Lebih sedikit daripada dua bulan telah berlalu sejak berakhirnya perang terburuk dalam sejarah umat manusia. Maka, pada 16 Julai 1945, bom nuklear pertama telah diuji oleh tentera AS, dan sebulan kemudian, beribu-ribu penduduk bandar Jepun mati dalam neraka atom. Sejak itu, senjata nuklear, serta cara menghantarnya ke sasaran, telah dipertingkatkan secara berterusan selama lebih setengah abad.
Tentera mahu mempunyai kedua-dua peluru yang sangat berkuasa, memusnahkan seluruh bandar dan negara dari peta dengan sekali tamparan, dan peluru sangat kecil yang muat dalam beg bimbit. Peranti sedemikian akan membawa perang sabotaj ke tahap yang tidak pernah berlaku sebelum ini. Kedua-dua dengan yang pertama dan dengan yang kedua terdapat kesukaran yang tidak dapat diatasi. Sebab untuk ini adalah jisim kritikal yang dipanggil. Walau bagaimanapun, perkara pertama dahulu.
Inti yang meletup
Untuk memahami cara peranti nuklear berfungsi dan memahami apa yang dipanggil jisim kritikal, mari kita kembali ke meja sebentar. Dari kursus fizik sekolah, kita ingat peraturan mudah: caj dengan nama yang sama menolak satu sama lain. Di tempat yang sama, di sekolah menengah, pelajar diberitahu tentang struktur nukleus atom, yang terdiri daripada neutron, zarah neutral danproton bercas positif. Tetapi bagaimana ini mungkin? Zarah bercas positif sangat rapat antara satu sama lain, daya tolakan mestilah sangat besar.
Sains tidak mengetahui sepenuhnya sifat daya intranuklear yang mengikat proton bersama, walaupun sifat daya ini telah dikaji dengan cukup baik. Daya bertindak hanya pada jarak yang sangat dekat. Tetapi ia bernilai sekurang-kurangnya sedikit untuk memisahkan proton di angkasa, kerana daya tolakan mula menguasai, dan nukleus berkecai menjadi kepingan. Dan kuasa pengembangan sedemikian adalah sangat besar. Adalah diketahui bahawa kekuatan lelaki dewasa tidak akan mencukupi untuk memegang proton hanya satu nukleus atom plumbum.
Apa yang Rutherford takutkan
Teras kebanyakan elemen jadual berkala adalah stabil. Walau bagaimanapun, apabila nombor atom meningkat, kestabilan ini berkurangan. Ia kira-kira saiz teras. Bayangkan nukleus atom uranium, yang terdiri daripada 238 nuklida, di mana 92 daripadanya adalah proton. Ya, proton berada dalam hubungan rapat antara satu sama lain, dan daya intranuklear dengan selamat mengukuhkan keseluruhan struktur. Tetapi daya tolakan proton yang terletak di hujung bertentangan nukleus menjadi ketara.
Apa yang Rutherford lakukan? Dia membedil atom dengan neutron (elektron tidak akan melalui petala elektron atom, dan proton bercas positif tidak akan dapat mendekati nukleus kerana daya tolakan). Neutron yang memasuki nukleus atom menyebabkan pembelahannya. Dua bahagian berasingan dan dua atau tiga neutron bebas berterbangan.
Reput ini, disebabkan oleh kelajuan zarah-zarah yang terbang, disertai dengan pembebasan tenaga yang sangat besar. Terdapat khabar angin bahawa Rutherford mahu menyembunyikan penemuannya, takut kemungkinan akibatnya terhadap manusia, tetapi kemungkinan besar ini tidak lebih daripada kisah dongeng.
Jadi apa kaitan jisim dengannya dan mengapa ia kritikal
Jadi apa? Bagaimanakah seseorang boleh menyinari logam radioaktif yang mencukupi dengan aliran proton untuk menghasilkan letupan yang kuat? Dan apakah jisim kritikal? Ini semua tentang beberapa elektron bebas yang terbang keluar dari nukleus atom "dibom", mereka, seterusnya, berlanggar dengan nukleus lain, akan menyebabkan pembelahan mereka. Satu tindak balas rantai nuklear yang dipanggil akan bermula. Walau bagaimanapun, melancarkannya amat sukar.
Semak skala. Jika kita mengambil sebiji epal di atas meja kita sebagai nukleus atom, maka untuk membayangkan nukleus atom jiran, epal yang sama perlu dibawa dan diletakkan di atas meja bukan di bilik sebelah, tetapi…di rumah sebelah. Neutron akan sebesar biji ceri.
Agar neutron yang dipancarkan tidak terbang dengan sia-sia di luar jongkong uranium, dan lebih daripada 50% daripada mereka akan menemui sasaran dalam bentuk nukleus atom, jongkong ini mesti mempunyai saiz yang sesuai. Inilah yang dipanggil jisim kritikal uranium - jisim di mana lebih separuh daripada neutron yang dipancarkan berlanggar dengan nukleus lain.
Malah, ia berlaku dalam sekelip mata. Bilangan nukleus terbelah tumbuh seperti runtuhan salji, serpihannya meluru ke semua arah dengan kelajuan yang setanding dengankelajuan cahaya, merobek udara terbuka, air, sebarang medium lain. Daripada perlanggaran mereka dengan molekul persekitaran, kawasan letupan serta-merta memanaskan sehingga berjuta-juta darjah, memancarkan haba yang membakar segala-galanya dalam kawasan beberapa kilometer.
Udara yang dipanaskan secara tiba-tiba serta-merta mengembang dalam saiz, mencipta gelombang kejutan kuat yang menerbangkan bangunan dari asas, terbalik dan memusnahkan segala-galanya di laluannya … ini adalah gambaran letupan atom.
Bagaimana rupanya dalam amalan
Peranti bom atom adalah sangat mudah. Terdapat dua jongkong uranium (atau logam radioaktif lain), setiap satunya kurang sedikit daripada jisim kritikal. Salah satu jongkong dibuat dalam bentuk kon, satu lagi adalah bola dengan lubang berbentuk kon. Seperti yang anda mungkin rasa, apabila kedua-dua bahagian digabungkan, bola diperoleh, di mana jisim genting dicapai. Ini adalah bom nuklear mudah standard. Kedua-dua bahagian disambungkan menggunakan cas TNT biasa (kon ditembak ke dalam bola).
Tetapi jangan fikir sesiapa boleh memasang peranti sedemikian "di lutut". Caranya ialah uranium, agar bom meletup, mestilah sangat tulen, kehadiran bendasing boleh dikatakan sifar.
Mengapa tiada bom atom sebesar sebungkus rokok
Semua atas sebab yang sama. Jisim kritikal isotop uranium 235 yang paling biasa ialah kira-kira 45 kg. Letupan jumlah bahan api nuklear ini sudah menjadi bencana. Dan untuk membuat alat letupan dengan kurangjumlah bahan adalah mustahil - ia tidak akan berfungsi.
Atas sebab yang sama, tidak mungkin mencipta cas atom yang sangat berkuasa daripada uranium atau logam radioaktif lain. Agar bom menjadi sangat kuat, ia diperbuat daripada sedozen jongkong, yang, apabila cas meletup diletupkan, bergegas ke tengah, bersambung seperti hirisan oren.
Tetapi apa sebenarnya yang berlaku? Jika, atas sebab tertentu, dua elemen bertemu seperseribu saat lebih awal daripada yang lain, jisim kritikal dicapai lebih cepat daripada yang lain "tiba dalam masa", letupan tidak berlaku pada kuasa yang diharapkan oleh pereka. Masalah senjata nuklear yang sangat berkuasa diselesaikan hanya dengan kemunculan senjata termonuklear. Tetapi itu cerita yang sedikit berbeza.
Bagaimana atom yang damai berfungsi
Loji kuasa nuklear pada dasarnya adalah bom nuklear yang sama. Hanya "bom" ini mempunyai unsur bahan api (elemen bahan api) yang diperbuat daripada uranium yang terletak agak jauh antara satu sama lain, yang tidak menghalang mereka daripada bertukar "serangan" neutron.
Elemen bahan api dibuat dalam bentuk rod, di antaranya terdapat rod kawalan yang diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Prinsip operasi adalah mudah:
- rod pengatur (menyerap) dimasukkan ke dalam ruang antara rod uranium - tindak balas menjadi perlahan atau berhenti sama sekali;
- rod kawalan dikeluarkan dari zon - unsur radioaktif bertukar-tukar neutron secara aktif, tindak balas nuklear berjalan dengan lebih intensif.
Sememangnya, ternyata bom atom yang sama,di mana jisim kritikal dicapai dengan begitu lancar dan dikawal selia dengan jelas sehingga tidak membawa kepada letupan, tetapi hanya untuk memanaskan bahan pendingin.
Walaupun, malangnya, seperti yang ditunjukkan oleh amalan, tidak semestinya genius manusia dapat mengekang tenaga yang besar dan merosakkan ini - tenaga pereputan nukleus atom.
