Як працює атомна бомба

Судячи з публікацій у пресі, особливо західній, уран і плутоній у Росії валяється на кожній звалищі. Не знаю, сам не бачив, але може десь і валяється. А от питання – чи може якийсь терорист, маючи кілограм.. ну або 100 кілограм урану спорудити з нього що-небудь вибухонебезпечне?

Отже, як же працює атомна бомба? Згадуємо шкільний курс фізики. Вибух є виділення великої кількості енергії за короткий проміжок часу. Звідки береться енергія. Енергія виникає розпаду ядра атома. Атоми урану або плутонію нестійкі, і потихеньку прагнуть розвалитися на атоми легких елементів, при цьому розлітаються зайві нейтрони і виділяється певна кількість енергії. Ну, згадується? Є ще період напіврозпаду – отака статистична величина, проміжок часу, за який “розвалиться” приблизно половина атомів з деякої маси. Тобто лежить в землі уран поступово перестає таким бути, нагріваючи навколишній простір. Процес розпаду може спровокувати влетающий атом нейтрон, що вилетів з нещодавно розваленого атома. Але нейтрон може потрапити в атом, а може і полетіти повз. Логічний висновок – що б атоми розвалювалися частіше, треба що б їх було навколо більше, тобто що б густина речовини була велика в момент, коли потрібно організувати вибух. Пам’ятайте ще поняття “критична маса”? Це кількість речовини, коли вилітають мимовільно нейтронів досить, що б викликати ланцюгову реакцію. Тобто “влучень” в кожен момент часу в атоми буде більше ніж “руйнувань”.

Отже, вимальовується схема. Візьмемо кілька шматків Урану докритичній маси і з’єднаємо їх в один блок надкритичної маси. І тоді станеться вибух.

На щастя, все не так просто, питання в тому, як саме відбувається з’єднання. Якщо зблизити два докритических шматка на деяку відстань, то вони почнуть розігріватися від обміну один з одним вилітають нейтронами. Реакція розпаду від цього посилюється і відбувається все більша выделениее енергії. Зблизимо ще сильніше – розжаряться до червоності. Потім дочиста. Потім розплавляться. Розплав, зближуючись краями, почне розігріватися далі і випаровуватися, і ніякої знімання або охолоджені не зможуть запобігти розплавлення і випаровування, занадто великі запаси енергії в Урані.

Тому, як шматки не сближай побутовими способами, вони до того, як з’єднатися, расплавят і випарять будь-який пристрій, що здійснює це зближення, і випаруються самі, разлетевшись, розширившись, залишивши один від одного і тоді лише охолонувши, тому що виявляться на збільшеному взаємному віддаленні. Зліпити ж шматки в один надкритичну можна, тільки розвинувши такі величезні швидкості зближення, що зростання щільності нейтронного потоку не буде встигати за зближенням шматків. Це досягається при швидкостях зближення близько 2.5 км в секунду. Ось тоді вони встигнуть влипнути один в одного, перш ніж розігріються від енерговиділення. І тоді подальше енерговиділення буде таким піковим, що виникне ядерний вибух з грибом. Порохом до таких швидкостей розігнати неможливо – малі розміри бомби і шляхів розгону. Тому розганяють вибухівкою, комбінуючи «повільну» і «швидку» вибухівки, бо відразу «швидка» вибухівка викличе руйнування шматка ударною хвилею. Але в підсумку отримують головне – забезпечують швидкість переведення системи в надкритичний стан до того, як вона зруйнується тепловим чином з-за зростаючого тепловиділення при зближенні. Така схема називається «гарматної», тому що докритические шматки «вистрілюється» назустріч один одному, встигаючи з’єднатися в один надкритичну шматок і після цього піковим чином вивільнити потужність атомного вибуху.

Здійснити такий процес на практиці вкрай складно – необхідний правильний підбір і дуже точний збіг тисяч параметрів. Це не вибухівка, яка вибухає в багатьох випадках. Просто спрацьовування детонаторів і зарядів у бомбі буде, а виділювана практична потужність – не буде спостерігатися, буде вкрай низькою при дуже вузькій зоні здійснення активного вибуху. Необхідна мікросекундну точність спрацьовування великої кількості зарядів. Необхідна стійкість атомного речовини. Пам’ятайте, що крім ініційованої реакції розпаду, є ще мимовільний, імовірнісний процес. Тобто зібрана бомба з плином часу поступово змінює свої властивості. Саме тому розрізняють збройне атомне речовина і те, що не підходить для створення бомби. Тому не роблять атомні бомби з реакторного плутонію, бо така бомба буде дуже нестійкою і небезпечною швидше для виробника, ніж для потенційного супротивника. Процес поділу атомного речовини на ізотопи сам по собі дуже складний і дорогий, здійснення її можливо лише в серйозних ядерних центрах. І це радує.