Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу

Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу
Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу

Video: Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу

Video: Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу
Video: Meet Russia's New Nuclear Powered Supercarrier, dubbed Project 23000E (Storm) 2024, Март
Anonim

Ядролук куралдар нарк / эффективдүүлүк жагынан адамзат тарыхында эң эффективдүү болуп саналат: бул куралдарды иштеп чыгууга, сыноого, өндүрүүгө жана иштетүүдө жылдык чыгымдар Америка Кошмо Штаттарынын аскердик бюджетинин 5-10 пайызын түзөт. Россия Федерациясы - атомдук өндүрүш комплекси бар, атом энергетикасы өнүккөн жана ядролук жардырууларды математикалык моделдөө үчүн суперкомпьютерлер паркы бар өлкөлөр.

Сүрөт
Сүрөт

Ядролук түзүлүштөрдү аскердик максаттарда колдонуу оор химиялык элементтердин атомдорунун электромагниттик нурлануу түрүндө (гамма жана рентген диапазонунда) энергия бөлүү менен жеңил элементтердин атомдоруна ажыроо касиетине негизделген. чачыранды элементардык бөлүкчөлөрдүн (нейтрон, протон жана электрон) жана жеңил элементтердин атомдорунун (цезий, стронций, йод жана башкалар) кинетикалык энергиясынын формасы

Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу
Ядролук дүрмөттөрдүн конструкцияларын иштеп чыгуу

Эң популярдуу оор элементтер - уран жана плутоний. Алардын изотоптору ядролорун бөлүп чыгарууда 2ден 3кө чейин нейтрон бөлүп чыгарышат, бул болсо өз кезегинде коңшу атомдордун ядролорунун бөлүнүшүн ж.б. Затта көп сандагы энергияны бөлүп чыгаруу менен өзүнөн өзү таралуучу (чынжыр деп аталган) реакция пайда болот. Реакцияны баштоо үчүн белгилүү бир критикалык масса талап кылынат, анын көлөмү заттын сыртында нейтрон чыгарбастан, атом ядролору тарабынан нейтрондорду кармоо үчүн жетиштүү болот. Критикалык массаны нейтрон рефлектору жана баштоочу нейтрон булагы менен азайтууга болот

Сүрөт
Сүрөт

Бөлүнүү реакциясы эки субкритикалык массаны бир критикалык кризиске бириктирүү же суперкритикалык массанын тоголок кабыгын сферага кысуу менен башталат, ошону менен бөлүнгөн заттын концентрациясынын белгилүү бир көлөмүн жогорулатат. Бөлүнүүчү материал химиялык жарылуучу заттын багытталган жарылышы менен бириктирилет же кысылат.

Ядролук заряддарда оор элементтердин бөлүнүү реакциясынан тышкары, жеңил элементтердин синтези реакциясы колдонулат. Термоядролук биригүү бир нече ондогон миллион градуска чейин жана атмосферага чейинки заттарды ысытууну жана кысууну талап кылат, бул бөлүнүү реакциясы учурунда бөлүнгөн энергиянын эсебинен гана камсыз кылынышы мүмкүн. Ошондуктан термоядролук заряддар эки баскычтуу схема боюнча иштелип чыккан. Суутектин, тритийдин жана дейтерийдин изотоптору (синтез реакциясын баштоо үчүн температуранын жана басымдын минималдуу маанилерин талап кылат) же химиялык кошулма, литий дейтерид (экинчиси, биринчи стадиянын жарылуусунан нейтрондордун таасири астында бөлүнөт) тритий менен гелийге) жарык элементтери катары колдонулат. Биригүү реакциясындагы энергия электромагниттик нурлануу жана нейтрондордун, электрондордун жана гелий ядролорунун (альфа-бөлүкчөлөр деп аталган) кинетикалык энергиясы түрүндө чыгарылат. Массалык бирдикке синтездөө реакциясынын энергиянын бөлүнүшү бөлүнүү реакциясынан төрт эсе жогору

Сүрөт
Сүрөт

Тритий жана анын өзүн-өзү чирүүчү продуктусу дейтерий да бөлүнүү реакциясын баштоо үчүн нейтрондордун булагы катары колдонулат. Тритий же суутек изотопторунун аралашмасы плутоний кабыгынын кысылышынын таасири астында жарым -жартылай нейтрондордун бөлүнүшү менен биригүү реакциясына кирет, алар плутонийди өтө критикалык абалга айлантат.

Заманбап ядролук дүрмөттөрдүн негизги компоненттери төмөнкүлөр:

-уран рудасынан же фосфат рудасынан (кошулма түрүндө) алынган U-238 уранын туруктуу (стихиялуу түрдө бөлүнбөгөн) изотопу;

-уран рудасынан алынган же U-238ден ядролук реакторлордо өндүрүлгөн U-235 урандын радиоактивдүү (өзүнөн өзү бөлүнүүчү) изотопу;

-ядролук реакторлордо U-238ден өндүрүлгөн Плю-239 плутонийинин радиоактивдүү изотобу;

- табигый суудан алынган же атомдук реакторлордо протийден өндүрүлгөн Д -суу деридинин туруктуу изотопу;

- атомдук реакторлордо дейтерийден өндүрүлгөн Т тритий суутегинин радиоактивдүү изотобу;

- рудадан алынган литий Ли-6нын туруктуу изотопу;

- рудадан алынган бериллийдин Be-9 туруктуу изотопу;

- HMX жана триаминотринитробензол, химиялык жарылуучу заттар.

Диаметри 17 см U-235тен жасалган шардын критикалык массасы 50 кг, диаметри 10 см Пу-239дан жасалган шарынын критикалык массасы 11 кг. Бериллий нейтрон рефлектору жана тритий нейтрон булагы менен критикалык массаны тиешелүү түрдө 35 жана 6 кг чейин азайтууга болот.

Ядролук заряддардын стихиялуу иштешинин коркунучун жоюу үчүн алар аталган нерсени колдонушат. курал-класстагы Пу-239, башка, анча туруктуу эмес плутоний изотопторунан 94%га чейин тазаланган. 30 жылдык мезгилдүүлүк менен плутоний өз изотопторунун өзүнөн -өзү ядролук ажыроосунун продуктуларынан тазаланат. Механикалык күчтү жогорулатуу үчүн плутоний массалык 1 % галлий менен эритилет жана кычкылдануудан коргоо үчүн жука никель катмары менен капталат.

Сүрөт
Сүрөт

Ядролук заряддарды сактоо учурунда плутонийдин радиациялык өз алдынча жылуу температурасы Цельсий боюнча 100 градустан ашпайт, бул химиялык жарылуучу заттын ажыроо температурасынан төмөн.

2000 -жылга карата Россия Федерациясынын карамагындагы курал -жарак плутонийинин көлөмү 170 тоннага, АКШ 103 тоннага, НАТО өлкөлөрүнөн, Япониядан жана Түштүк Кореядан сактоого кабыл алынган бир нече ондогон тоннага бааланат. ядролук куралга ээ болбогон. Россия Федерациясы дүйнөдөгү эң ири плутоний өндүрүш кубаттуулугуна ээ жана курал-жарак түрүндөгү жана кубаттуу ядролук тез реакторлорго ээ. Плутоний менен бирге бир граммы 100 АКШ долларына жакын (бир зарядга 5-6 кг) тритий болжол менен 20 миң АКШ долларына бааланат (бир зарядга 4-5 грамм).

Ядролук бөлүнүү заряддарынын эң алгачкы долбоорлору 1940-жылдардын ортосунда Кошмо Штаттарда иштелип чыккан Kid and Fat Man болгон. Акыркы заряддын түрү биринчисинен көптөгөн электрдик детонаторлордун детонациясын синхрондоштуруучу жабдуулары жана чоң туурасынан кеткен өлчөмдөрү менен айырмаланган.

"Бала" замбирек схемасы боюнча жасалган - артиллериялык баррель аба бомбасынын тулкусунун узунунан огу боюнча орнотулган, анын тумшук учунда бөлүнүүчү материалдын жарымы (уран U -235), экинчи жарымы бөлүнүүчү материалдын порошок заряды менен ылдамдатылган снаряд болгон. Уранды бөлүү реакциясында колдонуу коэффициенти болжол менен 1 пайызды түздү, U-235 массасынын калган бөлүгү радиоактивдүү кулоо түрүндө 700 миллион жыл жарым ажыроо мезгили менен кулады.

Сүрөт
Сүрөт

"Майлуу адам" имплозивдүү схема боюнча жасалган-бөлүнүүчү материалдын көңдөй сферасы (Pu-239 плутоний) уран U-238 (түрткүч), алюминий кабыгы (өчүргүч) жана снаряд (жарылуу) менен курчалган. генератор), химиялык жардыргычтын беш жана алты бурчтуу сегменттеринен турат, анын сырткы бетине электр детонаторлору орнотулган. Ар бир сегмент ар кандай детонациялык ылдамдыкка ээ болгон жардыргыч заттардын эки түрүнүн детонациялык линзасы болгон, диверсиялык басым толкунун тоголок конвергенциялоочу толкунга айландырган, алюминий кабыгын бирдей кыскан, ал өз кезегинде уран кабыгын кыскан, ал эми бул - плутоний сферасы чейин ички көңдөй жабык. Алюминий абсорбери тыгыздыгы жогору болгон материалга өтүүдө басым толкунунун артка кайтуусун сиңирүү үчүн колдонулган, ал эми бөлүнүү реакциясы учурунда плутонийди инерциялуу кармоо үчүн уран түрткүчү колдонулган. Плутоний сферасынын ички көңдөйүндө полонийден альфа нурлануунун таасири астында нейтрондорду бөлүп чыгарган радиоактивдүү полоний Po-210 изотопу жана бериллийден жасалган нейтрон булагы жайгашкан. Бөлүнүүчү заттарды колдонуу коэффициенти болжол менен 5 пайызды түзгөн, радиоактивдүү кулоонун жарым ажыроо мезгили 24 миң жыл болгон.

Сүрөт
Сүрөт

Ошол замат АКШда "Бала" жана "Майлуу Адам" жаратылгандан кийин, критикалык массаны азайтууга, бөлүнүүчү заттарды колдонуу коэффициентин жогорулатууга, жөнөкөйлөтүүгө багытталган ядролук заряддардын, замбиректин да, жарылуунун да схемаларын оптималдаштыруу иштери башталды. электр детонациялык системасы жана өлчөмүн азайтуу. СССРде жана башка мамлекеттерде - ядролук куралдын ээлери, айыптоолор алгач имплозиялык схема боюнча түзүлгөн. Конструкцияны оптималдаштыруунун натыйжасында бөлүнүүчү материалдын критикалык массасы азайып, нейтрон рефлекторун жана нейтрон булагын колдонуунун эсебинен аны колдонуу коэффициенти бир нече эсеге жогорулатылган.

Бериллий нейтрон рефлектору-калыңдыгы 40 ммге чейин металл кабык, нейтрондун булагы газдуу тритий плутонийдин көңдөйүн толтурат же тритий менен сиңирилген темир гидридин өзүнчө цилиндрде (күчөткүчтө) сактайт жана тритийди жылытуунун таасири менен бөлүп чыгарат. ядролук зарядды колдонуудан мурун электр энергиясы менен, андан кийин газ трубасы аркылуу тритий зарядга түшөт. Акыркы техникалык чечим тритийдин көлөмүнө жараша ядролук заряддын кубаттуулугун көбөйтүүгө мүмкүндүк берет, ошондой эле газ аралашмасын ар бир 4-5 жылда жаңысына алмаштырууну жеңилдетет, анткени тритийдин жарым ажыроо мезгили 12 жыл. Күчөткүчтөгү тритийдин ашыкча өлчөмү плутонийдин критикалык массасын 3 кг чейин азайтууга жана нейтрондук нурлануу сыяктуу зыяндуу фактордун таасирин кыйла жогорулатууга мүмкүндүк берет (башка зыян келтирүүчү факторлордун таасирин азайтуу менен - сокку толкуну жана жарык нурлануусу).). Дизайнды оптималдаштыруунун натыйжасында бөлүнүүчү материалдарды колдонуу коэффициенти 20%га, тритий ашыкча болгон учурда - 40%га чейин жогорулады.

Зымырактын схемасы эки учтуу жана бир октук жарылуучу заряддын жарылышы менен талкаланган көңдөй цилиндр түрүндө бөлүнүүчү материалдардын массивин жасап, радиалдык-октук имплозияга өтүүдөн улам жөнөкөйлөштүрүлгөн.

Сүрөт
Сүрөт

Жарылуучу заттын сырткы корпусун эллипсоид түрүндө жасоо менен имплозивдүү схема оптималдаштырылган (SWAN), бул детонациялык линзалардын санын эллипсоиддин уюлдарынан айырмаланган эки бирдикке чейин кыскартууга мүмкүндүк берген - детонациялык линзанын кесилишиндеги детонациялык толкундун ылдамдыгы бир эле учурда сокку толкунунун сфералык бетине жарылуучу заттын ички катмары жакындайт, анын жарылышы бериллий кабыгын бирдей кысат (нейтрон рефлекторунун функцияларын бириктирген жана басым толкуну)) жана ички көңдөйү тритий же анын дейтерий аралашмасы менен толтурулган плутоний чөйрөсү

Сүрөт
Сүрөт

Жарылуу схемасынын эң компакттуу ишке ашырылышы (советтик 152 мм снарядда колдонулат)-дубалдын калыңдыгы өзгөрмөлүү көңдөй эллипсоид түрүндөгү жардыргыч-бериллий-плутоний курамын аткаруу, бул конструкциянын эсептелген деформациясын камсыздайт. акыркы тоголок түзүлүшкө жарылуучу жарылуудан сокку толкунунун таасири астында

Сүрөт
Сүрөт

Ар кандай техникалык жакшыртууларга карабастан, ядролук бөлүнүү заряддарынын күчү тротил эквивалентинде 100 Ktn деңгээлинде чектелген бойдон калды, анткени жарылуу учурунда бөлүнүүчү заттардын сырткы катмарлары сөзсүз түрдө кеңейип, бөлүнүү реакциясынан затты алып салынды.

Ошондуктан, оор бөлүнүү элементтерин да, жеңил синтез элементтерин да камтыган термоядролук заряддын дизайны сунушталган. Биринчи термоядролук заряд (Айви Майк) тритий менен дейтерийдин суюк аралашмасы менен толтурулган криогендик танк түрүндө жасалган, анда плутонийдин жарылуучу ядролук заряды жайгашкан. Өтө чоң өлчөмдөргө жана криогендик цистернаны дайыма муздатууга муктаждыкка байланыштуу, практикада башка схема колдонулган - бир нече уранды, плутонийди жана литий дейтеридинин бир нече алмашуучу катмарын камтыган "пуф" (RDS -6s). тышкы бериллий рефлектору жана тритийдин ички булагы

Сүрөт
Сүрөт

Бирок, "пуфтун" күчү ички катмарларда бөлүнүү жана синтез реакциясынын башталышына жана реакцияланбаган тышкы катмарлардын кеңейишине байланыштуу 1 Mtn деңгээли менен да чектелген. Бул чектөөнү жоюу үчүн оор элементтердин бөлүнүү реакциясынан рентген нурлары менен синтездөө реакциясынын жеңил элементтерин кысуу схемасы иштелип чыккан (экинчи баскыч) (биринчи баскыч). Бөлүнүү реакциясында бөлүнүп чыккан рентген фотондорунун агымынын эбегейсиз басымы литий дейтеридин тыгыздыгын 1000 эсе көбөйтүү менен 10 эсе кысууга жана кысуу процессинде ысытууга мүмкүндүк берет, андан кийин литий нейтрон агымына дуушар болот. бөлүнүү реакциясы, тритийге айланат, ал дейтерий менен биригүү реакцияларына кирет. Термоядролук заряддын эки баскычтуу схемасы радиоактивдүүлүктүн кирешелүүлүгү боюнча эң таза болуп саналат, анткени биригүү реакциясындагы экинчи нейтрондор реакцияланбаган уран / плутонийди кыска мөөнөттүү радиоактивдүү элементтерге чейин күйгүзүшөт жана нейтрондордун өзү абада өчүрүлөт. болжол менен 1,5 км.

Экинчи баскычты бирдей кысуу үчүн термоядролук заряддын денеси жаңгактын кабыгы түрүндө жасалат, биринчи этаптын түзүлүшүн кабыктын бир бөлүгүнүн геометриялык фокусуна жайгаштырат жана кабыктын башка бөлүгүнүн геометриялык фокусунда экинчи этап. Жыйындар көбүктүн же аэрогелдин толтургучунун жардамы менен дененин көпчүлүк бөлүгүндө токтотулат. Оптика эрежелерине ылайык, биринчи стадиядагы жарылуунун рентген нурлануусу кабыктын эки бөлүгүнүн ортосундагы тарышка топтолот жана экинчи баскычтын бетине бирдей бөлүштүрүлөт. Рентген диапазонунда рефлексивдүүлүктү жогорулатуу үчүн заряд денесинин ички бети жана экинчи баскычтын сырткы бети тыгыз материалдын катмары менен капталган: коргошун, вольфрам, же уран U-238. Акыркы учурда, термоядролук заряд үч баскычка айланат-синтез реакциясынан нейтрондордун таасири астында U-238 U-235ке айланат, анын атомдору бөлүнүү реакциясына кирип, жарылуу күчүн жогорулатат.

Сүрөт
Сүрөт

Үч этаптуу схема советтик АН-602 аба бомбасынын конструкциясына киргизилген, анын конструкциялык күчү 100 млн. Сыноо алдында U-238 уранды коргошунга алмаштыруу менен үчүнчү этап анын курамынан чыгарылган, анткени U-238дин сынуу полигонунун чегинен радиоактивдүү кулоо зонасын кеңейтүү коркунучу бар. Ан-602дин эки баскычтуу модификациясынын чыныгы кубаттуулугу 58 млн. Термоядролук заряддардын кубаттуулугун андан ары жогорулатууну курама жардыруучу түзүлүштөгү термоядролук заряддардын санын көбөйтүү аркылуу жасоого болот. Бирок, бул жетиштүү максаттуу көрсөткүчтөрдүн жоктугунан зарыл эмес - Посейдон суу астындагы унаанын бортуна орнотулган АН -602нин заманбап аналогу имараттар менен курулмаларды 72 км сокку толкуну жана радиусу менен жок кылуу радиусуна ээ. Нью -Йорк же Токио сыяктуу мегаполистерди жок кылуу үчүн жетиштүү болгон 150 км

Сүрөт
Сүрөт

Ядролук куралды колдонуунун кесепеттерин чектөө көз карашынан алганда (территориялык локализация, радиоактивдүүлүктү чыгарууну минималдаштыруу, колдонуунун тактикалык деңгээли), деп аталган тактык бир баскычтуу кубаттуулугу 1 Ktn чейин, алар чекитти бутага алуу үчүн иштелип чыккан - ракеталык силостор, штабдар, байланыш борборлору, радарлар, абадан коргонуу ракеталык системалары, кемелер, суу астында жүрүүчү кемелер, стратегиялык бомбардировщиктер ж.

Мындай заряддын дизайны эки эллипсоиддик детонациялык линзаны (HMX химиялык жардыргычын, полипропиленден жасалган инерттик материалды), үч тоголок снарядды (бериллийден жасалган нейтрондук рефлектор, пьезоэлектр генераторун) камтыган имплозивдүү түзүлүш түрүндө жасалышы мүмкүн. Цезий йодиди, плутонийден бөлүнүүчү материал) жана ички чөйрө (литий дейтерид биригүүчү отун)

Сүрөт
Сүрөт

Конвергенциялануучу басым толкунунун таасири астында цезий йодиди супер күчтүү электромагниттик импульсту пайда кылат, электрон агымы плутонийде гамма-нурланууну пайда кылат, ал ядролордон нейтрондорду чыгарат, ошону менен өзүнөн өзү бөлүнүүчү бөлүнүү реакциясын баштайт, рентген нурлары литий детеридин кысат жана ысытат., нейтрон агымы литийден тритийди пайда кылат, ал дейтерий менен реакцияга кирет. Бөлүү жана синтез реакцияларынын борборго багытталышы термоядролук отундун 100% колдонулушун камсыздайт.

Күчтү жана радиоактивдүүлүктү минималдаштыруу багытында ядролук заряддын конструкцияларын андан ары өнүктүрүү плутонийди тритий менен дейтерийдин аралашмасы менен капсуланы лазердик түрдө кысуу үчүн түзүлүшкө алмаштыруу аркылуу мүмкүн болот.

Сунушталууда: