Silaha za nyuklia ndizo bora zaidi katika historia ya wanadamu kwa gharama / ufanisi: gharama za kila mwaka za kukuza, kujaribu, kutengeneza na kudumisha utekelezaji wa silaha hizi ni kutoka asilimia 5 hadi 10 ya bajeti ya jeshi la Merika na Shirikisho la Urusi - nchi zilizo na tata ya uzalishaji wa nyuklia tayari, uhandisi wa nguvu za atomiki na upatikanaji wa kompyuta kubwa kwa uundaji wa hesabu ya milipuko ya nyuklia.
Matumizi ya vifaa vya nyuklia kwa madhumuni ya kijeshi yanategemea mali ya atomi ya vitu vikali vya kemikali kuoza ndani ya atomi za vitu vyepesi na kutolewa kwa nishati kwa njia ya mionzi ya umeme (gamma na safu za X-ray), na vile vile katika aina ya nishati ya kinetic ya kutawanya chembe za msingi (nyutroni, protoni na elektroni) na viini vya atomi za vitu vyepesi (cesium, strontium, iodini na zingine)
Vipengele vizito maarufu ni uranium na plutonium. Isotopu zao, wakati wa kutenganisha kiini chao, hutoa kutoka kwa nyutroni 2 hadi 3, ambazo husababisha kutokwa kwa viini vya atomi za jirani, nk. Mmenyuko wa kujieneza (kinachojulikana kama mnyororo) na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati hufanyika katika dutu hii. Kuanza majibu, umati fulani muhimu unahitajika, kiasi ambacho kitatosha kukamata nyutroni na viini vya atomiki bila chafu ya nyutroni nje ya dutu hii. Masi muhimu yanaweza kupunguzwa na kiboreshaji cha neutroni na chanzo cha kuanzisha neutroni
Mmenyuko wa fission huanza kwa kuchanganya umati mbili ndogo kwa moja ya kihakiki au kwa kukandamiza ganda la spherical la molekuli wa juu katika uwanja, na hivyo kuongeza mkusanyiko wa vitu vya fissile kwa ujazo uliopewa. Nyenzo ya fissile imejumuishwa au kushinikizwa na mlipuko ulioelekezwa wa mlipuko wa kemikali.
Mbali na athari ya kutengana ya vitu vizito, athari ya ujumuishaji wa vitu nyepesi hutumiwa katika mashtaka ya nyuklia. Mchanganyiko wa nyuklia unahitaji joto na ukandamizaji wa vitu hadi makumi ya mamilioni ya digrii na anga, ambayo inaweza kutolewa tu kwa sababu ya nishati iliyotolewa wakati wa athari ya fission. Kwa hivyo, malipo ya nyuklia yameundwa kulingana na mpango wa hatua mbili. Isotopu za haidrojeni, tritiamu na deuteriamu (inayohitaji viwango vya chini vya joto na shinikizo kuanza mwitikio wa fusion) au kiwanja cha kemikali, lithiamu deuteride (mwisho, chini ya hatua ya neutroni kutoka kwa mlipuko wa hatua ya kwanza, imegawanywa. ndani ya tritium na heliamu) hutumiwa kama vitu vyepesi. Nishati katika mmenyuko wa fusion hutolewa kwa njia ya mionzi ya umeme na nishati ya kinetiki ya nyutroni, elektroni na viini vya heliamu (kinachojulikana kama chembe za alpha). Utoaji wa nishati ya mmenyuko wa fusion kwa kila kitengo cha molekuli ni mara nne zaidi kuliko ile ya athari ya fission
Tritium na deuterium ya bidhaa yake ya kuoza yenyewe pia hutumiwa kama chanzo cha neutroni kuanzisha athari ya fission. Tritium au mchanganyiko wa isotopu za hidrojeni, chini ya hatua ya ukandamizaji wa ganda la plutonium, huingia katika athari ya fusion na kutolewa kwa nyutroni, ambazo hubadilisha plutonium kuwa hali ya kiakili.
Sehemu kuu za vichwa vya kisasa vya nyuklia ni kama ifuatavyo.
- isotopu thabiti (isiyo ya fissile) ya uranium U-238, iliyotolewa kutoka kwa madini ya urani au (kwa njia ya uchafu) kutoka kwa madini ya phosphate;
- isotopu ya uranium U-235, yenye mionzi (iliyokatwa yenyewe) ya uranium U-235, iliyotokana na madini ya urani au iliyozalishwa kutoka U-238 katika mitambo ya nyuklia;
- isotopu ya mionzi ya plutonium Pu-239, iliyotengenezwa kutoka U-238 katika mitambo ya nyuklia;
- isotopu thabiti ya deuterium ya hidrojeni D, iliyotolewa kutoka kwa maji ya asili au iliyotengenezwa kutoka kwa protium katika mitambo ya nyuklia;
- isotopu ya mionzi ya tritium ya hidrojeni T, iliyozalishwa kutoka kwa deuterium katika mitambo ya nyuklia;
- isotopu thabiti ya lithiamu Li-6, iliyotolewa kutoka kwa madini;
- isotopu thabiti ya berili Be-9, iliyotolewa kutoka kwa madini;
- HMX na triaminotrinitrobenzene, vilipuzi vya kemikali.
Uzito muhimu wa mpira uliotengenezwa na U-235 na kipenyo cha cm 17 ni kilo 50, umati muhimu wa mpira uliotengenezwa na Pu-239 na kipenyo cha cm 10 ni kilo 11. Pamoja na kiboreshaji cha nitroli ya berili na chanzo cha tritium neutroni, misa muhimu inaweza kupunguzwa hadi kilo 35 na 6, mtawaliwa.
Ili kuondoa hatari ya uendeshaji wa hiari wa mashtaka ya nyuklia, hutumia kinachojulikana. daraja la silaha Pu-239, iliyosafishwa kutoka kwa isotopu zingine zisizo na utulivu wa plutonium hadi kiwango cha 94%. Kwa muda wa miaka 30, plutonium husafishwa kutoka kwa bidhaa za kuoza kwa nyuklia kwa isotopu zake. Ili kuongeza nguvu ya kiufundi, plutonium imeingizwa na asilimia 1 ya molekuli na imefunikwa na safu nyembamba ya nikeli kuilinda kutokana na kioksidishaji.
Joto la kupokanzwa mionzi ya plutonium wakati wa uhifadhi wa mashtaka ya nyuklia hauzidi digrii 100 Celsius, ambayo ni ya chini kuliko joto la mtengano wa mlipuko wa kemikali.
Kufikia 2000, kiwango cha plutonium ya kiwango cha silaha katika Shirikisho la Urusi inakadiriwa kuwa tani 170, Merika - kwa tani 103, pamoja na makumi ya tani zinazokubaliwa kuhifadhi kutoka nchi za NATO, Japan na Korea Kusini, ambazo hazina silaha za nyuklia. Shirikisho la Urusi lina uwezo mkubwa zaidi wa uzalishaji wa plutonium ulimwenguni kwa njia ya kiwango cha silaha za nguvu na nguvu za nyuklia. Pamoja na plutoniamu kwa gharama ya karibu dola 100 za Amerika kwa gramu (5-6 kg kwa malipo), tritium hutengenezwa kwa gharama ya karibu dola elfu 20 za Amerika kwa gramu (4-5 gramu kwa malipo).
Ubunifu wa kwanza wa mashtaka ya nyuzi za nyuklia ulikuwa Kid na Fat Man, iliyotengenezwa nchini Merika katikati ya miaka ya 1940. Aina ya mwisho ya malipo ilitofautiana na ile ya kwanza katika vifaa tata vya kusawazisha mkusanyiko wa vifaa vya umeme vingi na katika vipimo vyake vikubwa vya kupita.
"Mtoto" ilitengenezwa kulingana na mpango wa kanuni - pipa la silaha lilikuwa limewekwa kando ya mhimili mrefu wa mwili wa bomu la hewa, mwisho wake ambao ulikuwa nusu ya vifaa vya fissile (uranium U-235), nusu ya pili ya vifaa vya fissile ilikuwa projectile iliyoharakishwa na malipo ya unga. Sababu ya matumizi ya urani katika mmenyuko wa fission ilikuwa karibu asilimia 1, misa iliyobaki ya U-235 ilianguka kwa njia ya anguko la mionzi na nusu ya maisha ya miaka milioni 700.
"Fat Man" ilitengenezwa kulingana na mpango wa kutuliza - uwanja wa vifaa vya fissile (Pu-239 plutonium) ilizungukwa na ganda lililotengenezwa na uranium U-238 (pusher), ganda la aluminium (quencher) na ganda (implosion) jenereta), iliyoundwa na sehemu tano na hexagonal za mlipuko wa kemikali, kwenye uso wa nje ambao vifaa vya umeme viliwekwa. Kila sehemu ilikuwa lenzi ya mkusanyiko wa aina mbili za vilipuzi na viwango tofauti vya mkusanyiko, ikibadilisha wimbi la shinikizo linalogeukia kuwa wimbi linalobadilika, sawasawa kukandamiza ganda la aluminium, ambalo lilibana ganda la urani, na ile moja - uwanja wa plutonium mpaka cavity ya ndani imefungwa. Kiambatanisho cha aluminium kilitumika kunyonya kupona kwa wimbi la shinikizo wakati inapita kwenye nyenzo iliyo na wiani mkubwa, na kisukuma cha urani kilitumiwa kushikilia plutonium kwa nguvu wakati wa athari ya fission. Katika cavity ya ndani ya uwanja wa plutonium, chanzo cha neutron kilikuwa, kilichotengenezwa kutoka kwa isotopu poloniamu Po-210 na beryllium, ambayo ilitoa nyutroni chini ya ushawishi wa mionzi ya alpha kutoka poloniamu. Sababu ya matumizi ya vitu vya fissile ilikuwa karibu asilimia 5, nusu ya maisha ya mionzi ya mionzi ilikuwa miaka 24,000.
Mara tu baada ya kuundwa kwa "Mtoto" na "Fat Man" huko USA, kazi ilianza kuboresha muundo wa mashtaka ya nyuklia, mipango ya kanuni na implosion, iliyolenga kupunguza misa muhimu, kuongeza kiwango cha utumiaji wa vitu vya fissile, kurahisisha mfumo wa kupasuka kwa umeme na kupunguza saizi. Katika USSR na majimbo mengine - wamiliki wa silaha za nyuklia, mashtaka hapo awali yalitengenezwa kulingana na mpango wa kutuliza. Kama matokeo ya uboreshaji wa muundo, umati muhimu wa vifaa vya fissile ulipunguzwa, na mgawo wa matumizi yake uliongezeka mara kadhaa kwa sababu ya matumizi ya kiboreshaji cha neutroni na chanzo cha neutroni.
Kiakisi cha berilili ya neutroni ni ganda la chuma hadi 40 mm nene, chanzo cha neutroni ni gesi yenye gesi inayojaza patiti kwenye plutonium, au hydride ya chuma iliyoingizwa na tritium na titani iliyohifadhiwa kwenye silinda tofauti (nyongeza) na hutoa tritium chini ya hatua ya kupokanzwa na umeme mara moja kabla ya kutumia malipo ya nyuklia, baada ya hapo tritium hulishwa kupitia bomba la gesi kwenye malipo. Suluhisho la mwisho la kiufundi hufanya uwezekano wa kuzidisha nguvu ya malipo ya nyuklia kulingana na ujazo wa tritium iliyosukuma, na pia inawezesha ubadilishaji wa mchanganyiko wa gesi na mpya kila baada ya miaka 4-5, kwani nusu ya maisha ya tritiamu ni Miaka 12. Kiasi cha ziada cha tritiamu kwenye nyongeza inafanya uwezekano wa kupunguza molekuli muhimu ya plutoniamu hadi kilo 3 na kuongeza kwa kiasi kikubwa athari ya sababu mbaya kama mionzi ya neutroni (kwa kupunguza athari za mambo mengine mabaya - wimbi la mshtuko na mionzi nyepesi). Kama matokeo ya uboreshaji wa muundo, sababu ya matumizi ya vifaa vya fissile iliongezeka hadi 20%, ikiwa na ziada ya tritium - hadi 40%.
Mpango wa kanuni ulirahisishwa kwa sababu ya mpito kwenda kwa msukumo wa radial-axial kwa kutengeneza safu ya vifaa vya fissile kwa njia ya silinda la mashimo, lililokandamizwa na mlipuko wa ncha mbili na malipo moja ya kulipuka ya axial.
Mpango wa msukumo uliboreshwa (SWAN) kwa kutengeneza ganda la nje la kilipuko kwa njia ya ellipsoid, ambayo ilifanya iwezekane kupunguza idadi ya lensi za kufyatua kwa vitengo viwili vilivyotengwa mbali na nguzo za ellipsoid - tofauti katika kasi ya wimbi la mkusanyiko katika sehemu ya msalaba ya lensi ya mkusanyiko inahakikisha njia ya wakati huo huo ya wimbi la mshtuko kwa uso wa spherical safu ya ndani ya mlipuko, mpasuko ambao unasisitiza sare ganda la berili (kuchanganya kazi za mtaftaji wa nyutroni na wimbi la shinikizo linapungua damper) na nyanja ya plutonium na cavity ya ndani iliyojazwa na tritium au mchanganyiko wake na deuterium
Utekelezaji thabiti zaidi wa mpango wa implosion (uliotumiwa kwenye mradi wa Soviet 152-mm) ni utekelezaji wa mkutano wa mlipuko-beryllium-plutonium katika mfumo wa ellipsoid tupu na unene wa ukuta unaobadilika, ambayo hutoa mabadiliko ya mahesabu ya mkutano chini ya hatua ya wimbi la mshtuko kutoka kwa mlipuko wa kulipuka hadi muundo wa mwisho wa spherical
Licha ya maboresho anuwai ya kiufundi, nguvu ya mashtaka ya nyuzi za nyuklia ilibaki kuwa mdogo kwa kiwango cha 100 Ktn katika TNT sawa kutokana na upanuzi usioweza kuepukika wa tabaka za nje za vitu vya fissile wakati wa mlipuko na kutengwa kwa jambo kutoka kwa athari ya fission.
Kwa hivyo, muundo ulipendekezwa kwa malipo ya nyuklia, ambayo ni pamoja na vitu vizito vya kutengana na vitu vya mwangaza. Malipo ya kwanza ya nyuklia (Ivy Mike) yalitengenezwa kwa njia ya tanki ya cryogenic iliyojazwa na mchanganyiko wa kioevu wa tritium na deuterium, ambayo malipo ya nyuklia ya plutonium yalikuwa. Kwa sababu ya vipimo vikubwa sana na hitaji la baridi ya mara kwa mara ya tanki ya cryogenic, mpango tofauti ulitumika katika mazoezi - "pumzi" isiyofaa (RDS-6s), ambayo inajumuisha safu kadhaa za ubadilishaji wa urani, plutoniamu na deuteride ya lithiamu iliyo na tafakari ya berili ya nje na chanzo cha ndani cha tritium
Walakini, nguvu ya "pumzi" pia ilipunguzwa na kiwango cha 1 Mtn kwa sababu ya mwanzo wa mmenyuko wa usumbufu na usanisi katika tabaka za ndani na upanuzi wa tabaka za nje ambazo hazijaguswa. Ili kushinda kizuizi hiki, mpango ulibuniwa kwa ukandamizaji wa vitu nyepesi vya mmenyuko wa fusion na X-rays (hatua ya pili) kutoka kwa athari ya msuguano wa vitu vizito (hatua ya kwanza). Shinikizo kubwa la mtiririko wa picha za X-ray zilizotolewa kwenye mmenyuko wa fission huruhusu lithiamu deuteride kusisitizwa mara 10 na kuongezeka kwa wiani kwa mara 1000 na kuwaka moto wakati wa mchakato wa kukandamiza, baada ya hapo lithiamu hufunuliwa kwa mtiririko wa neutroni kutoka kwa majibu ya fission, kugeuka kuwa tritium, ambayo huingia katika athari za fusion na deuterium. Mpango wa hatua mbili wa malipo ya nyuklia ni safi zaidi kwa suala la mavuno ya mionzi, kwani nyutroni za sekondari kutoka kwa athari ya fusion huchoma uranium / plutonium isiyosababishwa na vitu vyenye mionzi ya muda mfupi, na nyutroni zenyewe zinazimwa hewani na masafa ya karibu 1.5 km.
Kwa madhumuni ya kukandamiza sare ya hatua ya pili, mwili wa malipo ya nyuklia hufanywa kwa njia ya ganda la karanga, ikiweka mkusanyiko wa hatua ya kwanza kwa umakini wa kijiometri wa sehemu moja ya ganda, na mkutano wa hatua ya pili katika mwelekeo wa kijiometri wa sehemu nyingine ya ganda. Mikusanyiko imesimamishwa kwa sehemu kubwa ya mwili kwa kutumia povu au kijaza hewa. Kulingana na sheria za macho, mionzi ya X-ray kutoka kwa mlipuko wa hatua ya kwanza imejikita katika kupungua kati ya sehemu mbili za ganda na inasambazwa sawasawa juu ya uso wa hatua ya pili. Ili kuongeza kutafakari katika anuwai ya X-ray, uso wa ndani wa mwili wa kuchaji na uso wa nje wa mkutano wa hatua ya pili umefunikwa na safu ya nyenzo zenye mnene: risasi, tungsten, au uranium U-238. Katika kesi ya pili, malipo ya nyuklia inakuwa hatua tatu - chini ya hatua ya nyutroni kutoka kwa athari ya fusion, U-238 inageuka kuwa U-235, ambaye atomi zake huingia kwenye athari ya fission na huongeza nguvu ya mlipuko.
Mpango wa hatua tatu ulijumuishwa katika muundo wa bomu ya angani ya Soviet AN-602, nguvu ya muundo ambayo ilikuwa 100 Mtn. Kabla ya mtihani, hatua ya tatu ilitengwa kutoka kwa muundo wake kwa kuondoa urani U-238 na risasi kwa sababu ya hatari ya kupanua ukanda wa mionzi kutoka kwa fission ya U-238 zaidi ya tovuti ya majaribio. Uwezo halisi wa mabadiliko ya hatua mbili ya AN-602 ilikuwa 58 Mtn. Ongezeko zaidi la nguvu ya mashtaka ya nyuklia inaweza kufanywa kwa kuongeza idadi ya mashtaka ya nyuklia katika kifaa cha kulipuka pamoja. Walakini, hii sio lazima kwa sababu ya ukosefu wa malengo ya kutosha - mfano wa kisasa wa AN-602, uliowekwa kwenye bodi ya gari la chini ya maji la Poseidon, una eneo la uharibifu wa majengo na miundo na wimbi la mshtuko wa km 72 na eneo ya moto ya kilomita 150, ambayo ni ya kutosha kuharibu miji mikubwa kama New York au Tokyo
Kutoka kwa mtazamo wa kupunguza athari za utumiaji wa silaha za nyuklia (ujanibishaji wa eneo, kupunguza kutolewa kwa mionzi, kiwango cha matumizi), kinachojulikana usahihi wa hatua moja na kiwango cha hadi 1 Ktn, ambazo zimeundwa kuharibu malengo ya uhakika - silos za kombora, makao makuu, vituo vya mawasiliano, rada, mifumo ya kombora la ulinzi wa angani, meli, manowari, washambuliaji wa kimkakati, n.k.
Ubunifu wa malipo kama hayo unaweza kufanywa kwa njia ya mkusanyiko usiofaa, ambao ni pamoja na lensi mbili za ellipsoidal detonation (kemikali inayolipuka kutoka HMX, nyenzo isiyo na nguvu iliyotengenezwa na polypropen), maganda matatu ya duara (taa ya nyutroni iliyotengenezwa na berili, jenereta ya piezoelectric iliyotengenezwa na iodidi ya cesium, vifaa vya fissile kutoka plutonium) na nyanja ya ndani (mafuta ya fusion ya lithiamu deuteride)
Chini ya hatua ya wimbi la shinikizo linalobadilika, iodidi ya cesiamu hutengeneza mapigo ya umeme yenye nguvu zaidi, mtiririko wa elektroni hutengeneza mionzi ya gamma katika plutonium, ambayo hutupa nyutroni kutoka kwa viini, na hivyo kuanzisha athari ya kujisambaza ya fission, X-rays compresses na joto lithiamu deuteride, mtiririko wa neutroni hutengeneza tritiamu kutoka kwa lithiamu, ambayo huingiliana na deuterium. Mwelekeo wa sentripetali wa athari ya fission na fusion inahakikisha matumizi ya 100% ya mafuta ya nyuklia.
Uendelezaji zaidi wa miundo ya malipo ya nyuklia katika mwelekeo wa kupunguza nguvu na mionzi inawezekana kwa kuchukua nafasi ya plutonium na kifaa cha kushinikiza laser ya kifusi na mchanganyiko wa tritium na deuterium.
