Nüvə silahları bəşəriyyət tarixində dəyəri / səmərəliliyi baxımından ən təsirli silahlardır: bu silahların hazırlanması, sınanması, istehsalı və istismarda saxlanılması üçün illik xərclər ABŞ -ın hərbi büdcəsinin 5 ilə 10 faizini təşkil edir. Rusiya Federasiyası - nüvə istehsal kompleksi olan, atom enerjisi mühəndisliyi inkişaf etmiş və nüvə partlayışlarının riyazi modelləşdirilməsi üçün superkompüter parkına malik ölkələr.
Nüvə qurğularının hərbi məqsədlər üçün istifadəsi, ağır kimyəvi elementlərin atomlarının, elektromaqnit şüalanması (qamma və rentgen şüaları) şəklində enerjinin sərbəst buraxılması ilə daha yüngül elementlərin atomlarına parçalanma xüsusiyyətinə əsaslanır. elementar hissəciklərin (neytronlar, protonlar və elektronlar) və daha yüngül elementlərin atomlarının nüvələrinin (sezium, stronsium, yod və s.) kinetik enerjisinin forması
Ən məşhur ağır elementlər uran və plutonyumdur. İzotopları, nüvələrini parçalayarkən, 2 -dən 3 -ə qədər neytron yayır ki, bu da öz növbəsində qonşu atomların nüvələrinin parçalanmasına və s. Çox miqdarda enerjinin sərbəst buraxılması ilə özünü yayan (zəncir deyilən) reaksiya maddədə baş verir. Reaksiyaya başlamaq üçün, maddənin xaricində neytron yayılmadan, atom nüvələri tərəfindən neytronların tutulması üçün müəyyən bir kritik kütlə tələb olunur. Kritik kütlə neytron reflektoru və işə salınan neytron mənbəyi ilə azaldıla bilər
Parçalanma reaksiyası, iki subkritik kütləni bir kritik kütləyə birləşdirməklə və ya bir süperkritik kütlənin kürə qabığını bir kürəyə sıxmaqla başlayır və bununla da müəyyən bir həcmdə parçalanan maddənin konsentrasiyasını artırır. Parçalanan maddə kimyəvi partlayıcı maddənin yönəldilmiş partlaması ilə birləşdirilir və ya sıxılır.
Ağır elementlərin parçalanma reaksiyasına əlavə olaraq, nüvə yüklərində yüngül elementlərin sintezi reaksiyası istifadə olunur. Termonüvə birləşməsi, maddənin bir neçə on milyon dərəcəyə qədər istiləşməsini və sıxılmasını tələb edir ki, bu da yalnız parçalanma reaksiyası zamanı ayrılan enerji hesabına təmin edilə bilər. Buna görə də, termonüvə yükləri iki mərhələli bir sxemə görə hazırlanmışdır. Hidrogen, trityum və deuteriumun izotopları (qaynaşma reaksiyasına başlamaq üçün minimum temperatur və təzyiq tələb olunur) və ya kimyəvi birləşmə olan lityum deuterid (sonuncu, birinci mərhələnin partlayışından neytronların təsiri altında bölünür) tritium və heliuma daxil olmaqla) yüngül elementlər kimi istifadə olunur. Füzyon reaksiyasındakı enerji, neytronların, elektronların və helium nüvələrinin (sözdə alfa hissəciklərinin) elektromaqnit şüalanması və kinetik enerjisi şəklində sərbəst buraxılır. Vahid kütlə başına qaynaşma reaksiyasının enerji sərbəst buraxılması, parçalanma reaksiyasından dörd dəfə çoxdur
Trityum və öz-özünə çürüyən məhsulu olan deuterium da parçalanma reaksiyasını başlatmaq üçün neytron mənbəyi kimi istifadə olunur. Trityum və ya hidrogen izotoplarının qarışığı, plutonyum qabığının sıxılma hərəkəti altında, qismən neytronların sərbəst buraxılması ilə birləşmə reaksiyasına girir, bu da plutonyumu super kritik vəziyyətə çevirir.
Müasir nüvə başlıqlarının əsas komponentləri aşağıdakılardır:
uran filizindən və ya fosfat filizindən (çirk şəklində) çıxarılan U-238 uranının sabit (kortəbii parçalanmayan) izotopu;
-uran filizindən çıxarılan və ya U-238-dən nüvə reaktorlarında istehsal olunan U-235 uranının radioaktiv (öz-özünə parçalanan) izotopu;
-nüvə reaktorlarında U-238-dən istehsal olunan plutonyum Pu-239 radioaktiv izotopu;
- təbii sudan çıxarılan və ya nüvə reaktorlarında protiumdan istehsal olunan hidrogen deuterium D -nin sabit izotopu;
- nüvə reaktorlarında döteriumdan istehsal olunan hidrogen trityum T -nin radioaktiv izotopu;
- filizdən çıxarılan litium Li-6 stabil izotopu;
- filizdən çıxarılan berilyum Be-9 stabil izotopu;
- HMX və triaminotrinitrobenzen, kimyəvi partlayıcı maddələr.
17 sm diametrli U-235-dən hazırlanan topun kritik kütləsi 50 kq, 10 sm diametrli Pu-239-dan hazırlanan topun kritik kütləsi 11 kq-dır. Berilyum neytron reflektoru və tritium neytron mənbəyi ilə kritik kütlə müvafiq olaraq 35 və 6 kq -a endirilə bilər.
Nüvə yüklərinin özbaşına işləməsi riskini ortadan qaldırmaq üçün sözdə istifadə edirlər. digər, daha az sabit plutonyum izotoplarından 94%səviyyəsinə qədər təmizlənmiş silah Pu-239. 30 illik bir dövriliklə, plutonium, izotoplarının spontan nüvə çürüməsi məhsullarından təmizlənir. Mexanik dayanıqlığı artırmaq üçün plutonyum 1 % kütləvi galyumla əridilir və oksidləşmədən qorumaq üçün nazik bir nikel təbəqəsi ilə örtülür.
Nüvə yüklərinin saxlanması zamanı plutonyumun radiasiya öz-özünə istiləşmə temperaturu 100 dərəcəni keçmir, bu da kimyəvi partlayıcı maddənin parçalanma temperaturundan aşağıdır.
2000 -ci ildən etibarən Rusiya Federasiyasının sərəncamında olan silah tipli plutonyumun miqdarı 170 ton, ABŞ -ın 103 ton, üstəlik NATO ölkələri, Yaponiya və Cənubi Koreyadan saxlanılması üçün qəbul edilmiş bir neçə on ton olduğu təxmin edilir. nüvə silahına malik olmayanlar. Rusiya Federasiyası, silah və güclü nüvə sürətli reaktorları şəklində dünyanın ən böyük plutonyum istehsal gücünə malikdir. Bir qramı təxminən 100 ABŞ dolları (şarj başına 5-6 kq) olan plutonyumla birlikdə, trityum təxminən 20 min ABŞ dolları (hər şarj üçün 4-5 qram) dəyərində istehsal olunur.
Nüvə parçalanma ittihamlarının ən erkən dizaynları 1940-cı illərin ortalarında ABŞ-da hazırlanmış Kid and Fat Man idi. Sonuncu yükləmə növü, bir çox elektrik detonatorunun partlamasını sinxronizasiya etmək üçün kompleks avadanlıqla və böyük eninə ölçüləri ilə birincisindən fərqlənirdi.
"Kid" bir top sxeminə görə hazırlanmışdır - hava bombası gövdəsinin uzununa oxu boyunca artilleriya lüləsi quraşdırılmışdır, boğuq ucunda parçalanan materialın (uran U -235) yarısı, ikinci yarısı parçalanan materialdan toz yükü ilə sürətlənmiş bir mərmi idi. Uranın parçalanma reaksiyasında istifadə faktoru təxminən yüzdə 1 idi, U-235 kütləsinin qalan hissəsi 700 milyon illik yarı ömrü olan radioaktiv çökmə şəklində düşdü.
"Şişman Adam" partlayıcı bir sxemə görə hazırlanmışdır-parçalanan materialdan ibarət boş bir kürə (Pu-239 plutonyum) U-238 uran (itələyici), alüminium qabıq (söndürmə) və bir qabıq (partlama) ilə əhatə olunmuşdur. generator), xarici səthində elektrik detonatorları quraşdırılmış kimyəvi partlayıcı maddənin beş və altıbucaqlı seqmentlərindən ibarətdir. Hər bir seqment, fərqlənən təzyiq dalğasını sferik yaxınlaşan dalğaya çevirən, alüminium qabığı bərabər şəkildə sıxan, öz növbəsində uran qabığını sıxan iki plata partlayıcı maddənin bir detonasiya lensi idi. daxili boşluq bağlıdır. Daha yüksək sıxlığa malik bir materiala keçərkən təzyiq dalğasının geri çəkilməsini udmaq üçün bir alüminium absorber istifadə edildi və parçalanma reaksiyası zamanı plutonyumu ətalətlə saxlamaq üçün uran itələyici istifadə edildi. Plutonyum kürəsinin daxili boşluğunda, poloniumdan alfa radiasiyasının təsiri altında neytron yayan radioaktiv izonop polonyum Po-210 və berilyumdan hazırlanan neytron mənbəyi yerləşirdi. Parçalanan maddənin istifadə faktoru təxminən 5 %, radioaktiv yayılmaların yarı ömrü 24 min il idi.
ABŞ -da "Kid" və "Fat Man" yaradıldıqdan dərhal sonra kritik kütləni azaltmağa, parçalanan maddənin istifadə nisbətini artırmağa, asanlaşdırmağa yönəlmiş nüvə yüklərinin həm top, həm də partlama sxemlərinin dizaynını optimallaşdırmaq üçün işlər başladı. elektrik detonasiya sistemi və ölçüsünün azaldılması. SSRİ -də və nüvə silahı sahibi olan digər dövlətlərdə ittihamlar əvvəlcə implosive sxemə görə yaradıldı. Dizaynın optimallaşdırılması nəticəsində parçalanan materialın kritik kütləsi azaldıldı və neytron reflektoru və neytron mənbəyinin istifadəsi səbəbindən istifadə əmsalı bir neçə dəfə artırıldı.
Berilyum neytron reflektoru, qalınlığı 40 mm-ə qədər olan bir metal qabıqdır, neytron mənbəyi plutoniumda bir boşluğu dolduran qazlı trityum və ya ayrı bir silindrdə (gücləndiricidə) saxlanılan titan ilə trityum emprenye edilmiş dəmir hidriddir və istilik təsiri altında trityumu buraxır. bir nüvə yükü istifadə etməzdən dərhal əvvəl elektrik enerjisi ilə, sonra tritium qaz boru kəməri ilə yükə daxil olur. Sonuncu texniki həll, nəql olunan trityumun həcmindən asılı olaraq nüvə yükünün gücünü artırmağa imkan verir və tritiumun yarı ömrü olduğundan qaz qarışığının hər 4-5 ildən bir yenisi ilə əvəz edilməsini asanlaşdırır. 12 il. Gücləndiricidəki tritiumun həddindən artıq olması, plutonyumun kritik kütləsini 3 kq -a qədər azaltmağa və neytron şüalanması kimi zərər verən bir faktorun təsirini əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verir (digər zərər verən amillərin təsirini azaltmaqla - şok dalğası və işıq şüalanması).). Dizaynın optimallaşdırılması nəticəsində parçalanan materialdan istifadə faktoru 20%-ə, trityumun artıq olması halında - 40%-ə qədər artdı.
Topun sxemi, iki uclu və bir eksenel partlayıcı yükün partlaması nəticəsində əzilmiş, içi boş bir silindr şəklində parçalanan bir material hazırlayaraq radial-eksenel partlamaya keçid səbəbiylə sadələşdirildi.
Partlayıcı maddənin xarici qabığını ellipsoid şəklində düzəltməklə partlayıcı sxem optimallaşdırıldı (SWAN), bu da partlayıcı linzaların sayını ellipsoidin qütblərindən bir -birindən aralı olan iki hissəyə qədər azaltmağa imkan verdi. detonasiya lensinin kəsişməsindəki partlayış dalğasının sürəti, partlayışın berilyum qabığını bərabər şəkildə sıxan partlayıcı maddənin daxili təbəqəsinin sferik səthinə eyni vaxtda yaxınlaşmasını təmin edir (neytron reflektorunun funksiyalarını birləşdirir və bir təzyiq dalğası geri çəkmə damperi) və daxili boşluğu tritiumla dolu olan və ya deuterium ilə qarışığı olan bir plutonyum kürəsi
Çökmə sxeminin ən kompakt tətbiqi (Sovet 152 mm-lik mərmilərdə istifadə olunur), divarın qalınlığı dəyişkən olan boş bir ellipsoid şəklində partlayıcı-berilyum-plutonyum yığımının icrasının hesablanmış deformasiyasını təmin edir. partlayıcı bir partlayışdan son kürə quruluşuna bir zərbə dalğasının təsiri altında
Müxtəlif texniki inkişaflara baxmayaraq, nüvə parçalanma yüklərinin gücü, parçalanma reaksiyasından maddənin xaric edilməsi ilə partlayış zamanı parçalanan maddənin xarici təbəqələrinin qaçınılmaz genişlənməsi səbəbiylə TNT ekvivalentində 100 Ktn səviyyəsində qaldı.
Buna görə, həm ağır parçalanma elementləri, həm də yüngül birləşmə elementlərini özündə birləşdirən bir termonüvə yükü üçün bir dizayn təklif edildi. İlk termonüvə yükü (Ivy Mike), plutonyumun partlayıcı nüvə yükünün yerləşdiyi, maye trityum və deuterium qarışığı ilə doldurulmuş kriogen tank şəklində hazırlanmışdır. Son dərəcə böyük ölçülərə və kriogen tankın daim soyudulmasına ehtiyac olduğuna görə praktikada fərqli bir sxem istifadə edildi - bir neçə alternativ uran, plutonyum və litium deuterid qatını ehtiva edən partlayıcı bir "puf" (RDS -6s). xarici berilyum reflektoru və daxili trityum mənbəyi
Bununla birlikdə, daxili təbəqələrdə parçalanma və sintez reaksiyasının başlaması və reaksiya verilməyən xarici təbəqələrin genişlənməsi səbəbindən "pufun" gücü də 1 Mtn səviyyəsi ilə məhdudlaşdı. Bu məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün qaynaşma reaksiyasının yüngül elementlərinin ağır elementlərin parçalanma reaksiyasından (birinci mərhələ) rentgen şüaları ilə (ikinci mərhələ) sıxılması üçün bir sxem hazırlanmışdır. Parçalanma reaksiyasında sərbəst buraxılan X-ray foton axınının böyük təzyiqi, lityum deuteridin sıxlığı 1000 dəfə artaraq 10 dəfə sıxılmasına və sıxılma prosesində qızdırılmasına imkan verir, bundan sonra litium neytron axınının təsirinə məruz qalır. parçalanma reaksiyası, döteryumla birləşmə reaksiyalarına girən trityuma çevrilir. Bir termonüvə yükünün iki mərhələli sxemi, radioaktivlik məhsuldarlığı baxımından ən təmizdir, çünki qaynaşma reaksiyasındakı ikincil neytronlar reaksiya verməmiş uran / plutonyumu qısa müddətli radioaktiv elementlərə qədər yandırır və neytronların özləri havada söndürülür. məsafə təxminən 1,5 km.
İkinci mərhələnin vahid qıvrılması üçün, termonüvə yükünün gövdəsi fıstıq qabığı şəklində hazırlanır, birinci mərhələnin quruluşunu qabığın bir hissəsinin həndəsi fokusuna yerləşdirir və qabığın digər hissəsinin həndəsi fokusundakı ikinci mərhələ. Montajlar bədənin böyük hissəsində köpük və ya aerojel doldurucu istifadə edərək dayandırılır. Optika qaydalarına görə, birinci mərhələdəki partlayışdan gələn rentgen şüası, qabığın iki hissəsi arasındakı daralmada cəmlənir və ikinci mərhələnin səthinə bərabər paylanır. X-ray diapazonunda əks olunma qabiliyyətini artırmaq üçün yük gövdəsinin daxili səthi və ikinci mərhələ qurğusunun xarici səthi sıx bir material təbəqəsi ilə örtülmüşdür: qurğuşun, volfram və ya uran U-238. Sonuncu vəziyyətdə, termonüvə yükü üç mərhələli olur-qaynaşma reaksiyasından neytronların təsiri altında U-238, atomları parçalanma reaksiyasına girən və partlayış gücünü artıran U-235-ə çevrilir.
Üç mərhələli sxem, dizayn gücü 100 Mtn olan Sovet AN-602 hava bombasının dizaynına daxil edilmişdir. Testdən əvvəl, U-238-in sınaq sahəsindən kənarda radioaktiv yayılma zonasının genişlənməsi riski səbəbindən U-238 uranını qurğuşunla əvəz etməklə üçüncü mərhələ tərkibindən çıxarıldı. AN-602-nin iki mərhələli modifikasiyasının həqiqi gücü 58 Mtn idi. Birləşdirilmiş partlayıcı qurğuda olan termonüvə yüklərinin sayının artırılması ilə termonüvə yüklərinin gücünün daha da artması mümkündür. Bununla birlikdə, lazımi hədəflərin olmaması səbəbindən bu lazım deyil - Poseidon sualtı nəqliyyat vasitəsinin göyərtəsində yerləşdirilən AN -602 -nin müasir analoqu 72 km şok dalğası və radiusu ilə bina və qurğuların məhv radiusuna malikdir. Nyu -York və ya Tokio kimi meqapolisləri məhv etmək üçün kifayət edən 150 km -lik yanğınlar
Nüvə silahının istifadəsinin nəticələrini məhdudlaşdırmaq baxımından (ərazi lokalizasiyası, radioaktivliyin yayılmasını minimuma endirmək, taktiki istifadə səviyyəsi) sözdə nöqtəli hədəfləri - raket silolarını, qərargahları, rabitə mərkəzlərini, radarları, hava hücumundan müdafiə raket sistemlərini, gəmiləri, sualtı qayıqları, strateji bombardmançıları və s.
Belə bir yükün dizaynı, iki ellipsoidal detonasiya linzası (HMX -dən kimyəvi partlayıcı, polipropilendən hazırlanmış inert material), üç sferik qabıq (berilyumdan hazırlanan neytron reflektoru, sezium iyodid, plutonyumdan parçalanan material) və daxili sfera (lityum deuterid qaynaq yanacağı)
Bir yaxınlaşan təzyiq dalğasının təsiri altında, sezyum iyodid supergüclü bir elektromaqnit nəbzi yaradır, elektron axını plütonyumda neytronları nüvələrdən çıxaran qamma şüalanması əmələ gətirir və bununla da öz-özünə yayılan parçalanma reaksiyasına başlayır, rentgen şüaları lityum deuteridi sıxır və qızdırır., neytron axını lityumdan döteryumla reaksiyaya girən trityum əmələ gətirir. Parçalanma və qaynaşma reaksiyalarının mərkəzdənkənar istiqaməti termonüvə yanacağının 100% istifadəsini təmin edir.
Gücün və radioaktivliyin minimuma endirilməsi istiqamətində nüvə yük dizaynlarının daha da inkişaf etdirilməsi, plutoniumun tritium və döteryum qarışığı ilə bir kapsulun lazerlə sıxılması üçün bir cihazla əvəz edilməsi ilə mümkündür.
