Yadro qurollari insoniyat tarixida iqtisodiy / samaradorlik jihatidan eng samarali hisoblanadi: bu qurollarni ishlab chiqish, sinovdan o'tkazish, ishlab chiqarish va ishlatishda yillik xarajatlar AQSh harbiy byudjetining 5-10 foizini tashkil qiladi. Rossiya Federatsiyasi - yadro ishlab chiqarish majmuasi, atom energetikasi rivojlangan va yadroviy portlashlarni matematik modellashtirish uchun superkompyuterlar parkiga ega bo'lgan davlatlar.
Yadro qurilmalarini harbiy maqsadlarda ishlatish og'ir kimyoviy elementlar atomlarining elektromagnit nurlanish (gamma va rentgen nurlari) ko'rinishidagi energiyani chiqarib, engilroq elementlarning atomlariga parchalanish xususiyatiga asoslangan. Tarqoq elementar zarralar (neytronlar, protonlar va elektronlar) va engilroq elementlar atomlari (seziy, stronsiy, yod va boshqalar) ning kinetik energiyasi shakli
Eng mashhur og'ir elementlar - uran va plutoniy. Ularning izotoplari, yadro bo'linishida, 2 dan 3 gacha neytron chiqaradi, bu esa o'z navbatida qo'shni atomlar yadrolarining bo'linishiga olib keladi. Moddada ko'p miqdorda energiya ajralib chiqadigan o'z-o'zidan tarqaladigan (zanjir deb ataladigan) reaktsiya sodir bo'ladi. Reaktsiyani boshlash uchun ma'lum miqdordagi tanqidiy massa kerak bo'ladi, uning miqdori neytronlarni moddaning tashqarisiga chiqmasdan atom yadrolari tomonidan ushlanishi uchun etarli bo'ladi. Kritik massani neytronli reflektor va boshlovchi neytron manbai yordamida kamaytirish mumkin
Parchalanish reaktsiyasi ikkita subkritik massani bitta o'ta kritik massaga birlashtirish yoki o'ta kritik massaning sharsimon qobig'ini sharga siqish orqali boshlanadi va shu bilan ma'lum hajmdagi bo'linadigan moddalar kontsentratsiyasini oshiradi. Parchalanadigan material kimyoviy portlovchi moddalarning yo'naltirilgan portlashi bilan birlashtiriladi yoki siqiladi.
Yadro zaryadlarida og'ir elementlarning bo'linish reaktsiyasidan tashqari, engil elementlarning sintezi reaktsiyasi qo'llaniladi. Termoyadroviy termoyadroviy moddalarni bir necha o'nlab million daraja va atmosferaga qadar qizdirish va siqishni talab qiladi, bu faqat bo'linish reaktsiyasi paytida ajralib chiqadigan energiya hisobiga ta'minlanishi mumkin. Shuning uchun termoyadro zaryadlari ikki bosqichli sxema bo'yicha ishlab chiqilgan. Vodorod, tritiy va deuterium izotoplari (termoyadroviy reaktsiyani boshlash uchun harorat va bosimning minimal qiymatlarini talab qiladi) yoki kimyoviy birikma, lityum deuterid (ikkinchisi birinchi bosqich portlashidan neytronlar ta'sirida bo'linadi) tritiy va geliyga) engil elementlar sifatida ishlatiladi. Erish reaktsiyasidagi energiya neytronlar, elektronlar va geliy yadrolarining (alfa zarrachalari deb ataladigan) elektromagnit nurlanish va kinetik energiyasi ko'rinishida chiqariladi. Birlik massasi uchun termoyadroviy reaktsiyaning energiya chiqarilishi bo'linish reaktsiyasidan to'rt baravar yuqori
Tritiy va uning o'z-o'zidan parchalanadigan mahsuloti deyteriy ham bo'linish reaktsiyasini boshlash uchun neytron manbai sifatida ishlatiladi. Tritiy yoki vodorod izotoplari aralashmasi, plutoniy qobig'ining siqilishi ta'sirida, neytronlarning ajralib chiqishi bilan qisman termoyadroviy reaktsiyaga kiradi, bu esa plutoniyni o'ta kritik holatga o'tkazadi.
Zamonaviy yadroviy o'qlarning asosiy tarkibiy qismlari quyidagilardan iborat.
-uran rudasidan yoki (nopoklik shaklida) fosfat rudasidan olinadigan U-238 uranining barqaror (o'z-o'zidan bo'linmaydigan) izotopi;
-uran rudasidan olinadigan yoki U-238 dan yadroviy reaktorlarda ishlab chiqarilgan U-235 radioaktiv (o'z-o'zidan bo'linadigan) izotopi;
-yadro reaktorlarida U-238 dan ishlab chiqarilgan Pu-239 plutoniy radioaktiv izotopi;
- tabiiy suvdan olinadigan yoki yadroviy reaktorlarda protiydan ishlab chiqarilgan vodorodli deyteriy D ning izotopi;
- yadroviy reaktorlarda deyteriydan ishlab chiqarilgan vodorod tritiy T radioaktiv izotopi;
- rudadan olinadigan lityum Li-6 ning barqaror izotopi;
- berilyumning Be-9 turg'un izotopi, rudadan olinadi;
- HMX va triaminotrinitrobenzol, kimyoviy portlovchi moddalar.
Diametri 17 sm bo'lgan U-235 dan yasalgan to'pning kritik massasi 50 kg, diametri 10 sm bo'lgan Pu-239dan yasalgan to'pning kritik massasi 11 kg. Berilyum neytronli reflektor va tritiy neytron manbai bilan kritik massani mos ravishda 35 va 6 kg gacha kamaytirish mumkin.
Yadro zaryadlarining o'z-o'zidan ishlashi xavfini bartaraf etish uchun ular shunday deb nomlanadi. boshqa turdagi, kamroq barqaror plutoniy izotoplaridan tozalangan Pu-239 qurollari 94%. 30 yillik davriylik bilan, plutoniy o'z izotoplarining o'z -o'zidan yadro parchalanishidan tozalanadi. Mexanik kuchni oshirish maqsadida plutoniy 1 % massali galyum bilan qotishtiriladi va oksidlanishdan himoya qilish uchun yupqa nikel qatlami bilan qoplangan.
Yadro zaryadlarini saqlash vaqtida plutoniyning radiatsion o'z-o'zidan qizdirilishi harorati 100 darajadan oshmaydi, bu kimyoviy portlovchi moddalarning parchalanish haroratidan past.
2000 yilga kelib, Rossiya Federatsiyasi tasarrufidagi qurolga mo'ljallangan plutoniy miqdori 170 tonnaga, AQSh 103 tonnaga, NATO mamlakatlari, Yaponiya va Janubiy Koreyadan saqlash uchun qabul qilingan bir necha o'n tonnaga baholanmoqda. yadro quroliga ega bo'lmaganlar. Rossiya Federatsiyasi qurol-yarog 'va kuchli yadroviy tez reaktorlar ko'rinishidagi dunyodagi eng katta plutoniy ishlab chiqarish quvvatiga ega. Bir gramm uchun taxminan 100 AQSh dollari (har bir zaryad uchun 5-6 kg) bo'lgan plutoniy bilan birgalikda tritiy gramm uchun taxminan 20 ming AQSh dollari (har bir zaryad uchun 4-5 gramm) ishlab chiqariladi.
Yadro parchalanishining dastlabki dizaynlari 1940-yillarning o'rtalarida AQShda ishlab chiqilgan Kid and Fat Man edi. Oxirgi zaryad turi birinchisidan ko'p sonli elektr detonatorlarning portlashini sinxronlashtirish uchun mo'ljallangan uskunada va katta ko'ndalang o'lchamlari bilan farq qilardi.
"Bola" to'p sxemasi bo'yicha qilingan - artilleriya bochkasi havo bombasi korpusining uzunlamasına o'qi bo'ylab o'rnatildi, uning bo'g'ilgan uchida bo'linadigan materialning yarmi (U -235 urani), ikkinchi yarmi bo'linadigan material - bu chang zaryad bilan tezlashtirilgan snaryad. Uranning bo'linish reaktsiyasida foydalanish koeffitsienti taxminan 1 foizni tashkil etdi, U-235 massasining qolgan qismi radioaktiv tushish shaklida tushib ketdi, yarim umri 700 million yil.
"Yog 'odam" portlovchi sxema bo'yicha qilingan-bo'linadigan materialning bo'sh qismi (Pu-239 plutoniy) U-238 uranidan yasalgan qobiq, itaruvchi alyuminiy qobig'i (söndürücü) va qobiq (portlash) bilan o'ralgan. generator), kimyoviy portlovchi moddasining besh va olti burchakli segmentlaridan iborat bo'lib, uning tashqi yuzasiga elektr detonatorlari o'rnatilgan. Har bir segment har xil portlash tezligiga ega bo'lgan ikki turdagi portlovchi moddalarning portlash linzalari edi, ular bosimli to'lqinni sharsimon yaqinlashuvchi to'lqinga aylantirdi, alyuminiy qobig'ini bir tekis siqib chiqardi, bu esa o'z navbatida uran qobig'ini siqib chiqardi va bu - plutoniy sferasi. ichki bo'shliq yopiq. Yuqori zichlikdagi materialga o'tganda, bosim to'lqinining qaytarilishini yutish uchun alyuminiyli absorber ishlatilgan, bo'linish reaksiyasi paytida plutoniyni inert ushlab turish uchun uranli itargich ishlatilgan. Plutoniy sferasining ichki bo'shlig'ida polonyum alfa nurlanishi ta'sirida neytronlarni chiqaradigan pooniy Po-210 radioaktiv izotopi va berilyumdan tayyorlangan neytron manbai joylashgan edi. Parchalanuvchi moddalardan foydalanish koeffitsienti taxminan 5 foizni tashkil etdi, radioaktiv tushishning yarimparchalanish davri 24 ming yilni tashkil etdi.
AQShda "Kid" va "Fat Man" yaratilgandan so'ng, yadro zaryadlarini, ham to'pni, ham portlash sxemalarini optimallashtirish bo'yicha ishlar boshlandi, ular tanqidiy massani kamaytirish, bo'linadigan moddalardan foydalanish tezligini oshirish, elektr detonatsiya tizimi va hajmini kamaytirish. SSSRda va yadro quroliga ega bo'lgan boshqa shtatlarda ayblovlar dastlab o'ta murakkab sxema bo'yicha tuzilgan. Dizaynni optimallashtirish natijasida neytronli reflektor va neytron manbasini ishlatish hisobiga bo'linadigan materialning kritik massasi kamaytirildi va undan foydalanish koeffitsienti bir necha barobar oshdi.
Berilyum neytronli reflektor-qalinligi 40 mm gacha bo'lgan metall qobiq, neytron manbai gazsimon tritiy bo'lib, u plutoniyli bo'shliqni to'ldiradi yoki tritiy bilan singdirilgan temir gidridini alohida tsilindrda (kuchaytirgichda) saqlanadi va tritiyni isitish ta'siri ostida chiqaradi. yadro zaryadini ishlatishdan oldin elektr energiyasi bilan, shundan so'ng tritiy gaz quvuridan zaryadga o'tadi. Oxirgi texnik echim nasosli trityum hajmiga qarab yadroviy zaryadning kuchini ko'paytirishga imkon beradi, shuningdek tritiyning yarim yemirilish davri bo'lgani uchun har 4-5 yilda gaz aralashmasini yangisiga almashtirishni osonlashtiradi. 12 yil. Tritiyning haddan tashqari ko'pligi plutoniyning kritik massasini 3 kg gacha kamaytirishga va neytron nurlanish kabi zararli omil ta'sirini sezilarli darajada oshirishga imkon beradi (boshqa zararli omillar ta'sirini - zarba to'lqini va yorug'lik nurlanishini kamaytirish orqali).). Dizaynni optimallashtirish natijasida bo'linadigan materiallardan foydalanish koeffitsienti 20%gacha, tritiydan ortiq bo'lsa - 40%gacha oshdi.
Ikki uchli va bitta eksa o'qi portlovchi portlashi natijasida ezilgan, silindr shaklidagi bo'linadigan materialni yasash orqali radius-eksenli portlashga o'tish tufayli to'plar sxemasi soddalashtirildi.
Portlovchi moddaning tashqi qobig'ini ellipsoid shaklida yasash orqali implosiv sxemasi optimallashtirildi, bu esa portlovchi linzalar sonini ellipsoid qutblaridan bir -biridan ajratilgan ikkita birlikka qisqartirish imkonini berdi. portlash linzasining kesishish qismidagi portlash to'lqinining tezligi bir vaqtning o'zida zarba to'lqinining portlovchi moddasining ichki qatlamining sharsimon yuzasiga yaqinlashishini ta'minlaydi, uning portlashi berilyum qobig'ini bir xilda siqib chiqaradi (neytronli reflektor va bosimli to'lqinli qaytaruvchi damper) va tritiy yoki uning deyteriy bilan aralashmasi bilan to'ldirilgan ichki bo'shlig'i bo'lgan plutoniy shar.
Portlash sxemasining eng ixcham qo'llanilishi (152-mm sovet sovetida ishlatilgan)-bu devorning qalinligi o'zgaruvchan, ellipsoidli ichi bo'sh ellipsoid shaklida portlovchi-berilyum-plutoniy yig'ilishining bajarilishi, bu yig'ilishning hisoblangan deformatsiyasini ta'minlaydi. zarba to'lqini ta'sirida portlovchi portlashdan yakuniy sharsimon tuzilishga
Har xil texnik yaxshilanishlarga qaramay, yadroviy parchalanish zaryadlarining kuchi trotil ekvivalentida 100 Ktn darajasida chegaralanib qoldi, chunki portlash paytida bo'linadigan moddalarning tashqi qatlamlari muqarrar ravishda kengayishi natijasida moddani bo'linish reaktsiyasidan chiqarib tashladi.
Shu sababli, termoyadroviy zaryad uchun dizayn taklif qilindi, unga og'ir bo'linish elementlari va engil termoyadroviy elementlar kiradi. Birinchi termoyadroviy zaryad (Ayvi Mayk) tritiy va deyteriyning suyuq aralashmasi bilan to'ldirilgan kriogenli tank shaklida qilingan bo'lib, unda plutoniyning portlovchi yadro zaryadi joylashgan. Juda katta o'lchovlar va kriogenli idishni doimiy sovutish zarurati tufayli amalda boshqa sxema ishlatilgan - uran, plutoniy va lityum deuteridning bir necha o'zgaruvchan qatlamlarini o'z ichiga oladigan "portlovchi" (RDS -6s). tashqi berilyum reflektori va ichki tritiy manbai
Biroq, "puf" ning kuchi, shuningdek, ichki qatlamlarda bo'linish va sintez reaktsiyasining boshlanishi va reaksiyaga kirmagan tashqi qatlamlarning kengayishi tufayli 1 Mtn darajasida ham cheklangan edi. Ushbu cheklovni bartaraf etish uchun, og'ir elementlarning bo'linish reaktsiyasidan (birinchi bosqich) rentgen nurlari (ikkinchi bosqich) yordamida sintezlanish reaktsiyasining engil elementlarini siqish sxemasi ishlab chiqildi. Parchalanish reaksiyasida ajralib chiqadigan rentgen fotonlari oqimining ulkan bosimi lityum deuteridni zichligi 1000 barobar oshgan holda 10 marta siqilishiga va siqilish jarayonida qizdirilishiga imkon beradi, shundan so'ng lityum neytron oqimiga ta'sir qiladi. bo'linish reaktsiyasi, triteriyga aylanadi, bu deuterium bilan termoyadroviy reaktsiyalarga kiradi. Termoyadroviy zaryadning ikki bosqichli sxemasi radioaktivlik rentabelligi bo'yicha eng toza hisoblanadi, chunki termoyadroviy reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan ikkilamchi neytronlar uran / plutoniyni qisqa muddatli radioaktiv elementlargacha yoqib yuboradi va neytronlarning o'zi havoda o'chiriladi. masofasi taxminan 1,5 km.
Ikkinchi bosqichni bir xilda siqish uchun, termoyadroviy zaryad tanasi yerfıstığı qobig'i shaklida yasalgan bo'lib, qobiqning bir qismining geometrik markazida birinchi bosqich yig'ilishini joylashtiradi. qobiqning boshqa qismining geometrik markazida ikkinchi bosqich. Jihozlar tananing ko'p qismida ko'pik yoki aerojel plomba yordamida to'xtatiladi. Optika qoidalariga ko'ra, birinchi bosqich portlashidan kelib chiqadigan rentgen nurlari qobiqning ikki qismi orasidagi torayishda to'planadi va ikkinchi bosqich yuzasiga teng taqsimlanadi. Rentgen diapazonida aks ettirish qobiliyatini oshirish uchun zaryad korpusining ichki yuzasi va ikkinchi bosqich yig'ilishining tashqi yuzasi zich material qatlami bilan qoplangan: qo'rg'oshin, volfram yoki uran U-238. Ikkinchi holda, termoyadroviy zaryad uch bosqichli bo'ladi-termoyadroviy reaktsiyasi natijasida neytronlar ta'sirida U-238 U-235 ga aylanadi, uning atomlari bo'linish reaktsiyasiga kiradi va portlash kuchini oshiradi.
Uch bosqichli sxema konstruktiv quvvati 100 Mtn bo'lgan Sovet AN-602 havo bombasini loyihalashtirishga kiritilgan. Sinovdan oldin U-238 uranini qo'rg'oshin bilan almashtirish orqali uchinchi bosqich U-238 parchalanishidan radioaktiv tushish zonasini kengaytirish xavfi tufayli uning tarkibidan chiqarildi. AN-602 ikki bosqichli modifikatsiyasining haqiqiy quvvati 58 mln. Termoyadroviy zaryadlarning kuchini yanada oshirishni kombinatsiyalangan portlovchi qurilmadagi termoyadroviy zaryadlar sonini ko'paytirish orqali amalga oshirish mumkin. Biroq, bu maqsadli nishonlar yo'qligi sababli kerak emas - Poseidon suv osti transport vositasi bortida joylashtirilgan AN -602 zamonaviy analogi 72 km zarba to'lqini va radiusi bilan binolar va inshootlarni vayron qilish radiusiga ega. Nyu -York yoki Tokio kabi megapolislarni yo'q qilish uchun etarli bo'lgan 150 km yong'in
Yadro qurolidan foydalanish oqibatlarini cheklash nuqtai nazaridan (hududiy lokalizatsiya, radioaktivlik chiqishini minimallashtirish, ishlatishning taktik darajasi). Sig'imi 1 Kt gacha bo'lgan aniq bir bosqichli zaryadlar, ular nishon nishonlarini - raketa siloslari, shtab -kvartiralar, aloqa markazlari, radarlar, havo hujumidan mudofaa raketa tizimlari, kemalar, suv osti kemalari, strategik bombardimonchilar va boshqalarni yo'q qilish uchun mo'ljallangan.
Bunday zaryadning dizayni ikkita ellipsoidal detonatsion linzalarni (HMX kimyoviy portlovchi moddasi, polipropilendan yasalgan inert material), uchta sferik qobiqni (berilyumdan neytronli reflektor, piezoelektrik generatorni) o'z ichiga oladigan portlovchi yig'ma shaklida tayyorlanishi mumkin. seziy yodid, plutoniydan bo'linadigan material) va ichki sfera (lityum deuterid termoyadroviy yoqilg'i)
Birlashtiruvchi bosim to'lqini ta'siri ostida, sezyum yodidi juda kuchli elektromagnit impuls hosil qiladi, elektron oqimi plutoniyda gamma nurlanish hosil qiladi, u yadrolardan neytronlarni chiqarib yuboradi va shu bilan o'z-o'zidan tarqaladigan bo'linish reaktsiyasini boshlaydi, rentgen nurlari lityum deuteridni siqadi va isitadi., neytron oqimi lityumdan trityum hosil qiladi, u deyteriy bilan reaksiyaga kiradi. Parchalanish va termoyadroviy reaktsiyalarning markazga yo'nalishi termoyadroviy yoqilg'idan 100% foydalanishni ta'minlaydi.
Quvvat va radioaktivlikni minimallashtirish yo'nalishidagi yadroviy zaryad dizaynini yanada rivojlantirish plutoniyni tritiy va deuteriy aralashmasi bilan kapsulani lazer bilan siqish moslamasi bilan almashtirish orqali mumkin.
