פיצוץ פצצת האטום ומנגנון פעולתה. כיצד פועל כור גרעיני (אטומי).

ההיסטוריה של יצירת פצצת האטום, ובפרט כלי הנשק, מתחילה ב-1939, עם הגילוי שעשה ג'וליוט קירי. מאותו רגע הבינו מדענים שתגובת שרשרת של אורניום יכולה להפוך לא רק למקור של אנרגיה עצומה, אלא גם לנשק נורא. וכך, התקן של פצצת האטום מבוסס על שימוש באנרגיה גרעינית, המשתחררת במהלך תגובת שרשרת גרעינית.

זה האחרון מרמז על תהליך הביקוע של גרעינים כבדים או סינתזה של גרעינים קלים. כתוצאה מכך, פצצת האטום היא נשק להשמדה המונית, בשל העובדה שבפרק הזמן הקצר ביותר משתחררת כמות עצומה של אנרגיה תוך גרעינית בחלל קטן. עם הקלט הזה של תהליך זה, נהוג לייחד שני מקומות מרכזיים.

ראשית, זהו המרכז של פיצוץ גרעיני, שבו תהליך זה מתרחש ישירות. ושנית, זהו המוקד, אשר במהותו מייצג את ההשלכה של התהליך עצמו על פני השטח (אדמה או מים). כמו כן, פיצוץ גרעיני משחרר כמות כזו של אנרגיה שרעידות סיסמיות מופיעות כאשר היא מוקרנת על פני כדור הארץ. וטווח ההתפשטות של רעידות כאלה הוא גדול להפליא, למרות שהם גורמים נזק מוחשי לסביבה רק במרחק של כמה מאות מטרים בלבד.

יתרה מכך, ראוי לציין כי פיצוץ גרעיני מלווה בשחרור של כמות גדולה של חום ואור, היוצר הבזק בהיר. יתרה מכך, בעוצמתו הוא עולה פי הרבה על כוחן של קרני השמש. כך ניתן לקבל נזקי אור וחום גם במרחק של מספר קילומטרים.

אבל סוג אחד מאוד מסוכן של פגיעת פצצת אטום הוא הקרינה שנוצרת בפיצוץ גרעיני. משך ההשפעה של תופעה זו הוא נמוך, ועומד בממוצע על 60 שניות, אך עוצמת החדירה של הגל הזה מדהימה.

באשר לתכנון של פצצת האטום, היא כוללת מספר מרכיבים שונים. ככלל, שני אלמנטים עיקריים של סוג זה של נשק נבדלים: הגוף ומערכת האוטומציה.

המארז מכיל מטען גרעיני ואוטומציה, והוא זה שמבצע תפקיד מגן ביחס לסוגים שונים של השפעה (מכנית, תרמית וכדומה). ותפקידה של מערכת האוטומציה הוא להבטיח שהפיצוץ יתרחש בזמן מוגדר בבירור, ולא מוקדם יותר או מאוחר יותר. מערכת האוטומציה מורכבת ממערכות כגון: פיצוץ חירום; הגנה והנעה; מקור כוח; חיישני פיצוץ ופיצוץ.

אבל פצצות אטום מועברות באמצעות טילים בליסטיים, שיוט ונ"מ. הָהֵן. נשק גרעיני יכול להיות מרכיב של פצצת אוויר, טורפדו, מוקשים וכו'.

ואפילו מערכות הפיצוץ של פצצת אטום יכולות להיות שונות. אחת המערכות הפשוטות ביותר היא מערכת ההזרקה, כאשר קליע הפוגע במטרה הופך לדחף לפיצוץ גרעיני, ולאחריו היווצרות מסה על קריטית. לסוג זה של פצצת אטום השתייכה הפצצה המפוצצת הראשונה מעל הירושימה ב-1945, המכילה אורניום. לעומת זאת, הפצצה שהוטלה על נגסאקי באותה שנה הייתה פלוטוניום.

לאחר הדגמה כה חיה של הכוח והחוזק של הנשק האטומי, הם נפלו מיידית לקטגוריה של אמצעי ההשמדה המונית המסוכנים ביותר. אם כבר מדברים על סוגי הנשק האטומי, יש להזכיר שהם נקבעים לפי גודל הקליבר. אז, כרגע יש שלושה קליברים עיקריים עבור הנשק הזה, אלה הם קטנים, גדולים ובינוניים. כוחו של הפיצוץ, לרוב, מאופיין בדומה ל-TNT. כך, למשל, קליבר קטן של נשק אטומי מרמז על כוח מטען השווה לכמה אלפי טונות של TNT. ונשק אטומי חזק יותר, ליתר דיוק, קליבר בינוני, כבר מסתכם בעשרות אלפי טונות של TNT, ולבסוף, האחרון כבר נמדד במיליונים. אך יחד עם זאת, אין להתבלבל בין המושג נשק אטומי ומימן, שבאופן כללי נקרא נשק גרעיני. ההבדל העיקרי בין נשק אטומי לנשק מימן הוא תגובת הביקוע הגרעיני של מספר יסודות כבדים, כמו פלוטוניום ואורניום. ונשק מימן פירושו תהליך היתוך של גרעיני האטומים של יסוד אחד לתוך אחר, כלומר. הליום ממימן.

ניסוי פצצת אטום ראשון

הניסוי הראשון של נשק אטומי בוצע על ידי צבא ארה"ב ב-16 ביולי 1945, במקום שנקרא אלמוגורדו, שהראה את מלוא העוצמה של האנרגיה האטומית. לאחר מכן, פצצות האטום שעמדו לרשות הכוחות האמריקאים הועלו על ספינת מלחמה ונשלחו לחופי יפן. סירובה של ממשלת יפן לדיאלוג שליו איפשר להפגין בפעולה את מלוא כוחו של הנשק האטומי, שקורבנותיו היו תחילה העיר הירושימה, וקצת אחר כך נגסאקי. אז, ב-6 באוגוסט 1945, בפעם הראשונה, נעשה שימוש בנשק אטומי על אזרחים, וכתוצאה מכך העיר נמחקה כמעט על הקרקע על ידי גלי הלם. יותר ממחצית מתושבי העיר מתו לראשונה בימי המתקפה האטומית, והסתכמו בכמאתיים וארבעים אלף איש. ורק ארבעה ימים לאחר מכן, שני מטוסים עם סחורה מסוכנת על הסיפון יצאו בבת אחת מבסיס הצבא האמריקני, שמטרותיו היו קוקורה ונגסאקי. ואם קוקורה, מכוסה בעשן בלתי חדיר, הייתה מטרה קשה, אז בנגסאקי המטרה נפגעה. בסופו של דבר, מפצצת האטום בנגסאקי בימים הראשונים, 73 אלף בני אדם מתו מפציעות וחשיפה לקורבנות אלו, נוספה רשימה של שלושים וחמישה אלף איש. יחד עם זאת, מותם של הקורבנות האחרונים היה כואב למדי, שכן השפעת הקרינה היא הרסנית להפליא.

גורמים להשמדת נשק אטומי

לפיכך, לנשק אטומי יש כמה סוגי הרס; אור, רדיואקטיבי, גלי הלם, קרינה חודרת ודחף אלקטרומגנטי. במהלך היווצרות קרינת אור לאחר פיצוץ של נשק גרעיני, שהופך מאוחר יותר לחום הרסני. לאחר מכן מגיע תורה של זיהום רדיואקטיבי, המסוכן רק בפעם הראשונה שעות לאחר הפיצוץ. גל ההלם נחשב לשלב המסוכן ביותר של פיצוץ גרעיני, משום שבתוך שניות הוא גורם נזק רב למבנים, ציוד ואנשים שונים. אבל קרינה חודרת מסוכנת מאוד לגוף האדם, ולעתים קרובות הופכת לגורם למחלת קרינה. הדופק האלקטרומגנטי פוגע בטכניקה. ביחד, כל זה הופך את הנשק הגרעיני למסוכן מאוד.

העולם של האטום כל כך פנטסטי עד שהבנתו מחייבת שבירה קיצונית במושגים הרגילים של מרחב וזמן. האטומים כל כך קטנים שאם ניתן היה להגדיל טיפת מים לגודל כדור הארץ, כל אטום בטיפה זו יהיה קטן מתפוז. למעשה, טיפת מים אחת מורכבת מ-6000 מיליארד מיליארד (600000000000000000000000000000000) אטומי מימן וחמצן. ובכל זאת, למרות גודלו המיקרוסקופי, לאטום יש מבנה דומה במידה מסוימת למבנה מערכת השמש שלנו. במרכזו הקטן והבלתי מובן, שרדיוס שלו הוא פחות מטריליון סנטימטר אחד, נמצאת "שמש" ענקית יחסית - גרעין של אטום.

סביב ה"שמש" האטומית הזו מסתובבים "כוכבי לכת" זעירים - אלקטרונים. הגרעין מורכב משתי אבני בניין עיקריות של היקום - פרוטונים ונויטרונים (יש להם שם מאחד - נוקלונים). אלקטרון ופרוטון הם חלקיקים טעונים, וכמות המטען בכל אחד מהם זהה לחלוטין, אבל המטענים שונים בסימן: הפרוטון תמיד טעון חיובי, והאלקטרון תמיד שלילי. הנייטרון אינו נושא מטען חשמלי ולכן יש לו חדירות גבוהה מאוד.

בסולם המדידה האטומי, מסת הפרוטון והנייטרון נלקחת כאחדות. המשקל האטומי של כל יסוד כימי תלוי אפוא במספר הפרוטונים והנייטרונים הכלולים בגרעין שלו. למשל, לאטום מימן, שהגרעין שלו מורכב מפרטון אחד בלבד, יש מסה אטומית של 1. לאטום הליום, עם גרעין של שני פרוטונים ושני נויטרונים, יש מסה אטומית של 4.

גרעיני האטומים של אותו יסוד מכילים תמיד את אותו מספר פרוטונים, אך מספר הנייטרונים עשוי להיות שונה. אטומים שיש להם גרעינים עם אותו מספר פרוטונים, אך שונים במספר הנייטרונים וקשורים לזנים של אותו יסוד, נקראים איזוטופים. כדי להבדיל ביניהם, מוקצה לסמל היסוד מספר השווה לסכום כל החלקיקים בגרעין של איזוטופ נתון.

עלולה להתעורר השאלה: מדוע גרעין האטום אינו מתפרק? הרי הפרוטונים הכלולים בו הם חלקיקים טעונים חשמלית בעלי אותו מטען, שחייבים לדחות זה את זה בכוח רב. זה מוסבר על ידי העובדה שבתוך הגרעין יש גם מה שנקרא כוחות תוך גרעיניים המושכים את חלקיקי הגרעין זה לזה. כוחות אלו מפצים על כוחות הדחייה של פרוטונים ואינם מאפשרים לגרעין להתרחק באופן ספונטני.

הכוחות התוך-גרעיניים חזקים מאוד, אך הם פועלים רק בטווח קרוב מאוד. לכן, גרעינים של יסודות כבדים, המורכבים ממאות גרעינים, מתגלים כלא יציבים. חלקיקי הגרעין נמצאים כאן בתנועה מתמדת (בתוך נפח הגרעין), ואם מוסיפים להם כמות נוספת של אנרגיה, הם יכולים להתגבר על כוחות פנימיים - הגרעין יחולק לחלקים. כמות האנרגיה העודפת הזו נקראת אנרגיית העירור. בין האיזוטופים של יסודות כבדים, יש כאלה שנראים על סף ריקבון עצמי. מספיקה רק "דחיפה" קטנה, למשל, פגיעה פשוטה בגרעין של נויטרון (ואפילו לא צריך להאיץ אותה למהירות גבוהה) כדי שתגובת הביקוע הגרעיני תתחיל. חלק מהאיזוטופים ה"בקעים" הללו נוצרו מאוחר יותר באופן מלאכותי. בטבע יש רק איזוטופ אחד כזה - זה אורניום-235.

אורנוס התגלה בשנת 1783 על ידי קלפרות', אשר בודד אותו מזפת האורניום וקרא לו על שם כוכב הלכת אורנוס שהתגלה לאחרונה. כפי שהתברר מאוחר יותר, זה למעשה לא היה האורניום עצמו, אלא התחמוצת שלו. התקבל אורניום טהור, מתכת כסופה-לבנה
רק בשנת 1842 פליגוט. ליסוד החדש לא היו תכונות יוצאות דופן והוא לא משך תשומת לב עד 1896, אז גילה בקרל את תופעת הרדיואקטיביות של מלחי אורניום. לאחר מכן, האורניום הפך למושא של מחקר וניסויים מדעיים, אך עדיין לא היה לו יישום מעשי.

כאשר בשליש הראשון של המאה ה-20, פחות או יותר התברר לפיסיקאים מבנה גרעין האטום, הם ניסו קודם כל להגשים את החלום הישן של האלכימאים – הם ניסו להפוך יסוד כימי אחד למשנהו. בשנת 1934 דיווחו החוקרים הצרפתים, בני הזוג פרדריק ואיירין ז'וליוט-קירי, לאקדמיה הצרפתית למדעים על הניסוי הבא: כאשר לוחות אלומיניום הופצצו בחלקיקי אלפא (גרעיני אטום הליום), הפכו אטומי אלומיניום לאטומי זרחן. , אבל לא רגיל, אלא רדיואקטיבי, אשר, בתורו, עבר לאיזוטופ יציב של סיליקון. כך, אטום אלומיניום, לאחר שהוספת פרוטון אחד ושני נויטרונים, הפך לאטום סיליקון כבד יותר.

ניסיון זה הוביל לרעיון שאם "מפגזים" בניוטרונים את הגרעינים של היסודות הכבדים ביותר הקיימים בטבע - אורניום, אז ניתן לקבל יסוד שאינו קיים בתנאים טבעיים. בשנת 1938, חזרו הכימאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן במונחים כלליים על הניסיון של בני הזוג ג'וליוט-קירי, ונטלו אורניום במקום אלומיניום. תוצאות הניסוי כלל לא היו מה שציפו - במקום יסוד סופר-כבד חדש עם מספר מסה גדול מזה של אורניום, האן ושטראסמן קיבלו יסודות קלים מהחלק האמצעי של המערכת המחזורית: בריום, קריפטון, ברום ו. כמה אחרים. הנסיינים עצמם לא יכלו להסביר את התופעה שנצפתה. רק בשנה שלאחר מכן, הפיזיקאית ליסה מייטנר, לה דיווח האן על קשייה, מצאה הסבר נכון לתופעה הנצפית, המצביע על כך שכאשר האורניום מופגז בניוטרונים, הגרעין שלו מתפצל (בקע). במקרה זה, היו צריכים להיווצר גרעינים של יסודות קלים יותר (מכאן נלקחו בריום, קריפטון וחומרים אחרים), וכן היו צריכים להשתחרר 2-3 נויטרונים חופשיים. מחקר נוסף אפשר להבהיר בפירוט את התמונה של המתרחש.

אורניום טבעי מורכב מתערובת של שלושה איזוטופים בעלי מסות של 238, 234 ו- 235. כמות האורניום העיקרית נופלת על איזוטופ 238, שהגרעין שלו כולל 92 פרוטונים ו-146 נויטרונים. אורניום-235 הוא רק 1/140 מהאורניום הטבעי (0.7% (יש לו 92 פרוטונים ו-143 נויטרונים בגרעין שלו), ואורניום-234 (92 פרוטונים, 142 נויטרונים) הוא רק 1/17500 מהמסה הכוללת של האורניום ( 0 006% הפחות יציב מבין האיזוטופים הללו הוא אורניום-235.

מעת לעת, גרעיני האטומים שלו מתחלקים באופן ספונטני לחלקים, וכתוצאה מכך נוצרים יסודות קלים יותר של המערכת המחזורית. התהליך מלווה בשחרור שניים או שלושה נויטרונים חופשיים, הממהרים במהירות עצומה - כ-10 אלף קמ"ש (הם נקראים נויטרונים מהירים). נויטרונים אלה יכולים לפגוע בגרעיני אורניום אחרים, ולגרום לתגובות גרעיניות. כל איזוטופ מתנהג אחרת במקרה זה. גרעיני אורניום-238 ברוב המקרים פשוט לוכדים את הנייטרונים הללו ללא כל טרנספורמציה נוספת. אבל בערך במקרה אחד מתוך חמישה, כאשר נויטרון מהיר מתנגש בגרעין של איזוטופ 238, מתרחשת תגובה גרעינית מוזרה: אחד מהנייטרונים של אורניום-238 פולט אלקטרון והופך לפרוטון, כלומר לאיזוטופ האורניום. הופך ליותר
היסוד הכבד הוא נפטון-239 (93 פרוטונים + 146 נויטרונים). אבל נפטון אינו יציב - לאחר מספר דקות אחד הנייטרונים שלו פולט אלקטרון, הופך לפרוטון, ולאחר מכן הופך האיזוטופ נפטון ליסוד הבא של המערכת המחזורית - פלוטוניום-239 (94 פרוטונים + 145 נויטרונים). אם נויטרון נכנס לגרעין של אורניום-235 לא יציב, אז מתרחש ביקוע מיד - האטומים מתפוררים עם פליטת שניים או שלושה נויטרונים. ברור שבאורניום טבעי, שרוב האטומים שלו שייכים לאיזוטופ 238, לתגובה הזו אין השלכות נראות לעין – כל הנייטרונים החופשיים ייספגו בסופו של דבר באיזוטופ זה.

אבל מה אם נדמיין חתיכת אורניום מסיבית למדי, המורכבת כולה מהאיזוטופ 235?

כאן התהליך יתנהל אחרת: הנייטרונים המשתחררים במהלך ביקוע של כמה גרעינים, בתורם, נופלים לתוך גרעינים שכנים, גורמים לביקוע שלהם. כתוצאה מכך, משתחרר חלק חדש של נויטרונים, אשר מפצל את הגרעינים הבאים. בתנאים נוחים, תגובה זו מתרחשת כמו מפולת שלגים ונקראת תגובת שרשרת. כמה חלקיקים מפציצים עשויים להספיק כדי להתחיל אותו.

אכן, תן רק ל-100 נויטרונים להפציץ את אורניום-235. הם יפצלו 100 גרעיני אורניום. במקרה זה ישוחררו 250 נויטרונים חדשים מהדור השני (ממוצע של 2.5 לביקוע). הנייטרונים של הדור השני כבר ייצרו 250 ביקועים, שבהם ישוחררו 625 נויטרונים. בדור הבא זה יהיה 1562, אז 3906, אז 9670, וכן הלאה. מספר החטיבות יגדל ללא הגבלה אם התהליך לא יופסק.

עם זאת, במציאות, רק חלק לא משמעותי מהנייטרונים נכנס לגרעיני האטומים. השאר, ממהרים ביניהם, נסחפים אל המרחב שמסביב. תגובת שרשרת המקיימת את עצמה יכולה להתרחש רק במערך גדול מספיק של אורניום-235, שנאמר שיש לו מסה קריטית. (מסה זו בתנאים רגילים היא 50 ק"ג.) חשוב לציין שביקוע של כל גרעין מלווה בשחרור כמות עצומה של אנרגיה, שמתגלה כפי 300 מיליון יותר מהאנרגיה המושקעת בביקוע. ! (חושב שעם ביקוע מלא של 1 ק"ג אורניום-235, משתחררת אותה כמות חום כמו בעת שריפת 3,000 טון פחם.)

גל אנרגיה עצום זה, המשתחרר תוך רגעים ספורים, מתבטא כהתפוצצות של כוח מפלצתי ועומד בבסיס פעולת הנשק הגרעיני. אבל כדי שהנשק הזה יהפוך למציאות, יש צורך שהמטען לא יהיה מורכב מאורניום טבעי, אלא מאיזוטופ נדיר - 235 (אורניום כזה נקרא מועשר). מאוחר יותר נמצא שגם פלוטוניום טהור הוא חומר בקיע וניתן להשתמש בו במטען אטומי במקום אורניום-235.

כל התגליות החשובות הללו התגלו ערב מלחמת העולם השנייה. עד מהרה החלה עבודה חשאית בגרמניה ובמדינות אחרות על יצירת פצצת אטום. בארצות הברית, בעיה זו הושגה ב-1941. כל מכלול העבודות קיבל את השם "פרויקט מנהטן".

המנהיגות האדמיניסטרטיבית של הפרויקט בוצעה על ידי ג'נרל גרובס, וההכוונה המדעית בוצעה על ידי פרופסור רוברט אופנהיימר מאוניברסיטת קליפורניה. שניהם היו מודעים היטב למורכבות העצומה של המשימה העומדת בפניהם. לכן, הדאגה הראשונה של אופנהיימר הייתה רכישת צוות מדעי אינטליגנטי ביותר. בארצות הברית היו באותה תקופה פיזיקאים רבים שהיגרו מגרמניה הפשיסטית. לא היה קל לערב אותם ביצירת נשק המכוון נגד מולדתם לשעבר. אופנהיימר דיבר עם כולם באופן אישי, תוך שהוא משתמש במלוא כוחו של קסמו. עד מהרה הוא הצליח לאסוף קבוצה קטנה של תיאורטיקנים, שאותם כינה בצחוק "מאורות". ולמעשה, הוא כלל את המומחים הגדולים ביותר של אותה תקופה בתחום הפיזיקה והכימיה. (ביניהם 13 זוכי פרס נובל, כולל בוהר, פרמי, פרנק, צ'דוויק, לורנס.) בנוסף אליהם, היו עוד מומחים רבים בעלי פרופילים שונים.

ממשלת ארה"ב לא חסכה בהוצאות, ומלכתחילה העבודה קיבלה היקף גרנדיוזי. ב-1942 נוסדה בלוס אלמוס מעבדת המחקר הגדולה בעולם. אוכלוסיית העיר המדעית הזו הגיעה עד מהרה ל-9 אלף איש. מבחינת הרכב המדענים, היקף הניסויים המדעיים, מספר המומחים והעובדים המעורבים בעבודה, למעבדת לוס אלמוס לא היה אח ורע בהיסטוריה העולמית. לפרויקט מנהטן היו משטרה משלו, מודיעין נגד, מערכת תקשורת, מחסנים, התנחלויות, מפעלים, מעבדות ותקציב ענק משלו.

המטרה העיקרית של הפרויקט הייתה להשיג מספיק חומר בקיע שממנו ניתן ליצור מספר פצצות אטום. בנוסף לאורניום-235, כפי שכבר הוזכר, היסוד המלאכותי פלוטוניום-239 יכול לשמש כמטען לפצצה, כלומר, הפצצה יכולה להיות אורניום או פלוטוניום.

גרובס ואופנהיימר הסכימו שיש לבצע עבודה במקביל בשני כיוונים, שכן אי אפשר להחליט מראש מי מהם יהיה מבטיח יותר. שתי השיטות היו שונות זו מזו באופן מהותי: הצטברות האורניום-235 הייתה צריכה להתבצע על ידי הפרדתו מחלק הארי של האורניום הטבעי, וניתן היה להשיג פלוטוניום רק כתוצאה מתגובה גרעינית מבוקרת על ידי הקרנת אורניום-238 עם נויטרונים. שני הדרכים נראו קשים בצורה בלתי רגילה ולא הבטיחו פתרונות קלים.

ואכן, כיצד ניתן להפריד זה מזה שני איזוטופים, הנבדלים רק מעט במשקלם ומתנהגים באופן כימי בדיוק באותה צורה? לא המדע ולא הטכנולוגיה התמודדו אי פעם עם בעיה כזו. גם ייצור פלוטוניום נראה בעייתי מאוד בהתחלה. לפני כן, כל הניסיון של טרנספורמציות גרעיניות צומצם למספר ניסויי מעבדה. כעת היה צורך לשלוט בייצור קילוגרמים של פלוטוניום בקנה מידה תעשייתי, לפתח וליצור מתקן מיוחד לכך - כור גרעיני, וללמוד כיצד לשלוט במהלך של תגובה גרעינית.

ופה ושם היה צריך לפתור מכלול שלם של בעיות מורכבות. לכן, "פרויקט מנהטן" כלל מספר תת-פרויקטים, ובראשם מדענים בולטים. אופנהיימר עצמו היה ראש מעבדת המדע בלוס אלמוס. לורנס היה אחראי על מעבדת הקרינה באוניברסיטת קליפורניה. פרמי הוביל מחקר באוניברסיטת שיקגו על יצירת כור גרעיני.

בתחילה, הבעיה החשובה ביותר הייתה השגת אורניום. לפני המלחמה, למתכת הזו לא היה שימוש למעשה. כעת, כשהיה צורך בו מיד בכמויות אדירות, התברר שאין דרך תעשייתית לייצר אותו.

חברת Westinghouse לקחה על עצמה את פיתוחה וזכתה להצלחה במהירות. לאחר טיהור שרף אורניום (בצורה זו, אורניום מופיע בטבע) והשגת תחמוצת אורניום, הוא הומר לטטרפלואוריד (UF4), ממנו בודד אורניום מתכתי באמצעות אלקטרוליזה. אם בסוף 1941 עמדו לרשות מדענים אמריקאים רק כמה גרמים בודדים של אורניום מתכתי, הרי שכבר בנובמבר 1942 הגיע הייצור התעשייתי שלו במפעלי וסטינגהאוס ל-6,000 פאונד בחודש.

במקביל, נעשתה עבודה על יצירת כור גרעיני. תהליך ייצור הפלוטוניום הסתכם למעשה בהקרנה של מוטות אורניום בניוטרונים, וכתוצאה מכך חלק מהאורניום-238 נאלץ להפוך לפלוטוניום. מקורות נויטרונים במקרה זה יכולים להיות אטומי אורניום-235 בקיע המפוזרים בכמות מספקת בין אטומי אורניום-238. אבל כדי לשמור על רבייה מתמדת של נויטרונים, היה צריך להתחיל תגובת שרשרת של ביקוע של אטומי אורניום-235. בינתיים, כפי שכבר הוזכר, על כל אטום של אורניום-235 היו 140 אטומים של אורניום-238. ברור שהניטרונים שטסו לכל הכיוונים היו בסבירות גבוהה הרבה יותר לפגוש אותם בדיוק בדרכם. כלומר, מספר עצום של נויטרונים משוחררים התברר כנספגים על ידי האיזוטופ הראשי ללא הועיל. ברור, בתנאים כאלה, תגובת השרשרת לא יכלה ללכת. איך להיות?

בתחילה נראה היה שללא הפרדה של שני איזוטופים, פעולת הכור בדרך כלל בלתי אפשרית, אך עד מהרה התברר נסיבות חשובות: התברר שאורניום-235 ואורניום-238 רגישים לנייטרונים באנרגיות שונות. אפשר לפצל את הגרעין של אטום של אורניום-235 עם נויטרון בעל אנרגיה נמוכה יחסית, בעל מהירות של כ-22 מ' לשנייה. נויטרונים איטיים כאלה אינם נלכדים על ידי גרעיני אורניום-238 - לשם כך הם חייבים להיות בעלי מהירות בסדר גודל של מאות אלפי מטרים בשנייה. במילים אחרות, לאורניום-238 אין כוח למנוע התחלה והתקדמות של תגובת שרשרת באורניום-235 הנגרמת על ידי נויטרונים שהואטו למהירויות נמוכות במיוחד - לא יותר מ-22 מ"ש. תופעה זו התגלתה על ידי הפיזיקאי האיטלקי פרמי, שחי בארצות הברית מאז 1938 ופיקח על העבודה על יצירת הכור הראשון כאן. פרמי החליט להשתמש בגרפיט כמנחה נויטרונים. לפי החישובים שלו, הנייטרונים הנפלטים מאורניום-235, לאחר שעברו בשכבת גרפיט של 40 ס"מ, היו צריכים להפחית את מהירותם ל-22 מ"ש ולהתחיל תגובת שרשרת מתקיימת באורניום-235.

המים ה"כבדים" כביכול יכולים לשמש מנחה נוסף. מכיוון שאטומי המימן המרכיבים אותו קרובים מאוד בגודל ובמסה לנייטרונים, הם יכולים להאט אותם בצורה הטובה ביותר. (בערך אותו דבר קורה עם נויטרונים מהירים כמו עם כדורים: אם כדור קטן פוגע בגדול, הוא מתגלגל לאחור, כמעט מבלי לאבד מהירות, אבל כשהוא פוגש כדור קטן, הוא מעביר אליו חלק נכבד מהאנרגיה שלו - ממש כמו נויטרון בהתנגשות אלסטית קופץ מגרעין כבד שמאט רק מעט, ובתנגשות עם גרעיני אטומי מימן מאבדים מהר מאוד את כל האנרגיה שלהם.) עם זאת, מים רגילים אינם מתאימים להאטה, מכיוון שהמימן שלהם נוטה לקלוט נויטרונים. לכן יש להשתמש לשם כך בדוטריום שהוא חלק ממים "כבדים".

בתחילת 1942, בהנהגתו של פרמי, החלה בניית הכור הגרעיני הראשון אי פעם במגרש הטניס מתחת ליציעים המערביים של אצטדיון שיקגו. כל העבודה בוצעה על ידי המדענים עצמם. ניתן לשלוט על התגובה בדרך היחידה - על ידי התאמת מספר הנייטרונים המעורבים בתגובת השרשרת. פרמי חזה לעשות זאת עם מוטות העשויים מחומרים כמו בורון וקדמיום, שסופגים נויטרונים בצורה חזקה. לבני גרפיט שימשו כמנחה, מהם הקימו פיזיקאים עמודים בגובה 3 מ' וברוחב 1.2 מ', ביניהם הותקנו בלוקים מלבניים עם תחמוצת אורניום. כ-46 טון תחמוצת אורניום ו-385 טון גרפיט נכנסו לכל המבנה. כדי להאט את התגובה, שימשו מוטות קדמיום ובורון שהוכנסו לכור.

אם זה לא מספיק, אז בשביל הביטוח, על פלטפורמה שממוקמת מעל הכור, היו שני מדענים עם דליים מלאים בתמיסה של מלחי קדמיום - הם היו אמורים לשפוך אותם על הכור אם התגובה יצאה משליטה. למרבה המזל, זה לא היה נדרש. ב-2 בדצמבר 1942 הורה פרמי להרחיב את כל מוטות הבקרה, והניסוי החל. ארבע דקות לאחר מכן, מוני הנייטרונים החלו להקיש חזק יותר ויותר. עם כל דקה, עוצמת שטף הנייטרונים הלכה וגברה. זה הצביע על כך שמתרחשת תגובת שרשרת בכור. זה נמשך 28 דקות. ואז פרמי סימן, והמוטות שהונמכו עצרו את התהליך. כך, בפעם הראשונה, שחרר האדם את האנרגיה של גרעין האטום והוכיח שהוא יכול לשלוט בו כרצונו. עכשיו כבר לא היה ספק שנשק גרעיני הוא מציאות.

בשנת 1943 פורק כור פרמי והועבר למעבדה הלאומית של אראגונה (50 ק"מ משיקגו). היה כאן תוך זמן קצר
נבנה כור גרעיני נוסף, שבו שימשו מים כבדים כמנחה. הוא היה מורכב ממיכל אלומיניום גלילי המכיל 6.5 טונות של מים כבדים, שלתוכו הועמסו אנכית 120 מוטות של מתכת אורניום, סגורים במעטפת אלומיניום. שבעת מוטות הבקרה היו עשויים מקדמיום. מסביב למיכל היה רפלקטור גרפיט, ולאחר מכן מסך עשוי מסגסוגות עופרת וסגסוגות קדמיום. המבנה כולו תחום במעטפת בטון בעובי דופן של כ-2.5 מ'.

ניסויים בכורים ניסיוניים אלה אישרו את האפשרות לייצור תעשייתי של פלוטוניום.

המרכז המרכזי של "פרויקט מנהטן" הפך עד מהרה לעיירה אוק רידג' בעמק נהר טנסי, שאוכלוסייתה תוך מספר חודשים גדלה ל-79 אלף איש. כאן, תוך זמן קצר, נבנה המפעל הראשון לייצור אורניום מועשר. מיד ב-1943 הושק כור תעשייתי שייצר פלוטוניום. בפברואר 1944 הופקו ממנו מדי יום כ-300 ק"ג של אורניום, שמפני השטח שלו הושג פלוטוניום בהפרדה כימית. (כדי לעשות זאת, תחילה הומס הפלוטוניום ולאחר מכן שקע.) לאחר מכן הוחזר האורניום המטוהר שוב לכור. באותה שנה, במדבר העקר והשומם בגדה הדרומית של נהר קולומביה, החלה בנייתו של מפעל האנפורד הענק. כאן אותרו שלושה כורים גרעיניים רבי עוצמה, שנותנים כמה מאות גרמים של פלוטוניום מדי יום.

במקביל, המחקר היה בעיצומו לפיתוח תהליך תעשייתי להעשרת אורניום.

לאחר שקלו אפשרויות שונות, החליטו גרובס ואופנהיימר להתמקד בשתי שיטות: דיפוזיה של גז ואלקטרומגנטית.

שיטת דיפוזיית הגז התבססה על עיקרון המכונה חוק גרהם (היא נוסחה לראשונה ב-1829 על ידי הכימאי הסקוטי תומס גרהם ופותחה ב-1896 על ידי הפיזיקאי האנגלי ריילי). בהתאם לחוק זה, אם מעבירים שני גזים, שאחד מהם קל מהשני, דרך מסנן בעל פתחים קטנים באופן זניח, אז יעבור בו מעט יותר גז קל מאשר גז כבד. בנובמבר 1942, Urey and Dunning באוניברסיטת קולומביה יצרו שיטת דיפוזיה גזית להפרדת איזוטופים של אורניום המבוססת על שיטת ריילי.

מכיוון שאורניום טבעי הוא מוצק, הוא הומר לראשונה לאורניום פלואוריד (UF6). לאחר מכן הועבר גז זה דרך חורים מיקרוסקופיים - בסדר גודל של אלפיות המילימטר - במחיצת המסנן.

מאחר שההבדל במשקלים המולאריים של הגזים היה קטן מאוד, מאחורי המבצר גדלה תכולת האורניום-235 רק בפקטור של 1.0002.

על מנת להגדיל את כמות האורניום-235 עוד יותר, התערובת המתקבלת מועברת שוב דרך מחיצה, וכמות האורניום מוגדלת שוב פי 1.0002. לפיכך, על מנת להגדיל את תכולת האורניום-235 ל-99%, היה צורך להעביר את הגז דרך 4000 מסננים. זה התרחש במפעל ענק לדיפוזיה גזים באוק רידג'.

ב-1940, בהנהגתו של ארנסט לורנס באוניברסיטת קליפורניה, החלו מחקרים על הפרדת איזוטופים של אורניום בשיטה האלקטרומגנטית. היה צורך למצוא תהליכים פיזיקליים כאלה שיאפשרו הפרדת איזוטופים באמצעות ההבדל במסה שלהם. לורנס עשה ניסיון להפריד איזוטופים באמצעות העיקרון של ספקטרוגרף מסה - מכשיר הקובע את מסות האטומים.

עקרון פעולתו היה כדלקמן: אטומים מיוננים מראש הואצו על ידי שדה חשמלי, ולאחר מכן עברו דרך שדה מגנטי שבו תיארו עיגולים הממוקמים במישור המאונך לכיוון השדה. מכיוון שהרדיוסים של מסלולים אלה היו פרופורציונליים למסה, היונים הקלים הגיעו בסופו של דבר למעגלים ברדיוס קטן יותר מהכבדים. אם הונחו מלכודות בנתיב האטומים, אז ניתן היה בדרך זו לאסוף בנפרד איזוטופים שונים.

זו הייתה השיטה. בתנאי מעבדה, הוא נתן תוצאות טובות. אבל בניית מפעל שבו ניתן לבצע הפרדת איזוטופים בקנה מידה תעשייתי התבררה כקשה ביותר. עם זאת, לורנס הצליח בסופו של דבר להתגבר על כל הקשיים. התוצאה של מאמציו הייתה הופעת הקלוטרון, שהותקן במפעל ענק באוק רידג'.

המפעל האלקטרומגנטי הזה נבנה בשנת 1943 והתברר כי הוא אולי פרי המוח היקר ביותר של פרויקט מנהטן. השיטה של ​​לורנס דרשה מספר רב של מכשירים מורכבים, שעדיין לא מפותחים, הכוללים מתח גבוה, ואקום גבוה ושדות מגנטיים חזקים. העלויות היו אדירות. לקלוטרון היה אלקטרומגנט ענק, שאורכו הגיע ל-75 מ' ומשקלו כ-4000 טון.

כמה אלפי טונות של חוטי כסף נכנסו לפיתולים של האלקטרומגנט הזה.

כל העבודה (למעט עלות כסף בשווי 300 מיליון דולר, שאוצר המדינה סיפק רק באופן זמני) עלתה 400 מיליון דולר. רק עבור החשמל שהוציא הקלוטרון שילם משרד הביטחון 10 מיליון. חלק גדול מהציוד במפעל Oak Ridge היה מעולה בקנה מידה ובדיוק על כל מה שפותח אי פעם בתחום.

אבל כל ההוצאות הללו לא היו לשווא. לאחר שהוציאו סך של כ-2 מיליארד דולר, מדענים אמריקאים עד 1944 יצרו טכנולוגיה ייחודית להעשרת אורניום וייצור פלוטוניום. בינתיים, במעבדת לוס אלמוס, עבדו על תכנון הפצצה עצמה. עקרון פעולתו היה ברור באופן כללי במשך זמן רב: החומר הבקיע (פלוטוניום או אורניום-235) היה צריך להיות מועבר למצב קריטי בזמן הפיצוץ (כדי שתתרחש תגובת שרשרת, המסה של המטען חייב להיות אפילו גדול יותר במידה ניכרת מהמטען הקריטי) ולהוקרן בקרן נויטרונים, מה שכרוך בהתחלה של תגובת שרשרת.

על פי חישובים, המסה הקריטית של המטען עלתה על 50 קילוגרמים, אך ניתן היה להפחית אותה משמעותית. באופן כללי, גודל המסה הקריטית מושפע מאוד ממספר גורמים. ככל ששטח הפנים של המטען גדול יותר, כך נפלטים יותר נויטרונים ללא תועלת לחלל שמסביב. לכדור יש את שטח הפנים הקטן ביותר. כתוצאה מכך, למטענים כדוריים, בהיותם שווים, יש את המסה הקריטית הקטנה ביותר. בנוסף, ערך המסה הקריטית תלוי בטוהר ובסוג החומרים הבקיעים. היא עומדת ביחס הפוך לריבוע הצפיפות של חומר זה, מה שמאפשר, למשל, על ידי הכפלת הצפיפות, להפחית את המסה הקריטית בגורם ארבע. ניתן להשיג את מידת התת-קריטיות הנדרשת, למשל, על ידי דחיסה של החומר הבקיע עקב פיצוץ מטען נפץ רגיל העשוי בצורת פגז כדורי המקיף את המטען הגרעיני. ניתן להפחית את המסה הקריטית גם על ידי הקיפת המטען במסך המשקף נויטרונים היטב. עופרת, בריליום, טונגסטן, אורניום טבעי, ברזל ועוד רבים אחרים יכולים לשמש כמסך כזה.

אחד העיצובים האפשריים של פצצת האטום מורכב משתי חתיכות של אורניום, אשר, בשילובן, יוצרות מסה גדולה מהקריטית. כדי לגרום לפיצוץ מטען, אתה צריך להפגיש אותם במהירות האפשרית. השיטה השנייה מבוססת על שימוש בפיצוץ המתכנס פנימה. במקרה זה, זרימת הגזים מחומר נפץ קונבנציונלי הופנתה לחומר הבקיע שנמצא בתוכו ודוחס אותו עד שהגיע למסה קריטית. חיבור המטען וההקרנה האינטנסיבית שלו בניוטרונים, כאמור, גורמים לתגובת שרשרת, שבעקבותיה בשנייה הראשונה הטמפרטורה עולה למיליון מעלות. במהלך הזמן הזה, רק כ-5% מהמסה הקריטית הצליחו להיפרד. שאר המטען בתכנון פצצות מוקדם התאדה ללא
כל טוב.

פצצת האטום הראשונה בהיסטוריה (קיבלה את השם "טריניטי") הורכבה בקיץ 1945. וב-16 ביוני 1945 בוצע הפיצוץ האטומי הראשון על פני כדור הארץ באתר הניסויים הגרעיניים במדבר אלמוגורדו (ניו מקסיקו). הפצצה הוצבה במרכז אתר הניסוי על גבי מגדל פלדה באורך 30 מטר. ציוד הקלטה הוצב סביבו במרחק רב. ב-9 ק"מ הייתה עמדת תצפית, וב-16 ק"מ - עמדת פיקוד. הפיצוץ האטומי עשה רושם אדיר על כל עדי האירוע הזה. לפי תיאור עדי ראייה, הייתה תחושה ששמשות רבות התמזגו לאחת והאירו את המצולע בבת אחת. ואז הופיע כדור אש ענקי מעל המישור, וענן עגול של אבק ואור החל להתרומם לעברו לאט ומבשר רעות.

לאחר שהמריא מהקרקע, כדור האש הזה עף לגובה של יותר משלושה קילומטרים תוך כמה שניות. עם כל רגע הוא גדל בגודלו, עד מהרה הגיע קוטרו ל-1.5 ק"מ, והוא עלה לאט אל הסטרטוספירה. לאחר מכן, כדור האש פינה את מקומו לעמוד של עשן מסתחרר, שנמתח לגובה של 12 ק"מ, ולובש צורה של פטרייה ענקית. כל זה היה מלווה בשאגה נוראה, שממנה רעדה האדמה. כוחה של הפצצה שהתפוצצה עלה על כל הציפיות.

ברגע שמצב הקרינה אפשר, מיהרו לאזור הפיצוץ כמה טנקי שרמן, מרופדים בלוחות עופרת מבפנים. על אחד מהם היה פרמי, שהיה להוט לראות את תוצאות עבודתו. אדמה חרוכה מתה הופיעה לנגד עיניו, שעליה נהרסו כל החיים ברדיוס של 1.5 ק"מ. החול התכרבל לתוך קרום ירקרק זכוכית שכיסה את האדמה. במכתש ענק מונחים שרידים מרוטשים של מגדל תמיכה מפלדה. עוצמת הפיצוץ הוערכה ב-20,000 טון של TNT.

השלב הבא היה שימוש קרבי בפצצה נגד יפן, שלאחר כניעת גרמניה הפשיסטית, לבדה המשיכה את המלחמה עם ארצות הברית ובעלות בריתה. לא היו אז רכבי שיגור, כך שההפצצה הייתה צריכה להתבצע מכלי טיס. מרכיבי שתי הפצצות הועברו בזהירות רבה על ידי ה-USS אינדיאנפוליס לאי טיניאן, שם התבססה קבוצת המרוכבים ה-509 של חיל האוויר האמריקאי. לפי סוג המטען והעיצוב, הפצצות הללו היו שונות במקצת זו מזו.

הפצצה הראשונה - "בייבי" - הייתה פצצה אווירית בגודל גדול עם מטען אטומי של אורניום-235 מועשר מאוד. אורכו היה כ-3 מ', קוטר - 62 ס"מ, משקל - 4.1 טון.

לפצצה השנייה - "איש שמן" - עם מטען של פלוטוניום-239 הייתה צורת ביצה עם מייצב בגודל גדול. אורכו
היה 3.2 מ', קוטר 1.5 מ', משקל - 4.5 טון.

ב-6 באוגוסט, מפציץ B-29 Enola Gay של קולונל טיבץ הטיל את ה"קיד" על העיר היפנית הגדולה הירושימה. הפצצה הוטלה בצניחה והתפוצצה, כפי שתוכנן, בגובה של 600 מ' מהקרקע.

ההשלכות של הפיצוץ היו איומות. אפילו על הטייסים עצמם, מראה העיר השלווה שנהרסה על ידם בין רגע עשה רושם מדכא. מאוחר יותר, אחד מהם הודה שהם ראו באותו רגע את הדבר הגרוע ביותר שאדם יכול לראות.

עבור אלה שהיו עלי אדמות, מה שהתרחש נראה כמו גיהנום אמיתי. קודם כל, גל חום חלף מעל הירושימה. פעולתו נמשכה רק כמה רגעים, אבל היא הייתה כל כך עוצמתית עד שהיא המיסה אפילו אריחים וגבישי קוורץ בלוחות גרניט, הפכה עמודי טלפון לפחם במרחק של 4 ק"מ ולבסוף, שרפה גופות אדם עד כדי כך שרק צללים נותרו מהם. על אספלט המדרכה.או על קירות בתים. ואז משב רוח מפלצתי ברח מתחת לכדור האש וזינק מעל העיר במהירות של 800 קמ"ש, סוחף את כל מה שנקרה בדרכה. הבתים שלא יכלו לעמוד בהתקפה הזועמת שלו קרסו כאילו נכרתו. במעגל ענק בקוטר 4 ק"מ לא נשאר ולו בניין אחד על כנו. דקות ספורות לאחר הפיצוץ חלף גשם רדיואקטיבי שחור על העיר - הלחות הזו הפכה לקיטור שהתעבה בשכבות הגבוהות של האטמוספירה ונפלה ארצה בצורת טיפות גדולות מעורבות באבק רדיואקטיבי.

לאחר הגשם פגע בעיר משב רוח חדש, הפעם נושב לכיוון המוקד. הוא היה חלש יותר מהראשון, אבל עדיין חזק מספיק כדי לעקור עצים. הרוח עוררה אש ענקית שבה כל מה שיכול לבעור בער. מתוך 76,000 המבנים, 55,000 נהרסו ונשרפו כליל. עדים לאסון הנורא הזה זכרו לפידים שמהם נפלו בגדים שרופים על הקרקע יחד עם קרעי עור, והמוני אנשים מבולבלים, מכוסים כוויות איומות, שמיהרו בצרחות ברחובות. באוויר היה צחנה חונק של בשר אדם שרוף. אנשים שכבו בכל מקום, מתים ומתים. היו רבים שהיו עיוורים וחירשים, וחיטו לכל הכיוונים, לא הצליחו להבחין בשום דבר בכאוס ששרר מסביב.

האומללים, שהיו ממוקד הרעש במרחק של עד 800 מ', נשרפו בשבריר שנייה במובן המילולי של המילה - הפנימיות שלהם התאדה, וגופם הפך לגושים של גחלים מעשנות. ממוקמים במרחק של קילומטר אחד ממרכז הרעש, הם נפגעו ממחלת קרינה בצורה חמורה ביותר. תוך מספר שעות הם החלו להקיא קשות, הטמפרטורה קפצה ל-39-40 מעלות, הופיעו קוצר נשימה ודימום. לאחר מכן, כיבים לא מרפאים הופיעו על העור, הרכב הדם השתנה באופן דרמטי, והשיער נשר. לאחר סבל נורא, בדרך כלל ביום השני או השלישי, התרחש המוות.

בסך הכל מתו מהפיצוץ ומחלת הקרינה כ-240 אלף בני אדם. כ-160 אלף קיבלו מחלת קרינה בצורה קלה יותר - מותם הכואב נדחה במספר חודשים או שנים. כשהבשורה על האסון התפשטה ברחבי המדינה, כל יפן הייתה משותקת מפחד. זה גדל עוד יותר לאחר שמטוסי מכונית התיבה של מייג'ור סוויני הטילו פצצה שנייה על נגסאקי ב-9 באוגוסט. גם כאן נהרגו ונפצעו כמה מאות אלפי תושבים. משלא הצליחה להתנגד לנשק החדש, ממשלת יפן נכנעה - פצצת האטום שמה קץ למלחמת העולם השנייה.

המלחמה נגמרה. זה נמשך רק שש שנים, אבל הצליח לשנות את העולם ואת האנשים כמעט ללא הכר.

הציוויליזציה האנושית לפני 1939 והציוויליזציה האנושית אחרי 1945 שונות זו מזו באופן מדהים. יש לכך סיבות רבות, אך אחת החשובות היא הופעת הנשק הגרעיני. אפשר לומר בלי להגזים שהצל של הירושימה נמצא על כל המחצית השנייה של המאה ה-20. זה הפך לצריבה מוסרית עמוקה עבור מיליונים רבים של אנשים, הן אלה שהיו בני זמנו של האסון הזה והן אלה שנולדו עשרות שנים אחריו. האדם המודרני כבר לא יכול לחשוב על העולם כפי שחשבו אותו לפני ה-6 באוגוסט 1945 – הוא מבין בבירור מדי שהעולם הזה יכול להפוך לשום דבר תוך כמה רגעים.

אדם מודרני אינו יכול להסתכל על המלחמה, כפי שצפו סביו וסביו – הוא יודע בוודאות שהמלחמה הזו תהיה האחרונה, ולא יהיו בה לא מנצחים ולא מפסידים. נשק גרעיני הותיר את חותמו בכל תחומי החיים הציבוריים, והציוויליזציה המודרנית לא יכולה לחיות לפי אותם חוקים כמו לפני שישים או שמונים שנה. איש לא הבין זאת טוב יותר מאשר יוצרי פצצת האטום עצמם.

"אנשי הפלנטה שלנו רוברט אופנהיימר כתב, צריך להתאחד. האימה וההרס שזרעה המלחמה האחרונה מכתיבים לנו את המחשבה הזו. פיצוצים של פצצות אטום הוכיחו זאת בכל אכזריות. אנשים אחרים בזמנים אחרים אמרו מילים דומות - רק על כלי נשק אחרים ומלחמות אחרות. הם לא הצליחו. אבל מי שאומר היום שהמילים הללו חסרות תועלת, שולל על ידי תהפוכות ההיסטוריה. אנחנו לא יכולים להשתכנע בכך. תוצאות עבודתנו לא משאירות ברירה אחרת לאנושות אלא ליצור עולם מאוחד. עולם המבוסס על חוק והומניזם".

כוח גרעיני הוא דרך מודרנית ומתפתחת במהירות להפקת חשמל. האם אתה יודע איך מסודרות תחנות כוח גרעיניות? מהו עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית? אילו סוגי כורים גרעיניים קיימים כיום? ננסה לשקול בפירוט את תכנית הפעולה של תחנת כוח גרעינית, נעמיק במבנה של כור גרעיני ונגלה עד כמה בטוחה השיטה האטומית לייצור חשמל.

כל תחנה היא אזור סגור הרחק מאזור המגורים. בשטחה ישנם מספר מבנים. המבנה החשוב ביותר הוא מבנה הכור, לידו אולם הטורבינות ממנו נשלט הכור, ומבנה הבטיחות.

התוכנית בלתי אפשרית ללא כור גרעיני. כור אטומי (גרעיני) הוא מכשיר של תחנת כוח גרעינית, שנועד לארגן תגובת שרשרת של ביקוע נויטרונים עם שחרור חובה של אנרגיה בתהליך זה. אבל מהו עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית?

כל מפעל הכור מוקם במבנה הכור, מגדל בטון גדול שמסתיר את הכור ובמקרה של תאונה יכיל את כל תוצרי התגובה הגרעינית. המגדל הגדול הזה נקרא containment, מעטפת הרמטית או containment.

לאזור הבלימה בכורים החדשים יש 2 קירות בטון עבים - קונכיות.
מעטפת חיצונית בעובי 80 ס"מ מגנה על אזור הבלימה מפני השפעות חיצוניות.

למעטפת הפנימית בעובי 1 מטר 20 ס"מ יש כבלי פלדה מיוחדים במכשיר, המגבירים את חוזק הבטון כמעט פי שלושה ולא יאפשרו למבנה להתפורר. מבפנים הוא מרופד ביריעה דקה של פלדה מיוחדת, שנועדה לשמש הגנה נוספת על הבלימה ובמקרה של תאונה למנוע את שחרור תכולת הכור אל מחוץ לאזור הבלימה.

מכשיר כזה של תחנת כוח גרעינית יכול לעמוד בנפילה של מטוס במשקל של עד 200 טון, רעידת אדמה בעוצמה של 8, טורנדו וצונאמי.

המתחם בלחץ הראשון נבנה בתחנת הכוח הגרעינית האמריקאית קונטיקט יאנקי ב-1968.

הגובה הכולל של שטח הבלימה הוא 50-60 מטרים.

ממה עשוי כור גרעיני?

כדי להבין את עקרון הפעולה של כור גרעיני, ומכאן את עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית, צריך להבין את מרכיבי הכור.

• אזור פעיל. זהו האזור שבו ממוקמים הדלק הגרעיני (משחרר חום) והמנחה. אטומי דלק (לרוב אורניום הוא הדלק) מבצעים תגובת שרשרת ביקוע. המנחה נועד לשלוט בתהליך הביקוע, ומאפשר לבצע את התגובה הנדרשת מבחינת מהירות וחוזק.
• רפלקטור ניוטרונים. המשקף מקיף את האזור הפעיל. הוא מורכב מאותו חומר כמו המנחה. למעשה, מדובר בקופסה, שמטרתה העיקרית היא למנוע מהנויטרונים לצאת מהליבה ולהיכנס לסביבה.
• נוזל קירור. נוזל הקירור חייב לספוג את החום שהשתחרר במהלך ביקוע אטומי הדלק ולהעבירו לחומרים אחרים. נוזל הקירור קובע במידה רבה כיצד מתוכננת תחנת כוח גרעינית. נוזל הקירור הפופולרי ביותר כיום הוא מים.
  מערכת בקרת כור. חיישנים ומנגנונים המביאים את כור תחנת הכוח הגרעיני לפעולה.

דלק לתחנות כוח גרעיניות

מה עושה תחנת כוח גרעינית? דלק לתחנות כוח גרעיניות הם יסודות כימיים בעלי תכונות רדיואקטיביות. בכל תחנות הכוח הגרעיניות, אורניום הוא יסוד כזה.

תכנון התחנות מרמז שתחנות כוח גרעיניות פועלות על דלק מורכב מורכב, ולא על יסוד כימי טהור. וכדי להפיק דלק אורניום מאורניום טבעי, שמוטען לכור גרעיני, אתה צריך לבצע הרבה מניפולציות.

אורניום מועשר

האורניום מורכב משני איזוטופים, כלומר מכיל גרעינים בעלי מסות שונות. הם נקראו לפי מספר הפרוטונים והנייטרונים איזוטופ -235 ואיזוטופ-238. חוקרים של המאה ה-20 החלו להפיק אורניום 235 מהעפרה, בגלל. היה קל יותר לפרק ולשנות. התברר שיש רק 0.7% של אורניום כזה בטבע (שאר האחוזים עברו לאיזוטופ 238).

מה לעשות במקרה זה? הם החליטו להעשיר אורניום. העשרת אורניום היא תהליך כאשר נותרו בו איזוטופים 235x הכרחיים ומעט איזוטופים מיותרים של 238x. המשימה של מעשירי אורניום היא לייצר כמעט 100% אורניום-235 מ-0.7%.

ניתן להעשיר אורניום באמצעות שתי טכנולוגיות - דיפוזי גז או צנטריפוגה גז. לשימושם, אורניום המופק מעפרות הופך למצב גזי. בצורה של גז, הוא מועשר.

אבקת אורניום

גז אורניום מועשר הופך למצב מוצק - אורניום דו חמצני. אורניום מוצק טהור 235 זה נראה כמו גבישים לבנים גדולים שנמעכים מאוחר יותר לאבקת אורניום.

טבליות אורניום

כדורי אורניום הם דסקיות מתכת מוצקות, באורך של כמה סנטימטרים. על מנת ליצוק טבליות כאלה מאבקת אורניום, הוא מעורבב עם חומר - פלקט, זה משפר את איכות לחיצת הטבליות.

מכונות כביסה בלחץ נאפות בטמפרטורה של 1200 מעלות צלזיוס במשך יותר מיממה כדי להעניק לטבליות חוזק מיוחד ועמידות לטמפרטורות גבוהות. האופן שבו פועלת תחנת כוח גרעינית תלויה במידת הדחיסה והאפייה של דלק האורניום.

טבליות נאפות בקופסאות מוליבדן, כי. רק המתכת הזו מסוגלת לא להימס בטמפרטורות "גיהנומיות" מעל אלף וחצי מעלות. לאחר מכן, דלק אורניום לתחנות כוח גרעיניות נחשב מוכן.

מה זה TVEL ו-TVS?

ליבת הכור נראית כמו דיסק או צינור ענק עם חורים בקירות (תלוי בסוג הכור), גדול פי 5 מגוף אדם. חורים אלה מכילים דלק אורניום, שהאטומים שלו מבצעים את התגובה הרצויה.

אי אפשר פשוט לזרוק דלק לכור, ובכן, אם אתה לא רוצה לקבל פיצוץ של כל התחנה ותאונה עם השלכות על כמה מדינות סמוכות. לכן, דלק אורניום מונח במוטות דלק, ולאחר מכן נאסף במכלולי דלק. מה המשמעות של הקיצורים הללו?

• TVEL - אלמנט דלק (לא להתבלבל עם אותו שם של החברה הרוסית המייצרת אותם). למעשה, מדובר בצינור זירקוניום דק וארוך העשוי מסגסוגות זירקוניום, שלתוכה מכניסים כדורי אורניום. במוטות דלק אטומי אורניום מתחילים לקיים אינטראקציה זה עם זה, ומשחררים חום במהלך התגובה.

זירקוניום נבחר כחומר לייצור מוטות דלק בשל תכונות העמידות שלו ואנטי קורוזיה.

סוג אלמנטי הדלק תלוי בסוג ובמבנה של הכור. ככלל, המבנה והמטרה של מוטות הדלק אינם משתנים; האורך והרוחב של הצינור יכולים להיות שונים.

המכונה מעמיסה יותר מ-200 כדורי אורניום לצינור זירקוניום אחד. בסך הכל, כ-10 מיליון כדורי אורניום פועלים בו זמנית בכור.
FA - מכלול דלק. עובדי NPP מכנים מכלולי דלק צרורות.

למעשה, מדובר במספר TVELs המחוברים זה לזה. מכלולי דלק הם דלק גרעיני מוכן, על מה פועלת תחנת כוח גרעינית. אלו מכלולי דלק שמועמסים לכור גרעיני. כ-150 - 400 מכלולי דלק ממוקמים בכור אחד.
תלוי באיזה כור מכלול הדלק יפעל, הם מגיעים בצורות שונות. לפעמים הצרורות מקופלים לקוביה, לפעמים לצורת גלילית, לפעמים לצורת משושה.

מכלול דלק אחד ל-4 שנות פעילות מייצר את אותה כמות אנרגיה כמו בשריפת 670 קרונות פחם, 730 מכלי גז טבעי או 900 מכלים עמוסים בנפט.
כיום מיוצרים מכלולי הדלק בעיקר במפעלים ברוסיה, צרפת, ארה"ב ויפן.

על מנת לספק דלק לתחנות כוח גרעיניות למדינות אחרות, נאטמים מכלולי הדלק בצינורות מתכת ארוכים ורחבים, אוויר נשאב מהצינורות ומועבר על גבי מטוסי מטען במכונות מיוחדות.

דלק גרעיני לתחנות כוח גרעיניות שוקל הרבה מאוד, tk. אורניום היא אחת המתכות הכבדות ביותר על פני כדור הארץ. המשקל הסגולי שלו הוא פי 2.5 מזה של פלדה.

תחנת כוח גרעינית: עקרון הפעולה

מהו עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית? עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות מבוסס על תגובת שרשרת של ביקוע של אטומים של חומר רדיואקטיבי - אורניום. תגובה זו מתרחשת בליבת כור גרעיני.

חשוב לדעת:

אם לא נכנסים למורכבות הפיזיקה הגרעינית, עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית נראה כך:
לאחר הפעלת הכור הגרעיני, מוסרים ממוטות הדלק מוטות ספיגה, המונעים מהאורניום להגיב.

ברגע שהמוטות מוסרים, ניוטרוני האורניום מתחילים ליצור אינטראקציה זה עם זה.

כאשר נויטרונים מתנגשים, מתרחש מיני פיצוץ ברמה האטומית, אנרגיה משתחררת ונולדים נויטרונים חדשים, מתחילה להתרחש תגובת שרשרת. תהליך זה משחרר חום.

החום מועבר לנוזל הקירור. בהתאם לסוג נוזל הקירור, הוא הופך לקיטור או גז, המסובבים את הטורבינה.

הטורבינה מניעה גנרטור חשמלי. הוא זה שמייצר חשמל.

אם לא תעקבו אחרי התהליך, נויטרונים של אורניום יכולים להתנגש זה בזה עד שהכור יתפוצץ וכל תחנת הכוח הגרעינית תתפוצץ לרסיסים. חיישני מחשב שולטים בתהליך. הם מזהים עלייה בטמפרטורה או שינוי בלחץ בכור ויכולים לעצור את התגובות באופן אוטומטי.

מה ההבדל בין עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות לתחנות כוח תרמיות (תחנות כוח תרמיות)?

הבדלים בעבודה הם רק בשלבים הראשונים. בתחנות כוח גרעיניות נוזל הקירור מקבל חום מביקוע אטומים של דלק אורניום, בתחנות כוח תרמיות נוזל הקירור מקבל חום משריפת דלק אורגני (פחם, גז או נפט). לאחר שהאטומים של האורניום או הגז עם הפחם שחררו חום, תוכניות הפעולה של תחנות כוח גרעיניות ותחנות כוח תרמיות זהות.

סוגי כורים גרעיניים

אופן הפעולה של תחנת כוח גרעינית תלוי באופן שבו פועל הכור הגרעיני שלה. כיום ישנם שני סוגים עיקריים של כורים, המסווגים לפי ספקטרום הנוירונים:
כור נויטרונים איטי, הנקרא גם כור תרמי.

לצורך הפעלתו נעשה שימוש ב-235 אורניום העובר את שלבי ההעשרה, יצירת טבליות אורניום וכו'. כיום, כורי נויטרונים איטיים נמצאים ברובם המוחלט.
כור נויטרונים מהיר.

הכורים האלה הם העתיד, כי הם עובדים על אורניום-238, שהוא פרוטה תריסר בטבע ואין צורך להעשיר את היסוד הזה. החיסרון של כורים כאלה הוא רק בעלויות גבוהות מאוד לתכנון, בנייה והשקה. כיום, כורי נויטרונים מהירים פועלים רק ברוסיה.

נוזל הקירור בכורי נויטרונים מהירים הוא כספית, גז, נתרן או עופרת.

גם כורי נויטרונים איטיים, המשמשים כיום את כל תחנות הכוח הגרעיניות בעולם, מגיעים בכמה סוגים.

ארגון סבא"א (הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית) יצר סיווג משלו, המשמש לרוב בתעשיית הגרעין העולמית. מכיוון שעיקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית תלוי במידה רבה בבחירת נוזל הקירור והמנחה, סוכנות הידיעות הצרפתית ביססה את הסיווג שלה על הבדלים אלה.

מנקודת מבט כימית, תחמוצת דאוטריום היא מנחה ונוזל קירור אידיאלי, מכיוון האטומים שלו מתקשרים בצורה היעילה ביותר עם הנייטרונים של אורניום בהשוואה לחומרים אחרים. במילים פשוטות, מים כבדים מבצעים את משימתם במינימום הפסדים ומקסימום תוצאות. עם זאת, הייצור שלו עולה כסף, בעוד שהרבה יותר קל להשתמש במים ה"קלים" והמוכרים הרגילים עבורנו.

כמה עובדות על כורים גרעיניים...

מעניין שכור אחד בתחנת כוח גרעיני נבנה לפחות ל-3 שנים!
כדי לבנות כור צריך ציוד שפועל על זרם חשמלי של 210 קילו אמפר, שזה פי מיליון מהזרם שיכול להרוג אדם.

פגז אחד (אלמנט מבני) של כור גרעיני שוקל 150 טון. יש 6 אלמנטים כאלה בכור אחד.

כור מים בלחץ

כבר גילינו איך פועלת תחנת הכוח הגרעינית באופן כללי, כדי "לסדר את זה" בואו נראה איך עובד הכור הגרעיני בלחץ הפופולרי ביותר.
בכל העולם כיום נעשה שימוש בכורי מים בלחץ דור 3+. הם נחשבים לאמינים ובטוחים ביותר.

כל כורי המים בלחץ בעולם לאורך כל שנות פעילותם בסך הכל כבר הצליחו לזכות ביותר מ-1000 שנות פעילות ללא תקלות ומעולם לא נתנו סטיות רציניות.

המבנה של תחנות כוח גרעיניות המבוססות על כורי מים בלחץ מרמז כי מים מזוקקים מסתובבים בין מוטות הדלק, מחוממים ל-320 מעלות. כדי למנוע ממנו להיכנס למצב אדים, הוא נשמר בלחץ של 160 אטמוספרות. תוכנית NPP קוראת לזה מים ראשוניים.

המים המחוממים נכנסים למחולל הקיטור ומוציאים את חומם למים של המעגל המשני, ולאחר מכן הם "חוזרים" שוב לכור. כלפי חוץ, זה נראה כאילו הצינורות של מעגל המים הראשוני נמצאים במגע עם צינורות אחרים - המים של המעגל השני, הם מעבירים חום זה לזה, אבל המים אינם יוצרים קשר. צינורות נמצאים במגע.

לפיכך, האפשרות של קרינה להיכנס למים של המעגל המשני, שישתתף עוד יותר בתהליך ייצור החשמל, אינה נכללת.

בטיחות תחנת כוח גרעינית

לאחר שלמדנו את עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות, עלינו להבין כיצד הבטיחות מסודרת. התכנון של תחנות כוח גרעיניות כיום דורש תשומת לב מוגברת לכללי הבטיחות.
עלות הבטיחות של תחנת כוח גרעינית היא כ-40% מהעלות הכוללת של המפעל עצמו.

תכנית NPP כוללת 4 מחסומים פיזיים המונעים שחרור של חומרים רדיואקטיביים. מה המחסומים האלה אמורים לעשות? בזמן הנכון, להיות מסוגל לעצור את התגובה הגרעינית, להבטיח סילוק חום מתמשך מהליבה ומהכור עצמו, ולמנוע שחרור של רדיונוקלידים מההכלה (אזור ההכלה).

• המחסום הראשון הוא החוזק של כדורי האורניום.חשוב שהם לא יקרסו בהשפעת טמפרטורות גבוהות בכור גרעיני. במובנים רבים, אופן הפעולה של תחנת כוח גרעינית תלוי באופן שבו "אפו" כדורי האורניום בשלב הראשוני של הייצור. אם כדורי דלק האורניום נאפים בצורה לא נכונה, התגובות של אטומי האורניום בכור יהיו בלתי צפויות.
• המחסום השני הוא אטימות מוטות הדלק.צינורות זירקוניום חייבים להיות אטומים היטב, אם האטימות נשברת אז במקרה הטוב הכור יינזק והעבודה תופסק, במקרה הרע הכל יעוף לאוויר.
• המחסום השלישי הוא כלי כור פלדה חזק a, (אותו מגדל גדול - אזור בלימה) ש"מחזיק" את כל התהליכים הרדיואקטיביים בפני עצמו. גוף הספינה ניזוק - קרינה תשוחרר לאטמוספירה.
• המחסום הרביעי הוא מוטות הגנה לשעת חירום.מעל האזור הפעיל, מוטות עם מודרים תלויים על מגנטים, שיכולים לספוג את כל הנייטרונים תוך 2 שניות ולעצור את תגובת השרשרת.

אם למרות הקמת תחנת כוח גרעינית עם דרגות הגנה רבות, לא ניתן לקרר את ליבת הכור בזמן הנכון, וטמפרטורת הדלק תעלה ל-2600 מעלות, אז התקווה האחרונה של מערכת הבטיחות נכנסת לתמונה. - מה שנקרא מלכודת ההיתוך.

העובדה היא שבטמפרטורה כזו תתמוסס תחתית כלי הכור, וכל שאריות הדלק הגרעיני והמבנים המותכים יזרמו ל"זכוכית" מיוחדת התלויה מעל ליבת הכור.

מלכודת ההיתוך מקררת ועמידה. הוא מלא במה שנקרא "חומר קורבן", אשר עוצר בהדרגה את תגובת שרשרת הביקוע.

לפיכך, תוכנית NPP מרמזת על מספר דרגות של הגנה, אשר שוללות כמעט לחלוטין כל אפשרות של תאונה.

לאחר תום מלחמת העולם השנייה, מדינות הקואליציה נגד היטלר ניסו במהירות להקדים זו את זו בפיתוח פצצה גרעינית חזקה יותר.

הבדיקה הראשונה, שערכו האמריקאים על חפצים אמיתיים ביפן, חיממה את המצב בין ברית המועצות לארה"ב עד הקצה. הפיצוצים החזקים שרעמו בערים יפניות והרסו כמעט את כל החיים בהן אילצו את סטלין לנטוש טענות רבות על הבמה העולמית. רוב הפיזיקאים הסובייטים "הושלכו" בדחיפות לפיתוח נשק גרעיני.

מתי וכיצד הופיע הנשק הגרעיני

1896 יכולה להיחשב לשנת הלידה של פצצת האטום. זה היה אז כי הכימאי הצרפתי א' בקארל גילה שאורניום הוא רדיואקטיבי. תגובת השרשרת של אורניום יוצרת אנרגיה עוצמתית המשמשת בסיס לפיצוץ נורא. לא סביר שבקרל דמיין שגילויו יוביל ליצירת נשק גרעיני - הנשק הנורא ביותר בעולם כולו.

סוף המאה ה-19 - תחילת המאה ה-20 היווה נקודת מפנה בהיסטוריה של המצאת הנשק הגרעיני. בתקופה זו הצליחו מדענים ממדינות שונות בעולם לגלות את החוקים, הקרניים והיסודות הבאים:

• קרני אלפא, גמא ובטא;
• התגלו איזוטופים רבים של יסודות כימיים בעלי תכונות רדיואקטיביות;
• התגלה חוק ההתפרקות הרדיואקטיבית, הקובע את הזמן והתלות הכמותית של עוצמת ההתפרקות הרדיואקטיבית, בהתאם למספר האטומים הרדיואקטיביים בדגימת הבדיקה;
• איזומטריה גרעינית נולדה.

בשנות ה-30, לראשונה, הם הצליחו לפצל את גרעין האטום של האורניום על ידי קליטת נויטרונים. במקביל, התגלו פוזיטרונים ונוירונים. כל זה נתן תנופה חזקה לפיתוח כלי נשק שהשתמשו באנרגיה אטומית. בשנת 1939, נרשמה פטנט על עיצוב פצצת האטום הראשונה בעולם. זה נעשה על ידי הפיזיקאי הצרפתי פרדריק ז'וליו-קירי.

כתוצאה ממחקר ופיתוח נוספים בתחום זה, נולדה פצצה גרעינית. עוצמתן וטווח ההשמדה של פצצות אטום מודרניות כה גדולות עד שמדינה שיש לה פוטנציאל גרעיני למעשה אינה זקוקה לצבא רב עוצמה, שכן פצצת אטום אחת מסוגלת להרוס מדינה שלמה.

איך עובדת פצצת אטום

פצצת אטום מורכבת מיסודות רבים, העיקריים שבהם:

• חיל הפצצה האטומית;
• מערכת אוטומציה השולטת בתהליך הפיצוץ;
• מטען גרעיני או ראש נפץ.

מערכת האוטומציה ממוקמת בגוף של פצצת אטום, יחד עם מטען גרעיני. עיצוב גוף הספינה חייב להיות אמין מספיק כדי להגן על ראש הנפץ מפני גורמים והשפעות חיצוניות שונות. לדוגמה, השפעות מכניות, תרמיות או דומות שונות, שיכולות להוביל לפיצוץ לא מתוכנן של כוח רב, המסוגל להרוס את כל מה שמסביב.

משימת האוטומציה כוללת שליטה מלאה על הפיצוץ בזמן הנכון, כך שהמערכת מורכבת מהאלמנטים הבאים:

• מכשיר האחראי על פיצוץ חירום;
• אספקת חשמל של מערכת האוטומציה;
• מערער מערכת חיישנים;
• מכשיר פיתול;
• אביזר בטיחות.

כאשר בוצעו הניסויים הראשונים, הועברו פצצות גרעיניות על ידי מטוסים שהספיקו לעזוב את האזור הפגוע. פצצות אטום מודרניות הן כל כך חזקות שאפשר להעביר אותן רק באמצעות טילי שיוט, בליסטיים או אפילו נ"מ.

פצצות אטום משתמשות במגוון מערכות פיצוץ. הפשוט שבהם הוא מכשיר פשוט שמופעל כאשר קליע פוגע במטרה.

אחד המאפיינים העיקריים של פצצות גרעיניות וטילים הוא חלוקתם לקליברים, שהם משלושה סוגים:

• קטן, כוחן של פצצות אטום בקליבר הזה שווה לכמה אלפי טונות של TNT;
• בינוני (עוצמת פיצוץ - כמה עשרות אלפי טונות של TNT);
• גדול, שעוצמת הטעינה שלו נמדדת במיליוני טונות של TNT.

מעניין שלרוב הכוח של כל הפצצות הגרעיניות נמדד בדיוק בשווי TNT, שכן אין קנה מידה למדידת כוחו של פיצוץ עבור נשק אטומי.

אלגוריתמים להפעלת פצצות גרעיניות

כל פצצת אטום פועלת על פי עקרון השימוש באנרגיה גרעינית, המשתחררת במהלך תגובה גרעינית. הליך זה מבוסס על ביקוע של גרעינים כבדים או על סינתזה של ריאות. מכיוון שהתגובה הזו משחררת כמות עצומה של אנרגיה, ובזמן הקצר ביותר האפשרי, רדיוס ההשמדה של פצצה גרעינית מרשים מאוד. בגלל תכונה זו, נשק גרעיני מסווג כנשק להשמדה המונית.

ישנן שתי נקודות עיקריות בתהליך שמתחיל בפיצוץ פצצת אטום:

• זהו המרכז המיידי של הפיצוץ, שבו מתרחשת התגובה הגרעינית;
• מוקד הפיצוץ, שנמצא במקום בו התפוצץ המטען.

האנרגיה הגרעינית המשתחררת במהלך פיצוץ פצצת אטום היא כה חזקה עד שמתחילות רעידות סיסמיות על כדור הארץ. יחד עם זאת, זעזועים אלו מביאים להרס ישיר רק במרחק של כמה מאות מטרים (אם כי, בהתחשב בעוצמת הפיצוץ של הפצצה עצמה, זעזועים אלו כבר אינם משפיעים על דבר).

גורמי נזק בפיצוץ גרעיני

פיצוץ פצצה גרעינית מביא לא רק הרס מיידי נורא. ההשלכות של הפיצוץ הזה יורגשו לא רק על ידי אנשים שנפלו לאזור הפגוע, אלא גם על ידי ילדיהם, שנולדו לאחר הפיצוץ האטומי. סוגי הרס באמצעות נשק אטומי מחולקים לקבוצות הבאות:

• קרינת אור המתרחשת ישירות במהלך הפיצוץ;
• גל ההלם התפשט על ידי פצצה מיד לאחר הפיצוץ;
• דופק אלקטרומגנטי;
• קרינה חודרת;
• זיהום רדיואקטיבי שיכול להימשך עשרות שנים.

למרות שבמבט ראשון, הבזק של אור מהווה את האיום הכי פחות, למעשה, הוא נוצר כתוצאה משחרור כמות עצומה של אנרגיה תרמית וקלה. כוחו וחוזקו עולים בהרבה על כוחן של קרני השמש, כך שתבוסת האור והחום עלולה להיות קטלנית במרחק של מספר קילומטרים.

גם הקרינה שמשתחררת בזמן הפיצוץ מסוכנת מאוד. למרות שהוא לא מחזיק מעמד זמן רב, הוא מצליח להדביק את כל מה שמסביב, שכן יכולת החדירה שלו גבוהה להפליא.

גל ההלם בפיצוץ אטומי פועל כמו אותו גל בפיצוצים קונבנציונליים, רק שעוצמתו ורדיוס ההרס שלו גדולים בהרבה. תוך שניות ספורות הוא גורם נזק בלתי הפיך לא רק לאנשים, אלא גם לציוד, למבנים ולטבע שמסביב.

קרינה חודרת מעוררת התפתחות של מחלת קרינה, ופולס אלקטרומגנטי מסוכן רק לציוד. השילוב של כל הגורמים הללו, בתוספת עוצמת הפיצוץ, הופכים את פצצת האטום לנשק המסוכן ביותר בעולם.

ניסוי הנשק הגרעיני הראשון בעולם

המדינה הראשונה שפיתחה וניסתה נשק גרעיני הייתה ארצות הברית של אמריקה. ממשלת ארה"ב היא שהקצתה סובסידיות עצומות במזומן לפיתוח נשק חדש ומבטיח. עד סוף 1941 הוזמנו לארצות הברית מדענים בולטים רבים בתחום הפיתוח האטומי, שעד 1945 הצליחו להציג אב טיפוס של פצצת אטום המתאימה לבדיקה.

הניסוי הראשון בעולם של פצצת אטום המצוידת במטען נפץ בוצע במדבר במדינת ניו מקסיקו. פצצה בשם "גאדג'ט" פוצצה ב-16 ביולי 1945. תוצאת הניסוי הייתה חיובית, למרות שהצבא דרש לבדוק פצצה גרעינית בתנאי לחימה אמיתיים.

כיוון שראה שנותר רק צעד אחד לפני הניצחון בקואליציה הנאצית, ואולי לא תהיה יותר הזדמנות כזו, החליט הפנטגון לפתוח במתקפה גרעינית על בעלת בריתה האחרונה של גרמניה הנאצית - יפן. בנוסף, השימוש בפצצה גרעינית היה אמור לפתור מספר בעיות בבת אחת:

• כדי להימנע משפיכות דמים מיותרת שתתרחש בהכרח אם כוחות ארצות הברית ידרסו על שטח יפן הקיסרי;
• להפיל את היפנים חסרי הפשרות על ברכיהם במכה אחת, לאלץ אותם להסכים לתנאים נוחים לארצות הברית;
• הראה לברית המועצות (כיריבה אפשרית בעתיד) שלצבא ארה"ב יש נשק ייחודי שיכול למחוק כל עיר מעל פני האדמה;
• וכמובן לראות הלכה למעשה למה נשק גרעיני מסוגל בתנאי לחימה אמיתיים.

ב-6 באוגוסט 1945, הוטלה פצצת האטום הראשונה בעולם על העיר הירושימה היפנית, ששימשה בפעולות צבאיות. פצצה זו כונתה "בייבי", שכן משקלה היה 4 טון. הטלת הפצצה תוכננה בקפידה, והיא פגעה בדיוק היכן שתוכננה. אותם בתים שלא נהרסו בפיצוץ נשרפו, שכן התנורים שנפלו בבתים עוררו שריפות, וכל העיר נבלעה בלהבות.

לאחר הבזק בהיר הגיע גל חום, ששרף את כל החיים ברדיוס של 4 קילומטרים, וגל ההלם שבא בעקבותיו הרס את רוב המבנים.

אלו שנפגעו ממכת חום ברדיוס של 800 מטר נשרפו חיים. גל הפיצוץ קרע מעליהם את עורם השרוף של רבים. כעבור כמה דקות ירד גשם שחור מוזר, שהיה מורכב מקיטור ואפר. אלה שנפלו מתחת לגשם השחור, העור קיבל כוויות חשוכות מרפא.

אותם מעטים שהתמזל מזלם לשרוד חלו במחלת קרינה, שבאותה תקופה לא רק שלא נחקרה, אלא גם לא ידועה לחלוטין. אנשים החלו לפתח חום, הקאות, בחילות והתקפי חולשה.

ב-9 באוגוסט 1945 הוטלה הפצצה האמריקאית השנייה, שנקראה "איש שמן", על העיר נגסאקי. לפצצה הזו הייתה עוצמה זהה לזו של הראשונה, וההשלכות של הפיצוץ שלה היו הרסניות באותה מידה, אם כי אנשים מתו בחצי.

שתי פצצות אטום שהוטלו על ערים יפניות התבררו כמקרה הראשון והיחיד בעולם של שימוש בנשק אטומי. יותר מ-300,000 בני אדם מתו בימים הראשונים לאחר ההפצצה. כ-150 אלף נוספים מתו ממחלת קרינה.

לאחר ההפצצה הגרעינית של ערים יפניות, סטלין קיבל זעזוע של ממש. התברר לו שנושא פיתוח הנשק הגרעיני ברוסיה הסובייטית הוא נושא ביטחוני לכל המדינה. כבר ב-20 באוגוסט 1945 החלה לפעול ועדה מיוחדת לאנרגיה אטומית, אשר נוצרה בדחיפות על ידי א. סטלין.

למרות שמחקר על פיזיקה גרעינית בוצע על ידי קבוצת חובבים ברוסיה הצארית, הוא לא זכה לתשומת לב הראויה בימי ברית המועצות. ב-1938 הופסק לחלוטין כל המחקר בתחום הזה, ומדעני גרעין רבים הודחקו כאויבי העם. לאחר הפיצוצים הגרעיניים ביפן, החלה הממשלה הסובייטית בפתאומיות לשקם את תעשיית הגרעין במדינה.

ישנן עדויות שפיתוח נשק גרעיני בוצע בגרמניה הנאצית, ומדענים גרמנים הם שסיכמו את פצצת האטום האמריקנית ה"גסה", ולכן ממשלת ארה"ב הסירה את כל מומחי הגרעין ואת כל המסמכים הקשורים לפיתוח נשק גרעיני. גֶרמָנִיָה.

בית הספר למודיעין הסובייטי, שבמהלך המלחמה הצליח לעקוף את כל שירותי הביון הזרים, העביר כבר ב-1943 מסמכים סודיים הקשורים לפיתוח נשק גרעיני לברית המועצות. במקביל, סוכנים סובייטים הוכנסו לכל מרכזי המחקר הגרעיני האמריקאיים הגדולים.

כתוצאה מכל האמצעים הללו, כבר בשנת 1946, תנאי ההתייחסות לייצור שתי פצצות גרעיניות מתוצרת סובייטית היו מוכנים:

• RDS-1 (עם מטען פלוטוניום);
• RDS-2 (עם שני חלקים של מטען האורניום).

הקיצור "RDS" פוענח כ"רוסיה עושה את עצמה", שתאם כמעט לחלוטין את המציאות.

הידיעה כי ברית המועצות מוכנה לשחרר את הנשק הגרעיני שלה אילצה את ממשלת ארה"ב לנקוט בצעדים דרסטיים. ב-1949 פותחה תוכנית טרויה, לפיה תוכננה להטיל פצצות אטום על 70 הערים הגדולות בברית המועצות. רק החשש מפני שביתת תגמול מנע את מימוש התוכנית הזו.

המידע המדאיג הזה שהגיע מקציני המודיעין הסובייטי אילץ מדענים לעבוד במצב חירום. כבר באוגוסט 1949 נוסתה פצצת האטום הראשונה שיוצרה בברית המועצות. כאשר נודע לארה"ב על הבדיקות הללו, התוכנית הטרויאנית נדחתה ללא הגבלת זמן. החל עידן העימות בין שתי המעצמות, המכונה בהיסטוריה המלחמה הקרה.

הפצצה הגרעינית החזקה ביותר בעולם, הידועה בשם הצאר בומבי, שייכת בדיוק לתקופת המלחמה הקרה. מדענים סובייטים יצרו את הפצצה החזקה ביותר בהיסטוריה של האנושות. קיבולתו הייתה 60 מגה טון, אם כי תוכנן ליצור פצצה בקיבולת של 100 קילוטון. פצצה זו נוסתה באוקטובר 1961. קוטר כדור האש במהלך הפיצוץ היה 10 קילומטרים, וגל הפיצוץ הקיף את כדור הארץ שלוש פעמים. הניסוי הזה הוא שאילץ את רוב מדינות העולם לחתום על הסכם לסיום ניסויים גרעיניים לא רק באטמוספירה של כדור הארץ, אלא אפילו בחלל.

למרות שנשק אטומי הוא אמצעי מצוין להפחתת מדינות תוקפניות, מצד שני, הם מסוגלים לכבות כל סכסוך צבאי שבניצן, שכן כל הצדדים לסכסוך עלולים להיהרס בפיצוץ אטומי.

כדי להבין את עקרון הפעולה והתכנון של כור גרעיני, אתה צריך לעשות סטיה קצרה לעבר. כור גרעיני הוא חלום מגולם בן מאות שנים, אם כי לא לגמרי, של האנושות על מקור בלתי נדלה של אנרגיה. ה"אב" הקדום שלה הוא אש העשויה מענפים יבשים, שפעם האירה וחיממה את קמרונות המערה, שבה מצאו אבותינו הרחוקים ישועה מהקור. מאוחר יותר, אנשים שלטו בפחמימנים - פחם, פצלים, נפט וגז טבעי.

החל עידן סוער אך קצר מועד של קיטור, אשר הוחלף בעידן פנטסטי אף יותר של חשמל. הערים התמלאו באור, והסדנאות בהמהום של מכונות לא ידועות עד כה המונעות במנועים חשמליים. ואז נראה היה שההתקדמות הגיעה לשיאה.

הכל השתנה בסוף המאה ה-19, כשהכימאי הצרפתי אנטואן אנרי בקאר גילה בטעות שמלחי אורניום הם רדיואקטיביים. לאחר שנתיים, בני ארצו פייר קירי ואשתו מריה סקלודובסקה-קירי השיגו מהם רדיום ופולוניום, ורמת הרדיואקטיביות שלהם הייתה גבוהה פי מיליוני מזו של תוריום ואורניום.

השרביט נאסף על ידי ארנסט רתרפורד, שחקר בפירוט את אופי הקרניים הרדיואקטיביות. כך החל עידן האטום, שהביא לעולם את ילדו האהוב - הכור הגרעיני.

כור גרעיני ראשון

ה"בכור" הוא מארה"ב. בדצמבר 1942, הכור נתן את הזרם הראשון, שקיבל את שמו של יוצרו, אחד מגדולי הפיזיקאים של המאה, א' פרמי. שלוש שנים לאחר מכן, המפעל הגרעיני ZEEP התעורר לחיים בקנדה. "ברונזה" הלך לכור הסובייטי הראשון F-1, שהושק בסוף 1946. I. V. Kurchatov הפך לראש פרויקט הגרעין המקומי. כיום, יותר מ-400 יחידות כוח גרעיניות פועלות בהצלחה בעולם.

סוגי כורים גרעיניים

מטרתם העיקרית היא לתמוך בתגובה גרעינית מבוקרת המייצרת חשמל. חלק מהכורים מייצרים איזוטופים. בקיצור, מדובר במכשירים שבעומקם הופכים חומרים מסוימים לאחרים תוך שחרור כמות גדולה של אנרגיה תרמית. זהו מעין "תנור", שבו במקום דלקים מסורתיים, "שורפים" איזוטופים של אורניום - U-235, U-238 ופלוטוניום (Pu).

בניגוד, למשל, למכונית המיועדת למספר סוגי בנזין, לכל סוג דלק רדיואקטיבי יש סוג כור משלו. ישנם שניים מהם - בניוטרונים איטיים (עם U-235) ומהירים (עם U-238 ו- Pu). רוב תחנות הכוח הגרעיניות מצוידות בכורי נויטרונים איטיים. בנוסף לתחנות כוח גרעיניות, מתקנים "עובדים" במרכזי מחקר, על צוללות גרעיניות ו.

איך הכור

לכל הכורים יש בערך אותה תוכנית. "הלב" שלו הוא האזור הפעיל. ניתן להשוות את זה בערך עם תנור של תנור קונבנציונלי. רק במקום עצי הסקה יש דלק גרעיני בצורה של יסודות דלק עם מנחה - TVELs. האזור הפעיל ממוקם בתוך מעין קפסולה - רפלקטור נויטרונים. מוטות הדלק "נשטפים" על ידי נוזל הקירור - מים. מכיוון של"לב" יש רמה גבוהה מאוד של רדיואקטיביות, הוא מוקף בהגנת קרינה אמינה.

המפעילים שולטים בתפעול המפעל בעזרת שתי מערכות קריטיות, בקרת תגובת השרשרת ומערכת השלט רחוק. אם מתעורר מצב חירום, הגנת חירום מופעלת באופן מיידי.

איך הכור עובד

ה"להבה" האטומית אינה נראית, שכן התהליכים מתרחשים ברמה של ביקוע גרעיני. במהלך תגובת שרשרת, גרעינים כבדים מתפרקים לשברים קטנים יותר, אשר בהיותם במצב נרגש הופכים למקורות של נויטרונים וחלקיקים תת-אטומיים אחרים. אבל התהליך לא מסתיים שם. ניוטרונים ממשיכים "למעוך", וכתוצאה מכך משתחררת אנרגיה רבה, כלומר מה קורה עבורם נבנות תחנות כוח גרעיניות.

המשימה העיקרית של הצוות היא לשמור על תגובת שרשרת בעזרת מוטות בקרה ברמה קבועה ומתכווננת. זהו ההבדל העיקרי שלה מפצצת האטום, שבה תהליך ההתפרקות הגרעיני אינו ניתן לשליטה ומתקדם במהירות, בצורה של פיצוץ חזק.

מה קרה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל

אחד הגורמים העיקריים לאסון בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל באפריל 1986 היה הפרה בוטה של ​​כללי בטיחות תפעוליים בתהליך התחזוקה השוטפת ביחידת הכוח הרביעית. אז הוצאו מהליבה 203 מוטות גרפיט בו זמנית במקום 15 המותרים בתקנות. כתוצאה מכך, תגובת השרשרת הבלתי מבוקרת שהחלה הסתיימה בפיצוץ תרמי ובהרס מוחלט של יחידת הכוח.

כורים מהדור החדש

בעשור האחרון הפכה רוסיה לאחת ממנהיגות הכוח הגרעיני בעולם. נכון לעכשיו, התאגיד הממלכתי Rosatom בונה תחנות כוח גרעיניות ב-12 מדינות, בהן נבנות 34 יחידות כוח. דרישה כה גבוהה היא עדות לרמה הגבוהה של הטכנולוגיה הגרעינית הרוסית המודרנית. הבאים בתור הם הכורים החדשים מהדור הרביעי.

"ברסט"

אחד מהם הוא Brest, שמפותח במסגרת פרויקט Breakthrough. מערכות המחזור הפתוח הנוכחיות פועלות על אורניום מועשר נמוך, ומשאירות מאחוריהן כמות גדולה של דלק מושקע להפטר במחיר עצום. "ברסט" - כור נויטרונים מהיר ייחודי במחזור סגור.

בו, הדלק המושקע, לאחר עיבוד מתאים בכור נויטרונים מהיר, הופך שוב לדלק מן המניין שניתן להטעין בחזרה לאותו מתקן.

ברסט מובחנת ברמת אבטחה גבוהה. הוא לעולם לא "יתפוצץ" אפילו בתאונה החמורה ביותר, הוא חסכוני וידידותי מאוד לסביבה, שכן הוא עושה שימוש חוזר באורניום ה"מחודש" שלו. זה גם לא יכול לשמש לייצור פלוטוניום בדרגת נשק, מה שפותח את הסיכויים הרחבים ביותר לייצוא שלו.

VVER-1200

VVER-1200 הוא כור חדשני מדור 3+ בהספק של 1150 MW. הודות ליכולות הטכניות הייחודיות שלו, יש לו בטיחות תפעולית כמעט מוחלטת. הכור מצויד במערכות בטיחות פסיביות בשפע, שיעבדו גם בהיעדר אספקת חשמל במצב אוטומטי.

אחד מהם הוא מערכת פסיבית להסרת חום, המופעלת אוטומטית כאשר הכור מתרוקן לחלוטין. במקרה זה, מיכלי חירום הידראוליים מסופקים. עם ירידת לחץ חריגה במעגל הראשוני, כמות גדולה של מים המכילים בורון מסופקת לכור, אשר מרווה את התגובה הגרעינית וסופגת נויטרונים.

ידע נוסף נמצא בחלק התחתון של הבלימה - "מלכודת" ההיתוך. אם בכל זאת, כתוצאה מתאונה, הליבה "דולפת", ה"מלכודת" לא תאפשר קריסת הבלימה ותמנע חדירת מוצרים רדיואקטיביים לקרקע.