2 თვეზე ცოტა მეტი გავიდა კაცობრიობის ისტორიაში ყველაზე საშინელი ომის დასრულებიდან. ასე რომ, 1945 წლის 16 ივლისს აშშ-ს სამხედროებმა გამოსცადეს პირველი ბირთვული ბომბი და ერთი თვის შემდეგ იაპონიის ქალაქების ათასობით მკვიდრი იღუპება ატომურ ჯოჯოხეთში. მას შემდეგ ბირთვული იარაღი, ისევე როგორც სამიზნეებისკენ მიტანის საშუალებები, განუწყვეტლივ იხვეწებოდა ნახევარ საუკუნეზე მეტი ხნის განმავლობაში.
ჯარისკაცებს სურდათ ჰქონოდათ როგორც სუპერ-მძლავრი საბრძოლო მასალა, ერთი დარტყმით ამოეგდოთ მთელი ქალაქები და ქვეყნები რუკიდან და ულტრაპატარა, რომლებიც ჩანდა პორტფელში. ასეთი მოწყობილობა დივერსიულ ომს უპრეცედენტო დონემდე მიიყვანს. როგორც პირველთან, ასევე მეორესთან იყო გადაულახავი სირთულეები. ამის მიზეზი კრიტიკული მასაა ე.წ. თუმცა, პირველ რიგში.
ასეთი ფეთქებადი ბირთვი
იმისათვის, რომ გავიგოთ, თუ როგორ მუშაობს ბირთვული მოწყობილობები და გავიგოთ, რას ჰქვია კრიტიკული მასა, ცოტა ხნით დავუბრუნდეთ სამუშაო მაგიდას. სასკოლო ფიზიკის კურსიდან ჩვენ გვახსოვს მარტივი წესი: ამავე სახელწოდების მუხტები იგერიებენ ერთმანეთს. იმავე ადგილას, საშუალო სკოლაში, მოსწავლეებს ეუბნებიან ატომის ბირთვის აგებულების შესახებ, რომელიც შედგება ნეიტრონების, ნეიტრალური ნაწილაკებისგან დადადებითად დამუხტული პროტონები. მაგრამ როგორ არის ეს შესაძლებელი? დადებითად დამუხტული ნაწილაკები იმდენად ახლოს არიან ერთმანეთთან, რომ ამაღელვებელი ძალები კოლოსალური უნდა იყოს.
მეცნიერება ბოლომდე არ აცნობიერებს ინტრაბირთვული ძალების ბუნებას, რომლებიც პროტონებს აერთიანებენ, თუმცა ამ ძალების თვისებები საკმაოდ კარგად არის შესწავლილი. ძალები მოქმედებენ მხოლოდ ძალიან ახლო მანძილზე. მაგრამ ცოტა მაინც ღირს პროტონების გამოყოფა სივრცეში, რადგან ამაღელვებელი ძალები იწყებენ გაბატონებას და ბირთვი ნაწილებად იშლება. და ასეთი გაფართოების ძალა მართლაც კოლოსალურია. ცნობილია, რომ ზრდასრული მამაკაცის ძალა საკმარისი არ იქნება ტყვიის ატომის მხოლოდ ერთი ბირთვის პროტონების შესანარჩუნებლად.
რისი ეშინოდა რეზერფორდს
პერიოდული ცხრილის ელემენტების უმეტესობის ბირთვები სტაბილურია. თუმცა, როგორც ატომური რიცხვი იზრდება, ეს სტაბილურობა მცირდება. ეს დაახლოებით ბირთვების ზომაა. წარმოიდგინეთ ურანის ატომის ბირთვი, რომელიც შედგება 238 ნუკლიდისგან, რომელთაგან 92 პროტონია. დიახ, პროტონები ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია და ინტრაბირთვული ძალები უსაფრთხოდ ამაგრებენ მთელ სტრუქტურას. მაგრამ ბირთვის საპირისპირო ბოლოებზე განლაგებული პროტონების საგრებელი ძალა შესამჩნევი ხდება.
რას აკეთებდა რეზერფორდი? მან დაბომბა ატომები ნეიტრონებით (ელექტრონი არ გაივლის ატომის ელექტრონულ გარსს, ხოლო დადებითად დამუხტული პროტონი ვერ მიუახლოვდება ბირთვს მოწინააღმდეგე ძალების გამო). ნეიტრონი, რომელიც შედის ატომის ბირთვში, იწვევს მის დაშლას. ორი ცალკეული ნახევარი და ორი ან სამი თავისუფალი ნეიტრონი დაშორდა ერთმანეთს.
ამ დაშლას, მფრინავი ნაწილაკების უზარმაზარი სიჩქარის გამო, თან ახლდა უზარმაზარი ენერგიის გამოყოფა. გავრცელდა ჭორი, რომ რეზერფორდს თავისი აღმოჩენის დამალვაც კი სურდა, ეშინოდა კაცობრიობისთვის მისი შესაძლო შედეგების, მაგრამ ეს, სავარაუდოდ, სხვა არაფერია, თუ არა ზღაპარი.
მაშ რა კავშირი აქვს მასასთან და რატომ არის ის კრიტიკული
მერე რა? როგორ შეიძლება პროტონების ნაკადით საკმარისი რადიოაქტიური ლითონის დასხივება ძლიერი აფეთქების შესაქმნელად? და რა არის კრიტიკული მასა? ეს ყველაფერი ეხება იმ რამდენიმე თავისუფალ ელექტრონს, რომლებიც გამოფრინდებიან "დაბომბული" ატომური ბირთვიდან, ისინი, თავის მხრივ, სხვა ბირთვებთან შეჯახებით, გამოიწვევს მათ დაშლას. დაიწყება ეგრეთ წოდებული ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია. თუმცა მისი გაშვება ძალიან რთული იქნება.
შეამოწმეთ მასშტაბი. თუ ვაშლს ავიღებთ ჩვენს მაგიდაზე ატომის ბირთვად, მაშინ იმისთვის, რომ წარმოვიდგინოთ მეზობელი ატომის ბირთვი, იგივე ვაშლი უნდა ატაროთ და მაგიდაზე დადოთ არა მეზობელ ოთახში, არამედ.. გვერდით სახლში. ნეიტრონი იქნება ალუბლის მარცვლის ზომა.
იმისათვის, რომ გამოსხივებული ნეიტრონები უშედეგოდ არ გაფრინდნენ ურანის ღეროს გარეთ და მათგან 50%-ზე მეტმა იპოვა სამიზნე ატომის ბირთვების სახით, ამ ინგოტს უნდა ჰქონდეს შესაბამისი ზომა. ეს არის ის, რასაც უწოდებენ ურანის კრიტიკულ მასას - მასას, რომლის დროსაც გამოსხივებული ნეიტრონების ნახევარზე მეტი ეჯახება სხვა ბირთვებს.
ფაქტობრივად, ეს ხდება მყისიერად. გაყოფილი ბირთვების რიცხვი ზვავსავით იზრდება, მათი ფრაგმენტები ყველა მიმართულებით მიიჩქარიან, მსგავსი სიჩქარით.სინათლის სიჩქარე, ღია ჰაერის, წყლის, ნებისმიერი სხვა საშუალების ამოღება. გარემოს მოლეკულებთან მათი შეჯახების შედეგად, აფეთქების არე მყისიერად თბება მილიონობით გრადუსამდე, ასხივებს სითბოს, რომელიც წვავს ყველაფერს რამდენიმე კილომეტრის ფართობზე..
მოულოდნელად გახურებული ჰაერი მყისიერად ფართოვდება ზომით, ქმნის ძლიერ დარტყმის ტალღას, რომელიც შენობებს საძირკველიდან უბერავს, აბრუნებს და ანადგურებს ყველაფერს მის გზაზე… ეს არის ატომური აფეთქების სურათი.
როგორ გამოიყურება პრაქტიკაში
ატომური ბომბის მოწყობილობა საოცრად მარტივია. არსებობს ურანის (ან სხვა რადიოაქტიური ლითონის) ორი ინგოტი, რომელთაგან თითოეული ოდნავ ნაკლებია კრიტიკულ მასაზე. ერთი ჯოხი დამზადებულია კონუსის სახით, მეორე არის ბურთი კონუსის ფორმის ნახვრეტით. როგორც თქვენ ალბათ მიხვდებით, როდესაც ორი ნახევარი გაერთიანებულია, მიიღება ბურთი, რომელშიც მიიღწევა კრიტიკული მასა. ეს არის სტანდარტული მარტივი ბირთვული ბომბი. ორი ნახევარი დაკავშირებულია ჩვეულებრივი TNT დამუხტვით (კონუსი ბურთშია).
მაგრამ არ იფიქროთ, რომ ვინმეს შეუძლია ასეთი მოწყობილობის "მუხლზე" აწყობა. ხრიკი იმაშია, რომ ურანი, იმისთვის, რომ ბომბი აფეთქდეს, უნდა იყოს ძალიან სუფთა, მინარევების არსებობა პრაქტიკულად ნულის ტოლია.
რატომ არ არსებობს სიგარეტის კოლოფის ზომის ატომური ბომბი
ყველა ერთი და იგივე მიზეზით. ურანის 235-ის ყველაზე გავრცელებული იზოტოპის კრიტიკული მასა არის დაახლოებით 45 კგ. ამ რაოდენობის ბირთვული საწვავის აფეთქება უკვე კატასტროფაა. და ნაკლებით ასაფეთქებელი მოწყობილობის დამზადებანივთიერების რაოდენობა შეუძლებელია - ის უბრალოდ არ იმუშავებს.
იგივე მიზეზით, შეუძლებელი იყო ურანის ან სხვა რადიოაქტიური ლითონებისგან სუპერძლიერი ატომური მუხტების შექმნა. იმისთვის, რომ ბომბი ძალზე ძლიერი ყოფილიყო, ის ამზადებდნენ ათიოდე ინგოტისაგან, რომლებიც აფეთქების დროს აფეთქდა, ცენტრისკენ მიისწრაფოდნენ და ერთმანეთს ფორთოხლის ნაჭრებივით უერთდებოდნენ..
მაგრამ რა მოხდა სინამდვილეში? თუ რაიმე მიზეზის გამო, ორი ელემენტი მეორეზე მეათასედი ადრე შეხვდა, კრიტიკული მასა მიიღწევა უფრო სწრაფად, ვიდრე დანარჩენები „დროზე მივიდოდნენ“, აფეთქება არ მომხდარა იმ სიმძლავრით, რასაც დიზაინერები ელოდნენ. სუპერ-ძლიერი ბირთვული იარაღის პრობლემა მოგვარდა მხოლოდ თერმობირთვული იარაღის მოსვლასთან ერთად. მაგრამ ეს ოდნავ განსხვავებული ამბავია.
როგორ მუშაობს მშვიდობიანი ატომი
ატომური ელექტროსადგური არსებითად იგივე ბირთვული ბომბია. მხოლოდ ამ „ბომბს“აქვს ურანისგან დამზადებული საწვავის ელემენტები (საწვავის ელემენტები), რომლებიც განლაგებულია ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე, რაც ხელს არ უშლის მათ გაცვალონ ნეიტრონული „დარტყმა“.
საწვავის ელემენტები მზადდება ღეროების სახით, რომელთა შორის არის ნეიტრონების კარგად შთანთქმის მასალისგან დამზადებული საკონტროლო ღეროები. მოქმედების პრინციპი მარტივია:
- მარეგულირებელი (შთამნთქმელი) ღეროები ჩასმულია ურანის ღეროებს შორის არსებულ სივრცეში - რეაქცია ნელდება ან საერთოდ ჩერდება;
- საკონტროლო ღეროები ამოღებულია ზონიდან - რადიოაქტიური ელემენტები აქტიურად ცვლიან ნეიტრონებს, ბირთვული რეაქცია უფრო ინტენსიურად მიმდინარეობს.
მართლაც, გამოდის იგივე ატომური ბომბი,რომელშიც კრიტიკული მასა მიიღწევა ისე შეუფერხებლად და რეგულირდება ისე მკაფიოდ, რომ ეს არ იწვევს აფეთქებას, არამედ მხოლოდ გამაგრილებლის გაცხელებას.
თუმცა, სამწუხაროდ, როგორც პრაქტიკა გვიჩვენებს, ყოველთვის არ ძალუძს ადამიანის გენიოსს ამ უზარმაზარი და დამღუპველი ენერგიის - ატომის ბირთვის დაშლის ენერგიის შეკავება.
