Как построить ядерную бомбу

всплывающий слой описания

Поиск на сайте:

Процесс

Как построить атомную бомбу

Имея несколько деталей из хозяйственного магазина и некоторые ноу-хау, можно создать оружие массового поражения. Ну, пока вы можете найти несколько фунтов плутония на Ebay, чтобы заправить его.

В 1905 году Альберт Эйнштейн написал ряд революционных статей по физике, в том числе свою специальную теорию относительности. Одна из формул, которая вышла из этого, почти как запоздалая мысль, была E=mc� . То есть: энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате. Эйнштейн говорил о том, что материя — все, что мы можем потрогать и увидеть — на самом деле то же самое, что и энергия, только в другой форме. Результатом этого является то, что должна быть возможность преобразовывать энергию в материю или, наоборот, преобразовывать материю в энергию.

Атомная бомба против водородной бомбы

Испытание водородной бомбы мощностью 10 мегатонн.

Атомная бомба (или Атомная бомба) обычно считается основанным на принципе деления, то есть на расщеплении атомов. водородная бомба (или водородная бомба) основан на принципе синтеза, то есть сплавлении атомов вместе. Водородные бомбы, как правило, намного мощнее атомных. Максимальная мощность самой большой атомной бомбы эквивалентна 0,7 мегатонны в тротиловом эквиваленте, а мощность самой большой из когда-либо созданных водородных бомб составляла 50 мегатонн. Однако тепло и давление, необходимые для запуска реакции синтеза водородной бомбы, могут быть получены только на Земле в центре ядерной бомбы, поэтому, по сути, каждая водородная бомба имеет атомную бомбу как часть ее атомной бомбы. механизм. Подробнее о том, как построить водородную бомбу, читайте на нашей странице.

Энергия, которую мы высвобождаем каждый день, когда ведем машину или готовим на плите, поступает из химические реакции. Два или более химических вещества реагируют посредством движения электронов и образования и разрыва химических связей. Одной из известных форм химической реакции является горение. Например, кислород в воздухе реагирует с веществами в свече, выделяя тепло и свет. В химических реакциях количество поддающегося измерению вещества никогда не меняется. Если бы вы смогли собрать всю сажу, дым и углекислый газ, выделяемые свечой, вы бы обнаружили, что они весят ровно столько же, сколько исходная свеча и кислород, вступивший с ней в реакцию.Материал изменил форму и высвободил энергию, но не исчез.

Формула Эйнштейна предполагала, что можно получить энергию с помощью того, что мы сейчас называем ядерной реакцией. Это превращение материи в энергию. Более того, количество энергии, доступное даже в небольшом количестве материи, согласно формуле, огромно. Материя — это своего рода конденсированная версия энергии, но это не взаимно однозначное отношение. Коэффициент преобразования — это скорость света (и без того огромное число) в квадрате (что делает его действительно большим числом). Мы можем изобразить эту взаимосвязь, думая о воде и паре. Вы можете охладить пар (подумайте об этом как об энергии) и он станет водой (подумайте об этом как о материи) или нагрейте воду, чтобы получить пар. Однако для создания нескольких капель воды требуется много пара, но всего несколько унций воды, чтобы создать целую комнату, полную пара. То же самое верно для энергии и материи. В атомной бомбе, разрушившей Хиросиму, в энергию было преобразовано всего 600 миллиграммов урана (меньше веса десятицентовой монеты), но при этом было высвобождено такое же количество энергии, как по меньшей мере 13 000 тонн обычного химического взрывчатого вещества в виде тротила.

Однако преобразование материи в энергию — непростая уловка. Солнце делает это естественным образом с помощью процесса, называемого слияние. Солнце, гигантский шар, состоящий в основном из газообразного водорода, имеет сильное давление и тепло, создаваемое в его ядре гравитацией. Именно под действием этого тепла и давления атомы водорода сливаются, образуя гелий и высвобождая энергию. Однако воссоздать интенсивные условия, необходимые для создания термоядерного синтеза на Земле, непросто, поэтому в атомных бомбах используется другой процесс, называемый деление.

1) Нейтрон ударяет в атом урана 2) Атом урана расщепляется на атом криптона и атом бария, высвобождая некоторую энергию связи вместе с большим количеством нейтронов. 3) Нейтроны ударяются о другие атомы урана, начиная процесс заново. (Авторское право Ли Кристек, 2007 г.)

Реакции деления

Реакция деления прямо противоположна синтезу.Атомы не соединяются, а расщепляются на части. Когда нейтрон (субатомная частица) с достаточной энергией сталкивается с атомом радиоактивного материала, такого как уран, атом урана разделяется на два меньших атома, и высвобождается часть энергии, удерживавшей первоначальный атом вместе. Если используется правильный тип урана, расщепление также высвободит дополнительные нейтроны, способные расщепить другие атомы. Если этот процесс продолжается с каждым новым расщеплением, высвобождающим нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие атомы, это называется цепная реакция. Из-за скорости, связанной с ядерной реакцией, миллиарды атомов могут быть разделены за крошечную долю секунды. Если реакция протекает на спокойном уровне, деление производит энергию контролируемым образом. Это то, что происходит в сердце атомной электростанции. Высвобождаемая энергия используется для нагрева воды до состояния пара, а пар вращает турбины, подключенные к генераторам, для производства электроэнергии. Однако, если реакция протекает на неконтролируемом уровне, может произойти ядерный взрыв.

Может показаться, что это делает атомные электростанции потенциальными атомными бомбами, но уран, используемый на заводах, не относится к типу, который может поддерживать скорость реакции, достаточно высокую, чтобы вызвать взрыв сам по себе (атомные электростанции подвержены взрывам, вызванным паром). давление и другие неядерные силы, однако). На самом деле создание устройства, которое не разорвется на части до того, как действительно произойдет взрыв, является одной из основных проблем проектирования бомбы.

Дизайн бомбы

Уран или плутоний можно использовать в качестве топлива для атомных бомб. Оба сильно радиоактивны. Это означает, что они постоянно испускают субатомные частицы, включая нейтроны. Только некоторые изотопы этих материалов, такие как уран-235 и плутоний-239, постоянно испускают нейтроны такой высокой энергии, что они расщепляют атомы. Когда достаточное количество материала собрано вместе, начинается цепная реакция, и говорят, что масса критический. Термин, используемый для массы радиоактивного материала с растущей цепной реакцией, расщепляющей все больше и больше атомов с каждым моментом, называется сверхкритический. В то время как объединение достаточного количества урана-235 в единую массу сделает его сверхкритическим (и создаст всплеск радиации, который убьет вас, если вы стоите рядом с ним без защиты — см. «Сверхкритическая авария» ниже) мало создать бомбу. Материал должен находиться в сжатом состоянии достаточно долго, чтобы произошла реакция, при этом сопротивляясь начальной энергии взрыва, который попытается разорвать его на части. Для этого есть два хорошо известных подхода. Первый известен как метод «пушки».

Метод пистолета

Обычное взрывчатое вещество загоняет урановую «пулю» в «шип»; доводя массу до сверхкритического состояния и вызывая детонацию. (Авторское право Ли Кристек, 2007 г.)

«Пушка» — простейший способ создания ядерного оружия. Атомная бомба, использованная в Хиросиме во время Второй мировой войны, использовала этот подход. Оружие состоит из трубки (во многом похожей на ствол ружья) с половиной ядерного заряда, закрепленной на одном конце, и другой половиной (подвижной половиной) на противоположном конце. Обычный заряд взрывчатого вещества помещался за движущейся частью, которую можно рассматривать как «пулю». Когда обычный заряд детонирует, пуля мчится по трубе и врезается в неподвижный заряд на другом конце (так называемый «шип»). Как только две половинки ядерного топлива соединяются и удерживаются вместе достаточно долго, начинается цепная реакция, топливо становится сверхкритическим и происходит взрыв.

Хотя метод пистолета прост в разработке, он имеет некоторые недостатки. Самая большая из них — это необходимость обеспечить достаточно быстрое соединение двух частей ядерного топлива. Когда две секции разойдутся примерно на дюйм, они начнут обмениваться нейтронами, что может вызвать цепную реакцию.Если две части станут сверхкритическими до того, как они сблизятся, сила высвобождаемой энергии разнесет их на части до того, как начнется основной взрыв. Этот тип сбоя известен как «шипение».

Другая проблема заключается в том, что этот метод менее эффективен и требует от 20 до 25 килограммов (около 44-55 фунтов) урана. В других подходах можно использовать всего 15 кг (около 33 фунтов). Учитывая, что оружейный уран и плутоний очень трудно достать, это реальный недостаток.

Кроме того, пушечный метод работает только в том случае, если в качестве топлива используется уран. Процесс создания плутония обычно приводит к его загрязнению другими материалами, что увеличивает вероятность того, что он станет сверхкритическим до того, как две секции окажутся достаточно близко друг к другу. Это, в свою очередь, увеличивает шансы на провал вместо взрыва. Чтобы пушечный метод надежно работал с плутонием, вам пришлось бы значительно увеличить скорость, с которой «пуля» подходила к «шипу». Сделать это означало бы сделать трубу непрактично длинной.

Имплозионный дизайн

Обычные взрывчатые вещества давят на «тампер/толкатель», сжимая плутоний до тех пор, пока он не достигнет сверхкритической массы. Инициатор наполняет область нейтронами, чтобы запустить цепную реакцию. (Авторское право Ли Кристек, 2007 г.)

По этой причине, если вы используете плутоний в качестве топлива для бомбы, вам нужно использовать более сложный метод «имплозии». При таком подходе ядерное топливо имеет форму сферы (называемой «ямой»). Вокруг него заложена обычная взрывчатка. Когда они детонируют, сила взрыва сжимает яму в сверхкритическую массу на время, достаточное для того, чтобы произошел взрыв. Хотя принцип звучит просто, на деле заставить его работать сложно. Яму нельзя просто окружить взрывчаткой. Ударная волна, которая его сжимает, должна быть точно сферической, иначе материал ямы вырвется наружу через слабое место.Для создания необходимой взрывной силы в идеальной сфере используются кумулятивные заряды ВВ (иногда называемые разрывными линзами). Бомба «толстяк», сровнявшая с землей Нагасаки во время Второй мировой войны, использовала 32 заряда, расположенных вокруг ямы, как лицевые стороны футбольного мяча. Чтобы создать сферическую ударную волну, необходимо не только разместить заряды в правильном положении и правильной формы, но и взорвать их точно в нужное время. Заряд, взорвавшийся с опозданием, создаст дыру в ударной волне, через которую яма сможет вырваться.

В конструкциях имплозии также требуется нейтронный триггер или «инициатор», чтобы заполнить яму нейтронами во время детонации. В «толстяке» это было сделано с помощью небольшой сферы со слоями бериллия и полония, разделенными тонкой золотой фольгой, помещенной в центр ямы. Конструкция имплозии может также включать другие слои между взрывчатыми веществами и ямой для создания более мощного взрыва. К ним относятся «толкатель» (предназначенный для увеличения взрывной ударной волны, ударяющей по яме), «тампер» (чтобы помочь яме не разлететься слишком быстро после начала взрыва) и «отражатель», состоящий из материала, который отражать нейтроны обратно в яму, увеличивая количество деления. В некоторых конструкциях бомб эти функции интегрированы в один слой материала.

Сверхкритическая авария

Плутониевая сфера на роковом испытательном стенде.

В 1945 году во время экспериментов с плутонием погиб создатель атомной бомбы Гарри К. Даглян-младший. Тест был разработан, чтобы увидеть, сколько нейтронного отражателя необходимо, чтобы подтолкнуть сферу плутония к грани сверхкритического состояния, при этом экспериментатор измерял, насколько близко он подобрался, слушая показания счетчика Гейгера. Когда он передвинул последний «кирпич» отражающего материала близко к сфере, он понял, что не должен ставить его на место, но затем он выскользнул из его руки. Даглян оттолкнул кирпич, но было слишком поздно. Сфера стала сверхкритической со вспышкой синего света.Он получил 510 REM радиации и после мучительной болезни скончался через 28 дней.

Обычно считается, что конструкция имплозии превосходит конструкцию пушки почти во всех отношениях, и это выбор для любой организации, имеющей ресурсы для ее разработки и изготовления. Одним из основных преимуществ этого подхода является то, что конструкцию имплозии легко сделать более эффективной за счет повышения эффективности обычных взрывчатых веществ. Например, если яму сжать так, что плотность удвоится во время детонации, это может привести к взрыву мощностью 10 килотонн. Если ту же самую яму можно сжать в три раза по сравнению с ее первоначальной плотностью, можно произвести взрыв мощностью 40 килотонн без дополнительного ядерного топлива. Чем дольше делящийся материал будет реагировать, тем сильнее будет взрыв.

Могли бы вы построить бомбу?

Создать базовое ядерное оружие непросто, но и не так уж сложно. В 1964 году армия США решила проверить, насколько это сложно. Они наняли двух профессоров, которые имели докторскую степень по физике, но не имели опыта работы с ядерным оружием или доступа к ядерным секретам. Этим двоим была поставлена ​​задача разработать атомную бомбу, используя только информацию, доступную широкой публике. На это у них ушло примерно два года, но, в конце концов, они разработали оружие имплозивного типа, которое можно было изготовить в местном механическом цехе и которое могло произвести взрыв, подобный бомбе в Хиросиме.

Единственное, что они сочли чрезвычайно трудным, это получить надлежащий материал для подпитки бомбы: уран-235 или плутоний-239. — это серьезная работа, требующая многолетнего труда огромных заводских комплексов, чтобы изолировать всего несколько фунтов. Фактически, большинство оружейных программ обходят это за счет использования плутония, который вообще очень редко встречается в природе, но может быть создан путем облучения более распространенных типов урана в ядерном реакторе-размножителе.Однако с плутонием чрезвычайно трудно обращаться. Это один из самых токсичных материалов, известных человеку, особенно при вдыхании.

Именно сложность получения и обращения с этими расщепляющимися материалами защищает нас от людей, строящих ядерные бомбы в своих подвалах. Именно по этой причине нераспространение ядерных материалов является главной заботой большинства правительств, и страны, которые хотят построить ядерные реакторы, способные «воспроизводить» плутониевое топливо, вызывают большие опасения. Знания о том, как построить бомбу, трудно контролировать. К счастью, до сих пор за необходимыми материалами было гораздо проще следить.

Видео: Царь Бомба самая большая водородная бомба из когда-либо испытанных.

Но как долго?

Обратите внимание, что вся информация в этой статье была собрана из несекретных общедоступных материалов и не содержит деталей, необходимых для создания реального оружия. Эта статья предназначена только для информационных целей, и никоим образом неуполномоченные лица не поощряются к созданию оружия любого типа.