Zabavna nuklearna fizika (13 fotografija). Nuklearni napad: kritična masa nuklearnog naboja Kritična masa u nuklearnom reaktoru uranijuma
Tajanstveni uređaj sposoban da oslobodi gigadžule energije u neopisivo kratkom vremenskom periodu okružen je zlokobnom romansom. Nepotrebno je reći da je u cijelom svijetu rad na nuklearnom oružju bio duboko povjerljiv, a sama bomba obrasla masom legendi i mitova. Pokušajmo se pozabaviti njima po redu.
Andrej Suvorov
Ništa ne izaziva interesovanje kao atomska bomba
avgusta 1945. Ernest Orlando Lawrence u laboratoriji za atomsku bombu
1954 Osam godina nakon eksplozije na atolu Bikini, japanski naučnici otkrili su visok nivo radijacije u ribama ulovljenim u lokalnim vodama
Kritična masa
Svi su čuli da postoji određena kritična masa koju treba dostići da bi počela nuklearna lančana reakcija. Ali da bi se dogodila prava nuklearna eksplozija, sama kritična masa nije dovoljna - reakcija će prestati gotovo trenutno, prije nego što se primjetna energija stigne osloboditi. Za potpunu eksploziju od nekoliko kilotona ili desetina kilotona, dvije ili tri, ili još bolje četiri ili pet, kritične mase moraju se prikupiti istovremeno.
Čini se očiglednim da morate napraviti dva ili više dijelova od uranijuma ili plutonijuma i spojiti ih u potrebnom trenutku. Da budemo pošteni, mora se reći da su i fizičari mislili istu stvar kada su se upustili u izgradnju nuklearne bombe. Ali stvarnost je napravila svoja prilagođavanja.
Poenta je u tome da ako imamo vrlo čist uranijum-235 ili plutonijum-239, onda bismo to mogli da uradimo, ali naučnici su morali da se bave pravim metalima. Obogaćivanjem prirodnog uranijuma možete napraviti mješavinu koja sadrži 90% uranijuma-235 i 10% uranijuma-238; pokušaji da se riješite ostatka uranijuma-238 dovode do vrlo brzog poskupljenja ovog materijala (zove se visoko obogaćeni uranijum). Plutonijum-239, koji se proizvodi u nuklearnom reaktoru od uranijuma-238 fisijom uranijuma-235, nužno sadrži primjesu plutonijuma-240.
Izotopi uranijum235 i plutonijum239 nazivaju se parno-neparnim jer jezgra njihovih atoma sadrže paran broj protona (92 za uranijum i 94 za plutonijum) i neparan broj neutrona (143 i 145, respektivno). Sva parno-neparna jezgra teških elemenata imaju zajedničko svojstvo: rijetko se cijepaju spontano (naučnici kažu: "spontano"), ali se lako cijepaju kada neutron udari u jezgro.
Uran-238 i plutonijum-240 su paran-parni. Oni se, naprotiv, praktički ne cijepaju na neutrone niske i umjerene energije, koji lete iz fisijskih jezgara, već se spontano cijepaju stotine ili desetine hiljada puta češće, formirajući neutronsku pozadinu. Ova pozadina otežava stvaranje nuklearnog oružja jer uzrokuje da reakcija počne prerano prije nego što se dva dijela punjenja sretnu. Zbog toga, u uređaju pripremljenom za eksploziju, dijelovi kritične mase moraju biti dovoljno udaljeni jedan od drugog i povezani velikom brzinom.
Cannon Bomb
Međutim, bomba bačena na Hirošimu 6. avgusta 1945. napravljena je upravo prema gore opisanoj šemi. Dva njegova dijela, meta i metak, bili su napravljeni od visoko obogaćenog uranijuma. Meta je bila cilindar prečnika 16 cm i visine 16 cm.U njegovom središtu je bila rupa prečnika 10 cm.Metak je napravljen u skladu sa ovom rupom. Ukupno, bomba je sadržavala 64 kg uranijuma.
Meta je bila okružena školjkom čiji je unutrašnji sloj bio od volframovog karbida, a vanjski sloj čelika. Svrha školjke je bila dvostruka: da zadrži metak kada se zaglavi u metu i da odbije barem dio neutrona koji izlaze iz uranijuma nazad. Uzimajući u obzir reflektor neutrona, 64 kg je bilo 2,3 kritične mase. Kako je to funkcioniralo, budući da je svaki od dijelova bio podkritičan? Činjenica je da uklanjanjem srednjeg dijela iz cilindra smanjujemo njegovu prosječnu gustoću i povećavamo vrijednost kritične mase. Dakle, masa ovog dijela može premašiti kritičnu masu za čvrsti komad metala. Ali nemoguće je povećati masu metka na ovaj način, jer mora biti čvrst.
I meta i metak sastavljeni su od komada: meta od nekoliko niskih prstenova, a metak od šest podložaka. Razlog je jednostavan - uranijumske gredice su morale biti malih dimenzija, jer prilikom izrade (livanja, presovanja) gredice ukupna količina uranijuma ne bi se smjela približiti kritičnoj masi. Metak je bio zatvoren u omotač od nehrđajućeg čelika tankih stijenki, sa poklopcem od volframovog karbida sličnom omotu mete.
Kako bi metak usmjerili u centar mete, odlučili su koristiti cijev konvencionalnog protuavionskog topa kalibra 76,2 mm. Zbog toga se ova vrsta bombe ponekad naziva bombom sastavljenom od topova. Cijev je iznutra izbušena do 100 mm kako bi se primio tako neobičan projektil. Dužina cijevi bila je 180 cm, a u komoru za punjenje ubacivan je običan bezdimni barut koji je ispaljivao metak brzinom od približno 300 m/s. A drugi kraj cijevi bio je utisnut u rupu na meti.
Ovaj dizajn je imao dosta nedostataka.
Bilo je monstruozno opasno: kada se barut ubaci u komoru za punjenje, svaka nesreća koja bi ga mogla zapaliti izazvala bi eksploziju bombe punom snagom. Zbog toga se piroksilin punio u zraku kada se avion približio cilju.
U slučaju avionske nesreće, dijelovi uranijuma bi se mogli spojiti bez baruta, jednostavno od jakog udara o tlo. Da bi se to izbjeglo, promjer metka bio je delić milimetra veći od promjera otvora cijevi.
Ako bi bomba pala u vodu, tada bi zbog umjerenosti neutrona u vodi reakcija mogla započeti čak i bez spajanja dijelova. Istina, u ovom slučaju nuklearna eksplozija je malo vjerojatna, ali bi došlo do termalne eksplozije, sa raspršivanjem uranijuma na velikoj površini i radioaktivnom kontaminacijom.
Dužina bombe ovog dizajna premašila je dva metra, a to je praktično nepremostivo. Na kraju krajeva, došlo je do kritičnog stanja, a reakcija je počela kada je ostalo još dobrih pola metra do zaustavljanja metka!
Konačno, ova bomba je bila veoma rasipna: manje od 1% uranijuma je imalo vremena da reaguje u njoj!
Topova bomba je imala tačno jednu prednost: nije mogla da ne funkcioniše. Nisu je hteli ni testirati! Ali Amerikanci su morali da testiraju plutonijumsku bombu: njen dizajn je bio previše nov i složen.
Plutonijum fudbalska lopta
Kada se pokazalo da čak i sićušna (manje od 1%!) primjesa plutonijuma-240 onemogućava topovsku montažu plutonijumske bombe, fizičari su bili primorani da traže druge načine da dobiju kritičnu masu. A ključ plutonijumskih eksploziva pronašao je čovjek koji je kasnije postao najpoznatiji "nuklearni špijun" - britanski fizičar Klaus Fuchs.
Njegova ideja, kasnije nazvana "implozija", bila je da formira konvergentni sferni udarni talas od divergentnog, koristeći takozvana eksplozivna sočiva. Ovaj udarni val bi komprimirao komad plutonijuma tako da se njegova gustina udvostručila.
Ako smanjenje gustine uzrokuje povećanje kritične mase, onda bi povećanje gustine trebalo da je smanji! Ovo posebno važi za plutonijum. Plutonijum je vrlo specifičan materijal. Kada se komad plutonijuma ohladi od tačke topljenja do sobne temperature, on prolazi kroz četiri fazna prelaza. Na ovom drugom (oko 122 stepena), njegova gustina skače za 10%. U tom slučaju svaki odljevak neizbježno puca. Da bi se to izbjeglo, plutonij je dopiran nekim trovalentnim metalom, a zatim labavo stanje postaje stabilno. Aluminij se može koristiti, ali se 1945. godine strahovalo da će alfa čestice emitirane iz jezgri plutonijuma prilikom raspadanja izbaciti slobodne neutrone iz jezgri aluminija, povećavajući već primjetnu neutronsku pozadinu, pa je galij korišten u prvoj atomskoj bombi.
Od legure koja sadrži 98% plutonijum-239, 0,9% plutonijum-240 i 0,8% galija napravljena je lopta prečnika samo 9 cm i težine oko 6,5 kg. U sredini kugle nalazila se šupljina prečnika 2 cm, koja se sastojala od tri dela: dve polovine i cilindra prečnika 2 cm. Ovaj cilindar je služio kao čep kroz koji se ubacivao inicijator. unutrašnja šupljina - izvor neutrona koji se aktivirao kada je bomba eksplodirala. Sva tri dijela su morala biti niklovana, jer se plutonij vrlo aktivno oksidira zrakom i vodom i izuzetno je opasan ako uđe u ljudski organizam.
Lopta je bila okružena reflektorom neutrona od prirodnog uranijuma238, debljine 7 cm i težine 120 kg. Uranijum je dobar reflektor brzih neutrona, a pri sklapanju sistem je bio samo malo subkritičan, pa je umesto plutonijumskog čepa umetnut kadmijumski čep koji je apsorbovao neutrone. Reflektor je također služio za držanje svih dijelova kritičnog sklopa tokom reakcije, inače bi se većina plutonijuma razletjela bez vremena da učestvuje u nuklearnoj reakciji.
Sljedeći je bio sloj od legure aluminija od 11,5 centimetara težine 120 kg. Svrha sloja je ista kao kod antirefleksije na objektivima: da osigura da talas eksplozije prodre u sklop uranijum-plutonijum i da se ne reflektuje od njega. Ova refleksija nastaje zbog velike razlike u gustoći između eksploziva i uranijuma (približno 1:10). Osim toga, u udarnom valu, nakon vala kompresije, dolazi do talasa razrjeđivanja, takozvanog Taylorovog efekta. Aluminijski sloj je oslabio val razrjeđivanja, što je smanjilo djelovanje eksploziva. Aluminij je morao biti dopiran borom, koji je apsorbirao neutrone emitirane iz jezgara atoma aluminija pod utjecajem alfa čestica nastalih tokom raspada uranijuma-238.
Konačno, vani su bila ona ista “eksplozivna sočiva”. Bilo ih je 32 (20 šesterokutnih i 12 peterokutnih), činile su strukturu sličnu fudbalskoj lopti. Svako sočivo se sastojalo od tri dijela, pri čemu je srednji napravljen od posebnog „sporog“ eksploziva, a vanjski i unutrašnji od „brzog“ eksploziva. Vanjski dio je izvana bio sfernog oblika, a iznutra je imao stožasto udubljenje, kao na oblikovanom naboju, ali mu je namjena bila drugačija. Ovaj konus je bio ispunjen sporim eksplozivom, a na granici se eksplozijski talas prelomio poput običnog svetlosnog talasa. Ali sličnost je ovdje vrlo uslovna. Zapravo, oblik ovog konusa je jedna od pravih tajni nuklearne bombe.
Sredinom 40-ih godina na svijetu nije bilo kompjutera na kojima bi se mogao izračunati oblik takvih sočiva, a što je najvažnije, nije postojala ni odgovarajuća teorija. Stoga su rađeni isključivo metodom pokušaja i grešaka. Moralo je biti izvedeno više od hiljadu eksplozija - i to ne samo izvedene, već fotografisane specijalnim brzim kamerama, snimajući parametre eksplozijskog talasa. Kada je testirana manja verzija, pokazalo se da se eksploziv ne može tako lako skalirati, te je bilo potrebno uvelike ispraviti stare rezultate.
Tačnost forme morala se održavati s greškom manjom od milimetra, a sastav i uniformnost eksploziva se moralo održavati s najvećom pažnjom. Dijelovi su se mogli napraviti samo livenjem, tako da nisu svi eksplozivi bili prikladni. Brzi eksploziv je bio mješavina RDX-a i TNT-a, sa dvostruko većom količinom RDX-a. Sporo - isti TNT, ali sa dodatkom inertnog barijum nitrata. Brzina detonacionog talasa u prvom eksplozivu je 7,9 km/s, au drugom 4,9 km/s.
Detonatori su postavljeni u sredini vanjske površine svakog sočiva. Sva 32 detonatora morala su ispaliti istovremeno sa nečuvenom preciznošću - manje od 10 nanosekundi, odnosno milijarditih dijelova sekunde! Dakle, front udarnog talasa nije trebao biti izobličen za više od 0,1 mm. Sporedne površine sočiva su morale biti poravnate sa istom preciznošću, ali je greška u njihovoj izradi bila deset puta veća! Morao sam da petljam i potrošim mnogo toalet papira i selotejpa da nadoknadim nepreciznosti. Ali sistem je počeo da ima malo sličnosti sa teorijskim modelom.
Bilo je potrebno izmisliti nove detonatore: stari nisu davali odgovarajuću sinhronizaciju. Napravljene su na bazi žica koje su eksplodirale pod snažnim impulsom električne struje. Za njihovo aktiviranje bila je potrebna baterija od 32 visokonaponska kondenzatora i isto toliko brzih pražnika - po jedan za svaki detonator. Cijeli sistem, uključujući baterije i punjač za kondenzatore, bio je težak skoro 200 kg u prvoj bombi. Međutim, u odnosu na težinu eksploziva, koji je iznosio 2,5 tone, to nije bilo puno.
Konačno, cijela konstrukcija je zatvorena u duralumin sferično tijelo, koje se sastoji od širokog pojasa i dva poklopca - gornjeg i donjeg, svi ovi dijelovi su spojeni vijcima. Dizajn bombe omogućio je njeno sklapanje bez plutonijumskog jezgra. Da bi se plutonijum ubacio na mesto zajedno sa komadom uranijumskog reflektora, odvrnut je gornji poklopac kućišta i uklonjeno jedno eksplozivno sočivo.
Rat sa Japanom se bližio kraju, a Amerikancima se žurilo. Ali implozivna bomba je morala biti testirana. Ova operacija je dobila kodno ime "Trinity" ("Trinity"). Da, atomska bomba je trebala pokazati moć koja je ranije bila dostupna samo bogovima.
Briljantan uspjeh
Mjesto za testiranje odabrano je u državi Novi Meksiko, na mjestu slikovitog imena Jornadadel Muerto (Staza smrti) - teritorija je bila dio artiljerijskog poligona Alamagordo. Bomba je počela da se sklapa 11. jula 1945. godine. Četrnaestog jula podignuta je na vrh posebno izgrađenog tornja visokog 30 m, žice su spojene na detonatore i otpočele su završne faze pripreme koje uključuju veliku količinu mjerne opreme. Dana 16. jula 1945. u pola šest ujutro, naprava je detonirana.
Temperatura u središtu eksplozije dostiže nekoliko miliona stepeni, pa je bljesak nuklearne eksplozije mnogo svjetliji od Sunca. Vatrena lopta traje nekoliko sekundi, zatim počinje da se diže, tamni, prelazi iz bijele u narančastu, a zatim grimizna i formira se sada poznata nuklearna gljiva. Prvi oblak pečurke popeo se na visinu od 11 km.
Energija eksplozije bila je više od 20 kt ekvivalenta TNT-a. Većina mjerne opreme je uništena jer su fizičari računali na 510 tona i postavili opremu preblizu. Inače je bio uspjeh, briljantan uspjeh!
Ali Amerikanci su bili suočeni s neočekivanom radioaktivnom kontaminacijom područja. Prah radioaktivnih padavina protezao se 160 km prema sjeveroistoku. Dio stanovništva je morao biti evakuisan iz malog grada Binghama, ali je najmanje pet lokalnih stanovnika primilo doze do 5.760 rendgena.
Ispostavilo se da kako bi se izbjegla kontaminacija, bomba mora biti detonirana na dovoljno velikoj visini, najmanje kilometar i po, a zatim se proizvodi radioaktivnog raspada raspršuju na površini od stotina hiljada ili čak miliona kvadratnih metara. kilometara i rastvoren u globalnoj radijacijskoj pozadini.
Druga bomba ovog dizajna bačena je na Nagasaki 9. avgusta, 24 dana nakon ovog testa i tri dana nakon bombardovanja Hirošime. Od tada, gotovo svo atomsko oružje koristi tehnologiju implozije. Po istom dizajnu napravljena je i prva sovjetska bomba RDS-1, testirana 29. avgusta 1949. godine.
Neki od neutrona koji se oslobađaju tokom reakcije fisije pobjegnu iz reakcione sfere ili su zarobljeni bez stvaranja fisije. Ako stvorite uvjete pod kojima je brzina gubitka neutrona veća od brzine oslobađanja novih neutrona tijekom fisije, tada će lančana reakcija pod tim uvjetima prestati biti samoodrživa, odnosno prestati. Ovo će osloboditi nešto energije, ali neće biti dovoljno, a brzina oslobađanja novih neutrona će biti preniska da bi izazvala efikasnu eksploziju. Stoga je za izvođenje nuklearne eksplozije potrebno stvoriti uvjete pod kojima bi gubitak neutrona bio minimalan. U tom smislu posebno su važni neutroni koji se emituju iz mase fisionog materijala i ne učestvuju u reakciji fisije.
Emisija neutrona iz reakcione sfere odvija se kroz vanjsku površinu mase uranijuma (ili plutonijuma). Posljedično, brzina gubitka neutrona uslijed njihove emisije iz mase fisionog materijala bit će određena veličinom površine te mase. S druge strane, proces fisije, uslijed kojeg se oslobađa mnogo novih neutrona, odvija se u cijeloj masi fisione tvari, te stoga brzina oslobađanja ovih neutrona ovisi o veličini te mase. Kako se volumen fisionog materijala povećava, omjer njegove površine i mase se smanjuje; stoga će se omjer broja izgubljenih (emitiranih) neutrona i broja novih neutrona oslobođenih tokom reakcije fisije smanjiti.
Ovu tačku je lakše razumjeti ako uzmemo u obzir crtež s desne strane, koji prikazuje dva sferna komada fisivnog materijala, od kojih je jedan veći od drugog; u oba slučaja, proces fisije počinje sa jednim neutronom, prikazanim na slici kao tačka u krugu. Pretpostavlja se da se tokom svakog događaja fisije oslobađaju tri neutrona, odnosno jedan neutron je zarobljen.
Ako je masa uranijuma ili plutonijuma mala, odnosno ako je omjer površine i zapremine velik, tada će broj izgubljenih neutrona kao rezultat emisije biti toliko velik da će doći do stvaranja lančane reakcije nuklearne fisije, i stoga će implementacija nuklearne eksplozije biti nemoguća. Ali kako se povećava masa uranijuma ili plutonijuma, relativni gubitak neutrona se smanjuje i dolazi do tačke kada lančana reakcija može postati samoodrživa. Količina fisionog materijala koja odgovara ovom trenutku naziva se kritična masa.
Dakle, da bi došlo do nuklearne eksplozije, nuklearno oružje mora sadržavati dovoljnu količinu uranijuma ili plutonijuma koja premašuje kritičnu masu pod datim uslovima. U stvarnosti, kritična masa zavisi, između ostalog, od oblika komada fisionog materijala, njegovog sastava i stepena kontaminacije stranim nečistoćama koje mogu apsorbovati neutrone bez fisije. Okruženjem fisionog materijala odgovarajućom školjkom – neutronskim reflektorom, moguće je smanjiti gubitak neutrona zbog njihove emisije, a samim tim i vrijednost kritične mase. Osim toga, elementi visoke gustoće i dobre refleksije za neutrone visoke energije također daju određenu inerciju fisione tvari, odlažući njeno širenje u trenutku eksplozije. Reflektor neutrona, zbog svog zaštitnog efekta i inercijskih svojstava, omogućava efikasniju upotrebu fisionog materijala u nuklearnom oružju.
Test br. 5
Opcija 1
Fenomen radioaktivnosti, koji je otkrio Becquerel, ukazuje da...
B. Atom sadrži elektrone.
B. Atom ima složenu strukturu.
D. Ovaj fenomen je karakterističan samo za uranijum.
Ko je predložio nuklearni model strukture atoma?
Slika prikazuje dijagrame četiri atoma. Crne tačke su elektroni. Koji dijagram odgovara atomu 2 4 Ne?
Sastav atoma uključuje sljedeće čestice:
B. nukleoni i elektroni.
B. protoni i neutroni.
D. Neutroni i elektroni.
Koliki je maseni broj jezgra atoma mangana? 25 55 Mn?
U kojoj od sljedećih reakcija je prekršen zakon održanja naboja?
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.
^ Atomsko jezgro se sastoji od protona i neutrona. Između kojih parova čestica unutar jezgra djeluju nuklearne sile?
B. Proton-neutron.
B. Neutron-neutron.
D. U svim parovima A-B.
Mase protona i neutrona...
B. Otprilike isto.
B. U odnosu na 1:1836.
D. Približno jednako nuli.
U jezgru atoma kalcijuma 20 40 Ca sadrži...
B. 40 neutrona i 20 elektrona.
B. 20 protona i 40 elektrona.
D. 20 protona i 20 neutrona.
^ U kojem uređaju je vidljiv trag kretanja brzo nabijene čestice u plinu (kao rezultat kondenzacije prezasićene pare na jonima)?
B. U komori oblaka.
D. U mjehurastoj komori.
^ Odredite drugi proizvod X u nuklearnoj reakciji: 13 27 Al+ 0 1 n → 11 24 Na+X.
Atomsko jezgro se sastoji od Z protona i N neutrona. Masa slobodnog neutrona m n , slobodni proton m str . Koji od sledećih uslova je tačan za masu jezgra? m g ?
B. m g
B. m g > Zm p + Nm n.
D. Za stabilna jezgra, uslov A, za radioaktivna jezgra, uslov B.
Izračunajte ∆ m (defekt mase) atomskog jezgra 3 7 Li (u amu).
A. ∆m ≈ 0,04. B. ∆m ≈ –0,04. B. ∆m =0. G. ∆m ≈ 0,2.
14 U kojim jedinicama treba izraziti vrijednost mase kada se računa energija veze atomskih jezgara pomoću formule ∆E= ∆m*c 2 ?
ODGOVOR: U kilogramima.
B. U gramima.
B. U jedinicama atomske mase.
G. U džulima.
^ Koja je kritična masa u nuklearnom reaktoru uranijuma?
B. Minimalna masa uranijuma pri kojoj može doći do lančane reakcije u reaktoru.
B. Dodatna masa uranijuma uvedena u reaktor da bi se pokrenuo.
D. Dodatna masa supstance uvedena u reaktor da bi se zaustavio u kritičnim slučajevima.
^ Koja vrsta radioaktivnog zračenja je najopasnija pri spoljašnjem zračenju osobe?
B. gama zračenje.
B. Alfa zračenje.
^ Dodatni zadatak.
Svi hemijski elementi postoje u obliku dva ili više izotopa. Odredite razliku u sastavu jezgri izotopa 17 35 Cl and 17 37 Cl.
B. izotop 17 37 Cl ima 2 manje protona u jezgru od 17 35 Cl.
B. izotop 17 37 Cl ima 2 neutrona više u svom jezgru od 17 35 Cl.
G. izotop 17 37 Cl ima 2 neutrona manje u svom jezgru od 17 35 Cl.
18. Tokom alfa raspada atomskih jezgara...
maseni broj ostaje isti, a naboj se povećava za jedan.
B. Maseni broj se smanjuje za 4, ali naboj ostaje nepromijenjen.
B. Maseni broj se smanjuje za 4, a naboj se povećava za 2.
D. Maseni broj se smanjuje za 4, naboj se također smanjuje za 2.
^ 19. Energija se oslobađa ili apsorbira u nuklearnoj reakciji. 3 6 Li+ 1 1 H→ 2 4 Ne + 2 3 Ne? Mase jezgara i čestica u a. m. su respektivno jednaki: m 3 6 Li=6,01513, m 1 1 N= 1,00728, m 2 4 Ne= 4.00260, m 2 3 Nije =3,01602.
A. Apsorbovan jer ∆m
B. Ističe se jer ∆m
B. Apsorbovan jer ∆m> 0.
D. Ističe se jer. ∆m> 0.
20. Kada se izotop 5 10 B bombarduje neutronima, alfa čestica se izbacuje iz rezultirajućeg jezgra. Koristeći zakone održanja masenog broja i naboja, kao i periodni sistem elemenata, zapišite nuklearnu reakciju.
Test br. 5
na temu “Struktura atoma i atomskog jezgra”
Opcija 2
^ 1. Radioaktivno zračenje može uključivati...
A. Samo elektroni.
B. Samo neutroni.
B. Samo alfa čestice.
D. Beta čestice, alfa čestice, gama kvanti.
^ 2. Uz pomoć eksperimenata, Rutherford je otkrio da...
O. Pozitivan naboj je ravnomjerno raspoređen po cijeloj zapremini atoma.
B. Pozitivan naboj je koncentrisan u centru atoma i zauzima vrlo mali volumen.
B. Atom sadrži elektrone.
D. Atom nema unutrašnju strukturu.
^ Slika prikazuje dijagrame četiri atoma. Elektroni su prikazani kao crne tačke.
Jezgro sadrži sljedeće čestice:
B. Protoni i elektroni.
B. Protoni i neutroni
D. Neutroni i elektroni.
^ 5. Koliki je naboj jezgra atoma stroncijuma? 38 88 Sr?
A. 88 B. 38 C. 50 D. 126.
U kojoj je od sljedećih jednadžbi nuklearne reakcije prekršen zakon održanja masenog broja?
B. 7 14 N + 2 4 He → 8 17 O + 1 1 H
V. 7 14 N + 1 1 N → 5 11 V + 2 4 Ne
G. 92 239 U → 93 239 Np + -1 0 e
^ 6. Nuklearne sile koje djeluju između nukleona...
O. Oni mnogo puta premašuju gravitacijske sile i djeluju između nabijenih čestica.
B. Višestruko su superiorniji od svih vrsta snaga i djeluju na bilo kojoj udaljenosti.
B. One su višestruko superiorne u odnosu na sve druge vrste sila, ali djeluju samo na udaljenostima uporedivim s veličinom jezgra.
D. Mnogo puta premašuju gravitacijske sile i djeluju između bilo koje čestice.
Mase protona i elektrona...
B. Otprilike isto.
B. Pominje se kao 1: 1836.
D. Približno jednako nuli.
^ 8. U jezgru atoma gvožđa 26 56 Fe sadrži:
A. 26 neutrona i 56 protona.
B. 56 neutrona i 26 protona.
B. 26 protona i 56 elektrona.
D. 26 protona i 30 neutrona.
U kojem uređaju se bilježi porijeklo ionizirajuće čestice pojavom impulsa električne struje kao rezultat pojave samopražnjenja u plinu?
B. U Geigerovom brojaču.
B. U scintilacionom brojaču.
D. U mjehurastoj komori.
^ Odredite drugi proizvod X nuklearne reakcije:
A. Alfa čestica (2 4 He).
B. Neutron.
B. Proton.
G. Elektron.
^ 12. Atomsko jezgro se sastoji od Z protona i N neutrona. Masa slobodnog neutrona m n , slobodni proton m str . Koji od sljedećih uvjeta vrijedi za nuklearnu masu m I ?
A. m i Z*m p + m n ; B. m i = Z*m p + N*m n
D. Za stabilna jezgra, uslov A, za radioaktivna - uslov B.
^ 13. Izračunajte defekt mase (∆ m) u a. e.m. Atomska jezgra 2 3 Ne. Mase čestica i jezgara, izražene u a. e.m., odnosno jednako: m n = 1,00866; m str = 1,00728;
m I = 3,01602.
A. ∆ m ≈ 0,072 B. ∆ m ≈ 0,0072 C. ∆ m ≈ -0,0072 D. ∆ m ≈ 0
^ 14. U kojim jedinicama će se dobiti energetska vrijednost pri izračunavanju energije veze atomskih jezgara po formuli ∆E=m*c 2 ?
A. U elektronskim voltima (eV).
B. U megaelektron voltima (MeV)
B. U džulima.
G. V a. jesti.
^ 15. U nuklearnom reaktoru, supstance kao što su grafit ili voda koriste se kao takozvani moderatori. Šta bi trebali usporiti i zašto?
O. Oni usporavaju neutrone kako bi smanjili vjerovatnoću da dođe do reakcije nuklearne fisije.
B. Oni usporavaju neutrone kako bi povećali vjerovatnoću reakcije nuklearne fisije.
B. Oni usporavaju lančanu reakciju fisije kako bi olakšali kontrolu reaktora.
D. Oni usporavaju fragmente jezgara nastalih kao rezultat fisije uranijuma za praktičnu upotrebu njihove kinetičke energije.
^ 16. Koja vrsta radioaktivnog zračenja je najopasnija za unutrašnje zračenje osobe?
A. Beta zračenje.
B. Gama zračenje.
B. Alfa zračenje.
D. Sve tri vrste zračenja: alfa, beta, gama.
^ Dodatni zadatak.
Svi hemijski elementi postoje u obliku dva ili više izotopa. Odredite razliku u sastavu jezgara izotopa 10 20 Ne i 10 22 Ne
B. izotop 10 20 Ne ima 2 protona manje u jezgru od 10 22 Ne
B. izotop 10 22 Ne ima 2 neutrona više u svom jezgru od 10 20 Ne
G. izotop 10 22 Ne ima 2 neutrona manje u jezgru od 10 20 Ne
18. Tokom beta raspada atomskih jezgara...
O. Masa jezgra ostaje praktično nepromenjena, tako da maseni broj ostaje isti, ali se naelektrisanje povećava.
B. Maseni broj se povećava za 1, a naboj se smanjuje za 1.
B. Maseni broj ostaje isti, ali se naboj smanjuje za 1.
D. Maseni broj se smanjuje za 1, naboj ostaje nepromijenjen.
19. Da li se energija oslobađa ili apsorbuje u nuklearnoj reakciji 7 14 N + 2 4 He → 8 17 O + 1 1 H? Mase jezgara i čestica (u am.) su respektivno jednake: 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. Apsorbovan jer ∆m
B. Ističe se jer ∆m
B. Apsorbovan jer ∆m> 0.
D. Ističe se jer. ∆m> 0.
20. Koristeći zakone održanja masenog broja i naboja, kao i periodni sistem elemenata, napiši nuklearnu reakciju koja nastaje prilikom bombardiranja 5 11 B alfa čestica i koja je praćena izbacivanjem neutrona
^ Obrazac za odgovore
za test br. 5
na temu “Struktura atoma i atomskog jezgra”
Razred _____________
Opcija _______| № ass | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
|||||
| Odgovori | |||||||||||||||||||||
| № dodatno zadataka | 17 | 18 | 19 | 20 | |||||||||||||||||
| Odgovori | |||||||||||||||||||||
^ Obrazac za odgovore
za test br. 5
na temu “Struktura atoma i atomskog jezgra”
Datum: ___________________20__
Razred _____________
PUNO IME ________________________________
Opcija _______| № ass | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
|||||
| Odgovori | |||||||||||||||||||||
| № dodatno zadataka | 17 | 18 | 19 | 20 | |||||||||||||||||
| Odgovori | |||||||||||||||||||||
^ Ispravni kodovi odgovora.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
|
| U 1 | IN | G | IN | B | G | A | G | B | G | B | A | B | A | A | B | IN | IN | G | B |
| U 2 | G | B | IN | IN | B | IN | IN | A | G | B | B | A | A | IN | IN | IN | IN | A | B |
br. 20 5 10 V + 0 1 br. → 3 7 Li + 2 4 He (1 OPCIJA)
5 11 V + 2 4 He→ 7 14 N + 1 1 N (OPCIJA 2)
^ Tabela za pretvaranje broja tačnih odgovora na obavezna pitanja u ocenu na skali od pet poena.
Prošlo je nešto više od dva mjeseca od završetka najgoreg rata u ljudskoj istoriji. I tako je 16. jula 1945. američka vojska testirala prvu nuklearnu bombu, a još mjesec dana kasnije hiljade stanovnika japanskih gradova umrlo je u atomskom paklu. Od tada se oružje, kao i sredstva za njegovo dopremanje do ciljeva, kontinuirano usavršavaju više od pola stoljeća.
Vojska je htela da ima na raspolaganju kako super-moćnu municiju koja bi jednim udarcem mogla da zbriše čitave gradove i države sa mape, tako i ultra-malu municiju koja bi mogla da stane u aktovku. Takav uređaj bi diverzantsko ratovanje podigao na nivo do sada bez presedana. I sa prvim i sa drugim, pojavile su se nepremostive poteškoće. Kriva je takozvana kritična masa. Međutim, prvo o svemu.
Tako eksplozivno jezgro
Da bismo razumjeli rad nuklearnih uređaja i razumjeli šta se zove kritična masa, vratimo se na trenutak na naš sto. Iz našeg školskog kursa fizike pamtimo jednostavno pravilo: poput naboja se odbijaju. Tamo, u srednjoj školi, učenici se uče o strukturi atomskog jezgra, koje se sastoji od neutrona, neutralnih čestica i pozitivno nabijenih protona. Ali kako je to moguće? Pozitivno nabijene čestice se nalaze tako blizu jedna drugoj, da sile odbijanja moraju biti kolosalne.
Nauka ne razumije u potpunosti prirodu intranuklearnih sila koje drže protone zajedno, iako su svojstva ovih sila prilično dobro proučavana. Sile djeluju samo na vrlo malim udaljenostima. Ali čim se protoni makar malo razdvoje u prostoru, sile odbijanja počinju da prevladavaju, a jezgro se raspršuje u komade. A snaga takve ekspanzije je zaista kolosalna. Poznato je da snaga odraslog čovjeka ne bi bila dovoljna da zadrži protone samo jednog jezgra atoma olova.
Čega se Rutherford bojao?
Jezgra većine elemenata u periodnom sistemu su stabilna. Međutim, kako se atomski broj povećava, ta stabilnost se smanjuje. To je pitanje veličine kernela. Zamislimo jezgro atoma uranijuma, koje se sastoji od 238 nuklida, od kojih su 92 protona. Da, protoni su u bliskom kontaktu jedni s drugima, a intranuklearne sile pouzdano cementiraju cijelu strukturu. Ali odbojna sila protona smještenih na suprotnim krajevima jezgre postaje primjetna.
Šta je Rutherford radio? On je bombardovao atome neutronima (elektron ne bi prošao kroz elektronsku ljusku atoma, a pozitivno nabijeni proton ne bi mogao prići jezgru zbog odbojnih sila). Neutron koji je ušao u jezgro atoma izazvao je njegovu fisiju. Dvije odvojene polovine i dva ili tri slobodna neutrona raspršena na strane.
Ovo raspadanje, zbog ogromnih brzina letećih čestica, bilo je praćeno oslobađanjem ogromne energije. Pričalo se da je Rutherford čak želio da sakrije svoje otkriće, plašeći se njegovih mogućih posljedica po čovječanstvo, ali to najvjerovatnije nije ništa drugo do bajke.
Pa kakve veze masa ima s tim i zašto je kritična?
Pa šta? Kako možete ozračiti dovoljno radioaktivnog metala strujom protona da stvorite snažnu eksploziju? A šta je kritična masa? Sve se radi o onih nekoliko slobodnih elektrona koji izlete iz "bombardovanog" atomskog jezgra; oni se zauzvrat sudaraju s drugim jezgrima i uzrokuju njihovu fisiju. Počeće tzv., ali će ga biti izuzetno teško pokrenuti.
Hajde da razjasnimo skalu. Ako uzmemo jabuku na našem stolu kao jezgro atoma, onda da bismo zamislili jezgro susjednog atoma, istu jabuku ćemo morati nositi i staviti na stol čak ni u susjednoj prostoriji, već... u susjednoj kući. Neutron će biti veličine koštice trešnje.
Da oslobođeni neutroni ne bi uzalud odletjeli van uranijumskog ingota, a da bi više od 50% njih našlo metu u obliku atomskih jezgara, ovaj ingot mora imati odgovarajuće dimenzije. To je ono što se zove kritična masa uranijuma - masa pri kojoj se više od polovine oslobođenih neutrona sudara s drugim jezgrama.
U stvari, ovo se dešava u trenu. Broj razdvojenih jezgara raste poput lavine, njihovi fragmenti jure u svim smjerovima brzinom usporedivom sa brzinom svjetlosti, razdirući zrak, vodu i bilo koji drugi medij. Od njihovog sudara sa molekulima okoline, područje eksplozije se trenutno zagreva na milione stepeni, emitujući toplotu koja spaljuje sve u roku od nekoliko kilometara.
Naglo zagrijani zrak trenutno se povećava u veličini, stvarajući snažan udarni val koji raznosi zgrade s temelja, prevrće i uništava sve na svom putu... ovo je slika atomske eksplozije.
Kako to izgleda u praksi?
Dizajn atomske bombe je iznenađujuće jednostavan. Postoje dva ingota uranijuma (ili drugog, od kojih je masa nešto manja od kritične mase. Jedan od ingota je napravljen u obliku stošca, drugi je lopta sa rupom u obliku konusa. možete pretpostaviti, kada se obje polovine spoje, dobije se lopta koja dostiže kritičnu masu Ovo je standardna najjednostavnija nuklearna bomba Dvije polovine su povezane pomoću konvencionalnog TNT naboja (konus se ispaljuje u kuglu).
Ali ne biste trebali misliti da bilo tko može sastaviti takav uređaj "na koljenima". Trik je u tome da uranijum, da bi bomba eksplodirala iz njega, mora biti veoma čist, prisustvo nečistoća je praktično nulto.
Zašto ne postoji atomska bomba veličine kutije cigareta
Sve iz istog razloga. Kritična masa najčešćeg izotopa, uranijuma 235, iznosi oko 45 kg. Eksplozija takve količine nuklearnog goriva već je katastrofa. I nemoguće ga je napraviti s manje tvari - jednostavno neće uspjeti.
Iz istog razloga nije bilo moguće stvoriti super-moćne atomske naboje od uranijuma ili drugih radioaktivnih metala. Da bi bomba bila veoma moćna, napravljena je od desetak ingota, koji su pri detoniranju detonirajućih punjenja jurili u centar spajajući se kao kriške narandže.
Ali šta se zapravo dogodilo? Ako su se iz nekog razloga dva elementa srela za hiljaditi dio sekunde ranije od ostalih, kritična masa je dostigla brže nego što su ostali „stigli“, a eksplozija nije nastupila sa snagom na koju su projektanti računali. Problem super-moćnog nuklearnog oružja riješen je tek pojavom termonuklearnog oružja. Ali to je malo drugačija priča.
Kako radi mirni atom?
Nuklearna elektrana je u suštini isto što i nuklearna bomba. Samo u ovoj "bombi" gorivne šipke (gorivi elementi) od uranijuma nalaze se na određenoj udaljenosti jedna od druge, što ih ne sprječava da razmjenjuju neutronske "udare".
Gorivne šipke su napravljene u obliku šipki, između kojih se nalaze upravljačke šipke od materijala koji dobro upija neutrone. Princip rada je jednostavan:
- kontrolne (apsorbujuće) šipke se uvode u prostor između uranijskih šipki - reakcija se usporava ili potpuno zaustavlja;
- kontrolne šipke se uklanjaju iz zone - radioaktivni elementi aktivno razmjenjuju neutrone, nuklearna reakcija teče intenzivnije.
Zaista, rezultat je ista atomska bomba, u kojoj se kritična masa postiže tako glatko i regulirana je tako jasno da ne dovodi do eksplozije, već samo do zagrijavanja rashladne tekućine.
Iako, nažalost, kako praksa pokazuje, ljudski genij nije uvijek u stanju obuzdati ovu ogromnu i destruktivnu energiju - energiju raspada atomskog jezgra.
Na sljedeću godišnjicu badabuma na Hirošimi i Nagasakiju, odlučio sam da pretražim internet o pitanjima nuklearnog oružja, gdje me nije zanimalo zašto i kako je stvoreno (već sam znao) - više me je zanimalo kako 2 komadići plutonijuma se ne tope već prave veliki prasak.
Pripazite na inženjere - oni počinju sa sijačom, a završavaju sa atomskom bombom.
Nuklearna fizika je jedna od najkontroverznijih oblasti poštovanih prirodnih nauka. Upravo u ovo područje čovječanstvo već pola vijeka baca milijarde dolara, funti, franaka i rubalja, kao u lokomotivnu peć zakašnjelog voza. Sada se čini da voz više ne kasni. Razjareni plamen zapaljenih fondova i radnih sati je utihnuo. Pokušajmo ukratko shvatiti kakav se to vlak naziva "nuklearna fizika".
Izotopi i radioaktivnost
Kao što znate, sve što postoji sastoji se od atoma. Atomi se, zauzvrat, sastoje od elektronskih omotača, koji žive po svojim zakonima koji zapanjuju, i jezgra. Klasična hemija uopće nije zainteresirana za nukleus i njegov lični život. Za nju, atom su njegovi elektroni i njihova sposobnost razmjene interakcije. A iz hemijskog jezgra potrebna vam je samo njegova masa da biste izračunali proporcije reagensa. Zauzvrat, nuklearna fizika ne mari za elektrone. Nju zanima sićušna (100 hiljada puta manja od radijusa elektronskih orbita) čestica prašine unutar atoma, u kojoj je koncentrisana gotovo sva njegova masa.
Šta znamo o jezgru? Da, sastoji se od pozitivno nabijenih protona i neutrona koji nemaju električni naboj. Međutim, to nije sasvim tačno. Jezgro nije šaka loptica od dvije boje, kao na ilustraciji iz školskog udžbenika. Ovdje djeluju potpuno drugačiji zakoni koji se nazivaju snažna interakcija, pretvarajući i protone i neutrone u neku vrstu nerazlučivog nereda. Međutim, naboj ovog nereda je potpuno jednak ukupnom naboju protona uključenih u njega, a masa se gotovo (ponavljam, gotovo) poklapa s masom neutrona i protona koji čine jezgro.
Inače, broj protona nejonizovanog atoma uvek se poklapa sa brojem elektrona koji imaju čast da ga okružuju. Ali sa neutronima stvar nije tako jednostavna. Strogo govoreći, zadatak neutrona je da stabiliziraju jezgro, jer bez njih slično nabijeni protoni se ne bi slagali čak ni mikrosekunde.
Uzmimo vodonik za određenost. Najčešći vodonik. Njegova struktura je smiješno jednostavna - jedan proton okružen jednim orbitalnim elektronom. U Univerzumu ima dosta vodonika. Možemo reći da se Univerzum uglavnom sastoji od vodonika.
Sada pažljivo dodajmo neutron protonu. Sa hemijske tačke gledišta, to je još uvek vodonik. Ali sa stanovišta fizike, više ne. Otkrivši dva različita vodonika, fizičari su se zabrinuli i odmah su došli na ideju da običan vodonik nazovu protij, a vodik s neutronom na protonu - deuterijum.
Budimo hrabri i ubacimo još jedan neutron u jezgro. Sada imamo još jedan vodonik, još teži - tricijum. Opet, sa hemijske tačke gledišta, praktično se ne razlikuje od druga dva vodonika (dobro, osim što sada reaguje malo manje spremno). Želim vas odmah upozoriti - nikakav napor, prijetnje ili uvjeravanje ne mogu dodati još jedan neutron jezgru tricijuma. Lokalni zakoni su mnogo stroži od ljudskih.
Dakle, protij, deuterijum i tricijum su izotopi vodonika. Njihova atomska masa je drugačija, ali njihov naboj nije. Ali to je naboj jezgra koji određuje lokaciju u periodnom sistemu elemenata. Zato se izotopi nazivaju izotopi. U prevodu s grčkog, to znači „zauzeti isto mjesto“. Inače, dobro poznata teška voda je ista voda, ali sa dva atoma deuterijuma umjesto protijuma. Shodno tome, superteška voda sadrži tricijum umesto protijuma.
Pogledajmo ponovo naše vodonike. Dakle... Procijum je na mestu, deuterijum je na mestu... Ko je još ovo? Gde je nestao moj tricijum i odakle je došao helijum-3? U našem tricijumu se jednom od neutrona očito dosadilo, odlučio je promijeniti profesiju i postao proton. Pritom je stvorio elektron i antineutrino. Gubitak tricijuma je, naravno, razočaravajući, ali sada znamo da je nestabilan. Dodavanje neutrona nije bilo uzaludno.
Dakle, kao što razumijete, izotopi su stabilni i nestabilni. Oko nas ima dosta stabilnih izotopa, ali, hvala Bogu, praktički nema nestabilnih. Odnosno, postoje, ali u tako rasutom stanju da se moraju nabaviti po cijenu vrlo velikog rada. Na primjer, uran-235, koji je Oppenheimeru izazvao toliko problema, čini samo 0,7% prirodnog uranijuma.
Poluživot
Ovdje je sve jednostavno. Poluživot nestabilnog izotopa je vremenski period tokom kojeg će se tačno polovina atoma izotopa raspasti i pretvoriti u neke druge atome. Tricijum, koji nam je već poznat, ima poluživot od 12,32 godine. Ovo je prilično kratkotrajan izotop, iako će u poređenju sa francijem-223, koji ima poluživot od 22,3 minuta, tricijum izgledati kao starješina sijede brade.
Nikakvi makroskopski vanjski faktori (pritisak, temperatura, vlažnost, raspoloženje istraživača, broj alokacija, lokacija zvijezda) ne utiču na vrijeme poluraspada. Kvantna mehanika je neosjetljiva na takve gluposti.
Popularna mehanika eksplozije
Suština svake eksplozije je brzo oslobađanje energije koja je prije bila u neslobodnom, vezanom stanju. Oslobođena energija se raspršuje, pretežno se pretvara u toplotu (kinetičku energiju nesređenog kretanja molekula), udarni val (ovde postoji i kretanje, ali već uređeno, u pravcu od centra eksplozije) i zračenje - od mekih infracrvenih do tvrdih kratkotalasnih kvanta.
U hemijskoj eksploziji sve je relativno jednostavno. Energetski korisna reakcija nastaje kada određene tvari međusobno djeluju. U reakciji učestvuju samo gornji elektronski slojevi nekih atoma, a interakcija ne ide dublje. Lako je pretpostaviti da u bilo kojoj supstanci ima mnogo više skrivene energije. Ali bez obzira na uslove eksperimenta, bez obzira na to koliko uspješni reagensi odaberemo, bez obzira na to kako provjerimo proporcije, hemija nam neće dozvoliti da uđemo dublje u atom. Hemijska eksplozija je primitivna pojava, neefikasna i, sa stanovišta fizike, nepristojno slaba.
Nuklearna lančana reakcija omogućava vam da kopate malo dublje, dovodeći u igru ne samo elektrone, već i jezgre. Ovo zvuči zaista značajno, možda, samo za fizičara, ali za ostalo ću dati jednostavnu analogiju. Zamislite ogromnu težinu s naelektriziranim česticama prašine koje vijore oko nje na udaljenosti od nekoliko kilometara. Ovo je atom, "težina" je jezgro, a "čestice prašine" su elektroni. Šta god da radite sa ovim česticama prašine, one neće pružiti ni stoti dio energije koja se može dobiti iz velike težine. Pogotovo ako se iz nekog razloga rascijepi, a masivni fragmenti se velikom brzinom raspršuju u različitim smjerovima.
Nuklearna eksplozija uključuje potencijal vezivanja teških čestica koje čine jezgro. Ali ovo je daleko od granice: u materiji je mnogo više skrivene energije. A ime ove energije je masa. Opet, ovo zvuči malo neobično za nefizičara, ali masa je energija, samo izuzetno koncentrirana. Svaka čestica: elektron, proton, neutron - sve su to sićušne nakupine nevjerovatno guste energije, koje za sada miruju. Vjerovatno znate formulu E=mc2, koju toliko vole pisci viceva, urednici zidnih novina i dekorateri školskih učionica. Upravo o tome se radi, i to je ono što masu postavlja kao ništa drugo do oblik energije. A također daje odgovor na pitanje koliko se energije može dobiti iz supstance do maksimuma.
Proces potpunog prelaska mase, odnosno vezane energije, u slobodnu energiju naziva se anihilacija. Iz latinskog korijena "nihil" lako je pogoditi njegovu suštinu - to je transformacija u "ništa", odnosno u zračenje. Radi jasnoće, evo nekoliko brojeva.
Energija eksplozije TNT (J)
F-1 granata 60 grama 2,50*105
Bomba bačena na Hirošimu 16 kilotona 6,70*1013
Anihilacija jednog grama materije 21,5 kilotona 8,99*1013
Jedan gram bilo koje materije (važna je samo masa) nakon uništenja će dati više energije od male nuklearne bombe. U usporedbi s takvim povratcima, vježbe fizičara o nuklearnoj fisiji, a još više eksperimenti kemičara s aktivnim reagensima, izgledaju smiješno.
Za anihilaciju su potrebni odgovarajući uslovi, odnosno kontakt materije sa antimaterijom. I, za razliku od "crvene žive" ili "kamena filozofa", antimaterija je više nego stvarna - za čestice koje su nam poznate, slične antičestice postoje i proučavane su, a eksperimenti o anihilaciji parova "elektron + pozitron" su u više navrata. sprovedeno u praksi. Ali da bi se stvorilo oružje za uništavanje, potrebno je sakupiti određenu značajnu količinu antičestica, a također ih ograničiti od kontakta sa bilo kojom materijom do, zapravo, borbene upotrebe. Ovo je, pah-pah, još uvijek daleka perspektiva.
Defekt mase
Poslednje pitanje koje ostaje da se razume u vezi sa mehanikom eksplozije je odakle dolazi energija: ista ona koja se oslobađa tokom lančane reakcije? I ovdje je opet bila umiješana neka masa. Ili bolje rečeno, bez svog „defekta“.
Sve do prošlog veka naučnici su verovali da se masa čuva pod bilo kojim uslovima, i bili su u pravu na svoj način. Tako smo metal spustili u kiselinu – počeo je da bubri u retorti, a mjehurići plina su jurili prema gore kroz debljinu tečnosti. Ali ako izmjerite reagense prije i poslije reakcije, ne zaboravljajući na oslobođeni plin, masa se konvergira. I to će uvijek biti tako sve dok radimo s kilogramima, metrima i hemijskim reakcijama.
Ali čim se zadubite u područje mikročestica, i masa predstavlja iznenađenje. Ispostavilo se da masa atoma možda nije baš jednaka zbiru masa čestica koje ga čine. Kada se teško jezgro (na primjer, uranijum) podijeli na dijelove, "fragmenti" ukupno teže manje od jezgra prije fisije. „Razlika“, koja se još naziva i defekt mase, odgovorna je za energiju vezivanja unutar jezgra. I upravo ta razlika prelazi u toplotu i zračenje tokom eksplozije, sve po istoj jednostavnoj formuli: E=mc2.
Ovo je zanimljivo: dešava se da je energetski korisno podijeliti teška jezgra, a kombinirati laka. Prvi mehanizam radi u uranijumskoj ili plutonijumskoj bombi, drugi u hidrogenskoj bombi. Ali ne možete napraviti bombu od gvožđa, ma koliko se trudili: ona je tačno u sredini ove linije.
Nuklearna bomba
Prateći historijski slijed, hajde da prvo razmotrimo nuklearne bombe i izvedimo naš mali “Projekat Manhattan”. Neću vas zamarati dosadnim metodama razdvajanja izotopa i matematičkim proračunima teorije lančane reakcije fisije. Ti i ja imamo uranijum, plutonijum, druge materijale, uputstva za sastavljanje i potrebnu količinu naučne radoznalosti.
Svi izotopi uranijuma su nestabilni u jednom ili drugom stepenu. Ali uranijum-235 je u posebnom položaju. Tokom spontanog raspada jezgra uranijuma-235 (koji se naziva i alfa raspad), formiraju se dva fragmenta (jezgra drugih, mnogo lakših elemenata) i nekoliko neutrona (obično 2-3). Ako neutron nastao tokom raspada udari u jezgro drugog atoma uranijuma, doći će do običnog elastičnog sudara, neutron će se odbiti i nastaviti svoju potragu za avanturom. Ali nakon nekog vremena će trošiti energiju (savršeno elastični sudari se događaju samo među sfernim konjima u vakuumu), a sljedeće jezgro će se pokazati kao zamka - neutron će biti apsorbiran njome. Inače, fizičari takav neutron nazivaju termalnim.
Pogledajte listu poznatih izotopa uranijuma. Među njima nema izotopa sa atomskom masom 236. Znate li zašto? Takvo jezgro živi djelić mikrosekundi, a zatim se raspada, oslobađajući ogromnu količinu energije. To se zove prisilno raspadanje. Nekako je nezgodno čak i nazvati izotop s takvim životnim vijekom.
Energija koja se oslobađa tokom raspada jezgra uranijuma-235 je kinetička energija fragmenata i neutrona. Ako izračunate ukupnu masu produkata raspada jezgre urana, a zatim je uporedite s masom originalnog jezgra, ispada da se te mase ne poklapaju - originalno jezgro je bilo veće. Ova pojava se naziva defekt mase, a njeno objašnjenje je sadržano u formuli E0=ms2. Kinetička energija fragmenata podijeljena s kvadratom brzine svjetlosti bit će točno jednaka razlici mase. Fragmenti se usporavaju u kristalnoj rešetki uranijuma, stvarajući rendgensko zračenje, a neutroni, putujući, bivaju apsorbovani drugim jezgrima uranijuma ili napuštaju uranijumski odliv, gde se odvijaju svi događaji.
Ako je odljevak uranijuma mali, tada će ga većina neutrona napustiti bez vremena da se uspori. Ali ako svaki čin prisilnog raspada uzrokuje barem još jedan sličan čin zbog emitiranog neutrona, to je već samoodrživa lančana reakcija fisije.
U skladu s tim, ako povećate veličinu odljevka, sve veći broj neutrona će uzrokovati aktove prisilne fisije. I u nekom trenutku lančana reakcija će postati nekontrolisana. Ali ovo je daleko od nuklearne eksplozije. Samo vrlo “prljava” termička eksplozija, koja će osloboditi veliki broj vrlo aktivnih i toksičnih izotopa.
Potpuno logično pitanje je: koliko je uranijuma-235 potrebno da bi lančana reakcija fisije postala lavina? To zapravo nije tako jednostavno. Svojstva fisionog materijala i omjer volumena i površine ovdje igraju ulogu. Zamislite tonu uranijuma-235 (odmah ću napraviti rezervaciju - ovo je puno), koji postoji u obliku tanke i vrlo dugačke žice. Da, neutron koji leti duž njega, naravno, će izazvati čin prisilnog raspada. Ali udio neutrona koji lete duž žice bit će toliko mali da je jednostavno smiješno govoriti o samoodrživoj lančanoj reakciji.
Stoga smo se dogovorili da izračunamo kritičnu masu za sferni odljevak. Za čisti uranijum-235 kritična masa je 50 kg (ovo je lopta poluprečnika 9 cm). Shvaćate da takva lopta neće dugo trajati, ali neće ni oni koji je bacaju.
Ako je lopta manje mase okružena reflektorom neutrona (berilij je savršen za to), a u lopticu se unese materijal za umjerenje neutrona (voda, teška voda, grafit, isti berilij), tada će kritična masa postati mnogo manji. Korišćenjem najefikasnijih reflektora i neutronskih moderatora kritična masa se može povećati na 250 grama. To se, na primjer, može postići stavljanjem zasićene otopine soli uranijuma-235 u tešku vodu u sferni kontejner od berilija.
Kritična masa ne postoji samo za uranijum-235. Postoji i niz izotopa sposobnih za lančane reakcije fisije. Glavni uslov je da produkti raspada jezgra moraju izazvati radnje raspada drugih jezgara.
Dakle, imamo dva poluloptasta uranijumska odlivaka od po 40 kg. Dokle god budu na distanci jedni od drugih, sve će biti mirno. Šta ako počnete da ih pomerate polako? Suprotno uvriježenom mišljenju, neće se dogoditi ništa poput gljiva. Samo će komadići početi da se zagrevaju kako se približavaju, a onda će, ako se na vreme ne dođete k sebi, usijati. Na kraju će se jednostavno istopiti i raširiti, a svi koji su pomjerili odljevke će umrijeti od neutronskog zračenja. A oni koji su ovo gledali sa zanimanjem će zalijepiti peraje.
Šta ako je brže? Brže će se istopiti. Čak i brže? Istopiće se još brže. Cool? Čak i ako ga stavite u tečni helijum, neće biti dobro. Šta ako gađate jedan komad u drugi? O! Trenutak istine. Upravo smo osmislili dizajn uranijumskog topa. Međutim, nemamo se čime posebno ponositi; ova shema je najjednostavnija i najneumjetnija od svih mogućih. Da, i hemisfere će morati biti napuštene. Oni, kao što je praksa pokazala, nemaju tendenciju da se glatko drže zajedno. Najmanje izobličenje - i dobićete vrlo skup "prd", nakon čega ćete morati dugo čistiti.
Bolje je napraviti kratku, debelozidnu cijev od uranijuma-235 mase 30-40 kg, na čiji otvor ćemo pričvrstiti čeličnu cijev visoke čvrstoće istog kalibra, napunjenu cilindrom istog kalibra. uranijum približno iste mase. Okružimo uranijumsku metu berilijumskim neutronskim reflektorom. Sada, ako pucate uranijumskim „metkom“ u uranijumsku „cev“, „cev“ će biti puna. Odnosno, doći će do nuklearne eksplozije. Samo treba ozbiljno pucati, tako da cevna brzina uranijumskog projektila bude najmanje 1 km/s. U suprotnom, opet će se prdnuti, ali jače. Činjenica je da kada se projektil i meta približe, oni se toliko zagrijavaju da počinju intenzivno isparavati s površine, usporeni nadolazećim tokovima plina. Štoviše, ako je brzina nedovoljna, postoji šansa da projektil jednostavno neće doći do cilja, već će na putu ispariti.
Ubrzati blank težak nekoliko desetina kilograma do takve brzine, i to na razdaljini od par metara, izuzetno je težak zadatak. Zato vam neće trebati barut, već snažan eksploziv sposoban da stvori odgovarajući pritisak gasa u buretu za vrlo kratko vreme. I nećete morati kasnije čistiti bure, ne brinite.
Bomba Mk-I "Little Boy" bačena na Hirošimu dizajnirana je tačno prema dizajnu topa.
Ima, naravno, sitnih detalja koje nismo uzeli u obzir u našem projektu, ali se uopšte nismo ogrešili o sam princip.
Dakle. Detonirali smo uranijumsku bombu. Divili smo se pečurkama. Sada ćemo eksplodirati plutonijum. Samo nemojte ovdje vući metu, projektil, bure i ostalo smeće. Ovaj trik neće raditi sa plutonijumom. Čak i ako gađamo jedan komad u drugi brzinom od 5 km/s, superkritični sklop i dalje neće raditi. Plutonijum-239 će imati vremena da se zagreje, ispari i uništi sve oko sebe. Njegova kritična masa je nešto više od 6 kg. Možete zamisliti koliko je aktivniji u pogledu hvatanja neutrona.
Plutonijum je neobičan metal. U zavisnosti od temperature, pritiska i nečistoća, postoji u šest modifikacija kristalne rešetke. Postoje čak i modifikacije u kojima se skuplja kada se zagrije. Prelasci iz jedne faze u drugu mogu se desiti naglo, dok se gustina plutonijuma može promeniti i za 25%.Hajde da kao i svi normalni heroji zaobiđemo. Podsjetimo da je kritična masa određena, posebno, omjerom volumena i površine. U redu, imamo loptu podkritične mase koja ima minimalnu površinu za dati volumen. Recimo 6 kilograma. Poluprečnik lopte je 4,5 cm.Šta ako je ova kugla stisnuta sa svih strana? Gustoća će se povećati proporcionalno kocki linearne kompresije, a površina će se smanjiti proporcionalno kvadratu. I to se dešava: atomi plutonijuma će postati gušći, odnosno skratit će se zaustavni put neutrona, što znači da će se povećati vjerovatnoća njegove apsorpcije. Ali, opet, i dalje neće raditi kompresiju pri potrebnoj brzini (oko 10 km/s). Slijepa ulica? Ali ne.
Na 300°C počinje takozvana delta faza - najlabavija. Ako se plutonijum dopira galijumom, zagreje na ovu temperaturu, a zatim polako ohladi, delta faza može postojati na sobnoj temperaturi. Ali neće biti stabilno. Pri visokom pritisku (reda desetina hiljada atmosfera) doći će do naglog prijelaza u vrlo gustu alfa fazu.
Postavimo plutonijumsku kuglu u veliku (prečnika 23 cm) i tešku (120 kg) šuplju kuglu od uranijuma-238. Ne brinite, nema kritičnu masu. Ali savršeno reflektuje brze neutrone. I još će nam biti od koristi. Mislite da su to digli u vazduh? Bez obzira kako je. Plutonijum je prokleto hirovit entitet. Moraćemo da uradimo još nešto. Napravimo dvije hemisfere od plutonijuma u delta fazi. Formiramo sfernu šupljinu u centru. I u ovu šupljinu smjestit ćemo kvintesenciju misli o nuklearnom oružju - pokretač neutrona. Ovo je mala šuplja kugla od berilijuma prečnika 20 i debljine 6 mm. Unutar njega je još jedna berilijumska kugla prečnika 8 mm. Na unutrašnjoj površini šuplje lopte nalaze se duboki žljebovi. Cijela stvar je velikodušno niklovana i pozlaćena. U žljebove se postavlja polonij-210, koji aktivno emituje alfa čestice. Ovo je pravo čudo tehnologije. Kako to radi? Samo trenutak. Moramo još nekoliko stvari da uradimo.
Okružimo uranijumsku školjku još jednom, napravljenom od legure aluminijuma sa borom. Njegova debljina je oko 13 cm. Ukupno je naša "matrjoška" sada narasla do pola metra debljine i dobila na težini od 6 do 250 kg.
Sada napravimo implozione “sočiva”. Zamislite fudbalsku loptu. Klasična, koja se sastoji od 20 šesterokuta i 12 pentagona. Napravit ćemo takvu „lopticu“ od eksploziva, a svaki od segmenata će biti opremljen sa nekoliko električnih detonatora. Debljina segmenta je oko pola metra. Ima i dosta suptilnosti u izradi "leća", ali ako ih opišemo, neće biti dovoljno mjesta za sve ostalo. Glavna stvar je maksimalna preciznost objektiva. Najmanja greška - i cijeli sklop će biti smrvljen djelovanjem eksploziva. Kompletan sklop sada ima prečnik od oko jedan i po metar i masu od 2,5 tone. Dizajn je upotpunjen električnim kolom čiji je zadatak da detonira detonatore u strogo definiranom nizu s preciznošću od mikrosekunde.
Sve. Pred nama je implozijski krug plutonijuma.
A sada - najzanimljiviji dio.
Tokom detonacije, eksploziv sabija sklop, a aluminijumski „gurač“ sprečava da se raspad eksplozijskog talasa širi prema unutra prateći njegovu prednju stranu. Prošavši kroz uranijum kontrabrzinom od oko 12 km/s, talas kompresije će sabiti i njega i plutonijum. Plutonijum pri pritiscima u zoni kompresije reda stotina hiljada atmosfera (efekat fokusiranja fronta eksplozije) će naglo skočiti u alfa fazu. Za 40 mikrosekundi, sklop uranijum-plutonijum opisan ovde će postati ne samo superkritičan, već nekoliko puta veći od kritične mase.
Kada stigne do inicijatora, val kompresije će zdrobiti cijelu njegovu strukturu u monolit. U tom slučaju, zlato-nikl izolacija će biti uništena, polonij-210 će prodrijeti u berilij zbog difuzije, alfa čestice koje on emituje i prolazeći kroz berilijum će izazvati kolosalan protok neutrona, izazivajući lančanu reakciju fisije kroz čitavu zapremine plutonijuma, a protok „brzih“ neutrona koji je generisao raspad plutonijuma će izazvati eksploziju uranijuma-238. Gotovo, uzgojili smo drugu gljivu, ništa lošiju od prve.
Primjer dizajna plutonijumske implozije je bomba Mk-III "Fatman" bačena na Nagasaki.
Svi ovdje opisani trikovi su potrebni kako bi se natjerao maksimalan broj atomskih jezgri plutonijuma da reaguje. Glavni zadatak je zadržati naboj u kompaktnom stanju što je duže moguće i spriječiti njegovo raspršivanje u oblak plazme, u kojem će se lančana reakcija trenutno zaustaviti. Ovdje je svaka dobijena mikrosekunda povećanje za jedan ili dva kilotona snage.
Termonuklearna bomba
Uvriježeno je uvjerenje da je nuklearna bomba osigurač za termonuklearnu. U principu, sve je mnogo komplikovanije, ali suština je ispravno uhvaćena. Oružje zasnovano na principima termonuklearne fuzije omogućilo je postizanje takve snage eksplozije koja se ni pod kojim okolnostima ne može postići lančanom reakcijom fisije. Ali jedini izvor energije do sada koji može "zapaliti" reakciju termonuklearne fuzije je nuklearna eksplozija.
Sjećate se kako smo ti i ja "hranili" jezgro vodonika neutronima? Dakle, ako pokušate spojiti dva protona zajedno na ovaj način, ništa neće uspjeti. Protoni se neće držati zajedno zbog Coulombovih odbojnih sila. Ili će se razletjeti, ili će doći do beta raspada i jedan od protona će postati neutron. Ali helijum-3 postoji. Zahvaljujući jednom neutronu, koji čini protone kompatibilnijim jedni s drugima.
U principu, na osnovu sastava jezgra helijuma-3, možemo zaključiti da je sasvim moguće sastaviti jedno jezgro helijuma-3 od jezgara protijuma i deuterija. Teoretski, to je tačno, ali takva reakcija se može dogoditi samo u dubinama velikih i vrućih zvijezda. Štaviše, u dubinama zvijezda, helij se može prikupiti čak i samo iz protona, pretvarajući neke od njih u neutrone. Ali to su već pitanja astrofizike, a opcija koja nam je dostupna je da spojimo dva jezgra deuterijuma ili deuterijuma i tricijuma.
Nuklearna fuzija zahtijeva jedan vrlo specifičan uslov. Ovo je veoma visoka (109 K) temperatura. Samo sa prosječnom kinetičkom energijom jezgara od 100 kiloelektronvolti oni su u stanju da se približe jedni drugima na udaljenost na kojoj jaka interakcija počinje da prevlada Kulonovsku interakciju.
Potpuno legitimno pitanje - zašto ograditi ovu baštu? Činjenica je da se tokom fuzije lakih jezgara oslobađa energija reda veličine 20 MeV. Naravno, uz prisilnu fisiju jezgra uranijuma, ova energija je 10 puta veća, ali postoji jedno upozorenje - uz najveće trikove, naboj urana snage čak 1 megatona je nemoguć. Čak i za napredniju plutonijumsku bombu, dostižna izlazna energija nije veća od 7-8 kilotona po kilogramu plutonijuma (sa teoretskim maksimumom od 18 kilotona). I ne zaboravite da je jezgro uranijuma skoro 60 puta teže od dva jezgra deuterijuma. Ako uzmemo u obzir specifični energetski prinos, onda je termonuklearna fuzija primjetno naprijed.
I još nešto - za termonuklearni naboj nema ograničenja na kritičnu masu. On ga jednostavno nema. Postoje, međutim, i druga ograničenja, ali više o njima u nastavku.
U principu, pokretanje termonuklearne reakcije kao izvora neutrona je prilično jednostavno. Mnogo je teže lansirati ga kao izvor energije. Ovdje smo suočeni s takozvanim Lawsonovim kriterijem, koji određuje energetsku korist termonuklearne reakcije. Ako je proizvod gustine reagujućih jezgara i vremena njihovog zadržavanja na udaljenosti fuzije veći od 1014 sec/cm3, energija dobijena fuzijom će premašiti energiju unesenu u sistem.
Svi termonuklearni programi bili su posvećeni postizanju ovog kriterijuma.
Prvi dizajn termonuklearne bombe koji je pao na pamet Edwardu Telleru bio je nešto slično pokušaju stvaranja plutonijumske bombe koristeći dizajn topa. Odnosno, čini se da je sve ispravno, ali ne funkcionira. Uređaj "klasičnog super" - tekućeg deuterijuma u koji je uronjena plutonijumska bomba - bio je zaista klasičan, ali daleko od super.
Ideja o eksploziji nuklearnog naboja u tekućem deuteriju pokazala se kao slijepa ulica od samog početka. U takvim uslovima, veći ili manji izlaz energije termonuklearne fuzije mogao bi se postići detonacijom nuklearnog punjenja snage 500 kt. A o postizanju Lawsonovog kriterijuma uopšte nije trebalo govoriti.
Telleru je pala na pamet i ideja da se nuklearni okidač okruži slojevima termonuklearnog goriva prošaranog uranijumom-238 kao toplinskim izolatorom i pojačivačem eksplozije. I ne samo on. Prve sovjetske termonuklearne bombe napravljene su upravo prema ovom dizajnu. Princip je bio prilično jednostavan: nuklearno punjenje zagrijava termonuklearno gorivo do temperature na kojoj počinje fuzija, a brzi neutroni koji nastaju tokom fuzije eksplodiraju slojeve uranijuma-238. Međutim, ograničenje je ostalo isto – na temperaturi koju bi nuklearni okidač mogao pružiti, samo mješavina jeftinog deuterija i nevjerovatno skupog tritijuma mogla je ući u reakciju fuzije.
Teller je kasnije došao na ideju korištenja spoja litij-6 deuterida. Ovo rješenje omogućilo je napuštanje skupih i nezgodnih kriogenih posuda s tekućim deuterijem. Osim toga, kao rezultat zračenja neutronima, litijum-6 je pretvoren u helijum i tricijum, koji su ušli u reakciju fuzije sa deuterijumom.
Nedostatak ove sheme bila je ograničena snaga - samo je ograničeni dio termonuklearnog goriva koji okružuje okidač imao vremena da uđe u reakciju fuzije. Ostalo je, koliko god da je bilo, otišlo u kanalizaciju. Maksimalna snaga punjenja dobivena korištenjem "puffa" bila je 720 kt (bomba British Orange Herald). Očigledno, ovo je bio "plafon".
Već smo govorili o istoriji razvoja Teller-Ulam šeme. Sada razumijemo tehničke detalje ovog kruga, koji se također naziva "dvostepeni" ili "kompresijski krug zračenja".
Naš zadatak je da zagrejemo termonuklearno gorivo i zadržimo ga u određenoj zapremini kako bismo ispunili Losonov kriterijum. Ostavljajući po strani američke vježbe sa kriogenim shemama, uzmimo litijum-6 deuterid, nama već poznat, kao termonuklearno gorivo.
Mi ćemo izabrati uranijum-238 kao materijal kontejnera za termonuklearni naboj. Kontejner je cilindričnog oblika. Duž ose kontejnera, unutar njega ćemo postaviti cilindrični štap od uranijuma-235, koji ima subkritičnu masu.
Napomena: neutronska bomba, koja je bila senzacionalna u svoje vrijeme, je ista Teller-Ulamova shema, ali bez uranijumske šipke duž ose kontejnera. Poenta je da se obezbedi snažan protok brzih neutrona, ali da se spreči sagorevanje svih termonuklearnih goriva, koje će trošiti neutrone.
Preostali slobodni prostor kontejnera popunit ćemo litij-6 deuteridom. Na jedan kraj kućišta buduće bombe postavimo kontejner (ovo će biti drugi stepen), a na drugi kraj montirati obično plutonijumsko punjenje snage nekoliko kilotona (prva faza). Između nuklearnog i termonuklearnog punjenja ugradićemo pregradu od uranijuma-238, koja će spriječiti prerano zagrijavanje litij-6 deuterida. Popunimo preostali slobodni prostor unutar tijela bombe čvrstim polimerom. U principu, termonuklearna bomba je spremna.
Kada se nuklearno punjenje detonira, 80% energije se oslobađa u obliku rendgenskih zraka. Brzina njegovog širenja je mnogo veća od brzine širenja fisijskih fragmenata plutonijuma. Nakon stotinki mikrosekunde, uranijumski ekran isparava, a rendgensko zračenje počinje da se intenzivno apsorbuje uranijumom iz posude termonuklearnog punjenja. Kao rezultat takozvane ablacije (uklanjanja mase sa površine zagrijane posude) nastaje reaktivna sila koja sabija posudu 10 puta. Ovaj efekat se naziva radijaciona implozija ili kompresija zračenja. U ovom slučaju, gustina termonuklearnog goriva se povećava 1000 puta. Kao rezultat kolosalnog pritiska radijacijske implozije, centralni štap uranijuma-235 je također komprimiran, iako u manjoj mjeri, i prelazi u superkritično stanje. Do tog vremena, termonuklearna jedinica je bombardirana brzim neutronima od nuklearne eksplozije. Nakon prolaska kroz litijum-6 deuterid, usporavaju se i intenzivno se apsorbuju uranijumskom šipkom.
Lančana reakcija fisije počinje u štapu, što brzo dovodi do nuklearne eksplozije unutar kontejnera. Budući da je litij-6 deuterid podvrgnut ablativnoj kompresiji izvana i pritisku nuklearne eksplozije iznutra, njegova gustoća i temperatura se još više povećavaju. Ovaj trenutak je početak reakcije sinteze. Njegovo daljnje održavanje je određeno koliko dugo će kontejner zadržati termonuklearne procese u sebi, sprječavajući izlazak toplinske energije van. Upravo to određuje postizanje Lawsonovog kriterijuma. Termonuklearno gorivo izgara od ose cilindra do njegove ivice. Temperatura fronta sagorevanja dostiže 300 miliona Kelvina. Potpuni razvoj eksplozije dok termonuklearno gorivo ne izgori i kontejner se uništi traje nekoliko stotina nanosekundi - dvadeset miliona puta brže nego što vam je trebalo da pročitate ovu frazu.
Pouzdan rad dvostepenog kruga ovisi o preciznoj montaži posude i sprječavanju preranog zagrijavanja.
Snaga termonuklearnog naboja za Teller-Ulam kolo ovisi o snazi nuklearnog okidača, koji osigurava efikasnu kompresiju zračenjem. Međutim, sada postoje višestepeni krugovi u kojima se energija prethodnog stupnja koristi za kompresiju sljedećeg. Primjer trostepene sheme je već spomenuta "Kuzkina majka" od 100 megatona.
Učitavanje...