რეაქტორის კრიტიკული ზომები და კრიტიკული მასა. ბეკერელის მიერ აღმოჩენილი რადიოაქტიურობის ფენომენი მიუთითებს იმაზე, რომ... A რას უწოდებენ ურანის კრიტიკულ მასას

ტესტი No5

ვარიანტი 1

1. 
   ბეკერელის მიერ აღმოჩენილი რადიოაქტიურობის ფენომენი მიუთითებს იმაზე, რომ...

B. ატომი შეიცავს ელექტრონებს.

B. ატომს აქვს რთული სტრუქტურა.

დ. ეს ფენომენი დამახასიათებელია მხოლოდ ურანისთვის.

1. 
   ვინ შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი?

1. 
   სურათზე ნაჩვენებია ოთხი ატომის დიაგრამები. შავი წერტილები ელექტრონებია. რომელი დიაგრამა შეესაბამება ატომს 2 4 არა?

1. 
   ატომის შემადგენლობა მოიცავს შემდეგ ნაწილაკებს:

B. ნუკლეონები და ელექტრონები.

B. პროტონები და ნეიტრონები.

გ.ნეიტრონები და ელექტრონები.

1. 
   რა არის მანგანუმის ატომის ბირთვის მასის რაოდენობა? 25 55 Mn?

1. 
   ქვემოთ ჩამოთვლილთაგან რომელ რეაქციაში ირღვევა მუხტის შენარჩუნების კანონი?

B. 3 6 Li + 1 1 H→ 2 4 He + 2 3 He.

B. 2 3 He + 2 3 He→ 2 4 He + 1 1 N + 1 1 N.

G. 3 7 Li + 2 4 He → 5 10 V + 0 1 n.

1. 
   ^ ატომის ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ბირთვის შიგნით რომელ წყვილ ნაწილაკებს შორის მოქმედებს ბირთვული ძალები?

B. პროტონ-ნეიტრონი.

ბ.ნეიტრონი-ნეიტრონი.

D. ყველა წყვილში A-B.

1. 
   პროტონებისა და ნეიტრონების მასები...

B. დაახლოებით იგივე.

B. 1:1836-თან შედარებით.

D. დაახლოებით ნულის ტოლია.

1. 
   კალციუმის ატომის ბირთვში 20 40 Ca შეიცავს...

B. 40 ნეიტრონი და 20 ელექტრონი.

B. 20 პროტონი და 40 ელექტრონი.

D. 20 პროტონი და 20 ნეიტრონი.

1. 
   ^ რომელ მოწყობილობაში ჩანს აირში სწრაფად დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობის კვალი (იონებზე ზეგაჯერებული ორთქლის კონდენსაციის შედეგად)?

ბ. ღრუბლის პალატაში.

D. ბუშტუკების პალატაში.

1. 
   ^ განსაზღვრეთ მეორე პროდუქტი X ბირთვულ რეაქციაში: 13 27 ალ+ 0 1 n → 11 24 Na+X.

1. 
   ატომის ბირთვი შედგება Z პროტონებისა და N ნეიტრონებისგან. თავისუფალი ნეიტრონული მასა m ნ , თავისუფალი პროტონი მ გვ . ქვემოთ ჩამოთვლილი პირობებიდან რომელია მართებული ბირთვის მასისთვის? მ გ ?

ბ.მ გ
B. m g > Zm p + Nm n.

D. სტაბილური ბირთვებისთვის, მდგომარეობა A, რადიოაქტიური ბირთვებისთვის, მდგომარეობა B.

1. 
   გამოთვალეთ ატომის ბირთვის ∆ m (მასური დეფექტი). 3 7 ლი (ამუში).

A. ∆m ≈ 0,04. B. ∆m ≈ –0,04. B. ∆m =0. G. ∆m ≈ 0.2.

14 რა ერთეულებით უნდა გამოისახოს მასის მნიშვნელობა ატომის ბირთვების შებოჭვის ენერგიის გამოთვლისას ფორმულით ∆E= ∆m*c 2 ?

A. კილოგრამებში.

B. გრამებში.

B. ატომური მასის ერთეულებში.

G. ჯოულებში.

1. 
   ^ რა არის კრიტიკული მასა ურანის ბირთვულ რეაქტორში?

B. ურანის მინიმალური მასა, რომლის დროსაც შეიძლება მოხდეს ჯაჭვური რეაქცია რეაქტორში.

ბ. ურანის დამატებითი მასა შეყვანილია რეაქტორში მის დასაწყებად.

დ. რეაქტორში შეყვანილი ნივთიერების დამატებითი მასა მის შესაჩერებლად კრიტიკულ შემთხვევებში.

1. 
   ^ რა ტიპის რადიოაქტიური გამოსხივებაა ყველაზე საშიში ადამიანის გარეგანი დასხივების დროს?

B. გამა გამოსხივება.

ბ. ალფა გამოსხივება.

^ დამატებითი დავალება.

1. 
   ყველა ქიმიური ელემენტი არსებობს ორი ან მეტი იზოტოპის სახით. განსაზღვრეთ განსხვავება იზოტოპური ბირთვების შემადგენლობაში 17 35 Cl და 17 37 კლ.

B. იზოტოპს 17 37 Cl აქვს 2 პროტონით ნაკლები ბირთვში, ვიდრე 17 35 Cl.

B. იზოტოპს 17 37 Cl აქვს 2 მეტი ნეიტრონი თავის ბირთვში, ვიდრე 17 35 Cl.

G. იზოტოპს 17 37 Cl აქვს 2 ნაკლები ნეიტრონი თავის ბირთვში, ვიდრე 17 35 Cl.

18. ატომის ბირთვების ალფა დაშლის დროს...

მასის რიცხვი იგივე რჩება და მუხტი ერთით იზრდება.

B. მასობრივი რიცხვი მცირდება 4-ით, მაგრამ მუხტი უცვლელი რჩება.

B. მასობრივი რიცხვი მცირდება 4-ით და მუხტი იზრდება 2-ით.

დ. მასობრივი რიცხვი მცირდება 4-ით, მუხტიც მცირდება 2-ით.

^ 19. ენერგია გამოიყოფა ან შეიწოვება ბირთვული რეაქციაში. 3 6 Li+ 1 1 H→ 2 4 არა + 2 3 არა? ბირთვებისა და ნაწილაკების მასები ა. მ შესაბამისად ტოლია: m 3 6 Li=6,01513, მ 1 1 Н= 1,00728, მ 2 4 არა= 4.00260, მ 2 3 არა =3.01602.

ა შთანთქავს იმიტომ ∆მ
B. გამოირჩევა იმიტომ ∆მ
B. შეიწოვება იმიტომ ∆m> 0.

D. გამოირჩევა იმიტომ. ∆m> 0.

20. როდესაც 5 10 B იზოტოპი იბომბება ნეიტრონებით, ალფა ნაწილაკი გამოიდევნება მიღებული ბირთვიდან. მასის რიცხვისა და მუხტის შენარჩუნების კანონების, აგრეთვე ელემენტების პერიოდული ცხრილის გამოყენებით, ჩაწერეთ ბირთვული რეაქცია.

ტესტი No5

თემაზე "ატომის სტრუქტურა და ატომის ბირთვი"

ვარიანტი 2

^ 1. რადიოაქტიური გამოსხივება შეიძლება მოიცავდეს...

ა მხოლოდ ელექტრონები.

B. მხოლოდ ნეიტრონები.

ბ. მხოლოდ ალფა ნაწილაკები.

D. ბეტა ნაწილაკები, ალფა ნაწილაკები, გამა კვანტები.

^ 2. ექსპერიმენტების დახმარებით რეზერფორდმა აღმოაჩინა, რომ...

ა. დადებითი მუხტი თანაბრად ნაწილდება ატომის მთელ მოცულობაზე.

ბ. დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია ატომის ცენტრში და იკავებს ძალიან მცირე მოცულობას.

B. ატომი შეიცავს ელექტრონებს.

დ. ატომს არ აქვს შინაგანი სტრუქტურა.

1. 
   ^ სურათზე ნაჩვენებია ოთხი ატომის დიაგრამები. ელექტრონები გამოსახულია შავი წერტილების სახით.

1. 
   ბირთვი შეიცავს შემდეგ ნაწილაკებს:

B. პროტონები და ელექტრონები.

B. პროტონები და ნეიტრონები

გ.ნეიტრონები და ელექტრონები.

^ 5. როგორია სტრონციუმის ატომის ბირთვის მუხტი? 38 88 უფროსი?

A. 88 B. 38 C. 50 D. 126.

1. 
   შემდეგი ბირთვული რეაქციის განტოლებიდან რომელშია დარღვეული მასის რიცხვის შენარჩუნების კანონი?

B. 7 14 N + 2 4 He → 8 17 O + 1 1 H

V. 7 14 N + 1 1 N → 5 11 V + 2 4 არა

G. 92 239 U → 93 239 Np + -1 0 e

^ 6. ნუკლეონებს შორის მოქმედი ბირთვული ძალები...

ა. ისინი ბევრჯერ აჭარბებენ გრავიტაციულ ძალებს და მოქმედებენ დამუხტულ ნაწილაკებს შორის.

B. ისინი მრავალჯერ აღემატებიან ყველა სახის ძალებს და მოქმედებენ ნებისმიერ მანძილზე.

B. ისინი ბევრჯერ აღემატებიან ყველა სხვა ტიპის ძალებს, მაგრამ მოქმედებენ მხოლოდ ბირთვის ზომასთან შედარებით დისტანციებზე.

დ. ისინი ბევრჯერ აჭარბებენ გრავიტაციულ ძალებს და მოქმედებენ ნებისმიერ ნაწილაკებს შორის.

1. 
   პროტონებისა და ელექტრონების მასები...

B. დაახლოებით იგივე.

B. მოხსენიებულია როგორც 1: 1836 წ.

D. დაახლოებით ნულის ტოლია.

^ 8. რკინის ატომის ბირთვში 26 56 Fe შეიცავს:

A. 26 ნეიტრონი და 56 პროტონი.

B. 56 ნეიტრონი და 26 პროტონი.

B. 26 პროტონი და 56 ელექტრონი.

D. 26 პროტონი და 30 ნეიტრონი.

1. 
   რომელ მოწყობილობაში აღირიცხება მაიონებელი ნაწილაკის წარმოშობა ელექტრული დენის პულსის გაჩენით გაზში თვითგამონადენის წარმოქმნის შედეგად?

ბ.გეიგერის მრიცხველში.

ბ. სცინტილაციის მრიცხველში.

D. ბუშტუკების პალატაში.

1. 
   ^ განსაზღვრეთ X ბირთვული რეაქციის მეორე პროდუქტი:

A. ალფა ნაწილაკი (2 4 He).

ბ.ნეიტრონი.

B. პროტონი.

G. ელექტრონი.

^ 12. ატომის ბირთვი შედგება Z პროტონებისა და N ნეიტრონებისაგან. თავისუფალი ნეიტრონული მასა m ნ , თავისუფალი პროტონი მ გვ . ქვემოთ ჩამოთვლილი პირობებიდან რომელია ჭეშმარიტი ბირთვული მასისთვის m მე ?

A. m i Z*m p + m n; B. m i = Z*m p + N*m n

D. სტაბილური ბირთვებისთვის - მდგომარეობა A, რადიოაქტიურებისთვის - მდგომარეობა B.

^ 13. გამოთვალეთ მასის დეფექტი (∆ m) a-ში. ე.მ ატომური ბირთვები 2 3 არა. ნაწილაკებისა და ბირთვების მასები, გამოხატული ა. ე.მ., შესაბამისად ტოლია: მ ნ = 1.00866; მ გვ = 1,00728;

მ მე = 3,01602.

A. ∆ m ≈ 0.072 B. ∆ m ≈ 0.0072 C. ∆ m ≈ -0.0072 D. ∆ m ≈ 0

^ 14. რა ერთეულებში მიიღება ენერგეტიკული ღირებულება ატომის ბირთვების შებოჭვის ენერგიის გამოთვლისას ფორმულით ∆E=m*c. 2 ?

A. ელექტრონ ვოლტებში (eV).

B. მეგაელექტრონულ ვოლტებში (MeV)

B. ჯოულებში.

G. V ა. ე.მ.

^ 15. ბირთვულ რეაქტორში ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა გრაფიტი ან წყალი გამოიყენება ე.წ. რა უნდა შეანელონ და რატომ?

ა. ისინი ანელებენ ნეიტრონებს, რათა შეამცირონ ბირთვული დაშლის რეაქციის წარმოქმნის ალბათობა.

B. ისინი ანელებენ ნეიტრონებს, რათა გაზარდონ ბირთვული დაშლის რეაქციის წარმოქმნის ალბათობა.

B. ისინი ანელებენ გაყოფის ჯაჭვურ რეაქციას, რათა გააადვილონ რეაქტორის კონტროლი.

დ. ისინი ანელებენ ურანის დაშლის შედეგად წარმოქმნილ ბირთვების ფრაგმენტებს მათი კინეტიკური ენერგიის პრაქტიკული გამოყენებისთვის.

^ 16. რა ტიპის რადიოაქტიური გამოსხივებაა ყველაზე საშიში ადამიანის შინაგანი დასხივებისთვის?

A. ბეტა გამოსხივება.

B. გამა გამოსხივება.

ბ. ალფა გამოსხივება.

დ. გამოსხივების სამივე სახეობა: ალფა, ბეტა, გამა.

^ დამატებითი დავალება.

1. 
   ყველა ქიმიური ელემენტი არსებობს ორი ან მეტი იზოტოპის სახით. დაადგინეთ განსხვავება 10 20 Ne და 10 22 Ne იზოტოპების ბირთვების შემადგენლობაში

B. იზოტოპს 10 20 Ne ბირთვში 2 პროტონი ნაკლები აქვს ვიდრე 10 22 Ne

B. იზოტოპს 10 22 Ne აქვს 2 ნეიტრონი მეტი თავის ბირთვში, ვიდრე 10 20 Ne

G. იზოტოპს 10 22 Ne აქვს ბირთვში 2 ნაკლები ნეიტრონი ვიდრე 10 20 Ne

18. ატომის ბირთვების ბეტა დაშლის დროს...

ა. ბირთვის მასა პრაქტიკულად უცვლელი რჩება, ამიტომ მასის რიცხვი იგივე რჩება, მაგრამ მუხტი იზრდება.

B. მასობრივი რიცხვი იზრდება 1-ით და მუხტი მცირდება 1-ით.

B. მასობრივი რიცხვი იგივე რჩება, მაგრამ მუხტი მცირდება 1-ით.

დ. მასობრივი რიცხვი მცირდება 1-ით, მუხტი უცვლელი რჩება.

19. გამოიყოფა თუ შეიწოვება ენერგია ბირთვულ რეაქციაში 7 14 N + 2 4 He → 8 17 O + 1 1 H? ბირთვების და ნაწილაკების მასები (ა.მ.-ში) შესაბამისად ტოლია: m 7 14 N = 14.00307, ​​m 2 4 He = 4.00260, m 8 17 O = 16.99913, m 1 1 H = 1.00728.

ა შთანთქავს იმიტომ ∆მ
B. გამოირჩევა იმიტომ ∆მ
B. შეიწოვება იმიტომ ∆m> 0.

D. გამოირჩევა იმიტომ. ∆m> 0.

20. მასის რიცხვისა და მუხტის შენარჩუნების კანონების, აგრეთვე ელემენტების პერიოდული ცხრილის გამოყენებით დაწერეთ ბირთვული რეაქცია, რომელიც ხდება 5 11 B ალფა ნაწილაკების დაბომბვის დროს და თან ახლავს ნეიტრონების ჩამოგდებას.

^ პასუხის ფორმა

ტესტისთვის No5

თემაზე "ატომის სტრუქტურა და ატომის ბირთვი"

კლასი _____________

^ პასუხის ფორმა

ტესტისთვის No5

თემაზე "ატომის სტრუქტურა და ატომის ბირთვი"

თარიღი: _________________20__

კლასი _____________

სრული სახელი ________________________________

^ პასუხის სწორი კოდები.

No 20 5 10 V + 0 1 ნ. → 3 7 Li + 2 4 He (1 ვარიანტი)

5 11 V + 2 4 He→ 7 14 N + 1 1 N (ვარიანტი 2)

^ ცხრილი სავალდებულო კითხვებზე სწორი პასუხების რაოდენობის რეიტინგად გადაქცევის ხუთბალიანი სკალაზე.

რაც უფრო დიდია რეაქტორის ზომა (გაჟონვა ხდება მხოლოდ ზედაპირიდან) და რაც უფრო ახლოს არის რეაქტორის ბირთვის ფორმა სფეროსთან, მით ნაკლებია (ყველა სხვა თანაბარი) გაჟონვა და უფრო მაღალია R.

ჯაჭვური რეაქციისთვის კეფი =P∙k ∞ =1

ეს მიიღწევა რეაქტორის გარკვეულ მინიმალურ ზომაზე, რომელსაც რეაქტორის კრიტიკულ ზომას უწოდებენ.

ხოლო ბირთვული საწვავის უმცირეს მასას, რომელიც შეიცავს კრიტიკული ზომის რეაქტორის ბირთვს, რომლის დროსაც შეიძლება მოხდეს დაშლის ჯაჭვური რეაქცია, ეწოდება კრიტიკული მასა. მისი ღირებულება დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორზე:

1) საწვავის გამდიდრების ხარისხი;

2) მოდერატორი და სტრუქტურული მასალების რაოდენობა და ბირთვული თვისებები;

3).რეფლექტორის ეფექტურობის ხელმისაწვდომობა.

გამდიდრების გამოყენება შესაძლებელს ხდის კრიტიკული მასისა და რეაქტორის ზომის შემცირებას (ურანის გამდიდრება U 235 იზოტოპით >5% არ იძლევა ნეიტრონების ბალანსის მნიშვნელოვან ზრდას).

რეაქტორის ბირთვის კრიტიკული მასა და ზომები.

1) საწვავის დამწვრობა ენერგიის მოცემული ოდენობის წარმოებისთვის (მოცემული სიმძლავრე მოცემულ დროს);

2) კომპენსაცია მავნე აბსორბციისთვის და კომპენსაცია ბირთვული რეაქციის დროს წარმოქმნილი ტემპერატურის ზემოქმედებისთვის.

როდესაც დატვირთული საწვავის მასა კრიტიკულზე მეტია, eff > 1, რაც იწვევს რეაქტორის სუპერკრიტიკულ მდგომარეობას.

კეფის = 1 შესანარჩუნებლად რეაქტორს აქვს კომპენსაციისა და კონტროლის სისტემა, რომლის დახმარებით სპეციალური ფირფიტები და ღეროები, რომლებიც ძლიერად შთანთქავენ ნეიტრონებს, შეჰყავთ ბირთვში და გადაადგილდებიან საწვავის დაწვისას.

რეაქტორში საწვავის ექსპლუატაციის დროს მისი სრული სიმძლავრით დატვირთვებს შორის რეაქტორის კამპანია ეწოდება (რეგულირებადი ღეროები დამზადებულია კადმიუმ-113, გრაფიტი-114, ბარ-10).

დაშლის ჯაჭვური რეაქციის განსახორციელებლად საჭიროა სუფთა დასაშლელი ნივთიერებისგან ან გაშლილი ნივთიერებისა და მოდერატორისგან შემდგარი გასამრავლებელი გარემოს შექმნა, რომლის შემადგენლობაც უზრუნველყოფს რეაქციის განვითარებას. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ გარემოში აუცილებლად იქნება სტრუქტურული მასალები. თუმცა, აუცილებელი პარამეტრების მქონე სანაშენე გარემოს შერჩევა ჯერ კიდევ არ იძლევა ჯაჭვური რეაქციის ყველა პირობას. მცირე ზომით და, შესაბამისად, გამრავლების საშუალების მასით, მასში წარმოქმნილი ნეიტრონების უმეტესი ნაწილი გაფრინდება ისე, რომ დრო არ ექნება გაყოფის გამოწვევას და თვითშენარჩუნებული ჯაჭვური რეაქცია (SCR) არ მოხდება. ნეიტრონების გაჟონვა მოცულობიდან გამრავლების გარემოსთან იწვევს იმავე შედეგს, რასაც მათი შეწოვა დაშლის გარეშე.

როგორც გამრავლების გარემოს ზომა იზრდება, მასში ნეიტრონების საშუალო ბილიკის სიგრძე იზრდება და, შესაბამისად, იზრდება ბირთვებთან შეჯახების რაოდენობა შემდგომი დაშლით და ახალი ნეიტრონების წარმოქმნით. ეს იყო გამრავლების ფაქტორი k eff დაინერგა - შემდეგი თაობის ნეიტრონების რაოდენობის შეფარდება წინა თაობის ნეიტრონების რაოდენობასთან.ამ ინტერპრეტაციით, საშუალო ზომის მატებასთან ერთად, კეფი იზრდება ნულიდან დაშლის ალბათობის ნულიდან ერთიანობაზე მეტ მნიშვნელობებამდე, ზვავის მსგავსი ზრდით ნეიტრონების რაოდენობის თაობებში.

როდესაც k eff უდრის ერთიანობას, დაშლის პროცესის ინტენსივობა დროთა განმავლობაში არ იცვლება - პროცესი თვითშენარჩუნებულია და ასეთ სისტემას ე.წ. კრიტიკული . კ ეფფ< 1 скорость делений будет уменьшаться, и в этом случае систему называют სუბკრიტიკული . როდესაც k eff > 1 სისტემა სუპერკრიტიკული.

თვითშენარჩუნებული დაშლის რეაქციის წარმოქმნისთვის საჭირო დაშლის მასალის მინიმალური მასა ეწოდება კრიტიკული მასა . თუ მასა გადააჭარბებს კრიტიკულს, მაშინ ყოველ მომდევნო თაობაში უფრო მეტი ნეიტრონი დაიბადება, ვიდრე წინაში და განვითარდება ჯაჭვური რეაქცია. კრიტიკული მასის მნიშვნელობა დამოკიდებულია დაშლის ნუკლიდის თვისებებზე (235 U ან 239 Pu), სანაშენე გარემოს შემადგენლობასა და მის გარემოზე. კრიტიკული მასის სიდიდე შეიძლება განსხვავდებოდეს რამდენიმე ასეული გრამიდან ექსპერიმენტულ მოწყობილობებში ათეულ კილოგრამამდე ბირთვულ ქობინებში და რამდენიმე ტონამდე დიდი ენერგიის რეაქტორებში. განვიხილოთ ბირთვული რეაქტორი ბუნებრივი ურანის გამოყენებით. მასში შეიძლება მოხდეს თვითშენარჩუნებული ჯაჭვური რეაქცია, თუ დაშლის დროს წარმოქმნილი მეორადი ნეიტრონების რაოდენობა, რომლებსაც შეუძლიათ შემდგომი გახლეჩა, საკმარისია რეაქტორში დაშლის სიჩქარის მუდმივ დონეზე შესანარჩუნებლად.

იდუმალი მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია გიგაჯოულების ენერგია გამოუშვას წარმოუდგენლად მოკლე დროში, გარშემორტყმულია საშინელი რომანით. ზედმეტია იმის თქმა, რომ მთელ მსოფლიოში ბირთვულ იარაღზე მუშაობა ღრმად იყო კლასიფიცირებული და თავად ბომბი გადატვირთული იყო ლეგენდებისა და მითების მასით. შევეცადოთ გაუმკლავდეთ მათ თანმიმდევრობით.

ანდრეი სუვოროვი

არაფერი არ იწვევს ინტერესს, როგორც ატომური ბომბი

1945 წლის აგვისტო. ერნესტ ორლანდო ლოურენსი ატომური ბომბის ლაბორატორიაში

1954 წ ბიკინის ატოლზე აფეთქებიდან რვა წლის შემდეგ იაპონელმა მეცნიერებმა ადგილობრივ წყლებში დაჭერილ თევზებში რადიაციის მაღალი დონე აღმოაჩინეს.

კრიტიკული მასა

ყველამ გაიგო, რომ არსებობს გარკვეული კრიტიკული მასა, რომლის მიღწევაც საჭიროა, რათა დაიწყოს ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია. მაგრამ რეალური ბირთვული აფეთქებისთვის, მხოლოდ კრიტიკული მასა არ არის საკმარისი - რეაქცია თითქმის მყისიერად შეჩერდება, სანამ შესამჩნევი ენერგია გამოთავისუფლდება. რამდენიმე კილოტონის ან ათობით კილოტონის სრულმასშტაბიანი აფეთქებისთვის ერთდროულად უნდა შეიკრიბოს ორი ან სამი, ან კიდევ უკეთესი ოთხი ან ხუთი კრიტიკული მასა.

აშკარაა, რომ თქვენ უნდა გააკეთოთ ორი ან მეტი ნაწილი ურანის ან პლუტონიუმისგან და დააკავშიროთ ისინი საჭირო მომენტში. სამართლიანობისთვის, უნდა ითქვას, რომ ფიზიკოსები იგივეს ფიქრობდნენ, როდესაც აიღეს ბირთვული ბომბის მშენებლობა. მაგრამ რეალობამ საკუთარი კორექტირება მოახდინა.

საქმე იმაშია, რომ თუ ჩვენ გვქონდა ძალიან სუფთა ურანი-235 ან პლუტონიუმ-239, მაშინ ამის გაკეთება შეგვეძლო, მაგრამ მეცნიერებს რეალურ ლითონებთან უნდა ჰქონდეთ საქმე. ბუნებრივი ურანის გამდიდრებით, შეგიძლიათ გააკეთოთ ნარევი, რომელიც შეიცავს 90% ურანი-235 და 10% ურანი-238-ის დარჩენილი მცდელობების მოშორების მცდელობებს ამ მასალის ფასის ძალიან სწრაფ მატებამდე (მას უწოდებენ უაღრესად; გამდიდრებული ურანი). პლუტონიუმი-239, რომელიც წარმოიქმნება ბირთვულ რეაქტორში ურანი-238-დან ურანი-235-ის დაშლის შედეგად, აუცილებლად შეიცავს პლუტონიუმ-240-ის ნარევს.

იზოტოპებს uranium235 და plutonium239 ეწოდება ლუწი-კენტი, რადგან მათი ატომების ბირთვები შეიცავს პროტონების ლუწი რაოდენობას (92 ურანი და 94 პლუტონიუმისთვის) და კენტი რაოდენობის ნეიტრონები (143 და 145, შესაბამისად). მძიმე ელემენტების ყველა ლუწი ბირთვს აქვს საერთო თვისება: ისინი იშვიათად იშლება სპონტანურად (მეცნიერები ამბობენ: „სპონტანურად“), მაგრამ ადვილად იშლება, როდესაც ნეიტრონი ბირთვს ეჯახება.

ურანი-238 და პლუტონიუმ-240 თანაბარია. ისინი, პირიქით, პრაქტიკულად არ იშლება დაბალი და ზომიერი ენერგიის ნეიტრონებით, რომლებიც გამოფრინდებიან გაფანტული ბირთვებიდან, მაგრამ ისინი სპონტანურად იშლება ასობით ან ათობით ათასი ჯერ უფრო ხშირად, ქმნიან ნეიტრონულ ფონს. ეს ფონი ძალზე ართულებს ბირთვული იარაღის შექმნას, რადგან ეს იწვევს რეაქციის ნაადრევად დაწყებას, სანამ მუხტის ორი ნაწილი შეხვდება. ამის გამო აფეთქებისთვის მომზადებულ მოწყობილობაში კრიტიკული მასის ნაწილები ერთმანეთისგან საკმარისად შორს უნდა იყოს განლაგებული და მაღალი სიჩქარით დაკავშირებული.

ქვემეხის ბომბი

თუმცა 1945 წლის 6 აგვისტოს ჰიროშიმაზე ჩამოგდებული ბომბი სწორედ ზემოთ აღწერილი სქემის მიხედვით გაკეთდა. მისი ორი ნაწილი, სამიზნე და ტყვია, დამზადებული იყო მაღალგამდიდრებული ურანისაგან. სამიზნე იყო 16 სმ დიამეტრის და 16 სმ სიმაღლის ცილინდრი. სულ ბომბი შეიცავდა 64 კგ ურანს.

სამიზნეს გარს აკრავდა ჭურვი, რომლის შიდა ფენა შედგებოდა ვოლფრამის კარბიდისგან, გარე ფენა ფოლადისგან. ჭურვის დანიშნულება ორგვარი იყო: ტყვიის დაჭერა სამიზნეში მოხვედრისას და ურანის უკნიდან გამოქცეული ნეიტრონების ნაწილის მაინც ასახვა. ნეიტრონული რეფლექტორის გათვალისწინებით, 64 კგ იყო 2,3 კრიტიკული მასა. როგორ გამოვიდა ეს, რადგან თითოეული ნაწილი ქვეკრიტიკული იყო? ფაქტია, რომ შუა ნაწილის ცილინდრიდან ამოღებით ვამცირებთ მის საშუალო სიმკვრივეს და იზრდება კრიტიკული მასის მნიშვნელობა. ამრიგად, ამ ნაწილის მასა შეიძლება აღემატებოდეს ლითონის მყარი ნაწილის კრიტიკულ მასას. მაგრამ ამ გზით ტყვიის მასის გაზრდა შეუძლებელია, რადგან ის მყარი უნდა იყოს.

სამიზნეც და ტყვიაც აწყობილი იყო ნაჭრებისგან: სამიზნე რამდენიმე დაბალი სიმაღლის რგოლიდან და ტყვია ექვსი საყელურიდან. მიზეზი მარტივია - ურანის ბალიშები უნდა ყოფილიყო მცირე ზომის, რადგან ბილეტის დამზადების (ჩამოსხმის, დაწნეხვის) დროს ურანის მთლიანი რაოდენობა არ უნდა მიუახლოვდეს კრიტიკულ მასას. ტყვია ჩასმული იყო თხელკედლიან უჟანგავი ფოლადის ქურთუკში, სამიზნე ქურთუკის მსგავსი ვოლფრამის კარბიდის თავსახურით.

იმისათვის, რომ ტყვია სამიზნის ცენტრში მიემართათ, გადაწყვიტეს გამოეყენებინათ ჩვეულებრივი 76,2 მმ-იანი საზენიტო თოფის ლულა. ამიტომ ამ ტიპის ბომბს ზოგჯერ ქვემეხით აწყობილ ბომბსაც უწოდებენ. ლულა მოწყენილი იყო შიგნიდან 100 მმ-მდე ასეთი უჩვეულო ჭურვის მოსათავსებლად. ლულის სიგრძე 180 სმ იყო მის დამტენ კამერაში ჩატენილი იყო ჩვეულებრივი უკვამლო დენთი, რომელიც დაახლოებით 300 მ/წმ სიჩქარით ისროდა. ხოლო ლულის მეორე ბოლო დაჭერილი იყო სამიზნის ჭურვის ნახვრეტში.

ამ დიზაინს ბევრი ნაკლი ჰქონდა.

ეს იყო ურჩხულად საშიში: როგორც კი დენთი ჩაიტვირთებოდა დამუხტვის კამერაში, ნებისმიერი უბედური შემთხვევა, რომელიც მას აალებდა, გამოიწვევს ბომბის სრული სიმძლავრის აფეთქებას. ამის გამო ჰაერში პიროქსილინი დამუხტა, როდესაც თვითმფრინავი მიზანს მიუახლოვდა.

თვითმფრინავის ავარიის შემთხვევაში, ურანის ნაწილები შეიძლება გაერთიანდეს დენთის გარეშე, უბრალოდ მიწაზე ძლიერი ზემოქმედების შედეგად. ამის თავიდან ასაცილებლად ტყვიის დიამეტრი ფრაქცია მილიმეტრით აღემატებოდა ლულის ნახვრეტის დიამეტრს.

თუ ბომბი წყალში ჩავარდა, მაშინ წყალში ნეიტრონების ზომიერების გამო, რეაქცია შეიძლება დაიწყოს ნაწილების შეერთების გარეშეც. მართალია, ამ შემთხვევაში ბირთვული აფეთქება ნაკლებად სავარაუდოა, მაგრამ თერმული აფეთქება მოხდებოდა დიდ ტერიტორიაზე ურანის შესხურებით და რადიოაქტიური დაბინძურებით.

ამ დიზაინის ბომბის სიგრძე ორ მეტრს აღემატებოდა და ეს პრაქტიკულად გადაულახავია. კრიტიკულ მდგომარეობას ხომ მიაღწიეს და რეაქცია მაშინ დაიწყო, როცა ტყვიის გაჩერებამდე ჯერ კიდევ კარგა ნახევარი მეტრი იყო!

დაბოლოს, ეს ბომბი ძალიან ფუჭი იყო: ურანის 1%-ზე ნაკლებს ჰქონდა დრო მასში რეაგირებისთვის!

ქვემეხის ბომბს ზუსტად ერთი უპირატესობა ჰქონდა: არ შეეძლო არ ემუშავა. მის გამოცდასაც არ აპირებდნენ! მაგრამ ამერიკელებს მოუწიათ პლუტონიუმის ბომბის გამოცდა: მისი დიზაინი ძალიან ახალი და რთული იყო.

პლუტონიუმის ფეხბურთის ბურთი

როდესაც გაირკვა, რომ პლუტონიუმ-240-ის მცირე (1%-ზე ნაკლები!) შერევაც კი შეუძლებელს ხდის პლუტონიუმის ბომბის ქვემეხის შეკრებას, ფიზიკოსები იძულებულნი გახდნენ ეძიათ კრიტიკული მასის მოპოვების სხვა გზები. და პლუტონიუმის ასაფეთქებელი ნივთიერებების გასაღები იპოვა ადამიანმა, რომელიც მოგვიანებით გახდა ყველაზე ცნობილი "ბირთვული ჯაშუში" - ბრიტანელი ფიზიკოსი კლაუს ფუქსი.

მისი იდეა, რომელსაც მოგვიანებით "აფეთქება" უწოდეს, იყო ე.წ. ეს დარტყმითი ტალღა შეკუმშავს პლუტონიუმის ნაჭერს ისე, რომ მისი სიმკვრივე გაორმაგდა.

თუ სიმკვრივის შემცირება იწვევს კრიტიკული მასის მატებას, მაშინ სიმკვრივის მატებამ უნდა შეამციროს იგი! ეს განსაკუთრებით ეხება პლუტონიუმს. პლუტონიუმი ძალიან სპეციფიკური მასალაა. როდესაც პლუტონიუმის ნაჭერი გაცივდება დნობის წერტილიდან ოთახის ტემპერატურამდე, ის გადის ოთხ ფაზურ გადასვლას. ამ უკანასკნელზე (დაახლოებით 122 გრადუსი), მისი სიმკვრივე 10%-ით ხტება. ამ შემთხვევაში, ნებისმიერი ჩამოსხმა აუცილებლად იბზარება. ამის თავიდან აცილების მიზნით, პლუტონიუმის დოპინგი ხდება სამვალენტიანი ლითონისგან, შემდეგ კი ფხვიერი მდგომარეობა სტაბილური ხდება. ალუმინის გამოყენება შესაძლებელია, მაგრამ 1945 წელს შიშობდნენ, რომ პლუტონიუმის ბირთვებიდან გამოსხივებული ალფა ნაწილაკები ალუმინის ბირთვებიდან თავისუფალ ნეიტრონებს გამოგლიჯავდნენ, რაც უკვე შესამჩნევი ნეიტრონის ფონს გაზრდიდა, ამიტომ გალიუმი გამოიყენეს პირველ ატომურ ბომბში.

შენადნობიდან, რომელიც შეიცავს 98% პლუტონიუმ-239, 0,9% პლუტონიუმ-240 და 0,8% გალიუმს, გაკეთდა ბურთი, რომლის დიამეტრი იყო მხოლოდ 9 სმ და წონა დაახლოებით 6,5 კგ. ბურთის ცენტრში იყო ღრუ 2 სმ დიამეტრით და შედგებოდა სამი ნაწილისგან: ორი ნახევრისგან და 2 სმ დიამეტრის ცილინდრისგან შიდა ღრუ - ნეიტრონული წყარო, რომელიც ამოქმედდა ბომბის აფეთქებისას. სამივე ნაწილი უნდა იყოს მონიკელებული, რადგან პლუტონიუმი ძალიან აქტიურად იჟანგება ჰაერით და წყლით და უკიდურესად საშიშია ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრის შემთხვევაში.

ბურთი გარშემორტყმული იყო ბუნებრივი ურანის 238 ნეიტრონული რეფლექტორით, 7 სმ სისქით და 120 კგ მასით. ურანი სწრაფი ნეიტრონების კარგი რეფლექტორია და აწყობისას სისტემა მხოლოდ ოდნავ სუბკრიტიკული იყო, ამიტომ პლუტონიუმის დანამატის ნაცვლად ჩასმული იყო კადმიუმის დანამატი, რომელიც შთანთქავდა ნეიტრონებს. რეფლექტორი ასევე ემსახურებოდა რეაქციის დროს კრიტიკული შეკრების ყველა ნაწილის შეკავებას, წინააღმდეგ შემთხვევაში პლუტონიუმის უმეტესი ნაწილი გაფრინდებოდა ცალ-ცალკე, ბირთვულ რეაქციაში მონაწილეობის გარეშე.

შემდეგ მოვიდა 11,5 სანტიმეტრიანი ალუმინის შენადნობის ფენა, რომელიც იწონის 120 კგ. ფენის დანიშნულება იგივეა, რაც ობიექტურ ლინზებზე არეკვლის საწინააღმდეგო საფარის დანიშნულება: უზრუნველყოს, რომ აფეთქების ტალღამ შეაღწიოს ურანი-პლუტონიუმის შეკრებას და არ აირეკლოს მისგან. ეს ასახვა ხდება ასაფეთქებელ ნივთიერებასა და ურანს შორის სიმკვრივის დიდი სხვაობის გამო (დაახლოებით 1:10). გარდა ამისა, დარტყმის ტალღაში, შეკუმშვის ტალღის შემდეგ ხდება იშვიათი ტალღა, ე.წ. ტეილორის ეფექტი. ალუმინის ფენამ შეასუსტა იშვიათობის ტალღა, რამაც შეამცირა ასაფეთქებელი ნივთიერების ეფექტი. ალუმინის დოპინგი უნდა ყოფილიყო ბორით, რომელიც შთანთქავდა ალუმინის ატომების ბირთვებიდან გამოყოფილ ნეიტრონებს ურანი-238-ის დაშლის დროს წარმოქმნილი ალფა ნაწილაკების გავლენით.

და ბოლოს, იყო იგივე "ასაფეთქებელი ლინზები" გარეთ. იყო 32 მათგანი (20 ექვსკუთხა და 12 ხუთკუთხა), მათ შექმნეს ფეხბურთის ბურთის მსგავსი სტრუქტურა. თითოეული ობიექტივი სამი ნაწილისგან შედგებოდა, შუაში დამზადებული იყო სპეციალური „ნელი“ ფეთქებადი, ხოლო გარე და შიდა – „სწრაფი“ ფეთქებადი ნივთიერებებისგან. გარე ნაწილი გარედან სფერული იყო, მაგრამ შიგნით ჰქონდა კონუსური ჩაღრმავება, როგორც ფორმის მუხტზე, მაგრამ მისი დანიშნულება განსხვავებული იყო. ეს კონუსი ივსებოდა ნელი ფეთქებადი ნივთიერებით, ხოლო ინტერფეისზე აფეთქების ტალღა ჩვეულებრივი სინათლის ტალღის მსგავსად ირღვევა. მაგრამ მსგავსება აქ ძალიან პირობითია. სინამდვილეში, ამ კონუსის ფორმა არის ბირთვული ბომბის ერთ-ერთი ნამდვილი საიდუმლო.

40-იანი წლების შუა ხანებში მსოფლიოში არ არსებობდა კომპიუტერები, რომლებზეც შესაძლებელი იქნებოდა ასეთი ლინზების ფორმის გამოთვლა და რაც მთავარია, არ არსებობდა შესაბამისი თეორიაც კი. ამიტომ, ისინი გაკეთდა ექსკლუზიურად საცდელი და შეცდომით. ათასზე მეტი აფეთქება უნდა განხორციელებულიყო - და არა მხოლოდ განხორციელებული, არამედ სპეციალური მაღალსიჩქარიანი კამერებით გადაღებული, აფეთქების ტალღის პარამეტრების აღრიცხვა. როდესაც უფრო მცირე ვერსია გამოსცადეს, აღმოჩნდა, რომ ასაფეთქებელი ნივთიერებები ასე მარტივად არ მასშტაბირდებოდა და საჭირო იყო ძველი შედეგების დიდად გასწორება.

ფორმის სიზუსტე უნდა შენარჩუნებულიყო მილიმეტრზე ნაკლები შეცდომით, ხოლო ფეთქებადი ნივთიერების შემადგენლობა და ერთგვაროვნება უნდა შენარჩუნებულიყო მაქსიმალური სიფრთხილით. ნაწილების დამზადება მხოლოდ ჩამოსხმის გზით შეიძლებოდა, ამიტომ ყველა ასაფეთქებელი ნივთიერება არ იყო შესაფერისი. სწრაფი ასაფეთქებელი ნივთიერება იყო RDX-ისა და TNT-ის ნარევი, ორჯერ მეტი რაოდენობით RDX. ნელი - იგივე ტროტილი, მაგრამ ინერტული ბარიუმის ნიტრატის დამატებით. დეტონაციის ტალღის სიჩქარე პირველ ასაფეთქებელ ნივთიერებაში 7,9 კმ/წმ-ია, ხოლო მეორეში - 4,9 კმ/წმ.

დეტონატორები დამონტაჟებული იყო თითოეული ლინზის გარე ზედაპირის ცენტრში. 32-ვე დეტონატორს ერთდროულად მოუწია გასროლა გაუგონარი სიზუსტით - 10 ნანოწამზე ნაკლები, ანუ წამის მემილიარდედი! ამრიგად, დარტყმითი ტალღის ფრონტი არ უნდა ყოფილიყო დამახინჯებული 0,1 მმ-ზე მეტით. ლინზების შეჯვარებადი ზედაპირები იგივე სიზუსტით უნდა ყოფილიყო გასწორებული, მაგრამ მათი დამზადების შეცდომა ათჯერ მეტი იყო! უზუსტობების კომპენსაციისთვის მომიწია ბევრი ტუალეტის ქაღალდის და ლენტის დახარჯვა. მაგრამ სისტემამ მცირე მსგავსება დაიწყო თეორიულ მოდელთან.

საჭირო იყო ახალი დეტონატორების გამოგონება: ძველები არ უზრუნველყოფდნენ სათანადო სინქრონიზაციას. ისინი გაკეთდა მავთულის საფუძველზე, რომელიც აფეთქდა ელექტრული დენის ძლიერი იმპულსით. მათ გასააქტიურებლად საჭირო იყო 32 მაღალი ძაბვის კონდენსატორის ბატარეა და ამდენივე მაღალსიჩქარიანი გამხსნელი - თითო დეტონატორისთვის. მთელი სისტემა, მათ შორის ბატარეები და კონდენსატორების დამტენი, პირველ ბომბში თითქმის 200 კგ-ს იწონიდა. თუმცა, ასაფეთქებელი ნივთიერების წონასთან შედარებით, რომელსაც 2,5 ტონა დასჭირდა, ეს არ იყო ბევრი.

საბოლოოდ, მთელი სტრუქტურა იყო ჩასმული დურალუმინის სფერულ სხეულში, რომელიც შედგებოდა ფართო სარტყლისგან და ორი საფარისგან - ზედა და ქვედა, ყველა ეს ნაწილი აწყობილი იყო ჭანჭიკებით. ბომბის დიზაინმა შესაძლებელი გახადა მისი აწყობა პლუტონიუმის ბირთვის გარეშე. იმისათვის, რომ პლუტონიუმი ურანის რეფლექტორის ნაწილთან ერთად ადგილზე ჩასვათ, კორპუსის ზედა საფარი ამოიღეს და ერთი ფეთქებადი ლინზა მოიხსნა.

იაპონიასთან ომი დასასრულს უახლოვდებოდა და ამერიკელები ჩქარობდნენ. მაგრამ აფეთქების ბომბი უნდა გამოსცადეს. ამ ოპერაციას მიენიჭა კოდური სახელი "სამება" ("სამება"). დიახ, ატომური ბომბი უნდა ეჩვენებინა ძალა, რომელიც ადრე მხოლოდ ღმერთებისთვის იყო ხელმისაწვდომი.

ბრწყინვალე წარმატება

საცდელი ადგილი აირჩიეს ნიუ-მექსიკოს შტატში, თვალწარმტაცი სახელწოდებით Jornadadel Muerto (სიკვდილის გზა) - ტერიტორია ალამაგორდოს საარტილერიო დიაპაზონის ნაწილი იყო. ბომბის აწყობა დაიწყო 1945 წლის 11 ივლისს. მეთოთხმეტე ივლისს იგი აიყვანეს სპეციალურად აშენებული 30 მ სიმაღლის კოშკის თავზე, მავთულები მიუერთეს დეტონატორებს და დაიწყო მომზადების ბოლო ეტაპები, რომელშიც ჩართული იყო დიდი რაოდენობით საზომი აღჭურვილობა. 1945 წლის 16 ივლისს, დილის ხუთის ნახევარზე, მოწყობილობა ააფეთქეს.

აფეთქების ცენტრში ტემპერატურა რამდენიმე მილიონ გრადუსს აღწევს, ამიტომ ბირთვული აფეთქების ციმციმი მზეზე ბევრად კაშკაშაა. ცეცხლოვანი ბურთი რამდენიმე წამს გრძელდება, შემდეგ იწყებს ამოსვლას, ბნელდება, თეთრიდან ნარინჯისფერამდე, შემდეგ ჟოლოსფერამდე და იქმნება ახლა ცნობილი ბირთვული სოკო. პირველი სოკოს ღრუბელი 11 კმ სიმაღლეზე ავიდა.

აფეთქების ენერგია იყო 20 კტ-ზე მეტი ტროტილის ეკვივალენტი. საზომი აღჭურვილობის უმეტესი ნაწილი განადგურდა, რადგან ფიზიკოსები ითვლიდნენ 510 ტონას და აღჭურვილობა ძალიან ახლოს მოათავსეს. წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს იყო წარმატება, ბრწყინვალე წარმატება!

მაგრამ ამერიკელები ტერიტორიის მოულოდნელი რადიოაქტიური დაბინძურების წინაშე აღმოჩნდნენ. რადიოაქტიური ჩამონადენის ნალექი ჩრდილო-აღმოსავლეთით 160 კმ-ზე იყო გადაჭიმული. მოსახლეობის ნაწილის ევაკუაცია მოხდა პატარა ქალაქ ბინგჰემიდან, მაგრამ სულ მცირე ხუთმა ადგილობრივმა მცხოვრებმა მიიღო 5760-მდე რენტგენის დოზა.

აღმოჩნდა, რომ დაბინძურების თავიდან აცილების მიზნით, ბომბი უნდა აფეთქდეს საკმარისად მაღალ სიმაღლეზე, მინიმუმ კილომეტრნახევარზე, შემდეგ რადიოაქტიური დაშლის პროდუქტები მიმოფანტულია ასობით ათასი ან თუნდაც მილიონობით კვადრატულ ფართობზე. კილომეტრი და იშლება გლობალურ რადიაციულ ფონზე.

ამ დიზაინის მეორე ბომბი ჩამოაგდეს ნაგასაკიზე 9 აგვისტოს, ამ გამოცდიდან 24 დღის შემდეგ და ჰიროშიმას დაბომბვიდან სამი დღის შემდეგ. მას შემდეგ თითქმის ყველა ატომურმა იარაღმა გამოიყენა აფეთქების ტექნოლოგია. პირველი საბჭოთა ბომბი RDS-1, რომელიც გამოცდა 1949 წლის 29 აგვისტოს, დამზადდა იმავე დიზაინის მიხედვით.

ჰიროშიმასა და ნაგასაკიში ბადაბუმის მომდევნო წლისთავზე გადავწყვიტე ინტერნეტის გავლა ბირთვული იარაღის შესახებ, სად და როგორ შეიქმნა, ნაკლებად მაინტერესებდა (მე უკვე ვიცოდი) - უფრო მაინტერესებდა როგორ 2 ცალი პლუტონიუმი არ დნება, არამედ ქმნის დიდ აფეთქებას.

თვალი ადევნეთ ინჟინერებს - ისინი იწყებენ თესვით და მთავრდებიან ატომური ბომბით.

ბირთვული ფიზიკა პატივცემული საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების ერთ-ერთი ყველაზე საკამათო სფეროა. სწორედ ამ არეალში ყრის კაცობრიობა მილიარდობით დოლარს, ფუნტს, ფრანკსა და რუბლს უკვე ნახევარი საუკუნის მანძილზე, როგორც გვიანი მატარებლის ღუმელში. ახლა მატარებელი თითქოს აღარ იგვიანებს. დამწვარი სახსრებისა და ადამიანური საათების მძვინვარე ალი ჩაცხრა. შევეცადოთ მოკლედ გავარკვიოთ, რა სახის მატარებელს ჰქვია "ბირთვული ფიზიკა".

იზოტოპები და რადიოაქტიურობა

მოგეხსენებათ ყველაფერი რაც არსებობს ატომებისგან შედგება. ატომები, თავის მხრივ, შედგება ელექტრონული გარსებისგან, რომლებიც ცხოვრობენ თავიანთი გონებამახვილური კანონების მიხედვით და ბირთვისაგან. კლასიკურ ქიმიას საერთოდ არ აინტერესებს ბირთვი და მისი პირადი ცხოვრება. მისთვის ატომი არის მისი ელექტრონები და მათი ურთიერთქმედების გაცვლის უნარი. და ქიმიური ბირთვიდან მხოლოდ მისი მასა გჭირდებათ რეაგენტების პროპორციების გამოსათვლელად. თავის მხრივ, ბირთვულ ფიზიკას არ აინტერესებს ელექტრონები. მას აინტერესებს ატომის შიგნით მტვრის პაწაწინა (100 ათასი ჯერ ნაკლები ელექტრონის ორბიტების რადიუსზე) ლაქა, რომელშიც კონცენტრირებულია მისი თითქმის მთელი მასა.

რა ვიცით ბირთვის შესახებ? დიახ, ის შედგება დადებითად დამუხტული პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებსაც არ აქვთ ელექტრული მუხტი. თუმცა, ეს არ არის მთლიანად სიმართლე. ბირთვი არ არის ორი ფერის მუჭა ბურთულები, როგორც ეს სასკოლო სახელმძღვანელოს ილუსტრაციაშია. აქ მოქმედებს სრულიად განსხვავებული კანონები, რომელსაც ეწოდება ძლიერი ურთიერთქმედება, რომელიც აქცევს როგორც პროტონებს, ასევე ნეიტრონებს რაღაც გაურკვეველ არეულობად. თუმცა ამ არევის მუხტი ზუსტად უდრის მასში შემავალი პროტონების მთლიან მუხტს და მასა თითქმის (ვიმეორებ, თითქმის) ემთხვევა ბირთვის შემადგენელი ნეიტრონებისა და პროტონების მასას.

სხვათა შორის, არაიონიზებული ატომის პროტონების რაოდენობა ყოველთვის ემთხვევა იმ ელექტრონების რაოდენობას, რომლებსაც აქვთ მისი გარემომცველი პატივი. მაგრამ ნეიტრონების შემთხვევაში საქმე არც ისე მარტივია. მკაცრად რომ ვთქვათ, ნეიტრონების ამოცანაა ბირთვის სტაბილიზაცია, რადგან მათ გარეშე ანალოგიურად დამუხტული პროტონები მიკროწამებშიც კი ვერ შეიკრიბებოდნენ.

ავიღოთ წყალბადი განსაზღვრულობისთვის. ყველაზე გავრცელებული წყალბადი. მისი სტრუქტურა სასაცილოდ მარტივია - ერთი პროტონი, რომელიც გარშემორტყმულია ერთი ორბიტალური ელექტრონით. სამყაროში უამრავი წყალბადია. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სამყარო ძირითადად წყალბადისგან შედგება.

ახლა მოდით ყურადღებით დავამატოთ პროტონს ნეიტრონი. ქიმიური თვალსაზრისით, ეს მაინც წყალბადია. მაგრამ ფიზიკის თვალსაზრისით, აღარ. ორი განსხვავებული წყალბადის აღმოჩენის შემდეგ, ფიზიკოსები შეშფოთდნენ და მაშინვე გაუჩნდათ იდეა, ეწოდებინათ ჩვეულებრივი წყალბადის პროტიუმი, ხოლო წყალბადი ნეიტრონით პროტონში - დეიტერიუმი.

მოდი ვიყოთ გაბედულები და სხვა ნეიტრონი მივაწოდოთ ბირთვს. ახლა ჩვენ გვაქვს კიდევ ერთი წყალბადი, კიდევ უფრო მძიმე - ტრიტიუმი. ისევ და ისევ, ქიმიური თვალსაზრისით, ის პრაქტიკულად არაფრით განსხვავდება დანარჩენი ორი წყალბადისგან (კარგად, გარდა იმისა, რომ ახლა ის ოდნავ ნაკლებად ადვილად რეაგირებს). მინდა სასწრაფოდ გაგაფრთხილოთ - ვერანაირი ძალისხმევა, მუქარა და დარწმუნება ვერ შემატებს ტრიტიუმის ბირთვს კიდევ ერთ ნეიტრონს. ადგილობრივი კანონები ბევრად უფრო მკაცრია, ვიდრე ადამიანური.

ასე რომ, პროტიუმი, დეიტერიუმი და ტრიტიუმი წყალბადის იზოტოპებია. მათი ატომური მასა განსხვავებულია, მაგრამ მათი მუხტი არა. მაგრამ ეს არის ბირთვის მუხტი, რომელიც განსაზღვრავს მდებარეობას ელემენტების პერიოდულ სისტემაში. ამიტომ იზოტოპებს იზოტოპებს უწოდებენ. ბერძნულიდან თარგმნილი ნიშნავს "იგივე ადგილის დაკავებას". სხვათა შორის, კარგად ცნობილი მძიმე წყალი იგივე წყალია, მაგრამ პროტიუმის ნაცვლად ორი დეიტერიუმის ატომით. შესაბამისად, ზემძიმე წყალი პროტიუმის ნაცვლად შეიცავს ტრიტიუმს.

მოდით კიდევ ერთხელ გადავხედოთ ჩვენს წყალბადებს. მაშ... პროტიუმი ადგილზეა, დეიტერიუმი ადგილზეა... ეს კიდევ ვინ არის? სად წავიდა ჩემი ტრიტიუმი და საიდან გაჩნდა ჰელიუმ-3? ჩვენს ტრიტიუმში ერთ-ერთ ნეიტრონს აშკარად მობეზრდა, პროფესიის შეცვლა გადაწყვიტა და პროტონად იქცა. ამით მან წარმოქმნა ელექტრონი და ანტინეიტრინო. ტრიტიუმის დაკარგვა, რა თქმა უნდა, გულდასაწყვეტია, მაგრამ ახლა ვიცით, რომ ის არასტაბილურია. ნეიტრონების კვება უშედეგო არ ყოფილა.

ასე რომ, როგორც გესმით, იზოტოპები სტაბილური და არასტაბილურია. ჩვენს ირგვლივ უამრავი სტაბილური იზოტოპია, მაგრამ, მადლობა ღმერთს, პრაქტიკულად არ არსებობს არასტაბილური. ანუ არსებობენ, მაგრამ ისეთ გაფანტულ მდგომარეობაში, რომ ძალიან დიდი შრომის ფასად უნდა მოიპოვონ. მაგალითად, ურანი-235, რომელმაც ამდენი უბედურება გამოიწვია ოპენჰაიმერს, ბუნებრივი ურანის მხოლოდ 0,7%-ს შეადგენს.

ნახევარი სიცოცხლე

აქ ყველაფერი მარტივია. არასტაბილური იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი არის დროის პერიოდი, რომლის დროსაც იზოტოპის ატომების ზუსტად ნახევარი იშლება და გადაიქცევა სხვა ატომებად. ჩვენთვის უკვე ნაცნობ ტრიტიუმს აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12,32 წელი. ეს საკმაოდ ხანმოკლე იზოტოპია, თუმცა ფრანციუმ-223-თან შედარებით, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 22,3 წუთია, ტრიტიუმი ნაცრისფერ წვერიან უფროსად გამოიყურება.

არანაირი მაკროსკოპული გარე ფაქტორები (წნევა, ტემპერატურა, ტენიანობა, მკვლევარის განწყობა, გამოყოფის რაოდენობა, ვარსკვლავების მდებარეობა) გავლენას არ ახდენს ნახევარგამოყოფის პერიოდზე. კვანტური მექანიკა არ არის მგრძნობიარე ასეთი სისულელეების მიმართ.

პოპულარული აფეთქების მექანიკა

ნებისმიერი აფეთქების არსი არის ენერგიის სწრაფი გათავისუფლება, რომელიც ადრე იყო არათავისუფალ, შეკრულ მდგომარეობაში. გამოთავისუფლებული ენერგია იფანტება, უპირატესად გადაიქცევა სიცხეში (მოლეკულების უწესრიგო მოძრაობის კინეტიკური ენერგია), დარტყმის ტალღა (ასევე არის მოძრაობა, მაგრამ უკვე მოწესრიგებული, აფეთქების ცენტრის მიმართულებით) და რადიაციაში - რბილი. ინფრაწითელი მძიმე მოკლე ტალღის კვანტამდე.

ქიმიურ აფეთქებაში ყველაფერი შედარებით მარტივია. ენერგიულად სასარგებლო რეაქცია ხდება, როდესაც გარკვეული ნივთიერებები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. რეაქციაში მონაწილეობს მხოლოდ ზოგიერთი ატომის ზედა ელექტრონული ფენა და ურთიერთქმედება უფრო ღრმად არ მიდის. ადვილი მისახვედრია, რომ ნებისმიერ ნივთიერებაში გაცილებით მეტი ფარული ენერგიაა. მაგრამ როგორიც არ უნდა იყოს ექსპერიმენტის პირობები, რაც არ უნდა წარმატებულად ავირჩიოთ რეაგენტები, როგორ შევამოწმოთ პროპორციები, ქიმია არ მოგვცემს ატომში ღრმად შეღწევის საშუალებას. ქიმიური აფეთქება არის პრიმიტიული ფენომენი, არაეფექტური და, ფიზიკის თვალსაზრისით, უხამსი სუსტი.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია საშუალებას გაძლევთ გათხრა ცოტა ღრმად, თამაშში შემოიტანოთ არა მხოლოდ ელექტრონები, არამედ ბირთვებიც. ეს მართლაც საგულისხმო ჟღერს, ალბათ, მხოლოდ ფიზიკოსისთვის, მაგრამ დანარჩენისთვის მარტივ ანალოგს მივცემ. წარმოიდგინეთ გიგანტური წონა ელექტრიფიცირებული მტვრის ნაწილაკებით, რომლებიც მის გარშემო ფრიალებს რამდენიმე კილომეტრის მანძილზე. ეს არის ატომი, "წონა" არის ბირთვი, ხოლო "მტვრის ნაწილაკები" ელექტრონები. რაც არ უნდა გააკეთოთ მტვრის ამ ლაქებთან, ისინი არ მოგცემენ ენერგიის მეასედსაც კი, რომელიც შეიძლება მიიღოთ მძიმე წონისგან. მითუმეტეს, თუ რაიმე მიზეზის გამო ის იშლება და მასიური ფრაგმენტები დიდი სიჩქარით იფანტება სხვადასხვა მიმართულებით.

ბირთვული აფეთქება მოიცავს ბირთვის შემადგენელი მძიმე ნაწილაკების შემაკავშირებელ პოტენციალს. მაგრამ ეს შორს არის ლიმიტისაგან: მატერიაში გაცილებით მეტი ფარული ენერგიაა. და ამ ენერგიის სახელია მასა. კიდევ ერთხელ, ეს ცოტა უჩვეულოდ ჟღერს არაფიზიკოსისთვის, მაგრამ მასა არის ენერგია, მხოლოდ უკიდურესად კონცენტრირებული. თითოეული ნაწილაკი: ელექტრონი, პროტონი, ნეიტრონი - ეს ყველაფერი წარმოუდგენლად მკვრივი ენერგიის პაწაწინა გროვაა, რომელიც ამ დროისთვის მოსვენებულ მდგომარეობაში რჩება. თქვენ ალბათ იცით ფორმულა E=mc2, რომელიც ასე უყვართ ხუმრობების მწერლებს, კედლის გაზეთების რედაქტორებს და სკოლის კლასის დეკორატორებს. ეს არის ზუსტად ის, რაც ეხება და ეს არის ის, რაც აყალიბებს მასას, როგორც ენერგიის ფორმას. და ის ასევე იძლევა პასუხს კითხვაზე, რამდენი ენერგიის მიღება შესაძლებელია ნივთიერებიდან მაქსიმუმამდე.

მასის, ანუ შეკრული ენერგიის თავისუფალ ენერგიად სრულ გადასვლის პროცესს განადგურება ეწოდება. ლათინური ძირიდან „ნიჰილი“ ადვილი მისახვედრია მისი არსი - ეს არის გარდაქმნა „არაფრად“, უფრო სწორად, რადიაციად. სიცხადისთვის, აქ არის რამდენიმე რიცხვი.

აფეთქების ტროტილის ეკვივალენტური ენერგია (J)

F-1 ყუმბარა 60 გრამი 2.50*105

ჰიროშიმაზე ჩამოგდებული ბომბი 16 კილოტონიანი 6.70*1013

ერთი გრამი მატერიის განადგურება 21,5 კილოტონა 8,99*1013

ნებისმიერი მატერიის ერთი გრამი (მხოლოდ მასა მნიშვნელოვანია) განადგურებისას უფრო მეტ ენერგიას მოგცემთ, ვიდრე პატარა ბირთვული ბომბი. ასეთ დაბრუნებასთან შედარებით, ფიზიკოსების ვარჯიშები ბირთვული დაშლის შესახებ და მით უმეტეს, ქიმიკოსების ექსპერიმენტები აქტიური რეაგენტებით, სასაცილოდ გამოიყურება.

განადგურებისთვის საჭიროა შესაბამისი პირობები, კერძოდ, მატერიის შეხება ანტიმატერიასთან. და, განსხვავებით "წითელი ვერცხლისწყლის" ან "ფილოსოფიური ქვისგან", ანტიმატერია უფრო მეტია, ვიდრე რეალური - ჩვენთვის ცნობილი ნაწილაკებისთვის, მსგავსი ანტინაწილაკები არსებობს და შესწავლილია და არაერთხელ ჩატარდა ექსპერიმენტები "ელექტრონ + პოზიტრონი" წყვილების განადგურების შესახებ. პრაქტიკაში განხორციელდა. მაგრამ განადგურების იარაღის შესაქმნელად აუცილებელია ანტინაწილაკების გარკვეული მნიშვნელოვანი მოცულობის შეგროვება და ასევე მათი შეზღუდვა ნებისმიერ საკითხთან კონტაქტისგან, ფაქტობრივად, საბრძოლო გამოყენებამდე. ეს, პაჰ-პა, ჯერ კიდევ შორეული პერსპექტივაა.

მასობრივი დეფექტი

ბოლო კითხვა, რომელიც გასაგებად რჩება აფეთქების მექანიკასთან დაკავშირებით, არის ის, თუ საიდან მოდის ენერგია: იგივე ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ჯაჭვური რეაქციის დროს? აქ ისევ იყო რაღაც მასა ჩართული. უფრო სწორად, მისი "დეფექტის" გარეშე.

გასულ საუკუნემდე მეცნიერებს სჯეროდათ, რომ მასა შენარჩუნებულია ნებისმიერ პირობებში და ისინიც თავისებურად მართლები იყვნენ. ასე რომ, ჩვენ ჩავუშვით ლითონი მჟავაში - მან დაიწყო ბუშტუკება რეზერვში და გაზის ბუშტუკები სითხის სისქეში ზევით ავარდა. მაგრამ თუ თქვენ აწონით რეაგენტებს რეაქციამდე და მის შემდეგ, არ დაივიწყოთ გამოთავისუფლებული აირი, მასა იყრის თავს. და ეს ყოველთვის ასე იქნება მანამ, სანამ ჩვენ ვიმუშავებთ კილოგრამებით, მეტრით და ქიმიური რეაქციებით.

მაგრამ როგორც კი ჩავუღრმავდებით მიკრონაწილაკების ველს, მასაც სიურპრიზს წარმოადგენს. გამოდის, რომ ატომის მასა შეიძლება ზუსტად არ იყოს მისი შემადგენელი ნაწილაკების მასების ჯამის ტოლი. როდესაც მძიმე ბირთვი (მაგალითად, იგივე ურანი) იყოფა ნაწილებად, "ფრაგმენტები" მთლიანობაში ნაკლებს იწონის ვიდრე ბირთვი დაშლამდე. "განსხვავება", რომელსაც ასევე უწოდებენ მასის დეფექტს, პასუხისმგებელია ბირთვში შემაკავშირებელ ენერგიებზე. და სწორედ ეს განსხვავება გადადის სიცხეში და რადიაციაში აფეთქების დროს, ყველაფერი ერთი და იგივე მარტივი ფორმულის მიხედვით: E=mc2.

ეს საინტერესოა: ხდება ისე, რომ ენერგიულად ხელსაყრელია მძიმე ბირთვების დაყოფა და მსუბუქი ბირთვების გაერთიანება. პირველი მექანიზმი მუშაობს ურანის ან პლუტონიუმის ბომბში, მეორე კი წყალბადის ბომბში. მაგრამ თქვენ არ შეგიძლიათ რკინით ბომბის დამზადება, რაც არ უნდა ეცადოთ: ის ზუსტად ამ ხაზის შუაშია.

ბირთვული ბომბი

ისტორიული თანმიმდევრობის შემდეგ, ჯერ განვიხილოთ ბირთვული ბომბები და განვახორციელოთ ჩვენი პატარა „მანჰეტენის პროექტი“. არ მოგბეზრდებათ იზოტოპების გამოყოფის მოსაწყენი მეთოდებით და დაშლის ჯაჭვური რეაქციის თეორიის მათემატიკური გამოთვლებით. მე და შენ გვაქვს ურანი, პლუტონიუმი, სხვა მასალები, აწყობის ინსტრუქციები და საჭირო რაოდენობის სამეცნიერო ცნობისმოყვარეობა.

ურანის ყველა იზოტოპი ამა თუ იმ ხარისხით არასტაბილურია. მაგრამ ურანი-235 განსაკუთრებულ მდგომარეობაშია. ურანი-235-ის ბირთვის სპონტანური დაშლის დროს (ასევე უწოდებენ ალფა დაშლას), წარმოიქმნება ორი ფრაგმენტი (სხვა, ბევრად მსუბუქი ელემენტების ბირთვები) და რამდენიმე ნეიტრონი (ჩვეულებრივ 2-3). თუ დაშლის დროს წარმოქმნილი ნეიტრონი სხვა ურანის ატომის ბირთვს მოხვდება, მოხდება ჩვეულებრივი ელასტიური შეჯახება, ნეიტრონი გადმოხტება და გააგრძელებს თავგადასავლების ძიებას. მაგრამ გარკვეული პერიოდის შემდეგ ის დაკარგავს ენერგიას (სრულყოფილად ელასტიური შეჯახება ხდება მხოლოდ სფერულ ცხენებს შორის ვაკუუმში) და შემდეგი ბირთვი აღმოჩნდება ხაფანგში - ნეიტრონი შეიწოვება მასში. სხვათა შორის, ფიზიკოსები ასეთ ნეიტრონს თერმულს უწოდებენ.

შეხედეთ ურანის ცნობილი იზოტოპების ჩამონათვალს. მათ შორის არ არის იზოტოპი ატომური მასით 236. იცით რატომ? ასეთი ბირთვი ცხოვრობს მიკროწამების ფრაქციებში და შემდეგ იშლება, ათავისუფლებს უზარმაზარ ენერგიას. ამას იძულებითი დაშლა ჰქვია. რაღაცნაირად უხერხულია იზოტოპს ასეთი სიცოცხლის განმავლობაში იზოტოპად ვუწოდოთ.

ურანი-235-ის ბირთვის დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია არის ფრაგმენტებისა და ნეიტრონების კინეტიკური ენერგია. თუ გამოვთვლით ურანის ბირთვის დაშლის პროდუქტების მთლიან მასას და შემდეგ შევადარებთ მას თავდაპირველი ბირთვის მასას, გამოდის, რომ ეს მასები ერთმანეთს არ ემთხვევა - თავდაპირველი ბირთვი უფრო დიდი იყო. ამ მოვლენას მასის დეფექტი ეწოდება და მისი ახსნა მოცემულია ფორმულაში E0=mс2. სინათლის სიჩქარის კვადრატზე გაყოფილი ფრაგმენტების კინეტიკური ენერგია ზუსტად იქნება მასის სხვაობის ტოლი. ფრაგმენტები ნელდება ურანის კრისტალურ ქსელში, წარმოქმნის რენტგენის გამოსხივებას, ხოლო ნეიტრონები, მოგზაურობის შემდეგ, შეიწოვება სხვა ურანის ბირთვებით ან ტოვებენ ურანის ჩამოსხმას, სადაც ხდება ყველა მოვლენა.

თუ ურანის ჩამოსხმა მცირეა, მაშინ ნეიტრონების უმეტესობა დატოვებს მას შენელების დროის გარეშე. მაგრამ თუ იძულებითი დაშლის ყოველი აქტი იწვევს კიდევ ერთ მსგავს მოქმედებას გამოსხივებული ნეიტრონის გამო, ეს უკვე დაშლის თვითშენარჩუნებული ჯაჭვური რეაქციაა.

შესაბამისად, თუ ჩამოსხმის ზომას გაზრდით, ნეიტრონების მზარდი რაოდენობა გამოიწვევს იძულებითი გახლეჩის აქტებს. და რაღაც მომენტში ჯაჭვური რეაქცია გახდება უკონტროლო. მაგრამ ეს შორს არის ბირთვული აფეთქებისგან. უბრალოდ ძალიან "ბინძური" თერმული აფეთქება, რომელიც გამოყოფს ძალიან აქტიურ და ტოქსიკურ იზოტოპების დიდ რაოდენობას.

სრულიად ლოგიკური კითხვაა: რამდენი ურანი-235 არის საჭირო იმისათვის, რომ დაშლის ჯაჭვური რეაქცია ზვავი გახდეს? სინამდვილეში არც ისე მარტივია. აქ როლს თამაშობს დაშლელი მასალის თვისებები და მოცულობის ზედაპირის თანაფარდობა. წარმოიდგინეთ ტონა ურანი-235 (მე მაშინვე გავაკეთებ დაჯავშნას - ეს ბევრია), რომელიც არსებობს თხელი და ძალიან გრძელი მავთულის სახით. დიახ, მის გასწვრივ მფრინავი ნეიტრონი, რა თქმა უნდა, გამოიწვევს იძულებითი დაშლის აქტს. მაგრამ მავთულის გასწვრივ მფრინავი ნეიტრონების ფრაქცია იმდენად მცირე იქნება, რომ თვითშენარჩუნებულ ჯაჭვურ რეაქციაზე საუბარი უბრალოდ სასაცილოა.

ამიტომ, ჩვენ შევთანხმდით გამოვთვალოთ კრიტიკული მასა სფერული ჩამოსხმისთვის. სუფთა ურანი-235-ისთვის კრიტიკული მასაა 50 კგ (ეს არის ბურთი 9 სმ რადიუსით). გესმით, რომ ასეთი ბურთი დიდხანს არ გაგრძელდება, თუმცა არც ის, ვინც მას ისვრის.

თუ უფრო მცირე მასის ბურთულას აკრავს ნეიტრონული რეფლექტორი (ამისთვის ბერილიუმი შესანიშნავია), ხოლო ნეიტრონის მოდერატორი მასალა (წყალი, მძიმე წყალი, გრაფიტი, იგივე ბერილიუმი) შედის ბურთში, მაშინ კრიტიკული მასა გაცილებით მეტი გახდება. უფრო პატარა. ყველაზე ეფექტური რეფლექტორებისა და ნეიტრონული მოდერატორების გამოყენებით, კრიტიკული მასა შეიძლება გაიზარდოს 250 გრამამდე. ამის მიღწევა, მაგალითად, შესაძლებელია ურანი-235 მარილის გაჯერებული ხსნარის მძიმე წყალში მოთავსებით სფერულ ბერილიუმის კონტეინერში.

კრიტიკული მასა არსებობს არა მხოლოდ ურანი-235-ისთვის. ასევე არსებობს მრავალი იზოტოპი, რომელსაც შეუძლია დაშლის ჯაჭვური რეაქციები. მთავარი პირობაა, რომ ბირთვის დაშლის პროდუქტებმა უნდა გამოიწვიონ სხვა ბირთვების დაშლის აქტები.

ასე რომ, ჩვენ გვაქვს ორი ნახევარსფერული ურანის ჩამოსხმა, რომელთა წონაა თითოეული 40 კგ. სანამ ისინი ერთმანეთისგან პატივისცემის მანძილზე დარჩებიან, ყველაფერი მშვიდად იქნება. რა მოხდება, თუ დაიწყებთ მათ ნელა მოძრაობას? პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ, სოკოს მსგავსი არაფერი მოხდება. უბრალოდ, ნაჭრები მიახლოებისას დაიწყებს გაცხელებას, შემდეგ კი, თუ დროზე გონს არ მოვიდა, ისინი გაცხელდებიან. საბოლოო ჯამში, ისინი უბრალოდ დნება და გავრცელდება და ყველა, ვინც ჩამოსხმის გადაადგილება მოახდინა, მოკვდება ნეიტრონული გამოსხივებისგან. და ვინც ამას ინტერესით უყურებდა, ფარფლებს ერთმანეთში აწებებენ.

რა მოხდება, თუ უფრო სწრაფია? ისინი უფრო სწრაფად დნება. კიდევ უფრო სწრაფად? ისინი კიდევ უფრო სწრაფად დნება. მაგარია? მაშინაც კი, თუ მას თხევად ჰელიუმში ჩასვამთ, ეს არანაირ კარგს არ გამოიღებს. რა მოხდება, თუ ერთ ნაწილს მეორეზე ესვრით? შესახებ! სიმართლის მომენტი. ჩვენ ახლახან გამოვიმუშავეთ ურანის ქვემეხის დიზაინი. თუმცა, ჩვენ არაფერი გვაქვს საამაყო, ეს სქემა ყველაზე მარტივი და უხელოვნებოა. დიახ, და ნახევარსფეროების მიტოვება მოუწევს. როგორც პრაქტიკამ აჩვენა, ისინი არ მიდრეკილნი არიან ერთმანეთთან შეუფერხებლად. ოდნავი დამახინჯება - და მიიღებთ ძალიან ძვირადღირებულ "ფარტს", რის შემდეგაც დიდი ხნის განმავლობაში მოგიწევთ გაწმენდა.

სჯობს ურანი-235-ის მოკლე, სქელკედლიანი მილის დამზადება 30-40 კგ მასით, რომლის ღიობზეც დავამაგრებთ იმავე კალიბრის მაღალი სიმტკიცის ფოლადის ლულს, იმავე ცილინდრით დამუხტულს. დაახლოებით იგივე მასის ურანი. მოდი, ურანის სამიზნე ბერილიუმის ნეიტრონული რეფლექტორით შემოვუაროთ. ახლა, თუ ურანის „ტყვიას“ ესვრით ურანის „მილს“, „მილი“ სავსე იქნება. ანუ იქნება ბირთვული აფეთქება. უბრალოდ საჭიროა სერიოზულად სროლა ისე, რომ ურანის ჭურვის მჭიდის სიჩქარე იყოს მინიმუმ 1 კმ/წმ. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ისევ იქნება ფარტი, მაგრამ უფრო ხმამაღალი. ფაქტია, რომ როდესაც ჭურვი და სამიზნე ერთმანეთს უახლოვდება, ისინი ისე თბება, რომ ზედაპირიდან ინტენსიურად აორთქლებას იწყებენ, შენელებული გაზის შემომავალი ნაკადებით. უფრო მეტიც, თუ სიჩქარე არასაკმარისია, მაშინ არის შანსი, რომ ჭურვი უბრალოდ არ მიაღწიოს მიზანს, მაგრამ აორთქლდეს გზაზე.

რამდენიმე ათეული კილოგრამის წონის ბლანკის ასეთ სიჩქარემდე და რამდენიმე მეტრის მანძილზე აჩქარება უკიდურესად რთული ამოცანაა. ამიტომ დაგჭირდებათ არა დენთი, არამედ ძლიერი ასაფეთქებელი ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ძალიან მოკლე დროში შექმნას სათანადო გაზის წნევა ლულაში. და მოგვიანებით არ მოგიწევთ ლულის გაწმენდა, არ ინერვიულოთ.

ჰიროშიმაზე ჩამოგდებული Mk-I „პატარა ბიჭი“ ბომბი ზუსტად ქვემეხის დიზაინის მიხედვით იყო შექმნილი.

არის, რა თქმა უნდა, წვრილმანი დეტალები, რომლებიც არ გავითვალისწინეთ ჩვენს პროექტში, მაგრამ საერთოდ არ შევცოდავთ თავად პრინციპს.

ასე რომ. ჩვენ ავფეთქეთ ურანის ბომბი. ჩვენ აღფრთოვანებული ვიყავით სოკოთი. ახლა ჩვენ ავფეთქებთ პლუტონიუმს. უბრალოდ არ გადაათრიოთ აქ სამიზნე, ჭურვი, ლულა და სხვა ნაგავი. ეს ხრიკი არ იმუშავებს პლუტონიუმთან. მაშინაც კი, თუ 5 კმ/წმ სიჩქარით ერთ ნაწილს მეორეში გადავიღებთ, სუპერკრიტიკული შეკრება მაინც არ იმუშავებს. პლუტონიუმ-239-ს ექნება დრო, რომ გაცხელდეს, აორთქლდეს და გაანადგუროს გარშემო ყველაფერი. მისი კრიტიკული მასა 6 კგ-ზე ოდნავ მეტია. თქვენ წარმოიდგინეთ, რამდენად აქტიურია ის ნეიტრონების დაჭერის თვალსაზრისით.

პლუტონიუმი უჩვეულო ლითონია. ტემპერატურის, წნევის და მინარევების მიხედვით, ის არსებობს ბროლის გისოსის ექვს მოდიფიკაციაში. არის მოდიფიკაციებიც კი, რომლებშიც ის იკუმშება გაცხელებისას. ერთი ფაზიდან მეორეზე გადასვლა შეიძლება მოულოდნელად მოხდეს, ხოლო პლუტონიუმის სიმკვრივე შეიძლება შეიცვალოს 25%-ით. შეგახსენებთ, რომ კრიტიკული მასა განისაზღვრება, კერძოდ, მოცულობის ზედაპირის თანაფარდობით. კარგი, ჩვენ გვაქვს სუბკრიტიკული მასის ბურთი, რომელსაც აქვს მინიმალური ზედაპირის ფართობი მოცემული მოცულობისთვის. ვთქვათ 6 კილოგრამი. ბურთის რადიუსი 4,5 სმ-ია, თუ ეს ბურთი შეკუმშულია ყველა მხრიდან? სიმკვრივე გაიზრდება წრფივი შეკუმშვის კუბის პროპორციულად, ხოლო ზედაპირი შემცირდება მისი კვადრატის პროპორციულად. და ასეც ხდება: პლუტონიუმის ატომები გახდება უფრო მკვრივი, ანუ შემცირდება ნეიტრონის გაჩერების მანძილი, რაც ნიშნავს, რომ გაიზრდება მისი შთანთქმის ალბათობა. მაგრამ, კიდევ ერთხელ, მაინც არ იმუშავებს საჭირო სიჩქარით შეკუმშვა (დაახლოებით 10 კმ/წმ). ჩიხი? მაგრამ არა.

300°C-ზე იწყება ეგრეთ წოდებული დელტა ფაზა - ყველაზე ფხვიერი. თუ პლუტონიუმი გალიუმით არის გაჟღენთილი, გაცხელებულია ამ ტემპერატურამდე და შემდეგ ნელა გაცივდება, დელტა ფაზა შეიძლება არსებობდეს ოთახის ტემპერატურაზე. მაგრამ ეს არ იქნება სტაბილური. მაღალი წნევის დროს (ათიათასობით ატმოსფეროს რიგითობით) მოხდება მკვეთრი გადასვლა ძალიან მკვრივ ალფა ფაზაზე.

ურანი-238-ისგან დამზადებულ დიდ (დიამეტრი 23 სმ) და მძიმე (120 კგ) ღრუ ბურთულში მოვათავსოთ პლუტონიუმის ბურთი. არ ინერვიულოთ, მას არ აქვს კრიტიკული მასა. მაგრამ ის შესანიშნავად ასახავს სწრაფ ნეიტრონებს. და მაინც გამოგვადგება, როგორ ფიქრობთ, ააფეთქეს? როგორიც არ უნდა იყოს. პლუტონიუმი არის დაწყევლილი კაპრიზული არსება. კიდევ რამდენიმე სამუშაო მოგვიწევს. დელტა ფაზაში პლუტონიუმისგან ორი ნახევარსფერო გავაკეთოთ. ცენტრში ჩამოვაყალიბოთ სფერული ღრუ. და ამ ღრუში განვათავსებთ ბირთვული იარაღის აზროვნების კვინტესენციას - ნეიტრონის ინიციატორი. ეს არის პატარა ღრუ ბერილიუმის ბურთი, რომლის დიამეტრი 20 და სისქე 6 მმ. მის შიგნით არის კიდევ ერთი ბერილიუმის ბურთი, რომლის დიამეტრი 8 მმ. ღრუ ბურთის შიდა ზედაპირზე ღრმა ღარებია. მთელი ნივთი გულუხვად არის მოოქროვილი და მოოქროვილი. ღარებში მოთავსებულია პოლონიუმი-210, რომელიც აქტიურად გამოყოფს ალფა ნაწილაკებს. ეს არის ტექნოლოგიის ასეთი სასწაული. როგორ მუშაობს? სულ რაღაც წამი. ჯერ კიდევ გვაქვს რამდენიმე საქმე.

მოდი, ურანის გარსი შემოვიღოთ სხვა გარსით, რომელიც დამზადებულია ალუმინის შენადნობისგან ბორით. მისი სისქე დაახლოებით 13 სმ-ია, ჩვენი "მატრიოშკა" ახლა ნახევარ მეტრამდე გაიზარდა და წონაში 6-დან 250 კგ-მდე მოიმატა.

ახლა მოდით გავაკეთოთ იმპლოზიური „ლინზები“. წარმოიდგინეთ ფეხბურთის ბურთი. კლასიკური, რომელიც შედგება 20 ექვსკუთხედისა და 12 ხუთკუთხედისგან. ასეთ „ბურთს“ ასაფეთქებელი ნივთიერებებისგან გავაკეთებთ და თითოეული სეგმენტი აღჭურვილი იქნება რამდენიმე ელექტროდეტონატორით. სეგმენტის სისქე დაახლოებით ნახევარი მეტრია. ასევე ბევრი დახვეწილობაა "ლინზების" წარმოებაში, მაგრამ თუ მათ აღვწერთ, დანარჩენი ყველაფრისთვის საკმარისი ადგილი არ იქნება. მთავარია ლინზის მაქსიმალური სიზუსტე. უმცირესი შეცდომა - და ასაფეთქებელი ნივთიერების აფეთქების შედეგად მთელი შეკრება დაიმსხვრევა. სრული ასამბლეის ახლა აქვს დიამეტრი დაახლოებით ერთი და ნახევარი მეტრი და მასა 2,5 ტონა. დიზაინს სრულდება ელექტრული წრე, რომლის ამოცანაა დეტონატორების აფეთქება მკაცრად განსაზღვრული თანმიმდევრობით მიკროწამის სიზუსტით.

ყველა. ჩვენს წინაშეა პლუტონიუმის აფეთქების წრე.

ახლა კი - ყველაზე საინტერესო ნაწილი.

აფეთქების დროს ფეთქებადი შეკუმშავს შეკრებას, ხოლო ალუმინის „ბიძგი“ ხელს უშლის აფეთქების ტალღის დაშლის გავრცელებას მის წინა მხარეს. ურანის გავლით დაახლოებით 12 კმ/წმ კონტრ-სიჩქარით, შეკუმშვის ტალღა შეკუმშავს მასაც და პლუტონიუმსაც. პლუტონიუმი ასიათასობით ატმოსფეროს რიგის შეკუმშვის ზონაში ზეწოლის დროს (აფეთქების ფრონტის ფოკუსირების ეფექტი) მოულოდნელად გადახტება ალფა ფაზაში. 40 მიკროწამში აქ აღწერილი ურანი-პლუტონიუმის შეკრება გახდება არა მხოლოდ სუპერკრიტიკული, არამედ რამდენჯერმე აღემატება კრიტიკულ მასას.

მას შემდეგ, რაც მიაღწია ინიციატორს, შეკუმშვის ტალღა დაამსხვრევს მის მთელ სტრუქტურას მონოლითად. ამ შემთხვევაში, ოქრო-ნიკელის იზოლაცია განადგურდება, პოლონიუმი-210 შეაღწევს ბერილიუმში დიფუზიის გამო, მის მიერ გამოსხივებული ალფა ნაწილაკები და ბერილიუმში გავლისას გამოიწვევს ნეიტრონების კოლოსალურ ნაკადს, რაც გამოიწვევს დაშლის ჯაჭვურ რეაქციას მთელს ტერიტორიაზე. პლუტონიუმის მოცულობა და „სწრაფი“ ნეიტრონების ნაკადი, რომელიც წარმოქმნის პლუტონიუმის დაშლას, გამოიწვევს ურანი-238-ის აფეთქებას. დასრულებულია, ჩვენ გავიზარდეთ მეორე სოკო, პირველზე უარესი.

პლუტონიუმის აფეთქების დიზაინის მაგალითია ნაგასაკიზე ჩამოგდებული Mk-III "Fatman" ბომბი.

აქ აღწერილი ყველა ხრიკი საჭიროა იმისათვის, რომ პლუტონიუმის ატომის ბირთვების მაქსიმალური რაოდენობა აიძულოს რეაგირება. მთავარი ამოცანაა რაც შეიძლება დიდხანს შევინარჩუნოთ მუხტი კომპაქტურ მდგომარეობაში და არ მოხდეს მისი გაფანტვა პლაზმურ ღრუბელში, რომელშიც ჯაჭვური რეაქცია მყისიერად შეჩერდება. აქ ყოველი მოპოვებული მიკროწამი არის ერთი ან ორი კილოტონიანი სიმძლავრის ზრდა.

თერმობირთვული ბომბი

არსებობს საერთო რწმენა, რომ ბირთვული ბომბი არის თერმობირთვული ბომბის დაუკრავენ. პრინციპში, ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია, მაგრამ არსი სწორად არის აღბეჭდილი. თერმობირთვული შერწყმის პრინციპებზე დაფუძნებულმა იარაღმა შესაძლებელი გახადა ისეთი აფეთქების სიმძლავრის მიღწევა, რომელიც არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება მიღწეული იყოს დაშლის ჯაჭვური რეაქციით. მაგრამ ენერგიის ერთადერთი წყარო ჯერჯერობით, რომელსაც შეუძლია თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის „აალება“ არის ბირთვული აფეთქება.

გახსოვს, როგორ "ვკვებეთ" მე და შენ წყალბადის ბირთვი ნეიტრონებით? ასე რომ, თუ თქვენ ცდილობთ ამ გზით ორი პროტონის ერთმანეთთან დაკავშირებას, არაფერი გამოვა. პროტონები ერთმანეთში არ იკვებება კულონის მოგერიების ძალების გამო. ან გაფრინდებიან ერთმანეთისგან, ან მოხდება ბეტა დაშლა და ერთ-ერთი პროტონი ნეიტრონი გახდება. მაგრამ ჰელიუმ-3 არსებობს. ერთი ნეიტრონის წყალობით, რომელიც პროტონებს ერთმანეთთან უფრო თავსებადს ხდის.

პრინციპში, ჰელიუმ-3-ის ბირთვის შემადგენლობიდან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სავსებით შესაძლებელია ერთი ჰელიუმ-3 ბირთვის შეკრება პროტიუმისა და დეიტერიუმის ბირთვებიდან. თეორიულად, ეს მართალია, მაგრამ ასეთი რეაქცია შეიძლება მოხდეს მხოლოდ დიდი და ცხელი ვარსკვლავების სიღრმეში. უფრო მეტიც, ვარსკვლავების სიღრმეში ჰელიუმის შეგროვება შესაძლებელია მხოლოდ პროტონებიდანაც კი, რის შედეგადაც ზოგიერთი მათგანი ნეიტრონად გადააქცევს. მაგრამ ეს უკვე ასტროფიზიკის კითხვებია და ჩვენთვის მიღწევადი ვარიანტია ორი დეიტერიუმის ბირთვის ან დეიტერიუმის და ტრიტიუმის შერწყმა.

ბირთვული შერწყმა მოითხოვს ერთ ძალიან სპეციფიკურ პირობას. ეს არის ძალიან მაღალი (109 K) ტემპერატურა. მხოლოდ ბირთვების საშუალო კინეტიკური ენერგიით 100 კილოელექტრონვოლტი ახერხებენ ერთმანეთთან მიახლოება იმ მანძილზე, სადაც ძლიერი ურთიერთქმედება დაიწყებს კულონის ურთიერთქმედების გადალახვას.

სრულიად ლეგიტიმური კითხვა - რატომ შემოღობეთ ეს ბაღი? ფაქტია, რომ მსუბუქი ბირთვების შერწყმისას გამოიყოფა 20 მევ-ს რიგის ენერგია. რა თქმა უნდა, ურანის ბირთვის იძულებითი დაშლით, ეს ენერგია 10-ჯერ მეტია, მაგრამ არის ერთი გაფრთხილება - უდიდესი ხრიკებით, ურანის მუხტი თუნდაც 1 მეგატონის სიმძლავრით შეუძლებელია. უფრო მოწინავე პლუტონიუმის ბომბისთვისაც კი, მისაღწევი ენერგიის გამომუშავება არ არის 7-8 კილოტონაზე მეტი პლუტონიუმის კილოგრამზე (თეორიული მაქსიმუმ 18 კილოტონა). და არ დაგავიწყდეთ, რომ ურანის ბირთვი თითქმის 60-ჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე ორი დეიტერიუმის ბირთვი. თუ გავითვალისწინებთ ენერგიის სპეციფიკურ გამოსავალს, მაშინ თერმობირთვული შერწყმა შესამჩნევად წინ არის.

და მაინც - თერმობირთვული მუხტისთვის არ არსებობს შეზღუდვები კრიტიკულ მასაზე. მას უბრალოდ არ აქვს. თუმცა, არსებობს სხვა შეზღუდვები, მაგრამ მათ შესახებ უფრო დეტალურად ქვემოთ.

პრინციპში, თერმობირთვული რეაქციის დაწყება, როგორც ნეიტრონების წყარო, საკმაოდ მარტივია. გაცილებით რთულია მისი, როგორც ენერგიის წყაროს გაშვება. აქ ჩვენ ვაწყდებით ეგრეთ წოდებულ ლოუსონის კრიტერიუმს, რომელიც განსაზღვრავს თერმობირთვული რეაქციის ენერგეტიკულ სარგებელს. თუ რეაქციაში მყოფი ბირთვების სიმკვრივისა და შერწყმის მანძილზე მათი შეკავების დროის ნამრავლი მეტია 1014 წმ/სმ3-ზე, შერწყმის შედეგად მიღებული ენერგია გადააჭარბებს სისტემაში შეყვანილ ენერგიას.

ყველა თერმობირთვული პროგრამა მიეძღვნა ამ კრიტერიუმის მიღწევას.

პირველი თერმობირთვული ბომბის დიზაინი, რომელიც ედვარდ ტელერს მოუვიდა, იყო პლუტონიუმის ბომბის შექმნის მცდელობა ქვემეხის დიზაინის გამოყენებით. ანუ თითქოს ყველაფერი სწორია, მაგრამ არაუშავს. "კლასიკური სუპერის" მოწყობილობა - თხევადი დეიტერიუმი, რომელშიც პლუტონიუმის ბომბია ჩაძირული - მართლაც კლასიკური იყო, მაგრამ სუპერსგან შორს.

თხევად დეიტერიუმში ბირთვული მუხტის აფეთქების იდეა თავიდანვე ჩიხი აღმოჩნდა. ასეთ პირობებში, თერმობირთვული შერწყმის ენერგიის მეტ-ნაკლებად გამომუშავება შეიძლება მიღწეული იყოს 500 კტ სიმძლავრის ბირთვული მუხტის აფეთქებით. ლოუსონის კრიტერიუმის მიღწევაზე ლაპარაკი საერთოდ არ იყო საჭირო.

თელერს ასევე გაუჩნდა იდეა ბირთვული დამუხტვის გარშემორტყმის თერმობირთვული საწვავის ფენებით, რომლებიც გადანაწილებულია ურანი-238-ით, როგორც სითბოს იზოლატორი და აფეთქების გამაძლიერებელი. და არა მარტო მას. პირველი საბჭოთა თერმობირთვული ბომბები აშენდა ზუსტად ამ დიზაინის მიხედვით. პრინციპი საკმაოდ მარტივი იყო: ბირთვული მუხტი ათბობს თერმობირთვულ საწვავს იმ ტემპერატურამდე, რომლითაც იწყება შერწყმა, ხოლო შერწყმის დროს წარმოქმნილი სწრაფი ნეიტრონები აფეთქებენ ურანი-238-ის ფენებს. თუმცა, შეზღუდვა უცვლელი დარჩა - იმ ტემპერატურაზე, რომელსაც ბირთვული გამშვები აწვდიდა, მხოლოდ იაფი დეიტერიუმისა და წარმოუდგენლად ძვირადღირებული ტრიტიუმის ნარევი შეიძლება შევიდეს შერწყმის რეაქციაში.

მოგვიანებით თელერმა გააჩნდა ნაერთის ლითიუმ-6 დეიტერიდის გამოყენების იდეა. ამ ხსნარმა შესაძლებელი გახადა ძვირადღირებული და მოუხერხებელი კრიოგენული კონტეინერების მიტოვება თხევადი დეიტერიუმით. გარდა ამისა, ნეიტრონებით დასხივების შედეგად, ლითიუმი-6 გარდაიქმნა ჰელიუმად და ტრიტიუმად, რომელიც შევიდა დეიტერიუმთან შერწყმის რეაქციაში.

ამ სქემის მინუსი იყო შეზღუდული სიმძლავრე - თერმობირთვული საწვავის მხოლოდ შეზღუდულ ნაწილს ჰქონდა დრო, რომ შერწყმის რეაქციაში შესულიყო. დანარჩენი, რამდენიც არ უნდა იყო, კანალიზაციაში ჩავიდა. მაქსიმალური დამუხტვის სიმძლავრე, რომელიც მიიღება „პუფის“ გამოყენებით, იყო 720 კტ (ბრიტანული Orange Herald-ის ბომბი). როგორც ჩანს, ეს იყო "ჭერი".

თელერ-ულამის სქემის განვითარების ისტორიაზე უკვე ვისაუბრეთ. ახლა მოდით გავიგოთ ამ მიკროსქემის ტექნიკური დეტალები, რომელსაც ასევე უწოდებენ "ორეტაპიან" ან "რადიაციული შეკუმშვის წრეს".

ჩვენი ამოცანაა გავაცხელოთ თერმობირთვული საწვავი და შევინარჩუნოთ იგი გარკვეულ მოცულობაში, რათა შევასრულოთ ლოუსონის კრიტერიუმი. რომ თავი დავანებოთ ამერიკულ ვარჯიშებს კრიოგენული სქემებით, ავიღოთ ჩვენთვის უკვე ცნობილი ლითიუმ-6 დეიტერიდი, როგორც თერმობირთვული საწვავი.

თერმობირთვული მუხტის კონტეინერად ჩვენ ავირჩევთ ურან-238-ს. კონტეინერი ცილინდრული ფორმისაა. კონტეინერის ღერძის გასწვრივ მის შიგნით მოვათავსებთ ურანი-235-ისგან დამზადებულ ცილინდრულ ღეროს, რომელსაც აქვს სუბკრიტიკული მასა.

შენიშვნა: ნეიტრონული ბომბი, რომელიც თავის დროზე სენსაციური იყო, არის იგივე ტელერ-ულამის სქემა, მაგრამ კონტეინერის ღერძის გასწვრივ ურანის ღეროს გარეშე. საქმე იმაშია, რომ უზრუნველყოს სწრაფი ნეიტრონების ძლიერი ნაკადი, მაგრამ თავიდან აიცილოს ყველა თერმობირთვული საწვავის დამწვრობა, რომელიც მოიხმარს ნეიტრონებს.

კონტეინერის დარჩენილ თავისუფალ ადგილს შეავსებთ ლითიუმ-6 დეიტერიდით. მომავალი ბომბის კორპუსის ერთ ბოლოში მოვათავსოთ კონტეინერი (ეს იქნება მეორე ეტაპი), ხოლო მეორე ბოლოში დავამაგროთ ჩვეულებრივი პლუტონიუმის მუხტი რამდენიმე კილოტონიანი სიმძლავრით (პირველი ეტაპი). ბირთვულ და თერმობირთვულ მუხტს შორის ჩვენ დავამონტაჟებთ ურანი-238-ისგან დამზადებულ დანაყოფს, რომელიც ხელს შეუშლის ლითიუმ-6 დეიტერიდის ნაადრევ გათბობას. ბომბის კორპუსის შიგნით დარჩენილი თავისუფალი ადგილი შეავსოთ მყარი პოლიმერით. პრინციპში, თერმობირთვული ბომბი მზად არის.

ბირთვული მუხტის აფეთქებისას ენერგიის 80% გამოიყოფა რენტგენის სხივების სახით. მისი გავრცელების სიჩქარე ბევრად აღემატება პლუტონიუმის დაშლის ფრაგმენტების გავრცელების სიჩქარეს. მეასედი მიკროწამის შემდეგ ურანის ეკრანი აორთქლდება და რენტგენის გამოსხივება იწყებს ინტენსიურად შთანთქმას თერმობირთვული მუხტის კონტეინერის ურანის მიერ. ეგრეთ წოდებული აბლაციის შედეგად (გახურებული ჭურჭლის ზედაპირიდან მასის მოცილება) წარმოიქმნება რეაქტიული ძალა, რომელიც 10-ჯერ შეკუმშავს კონტეინერს. ამ ეფექტს რადიაციული აფეთქება ან რადიაციული შეკუმშვა ეწოდება. ამ შემთხვევაში თერმობირთვული საწვავის სიმკვრივე 1000-ჯერ იზრდება. რადიაციული აფეთქების კოლოსალური წნევის შედეგად, ურანი-235-ის ცენტრალური ღერო ასევე შეკუმშულია, თუმცა ნაკლებად და გადადის სუპერკრიტიკულ მდგომარეობაში. ამ დროისთვის თერმობირთვული ერთეული დაბომბულია სწრაფი ნეიტრონებით ბირთვული აფეთქების შედეგად. ლითიუმ-6 დეიტერიდში გავლის შემდეგ ისინი ნელდება და ინტენსიურად შეიწოვება ურანის ღეროს მიერ.

დაშლის ჯაჭვური რეაქცია იწყება ღეროში, რაც სწრაფად იწვევს კონტეინერის შიგნით ბირთვულ აფეთქებას. ვინაიდან ლითიუმ-6 დეიტერიდი ექვემდებარება აბლაციურ შეკუმშვას გარედან და ბირთვული აფეთქების წნევას შიგნიდან, მისი სიმკვრივე და ტემპერატურა კიდევ უფრო იზრდება. ეს მომენტი არის სინთეზის რეაქციის დასაწყისი. მისი შემდგომი მოვლა განისაზღვრება იმით, თუ რამდენ ხანს შეინარჩუნებს კონტეინერი თერმობირთვულ პროცესებს თავის შიგნით, რაც ხელს უშლის თერმული ენერგიის გამოსვლას გარეთ. ეს არის ზუსტად ის, რაც განსაზღვრავს ლოუსონის კრიტერიუმის მიღწევას. თერმობირთვული საწვავი იწვის ცილინდრის ღერძიდან მის კიდემდე. წვის ფრონტის ტემპერატურა 300 მილიონ კელვინს აღწევს. აფეთქების სრულ განვითარებას, სანამ თერმობირთვული საწვავი არ დაიწვება და კონტეინერი არ განადგურდება, რამდენიმე ასეული ნანოწამი სჭირდება - ოც მილიონჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე დაგჭირდათ ამ ფრაზის წასაკითხად.

ორსაფეხურიანი მიკროსქემის საიმედო მუშაობა დამოკიდებულია კონტეინერის ზუსტ შეკრებაზე და ნაადრევი გათბობის პრევენციაზე.

თელერ-ულამის სქემისთვის თერმობირთვული მუხტის სიმძლავრე დამოკიდებულია ბირთვული ტრიგერის სიმძლავრეზე, რომელიც უზრუნველყოფს ეფექტურ შეკუმშვას რადიაციის მიერ. თუმცა, ახლა არის მრავალსაფეხურიანი სქემები, რომლებშიც წინა ეტაპის ენერგია გამოიყენება შემდეგი ეტაპის შეკუმშვისთვის. სამსაფეხურიანი სქემის მაგალითია უკვე ნახსენები 100 მეგატონიანი "კუზკინა დედა".