Адамзат тарихындағы ең сұрапыл соғыстың аяқталғанына екі айдан сәл астам уақыт өтті. Осылайша, 1945 жылы 16 шілдеде АҚШ әскерилері бірінші ядролық бомбаны сынады, ал бір айдан кейін жапон қалаларының мыңдаған тұрғындары атомдық тозақта өледі. Содан бері ядролық қару, сондай-ақ оларды нысанаға жеткізу құралдары жарты ғасырдан астам уақыт бойы үздіксіз жетілдірілуде.
Әскерилер бір соққымен бүкіл қалалар мен елдерді картадан алып тастайтын өте қуатты оқ-дәрілер мен портфельге сыйатын өте кішкентай оқ-дәрілерге ие болғысы келді. Мұндай құрылғы диверсиялық соғысты бұрын-соңды болмаған деңгейге жеткізеді. Біріншісінде де, екіншісінде де еңсерілмейтін қиындықтар болды. Мұның себебі сыни масса деп аталады. Дегенмен, бірінші нәрсе.
Осындай жарылғыш ядро
Ядролық құрылғылардың қалай жұмыс істейтінін түсіну және критикалық масса деп аталатын нәрсені түсіну үшін біраз уақыт жұмыс үстеліне оралайық. Мектеп физика курсынан біз қарапайым ережені есте сақтаймыз: бір аттас зарядтар бір-бірін итермелейді. Сол жерде орта мектепте оқушыларға атом ядросының құрылымы нейтрондардан, бейтарап бөлшектерден жәнеоң зарядталған протондар. Бірақ бұл қалай мүмкін? Оң зарядталған бөлшектер бір-біріне жақын болғандықтан, итеру күштері орасан зор болуы керек.
Протондарды біріктіретін ядроішілік күштердің табиғатын ғылым толық білмейді, дегенмен бұл күштердің қасиеттері жеткілікті түрде зерттелген. Күштер өте жақын қашықтықта ғана әрекет етеді. Бірақ, кем дегенде, протондарды кеңістікте бөлуге тұрарлық, өйткені итеруші күштер басым бола бастайды және ядро бөлшектерге бөлінеді. Ал мұндай кеңеюдің күші шынымен де орасан зор. Ересек еркектің күші қорғасын атомының бір ядросының протондарын ұстауға жеткіліксіз екені белгілі.
Рутерфорд неден қорықты
Периодтық жүйенің көптеген элементтерінің өзегі тұрақты. Бірақ атомдық нөмір өскен сайын бұл тұрақтылық төмендейді. Бұл өзектердің өлшемі туралы. 238 нуклидтен тұратын, оның 92-сі протоннан тұратын уран атомының ядросын елестетіңіз. Иә, протондар бір-бірімен тығыз байланыста және ядроішілік күштер бүкіл құрылымды сенімді түрде цементтейді. Бірақ ядроның қарама-қарсы ұштарында орналасқан протондардың итеру күші байқалады.
Рутерфорд не істеді? Ол атомдарды нейтрондармен бомбалады (электрон атомның электрондық қабығынан өтпейді, ал оң зарядталған протон тебілу күштерінің әсерінен ядроға жақындай алмайды). Атомның ядросына енген нейтрон оның бөлінуін тудырады. Екі бөлек жарты және екі немесе үш бос нейтрон бір-бірінен ұшып кетті.
Ұшатын бөлшектердің орасан зор жылдамдығына байланысты бұл ыдырау орасан зор энергияның бөлінуімен қатар жүрді. Рутерфорд өзінің ашқан жаңалығын жасырғысы келіп, оның адамзатқа тигізетін ықтимал салдарынан қорқады деген қауесет тарады, бірақ бұл ертегі ғана емес шығар.
Сонымен массаның оған қандай қатысы бар және ол неге маңызды
Сонымен не? Қуатты жарылыс жасау үшін жеткілікті радиоактивті металды протондар ағынымен қалай сәулелендіруге болады? Ал критикалық масса дегеніміз не? Мұның бәрі «бомбаланған» атом ядросынан ұшатын аздаған бос электрондар туралы, олар өз кезегінде басқа ядролармен соқтығысып, олардың бөлінуін тудырады. Ядролық тізбекті реакция басталады. Дегенмен, оны іске қосу өте қиын болады.
Таразаны тексеріңіз. Егер біз үстеліміздегі алманы атомның ядросы ретінде алсақ, онда көрші атомның ядросын елестету үшін сол алманы тіпті көрші бөлмеде де емес, үстелге апарып қою керек болады, бірақ.. келесі үйде. Нейтрон мөлшері шие тұқымындай болады.
Шығарылатын нейтрондар уран құймасының сыртында босқа ұшып кетпеуі үшін және олардың 50%-дан астамы атом ядросы түріндегі нысананы табуы үшін бұл құйманың тиісті өлшемі болуы керек. Бұл уранның критикалық массасы деп аталады - шығарылатын нейтрондардың жартысынан көбі басқа ядролармен соқтығысатын массасы.
Негізі бұл әп-сәтте болады. Бөлінген ядролардың саны көшкін сияқты өседі, олардың фрагменттері барлық бағыттар бойынша салыстырмалы жылдамдықпен қозғалады.жарық жылдамдығы, ашық ауа, су, кез келген басқа орта. Олардың қоршаған орта молекулаларымен соқтығысуы нәтижесінде жарылыс аймағы бірден миллиондаған градусқа дейін қызып, бірнеше километр аумақта барлығын өртеп жіберетін жылу шығарады.
Кенеттен қызған ауаның көлемі лезде кеңейіп, күшті соққы толқынын тудырады, ол ғимараттарды іргетастарынан ұшырып, жолындағы барлық нәрсені төңкеріп, қиратады … бұл атомдық жарылыс суреті.
Бұл іс жүзінде қалай көрінеді
Атом бомбасының құрылғысы таңқаларлық қарапайым. Уранның (немесе басқа радиоактивті металдың) екі құймасы бар, олардың әрқайсысы сыни массасынан сәл аз. Құймалардың бірі конус түрінде жасалған, екіншісі конус тәрізді тесігі бар шар. Сіз болжағандай, екі жарты біріктірілген кезде, критикалық массаға жеткен доп алынады. Бұл қарапайым қарапайым ядролық бомба. Екі жартысы кәдімгі TNT заряды арқылы қосылған (конус допқа түсірілген).
Бірақ мұндай құрылғыны кез келген адам "тізелеп" жинай алады деп ойламаңыз. Бомба жарылуы үшін уран өте таза болуы керек, қоспалардың болуы іс жүзінде нөлге тең.
Неге бір қорап темекідей атом бомбасы жоқ
Бәрі бір себеппен. Уран 235-тің ең көп таралған изотопының критикалық массасы шамамен 45 кг құрайды. Мұндай көлемдегі ядролық отынның жарылуы қазірдің өзінде апат. Ал жарылғыш құрылғыны азырақ жасаузат мөлшері мүмкін емес - ол жұмыс істемейді.
Сол себепті ураннан немесе басқа радиоактивті металдардан аса қуатты атом зарядтарын жасау мүмкін болмады. Бомба өте күшті болуы үшін ол жарылған зарядтар жарылған кезде апельсин тілімдері сияқты қосылып, ортаға қарай жүгіретін ондаған құймадан жасалған.
Бірақ шын мәнінде не болды? Егер қандай да бір себептермен екі элемент басқаларына қарағанда секундтың мыңнан бір бөлігі бұрын кездессе, критикалық массаға қалғандары «уақытында келетінінен» тезірек жетсе, жарылыс дизайнерлер күткен қуатта болмады. Аса қуатты ядролық қару мәселесі термоядролық қарудың пайда болуымен ғана шешілді. Бірақ бұл сәл басқа оқиға.
Бейбіт атом қалай жұмыс істейді
Атом электр станциясы – шын мәнінде бірдей ядролық бомба. Тек осы «бомбада» бір-бірінен біршама қашықтықта орналасқан ураннан жасалған отын элементтері (отын элементтері) бар, бұл олардың нейтрондық «соққымен» алмасуына кедергі жасамайды.
Отын элементтері стержень түрінде жасалған, олардың арасында нейтрондарды жақсы сіңіретін материалдан жасалған басқару шыбықтары бар. Жұмыс принципі қарапайым:
- реттеуіш (сіңіру) таяқшалар уран таяқшалары арасындағы кеңістікке енгізіледі - реакция баяулайды немесе мүлдем тоқтайды;
- бақылау таяқшалары аймақтан шығарылды - радиоактивті элементтер нейтрондарды белсенді түрде алмасады, ядролық реакция қарқынды жүреді.
Шынымен де, дәл сол атом бомбасы болып шықты,онда критикалық массаға біркелкі жетеді және ол жарылысқа әкелмейтіні соншалықты анық реттеледі, тек салқындатқышты қыздырады.
Бірақ, өкінішке орай, тәжірибе көрсеткендей, адам данышпандары бұл орасан зор және жойқын энергияны – атом ядросының ыдырау энергиясын тежей алмайды.
