Одна из причин, по которой мы должны знать, как работает ядерное оружие, заключается в том, что мир вступил в ядерный век взрывно 16 июля 1945 года. В тот день Соединенные Штаты планировали испытать оружие, которое раньше не было известно. Это произошло в пустыне Нью-Мексико. Сделанная из плутониевого шара размером с теннисный мяч, бомба Тринити взорвалась, эквивалентно 20 000 тонн тротила.
Принципы строительства и способность уничтожать ядерные бомбы оставались неизменными в течение 50 лет. Материалы, которые испускают излучение (уран, плутоний, тритий и т. Д.) И различные радиоактивные лучи во вселенной (альфа, бета, гамма, космические рентгеновские лучи / солнечный или радон), являются общими для земной экосистемы.
В конце девятнадцатого и начале двадцатого века многие физики провели эксперименты, направленные на выявление всех свойств электричества. Кстати, они обнаружили радиоактивность.
В те годы большинство ученых предполагали, что будущие применения новых открытий будут чрезвычайно полезны для человечества. В. Рентген, например, понял, что они произведут революцию в медицине с первых минут после получения рентгеновских лучей.
Однако во время Второй мировой войны Германия воспользовалась преимуществами физических гениев, таких как Вернер Карл Гейзенберг и Отто Хан, и заставила их разработать первую ядерную программу в мире. К счастью, нацистская ядерная программа провалилась, но как только ядерная угроза была запущена, большинство держав вступили в гонку вооружений. Звезда ядерной технологии была названа атомной бомбой.
Манхэттенский проект
В 1939 году разведка США уже знала, что нацисты планировали строительство атомной бомбы.
В результате три года спустя Соединенные Штаты начали свою собственную ядерную программу под названием «Манхэттенский проект» в Инженерном корпусе армии (Департамент ученых армии США) под командованием генерала Лесли Р. Гровса. Секретная миссия генерала Гроувза заключалась в создании трех центров ядерной инженерии и производства, для которых он назвал физика Дж. Роберта Оппенгеймера, который также заложил основы: инженер Клинтона работает в Ок-Ридже, завод инженеров Хэнфорда в восточном Вашингтоне Штат и Проект Y в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико.
Тем временем в небольшой секретной лаборатории в подвале Чикагского университета генерал Гроувс назначил итальянского физика Энрико Ферми, лауреата Нобелевской премии и беженца, создать управляемый ядерный реактор. 2 декабря 1942 года Ферми завершил строительство Чикагской сваи (CP-1), первого в мире управляемого ядерного реактора.
Впервые в истории человек обладал огромной энергией, выделяемой ядром. Сразу же, CP-1 был взят в Ок-Ридже и Хэнфорде, чтобы Оппенгеймер и другие ученые могли найти способ получить ядерное топливо и, как только операция будет завершена, использовать реактор для создания атомного оружия.
В 1942 году единственными решениями для этого топлива были уран (U-235) и плутоний (Pl-239). Менеджеры Манхэттенского проекта не знали, как быстро и сколько ядерного топлива будут производить эти два вещества, поэтому они решили создать атомное оружие одновременно на обоих элементах. Хотя основные ученые, работавшие над проектом, находились в Ок-Ридже и Вашингтоне (эти базы используют новейшие технологии), первые атомные бомбы были созданы в Лос-Аламосе.
Основанный на очень простом элементе, стволе орудия, те, кто находился внутри Проекта Y, применили бомбу U-235: одна капсула с U-235 была направлена через трубку в другую капсулу U-235. Когда два количества урана были объединены, произошел ядерный взрыв.
Вторая бомба использовала взрыв, чтобы взорвать плутоний. Больше взрывов окружало шар плутония, он был сжат, и это явление вызвало ядерный взрыв.
Две бомбы были названы «Маленький мальчик» и «Толстяк».
Производственный процесс
Производство ядерных бомб включает разработку технологии, которая стабилизирует ядра крайне нестабильных атомов и заставляет их испускать ядерную энергию, которую они содержат, по требованию. Эта технология достигается с помощью двух методов: ядерного синтеза и ядерного деления. Оба процесса приводят к выделению огромного количества тепла и радиации.
Чтобы создать атомную бомбу, вам нужен источник топлива для активации деления или синтеза, устройство для обжига и технология, которая позволяет топливу генерировать ядерное деление или синтез, прежде чем произойдет взрыв.
Насос Fision
В бомбе деления топливо должно храниться в отдельных докритических массах, которые нельзя делить, чтобы избежать преждевременной детонации. Критическая масса, необходимая для создания ядерной реакции, является наименьшей частью материала, использованного для создания бомбы. Столкнувшись с рядом проблем, менеджеры Манхэттенского проекта прибегли к двум решениям: стреляющему механизму, аналогичному механизму ствола оружия, и технике взрыва.
Последнее достигается с помощью генератора нейтронов, который состоит из небольшой спирали и нескольких листов полония и бериллия, которые разделяли ядерное топливо. Работа генератора чрезвычайно проста: спираль объединяет две докритические массы, а полоний самопроизвольно испускает альфа-частицы. В конечном итоге они производят бериллий-8, который выделяет нейтроны. Затем нейтроны инициируют деление.
Fusion pump
Эта модель, также называемая термоядерным насосом или H (гелиевым) насосом, теоретически будет более эффективной, чем насосы деления. Станислав Улам из Польши присоединился к Манхэттенскому проекту и смог изготовить гибридную термоядерную бомбу в 1945 году в Лос-Аламосе.
Насос Улама на самом деле является взрывной бомбой имплозивного типа, которая содержит мини-бомбу.
Рабочий механизм
- Насос деления вызывает взрыв и испускает рентгеновские лучи, создавая высокие температуры и давления.
- Удар сжатия вызывает реакцию деления в плутонии и выделяет излучение, больше тепла и нейтронов.
- Нейтроны взаимодействуют с литием, превращая его в тритий.
- Сочетание огромных температур и давлений вызывает реакцию синтеза между тритием и дейтерием, которая усиливает излучение и тепло, производя нейтроны.
- Они вызывают деление урана-235 штук.
- Бомба взрывается.
Ядерные бомбы
6 августа 1945 года погода была прекрасной в Хиросиме, первом целевом городе, выбранном американцами. В 8.15 по местному времени бомбардировщик Enola Gay запустил Little Boy. Бомба взорвалась на 580 метров над городом.
Две трети города были разрушены. В радиусе 10 километров почти 90 000 зданий рухнули мгновенно.
11.02, 9 августа 1945 года: Толстяк был взорван на высоте 500 метров над Нагасаки.
Толстяк был предназначен для города Корука, но он был спасен из-за густого тумана, который он оставил во время утренней атаки. Около 40% Нагасаки было уничтожено. Хотя бомба Толстяка была более мощной, чем Маленький Мальчик, пересеченная местность города спасла многих жителей. 25 000 из 270 000 умерли в день взрыва. Но еще 50 000 умерли в конце года из-за радиации.
Если целью взрыва ядерной бомбы является населенный пункт, взрыв приводит к разрушительным потерям. Повреждения варьируются в зависимости от расстояния между землей и центром взрыва, называемого гипо или центром нулевой точки. Чем меньше расстояние, тем больше эффект.
Разрушения и жертвы вызваны четырьмя факторами:
- интенсивный волна тепла Это возникает из-за взрыва;
- давление вызванные ударными волнами, вызванными взрывом;
- излучение испускается насосом;
- эффект дождярадиоактивные облака, которые остаются после взрыва, и радиоактивные частицы, образовавшиеся из остатков бомбы, которые в конечном итоге падают на землю.
В нулевой точке все мгновенно испаряется из-за чрезвычайно высоких температур (более 300 миллионов градусов по Цельсию). В радиусе от 10 до 15 километров тепло взрыва вызывает смертельные ожоги или мгновенное сгорание, а давление взрыва вызывает разрушение всех зданий. В местах, близких к взрыву, жертвы умирают от жары, острого воздействия высокой радиации и разрушительного пожара.
В долгосрочной перспективе последствия стихийного бедствия приводят к тому, что последствия распространяются в обширном пространстве: радиоактивные частицы переносятся ветром и / или проникают в источники воды. Люди, находящиеся за тысячи километров от взрыва, подвергаются смертельной радиации.
Исследователи из Фонда исследований радиационных эффектов (RERF) изучили выживших после взрывов в Хиросиме и Нагасаки, чтобы понять влияние ядерного взрыва на здоровье человека.
Они были первыми, кто показал, что излучение и эффект осадков в основном влияют на все клетки, которые активно делятся (волосы, кишечник, репродуктивные органы). На первом этапе облучение приводит к головокружению, рвоте, диарее, массивной потере волос и зубов, катаракте и потере большого количества клеток.
На втором этапе жертвы демонстрируют повышенный риск заболеть раком или лейкемией, стать бесплодными или родить детей с врожденными дефектами.
В 1980-х годах несколько физиков выдвинули гипотезу о том, что из-за холодной войны и глобального вооружения без протокола контроля за распространением ядерного оружия существует теоретическая вероятность того, что большее количество бомб такого типа может взорваться одновременно в разных частях. мира. Эта катастрофа вызовет ядерную зиму.
Сценарий, лежащий в основе этой гипотезы, состоит в том, что взрыв более 50 ядерных бомб вызовет в воздухе огромные облака токсичной радиоактивной пыли, которые проникнут в атмосферу Земли. Наконец, радиоактивный слой заблокирует солнечный свет, который приведет к окончанию процесса фотосинтеза. Последними последствиями ядерной зимы станет исчезновение всех источников пищи, всей растительности и всех животных на Земле, что косвенно приведет к исчезновению человеческой расы.
Сценарий ядерной зимы приобрел ужасный коллективный страх, когда взорвались вулкан Святой Елены, Соединенные Штаты и Пинатубо на Филиппинах. Гигантские облака и пыль пересекли тысячи километров, омрачая небо и уничтожая флору и фауну многих районов. Эти две катастрофы показали, что в случае атомной войны сценарий ядерной зимы может стать реальностью.
Ограничение распространения ядерной опасности
В то время как девять стран имеют ядерное оружие, еще 187 стран обязались его не производить. Когда-то программы были у двадцати стран, таких как Швейцария, Бразилия, Аргентина, Канада и Южная Африка, но, подписав Договор о нераспространении ядерного оружия 1968 года, они отказались от них.
Договор был разработан, чтобы ограничить распространение ядерного оружия и заставить пять государств, которые должны были делиться ядерными технологиями и материалами для их использования в мирных районах. Договор получил демонтаж 38 000 боеголовок с 1986 года в основном из-за разоружения США и России.
Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) 1996 года является попыткой ограничить взрывы и обуздать ядерное оружие, но Сенат Соединенных Штатов отказался ратифицировать его в 1999 году.
Еще одна большая задача — контролировать количество обширного и плохо защищенного ядерного арсенала России. Страны G8 неоднократно обещали миллиарды долларов для защиты огромных депозитов.
Международное агентство по атомной энергии борется за то, чтобы контролировать кражу и черный рынок ядерных материалов и технологий, и часто высказываются опасения, что террористы могут получить контрафактную бомбу. Продажа материалов и информации была отмечена в 2004 году, когда ученый-ядерщик признал, что Пакистан продает ядерные технологии Ливии, Северной Корее и Пакистану.
Ядерная энергия
Производство ядерной энергии было связано с распространением ядерного оружия. По сути, первые реакторы промышленного масштаба построены в США. UU. В 1944 году они были предназначены для производства плутония для оружия, а вырабатываемая энергия была потрачена впустую. Первый ядерный реактор, обеспечивающий электричеством национальную сеть, был открыт в 1956 году в Англии в Колдер-Холле. В настоящее время такие страны, как Япония и Франция, используют ядерную энергию для обеспечения до 75% своей энергии.
В отличие от ядерного оружия, ядерные реакторы должны тщательно контролировать цепную реакцию деления. Чтобы избежать неконтролируемой реакции, управляющие стержни переплетены с урановыми или плутониевыми топливными стержнями. Управляющие стержни поглощают нейтроны и могут опускаться в активную зону реактора для регулирования вырабатываемой энергии. Смягчающее вещество, такое как вода или графит, окружает стержни, которые уменьшают нейтронную реакцию, отражая их обратно в центр.
Охлаждающий агент циркулирует вокруг активной зоны и закачивается в теплообменник, где вода превращается в пар и приводит в действие турбины, которые вырабатывают электричество. Современные газоохлаждаемые реакторы, такие как в Великобритании, используют сжатый диоксид углерода в качестве хладагента. Легкие, герметичные и тяжелые водяные реакторы используют воду в качестве замедлителя и теплоносителя.
Эти реакторы по своей сути неэффективны, поскольку они используют только около 1% энергии, запасенной в урановом топливе. Чтобы преодолеть эту неэффективность и свести к минимуму ядерные отходы, некоторые страны перерабатывают ядерное топливо. Блок переработки в Селлафилде, Великобритания, является крупнейшим в мире, но у него было много проблем.
Современные (но менее безопасные) реакторы для размножения используют жидкий металлический натрий в качестве теплоносителя и генерируют плутоний в качестве топлива. Репродуктивные реакторы, такие как Superphenix во Франции, Dounreay в Великобритании, Monju в Японии и планируемые реакторы в Индии, могут использовать до 75% энергии, содержащейся в уране. Новые миниатюрные реакторы Rapid-L могут обеспечить электроэнергию в подвале многоквартирных домов, а переносные реакторы (№ 8220; вынос и № 8221;) планируются в будущем.
Ядерное топливо также использовалось для питания подводных лодок, таких как проклятый Курск России; космический корабль, такой как Кассини, Галилео и тот, который потерпел неудачу, Марс-96; Ледоколы, авианосцы и другие суда. Пентагон ненадолго вспомнил идею атомного самолета.
Ядерные аварии
Некоторые аварии разрушили доверие общественности к ядерной энергии. Наихудшая ядерная авария в Соединенных Штатах произошла в 1979 году, когда в Три-Майл-Айленде в Пенсильвании произошла неисправность холодильной системы. Реактор расплавился, выпустив радиоактивные газы в окружающую среду. Сейчас есть опасения по поводу безопасности старых реакторов в США.
Самая катастрофическая ядерная авария в мире произошла в Чернобыле, Украина. Контрольные стержни были извлечены из реактора во время плохо проведенного испытания, которое расплавилось и вызвало массивные взрывы. Из-за радиации погибли 30 человек, и они распространились по всей северной Европе
Радиация, вызванная несчастным случаем, вызвала рак щитовидной железы и лейкемию, врожденные дефекты, младенческую смерть и загрязнение озер и лесов. Три других реактора в Чернобыле были перезапущены в 1988 году, но затем остановлены, последний в 2000 году после того, как западные страны заплатили Украине за закрытие. Подобные реакторы в Восточной Европе могут быть одинаково опасными.
В 1999 году 70 человек подверглись облучению на заводе по переработке урана в Токаймуре, Япония, после того, как рабочие добавили в семь раз больше урана, чем безопасное количество в резервуаре стабилизатора. Это вызвало неконтролируемую цепную реакцию. Многие другие опасные или смертельные аварии произошли в Виндскейле, Селлафилде, Маяке, Монжу, Цуруге и Михаме.
11 марта 2011 года произошел аварийный взрыв на атомной электростанции Фукусима в Японии, которая состоит из четырех ядерных реакторов. Это было вызвано землетрясением в северо-восточной области 14:46, сопровождаемым сильным цунами.
Радиоактивные ядерные отходы, которые остаются опасными на протяжении тысячелетий, являются еще одним серьезным препятствием для отрасли. Как способы избавиться от этого, правительства рассмотрели:
- переработки ИТС
- захоронение глубоко под землей, как на горе Юкка в штате Невада, США. UU .;
- сжигание;
- перевозка в другие страны;
- повреждение лазером;
- Его инкрустация в стеклянных блоках на ядерных объектах.
Области, которые используют атомные электростанции, включают Северную Америку, Японию и Европу.
Преимущество ядерной энергии заключается в том, что она не выделяет углекислый газ и другие вредные для атмосферы газы.
Недостатком является то, что в результате ядерных реакций образуются радиоактивные отходы, которые могут быть чрезвычайно опасными. Люди, которые работают рядом с радиоактивными отходами, должны принимать строгие меры для обеспечения их здоровья, безопасности и защиты окружающей среды.
Атомные электростанции дороги, как для строительства, так и для обслуживания. Это причина, почему в последнее время в мире стало меньше электростанций.
