsa, kritik kütləyə digərlərindən daha tez “gəldi” və konstruktorların güvəndiyi güclə partlayış baş vermədi. Super güclü nüvə silahları problemi yalnız termonüvə silahlarının meydana gəlməsi ilə həll edildi. Amma bu bir az fərqli hekayədir.
Dinc atom necə işləyir?
Atom elektrik stansiyası əslində nüvə bombası ilə eynidir. Yalnız bu “bombada” urandan hazırlanmış yanacaq çubuqları (yanacaq elementləri) bir-birindən müəyyən məsafədə yerləşir ki, bu da onların neytron “zərbələri” mübadiləsinə mane olmur.
Yanacaq çubuqları çubuqlar şəklində hazırlanır, onların arasında neytronları yaxşı qəbul edən materialdan hazırlanmış nəzarət çubuqları var. Əməliyyat prinsipi sadədir:
- uran çubuqları arasındakı boşluğa nəzarət (udma) çubuqları daxil edilir - reaksiya yavaşlayır və ya tamamilə dayanır;
- nəzarət çubuqları zonadan çıxarılır - radioaktiv elementlər neytronları aktiv şəkildə mübadilə edir, nüvə reaksiyası daha intensiv gedir.
Həqiqətən, nəticə eyni atom bombasıdır, burada kritik kütlə o qədər hamar bir şəkildə əldə edilir və o qədər aydın şəkildə tənzimlənir ki, bu, partlayışa səbəb olmur, ancaq soyuducu suyun istiləşməsinə səbəb olur.
Təəssüf ki, təcrübənin göstərdiyi kimi, insan dühası həmişə bu nəhəng və dağıdıcı enerjini - atom nüvəsinin parçalanma enerjisini cilovlaya bilmir.
Xirosima və Naqasakidəki badabumun növbəti ildönümündə mən internetdə nüvə silahları ilə bağlı sualları araşdırmaq qərarına gəldim, onların harada və necə yaradıldığı məni çox maraqlandırmırdı (artıq bilirdim) - məni daha çox maraqlandırırdı ki, 2 plutonium parçaları ərimir, lakin böyük partlayış yaradır.
Mühəndislərə diqqət yetirin - onlar toxum səpən maşınla başlayır və atom bombası ilə bitir.
Nüvə fizikası möhtərəm təbiət elmlərinin ən mübahisəli sahələrindən biridir. Məhz bu sahəyə bəşəriyyət yarım əsr ərzində milyardlarla dollar, funt-sterlinq, frank və rublları gecikmiş qatarın lokomotiv ocağı kimi atıb. İndi qatar artıq gecikmir deyəsən. Yanan vəsaitlərin və insan-saatlarının şiddətli alovu səngidi. Bunun "nüvə fizikası" adlanan qatarın nə olduğunu qısaca anlamağa çalışaq.
İzotoplar və radioaktivlik
Bildiyiniz kimi, mövcud olan hər şey atomlardan ibarətdir. Atomlar, öz növbəsində, öz ağılları uçuran qanunlarına görə yaşayan elektron qabıqlardan və bir nüvədən ibarətdir. Klassik kimya nüvə və onun şəxsi həyatı ilə heç də maraqlanmır. Onun üçün atom onun elektronları və onların qarşılıqlı təsir mübadiləsi qabiliyyətidir. Kimya nüvəsindən isə reagentlərin nisbətlərini hesablamaq üçün yalnız onun kütləsi lazımdır. Öz növbəsində, nüvə fizikası elektronlara əhəmiyyət vermir. O, demək olar ki, bütün kütləsinin cəmləşdiyi atomun içərisindəki kiçik (elektron orbitlərinin radiusundan 100 min dəfə kiçik) toz zərrəsi ilə maraqlanır.
Nüvə haqqında nə bilirik? Bəli, o, müsbət yüklü proton və elektrik yükü olmayan neytronlardan ibarətdir. Lakin bu, tamamilə doğru deyil. Özü, məktəb dərsliyindəki təsvirdə olduğu kimi, iki rəngli bir ovuc top deyil. Burada güclü qarşılıqlı təsir deyilən, həm protonları, həm də neytronları bir növ fərqedilməz qarışıqlığa çevirən tamamilə fərqli qanunlar işləyir. Bununla belə, bu qarışıqlığın yükü ona daxil olan protonların ümumi yükünə tam bərabərdir və kütlə demək olar ki, (təkrar edirəm, demək olar ki,) nüvəni təşkil edən neytron və protonların kütləsi ilə üst-üstə düşür.
Yeri gəlmişkən, ionlaşmamış bir atomun protonlarının sayı həmişə onu əhatə etmək şərəfinə sahib olan elektronların sayı ilə üst-üstə düşür. Lakin neytronlarla məsələ o qədər də sadə deyil. Düzünü desək, neytronların vəzifəsi nüvəni sabitləşdirməkdir, çünki onlarsız eyni yüklü protonlar mikrosaniyələrlə belə birləşə bilməzdilər.
Müəyyənlik üçün hidrogeni götürək. Ən çox yayılmış hidrogen. Onun strukturu gülünc dərəcədə sadədir - bir orbital elektronla əhatə olunmuş bir proton. Kainatda kifayət qədər hidrogen var. Kainatın əsasən hidrogendən ibarət olduğunu deyə bilərik.
İndi diqqətlə protona bir neytron əlavə edək. Kimyəvi baxımdan hələ də hidrogendir. Amma fizika baxımından artıq yox. İki fərqli hidrogeni kəşf edən fiziklər narahat oldular və dərhal adi hidrogeni protium və protonda neytronlu hidrogeni - deuterium adlandırmaq ideyası ilə gəldilər.
Gəlin cəsarətli olaq və nüvəni başqa bir neytronla qidalandıraq. İndi başqa bir hidrogenimiz var, daha da ağır - tritium. Yenə də kimyəvi baxımdan, o, digər iki hidrogendən praktiki olaraq heç bir fərqi yoxdur (yaxşı ki, indi bir az daha az reaksiya verir). Sizi dərhal xəbərdar etmək istəyirəm - heç bir səy, təhdid və ya inandırma tritium nüvəsinə başqa bir neytron əlavə edə bilməz. Yerli qanunlar insan qanunlarından qat-qat sərtdir.
Beləliklə, protium, deuterium və tritium hidrogenin izotoplarıdır. Onların atom kütləsi fərqlidir, lakin yükü fərqlidir. Lakin elementlərin dövri cədvəlindəki yerini müəyyən edən nüvənin yüküdür. Buna görə izotoplara izotoplar deyilir. Yunan dilindən tərcümədə "eyni yeri tutmaq" deməkdir. Yeri gəlmişkən, məşhur ağır su eyni sudur, lakin protium əvəzinə iki deuterium atomu var. Müvafiq olaraq, super ağır suda protium əvəzinə tritium var.
Gəlin hidrogenlərimizə bir daha nəzər salaq. Deməli... Protium yerində, deyteriy yerində... Bu başqa kimdir? Mənim tritium hara getdi və helium-3 haradan gəldi? Bizim tritiumda, neytronlardan biri açıq şəkildə cansıxıcı oldu, peşəsini dəyişməyə qərar verdi və proton oldu. Bununla o, bir elektron və bir antineytrino yaratdı. Tritium itkisi, əlbəttə ki, məyusedicidir, lakin indi onun qeyri-sabit olduğunu bilirik. Neytronların qidalanması boşuna deyildi.
Beləliklə, başa düşdüyünüz kimi, izotoplar sabit və qeyri-sabitdir. Ətrafımızda kifayət qədər sabit izotoplar var, amma şükür Allaha, qeyri-sabit izotoplar praktiki olaraq yoxdur. Yəni onlar mövcuddur, lakin elə səpələnmiş vəziyyətdədir ki, çox böyük əmək bahasına əldə edilməlidir. Məsələn, Oppenheimer üçün bu qədər problem yaradan uran-235 təbii uranın cəmi 0,7%-ni təşkil edir.
Yarı həyat
Burada hər şey sadədir. Qeyri-sabit izotopun yarı ömrü, izotopun atomlarının tam yarısının parçalanaraq bəzi digər atomlara çevriləcəyi müddətdir. Artıq bizə tanış olan tritiumun yarı ömrü 12,32 ildir. Bu, kifayət qədər qısa ömürlü bir izotopdur, baxmayaraq ki, fransium-223 ilə müqayisədə, 22,3 dəqiqə yarım ömrü olan tritium boz saqqallı ağsaqqal kimi görünəcəkdir.
Heç bir makroskopik xarici amillər (təzyiq, temperatur, rütubət, tədqiqatçının əhval-ruhiyyəsi, ayrılanların sayı, ulduzların yeri) yarım ömrünə təsir göstərmir. Kvant mexanikası belə cəfəngiyatlara qarşı həssas deyil.
Populyar partlayış mexanikası
Hər hansı bir partlayışın mahiyyəti əvvəllər sərbəst olmayan, bağlı vəziyyətdə olan enerjinin sürətlə sərbəst buraxılmasıdır. Sərbəst buraxılan enerji, əsasən istiliyə (molekulların nizamsız hərəkətinin kinetik enerjisi), bir şok dalğasına (burada da hərəkət var, lakin artıq sifariş edilmiş, partlayışın mərkəzindən gələn istiqamətdə) və radiasiyaya çevrilir. yumşaq infraqırmızıdan sərt qısa dalğalı kvantlara.
Kimyəvi partlayışda hər şey nisbətən sadədir. Müəyyən maddələr bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda enerji baxımından faydalı reaksiya baş verir. Reaksiyada bəzi atomların yalnız yuxarı elektron təbəqələri iştirak edir və qarşılıqlı təsir daha dərinə getmir. Hər hansı bir maddədə daha çox gizli enerji olduğunu təxmin etmək asandır. Amma təcrübənin şərtləri nə olursa olsun, seçdiyimiz reagentlər nə qədər uğurlu olsa da, nisbətləri necə yoxlasaq da, kimya atomun dərinliyinə getməyimizə imkan verməyəcək. Kimyəvi partlayış primitiv bir hadisədir, təsirsizdir və fizika baxımından ləyaqətsiz dərəcədə zəifdir.
Nüvə zəncirvari reaksiya yalnız elektronları deyil, həm də nüvələri işə salaraq bir az daha dərin qazmağa imkan verir. Bu, həqiqətən də, bəlkə də yalnız bir fizik üçün əhəmiyyətli səslənir, amma qalanları üçün sadə bir bənzətmə verəcəm. Təsəvvür edin ki, elektrikləşdirilmiş toz hissəcikləri bir neçə kilometr məsafədə ətrafında çırpınan nəhəng bir çəkidir. Bu bir atomdur, "çəki" nüvədir və "toz hissəcikləri" elektronlardır. Bu toz zərrələri ilə nə etsəniz, onlar ağır çəkidən əldə edilən enerjinin yüzdə birini belə təmin etməyəcəklər. Xüsusən də nədənsə parçalanırsa və kütləvi fraqmentlər böyük sürətlə müxtəlif istiqamətlərə səpilirsə.
Nüvə partlayışı nüvəni təşkil edən ağır hissəciklərin bağlanma potensialını ehtiva edir. Ancaq bu, həddən uzaqdır: maddədə daha çox gizli enerji var. Və bu enerjinin adı kütlədir. Yenə fizik olmayanlar üçün bu bir az qeyri-adi səslənir, lakin kütlə enerjidir, yalnız son dərəcə cəmlənmişdir. Hər bir hissəcik: elektron, proton, neytron - bunların hamısı inanılmaz dərəcədə sıx enerjinin kiçik yığınlarıdır və onlar hələlik istirahətdə qalırlar. Siz yəqin ki, zarafatyana yazıçılar, divar qəzeti redaktorları və məktəb siniflərinin bəzəyiciləri tərəfindən çox sevilən E=mc2 düsturunu bilirsiniz. Söhbət məhz bundan gedir və kütləni enerji formasından başqa bir şey kimi təqdim edən budur. Və bir maddədən maksimuma qədər nə qədər enerji əldə etmək olar sualına da cavab verir.
Kütlənin, yəni bağlı enerjinin sərbəst enerjiyə tam keçidi prosesinə annigilyasiya deyilir. Latın "nihil" kökündən onun mahiyyətini təxmin etmək asandır - bu, "heç nəyə", daha doğrusu radiasiyaya çevrilməsidir. Aydınlıq üçün burada bəzi rəqəmlər var.
Partlayış TNT ekvivalent enerjisi (J)
F-1 qumbarası 60 qram 2.50*105
Xirosimaya atılan bomba 16 kiloton 6,70*1013
Bir qram maddənin məhvi 21,5 kiloton 8,99*1013
Hər hansı bir maddənin bir qramı (yalnız kütləsi vacibdir) məhv edildikdə kiçik bir nüvə bombasından daha çox enerji verəcəkdir. Bu cür qayıdışlarla müqayisədə fiziklərin nüvə parçalanması ilə bağlı məşqləri və daha çox kimyaçıların aktiv reagentlərlə apardıqları təcrübələr gülünc görünür.
Annigilyasiya üçün müvafiq şərtlər lazımdır, yəni maddənin antimaddə ilə təması. Və "qırmızı civə" və ya "fəlsəfə daşı"ndan fərqli olaraq, antimaddə reallıqdan daha çox şeydir - bizə məlum olan hissəciklər üçün oxşar antihissəciklər mövcuddur və tədqiq olunub və "elektron + pozitron" cütlərinin məhv edilməsi ilə bağlı təcrübələr dəfələrlə aparılıb. praktikada həyata keçirilir. Ancaq məhvedici silah yaratmaq üçün müəyyən miqdarda antihissəcikləri toplamaq, həmçinin onları hər hansı bir maddə ilə təmasdan, əslində döyüş istifadəsinə qədər məhdudlaşdırmaq lazımdır. Bu, pah-pah, hələ də uzaq perspektivdir.
Kütləvi qüsur
Partlayışın mexanikası ilə bağlı başa düşülməli olan son sual, enerjinin haradan gəldiyidir: zəncirvari reaksiya zamanı sərbəst buraxılan eyni? Burada yenə də bəzi kütlələr iştirak edirdi. Daha doğrusu, "qüsur" olmadan.
Keçən əsrə qədər elm adamları kütlənin istənilən şəraitdə qorunub saxlanıldığına inanırdılar və özlərinə görə haqlıdırlar. Beləliklə, biz metalı turşuya endirdik - o, retortda qabarmağa başladı və qaz baloncukları mayenin qalınlığından yuxarı qalxdı. Ancaq reaksiyadan əvvəl və sonra reagentləri çəksəniz, buraxılan qazı unutmasanız, kütlə birləşir. Kiloqramlarla, sayğaclarla və kimyəvi reaksiyalarla işlədiyimiz müddətdə bu həmişə belə olacaq.
Amma mikrohissəciklər sahəsinə daxil olan kimi kütlə də sürpriz təqdim edir. Belə çıxır ki, bir atomun kütləsi onu təşkil edən hissəciklərin kütlələrinin cəminə tam bərabər olmaya bilər. Ağır nüvə (məsələn, uran) hissələrə bölündükdə, parçalanmadan əvvəl "parçalar" ümumi çəkisi nüvədən daha az olur. Kütləvi qüsur kimi də adlandırılan “fərq” nüvədəki bağlayıcı enerjilərdən məsuldur. Partlayış zamanı istilik və radiasiyaya gedən bu fərq, hamısı eyni sadə düstura görə: E=mc2.
Bu maraqlıdır: belə olur ki, ağır nüvələri bölmək və yüngülləri birləşdirmək enerji baxımından sərfəlidir. Birinci mexanizm uran və ya plutonium bombasında, ikincisi isə hidrogen bombasında işləyir. Ancaq nə qədər çalışsan da, dəmirdən bomba düzəldə bilməzsən: o, bu xəttin tam ortasındadır.
Nüvə bombası
Tarixi ardıcıllığa əməl edərək əvvəlcə nüvə bombalarını nəzərdən keçirək və kiçik “Manhetten Layihəmizi” həyata keçirək. İzotopların ayrılmasının darıxdırıcı üsulları və parçalanma zəncirvari reaksiya nəzəriyyəsinin riyazi hesablamaları ilə sizi bezdirməyəcəyəm. Siz və məndə uran, plutonium, digər materiallar, montaj təlimatları və lazımi miqdarda elmi maraq var.
Uranın bütün izotopları bu və ya digər dərəcədə qeyri-sabitdir. Amma uran-235 xüsusi mövqedədir. Uran-235 nüvəsinin kortəbii parçalanması zamanı (buna alfa parçalanması da deyilir) iki fraqment (başqa, daha yüngül elementlərin nüvələri) və bir neçə neytron (adətən 2-3) əmələ gəlir. Əgər parçalanma zamanı əmələ gələn neytron başqa bir uran atomunun nüvəsinə dəysə, adi elastik toqquşma baş verəcək, neytron sıçrayaraq macəra axtarışına davam edəcək. Lakin bir müddət sonra o, enerji sərf edəcək (mükəmməl elastik toqquşmalar yalnız vakuumda sferik atlar arasında baş verir) və növbəti nüvə tələ olacaq - neytron onun tərəfindən udulacaq. Yeri gəlmişkən, fiziklər belə bir neytron istilik adlandırırlar.
Uranın məlum izotoplarının siyahısına baxın. Onların arasında atom kütləsi 236 olan izotop yoxdur. Bilirsiniz niyə? Belə bir nüvə mikrosaniyələrin bir hissəsi üçün yaşayır və sonra parçalanır və böyük miqdarda enerji buraxır. Buna məcburi çürümə deyilir. Belə bir ömür sürən bir izotopu izotop adlandırmaq nədənsə yöndəmsizdir.
Uran-235 nüvəsinin parçalanması zamanı ayrılan enerji fraqmentlərin və neytronların kinetik enerjisidir. Əgər uran nüvəsinin parçalanma məhsullarının ümumi kütləsini hesablasanız və sonra onu ilkin nüvənin kütləsi ilə müqayisə etsəniz, məlum olur ki, bu kütlələr üst-üstə düşmür - ilkin nüvə daha böyük idi. Bu hadisə kütləvi qüsur adlanır və onun izahı E0=mс2 düsturunda verilmişdir. İşıq sürətinin kvadratına bölünən parçaların kinetik enerjisi kütlə fərqinə tam olaraq bərabər olacaqdır. Parçalar uranın kristal qəfəsində yavaşlayır, rentgen şüalanması yaradır və neytronlar səyahət edərək digər uran nüvələri tərəfindən udulur və ya bütün hadisələrin baş verdiyi uran tökmə hissəsini tərk edir.
Əgər uran tökmə kiçikdirsə, o zaman neytronların əksəriyyəti yavaşlamağa vaxt tapmadan onu tərk edəcəklər. Ancaq hər bir məcburi parçalanma aktı, yayılan neytron səbəbindən ən azı bir oxşar hərəkətə səbəb olarsa, bu, artıq parçalanmanın özünü təmin edən zəncirvari reaksiyasıdır.
Müvafiq olaraq, tökmə ölçüsünü artırsanız, artan sayda neytron məcburi parçalanma aktlarına səbəb olacaqdır. Və bir anda zəncirvari reaksiya idarəolunmaz hala gələcək. Ancaq bu, nüvə partlayışından uzaqdır. Çox sayda çox aktiv və zəhərli izotopları buraxacaq çox "çirkli" termal partlayış.
Tamamilə məntiqli sual yaranır: parçalanma zəncirvari reaksiyasının uçquna çevrilməsi üçün nə qədər uran-235 lazımdır? Bu əslində o qədər də sadə deyil. Parçalanan materialın xassələri və həcm-səth nisbəti burada rol oynayır. İncə və çox uzun tel şəklində mövcud olan bir ton uran-235 (dərhal rezervasiya edəcəm - bu çox şey) düşünün. Bəli, onun boyunca uçan bir neytron, əlbəttə ki, məcburi çürümə aktına səbəb olacaqdır. Lakin məftil boyunca uçan neytronların payı o qədər kiçik olacaq ki, özünü təmin edən zəncirvari reaksiya haqqında danışmaq sadəcə gülüncdür.
Buna görə də sferik tökmə üçün kritik kütləni hesablamağa razılaşdıq. Saf uran-235 üçün kritik kütlə 50 kq-dır (bu, 9 sm radiuslu bir topdur). Belə bir topun uzun sürməyəcəyini başa düşürsən, amma onu atanlar da olmayacaq.
Kiçik kütləli bir top neytron reflektoru ilə əhatə olunarsa (berillium bunun üçün mükəmməldir) və topa neytron moderator materialı (su, ağır su, qrafit, eyni berillium) daxil edilərsə, kritik kütlə çox olacaqdır. daha kiçik. Ən effektiv reflektorlardan və neytron moderatorlarından istifadə etməklə kritik kütləni 250 qrama qədər artırmaq olar. Buna, məsələn, ağır suda uran-235 duzunun doymuş məhlulunu sferik berillium qabına yerləşdirməklə nail olmaq olar.
Kritik kütlə təkcə uran-235 üçün mövcud deyil. Parçalanma zəncirvari reaksiyalara qadir olan bir sıra izotoplar da var. Əsas şərt odur ki, nüvənin parçalanma məhsulları digər nüvələrin parçalanması aktlarına səbəb olmalıdır.
Beləliklə, hər birinin çəkisi 40 kq olan iki yarımkürə şəklində uran tökməmiz var. Nə qədər ki, onlar bir-birindən hörmətli məsafədə qalacaqlar, hər şey sakit olacaq. Onları yavaş-yavaş hərəkət etdirməyə başlasanız nə olacaq? Məşhur inancın əksinə olaraq, göbələk kimi heç bir şey olmayacaq. Sadəcə, parçalar yaxınlaşdıqca qızmağa başlayacaq və sonra, əgər vaxtında ağlınıza gəlməsəniz, qızaracaqlar. Sonda onlar sadəcə əriyib yayılacaqlar və tökmələri köçürən hər kəs neytron şüalanmasından öləcək. Bunu maraqla izləyənlər isə üzgəclərini bir-birinə yapışdıracaqlar.
Daha sürətli olsa nə olar? Daha sürətli əriyəcəklər. Daha sürətli? Onlar daha da sürətlə əriyəcəklər. Əla? Onu maye heliuma qoysanız belə, heç bir faydası olmayacaq. Bir parçanı digərinə vursanız nə olacaq? HAQQINDA! Həqiqət anı. Biz indicə uran topunun dizaynını hazırladıq. Bununla belə, qürur duyacaq heç bir şeyimiz yoxdur, bu sxem mümkün olan ən sadə və ən sənətsizdir. Bəli və yarımkürələri tərk etmək lazımdır. Təcrübə göstərdiyi kimi, onlar hamar bir şəkildə bir-birinə yapışmağa meylli deyillər. Ən kiçik təhrif - və çox bahalı bir "osurma" alırsınız, bundan sonra uzun müddət təmizlənməli olacaqsınız.
Kütləsi 30-40 kq olan uran-235-dən qısa, qalın divarlı bir boru düzəltmək daha yaxşıdır, onun açılışına eyni silindrlə doldurulmuş eyni çaplı yüksək möhkəm bir polad barel bağlayacağıq. təxminən eyni kütlədə uran. Gəlin uran hədəfini berilyum neytron reflektoru ilə əhatə edək. İndi uran “boru”na uran “gülləsi” vursan, “boru” dolu olacaq. Yəni nüvə partlayışı olacaq. Sadəcə ciddi şəkildə atmaq lazımdır ki, uran mərmisinin ağız sürəti ən azı 1 km/s olsun. Əks halda, yenə osurma olacaq, lakin daha yüksək səslə. Məsələ burasındadır ki, mərmi və hədəf bir-birinə yaxınlaşdıqda o qədər qızır ki, qarşıdan gələn qaz axınları ilə ləngiyərək səthdən intensiv şəkildə buxarlanmağa başlayırlar. Üstəlik, sürət kifayət deyilsə, o zaman mərminin sadəcə hədəfə çatmayacağı, yol boyu buxarlanacağı şansı var.
Bir neçə on kiloqram ağırlığında bir iş parçasını belə bir sürətə və bir neçə metr məsafəyə sürətləndirmək olduqca çətin bir işdir. Buna görə də sizə barıt deyil, çox qısa müddətdə lülədə lazımi qaz təzyiqi yarada bilən güclü partlayıcı lazım olacaq. Daha sonra bareli təmizləməli olmayacaqsınız, narahat olmayın.
Xirosimaya atılan Mk-I "Kiçik Oğlan" bombası tam olaraq top dizaynına uyğun hazırlanmışdır.
Təbii ki, layihəmizdə nəzərə almadığımız xırda detallar var, amma prinsipin özünə qarşı heç bir günah etməmişik.
Belə ki. Biz uran bombasını partlatdıq. Göbələkə heyran olduq. İndi plutoniumu partlatacağıq. Sadəcə hədəfi, mərmiyi, lüləyi və digər zibilləri buraya sürükləməyin. Bu hiylə plutonium ilə işləməyəcək. Bir parçanı digərinə 5 km/s sürətlə vursaq belə, superkritik montaj hələ də işləməyəcək. Plutonium-239 ətrafdakı hər şeyi qızdırmağa, buxarlanmağa və məhv etməyə vaxt tapacaq. Onun kritik kütləsi 6 kq-dan bir qədər çoxdur. Neytronları tutmaq baxımından nə qədər aktiv olduğunu təsəvvür edə bilərsiniz.
Plutonium qeyri-adi bir metaldır. Temperaturdan, təzyiqdən və çirklərdən asılı olaraq, kristal qəfəsin altı modifikasiyasında mövcuddur. Hətta qızdırıldıqda daraldığı dəyişikliklər var. Bir fazadan digərinə keçidlər birdən-birə baş verə bilər, plutoniumun sıxlığı isə 25% dəyişə bilər.Gəlin bütün normal qəhrəmanlar kimi, dolama yoldan gedək. Xatırlayaq ki, kritik kütlə, xüsusən də həcmin səthə nisbəti ilə müəyyən edilir. Yaxşı, verilmiş həcm üçün minimum səth sahəsi olan kritikaltı kütləli bir topumuz var. Tutaq ki, 6 kiloqram. Topun radiusu 4,5 sm-dir.Bu top hər tərəfdən sıxılırsa necə olar? Sıxlıq xətti sıxılma kubuna mütənasib olaraq artacaq və səth onun kvadratına nisbətdə azalacaq. Və belə olur: plutonium atomları daha sıxlaşacaq, yəni neytronun dayanma məsafəsi qısalacaq, yəni onun udulma ehtimalı artacaq. Ancaq yenə də lazımi sürətlə (təxminən 10 km/s) sıxışdırmaq üçün işləməyəcək. Çıxmaz? Amma yox.
300 ° C-də sözdə delta mərhələsi başlayır - ən boş. Əgər plutonium qalliumla aşqarlanırsa, bu temperatura qədər qızdırılır və sonra yavaş-yavaş soyudulursa, delta fazası otaq temperaturunda mövcud ola bilər. Amma stabil olmayacaq. Yüksək təzyiqdə (on minlərlə atmosfer sırası ilə) çox sıx bir alfa fazasına kəskin keçid baş verəcəkdir.
Uran-238-dən hazırlanmış böyük (diametri 23 sm) və ağır (120 kq) içi boş topun içinə plutonium topunu yerləşdirək. Narahat olmayın, kritik kütləsi yoxdur. Lakin sürətli neytronları mükəmməl əks etdirir. Və yenə də bizə faydalı olacaqlar.Səncə partladıblar? Necə olursa olsun. Plutonium lənətə gəlmiş şıltaq bir varlıqdır. Biz daha çox iş görməliyik. Delta fazasında plutoniumdan iki yarımkürə düzəldək. Mərkəzdə sferik boşluq əmələ gətirək. Və bu boşluqda biz nüvə silahı düşüncəsinin kvintessensiyasını - neytron təşəbbüskarını yerləşdirəcəyik. Bu diametri 20 və qalınlığı 6 mm olan kiçik içi boş berilyum topudur. Onun içərisində diametri 8 mm olan başqa bir berilyum topu var. İçi boş topun daxili səthində dərin yivlər var. Hər şey səxavətlə nikel örtüklü və qızıl örtüklüdür. Polonium-210 alfa hissəciklərini aktiv şəkildə yayan yivlərə yerləşdirilir. Bu, texnologiyanın belə bir möcüzəsidir. Bu necə işləyir? Bir saniyə. Hələ bir neçə işimiz var.
Gəlin uran qabığını borla alüminium ərintisindən hazırlanmış başqa biri ilə əhatə edək. Onun qalınlığı təqribən 13 sm-dir.Ümumilikdə, bizim “matryoshka” indi qalınlığı yarım metrə qədər böyüyüb və 6-dan 250 kq-a qədər çəki qazanıb.
İndi partlama "linzaları" edək. Bir futbol topu təsəvvür edin. 20 altıbucaqlı və 12 beşbucaqdan ibarət klassik. Partlayıcı maddələrdən belə bir "top" edəcəyik və seqmentlərin hər biri bir neçə elektrik detonatoru ilə təchiz olunacaq. Seqmentin qalınlığı təxminən yarım metrdir. "Linzaların" istehsalında da bir çox incəlik var, lakin onları təsvir etsək, qalan hər şey üçün kifayət qədər yer olmayacaq. Əsas odur ki, lensin maksimum dəqiqliyi. Ən kiçik bir səhv - və bütün montaj partlayıcının partlayış hərəkəti ilə əziləcək. Tam montaj indi diametri təxminən bir yarım metr və kütləsi 2,5 tondur. Dizayn, vəzifəsi mikrosaniyəlik dəqiqliklə detonatorları ciddi şəkildə müəyyən edilmiş ardıcıllıqla partlatmaq olan elektrik dövrəsi ilə tamamlanır.
Hamısı. Qarşımızda plutonium partlama dövrəsi var.
İndi - ən maraqlı hissə.
Partlayış zamanı partlayıcı qurğunu sıxır və alüminium "itələyici" partlayış dalğasının çürüməsinin onun ön hissəsindən içəriyə doğru yayılmasının qarşısını alır. Təxminən 12 km/s əks sürətlə urandan keçən sıxılma dalğası həm onu, həm də plutoniumu sıxacaq. Plutonium sıxılma zonasındakı təzyiqlərdə yüz minlərlə atmosfer sırasına (partlayış cəbhəsinin fokuslanmasının təsiri) qəfil alfa mərhələsinə sıçrayacaq. 40 mikrosaniyədən sonra burada təsvir edilən uran-plutonium yığını sadəcə superkritik deyil, kritik kütlədən bir neçə dəfə böyük olacaq.
Təşəbbüskarına çatdıqdan sonra sıxılma dalğası bütün strukturunu monolitə əzəcək. Bu halda, qızıl-nikel izolyasiyası məhv olacaq, polonium-210 diffuziya səbəbindən berilyuma nüfuz edəcək, onun buraxdığı və berilyumdan keçən alfa hissəcikləri neytronların böyük axınına səbəb olacaq və bütün boyunca parçalanma zəncirvari reaksiyaya səbəb olacaq. plutoniumun həcmi və plutoniumun parçalanması nəticəsində yaranan "sürətli" neytronların axını uran-238-in partlamasına səbəb olacaq. Bitdi, biz birincidən daha pis olmayan ikinci bir göbələk yetişdirdik.
Plutonium partlaması dizaynına misal olaraq Naqasakiyə atılan Mk-III "Fatman" bombasını göstərmək olar.
Burada təsvir edilən bütün hiylələr, maksimum sayda plutonium atom nüvəsini reaksiya verməyə məcbur etmək üçün lazımdır. Əsas vəzifə yükü mümkün qədər uzun müddət kompakt vəziyyətdə saxlamaq və zəncirvari reaksiyanın dərhal dayanacağı plazma buluduna səpilməsinin qarşısını almaqdır. Burada qazanılan hər mikrosaniyə bir və ya iki kiloton gücün artmasıdır.
Termonüvə bombası
Nüvə bombasının termonüvə üçün qoruyucu olduğuna dair ümumi bir inanc var. Prinsipcə, hər şey daha mürəkkəbdir, lakin mahiyyət düzgün tutulur. Termonüvə birləşməsinin prinsiplərinə əsaslanan silahlar elə bir partlayış gücünə nail olmağa imkan verdi ki, heç bir halda parçalanma zəncirvari reaksiya ilə əldə edilə bilməz. Ancaq indiyə qədər termonüvə birləşmə reaksiyasını "alovlandıra" bilən yeganə enerji mənbəyi nüvə partlayışıdır.
Siz və mən hidrogen nüvəsini neytronlarla necə “qidalandırdığımızı” xatırlayırsınız? Beləliklə, iki protonu bu şəkildə birləşdirməyə çalışsanız, heç bir şey alınmayacaq. Coulomb itələyici qüvvələrinə görə protonlar bir-birinə yapışmayacaq. Ya onlar bir-birindən ayrılacaqlar, ya da beta parçalanma baş verəcək və protonlardan biri neytron olacaq. Lakin helium-3 mövcuddur. Protonları bir-biri ilə daha uyğunlaşdıran tək neytron sayəsində.
Prinsipcə, helium-3 nüvəsinin tərkibinə əsaslanaraq belə bir nəticəyə gələ bilərik ki, protium və deuterium nüvələrindən bir helium-3 nüvəsi yığmaq olduqca mümkündür. Nəzəri cəhətdən bu doğrudur, lakin belə reaksiya yalnız böyük və isti ulduzların dərinliklərində baş verə bilər. Üstəlik, ulduzların dərinliklərində hətta tək protonlardan da helium toplanaraq onların bəzilərini neytronlara çevirə bilir. Ancaq bunlar artıq astrofizikanın suallarıdır və bizim üçün əldə edilə bilən seçim iki deuterium nüvəsini və ya deuterium və tritiumu birləşdirməkdir.
Nüvə sintezi çox xüsusi bir şərt tələb edir. Bu, çox yüksək (109 K) temperaturdur. Yalnız 100 kiloelektronvolt nüvələrin orta kinetik enerjisi ilə onlar bir-birinə güclü qarşılıqlı təsirin Kulon qarşılıqlı təsirini aşmağa başladığı məsafəyə yaxınlaşa bilirlər.
Tamamilə qanuni sual - niyə bu bağı hasara almaq lazımdır? Məsələ burasındadır ki, yüngül nüvələrin birləşməsi zamanı 20 MeV-lik enerji ayrılır. Əlbəttə ki, uran nüvəsinin məcburi parçalanması ilə bu enerji 10 dəfə çoxdur, lakin bir xəbərdarlıq var - ən böyük hiylələrlə, hətta 1 meqaton gücündə bir uran yükü mümkün deyil. Hətta daha inkişaf etmiş bir plutonium bombası üçün əldə edilə bilən enerji çıxışı hər kiloqram plutonium üçün 7-8 kilotondan çox deyil (nəzəri maksimum 18 kiloton ilə). Və unutmayın ki, uran nüvəsi iki deuterium nüvəsindən təxminən 60 dəfə ağırdır. Xüsusi enerji məhsuldarlığını nəzərə alsaq, termonüvə sintezi nəzərəçarpacaq dərəcədə irəlidədir.
Və daha bir şey - termonüvə yükü üçün kritik kütlə üçün heç bir məhdudiyyət yoxdur. O, sadəcə olaraq, yoxdur. Bununla belə, başqa məhdudiyyətlər də var, lakin onlar haqqında daha çox aşağıda.
Prinsipcə, neytron mənbəyi kimi termonüvə reaksiyasına başlamaq olduqca sadədir. Onu enerji mənbəyi kimi işə salmaq daha çətindir. Burada termonüvə reaksiyasının enerji faydasını təyin edən Lawson meyarı ilə qarşılaşırıq. Reaksiyaya girən nüvələrin sıxlığı ilə onların birləşmə məsafəsində saxlanma müddətinin hasilatı 1014 san/sm3-dən çox olarsa, birləşmənin verdiyi enerji sistemə daxil edilən enerjidən çox olacaqdır.
Bütün termonüvə proqramları bu meyara nail olmağa həsr olunmuşdu.
Edvard Tellerin başına gələn ilk termonüvə bombası dizaynı top dizaynından istifadə edərək plutonium bombası yaratmaq cəhdinə bənzəyirdi. Yəni hər şey düzgün görünür, amma alınmır. "Klassik super" cihazı - plutonium bombasının batırıldığı maye deuterium - həqiqətən klassik idi, lakin superdən çox uzaq idi.
Maye deuteriumda nüvə yükünü partlatmaq ideyası əvvəldən çıxılmaz bir nöqtəyə çevrildi. Belə şəraitdə 500 kt gücə malik nüvə yükünü partlatmaqla termonüvə birləşmə enerjisinin az və ya çox çıxmasına nail olmaq olar. Və ümumiyyətlə Lawsonun kriteriyasına nail olmaqdan danışmağa ehtiyac yox idi.
Bir istilik izolyatoru və partlayış gücləndiricisi kimi uran-238 ilə kəsişmiş termonüvə yanacağı təbəqələri ilə nüvə tətik yükünü əhatə etmək fikri də Tellerin ağlına gəldi. Və təkcə o deyil. İlk sovet termonüvə bombaları məhz bu dizayna uyğun qurulmuşdur. Prinsip olduqca sadə idi: nüvə yükü termonüvə yanacağını birləşmənin başladığı temperatura qədər qızdırır və birləşmə zamanı yaranan sürətli neytronlar uran-238 təbəqələrini partlayır. Bununla belə, məhdudiyyət eyni olaraq qaldı - nüvə tetikleyicisinin təmin edə biləcəyi temperaturda yalnız ucuz deuterium və inanılmaz dərəcədə bahalı tritium qarışığı birləşmə reaksiyasına girə bilər.
Teller daha sonra litium-6 deuterid birləşməsindən istifadə etmək ideyası ilə gəldi. Bu həll, maye deuterium olan bahalı və əlverişsiz kriogen qablardan imtina etməyə imkan verdi. Bundan əlavə, neytronlarla şüalanma nəticəsində litium-6 heliuma və deuterium ilə birləşmə reaksiyasına girən tritiuma çevrildi.
Bu sxemin dezavantajı məhdud güc idi - tetikleyicini əhatə edən termonüvə yanacağının yalnız məhdud bir hissəsi birləşmə reaksiyasına girməyə vaxt tapdı. Qalanları, nə qədər çox olsa da, boş yerə getdi. "Puf" istifadə edərkən əldə edilən maksimum doldurma gücü 720 kt (British Orange Herald bombası) idi. Görünür, bu “tavan” idi.
Teller-Ulam sxeminin inkişaf tarixindən artıq danışdıq. İndi "iki mərhələli" və ya "radiasiya sıxılma dövrəsi" də adlandırılan bu sxemin texniki detallarını anlayaq.
Bizim vəzifəmiz Lavson kriteriyasını yerinə yetirmək üçün termonüvə yanacağını qızdırmaq və müəyyən həcmdə saxlamaqdır. Amerikanın kriogen sxemlərlə məşqlərini bir kənara qoyaraq, termonüvə yanacağı kimi artıq bizə məlum olan litium-6 deuteridi götürək.
Biz termonüvə yükü üçün konteyner materialı kimi uran-238-i seçəcəyik. Konteyner silindrik formadadır. Konteynerin oxu boyunca onun içərisinə kritikaltı kütləsi olan uran-235-dən hazırlanmış silindrik çubuq yerləşdirəcəyik.
Qeyd: Zamanında sensasiyalı olan neytron bombası eyni Teller-Ulam sxemidir, lakin konteynerin oxu boyunca uran çubuğu olmadan. Məsələ sürətli neytronların güclü axını təmin etməkdir, lakin neytronları istehlak edəcək bütün termonüvə yanacağının tükənməsinin qarşısını almaqdır.
Konteynerin qalan boş yerini litium-6 deuterid ilə dolduracağıq. Gələcək bombanın gövdəsinin bir ucuna bir konteyner yerləşdirək (bu ikinci mərhələ olacaq), digər ucunda isə bir neçə kiloton gücündə (birinci mərhələ) adi plutonium yükünü quraşdıracağıq. Nüvə və termonüvə yükləri arasında uran-238-dən hazırlanmış arakəsmə quraşdıracağıq ki, bu da litium-6 deuteridin vaxtından əvvəl qızmasının qarşısını alacaq. Bomba gövdəsinin içərisində qalan boş yeri bərk polimerlə dolduraq. Prinsipcə, termonüvə bombası hazırdır.
Nüvə yükü partlayanda enerjinin 80%-i rentgen şüaları şəklində buraxılır. Onun yayılma sürəti plutonium parçalanma fraqmentlərinin yayılma sürətindən xeyli yüksəkdir. Mikrosaniyələrin yüzdə birindən sonra uran ekranı buxarlanır və rentgen şüaları termonüvə yük konteynerinin uranı tərəfindən intensiv şəkildə udulmağa başlayır. Sözdə ablasyon (qızdırılan qabın səthindən kütlənin çıxarılması) nəticəsində qabı 10 dəfə sıxan reaktiv qüvvə yaranır. Bu təsir radiasiya partlaması və ya radiasiya sıxılması adlanır. Bu halda termonüvə yanacağının sıxlığı 1000 dəfə artır. Radiasiya partlayışının nəhəng təzyiqi nəticəsində uran-235-in mərkəzi çubuğu da az da olsa sıxılır və superkritik vəziyyətə keçir. Bu vaxta qədər termonüvə qurğusu nüvə partlayışından sürətli neytronlarla bombalanır. Litium-6 deuteridindən keçdikdən sonra onlar yavaşlayır və uran çubuğu tərəfindən intensiv şəkildə udulur.
Çubuqda parçalanma zəncirvari reaksiya başlayır və tez bir zamanda konteynerin içərisində nüvə partlayışına səbəb olur. Litium-6 deuterid xaricdən ablativ sıxılmaya və içəridən nüvə partlayışının təzyiqinə məruz qaldığından onun sıxlığı və temperaturu daha da artır. Bu an sintez reaksiyasının başlanğıcıdır. Onun sonrakı saxlanması konteynerin öz daxilində termonüvə proseslərini nə qədər saxlayacağı, istilik enerjisinin xaricə çıxmasının qarşısını alması ilə müəyyən edilir. Lawson meyarının əldə olunmasını məhz bu şərtləndirir. Termonüvə yanacağı silindr oxundan onun kənarına qədər yanır. Yanma cəbhəsinin temperaturu 300 milyon Kelvinə çatır. Termonüvə yanacağı yandırılana və konteyner məhv olana qədər partlayışın tam inkişafı bir neçə yüz nanosaniyə çəkir - bu ifadəni oxumağınızdan iyirmi milyon dəfə tez.
İki mərhələli dövrənin etibarlı işləməsi konteynerin dəqiq yığılmasından və vaxtından əvvəl istiləşmənin qarşısının alınmasından asılıdır.
Teller-Ulam dövrəsi üçün termonüvə yükünün gücü radiasiya ilə effektiv sıxılma təmin edən nüvə tetikleyicisinin gücündən asılıdır. Ancaq indi çox mərhələli sxemlər var ki, burada əvvəlki mərhələnin enerjisi növbətini sıxmaq üçün istifadə olunur. Üç mərhələli sxemə misal olaraq artıq qeyd olunan 100 meqatonluq "Kuzkina anası" dır.
Yüklənir...