Cilvēce vienmēr ir meklējusi jaunus enerģijas avotus, kas var atrisināt daudzas problēmas. Tomēr tie ne vienmēr ir droši. Tātad, jo īpaši tie, ko plaši izmanto mūsdienās, lai gan tie spēj radīt vienkārši milzīgu daudzumu elektroenerģijas, kas ikvienam ir nepieciešama, joprojām ir sevī. nāves briesmas. Bet, papildus miermīlīgiem mērķiem, dažas valstis uz mūsu planētas ir iemācījušies to izmantot militāriem mērķiem, it īpaši kodolgalviņu radīšanai. Šajā rakstā tiks apspriests šādu destruktīvu ieroču pamats, kuru nosaukums ir ieroču klases plutonijs.
Īsa informācija
Šī kompaktā metāla forma satur vismaz 93,5% 239Pu izotopa. Ieroču klases plutonijs tika nosaukts tā, lai to varētu atšķirt no tā "reaktora līdzinieka". Principā plutonijs vienmēr veidojas absolūti jebkurā kodolreaktorā, kas savukārt darbojas ar zemu bagātinātu vai dabisko urānu, kas lielākoties satur 238U izotopu.
Pielietojums militārajā rūpniecībā
Ieroču klases plutonijs 239Pu ir kodolieroču pamats. Tajā pašā laikā izotopu ar masas skaitļiem 240 un 242 izmantošanai nav nozīmes, jo tie rada ļoti augstu neitronu fonu, kas galu galā sarežģī ļoti efektīvas kodolmunīcijas izveidi un projektēšanu. Turklāt plutonija izotopiem 240Pu un 241Pu ir ievērojami īsāks pussabrukšanas periods salīdzinājumā ar 239Pu, tāpēc plutonija daļas kļūst ļoti karstas. Tieši šajā sakarā inženieri ir spiesti papildus pievienot elementus, lai kodolieročos noņemtu lieko siltumu. Starp citu, 239Pu tīrā veidā ir siltāks nekā cilvēka ķermenis. Nevar arī neņemt vērā to, ka smago izotopu sabrukšanas procesa produkti pakļauj metāla kristālisko režģi kaitīgām izmaiņām, un tas gluži dabiski maina plutonija daļu konfigurāciju, kas galu galā var cēlonis pilnīga neveiksme kodolsprādzienbīstama ierīce.
Kopumā visas iepriekš minētās grūtības var pārvarēt. Un praksē testi jau ir veikti vairāk nekā vienu reizi, pamatojoties uz "reaktora" plutoniju. Bet jāsaprot, ka kodolieročos to kompaktums, mazais pašsvars, izturība un uzticamība nekādā ziņā nav mazākā nozīme. Šajā sakarā viņi izmanto tikai ieroču klases plutoniju.
Ražošanas reaktoru konstrukcijas iezīmes
Gandrīz viss plutonijs Krievijā tika ražots reaktoros, kas aprīkoti ar grafīta moderatoru. Katrs no reaktoriem ir veidots ap cilindriski samontētiem grafīta blokiem.
Samontējot, starp grafīta blokiem ir speciālas spraugas, lai nodrošinātu nepārtrauktu dzesēšanas šķidruma cirkulāciju, kurā tiek izmantots slāpeklis. Samontētajai konstrukcijai ir arī vertikāli izvietoti kanāli, kas izveidoti ūdens dzesēšanas un degvielas izvadīšanai caur tiem. Pats mezgls ir stingri atbalstīts ar konstrukciju ar atverēm zem kanāliem, ko izmanto jau apstarotās degvielas izvadīšanai. Turklāt katrs no kanāliem atrodas plānsienu caurulē, kas izlieta no viegla un īpaši izturīga alumīnija sakausējuma. Lielākā daļa Aprakstītajos kanālos ir 70 degvielas stieņi. Dzesēšanas ūdens plūst tieši ap degvielas stieņiem, noņemot no tiem lieko siltumu.
Ražošanas reaktoru jaudas palielināšana
Sākotnēji pirmais Mayak reaktors darbojās ar 100 MW siltuma jaudu. Tomēr Padomju Savienības kodolieroču programmas galvenais vadītājs izteica priekšlikumu, kas paredzēja, ka reaktors jāiekļauj ziemas laiks strādāja ar jaudu 170-190 MW, bet vasarā - 140-150 MW. Šī pieeja ļāva reaktoram saražot gandrīz 140 gramus vērtīgā plutonija dienā.
1952. gadā tika veikts pilnvērtīgs pētniecības darbs, lai palielinātu strādājošo reaktoru ražošanas jaudu, izmantojot šādas metodes:
- Palielinot dzesēšanai izmantotā ūdens plūsmu un plūstot cauri atomelektrostacijas serdeņiem.
- Palielinot izturību pret korozijas parādību, kas rodas kanāla starplikas tuvumā.
- Grafīta oksidācijas ātruma samazināšana.
- Temperatūras paaugstināšanās kurināmā elementu iekšpusē.
Rezultātā cirkulējošā ūdens caurlaidspēja ievērojami palielinājās pēc tam, kad tika palielināta sprauga starp degvielu un kanāla sienām. Arī no korozijas izdevās tikt vaļā. Šim nolūkam tika izvēlēti vispiemērotākie alumīnija sakausējumi un sāka aktīvi pievienot nātrija bihromātu, kas galu galā palielināja dzesēšanas ūdens maigumu (pH kļuva aptuveni 6,0-6,2). Grafīta oksidēšana vairs nebija aktuāla problēma pēc tam, kad tā atdzesēšanai tika izmantots slāpeklis (iepriekš tika izmantots tikai gaiss).
50. gadu beigās inovācijas tika pilnībā realizētas praksē, samazinot radiācijas izraisīto ļoti nevajadzīgo urāna inflāciju, būtiski samazinot urāna stieņu karstuma sacietēšanu, uzlabojot apšuvuma pretestību un palielinot ražošanas kvalitātes kontroli.
Ražošana uzņēmumā Mayak
"Čeļabinska-65" ir viena no tām ļoti slepenajām rūpnīcām, kur tika radīts ieroču klases plutonijs. Uzņēmumam bija vairāki reaktori, un mēs sīkāk aplūkosim katru no tiem.
Reaktors A
Instalācija tika izstrādāta un izveidota leģendārā N. A. Dollezhal vadībā. Tas darbojās ar 100 MW jaudu. Reaktoram bija 1149 vertikāli izvietoti vadības un degvielas kanāli grafīta blokā. Struktūras kopējais svars bija aptuveni 1050 tonnas. Gandrīz visi kanāli (izņemot 25) bija noslogoti ar urānu, kura kopējā masa bija 120-130 tonnas. 17 kanāli tika izmantoti kontroles stieņiem, bet 8 - eksperimentiem. Maksimālais rādītājs Kurināmā elementa projektētā siltuma izdalīšana bija 3,45 kW. Sākumā reaktors dienā saražoja aptuveni 100 gramus plutonija. Pirmais metāliskais plutonijs tika ražots 1949. gada 16. aprīlī.
Tehnoloģiskie trūkumi
Gandrīz uzreiz tika konstatētas diezgan nopietnas problēmas, kas sastāvēja no alumīnija uzliku korozijas un degvielas elementu pārklājuma. Urāna stieņi arī uzbriest un bojāti, izraisot dzesēšanas ūdens noplūdi tieši reaktora aktīvajā zonā. Pēc katras noplūdes reaktors bija jāaptur līdz 10 stundām, lai grafītu izžāvētu ar gaisu. 1949. gada janvārī kanālu starplikas tika nomainītas. Pēc tam instalācija tika uzsākta 1949. gada 26. martā.
Ieroču klases plutonijs, kura ražošanu reaktorā A pavadīja visdažādākās grūtības, tika ražots laika posmā no 1950. līdz 1954. gadam ar vidējo vienības jaudu 180 MW. Sekojošo reaktora darbību sāka pavadīt intensīvāka izmantošana, kas gluži dabiski izraisīja biežākas izslēgšanas (līdz 165 reizēm mēnesī). Rezultātā reaktors tika slēgts 1963. gada oktobrī un atsāka darboties tikai 1964. gada pavasarī. Tas pilnībā pabeidza savu kampaņu 1987. gadā un visā daudzu gadu darbības laikā saražoja 4,6 tonnas plutonija.
AB reaktori
Trīs AB reaktorus tika nolemts būvēt uzņēmumā Čeļabinska-65 1948. gada rudenī. Viņu ražošanas jauda bija 200-250 grami plutonija dienā. Projekta galvenais projektētājs bija A. Savins. Katrs reaktors sastāvēja no 1996 kanāliem, no kuriem 65 bija kontroles kanāli. Instalācijās tika izmantots tehniskais jauninājums – katrs kanāls bija aprīkots ar speciālu dzesēšanas šķidruma noplūdes detektoru. Šis solis ļāva mainīt starplikas, neapturot paša reaktora darbību.
Pirmais reaktoru darbības gads liecināja, ka tie saražoja aptuveni 260 gramus plutonija dienā. Taču jau no otrā darbības gada jauda tika pakāpeniski palielināta, un jau 1963. gadā tās rādītājs bija 600 MW. Pēc otrā kapitālā remonta problēma ar oderēm tika pilnībā atrisināta, un jauda jau bija 1200 MW ar gada plutonija produkciju 270 kilogramu apmērā. Šie rādītāji saglabājās līdz reaktoru pilnīgai aizvēršanai.
AI-IR reaktors
Izmantoja Čeļabinskas uzņēmums šī instalācija laika posmā no 1951.gada 22.decembra līdz 1987.gada 25.maijam. Papildus urānam reaktorā tika ražots arī kobalts-60 un polonijs-210. Sākotnēji iekārta ražoja tritiju, bet vēlāk sāka ražot plutoniju.
Arī ieroču plutonija pārstrādes rūpnīcā darbojās reaktori ar smago ūdeni un viens vieglā ūdens reaktors (tās nosaukums bija “Ruslan”).
Sibīrijas milzis
"Tomsk-7" bija rūpnīcas nosaukums, kurā atradās pieci reaktori plutonija radīšanai. Katra no vienībām izmantoja grafītu, lai palēninātu neitronu darbību, un parasto ūdeni, lai nodrošinātu pareizu dzesēšanu.
I-1 reaktors darbojās ar dzesēšanas sistēmu, kurā vienu reizi tika cauri ūdens. Tomēr pārējās četras iekārtas bija aprīkotas ar slēgtām primārajām ķēdēm, kas aprīkotas ar siltummaiņiem. Šis dizains ļāva papildus ražot tvaiku, kas savukārt palīdzēja elektroenerģijas ražošanā un dažādu dzīvojamo telpu apkurē.
Tomskas-7 bija arī reaktors ar nosaukumu EI-2, kuram, savukārt, bija divi mērķi: tas ražoja plutoniju un, pateicoties radītajam tvaikam, radīja 100 MW elektroenerģijas, kā arī 200 MW siltumenerģiju.
Svarīga informācija
Pēc zinātnieku domām, ieroču kvalitātes plutonija pussabrukšanas periods ir aptuveni 24 360 gadi. Milzīgs skaits! Šajā sakarā īpaši aktuāls kļūst jautājums: "Kā pareizi rīkoties ar šī elementa ražošanas atkritumiem?" Labākais variants tiek uzskatīts par īpašu uzņēmumu celtniecību ieroču kvalitātes plutonija turpmākai apstrādei. Tas skaidrojams ar to, ka šajā gadījumā elementu vairs nevarēs izmantot militāriem mērķiem un tas būs cilvēka kontrolē. Tieši šādā veidā Krievijā tiek iznīcināts ieroču kvalitātes plutonijs, taču Amerikas Savienotās Valstis ir izvēlējušās citu ceļu, tādējādi pārkāpjot savas starptautiskās saistības.
Tādējādi Amerikas valdība ierosina ļoti bagātinātu materiālu iznīcināt nevis ar rūpnieciskiem līdzekļiem, bet gan atšķaidot plutoniju un uzglabājot to īpašos konteineros 500 metru dziļumā. Pats par sevi saprotams, ka šajā gadījumā materiālu jebkurā laikā var viegli noņemt no zemes un atkal izmantot militārām vajadzībām. Pēc Krievijas prezidenta Vladimira Putina teiktā, sākotnēji valstis vienojās iznīcināt plutoniju nevis ar šo metodi, bet gan veikt apglabāšanu rūpnieciskajos objektos.
Ieroču kvalitātes plutonija izmaksas ir pelnījušas īpašu uzmanību. Pēc ekspertu domām, desmitiem tonnu šī elementa var maksāt vairākus miljardus ASV dolāru. Un daži eksperti pat ir novērtējuši, ka 500 tonnas ieroču kvalitātes plutonija sasniedz 8 triljonus dolāru. Summa tiešām iespaidīga. Lai padarītu skaidrāku, cik daudz naudas ir, pieņemsim, ka 20. gadsimta pēdējos desmit gados Krievijas vidējais gada IKP bija 400 miljardi USD. Tas ir, faktiski ieroču kvalitātes plutonija reālā cena bija vienāda ar divdesmit Krievijas Federācijas gada IKP.
| Plutonijs | |
|---|---|
| Atomu skaits | 94 |
| Izskats vienkārša viela | |
| Atoma īpašības | |
| Atomu masa (molmasa) |
244,0642 a. e.m. (/mol) |
| Atomu rādiuss | 151 vakarā |
| Jonizācijas enerģija (pirmais elektrons) |
491,9 (5,10) kJ/mol (eV) |
| Elektroniskā konfigurācija | 5f 6 7s 2 |
| Ķīmiskās īpašības | |
| Kovalentais rādiuss | n/a pm |
| Jonu rādiuss | (+4e) 93 (+3e) 108 pm |
| Elektronegativitāte (pēc Paulinga vārdiem) |
1,28 |
| Elektrodu potenciāls | Pu←Pu 4+ -1,25V Pu←Pu 3+ -2.0V Pu←Pu 2+ -1,2V |
| Oksidācijas stāvokļi | 6, 5, 4, 3 |
| Vienkāršas vielas termodinamiskās īpašības | |
| Blīvums | 19,84 /cm³ |
| Molārā siltuma jauda | 32,77 J/(mol) |
| Siltumvadītspēja | (6,7) W/( ·) |
| Kušanas temperatūra | 914 |
| Kušanas siltums | 2,8 kJ/mol |
| Vārīšanās temperatūra | 3505 |
| Iztvaikošanas siltums | 343,5 kJ/mol |
| Molārais tilpums | 12,12 cm³/mol |
| Vienkāršas vielas kristāla režģis | |
| Režģa struktūra | monoklīnika |
| Režģa parametri | a=6,183 b=4,822 c=10,963 β=101,8 |
| c/a attiecība | — |
| Debye temperatūra | 162 |
Plutonijs- aktinīdu grupas radioaktīvs ķīmiskais elements, ko plaši izmanto ražošanā atomieroči(tā sauktais "ieroču klases plutonijs"), kā arī (eksperimentāli) kā kodoldegviela kodolreaktoriem civiliem un pētniecības nolūkiem. Pirmais mākslīgais elements, kas iegūts svēršanai pieejamajos daudzumos (1942).
Labajā pusē esošajā tabulā parādītas galvenās α-Pu īpašības, kas ir plutonija galvenā allotropā modifikācija istabas temperatūrā un normālā spiedienā.
Plutonija vēsture
Plutonija izotopu 238 Pu pirmo reizi mākslīgi ražoja 1941. gada 23. februārī amerikāņu zinātnieku grupa Glenna Sīborga vadībā, apstarojot kodolus. urāns deuterons. Zīmīgi, ka tikai pēc mākslīgā ražošana dabā tika atklāts plutonijs: urāna rūdās parasti nelielos daudzumos atrodams 239 Pu kā urāna radioaktīvās pārveidošanas produkts.
Plutonija atrašana dabā
Urāna rūdās urāna kodolu neitronu (piemēram, neitronu no kosmiskā starojuma) uztveršanas rezultātā, neptūnijs(239 Np), kura β-sabrukšanas produkts ir dabiskais plutonijs-239. Taču plutonijs veidojas tādos mikroskopiskos daudzumos (0,4-15 daļas Pu uz 10 12 daļām U), ka tā ieguve no urāna rūdām vairs nav iespējama.
vārda izcelsme plutonijs
1930. gadā astronomisko pasauli saviļņoja brīnišķīgas ziņas: atklāta jauna planēta, par kuras eksistenci jau sen runāja astronoms, matemātiķis un fantastisku eseju par dzīvi uz Marsa autors Persivals Lovels. Balstīts uz daudzu gadu kustību novērojumiem Urāns Un Neptūns Lovels nonāca pie secinājuma, ka aiz Neptūna iekšā Saules sistēma jābūt citai, devītajai planētai, kas ir četrdesmit reizes tālāk no Saules nekā Zeme.
Šo planētu, kuras orbitālos elementus Lovels aprēķināja tālajā 1915. gadā, atklāja fotogrāfijās, kuras 1930. gada 21., 23. un 29. janvārī uzņēma astronoms K. Tombs Flagstafas observatorijā ( ASV) . Planēta tika nosaukta Plutons. 94. elements, kas mākslīgi iegūts 1940. gada beigās no kodoliem, tika nosaukts šīs planētas vārdā, kas atrodas Saules sistēmā aiz Neptūna. atomi urāns amerikāņu zinātnieku grupa G. Sīborga vadībā.
Fizikālās īpašības plutonijs
Ir 15 plutonija izotopi - B lielākajiem daudzumiem Tiek iegūti izotopi ar masas skaitļiem no 238 līdz 242:
238 Pu -> (pusperiods 86 gadi, alfa sabrukšana) -> 234 U,
Šis izotops tiek izmantots gandrīz tikai RTG kosmosa vajadzībām, piemēram, uz visiem transportlīdzekļiem, kas lidojuši ārpus Marsa orbītas.
239 Pu -> (pusperiods 24 360 gadi, alfa sabrukšana) -> 235 U,
Šis izotops ir vispiemērotākais kodolieroču un ātro neitronu kodolreaktoru būvniecībai.
240 Pu -> (pusperiods 6580 gadi, alfa sabrukšana) -> 236 U, 241 Pu -> (pusperiods 14,0 gadi, beta sabrukšana) -> 241 Am, 242 Pu -> (pusperiods 370 000 gadi, alfa -sabrukšana) -> 238 U
Šiem trim izotopiem nav nopietnas rūpnieciskas nozīmes, bet tie tiek iegūti kā blakusprodukti, iegūstot enerģiju kodolreaktoros, izmantojot urānu, secīgi uztverot vairākus neitronus ar urāna-238 kodoliem. Izotops 242 pēc kodolīpašībām ir vislīdzīgākais urānam-238. Dūmu detektoros tika izmantots amerīcijs-241, kas iegūts, sabrūkot izotopam 241.
Plutonijs ir interesants, jo tajā notiek sešas fāzes pārejas no sacietēšanas temperatūras uz istabas temperatūru, kas ir vairāk nekā jebkurš cits ķīmiskais elements. Ar pēdējo blīvums strauji palielinās par 11%, kā rezultātā plutonija lējumi plaisā. Alfa fāze ir stabila istabas temperatūrā, kuras īpašības ir norādītas tabulā. Lietošanai ērtāka ir delta fāze, kurai ir mazāks blīvums, un kubiskā korpusa centrālais režģis. Plutonijs delta fāzē ir ļoti elastīgs, bet alfa fāze ir trausla. Lai stabilizētu plutoniju delta fāzē, tiek izmantots dopings ar trīsvērtīgiem metāliem (pirmajos kodollādiņos tika izmantots gallijs).
Plutonija pielietojums
Pirmais kodollādiņš uz plutonija bāzes tika uzspridzināts 1945. gada 16. jūlijā Alamogordo izmēģinājumu poligonā (pārbaudē). koda vārds Trīsvienība).
Plutonija bioloģiskā loma
Plutonijs ir ļoti toksisks; Maksimāli pieļaujamā 239 Pu koncentrācija atklātās ūdenstilpēs un darba telpu gaisā ir attiecīgi 81,4 un 3,3 * 10 −5 Bq/l. Lielākajai daļai plutonija izotopu ir augsts jonizācijas blīvums un īss daļiņu ceļa garums, tāpēc tā toksicitāti nosaka ne tik daudz tā ķīmiskās īpašības (šajā ziņā plutonijs, iespējams, nav toksiskāks par citiem smagajiem metāliem), bet gan jonizējošo efektu. uz apkārtējiem ķermeņa audiem. Plutonijs pieder pie elementu grupas ar īpaši augstu radiotoksicitāti. Organismā plutonijs rada lielas neatgriezeniskas izmaiņas skeletā, aknās, liesā, nierēs un izraisa vēzi. Maksimālais pieļaujamais plutonija saturs organismā nedrīkst pārsniegt desmitdaļas mikrogramu.
Ar tēmu saistīti mākslas darbi plutonijs
- Plutonijs tika izmantots De Lorean DMC-12 mašīnai filmā Back to the Future kā degvielu plūsmas akumulatoram, lai ceļotu uz nākotni vai pagātni.
— Toma Klensija filmā “Visas pasaules bailes” Denverā, ASV, teroristu uzspridzinātās atombumbas lādiņš tika izgatavots no plutonija.
— Kenzaburo Oe “Spiegu skrējēja piezīmes”
— 2006. gadā Beacon Pictures izlaida filmu Plutonijs-239 ( "Pu-239")
Ķīmija
Plutonijs Pu – elements Nr.94 ir saistīts ar ļoti lielām cilvēces cerībām un ļoti lielām bailēm. Mūsdienās tas ir viens no svarīgākajiem, stratēģiski svarīgākajiem elementiem. Tas ir visdārgākais no tehniski svarīgajiem metāliem – tas ir daudz dārgāks par sudrabu, zeltu un platīnu. Viņš ir patiesi dārgs.
Fons un vēsture
Sākumā bija protoni – galaktikas ūdeņradis. Tās saspiešanas un sekojošo kodolreakciju rezultātā izveidojās visneticamākie nukleonu “lietņi”. Starp tiem, šie "lietņi", acīmredzot bija tie, kas satur 94 protonus. Teorētiķu aplēses liecina, ka aptuveni 100 nukleonu veidojumi, kas ietver 94 protonus un no 107 līdz 206 neitronus, ir tik stabili, ka tos var uzskatīt par elementa Nr.94 izotopu kodoliem.
Taču visi šie izotopi – hipotētiskie un reālie – nav tik stabili, lai izdzīvotu līdz mūsdienām kopš Saules sistēmas elementu veidošanās. Elementa Nr.94 visilgākā izotopa pussabrukšanas periods ir 81 miljons gadu. Galaktikas vecums mērāms miljardos gadu. Līdz ar to “sākotnējam” plutonijam nebija izredžu izdzīvot līdz mūsdienām. Ja tas radās lielās Visuma elementu sintēzes laikā, tad tie senie tā atomi “izmira” jau sen, tāpat kā izmira dinozauri un mamuti.
20. gadsimtā jauns laikmets, AD, šis elements tika izveidots no jauna. No 100 iespējamajiem plutonija izotopiem ir sintezēti 25. No tiem 15 kodolīpašības ir pētītas. Četri atrasti praktiska izmantošana. Un tas tika atvērts pavisam nesen. 1940. gada decembrī, kad urāns tika apstarots ar smagajiem ūdeņraža kodoliem, amerikāņu radioķīmiķu grupa Glenna T. Sīborga vadībā atklāja iepriekš nezināmu alfa daļiņu emitētāju, kura pussabrukšanas periods bija 90 gadi. Šis emitētājs izrādījās elementa Nr.94 izotops ar masas skaitli 238. Tajā pašā gadā, bet dažus mēnešus agrāk, E.M. Makmilans un F. Abelsons ieguva pirmo elementu, kas bija smagāks par urānu, elementa numurs 93. Šo elementu sauca par neptūniju, bet elementu 94 sauca par plutoniju. Vēsturnieks noteikti teiks, ka šie vārdi cēlušies romiešu mitoloģijā, taču pēc būtības šo vārdu izcelsme drīzāk nav mitoloģiska, bet gan astronomiska.
Elementi Nr.92 un 93 nosaukti Saules sistēmas attālo planētu - Urāna un Neptūna vārdā, taču Neptūns nav pēdējais Saules sistēmā, vēl tālāk atrodas Plutona orbīta - planēta, par kuru vēl gandrīz nekas nav zināms. .. Līdzīga konstrukcija Mēs arī redzam periodiskās tabulas “kreisajā flangā”: urāns - neptūnijs - plutonijs, tomēr cilvēce par plutoniju zina daudz vairāk nekā par Plutonu. Starp citu, astronomi atklāja Plutonu tikai desmit gadus pirms plutonija sintēzes – gandrīz tikpat daudz laika šķīra Urāna – planētas un urāna – elementa atklājumi.
Mīklas kriptogrāfiem
Elementa Nr.94 pirmais izotops plutonijs-238 šajās dienās ir atradis praktisku pielietojumu. Bet 40. gadu sākumā viņi par to pat nedomāja. Ir iespējams iegūt plutoniju-238 praktiski interesējošos daudzumos, tikai paļaujoties uz spēcīgo kodolrūpniecību. Tolaik tas bija tikai sākuma stadijā. Taču jau bija skaidrs, ka, atbrīvojot smago radioaktīvo elementu kodolos ietverto enerģiju, iespējams iegūt bezprecedenta jaudas ieročus. Parādījās Manhetenas projekts, kuram nebija nekas vairāk kā kopīgs nosaukums ar slaveno Ņujorkas apkaimi. Šis bija vispārējais nosaukums visiem darbiem, kas saistīti ar pirmo atombumbu radīšanu ASV. Manhetenas projekta vadītāju iecēla nevis zinātnieks, bet gan militārists ģenerālis Grovs, kurš savus augsti izglītotos apsūdzības nosauca par “salauztiem katliem”.
“Projekta” vadītājus neinteresēja plutonijs-238. Tā kodoli, tāpat kā visu plutonija izotopu kodoli ar pāra masas skaitļiem, nav skaldāmi ar zemas enerģijas neitroniem, tāpēc tas nevarētu kalpot kā kodolsprāgstviela. Tomēr pirmie ne pārāk skaidrie ziņojumi par elementiem Nr.93 un 94 drukātā veidā parādījās tikai 1942.gada pavasarī.
Kā mēs to varam izskaidrot? Fiziķi saprata: plutonija izotopu ar nepāra masas skaitļiem sintēze bija laika jautājums un ne pārāk ilga. Paredzams, ka nepāra izotopi, piemēram, urāns-235, spēs atbalstīt kodola ķēdes reakciju. Daži cilvēki tos uzskatīja par potenciālām kodolsprāgstvielām, kuras vēl nebija saņemtas. Un šīs cerības plutonijs, diemžēl, viņš to attaisnoja.
Tā laika šifrēšanā elements Nr.94 tika saukts ne mazāk kā... vara. Un, kad radās nepieciešamība pēc paša vara (kā dažu detaļu konstrukcijas materiāla), tad kodos līdzās “varam” parādījās “īsts varš”.
"Labā un ļaunā atziņas koks"
1941. gadā tika atklāts svarīgākais plutonija izotops - izotops ar masas skaitli 239. Un gandrīz uzreiz apstiprinājās teorētiķu prognoze: plutonija-239 kodoli tika sadalīti termisko neitronu ietekmē. Turklāt to skaldīšanas laikā radās ne mazāk neitronu nekā urāna-235 skaldīšanas laikā. Tūlīt tika ieskicēti veidi, kā iegūt šo izotopu lielos daudzumos...
Ir pagājuši gadi. Tagad nevienam nav noslēpums, ka arsenālos glabātās kodolbumbas ir piepildītas ar plutoniju-239 un ka ar šīm bumbām pietiek, lai nodarītu neatgriezenisku kaitējumu visai dzīvībai uz Zemes.
Pastāv plaši izplatīts uzskats, ka cilvēce nepārprotami steidzās ar kodolķēdes reakcijas atklāšanu (tās neizbēgamās sekas bija kodolbumbas radīšana). Jūs varat domāt savādāk vai izlikties, ka domājat savādāk - patīkamāk ir būt optimistam. Taču pat optimisti neizbēgami saskaras ar jautājumu par zinātnieku atbildību. Mēs atceramies triumfējošo 1954. gada jūnija dienu, dienu, kad pirmā atomelektrostacija Obņinskā. Taču mēs nevaram aizmirst 1945. gada augusta rītu – “Hirošimas rītu”, “Alberta Einšteina melno dienu”... Mēs atceramies pirmos pēckara gadus un nikno atomu šantāžu – Amerikas politikas pamatu tajos gados. . Bet vai turpmākajos gados cilvēce nav piedzīvojusi daudz nepatikšanas? Turklāt šīs bažas daudzkārt pastiprināja apziņa, ka gadījumā, ja izceltos jauns uzliesmojums Pasaules karš, tiks palaisti kodolieroči.
Šeit jūs varat mēģināt pierādīt, ka plutonija atklāšana neradīja cilvēcei bailes, ka, gluži pretēji, tas bija tikai noderīgi.
Teiksim, gadījās, ka nez kāpēc vai, kā senos laikos teica, pēc Dieva gribas, plutonijs zinātniekiem bija nepieejams. Vai tad mūsu bailes un bažas mazinātos? Nekas nav noticis. Kodolbumbas tiktu izgatavotas no urāna-235 (un ne mazākā daudzumā kā no plutonija), un šīs bumbas "apēstu" vēl lielāku budžeta daļu nekā tagad.
Taču bez plutonija nebūtu izredžu plašā mērogā izmantot kodolenerģiju miermīlīgiem nolūkiem. Urāna-235 vienkārši nepietiktu "mierīgam atomam". Ļaunums, ko cilvēcei nodarījis kodolenerģijas atklāšana, pat daļēji netiktu līdzsvarots ar “labā atoma” sasniegumiem.
Kā izmērīt, ar ko salīdzināt
Kad plutonija-239 kodolu neitroni sadala divos aptuveni vienādas masas fragmentos, atbrīvojas aptuveni 200 MeV enerģijas. Tas ir 50 miljonus reižu vairāk enerģijas, kas izdalās slavenākajā eksotermiskajā reakcijā C + O 2 = CO 2. “Sadedzinot” kodolreaktorā, grams plutonija dod 2107 kcal. Lai nepārkāptu tradīcijas (un populāros rakstos kodoldegvielas enerģiju parasti mēra nesistēmiskās mērvienībās - ogļu, benzīna, trinitrotoluola u.c. tonnās), mēs arī atzīmējam: tā ir enerģija, ko satur 4 tonnas. no oglēm. Un parastais uzpirkstenis satur tādu plutonija daudzumu, kas enerģētiski atbilst četrdesmit autokravām labas bērza malkas.
Tāda pati enerģija tiek atbrīvota urāna-235 kodolu sadalīšanās laikā ar neitroniem. Bet lielākā daļa dabiskā urāna (99,3%!) ir izotops 238 U, ko var izmantot, tikai pārvēršot urānu par plutoniju...
Akmeņu enerģija
Novērtēsim dabiskajās urāna rezervēs esošos energoresursus.
Urāns ir mikroelements un atrodams gandrīz visur. Ikviens, kurš ir apmeklējis, piemēram, Karēliju, droši vien atcerēsies granīta laukakmeņus un piekrastes klintis. Taču daži cilvēki zina, ka tonnā granīta ir līdz 25 g urāna. Granīti veido gandrīz 20% no svara zemes garoza. Ja rēķinām tikai urānu-235, tad tonnā granīta ir 3,5-105 kcal enerģijas. Tas ir daudz, bet...
Granīta apstrādei un urāna ieguvei no tā nepieciešams tērēt vēl lielāku enerģijas daudzumu - aptuveni 106-107 kcal/t. Tagad, ja kā enerģijas avotu būtu iespējams izmantot ne tikai urānu-235, bet arī urānu-238, tad granītu varētu uzskatīt vismaz par potenciālu enerģijas izejvielu. Tad no tonnas akmens iegūtā enerģija būtu no 8-107 līdz 5-108 kcal. Tas atbilst 16-100 tonnām ogļu. Un šajā gadījumā granīts varētu nodrošināt cilvēkiem gandrīz miljons reižu vairāk enerģijas nekā visas ķīmiskās degvielas rezerves uz Zemes.
Bet urāna-238 kodoli nesadalās ar neitroniem. Priekš atomenerģijašis izotops ir bezjēdzīgs. Precīzāk, tas būtu bezjēdzīgi, ja to nevarētu pārvērst par plutoniju-239. Un kas ir īpaši svarīgi: šai kodolpārveidei praktiski nav jātērē enerģija - tieši otrādi, šajā procesā tiek ražota enerģija!
Mēģināsim izdomāt, kā tas notiek, bet vispirms daži vārdi par dabisko plutoniju.
400 tūkstošus reižu mazāks par rādiju
Jau tika teikts, ka plutonija izotopi nav saglabājušies kopš elementu sintēzes mūsu planētas veidošanās laikā. Bet tas nenozīmē, ka uz Zemes nav plutonija.
Tas visu laiku veidojas urāna rūdās. Uztverot neitronus no kosmiskā starojuma un neitronus, kas rodas urāna-238 kodolu spontānās skaldīšanas rezultātā, daži - ļoti nedaudzi - šī izotopa atomi pārvēršas par urāna-239 atomiem. Šie kodoli ir ļoti nestabili; tie izstaro elektronus un tādējādi palielina to lādiņu. Veidojas neptūnijs, pirmais transurāna elements. Neptūnijs-239 ir arī ļoti nestabils, un tā kodoli izstaro elektronus. Tikai 56 stundu laikā puse no neptūnija-239 pārvēršas par plutoniju-239, kura pussabrukšanas periods jau ir diezgan garš - 24 tūkstoši gadu.
Kāpēc plutonijs netiek iegūts no urāna rūdām?? Zema, pārāk zema koncentrācija. “Ražošana uz gramu - darbs gadā” - tas ir aptuveni rādijs, un plutonijs rūdās ir 400 tūkstošus reižu mazāks par rādiju. Tāpēc ir ārkārtīgi grūti ne tikai iegūt, bet pat atklāt “sauszemes” plutoniju. Tas tika darīts tikai pēc tam, kad tika pētītas kodolreaktoros ražotā plutonija fizikālās un ķīmiskās īpašības.
Plutonijs tiek uzkrāts kodolreaktoros. Spēcīgās neitronu plūsmās notiek tāda pati reakcija kā urāna rūdās, taču plutonija veidošanās un uzkrāšanās ātrums reaktorā ir daudz lielāks - miljardu miljardu reižu. Balasta urāna-238 pārvēršanas reakcijai par enerģētisko plutoniju-239 tiek radīti optimāli (pieļaujamā robežās) apstākļi.
Ja reaktors darbojas uz termiskiem neitroniem (atgādinām, ka to ātrums ir aptuveni 2000 m sekundē un to enerģija ir daļa no elektronvolta), tad no dabīgā urāna izotopu maisījuma tiek iegūts plutonija daudzums, kas ir nedaudz mazāks par “izdegusī” urāna-235 daudzums. Nedaudz, bet mazāk, plus neizbēgamie plutonija zudumi ķīmiskās atdalīšanas laikā no apstarotā urāna. Turklāt kodola ķēdes reakcija tiek uzturēta dabiskajā urāna izotopu maisījumā tikai līdz tiek patērēta neliela urāna-235 daļa. No tā izriet loģisks secinājums: “termiskais” reaktors, kurā tiek izmantots dabīgais urāns – galvenais pašlaik darbojošos reaktoru veids – nevar nodrošināt paplašinātu kodoldegvielas reprodukciju. Bet kas tad ir daudzsološs? Lai atbildētu uz šo jautājumu, salīdzināsim kodolenerģijas ķēdes reakcijas gaitu urānā-235 un plutonijā-239 un ieviesīsim mūsu diskusijās citu fizisku jēdzienu.
Jebkuras kodoldegvielas vissvarīgākā īpašība ir vidējais neitronu skaits, kas emitēti pēc tam, kad kodols ir notvēris vienu neitronu. Fiziķi to sauc par eta skaitli un apzīmē ar grieķu burtu q. Urāna “termiskajos” reaktoros tiek novērota šāda shēma: katrs neitrons ģenerē vidēji 2,08 neitronus (η = 2,08). Plutonijs, kas ievietots šādā reaktorā termisko neitronu ietekmē, dod η = 2,03. Bet ir arī reaktori, kas darbojas ar ātriem neitroniem. Ir bezjēdzīgi ielādēt dabisku urāna izotopu maisījumu šādā reaktorā: ķēdes reakcija nenotiks. Bet, ja “izejviela” ir bagātināta ar urānu-235, to var attīstīt “ātrā” reaktorā. Šajā gadījumā c jau būs vienāds ar 2,23. Un plutonijs, kas pakļauts ātrai neitronu uguns iedarbībai, dos η vienādu ar 2,70. Mūsu rīcībā būs “papildus puse neitrona”. Un tas nebūt nav maz.
Apskatīsim, kam tiek tērēti iegūtie neitroni. Jebkurā reaktorā ir nepieciešams viens neitrons, lai uzturētu kodola ķēdes reakciju. Iekārtas būvmateriāli absorbē 0,1 neitronu. “Pārpalikumu” izmanto, lai uzkrātu plutoniju-239. Vienā gadījumā “pārsniegums” ir 1,13, otrā – 1,60. Pēc kilograma plutonija “sadedzināšanas” “ātrā” reaktorā izdalās kolosāla enerģija un uzkrājas 1,6 kg plutonija. Un urāns “ātrā” reaktorā nodrošinās tādu pašu enerģiju un 1,1 kg jaunas kodoldegvielas. Abos gadījumos ir redzama paplašināta reprodukcija. Taču mēs nedrīkstam aizmirst par ekonomiku.
Sērijas dēļ tehnisku iemeslu dēļ Plutonija audzēšanas cikls ilgst vairākus gadus. Teiksim, piecus gadus. Tas nozīmē, ka plutonija daudzums gadā pieaugs tikai par 2%, ja η=2,23, un par 12%, ja η=2,7! Kodoldegviela ir kapitāls, un jebkuram kapitālam vajadzētu dot, teiksim, 5% gadā. Pirmajā gadījumā ir lieli zaudējumi, bet otrajā - liela peļņa. Šis primitīvais piemērs ilustrē katras desmitās kodolenerģijas skaitļa “svaru”.
Svarīgs ir arī kaut kas cits. Kodolenerģijai ir jāiet kopsolī ar pieaugošo enerģijas pieprasījumu. Aprēķini liecina, ka viņa nosacījums nākotnē izpildīsies tikai tad, kad η tuvojas trim. Ja kodolenerģijas avotu attīstība atpaliek no sabiedrības enerģijas vajadzībām, tad paliks divas iespējas: vai nu “palēnināt progresu”, vai paņemt enerģiju no kādiem citiem avotiem. Tie ir zināmi: kodolsintēze, matērijas un antimatērijas iznīcināšanas enerģija, taču vēl nav tehniski pieejamas. Un nav zināms, kad tie kļūs par reāliem enerģijas avotiem cilvēcei. Un smago kodolu enerģija mums jau sen ir kļuvusi par realitāti, un šodien plutonijam kā galvenajam atomenerģijas “piegādātājam” nav nopietnu konkurentu, izņemot, iespējams, urānu-233.
Daudzu tehnoloģiju summa
Kad kodolreakciju rezultātā urānā ir uzkrājies nepieciešamais plutonija daudzums, tas ir jāatdala ne tikai no paša urāna, bet arī no kodola ķēdes reakcijā sadedzinātiem skaldīšanas fragmentiem - gan urāna, gan plutonija. Turklāt urāna-plutonija masā ir arī noteikts daudzums neptūnija. Visgrūtāk atdalīt plutoniju no neptūnija un retzemju elementiem (lantanīdiem). Plutonijs kā ķīmiskais elements zināmā mērā neveiksmīgs. No ķīmiķa viedokļa kodolenerģijas galvenais elements ir tikai viens no četrpadsmit aktinīdiem. Tāpat kā retzemju elementi, visi aktīnija sērijas elementi atrodas ļoti tuvu viens otram ķīmiskās īpašības, visu elementu atomu ārējo elektronu apvalku struktūra no aktīnija līdz 103 ir vienāda. Vēl nepatīkamāk ir tas, ka aktinīdu ķīmiskās īpašības ir līdzīgas retzemju elementu īpašībām, un starp urāna un plutonija skaldīšanas fragmentiem ir vairāk nekā pietiekami daudz lantanīdu. Bet tad elements 94 var būt piecos valences stāvokļos, un tas "saldinās tableti" - tas palīdz atdalīt plutoniju gan no urāna, gan no skaldīšanas fragmentiem.
Plutonija valence svārstās no trīs līdz septiņām. Ķīmiski visstabilākie (un līdz ar to visizplatītākie un visvairāk pētītie) savienojumi ir četrvērtīgais plutonijs.
Aktinīdu ar līdzīgām ķīmiskajām īpašībām - urāna, neptūnija un plutonija - atdalīšanas pamatā var būt to tetra- un sešvērtīgo savienojumu īpašību atšķirības.
Nav nepieciešams detalizēti aprakstīt visus plutonija un urāna ķīmiskās atdalīšanas posmus. Parasti to atdalīšana sākas ar urāna stieņu izšķīšanu slāpekļskābe, pēc tam šķīdumā esošie urāns, neptūnijs, plutonijs un fragmentācijas elementi tiek “atdalīti”, izmantojot tradicionālās radioķīmiskās metodes - izgulsnēšanu, ekstrakciju, jonu apmaiņu un citas. Šīs daudzpakāpju tehnoloģijas galīgie plutoniju saturošie produkti ir tā dioksīds PuO 2 vai fluorīdi - PuF 3 vai PuF 4. Tie tiek reducēti līdz metālam ar bārija, kalcija vai litija tvaikiem. Taču šajos procesos iegūtais plutonijs nav piemērots konstrukcijas materiāla lomai - no tā nevar izgatavot kodolreaktoru degvielas elementus, un nevar atliet atombumbas lādiņu. Kāpēc? Plutonija kušanas temperatūra – tikai 640°C – ir diezgan sasniedzama.
Neatkarīgi no tā, kādi “īpaši maigi” apstākļi tiek izmantoti detaļu liešanai no tīra plutonija, sacietēšanas laikā lējumos vienmēr parādīsies plaisas. 640 ° C temperatūrā plutonija cietināšana veido kubisku kristāla režģi. Pazeminoties temperatūrai, metāla blīvums pakāpeniski palielinās. Bet tad temperatūra sasniedza 480°C, un tad pēkšņi plutonija blīvums strauji pazeminās. Šīs anomālijas cēloņi tika atklāti diezgan ātri: šajā temperatūrā plutonija atomi tiek pārkārtoti kristāla režģī. Tas kļūst tetragonāls un ļoti “vaļīgs”. Šāds plutonijs var peldēt savā kausējumā, piemēram, ledus uz ūdens.
Temperatūra turpina kristies, tagad tā ir sasniegusi 451°C, un atomi atkal veidoja kubisku režģi, bet atrodas lielākā attālumā viens no otra nekā pirmajā gadījumā. Ar turpmāku dzesēšanu režģis vispirms kļūst ortorombisks, pēc tam monoklīnisks. Kopumā plutonijs veido sešas dažādas kristāliskas formas! Divas no tām izceļas ar ievērojamu īpašību - negatīvu termiskās izplešanās koeficientu: paaugstinoties temperatūrai, metāls nevis izplešas, bet saraujas.
Kad temperatūra sasniedz 122°C un plutonija atomi pārkārto savas rindas jau sesto reizi, blīvums mainās īpaši krasi - no 17,77 līdz 19,82 g/cm 3 . Vairāk nekā 10%!
Attiecīgi lietņa tilpums samazinās. Ja metāls joprojām spēj izturēt spriegumus, kas radās citās pārejās, tad šajā brīdī iznīcināšana ir neizbēgama.
Kā tad izgatavot detaļas no šī apbrīnojamā metāla? Metalurgi sakausē plutoniju (pievienojot tam nelielu daudzumu nepieciešamo elementu) un iegūst lējumus bez nevienas plaisas. Tos izmanto, lai ražotu plutonija lādiņus kodolbumbām. Lādiņa svars (to galvenokārt nosaka izotopa kritiskā masa) ir 5-6 kg. Tas varētu viegli ietilpt kubā, kura malas izmērs ir 10 cm.
Smagie plutonija izotopi
Plutonijs-239 nelielā daudzumā satur arī augstākus šī elementa izotopus - ar masas skaitļiem 240 un 241. Izotops 240 Pu ir praktiski nederīgs - tas ir balasts plutonijā. No 241 iegūst amerīciju - elementu Nr.95. Tīrā veidā, bez citu izotopu piejaukšanas, plutoniju-240 un plutoniju-241 var iegūt, elektromagnētiski atdalot reaktorā uzkrāto plutoniju. Pirms tam plutoniju papildus apstaro ar neitronu plūsmām ar stingri noteiktām īpašībām. Protams, tas viss ir ļoti sarežģīti, jo īpaši tāpēc, ka plutonijs ir ne tikai radioaktīvs, bet arī ļoti toksisks. Darbs ar to prasa īpašu piesardzību.
Vienu no interesantākajiem plutonija izotopiem 242 Pu var iegūt, ilgstoši apstarojot 239 Pu neitronu plūsmās. 242 Pu ļoti reti uztver neitronus un tāpēc “izdeg” reaktorā lēnāk nekā citi izotopi; tas saglabājas pat pēc tam, kad atlikušie plutonija izotopi ir gandrīz pilnībā pārvērtušies par fragmentiem vai pārvērtušies par plutoniju-242.
Plutonijs-242 ir svarīgs kā “izejviela” relatīvi ātrai augstāku transurāna elementu uzkrāšanai kodolreaktoros. Ja plutoniju-239 apstaro parastā reaktorā, tad būs nepieciešami aptuveni 20 gadi, lai no gramiem plutonija uzkrātu mikrogramu daudzumu, piemēram, Kalifornijas-252.
Augstāku izotopu uzkrāšanās laiku iespējams samazināt, palielinot neitronu plūsmas intensitāti reaktorā. Tas ir tas, ko viņi dara, bet tad jūs nevarat apstarot lielu daudzumu plutonija-239. Galu galā šis izotops ir sadalīts ar neitroniem, un intensīvās plūsmās tiek atbrīvots pārāk daudz enerģijas. Papildu grūtības rodas ar reaktora dzesēšanu. Lai izvairītos no šīm grūtībām, būtu nepieciešams samazināt apstarotā plutonija daudzumu. Līdz ar to kalifornija raža atkal kļūtu niecīga. Apburtais loks!
Plutonijs-242 nav skaldāms ar termiskiem neitroniem, to var apstarot lielos daudzumos intensīvās neitronu plūsmās... Līdz ar to reaktoros no šī izotopa tiek “izgatavoti” visi elementi no amerīcija līdz fermijam un uzkrāti svara daudzumos.
Katru reizi, kad zinātniekiem izdevās iegūt jaunu plutonija izotopu, tika mērīts tā kodolu pussabrukšanas periods. Smago radioaktīvo kodolu izotopu pussabrukšanas periodi ar pāra masu skaitļiem regulāri mainās. (To nevar teikt par nepāra izotopiem.)
Palielinoties masai, palielinās arī izotopa “dzīves ilgums”. Pirms dažiem gadiem augstākais punktsŠajā diagrammā bija plutonijs-242. Un kā tad ies šī līkne – ar tālāku masas skaita pieaugumu? Uz 1. punktu, kas atbilst 30 miljonu gadu mūžam, vai uz 2. punktu, kas atbilst 300 miljoniem gadu? Atbilde uz šo jautājumu bija ļoti svarīga ģeozinātnēm. Pirmajā gadījumā, ja pirms 5 miljardiem gadu Zeme pilnībā sastāvēja no 244 Pu, tad tagad visā Zemes masā paliktu tikai viens plutonija-244 atoms. Ja otrais pieņēmums ir patiess, tad plutonijs-244 uz Zemes var atrasties tādā koncentrācijā, kādu jau varētu noteikt. Ja mums izdotos atrast šo izotopu Zemē, zinātne saņemtu visvērtīgāko informāciju par procesiem, kas notika mūsu planētas veidošanās laikā.
Dažu plutonija izotopu pussabrukšanas periodi
Pirms dažiem gadiem zinātnieki saskārās ar jautājumu: vai ir vērts mēģināt atrast smago plutoniju uz Zemes? Lai uz to atbildētu, vispirms bija jānosaka plutonija-244 pussabrukšanas periods. Teorētiķi nevarēja aprēķināt šo vērtību ar nepieciešamo precizitāti. Visas cerības bija tikai eksperimentam.
Plutonijs-244 uzkrāts kodolreaktorā. Elements Nr.95 - amerīcijs (izotops 243 Am) tika apstarots. Satverot neitronu, šis izotops pārvērtās par amerīciju-244; amerīcijs-244 vienā no 10 tūkstošiem gadījumu pārvērtās par plutoniju-244.
Plutonija-244 preparāts tika izolēts no amerīcija un kūrija maisījuma. Paraugs svēra tikai dažas miljondaļas grama. Bet ar tiem bija pietiekami, lai noteiktu šī interesantā izotopa pussabrukšanas periodu. Izrādījās, ka tas ir vienāds ar 75 miljoniem gadu. Vēlāk citi pētnieki noskaidroja plutonija-244 pussabrukšanas periodu, bet ne daudz - 81 miljonu gadu. 1971. gadā šī izotopa pēdas tika atrastas retzemju minerālā bastnäsītā.
Zinātnieki ir veikuši daudzus mēģinājumus atrast transurāna elementa izotopu, kas dzīvo ilgāk par 244 Pu. Bet visi mēģinājumi palika veltīgi. Savulaik cerības tika liktas uz kūriju-247, taču pēc šī izotopa uzkrāšanās reaktorā izrādījās, ka tā pussabrukšanas periods ir tikai 16 miljoni gadu. Plutonija-244 rekordu pārspēt neizdevās - tas ir visilgāk dzīvojošais no visiem transurāna elementu izotopiem.
Pat smagākos plutonija izotopos notiek beta sabrukšana, un to dzīves ilgums svārstās no dažām dienām līdz dažām sekundes desmitdaļām. Mēs noteikti zinām, ka visi plutonija izotopi veidojas kodoltermisko sprādzienu laikā, līdz 257 Pu. Bet to dzīves ilgums ir sekundes desmitdaļas, un daudzi īslaicīgi plutonija izotopi vēl nav pētīti.
Pirmā plutonija izotopa iespējas
Un visbeidzot - par plutoniju-238 - pašu pirmo no “cilvēku radītajiem” plutonija izotopiem, izotopu, kas sākumā šķita neperspektīvs. Tas patiesībā ir ļoti interesants izotops. Tas ir pakļauts alfa sabrukšanai, tas ir, tā kodoli spontāni izdala alfa daļiņas - hēlija kodolus. Alfa daļiņas, ko rada plutonija-238 kodoli, nes lielu enerģiju; izkliedēta matērijā, šī enerģija pārvēršas siltumā. Cik liela ir šī enerģija? No viena sabrukšanas tiek atbrīvoti seši miljoni elektronvoltu atoma kodols plutonijs-238. Ķīmiskajā reakcijā tāda pati enerģija tiek atbrīvota, kad tiek oksidēti vairāki miljoni atomu. Elektrības avots, kas satur vienu kilogramu plutonija-238, attīsta 560 vatu siltuma jaudu. Tādas pašas masas ķīmiskā strāvas avota maksimālā jauda ir 5 vati.
Ir daudz emitētāju ar līdzīgiem enerģijas īpašības, taču viena plutonija-238 iezīme padara šo izotopu neaizvietojamu. Alfa sabrukšanu parasti pavada spēcīgs gamma starojums, kas iekļūst cauri lieliem matērijas slāņiem. 238 Pu ir izņēmums. Gamma staru enerģija, kas pavada tā kodolu sabrukšanu, ir zema, un pret to nav grūti aizsargāties: starojumu absorbē plānsienu trauks. Arī šī izotopa kodolu spontānas sadalīšanās iespējamība ir zema. Tāpēc tas ir atradis pielietojumu ne tikai pašreizējos avotos, bet arī medicīnā. Baterijas, kas satur plutoniju-238, kalpo kā enerģijas avots īpašos sirds stimulatoros.
Taču 238 Pu nav vieglākais zināmais elementa Nr.94 izotops, ir iegūti plutonija izotopi ar masas skaitļiem no 232 līdz 237. Vieglākā izotopa pussabrukšanas periods ir 36 minūtes.
Plutonijs ir liela tēma. Šeit ir pateikts vissvarīgākais. Galu galā tas jau ir kļuvis par standarta frāzi, ka plutonija ķīmija ir pētīta daudz labāk nekā tādu “veco” elementu kā dzelzs ķīmija. Par plutonija kodolīpašībām ir uzrakstītas veselas grāmatas. Plutonija metalurģija ir vēl viena pārsteidzoša cilvēces zināšanu sadaļa... Tāpēc nevajadzētu domāt, ka pēc šī stāsta izlasīšanas jūs patiesi uzzinājāt plutoniju - vissvarīgāko 20. gadsimta metālu.
- KĀ NESTĒT PLUTONIJU. Radioaktīvajam un toksiskajam plutonijam transportēšanas laikā nepieciešama īpaša piesardzība. Speciāli tā transportēšanai tika izveidots konteiners – konteiners, kas netiek iznīcināts pat aviācijas avārijās. Tas ir izgatavots pavisam vienkārši: tas ir biezu sienu trauks, kas izgatavots no no nerūsējošā tērauda, ko ieskauj sarkankoka apvalks. Acīmredzot plutonijs ir tā vērts, taču iedomājieties, cik biezām jābūt sienām, ja zināt, ka konteiners tikai divu kilogramu plutonija pārvadāšanai sver 225 kg!
- INDE UN PRETINDE. 1977. gada 20. oktobrī Agence France Presse ziņoja: atrasts ķīmiskais savienojums, kas spēj izvadīt no cilvēka ķermeņa plutoniju. Dažus gadus vēlāk par šo savienojumu kļuva zināms diezgan daudz. Šis kompleksais savienojums ir lineārais karboksilāzes katehīnamīds, helātu klases viela (no grieķu valodas “chela” — spīle). Brīvais vai saistītais plutonija atoms ir notverts šajā ķīmiskajā spīlē. Laboratorijas pelēm šī viela tika izmantota, lai izvadītu no organisma līdz 70% absorbētā plutonija. Tiek uzskatīts, ka nākotnē šis savienojums palīdzēs iegūt plutoniju gan no ražošanas atkritumiem, gan kodoldegvielas.
Ko mēs šodien vēlamies iemācīties? Cik sver 1 plutonija kubs, 1 m3 plutonija svars? Nav problēmu, uzreiz var uzzināt kilogramu skaitu vai tonnu skaitu, masu (viena kubikmetra svars, viena kuba svars, viena svars kubikmetrs, svars 1 m3) ir norādīti 1. tabulā. Ja kādam ir interese, varat izlasīt zemāk esošo nelielo tekstu un izlasīt dažus paskaidrojumus. Kā tiek mērīts mums nepieciešamās vielas, materiāla, šķidruma vai gāzes daudzums? Izņemot tos gadījumus, kad nepieciešamā daudzuma aprēķinu iespējams reducēt līdz preču, izstrādājumu, elementu skaitīšanai gabalos (gabalu skaitīšana), mums visvieglāk ir noteikt nepieciešamo daudzumu pēc tilpuma un svara (masas) . Ikdienā mums visizplatītākā tilpuma mērvienība ir 1 litrs. Tomēr mājsaimniecības aprēķiniem piemērotais litru skaits ne vienmēr ir piemērots veids, kā noteikt apjomu uzņēmējdarbībai. Turklāt litri mūsu valstī nav kļuvuši par vispārpieņemtu “ražošanas” un tirdzniecības vienību apjoma mērīšanai. Viens kubikmetrs jeb tā saīsinātajā versijā - viens kubs izrādījās diezgan ērta un praktiskai lietošanai populāra tilpuma vienība. Mēs esam pieraduši gandrīz visas vielas, šķidrumus, materiālus un pat gāzes mērīt kubikmetros. Tas ir patiešām ērti. Galu galā to izmaksas, cenas, likmes, patēriņa likmes, tarifi, piegādes līgumi gandrīz vienmēr ir piesaistīti kubikmetriem (kubiem), daudz retāk - litriem. Ne mazāk svarīgas praktiskām darbībām ir zināšanas ne tikai par šo tilpumu aizņemošās vielas tilpumu, bet arī svaru (masu): šajā gadījumā mēs runājam par to, cik sver 1 kubikmetrs (1 kubikmetrs, 1 kubikmetrs, 1 m3). Zinot masu un tilpumu, mēs iegūstam diezgan pilnīgu priekšstatu par daudzumu. Vietnes apmeklētāji, jautājot, cik sver 1 kubs, bieži norāda konkrētas masas vienības, kurās vēlas uzzināt atbildi uz jautājumu. Kā pamanījām, visbiežāk viņi vēlas uzzināt 1 kuba (1 kubikmetrs, 1 kubikmetrs, 1 m3) svaru kilogramos (kg) vai tonnās (t). Būtībā jums ir nepieciešams kg/m3 vai t/m3. Tās ir cieši saistītas vienības, kas nosaka daudzumu. Principā ir iespējama diezgan vienkārša neatkarīga svara (masas) pārvēršana no tonnām uz kilogramiem un otrādi: no kilogramiem uz tonnām. Tomēr, kā liecina prakse, lielākajai daļai vietnes apmeklētāju ērtāks risinājums būtu nekavējoties uzziniet, cik kilogramus sver 1 kubs (1 m3) plutonija vai cik tonnu sver 1 kubs (1 m3) plutonija, nepārvēršot kilogramus tonnās vai otrādi - tonnu skaits kilogramos uz kubikmetru (viens kubikmetrs, viens kubikmetrs, viens m3). Tāpēc 1. tabulā norādījām, cik kilogramos (kg) un tonnās (t) sver 1 kubikmetrs (1 kubikmetrs, 1 kubikmetrs). Izvēlieties sev nepieciešamo tabulas kolonnu. Starp citu, jautājot, cik sver 1 kubikmetrs (1 m3), mēs domājam kilogramu skaitu vai tonnu skaitu. Tomēr no fiziskā viedokļa mūs interesē blīvums vai īpatnējais svars. Tilpuma vienības masa vai tilpuma vienībā esošās vielas daudzums ir tilpuma blīvums vai īpatnējais svars. Šajā gadījumā plutonija tilpuma blīvums un īpatnējais svars. Blīvumu un īpatnējo svaru fizikā parasti mēra nevis kg/m3 vai tonnās/m3, bet gramos uz kubikcentimetru: g/cm3. Tāpēc 1. tabulā īpatnējais svars un blīvums (sinonīmi) ir norādīti gramos uz kubikcentimetru (g/cm3)
Daudzi mūsu lasītāji ūdeņraža bumbu saista ar atombumbu, tikai daudz jaudīgāku. Faktiski šis ir principiāli jauns ierocis, kura izveide prasīja nesamērīgi lielus intelektuālos pūliņus un darbojas uz principiāli atšķirīgiem fiziskiem principiem.
Vienīgais, kas kopīgs atombumbām un ūdeņraža bumbām ir tas, ka abas atbrīvo kolosālu enerģiju, kas paslēpta atoma kodolā. To var izdarīt divos veidos: sadalīt smagos kodolus, piemēram, urānu vai plutoniju, vieglākos (šķelšanās reakcija) vai piespiest vieglākos ūdeņraža izotopus apvienoties (sintēzes reakcija). Abu reakciju rezultātā iegūtā materiāla masa vienmēr ir mazāka par sākotnējo atomu masu. Bet masa nevar pazust bez pēdām - tā pārvēršas enerģijā saskaņā ar Einšteina slaveno formulu E=mc 2.
Lai izveidotu atombumbu, nepieciešams un pietiekams nosacījums ir iegūt skaldāmo materiālu pietiekamā daudzumā. Darbs ir diezgan darbietilpīgs, bet ar zemu intelektuālo līmeni, kas atrodas tuvāk kalnrūpniecības nozarei, nevis augstajai zinātnei. Galvenie resursi šādu ieroču radīšanai tiek tērēti milzu urāna raktuvju un bagātināšanas rūpnīcu celtniecībai. Par ierīces vienkāršību liecina fakts, ka starp pirmajai bumbai nepieciešamā plutonija ražošanu un pirmo padomju kodolsprādzienu pagāja mazāk nekā mēnesis.
Īsi atcerēsimies šādas bumbas darbības principu, kas pazīstams no skolas fizikas kursiem. Tas ir balstīts uz urāna un dažu transurāna elementu, piemēram, plutonija, īpašību sabrukšanas laikā atbrīvot vairāk nekā vienu neitronu. Šie elementi var sabrukt vai nu spontāni, vai citu neitronu ietekmē.
Atbrīvotais neitrons var atstāt radioaktīvo materiālu vai arī tas var sadurties ar citu atomu, izraisot citu skaldīšanas reakciju. Pārsniedzot noteiktu vielas koncentrāciju (kritisko masu), jaundzimušo neitronu skaits, izraisot tālāku atoma kodola šķelšanos, sāk pārsniegt pūšanas kodolu skaitu. Bojājošo atomu skaits sāk augt kā lavīna, dzemdējot jaunus neitronus, tas ir, notiek ķēdes reakcija. Urānam-235 kritiskā masa ir aptuveni 50 kg, plutonija-239 - 5,6 kg. Tas ir, plutonija bumbiņa, kas sver nedaudz mazāk par 5,6 kg, ir tikai silts metāla gabals, un masa, kas ir nedaudz lielāka, ilgst tikai dažas nanosekundes.
Faktiskā bumbas darbība ir vienkārša: mēs ņemam divas urāna vai plutonija puslodes, katra nedaudz mazāka par kritisko masu, novietojam tās 45 cm attālumā, pārklājam ar sprāgstvielām un detonējam. Urāns vai plutonijs tiek saķepināts superkritiskās masas gabalā, un sākas kodolreakcija. Visi. Ir vēl viens veids, kā uzsākt kodolreakciju - saspiest plutonija gabalu ar spēcīgu sprādzienu: attālums starp atomiem samazināsies, un reakcija sāksies pie mazākas kritiskās masas. Visi mūsdienu atomu detonatori darbojas pēc šī principa.
Problēmas ar atombumbu sākas no brīža, kad vēlamies palielināt sprādziena jaudu. Nepietiek tikai ar skaldāmā materiāla palielināšanu – tiklīdz tā masa sasniedz kritisko masu, tas detonē. Tika izdomātas dažādas ģeniālas shēmas, piemēram, izgatavot bumbu nevis no divām daļām, bet no daudzām, kas lika bumbai sākt atgādināt izķidātu apelsīnu un pēc tam ar vienu sprādzienu salikt to vienā gabalā, bet tomēr ar jaudu. vairāk nekā 100 kilotonnām, problēmas kļuva nepārvaramas.
Bet kodolsintēzes degvielai nav kritiskās masas. Šeit virs galvas karājas ar kodoltermisko degvielu piepildīta Saule, kuras iekšienē jau miljardu gadu notiek kodoltermiskā reakcija – un nekas nesprāg. Turklāt, piemēram, deitērija un tritija (smagais un supersmagais ūdeņraža izotops) sintēzes reakcijas laikā enerģijas izdalās 4,2 reizes vairāk nekā tādas pašas urāna-235 masas sadegšanas laikā.
Atombumbas izgatavošana bija vairāk eksperimentāla nekā teorētiskais process. Ūdeņraža bumbas izveide prasīja pilnīgi jaunu fizisko disciplīnu rašanos: augstas temperatūras plazmas un īpaši augsta spiediena fiziku. Pirms sākat konstruēt bumbu, bija rūpīgi jāizprot to parādību būtība, kas notiek tikai zvaigžņu kodolā. Nekādi eksperimenti šeit nevarēja palīdzēt - pētnieku instrumenti bija tikai teorētiskā fizika Un augstākā matemātika. Nav nejaušība, ka gigantiska loma kodoltermisko ieroču izstrādē pieder matemātiķiem: Ulamam, Tihonovam, Samarskim utt.
Klasika super
Līdz 1945. gada beigām Edvards Tellers ierosināja pirmo ūdeņraža bumbas dizainu, ko sauca par "klasisko super". Lai radītu milzīgo spiedienu un temperatūru, kas nepieciešama kodolsintēzes reakcijas sākšanai, bija paredzēts izmantot parasto atombumbu. Pats “klasiskais super” bija garš cilindrs, kas piepildīts ar deitēriju. Tika nodrošināta arī starpposma “aizdedzes” kamera ar deitērija-tritija maisījumu - deitērija un tritija sintēzes reakcija sākas ar zemāku spiedienu. Pēc analoģijas ar uguni, deitērijam vajadzēja spēlēt malkas lomu, deitērija un tritija maisījumam - glāzi benzīna un atombumbai - sērkociņu. Šo shēmu sauca par "pīpi" - sava veida cigāru ar atomu šķiltavu vienā galā. Padomju fiziķi sāka izstrādāt ūdeņraža bumbu, izmantojot to pašu shēmu.
Taču matemātiķis Staņislavs Ulams, izmantojot parastu slaidu likumu, Telleram pierādīja, ka tīra deitērija saplūšanas reakcija “superā” diez vai ir iespējama un maisījumam būtu nepieciešams tik daudz tritija, ka tā ražošanai. praktiski iesaldētu ieroču kvalitātes plutonija ražošanu Amerikas Savienotajās Valstīs.
Uzpūš ar cukuru
1946. gada vidū Tellers ierosināja citu ūdeņraža bumbas dizainu - “modinātāju”. Tas sastāvēja no mainīgiem sfēriskiem urāna, deitērija un tritija slāņiem. Plutonija centrālā lādiņa kodolsprādziena laikā tika radīts nepieciešamais spiediens un temperatūra termokodolreakcijas sākšanai citos bumbas slāņos. Tomēr "modinātājam" bija nepieciešams jaudīgs atomu iniciators, un ASV (kā arī PSRS) bija problēmas ar ieroču kvalitātes urāna un plutonija ražošanu.
1948. gada rudenī Andrejs Saharovs nonāca pie līdzīgas shēmas. Padomju Savienībā dizainu sauca par "sloyka". PSRS, kurai nebija laika pietiekamā daudzumā ražot ieroču kvalitātes urānu-235 un plutoniju-239, Saharova kārtainā pasta bija panaceja. Un tāpēc.
Parastajā atombumbā dabiskais urāns-238 ir ne tikai bezjēdzīgs (neitronu enerģija sabrukšanas laikā nav pietiekama, lai uzsāktu skaldīšanu), bet arī kaitīgs, jo tas dedzīgi absorbē sekundāros neitronus, palēninot ķēdes reakciju. Tāpēc 90% ieroču kvalitātes urāna sastāv no urāna-235 izotopa. Tomēr neitroni, kas rodas kodolsintēzes rezultātā, ir 10 reizes enerģiskāki nekā skaldīšanas neitroni, un ar šādiem neitroniem apstarotais dabiskais urāns-238 sāk lieliski skaldīties. Jaunā bumba ļāva kā sprāgstvielu izmantot urānu-238, kas iepriekš tika uzskatīts par atkritumu produktu.
Saharova “kārtainās mīklas” galvenā iezīme bija arī baltas gaišas kristāliskas vielas - litija deuterīda 6 LiD - izmantošana akūti deficīta tritija vietā.
Kā minēts iepriekš, deitērija un tritija maisījums aizdegas daudz vieglāk nekā tīrs deitērijs. Tomēr šeit tritija priekšrocības beidzas, un paliek tikai trūkumi: labā stāvoklī tritijs ir gāze, kas rada uzglabāšanas grūtības; tritijs ir radioaktīvs un sadalās par stabilu hēliju-3, kas aktīvi patērē tik nepieciešamos ātros neitronus, ierobežojot bumbas glabāšanas laiku līdz dažiem mēnešiem.
Neradioaktīvais litija deutrīds, apstarojot ar lēnas skaldīšanas neitroniem - atomu drošinātāja sprādziena sekām - pārvēršas par tritiju. Tādējādi primārā atomu sprādziena radītais starojums acumirklī rada pietiekamu daudzumu tritija turpmākai kodoltermiskai reakcijai, un deitērijs sākotnēji atrodas litija deutrīdā.
Tieši šādu bumbu RDS-6 veiksmīgi pārbaudīja 1953. gada 12. augustā Semipalatinskas poligona tornī. Sprādziena jauda bija 400 kilotonnu, un joprojām notiek diskusijas par to, vai tas bija īsts kodoltermiskais sprādziens vai superjaudīgs atomu sprādziens. Galu galā kodolsintēzes reakcija Saharova kārtainās pastā veidoja ne vairāk kā 20% no kopējās uzlādes jaudas. Galveno ieguldījumu sprādzienā sniedza ar ātriem neitroniem apstarotā urāna-238 sabrukšanas reakcija, pateicoties kurai RDS-6s ievadīja tā saukto “netīro” bumbu ēru.
Fakts ir tāds, ka galveno radioaktīvo piesārņojumu rada sabrukšanas produkti (jo īpaši stroncijs-90 un cēzijs-137). Būtībā Saharova “kārtainā mīkla” bija milzīga atombumba, tikai nedaudz uzlabota kodoltermiskā reakcija. Nav nejaušība, ka tikai viens “kārtainās mīklas” sprādziens radīja 82% stroncija-90 un 75% cēzija-137, kas nonāca atmosfērā visā Semipalatinskas izmēģinājumu poligona vēsturē.
Amerikāņu bumbas
Tomēr tieši amerikāņi bija pirmie, kas uzspridzināja ūdeņraža bumbu. 1952. gada 1. novembrī Elugelab atolā in Klusais okeāns Veiksmīgi tika pārbaudīta Mike kodoltermiskā iekārta ar 10 megatonu jaudu. 74 tonnas smagu amerikāņu ierīci būtu grūti nosaukt par bumbu. “Mike” bija apjomīga ierīce divstāvu mājas lielumā, kas bija piepildīta ar šķidru deitēriju temperatūrā, kas tuvu absolūtai nullei (Saharova “kārtainā mīkla” bija pilnībā transportējams produkts). Tomēr “Maika” izcilākais bija nevis tā izmērs, bet gan ģeniālais kodoltermisko sprāgstvielu saspiešanas princips.
Atcerēsimies, ka ūdeņraža bumbas galvenā ideja ir radīt apstākļus kodolsintēzei (īpaši augsts spiediens un temperatūra), izmantojot kodolsprādzienu. “Puff” shēmā kodollādiņš atrodas centrā, un tāpēc tas ne tik daudz saspiež deitēriju, cik izkliedē to uz āru - kodoltermiskās sprāgstvielas daudzuma palielināšana neizraisa jaudas palielināšanos - tas vienkārši nenotiek. ir laiks detonēt. Tieši tas ierobežo šīs shēmas maksimālo jaudu - pasaulē visspēcīgākais "dvesma" Orange Herald, ko briti uzspridzināja 1957. gada 31. maijā, deva tikai 720 kilotonu.
Būtu ideāli, ja mēs varētu likt atoma drošinātājam eksplodēt iekšā, saspiežot kodoltermisko sprāgstvielu. Bet kā to izdarīt? Edvards Tellers izvirzīja izcilu ideju: saspiest kodoltermisko degvielu nevis ar mehānisko enerģiju un neitronu plūsmu, bet gan ar primārā atoma drošinātāja starojumu.
Tellera jaunajā dizainā iniciējošā atoma vienība tika atdalīta no kodoltermiskās vienības. Kad tika iedarbināts atomu lādiņš, rentgena starojums bija pirms triecienviļņa un izplatījās pa cilindriskā korpusa sienām, iztvaikojot un pārvēršot bumbas korpusa polietilēna iekšējo oderējumu plazmā. Savukārt plazma atkārtoti izstaroja mīkstākus rentgena starus, kurus absorbēja urāna-238 iekšējā cilindra - "stūmēja" - ārējie slāņi. Slāņi sāka sprādzienbīstami iztvaikot (šo parādību sauc par ablāciju). Karsto urāna plazmu var salīdzināt ar superjaudīga raķešu dzinēja strūklām, kuras vilces spēks tiek virzīts cilindrā ar deitēriju. Urāna cilindrs sabruka, sasniedza deitērija spiedienu un temperatūru kritiskais līmenis. Tas pats spiediens saspieda centrālo plutonija cauruli līdz kritiskajai masai, un tā detonēja. Plutonija drošinātāja sprādziens no iekšpuses nospieda deitēriju, vēl vairāk saspiežot un uzkarsējot kodoltermisko sprāgstvielu, kas detonēja. Intensīva neitronu plūsma sadala urāna-238 kodolus "stūmējā", izraisot sekundāru sabrukšanas reakciju. Tas viss izdevās notikt pirms brīža, kad sprādziena vilnis no primārā kodolsprādziena sasniedza kodoltermisko bloku. Lai aprēķinātu visus šos notikumus, kas notiek sekundes miljarddaļās, bija nepieciešamas planētas spēcīgāko matemātiķu prāta spējas. “Maika” veidotāji piedzīvoja nevis šausmas no 10 megatonu sprādziena, bet gan neaprakstāmu sajūsmu – viņiem izdevās ne tikai izprast procesus, kas reālajā pasaulē notiek tikai zvaigžņu kodolos, bet arī eksperimentāli pārbaudīt savas teorijas, uzstādot izveido savu mazo zvaigzni uz Zemes.
Bravo
Pārspējot krievus dizaina skaistumā, amerikāņi nespēja padarīt savu ierīci kompaktu: viņi izmantoja šķidru pārdzesētu deitēriju, nevis Saharova pulverveida litija deiterīdu. Losalamosā viņi uz Saharova "kārtaino mīklu" reaģēja ar nelielu skaudību: "milzīgas govs ar svaigpiena spaini vietā krievi izmanto maisu ar piena pulveri." Tomēr abām pusēm neizdevās slēpt noslēpumus vienai no otras. 1954. gada 1. martā netālu no Bikini atola amerikāņi, izmantojot litija deiterīdu, izmēģināja 15 megatonu bumbu “Bravo”, bet 1955. gada 22. novembrī – pirmo padomju divpakāpju kodoltermisko bumbu RDS-37 ar 1,7 megatonu jaudu. eksplodēja virs Semipalatinskas poligona, nojaucot gandrīz pusi no poligona. Kopš tā laika kodoltermiskās bumbas dizains ir piedzīvojis nelielas izmaiņas (piemēram, starp iniciējošo bumbu un galveno lādiņu parādījās urāna vairogs) un kļuvis kanonisks. Un pasaulē vairs nav palikuši liela mēroga dabas noslēpumi, kurus varētu atrisināt ar tik iespaidīgu eksperimentu. Varbūt supernovas dzimšana.
| Nedaudz teorijas Kodolbumbā notiek 4 reakcijas, un tās norit ļoti ātri. Pirmās divas reakcijas kalpo kā materiāla avots trešajai un ceturtajai reakcijai, kas kodolsprādziena temperatūrā notiek 30-100 reizes ātrāk un dod lielāku enerģijas ieguvi. Tāpēc iegūtais hēlijs-3 un tritijs tiek nekavējoties patērēti. Atomu kodoli ir pozitīvi uzlādēti un tāpēc viens otru atgrūž. Lai viņi reaģētu, tie ir jāspiež ar galvu, pārvarot elektrisko atgrūšanos. Tas ir iespējams tikai tad, ja tie pārvietojas lielā ātrumā. Atomu ātrums ir tieši saistīts ar temperatūru, kurai vajadzētu sasniegt 50 miljonus grādu! Bet ar deitērija uzsildīšanu līdz šādai temperatūrai nepietiek, tas ir arī jāsargā no izkliedes ar milzīgo aptuveni miljardu atmosfēru spiedienu! Dabā šādas temperatūras pie šāda blīvuma ir sastopamas tikai zvaigžņu kodolā. |
Notiek ielāde...