المفاعل النووي: مبدأ التشغيل والهيكل والدائرة. فالقنبلة النووية سلاح قوي وقوة قادرة على حسم الصراعات العسكرية

لفهم مبدأ التشغيل وهيكل المفاعل النووي، عليك القيام برحلة قصيرة إلى الماضي. المفاعل النووي هو حلم الإنسانية منذ قرون، وإن لم يتحقق بالكامل، حول مصدر لا ينضب من الطاقة. "سلفها" القديم عبارة عن نار مصنوعة من أغصان جافة كانت تضيء وتدفئ أقبية الكهف حيث وجد أسلافنا البعيدين الخلاص من البرد. في وقت لاحق، أتقن الناس الهيدروكربونات - الفحم والصخر الزيتي والنفط والغاز الطبيعي.

بدأ عصر البخار المضطرب ولكن قصير العمر، والذي تم استبداله بعصر أكثر روعة من الكهرباء. امتلأت المدن بالنور، وامتلأت ورش العمل بأزيز الآلات غير المرئية حتى الآن والتي تعمل بمحركات كهربائية. ثم بدا أن التقدم قد وصل إلى ذروته.

لقد تغير كل شيء في أواخر التاسع عشرفي القرن العشرين، اكتشف الكيميائي الفرنسي أنطوان هنري بيكريل بالصدفة أن أملاح اليورانيوم مشعة. وبعد عامين، حصل مواطنوه بيير كوري وزوجته ماريا سكلودوفسكا كوري منهم على الراديوم والبولونيوم، وكان مستوى نشاطهم الإشعاعي أعلى بملايين المرات من الثوريوم واليورانيوم.

تم التقاط العصا من قبل إرنست رذرفورد، الذي درس بالتفصيل طبيعة الأشعة المشعة. وهكذا بدأ عصر الذرة التي ولدت طفلها المحبوب إلى العالم. مفاعل ذري.

أول مفاعل نووي

"البكر" يأتي من الولايات المتحدة الأمريكية. في ديسمبر 1942، تم إنتاج التيار الأول بواسطة المفاعل، الذي سمي على اسم منشئه، أحد أعظم علماء الفيزياء في القرن إي. فيرمي. وبعد ثلاث سنوات، ظهرت منشأة ZEEP النووية إلى الحياة في كندا. وذهبت "البرونزية" إلى أول مفاعل سوفيتي من طراز F-1، تم إطلاقه في نهاية عام 1946. أصبح آي في كورشاتوف رئيسًا للمشروع النووي المحلي. واليوم، تعمل أكثر من 400 وحدة للطاقة النووية بنجاح في العالم.

أنواع المفاعلات النووية

والغرض الرئيسي منها هو دعم التفاعل النووي الخاضع للرقابة الذي ينتج الكهرباء. تنتج بعض المفاعلات النظائر. وهي باختصار أجهزة تتحول في أعماقها بعض المواد إلى مواد أخرى مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. هذا نوع من "الفرن" حيث بدلاً من ذلك الأنواع التقليديةالوقود "يحرق" نظائر اليورانيوم - U-235، U-238 والبلوتونيوم (Pu).

على عكس السيارة المصممة لعدة أنواع من البنزين، على سبيل المثال، فإن كل نوع من الوقود المشع له نوع مفاعل خاص به. يوجد اثنان منهم - على النيوترونات البطيئة (مع U-235) والنيوترونات السريعة (مع U-238 و Pu). تحتوي معظم محطات الطاقة النووية على مفاعلات نيوترونية بطيئة. بالإضافة إلى محطات الطاقة النووية، فإن المنشآت "تعمل" في مراكز الأبحاث، وفي الغواصات النووية، وما إلى ذلك.

كيف يعمل المفاعل

جميع المفاعلات لها نفس الدائرة تقريبًا. "قلبها" هو المنطقة النشطة. يمكن مقارنتها تقريبًا بصندوق الاحتراق الخاص بالموقد التقليدي. فقط بدلاً من الحطب يوجد وقود نووي على شكل عناصر وقود ذات وسيط - قضبان الوقود. تقع المنطقة النشطة داخل نوع من الكبسولة - عاكس النيوترونات. يتم "غسل" قضبان الوقود بواسطة سائل التبريد - الماء. لأنه في "القلب" هناك جدا مستوى عالالنشاط الإشعاعي، فهو محاط بحماية إشعاعية موثوقة.

يتحكم المشغلون في تشغيل التثبيت باستخدام اثنين الأنظمة الحرجة- تنظيم التفاعل المتسلسل ونظام التحكم عن بعد. في حالة حدوث حالة طوارئ، يتم تنشيط الحماية في حالات الطوارئ على الفور.

كيف يعمل المفاعل؟

"اللهب" الذري غير مرئي، لأن العمليات تحدث على مستوى الانشطار النووي. أثناء التفاعل المتسلسل، تتحلل النوى الثقيلة إلى شظايا أصغر، والتي، في حالة متحمس، تصبح مصادر للنيوترونات والجسيمات دون الذرية الأخرى. لكن العملية لا تنتهي عند هذا الحد. تستمر النيوترونات في "الانقسام"، ونتيجة لذلك يتم إطلاق كميات كبيرة من الطاقة، أي ما يحدث من أجل بناء محطات الطاقة النووية.

تتمثل المهمة الرئيسية للموظفين في الحفاظ على التفاعل المتسلسل بمساعدة قضبان التحكم عند مستوى ثابت وقابل للتعديل. وهذا هو الفرق الرئيسي بينها وبين القنبلة الذرية، حيث لا يمكن السيطرة على عملية التحلل النووي وتستمر بسرعة، في شكل انفجار قوي.

ما حدث في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية

أحد الأسباب الرئيسية للكارثة محطة تشيرنوبيل للطاقة النوويةفي أبريل 1986 - انتهاك صارخ لقواعد السلامة التشغيلية أثناء الصيانة الروتينية لوحدة الطاقة الرابعة. ثم تمت إزالة 203 قضبان من الجرافيت في وقت واحد من القلب بدلاً من 15 قضيبًا تسمح بها اللوائح. ونتيجة لذلك، بدأ التفاعل المتسلسل الذي لا يمكن السيطرة عليه، وانتهت بانفجار حراري وتدمير كامل لوحدة الطاقة.

مفاعلات الجيل الجديد

على مدى العقد الماضي، أصبحت روسيا واحدة من الدول الرائدة في مجال الطاقة النووية العالمية. على هذه اللحظةوتقوم شركة روساتوم الحكومية ببناء محطات للطاقة النووية في 12 دولة، حيث يتم بناء 34 وحدة طاقة. وهذا الطلب المرتفع دليل على المستوى العالي للتكنولوجيا النووية الروسية الحديثة. التالي في الخط هي مفاعلات الجيل الرابع الجديدة.

"بريست"

واحد منهم هو بريست، الذي يتم تطويره كجزء من مشروع الاختراق. الآن أنظمة التشغيلوتعمل أنظمة الدورة المفتوحة باليورانيوم المنخفض التخصيب، مما يترك كمية كبيرة من الوقود المستهلك الذي يجب التخلص منه، وهو ما يتطلب تكاليف هائلة. "بريست" - مفاعل نيوتروني سريع فريد من نوعه في دورته المغلقة.

في ذلك، يصبح الوقود المستهلك، بعد المعالجة المناسبة في مفاعل نيوتروني سريع، مرة أخرى وقودًا كاملاً يمكن تحميله مرة أخرى في نفس التثبيت.

تتميز بريست بمستوى عالٍ من الأمان. ولن "ينفجر" أبدًا حتى في أخطر حادث، فهو اقتصادي للغاية وصديق للبيئة، لأنه يعيد استخدام اليورانيوم "المتجدد". كما لا يمكن استخدامه لإنتاج البلوتونيوم الصالح للاستخدام في صنع الأسلحة، وهو ما يفتح آفاقاً أوسع لتصديره.

ففير-1200

VVER-1200 هو مفاعل مبتكر من الجيل 3+ بقدرة 1150 ميجاوات. بفضل قدراتها التقنية الفريدة، تتمتع بسلامة تشغيلية شبه مطلقة. وقد تم تجهيز المفاعل بوفرة بأنظمة السلامة السلبية التي ستعمل تلقائيًا حتى في حالة عدم وجود مصدر للطاقة.

أحدها هو نظام إزالة الحرارة السلبي، والذي يتم تنشيطه تلقائيًا عندما يتم إلغاء تنشيط المفاعل بالكامل. في هذه الحالة، يتم توفير خزانات هيدروليكية للطوارئ. إذا كان هناك انخفاض غير طبيعي في الضغط في الدائرة الأولية، يبدأ إمداد المفاعل بكمية كبيرة من الماء الذي يحتوي على البورون، مما يطفئ التفاعل النووي ويمتص النيوترونات.

توجد معرفة أخرى في الجزء السفلي من الغلاف الواقي - "فخ" الذوبان. إذا حدث "تسرب" أساسي نتيجة لحادث، فإن "المصيدة" لن تسمح لقذيفة الاحتواء بالانهيار وستمنع المنتجات المشعة من دخول الأرض.

تمت كتابة مئات الكتب عن تاريخ المواجهة النووية بين القوى العظمى وتصميم القنابل النووية الأولى. لكن هناك العديد من الأساطير حول الأسلحة النووية الحديثة. قررت "الميكانيكا الشعبية" توضيح هذه المسألة وإخبارنا عن كيفية عمل السلاح الأكثر تدميراً الذي اخترعه الإنسان.

شخصية متفجرة

تحتوي نواة اليورانيوم على 92 بروتونًا. اليورانيوم الطبيعي هو في الأساس خليط من نظيرين: U238 (الذي يحتوي على 146 نيوترون في نواته) وU235 (143 نيوترون)، مع 0.7% فقط من الأخير في اليورانيوم الطبيعي. الخواص الكيميائيةالنظائر متطابقة تمامًا، ولهذا السبب نقوم بفصلها الطرق الكيميائيةمستحيل، ولكن الفرق في الكتل (235 و 238 وحدة) يسمح بذلك بالطرق الفيزيائية: يتم تحويل خليط من اليورانيوم إلى غاز (سداسي فلوريد اليورانيوم) ثم يتم ضخه من خلال فواصل مسامية لا تعد ولا تحصى. على الرغم من أن نظائر اليورانيوم لا يمكن تمييزها عن طريق أي منهما مظهرولا كيميائيا، يتم فصلهما عن طريق الهاوية في خصائص الشخصيات النووية.

إن عملية انشطار U238 هي عملية مدفوعة الأجر: النيوترون القادم من الخارج يجب أن يحمل معه طاقة - 1 ميغا إلكترون فولت أو أكثر. وU235 غير أناني: لا يلزم أي شيء من النيوترون القادم للإثارة والتحلل اللاحق؛ فطاقة ربطه في النواة كافية تمامًا.

عند اصطدامها بالنيوترونات، تنقسم نواة اليورانيوم 235 بسهولة، وتنتج نيوترونات جديدة. في ظل ظروف معينة، يبدأ التفاعل المتسلسل.

عندما يضرب نيوترون نواة قادرة على الانشطار، يتم تشكيل مركب غير مستقر، ولكن بسرعة كبيرة (بعد 10−23−10−22 ثانية) تتفكك هذه النواة إلى شظيتين غير متساويتين في الكتلة و"على الفور" (في غضون 10 ثوان) −16−10− 14 ج) ينبعث منها نيوترونان أو ثلاثة نيوترونات جديدة، بحيث يمكن أن يتضاعف عدد النوى الانشطارية بمرور الوقت (يُسمى هذا التفاعل بالتفاعل المتسلسل). هذا ممكن فقط في U235، لأن U238 الجشع لا يريد المشاركة مع نيوتروناته، التي تقل طاقتها عن 1 MeV. إن الطاقة الحركية للجسيمات – نواتج الانشطار – أكبر بعدة مرات من الطاقة المنبعثة خلال أي حدث تفاعل كيميائيحيث لا يتغير تكوين النواة.

يوجد البلوتونيوم المعدني في ست مراحل، وتتراوح كثافته من 14.7 إلى 19.8 كجم/سم3. عند درجات حرارة أقل من 119 درجة مئوية، هناك مرحلة ألفا أحادية الميل (19.8 كجم/سم 3)، ولكن هذا البلوتونيوم هش للغاية، وفي مرحلة الدلتا المكعبة المتمحورة حول الوجه (15.9) يكون من البلاستيك ومعالج جيدًا (هذا هو المرحلة التي يحاولون الحفاظ عليها باستخدام إضافات صناعة السبائك). أثناء ضغط التفجير، لا يمكن أن تحدث أي تحولات طورية، فالبلوتونيوم في حالة شبه سائلة. التحولات الطورية خطيرة أثناء الإنتاج: متى أحجام كبيرةمن الممكن تحقيق الأجزاء حتى مع تغير طفيف في الكثافة حالة حرجة. بالطبع، سيحدث هذا دون انفجار - ستسخن قطعة العمل ببساطة، ولكن قد يتم إطلاق طلاء النيكل (والبلوتونيوم شديد السمية).

التجمع النقدي

منتجات الانشطار غير مستقرة وتستغرق وقتا طويلا "للتعافي"، وتنبعث منها إشعاعات مختلفة (بما في ذلك النيوترونات). تسمى النيوترونات التي تنبعث بوقت كبير (تصل إلى عشرات الثواني) بعد الانشطار متأخرة، وعلى الرغم من أن حصتها صغيرة مقارنة بالنيترونات السريعة (أقل من 1%)، إلا أن الدور الذي تلعبه في العمل المنشآت النووية، الأكثر أهمية.

خلقت العدسات المتفجرة موجة متقاربة. تم ضمان الموثوقية من خلال زوج من الصواعق في كل كتلة.

منتجات الانشطار، أثناء الاصطدامات العديدة مع الذرات المحيطة، تتخلى عن طاقتها لها، مما يزيد من درجة الحرارة. بعد ظهور النيوترونات في تجميعة تحتوي على مادة انشطارية، يمكن أن تزيد أو تنقص قوة إطلاق الحرارة، وتسمى معاملات التجميع التي يكون فيها عدد الانشطارات ثابتًا لكل وحدة زمنية بالحرجة. يمكن الحفاظ على حرجية التجميع باستخدام عدد كبير أو صغير من النيوترونات (بقدرة إطلاق حرارة أعلى أو أقل). يتم زيادة الطاقة الحرارية إما عن طريق ضخ نيوترونات إضافية إلى التجمع الحرج من الخارج، أو عن طريق جعل التجمع فوق الحرج (ثم يتم توفير النيوترونات الإضافية عن طريق أجيال عديدة متزايدة من النوى الانشطارية). على سبيل المثال، إذا كان من الضروري زيادة الطاقة الحرارية للمفاعل، فإنه يتم إحضاره إلى نظام يكون فيه كل جيل من النيوترونات السريعة أقل عددًا قليلاً من الجيل السابق، ولكن بفضل النيوترونات المتأخرة، بالكاد يمر المفاعل بشكل ملحوظ إلى حالة حرجة. ثم لا يتسارع، بل يكتسب القوة ببطء - بحيث يمكن إيقاف زيادته في اللحظة المناسبة عن طريق إدخال ماصات النيوترونات (قضبان تحتوي على الكادميوم أو البورون).

وكانت مجموعة البلوتونيوم (طبقة كروية في الوسط) محاطة بغلاف من اليورانيوم 238 ثم طبقة من الألومنيوم.

غالبًا ما تطير النيوترونات الناتجة أثناء الانشطار عبر النوى المحيطة دون التسبب في مزيد من الانشطار. كلما اقترب النيوترون من سطح المادة، زادت فرصة هروبه من المادة الانشطارية وعدم العودة أبدًا. ولذلك، فإن شكل التجمع الذي يحفظ أكبر عدد من النيوترونات هو الشكل الكروي: بالنسبة لكتلة معينة من المادة، يكون لها حد أدنى من مساحة السطح. تصبح الكرة غير المحاطة (المنفردة) التي تحتوي على 94% من اليورانيوم 235 بدون تجاويف بداخلها حرجة بكتلة 49 كجم ونصف قطر 85 مم. وإذا كانت مجموعة من نفس اليورانيوم عبارة عن أسطوانة بطول يساوي القطر، فإنها تصبح حرجة بكتلة تبلغ 52 كجم. كما تتناقص مساحة السطح مع زيادة الكثافة. وهذا هو السبب في أن الضغط الانفجاري، دون تغيير كمية المواد الانشطارية، يمكن أن يجعل التجميع في حالة حرجة. وهذه العملية هي التي تكمن وراء التصميم المشترك للشحنة النووية.

استخدمت الأسلحة النووية الأولى البولونيوم والبريليوم (في الوسط) كمصادر للنيوترونات.

تجميع الكرة

ولكن في أغلب الأحيان لا يستخدم اليورانيوم في الأسلحة النووية، بل البلوتونيوم 239. يتم إنتاجه في المفاعلات عن طريق تشعيع اليورانيوم 238 بتدفقات نيوترونية قوية. تبلغ تكلفة البلوتونيوم حوالي ستة أضعاف تكلفة اليورانيوم 235، ولكن عندما ينشطر، تطلق نواة البلوتونيوم 2.895 نيوترونًا في المتوسط، أي أكثر من اليورانيوم 235 (2.452). وبالإضافة إلى ذلك، فإن احتمال انشطار البلوتونيوم أعلى. كل هذا يؤدي إلى حقيقة أن الكرة الانفرادية من Pu239 تصبح حرجة بكتلة أقل بثلاث مرات تقريبًا من كرة اليورانيوم، والأهم من ذلك، بنصف قطر أصغر، مما يجعل من الممكن تقليل أبعاد التجميع الحرج.

تم استخدام طبقة من الألمنيوم لتقليل موجة الخلخلة بعد تفجير المادة المتفجرة.

يتكون التجميع من نصفين تم تركيبهما بعناية على شكل طبقة كروية (مجوفة من الداخل)؛ ومن الواضح أنها دون الحرجة - حتى بالنسبة للنيوترونات الحرارية وحتى بعد أن تكون محاطة بوسيط. يتم تركيب شحنة حول مجموعة من الكتل المتفجرة المجهزة بدقة شديدة. من أجل إنقاذ النيوترونات، من الضروري الحفاظ على الشكل النبيل للكرة أثناء الانفجار - ولهذا يجب تفجير الطبقة المتفجرة في وقت واحد على طولها بالكامل السطح الخارجي، والضغط على التجميع بالتساوي. ويعتقد على نطاق واسع أن هذا يتطلب الكثير من الصواعق الكهربائية. لكن هذا كان هو الحال فقط في فجر "صناعة القنبلة": لتفعيل العشرات من أجهزة التفجير، كان الأمر يتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة وحجمًا كبيرًا من نظام البدء. تستخدم الشحنات الحديثة العديد من الصواعق التي يتم اختيارها بواسطة تقنية خاصة، متشابهة في الخصائص، والتي يتم من خلالها إطلاق متفجرات عالية الثبات (من حيث سرعة التفجير) في الأخاديد المطحونة في طبقة البولي كربونات (يتم حساب شكلها على سطح كروي باستخدام هندسة ريمان طُرق). سوف ينتقل التفجير بسرعة 8 كم/ثانية تقريبًا على طول الأخاديد على مسافات متساوية تمامًا، وفي نفس اللحظة سيصل إلى الثقوب ويفجر الشحنة الرئيسية - في وقت واحد في جميع النقاط المطلوبة.

توضح الأشكال اللحظات الأولى من حياة كرة نارية من شحنة نووية - انتشار الإشعاع (أ)، وتمدد البلازما الساخنة وتكوين "بثور" (ب) وزيادة قوة الإشعاع في النطاق المرئي أثناء الانفصال موجة الصدمة (ج).

انفجار في الداخل

يؤدي الانفجار الموجه إلى الداخل إلى ضغط التجمع بضغط يزيد عن مليون ضغط جوي. يتناقص سطح التجميع ويكاد يختفي في البلوتونيوم التجويف الداخلي، تزداد الكثافة، وبسرعة كبيرة - في غضون عشرة ميكروثانية، تمر المجموعة القابلة للضغط بالحالة الحرجة مع النيوترونات الحرارية وتصبح فوق الحرجة بشكل ملحوظ مع النيوترونات السريعة.

بعد فترة يحددها الزمن الضئيل من التباطؤ غير المهم للنيوترونات السريعة، يضيف كل جيل جديد أكثر عدداً منهم طاقة قدرها 202 ميغا إلكترون فولت من خلال الانشطار الذي ينتجونه إلى مادة التجميع، التي تنفجر بالفعل بقوى هائلة. ضغط. على نطاق الظواهر التي تحدث، فإن قوة أفضل سبائك الفولاذ تكون ضئيلة جدًا لدرجة أنه لا يخطر ببال أي شخص أن يأخذها في الاعتبار عند حساب ديناميكيات الانفجار. الشيء الوحيد الذي يمنع المجموعة من التطاير هو القصور الذاتي: من أجل توسيع كرة البلوتونيوم بمقدار 1 سم فقط في عشرات النانو ثانية، من الضروري نقل تسارع للمادة أكبر بعشرات تريليونات المرات من التسارع. من السقوط الحر، وهذا ليس بالأمر السهل.

في النهاية، لا تزال المادة متناثرة، ويتوقف الانشطار، لكن العملية لا تنتهي عند هذا الحد: يتم إعادة توزيع الطاقة بين الأجزاء المتأينة من النوى المنفصلة والجسيمات الأخرى المنبعثة أثناء الانشطار. تبلغ طاقتها عشرات بل ومئات من MeV، لكن فقط كمات جاما والنيوترونات ذات الطاقة العالية المحايدة كهربائيًا هي التي لديها فرصة لتجنب التفاعل مع المادة و"الهروب". تفقد الجسيمات المشحونة الطاقة بسرعة في أعمال التصادم والتأين. في هذه الحالة، ينبعث الإشعاع - ومع ذلك، فهو لم يعد إشعاعًا نوويًا صلبًا، ولكنه أكثر ليونة، مع طاقة أقل بثلاث مرات، ولكنها لا تزال أكثر من كافية لطرد الإلكترونات من الذرات - ليس فقط من الأغلفة الخارجية، ولكن أيضًا من كل شيء بشكل عام. مزيج من النوى العارية والإلكترونات المجردة والإشعاع بكثافة جرام لكل سنتيمتر مكعب (حاول أن تتخيل مدى قدرتك على التسمير تحت الضوء الذي اكتسب كثافة الألومنيوم!) - كل شيء كان في لحظة ما عبارة عن شحنة - يأتي إلى حيز الوجود بعض مظاهر التوازن. في كرة نارية صغيرة جدًا، تصل درجة الحرارة إلى عشرات الملايين من الدرجات.

كرة نارية

يبدو أنه حتى الإشعاع الناعم الذي يتحرك بسرعة الضوء يجب أن يترك المادة التي ولدته بعيدًا، لكن الأمر ليس كذلك: في الهواء البارد، يكون نطاق كوانتا طاقات Kev سنتيمترًا، ولا تتحرك في نطاق خط مستقيم، لكنه يغير اتجاه الحركة، ويعيد البث مع كل تفاعل. تعمل الكوانتا على تأين الهواء وتنتشر من خلاله، مثل عصير الكرز المسكوب في كوب من الماء. وتسمى هذه الظاهرة الانتشار الإشعاعي.

كرة نارية شابة تنفجر بقوة 100 كيلو طن بعد بضع عشرات من النانو ثانية بعد نهاية الانفجار الانشطاري، يبلغ نصف قطرها 3 أمتار ودرجة حرارتها حوالي 8 ملايين كلفن. لكن بعد 30 ميكروثانية يبلغ نصف قطرها 18 مترًا، على الرغم من انخفاض درجة الحرارة إلى أقل من مليون درجة. تلتهم الكرة الفضاء، ولا يتحرك الهواء المتأين الموجود خلف مقدمتها إلا بصعوبة: لا يمكن للإشعاع أن ينقل إليها زخمًا كبيرًا أثناء الانتشار. لكنها تضخ طاقة هائلة في هذا الهواء، فتسخنه، وعندما تنفد الطاقة الإشعاعية، تبدأ الكرة في النمو بسبب تمدد البلازما الساخنة، وتنفجر من الداخل بما كان في السابق شحنة. تتوسع، مثل فقاعة متضخمة، تصبح قذيفة البلازما أرق. على عكس الفقاعة، بالطبع، لا شيء يضخمها: مع داخللم يتبق منه أي مادة تقريبًا، كل ذلك يطير من المركز بالقصور الذاتي، ولكن بعد 30 ميكروثانية من الانفجار، تزيد سرعة هذه الرحلة عن 100 كيلومتر في الثانية، ويبلغ الضغط الهيدروديناميكي في المادة أكثر من 150 ألف ضغط جوي! تصبح أكثر من اللازم قذيفة رقيقةغير مقدر لها، تنفجر، وتشكل "بثور".

في أنبوب نيوتروني مفرغ، يتم تطبيق جهد نبضي قدره مائة كيلو فولت بين هدف مشبع بالتريتيوم (الكاثود) 1 ومجموعة الأنود 2. عندما يكون الجهد الأقصى، من الضروري أن تكون أيونات الديوتيريوم بين الأنود والكاثود، والتي تحتاج إلى تسريع. يتم استخدام مصدر أيوني لهذا الغرض. يتم تطبيق نبض الإشعال على الأنود 3، ويشكل التفريغ، الذي يمر على طول سطح السيراميك المشبع بالديوتيريوم 4، أيونات الديوتيريوم. بعد أن تسارعوا، قاموا بقصف هدف مشبع بالتريتيوم، ونتيجة لذلك يتم إطلاق طاقة قدرها 17.6 ميجا فولت وتشكل النيوترونات ونواة الهيليوم -4. من حيث تكوين الجسيمات وحتى إنتاج الطاقة، فإن هذا التفاعل مطابق للاندماج - عملية اندماج النوى الخفيفة. في الخمسينيات من القرن الماضي، اعتقد الكثيرون ذلك، ولكن تبين لاحقًا أن "الانهيار" يحدث في الأنبوب: إما بروتون أو نيوترون (الذي يشكل أيون الديوتيريوم، المتسارع) الحقل الكهربائي) "يعلق" في قلب الهدف (التريتيوم). إذا علق بروتون، ينفصل النيوترون ويصبح حرًا.

أي من آليات نقل طاقة الكرة النارية بيئةيسود، ويعتمد على قوة الانفجار: إذا كان كبيرا، فإن الدور الرئيسي يلعبه انتشار الإشعاع؛ وإذا كان صغيرا، فإن توسع فقاعة البلازما يلعب دورا رئيسيا. ومن الواضح أن الحالة الوسيطة ممكنة عندما تكون كلتا الآليتين فعالتين.

تلتقط العملية طبقات جديدة من الهواء، ولم تعد هناك طاقة كافية لتجريد الذرات من جميع الإلكترونات. تنفد طاقة الطبقة المؤينة وشظايا فقاعة البلازما؛ ولم تعد قادرة على تحريك الكتلة الضخمة أمامها وتبطئ بشكل ملحوظ. لكن ما كان الهواء قبل الانفجار يتحرك، مبتعدًا عن الكرة، ويمتص المزيد والمزيد من طبقات الهواء البارد. يبدأ تكوين موجة الصدمة.

موجة الصدمة والفطر الذري

عندما تنفصل موجة الصدمة عن الكرة النارية، تتغير خصائص الطبقة الباعثة وتزداد قوة الإشعاع في الجزء البصري من الطيف بشكل حاد (ما يسمى بالحد الأقصى الأول). بعد ذلك، تتنافس عمليات الإضاءة والتغيرات في شفافية الهواء المحيط، مما يؤدي إلى تحقيق حد أقصى ثانٍ، أقل قوة، ولكنه أطول بكثير - لدرجة أن خرج الطاقة الضوئية أكبر من الحد الأقصى الأول .

بالقرب من الانفجار، يتبخر كل ما حوله، وعلى مسافة أبعد يذوب، بل أبعد من ذلك، حيث لم يعد تدفق الحرارة كافيًا للانصهار المواد الصلبةوالتربة والصخور والمنازل تتدفق كالسائل تحت ضغط الغاز الهائل، مما يؤدي إلى تدمير جميع الروابط القوية، وتسخينها إلى إشعاع لا يطاق للعين.

وأخيرًا، تذهب موجة الصدمة بعيدًا عن نقطة الانفجار، حيث تكون سحابة من أبخرة ما كانت بلازما الشحنة، وما كان قريبًا منها في ساعتها الرهيبة، متكثفة ومتكثفة، ولكنها اتسعت عدة مرات. غبار صغير ومشع جدًا إلى مكان يجب على المرء البقاء بعيدًا عنه قدر الإمكان. تبدأ السحابة في الارتفاع. يبرد ويتغير لونه، و"يلبس" غطاءً أبيض من الرطوبة المتكثفة، يتبعه غبار من سطح الأرض، مكونًا "ساق" ما يسمى عادة "الفطر الذري".

بدء النيوترونات

يمكن للقراء اليقظين تقدير إطلاق الطاقة أثناء الانفجار باستخدام قلم رصاص في أيديهم. عندما يكون الوقت الذي يكون فيه التجميع في حالة فوق حرجة في حدود ميكروثانية، يكون عمر النيوترونات في حدود بيكو ثانية، وعامل الضرب أقل من 2، ويتم إطلاق حوالي جيجا جول من الطاقة، وهو ما يعادل ... 250 كجم من مادة تي إن تي. أين الكيلو والميجا طن؟

النيوترونات - بطيئة وسريعة

في المادة غير الانشطارية، "الارتداد" عن النوى، تنقل النيوترونات جزءًا من طاقتها إليها، وكلما كانت النوى أخف وزنًا (أقرب إليها في الكتلة). من في أكثرفي الاصطدامات، تتورط النيوترونات، وكلما تباطأت، وصلت أخيرًا إلى التوازن الحراري مع المادة المحيطة - يتم تسخينها (وهذا يستغرق ميلي ثانية). سرعة النيوترون الحراري هي 2200 م/ث (طاقة 0.025 فولت). يمكن للنيوترونات أن تهرب من الوسيط وتلتقطها نواتها، لكن مع الاعتدال تزداد قدرتها على الدخول في التفاعلات النووية بشكل كبير، وبالتالي فإن النيوترونات التي لا "تفقد" أكثر من تعويض النقصان في أعدادها.
وبالتالي، إذا كانت كرة من المواد الانشطارية محاطة بوسيط، فإن العديد من النيوترونات ستترك الوسيط أو سيتم امتصاصها فيه، ولكن سيكون هناك أيضًا بعض النيوترونات التي ستعود إلى الكرة ("تنعكس")، وبعد أن فقدت طاقتها، هم أكثر عرضة للتسبب في أحداث الانشطار. إذا كانت الكرة محاطة بطبقة من البريليوم بسمك 25 مم، فيمكن حفظ 20 كجم من U235 مع تحقيق الحالة الحرجة للتجميع. لكن مثل هذا التوفير يأتي على حساب الوقت: فكل جيل لاحق من النيوترونات يجب أن يتباطأ أولا قبل أن يتسبب في الانشطار. وهذا التأخير يقلل من عدد أجيال النيوترونات التي تولد في كل وحدة زمنية، مما يعني تأخر إطلاق الطاقة. كلما قلت المواد الانشطارية في التجميع، زادت الحاجة إلى وسيط لتطوير التفاعل المتسلسل، ويحدث الانشطار مع النيوترونات ذات الطاقة المنخفضة بشكل متزايد. في الحالة القصوى، عندما يتم تحقيق الحرجية فقط مع النيوترونات الحرارية، على سبيل المثال، في محلول أملاح اليورانيوم في وسيط جيد - الماء، تكون كتلة التجمعات مئات الجرام، ولكن الحل ببساطة يغلي بشكل دوري. تقلل فقاعات البخار المنبعثة من متوسط ​​كثافة المادة الانشطارية، ويتوقف التفاعل المتسلسل، وعندما تترك الفقاعات السائل، يتكرر اندلاع الانشطار (إذا سدت الوعاء، فسوف ينفجر البخار - ولكن هذا سيكون حراريا) انفجار، خالي من كل العلامات "النووية" النموذجية).

والحقيقة هي أن سلسلة الانشطار في التجمع لا تبدأ بنيوترون واحد: عند الميكروثانية المطلوبة، يتم حقنها بالملايين في التجميع فوق الحرج. في الشحنات النووية الأولى، تم استخدام مصادر النظائر الموجودة في تجويف داخل مجموعة البلوتونيوم لهذا الغرض: تم دمج البولونيوم 210 في وقت الضغط مع البريليوم وتسبب في انبعاث النيوترون مع جزيئات ألفا الخاصة به. لكن جميع مصادر النظائر ضعيفة إلى حد ما (المنتج الأمريكي الأول أنتج أقل من مليون نيوترون في كل ميكروثانية)، والبولونيوم قابل للتلف للغاية، فهو يقلل من نشاطه بمقدار النصف خلال 138 يومًا فقط. لذلك، تم استبدال النظائر بنظائر أقل خطورة (والتي لا تنبعث عند عدم تشغيلها)، والأهم من ذلك، أنابيب النيوترونات التي تنبعث بشكل أكثر كثافة (انظر الشريط الجانبي): في بضع ميكروثانية (النبض الناتج عن الأنبوب يستمر لفترة طويلة )، وتولد مئات الملايين من النيوترونات. ولكن إذا لم يعمل أو يعمل في الوقت الخطأ، فسيحدث ما يسمى بالانفجار أو "اللا شيء" - وهو انفجار حراري منخفض الطاقة.

إن بدء النيوترونات لا يزيد فقط من إطلاق الطاقة للانفجار النووي بعدة مراتب من حيث الحجم، ولكنه يجعل من الممكن أيضًا تنظيمها! من الواضح أنه بعد تلقي مهمة قتالية، عند تحديد قوة الضربة النووية، لا أحد يفكك الشحنة لتزويدها بمجموعة البلوتونيوم المثالية لقوة معينة. في الذخيرة ذات مكافئ TNT القابل للتحويل، يكفي ببساطة تغيير جهد الإمداد إلى أنبوب النيوترون. وبناءً على ذلك، سيتغير إنتاج النيوترونات وإطلاق الطاقة (وبطبيعة الحال، عندما يتم تقليل الطاقة بهذه الطريقة، يتم إهدار الكثير من البلوتونيوم باهظ الثمن).

لكنهم بدأوا في التفكير في الحاجة إلى تنظيم إطلاق الطاقة في وقت لاحق، وفي الأول سنوات ما بعد الحربلا يمكن أن يكون هناك حديث عن تخفيض القوة. أكثر قوة، وأكثر قوة، وأكثر قوة! ولكن اتضح أن هناك قيودًا فيزيائية وهيدروديناميكية نووية على الأبعاد المسموح بها للمجال دون الحرج. إن ما يعادل انفجار مادة تي إن تي بقوة مائة كيلو طن قريب من الحد المادي للذخائر أحادية الطور، والتي يحدث فيها الانشطار فقط. ونتيجة لذلك، تم التخلي عن الانشطار باعتباره المصدر الرئيسي للطاقة، واعتمدوا على تفاعلات فئة أخرى - الاندماج.

المفاعل النووي يعمل بسلاسة وكفاءة. وإلا، كما تعلمون، سيكون هناك مشكلة. ولكن ماذا يحدث في الداخل؟ دعونا نحاول صياغة مبدأ تشغيل المفاعل النووي (النووي) لفترة وجيزة وبشكل واضح مع توقفات.

في جوهرها، هناك نفس العملية كما يحدث أثناء الانفجار النووي. فقط الانفجار يحدث بسرعة كبيرة، وفي المفاعل يمتد كل شيء منذ وقت طويل. ونتيجة لذلك، يبقى كل شيء آمنًا وسليمًا، ونتلقى الطاقة. ليس لدرجة أن كل شيء حولنا سيتم تدميره مرة واحدة، ولكنه يكفي لتوفير الكهرباء للمدينة.

قبل أن تفهم كيف يحدث التفاعل النووي الخاضع للرقابة، عليك أن تعرف ما هو. التفاعل النووي على الاطلاق.

التفاعل النووي هي عملية التحول (التقسيم) النوى الذريةعندما تتفاعل مع الجسيمات الأولية وأشعة جاما.

يمكن أن تحدث التفاعلات النووية مع امتصاص الطاقة وإطلاقها. يستخدم المفاعل التفاعلات الثانية.

مفاعل نووي هو جهاز يهدف إلى الحفاظ على التفاعل النووي الخاضع للرقابة مع إطلاق الطاقة.

في كثير من الأحيان يسمى المفاعل النووي أيضًا بالمفاعل الذري. ولنلاحظ أنه لا يوجد فرق جوهري هنا، ولكن من وجهة نظر العلم الأصح استخدام كلمة "نووي". يوجد الآن أنواع عديدة من المفاعلات النووية. وهي مفاعلات صناعية ضخمة مصممة لتوليد الطاقة في محطات الطاقة، ومفاعلات نووية للغواصات، ومفاعلات تجريبية صغيرة تستخدم في التجارب العلمية. حتى أن هناك مفاعلات تستخدم لتحلية مياه البحر.

تاريخ إنشاء المفاعل النووي

تم إطلاق أول مفاعل نووي في عام 1942 غير البعيد. حدث هذا في الولايات المتحدة بقيادة فيرمي. كان هذا المفاعل يسمى Chicago Woodpile.

في عام 1946، بدأ تشغيل أول مفاعل سوفيتي، تحت قيادة كورشاتوف. كان جسم هذا المفاعل عبارة عن كرة يبلغ قطرها سبعة أمتار. لم يكن لدى المفاعلات الأولى نظام تبريد، وكانت قوتها ضئيلة. بالمناسبة، كان لدى المفاعل السوفيتي متوسط ​​\u200b\u200bقوة 20 واط، والأمريكي - 1 واط فقط. للمقارنة: متوسط ​​قوة مفاعلات الطاقة الحديثة هو 5 جيجاوات. بعد أقل من عشر سنوات من إطلاق أول مفاعل صناعي في العالم محطة الطاقة النوويةفي مدينة أوبنينسك.

مبدأ تشغيل المفاعل النووي (النووي).

يتكون أي مفاعل نووي من عدة أجزاء: جوهر مع وقود و وسيط , عاكس النيوترون , المبرد , نظام التحكم والحماية . تُستخدم النظائر في أغلب الأحيان كوقود في المفاعلات. اليورانيوم (235, 238, 233), البلوتونيوم (239) و الثوريوم (232). المنطقة النشطة عبارة عن غلاية تتدفق من خلالها الماء العادي(المبرد). ومن بين المبردات الأخرى، يعتبر "الماء الثقيل" والجرافيت السائل أقل استخدامًا. إذا تحدثنا عن تشغيل محطات الطاقة النووية، فسيتم استخدام المفاعل النووي لإنتاج الحرارة. يتم توليد الكهرباء نفسها بنفس الطريقة كما هو الحال في الأنواع الأخرى من محطات الطاقة - يقوم البخار بتدوير التوربينات، ويتم تحويل طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية.

فيما يلي رسم تخطيطي لتشغيل مفاعل نووي.

وكما قلنا من قبل، فإن اضمحلال نواة اليورانيوم الثقيل ينتج عنه عناصر أخف والعديد من النيوترونات. وتتصادم النيوترونات الناتجة مع نوى أخرى، مما يؤدي أيضًا إلى انشطارها. وفي الوقت نفسه، ينمو عدد النيوترونات مثل الانهيار الجليدي.

وينبغي أن نذكر هنا عامل الضرب النيوتروني . لذلك، إذا تجاوز هذا المعامل قيمة تساوي واحدًا، انفجار نووي. إذا كانت القيمة أقل من واحد، يكون هناك عدد قليل جدًا من النيوترونات ويتوقف التفاعل. لكن إذا حافظت على قيمة المعامل تساوي واحدًا، فسيستمر التفاعل لفترة طويلة وثابتة.

السؤال هو كيف نفعل هذا؟ يوجد الوقود في المفاعل فيما يسمى ب عناصر الوقود (تفيلاخ). وهي عبارة عن قضبان تحتوي، على شكل أقراص صغيرة، على وقود نووي . يتم توصيل قضبان الوقود في أشرطة سداسية الشكل، والتي يمكن أن يكون هناك المئات منها في المفاعل. يتم ترتيب أشرطة قضبان الوقود عموديًا، ولكل قضيب وقود نظام يسمح لك بضبط عمق غمره في القلب. بالإضافة إلى أشرطة الكاسيت نفسها، فهي تشمل قضبان التحكم و قضبان الحماية في حالات الطوارئ . القضبان مصنوعة من مادة تمتص النيوترونات بشكل جيد. وبالتالي، يمكن خفض قضبان التحكم إلى أعماق مختلفة في القلب، وبالتالي ضبط عامل تكاثر النيوترونات. تم تصميم قضبان الطوارئ لإغلاق المفاعل في حالة الطوارئ.

كيف يبدأ المفاعل النووي؟

لقد اكتشفنا مبدأ التشغيل نفسه، ولكن كيف نبدأ ونجعل المفاعل يعمل؟ بشكل تقريبي، ها هي قطعة من اليورانيوم، لكن التفاعل المتسلسل لا يبدأ فيها من تلقاء نفسه. والحقيقة هي أنه في الفيزياء النووية هناك مفهوم الكتلة الحرجة .

الكتلة الحرجة هي كتلة المواد الانشطارية اللازمة لبدء التفاعل النووي المتسلسل.

بمساعدة قضبان الوقود وقضبان التحكم، يتم إنشاء كتلة حرجة من الوقود النووي أولاً في المفاعل، ومن ثم يتم رفع المفاعل إلى مستوى الطاقة الأمثل على عدة مراحل.

حاولنا في هذه المقالة أن نقدم لك فكرة عامة عن هيكل ومبدأ تشغيل المفاعل النووي (النووي). إذا كان لديك أي أسئلة حول الموضوع أو تم طرح مشكلة في الفيزياء النووية في الجامعة، يرجى الاتصال إلى المتخصصين في شركتنا. كالعادة، نحن على استعداد لمساعدتك في حل أي مشكلة ملحة تتعلق بدراستك. وأثناء قيامنا بذلك، إليك مقطع فيديو تعليمي آخر لجذب انتباهك!

توليد الطاقة النووية هو وسيلة حديثة وسريعة التطور لإنتاج الكهرباء. هل تعرف كيف تعمل محطات الطاقة النووية؟ ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟ ما هي أنواع المفاعلات النووية الموجودة اليوم؟ سنحاول النظر بالتفصيل في مخطط تشغيل محطة الطاقة النووية، والتعمق في هيكل المفاعل النووي ومعرفة مدى أمان الطريقة النووية لتوليد الكهرباء.

أي محطة هي منطقة مغلقة بعيدة عن منطقة سكنية. هناك العديد من المباني على أراضيها. وأهم هيكل هو مبنى المفاعل، وبجانبه غرفة التوربينات التي يتم التحكم في المفاعل منها، ومبنى الأمان.

المخطط مستحيل بدون مفاعل نووي. المفاعل الذري (النووي) هو جهاز لمحطة الطاقة النووية مصمم لتنظيم تفاعل متسلسل لانشطار النيوترونات مع التخصيص الإلزاميالطاقة في هذه العملية. ولكن ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟

وتقع منشأة المفاعل بأكملها في مبنى المفاعل، وهو برج خرساني كبير يخفي المفاعل وسيحتوي على جميع نواتج التفاعل النووي في حالة وقوع حادث. يُطلق على هذا البرج الكبير اسم الاحتواء أو القشرة المحكمية أو منطقة الاحتواء.

تحتوي المنطقة المحكمية في المفاعلات الجديدة على جدارين خرسانيين سميكين - قذائف.
الغلاف الخارجي بسمك 80 سم يحمي منطقة الاحتواء من التأثيرات الخارجية.

تحتوي القشرة الداخلية، التي يبلغ سمكها 1 متر و20 سم، على كابلات فولاذية خاصة تزيد من قوة الخرسانة ثلاث مرات تقريبًا وتمنع الهيكل من الانهيار. من الداخل مبطنة بطبقة رقيقة من الفولاذ الخاص، والتي تم تصميمها للخدمة حماية إضافيةالاحتواء وفي حالة وقوع حادث، لا تطلق محتويات المفاعل خارج منطقة الاحتواء.

يسمح هذا التصميم لمحطة الطاقة النووية بمقاومة تحطم طائرة يصل وزنها إلى 200 طن وزلزال بقوة 8 درجات وإعصار وتسونامي.

تم بناء أول قذيفة مضغوطة في محطة كونيتيكت يانكي للطاقة النووية الأمريكية في عام 1968.

الارتفاع الإجمالي لمنطقة الاحتواء هو 50-60 مترا.

مما يتكون المفاعل النووي؟

لفهم مبدأ تشغيل المفاعل النووي، وبالتالي مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية، عليك أن تفهم مكونات المفاعل.

• منطقة نشطة. هذه هي المنطقة التي يتم فيها وضع الوقود النووي (مولد الوقود) والوسيط. تخضع ذرات الوقود (غالبًا ما يكون اليورانيوم هو الوقود) لتفاعل انشطاري متسلسل. تم تصميم الوسيط للتحكم في عملية الانشطار ويسمح بالتفاعل المطلوب من حيث السرعة والقوة.
• عاكس النيوترون عاكس يحيط بالنواة. وهي تتكون من نفس مادة الوسيط. في جوهرها، هذا صندوق، والغرض الرئيسي منه هو منع النيوترونات من مغادرة القلب والدخول إلى البيئة.
• المبرد. يجب أن يمتص المبرد الحرارة المنبعثة أثناء انشطار ذرات الوقود وينقلها إلى مواد أخرى. يحدد المبرد إلى حد كبير كيفية تصميم محطة الطاقة النووية. المبرد الأكثر شعبية اليوم هو الماء.
  نظام التحكم بالمفاعل. أجهزة الاستشعار والآليات التي تعمل على تشغيل مفاعل محطة الطاقة النووية.

الوقود لمحطات الطاقة النووية

على ماذا تعمل محطة الطاقة النووية؟ الوقود المستخدم في محطات الطاقة النووية عبارة عن عناصر كيميائية ذات خصائص إشعاعية. وفي جميع محطات الطاقة النووية، هذا العنصر هو اليورانيوم.

ويعني تصميم المحطات أن محطات الطاقة النووية تعمل بالوقود المركب المعقد، وليس بالوقود النقي عنصر كيميائي. ومن أجل استخراج وقود اليورانيوم من اليورانيوم الطبيعي، الذي يتم تحميله في مفاعل نووي، من الضروري إجراء العديد من التلاعبات.

اليورانيوم المخصب

يتكون اليورانيوم من نظيرين، أي أنه يحتوي على نوى ذات كتل مختلفة. تم تسميتها بعدد البروتونات والنيوترونات النظير -235 والنظير -238. بدأ الباحثون في القرن العشرين باستخراج اليورانيوم 235 من الخام، وذلك لأن ... كان من الأسهل أن تتحلل وتتحول. وتبين أن نسبة هذا اليورانيوم في الطبيعة تبلغ 0.7٪ فقط (النسبة المتبقية تذهب إلى النظير 238).

ماذا تفعل في هذه الحالة؟ قرروا تخصيب اليورانيوم. تخصيب اليورانيوم هو عملية يبقى فيها الكثير من نظائر 235x الضرورية وعدد قليل من نظائر 238x غير الضرورية. وتتمثل مهمة تخصيب اليورانيوم في تحويل 0.7% إلى 100% تقريبًا من اليورانيوم-235.

يمكن تخصيب اليورانيوم باستخدام تقنيتين: نشر الغاز أو الطرد المركزي الغازي. ولاستخدامها، يتم تحويل اليورانيوم المستخرج من الخام إلى الحالة الغازية. يتم إثراؤه على شكل غاز.

مسحوق اليورانيوم

يتحول غاز اليورانيوم المخصب إلى الحالة الصلبة - ثاني أكسيد اليورانيوم. ويظهر هذا اليورانيوم الصلب النقي 235 على شكل بلورات بيضاء كبيرة، يتم سحقها فيما بعد إلى مسحوق اليورانيوم.

أقراص اليورانيوم

أقراص اليورانيوم عبارة عن أقراص معدنية صلبة يبلغ طولها بضعة سنتيمترات. لتكوين مثل هذه الأقراص من مسحوق اليورانيوم، يتم خلطها بمادة ملدنة؛ فهي تعمل على تحسين جودة ضغط الأقراص.

يتم خبز الأقراص المضغوطة على درجة حرارة 1200 درجة مئوية لمدة تزيد عن يوم لتمنح الأقراص قوة خاصة ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. تعتمد كيفية عمل محطة الطاقة النووية بشكل مباشر على مدى جودة ضغط وقود اليورانيوم وخبزه.

يتم خبز الأقراص في صناديق الموليبدينوم، لأن فقط هذا المعدن قادر على عدم الذوبان عند درجات حرارة "جهنمية" تزيد عن ألف ونصف درجة. وبعد ذلك يعتبر وقود اليورانيوم لمحطات الطاقة النووية جاهزا.

ما هي TVEL وFA؟

يشبه قلب المفاعل قرصًا ضخمًا أو أنبوبًا به ثقوب في الجدران (حسب نوع المفاعل)، أكبر بخمس مرات جسم الإنسان. وتحتوي هذه الثقوب على وقود اليورانيوم الذي تقوم ذراته بالتفاعل المطلوب.

من المستحيل إلقاء الوقود في المفاعل، إلا إذا كنت تريد التسبب في انفجار المحطة بأكملها ووقوع حادث له عواقب على ولايتين مجاورتين. ولذلك، يتم وضع وقود اليورانيوم في قضبان الوقود ثم يتم تجميعه في مجمعات الوقود. ماذا تعني هذه الاختصارات؟

• TVEL – عنصر الوقود (يجب عدم الخلط بينه وبين نفس الاسم شركة روسيةوالتي تنتجها). وهو في الأساس عبارة عن أنبوب زركونيوم رفيع وطويل مصنوع من سبائك الزركونيوم التي توضع فيها أقراص اليورانيوم. في قضبان الوقود تبدأ ذرات اليورانيوم في التفاعل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة أثناء التفاعل.

تم اختيار الزركونيوم كمادة لإنتاج قضبان الوقود بسبب مقاومته للحرارة وخصائصه المضادة للتآكل.

ويعتمد نوع قضبان الوقود على نوع المفاعل وبنيته. وكقاعدة عامة، لا يتغير هيكل قضبان الوقود والغرض منها؛ وقد يختلف طول الأنبوب وعرضه.

تقوم الآلة بتحميل أكثر من 200 حبة من اليورانيوم في أنبوب واحد من الزركونيوم. في المجمل، هناك حوالي 10 ملايين من كريات اليورانيوم تعمل في وقت واحد في المفاعل.
FA - تجميع الوقود. يقوم عمال NPP باستدعاء حزم تجميعات الوقود.

في الأساس، هذه عبارة عن عدة قضبان وقود مثبتة معًا. FA هو الوقود النووي النهائي الذي تعمل عليه محطة الطاقة النووية. إنها مجمعات الوقود التي يتم تحميلها في المفاعل النووي. يتم وضع حوالي 150 – 400 مجموعة وقود في مفاعل واحد.
اعتمادًا على المفاعل الذي ستعمل فيه مجمعات الوقود، يمكن أن تكون كذلك أشكال مختلفة. في بعض الأحيان يتم طي الحزم على شكل مكعب، وأحيانًا على شكل أسطواني، وأحيانًا على شكل سداسي.

تنتج مجموعة وقود واحدة على مدى 4 سنوات من التشغيل نفس كمية الطاقة التي تنتج عند حرق 670 سيارة من الفحم، أو 730 خزانًا بالغاز الطبيعي أو 900 خزانًا محملاً بالزيت.
اليوم، يتم إنتاج مجموعات الوقود بشكل رئيسي في المصانع في روسيا وفرنسا والولايات المتحدة الأمريكية واليابان.

لتوصيل الوقود لمحطات الطاقة النووية إلى بلدان أخرى، يتم إغلاق مجمعات الوقود في أنابيب معدنية طويلة وواسعة، ويتم ضخ الهواء من الأنابيب و آلات خاصةتسليمها على متن طائرات الشحن.

الوقود النووي لمحطات الطاقة النووية يزن كثيرا، لأن... اليورانيوم هو واحد من أكثر معادن ثقيلةعلى الكوكب. له جاذبية معينة 2.5 مرة أكثر من الفولاذ.

محطة الطاقة النووية: مبدأ التشغيل

ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟ يعتمد مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية على التفاعل المتسلسل لانشطار ذرات المادة المشعة - اليورانيوم. يحدث هذا التفاعل في قلب المفاعل النووي.

من المهم أن تعرف:

دون الخوض في تعقيدات الفيزياء النووية، يبدو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية كما يلي:
بعد بدء تشغيل المفاعل النووي، تتم إزالة قضبان الامتصاص من قضبان الوقود، مما يمنع اليورانيوم من التفاعل.

بمجرد إزالة القضبان، تبدأ نيوترونات اليورانيوم في التفاعل مع بعضها البعض.

عندما تصطدم النيوترونات، يحدث انفجار صغير على المستوى الذري، وتنطلق الطاقة وتولد نيوترونات جديدة، ويبدأ التفاعل المتسلسل بالحدوث. هذه العملية تولد الحرارة.

يتم نقل الحرارة إلى المبرد. اعتمادًا على نوع سائل التبريد، فإنه يتحول إلى بخار أو غاز، وهو ما يقوم بتدوير التوربين.

يقوم التوربين بتشغيل مولد كهربائي. هو في الواقع يولد التيار الكهربائي.

إذا لم تراقب العملية، فيمكن أن تتصادم نيوترونات اليورانيوم مع بعضها البعض حتى تنفجر المفاعل وتحطم محطة الطاقة النووية بأكملها إلى قطع صغيرة. يتم التحكم في العملية بواسطة أجهزة استشعار الكمبيوتر. فهي تكتشف زيادة في درجة الحرارة أو تغيرًا في الضغط في المفاعل ويمكنها إيقاف التفاعلات تلقائيًا.

كيف يختلف مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية عن محطات الطاقة الحرارية (محطات الطاقة الحرارية)؟

هناك اختلافات في العمل فقط في المراحل الأولى. في محطة الطاقة النووية، يتلقى المبرد الحرارة من انشطار ذرات وقود اليورانيوم؛ وفي محطة الطاقة الحرارية، يتلقى المبرد الحرارة من احتراق الوقود العضوي (الفحم أو الغاز أو النفط). بعد إطلاق الحرارة من ذرات اليورانيوم أو الغاز والفحم، تكون مخططات تشغيل محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية هي نفسها.

أنواع المفاعلات النووية

تعتمد كيفية عمل محطة الطاقة النووية على كيفية عمل مفاعلها النووي بالضبط. يوجد اليوم نوعان رئيسيان من المفاعلات، والتي يتم تصنيفها حسب طيف الخلايا العصبية:
مفاعل نيوتروني بطيء، ويسمى أيضًا مفاعل حراري.

ويستخدم في تشغيله اليورانيوم 235 الذي يمر بمراحل التخصيب وتكوين كريات اليورانيوم وغيرها. واليوم، تستخدم الغالبية العظمى من المفاعلات النيوترونات البطيئة.
مفاعل نيوتروني سريع.

هذه المفاعلات هي المستقبل، لأن... إنهم يعملون على اليورانيوم 238، وهو عشرة سنتات في الطبيعة وليس هناك حاجة لتخصيب هذا العنصر. الجانب السلبي الوحيد لمثل هذه المفاعلات هو التكاليف المرتفعة جدًا للتصميم والبناء وبدء التشغيل. اليوم، تعمل مفاعلات النيوترونات السريعة فقط في روسيا.

المبرد في مفاعلات النيوترونات السريعة هو الزئبق أو الغاز أو الصوديوم أو الرصاص.

مفاعلات النيوترونات البطيئة، التي تستخدمها جميع محطات الطاقة النووية في العالم اليوم، تأتي أيضًا في عدة أنواع.

المنظمة الدولية للطاقة الذرية (IAEA). الطاقة النووية) أنشأت تصنيفها الخاص، والذي يستخدم غالبًا في صناعة الطاقة النووية العالمية. وبما أن مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية يعتمد إلى حد كبير على اختيار المبرد والمهدئ، فقد اعتمدت الوكالة الدولية للطاقة الذرية تصنيفها على هذه الاختلافات.

من وجهة نظر كيميائية، يعتبر أكسيد الديوتيريوم وسيطًا ومبردًا مثاليًا، لأنه تتفاعل ذراته بشكل أكثر فعالية مع نيوترونات اليورانيوم مقارنة بالمواد الأخرى. ببساطة، الماء الثقيل يؤدي مهمته بأقل الخسائر وأقصى النتائج. ومع ذلك، فإن إنتاجه يكلف المال، في حين أن استخدام المياه العادية "الخفيفة" والمألوفة أسهل بكثير.

بعض الحقائق عن المفاعلات النووية...

من المثير للاهتمام أن بناء مفاعل واحد لمحطة الطاقة النووية يستغرق 3 سنوات على الأقل!
لبناء مفاعل، تحتاج إلى معدات تعمل بتيار كهربائي قدره 210 كيلو أمبير، وهو أعلى بمليون مرة من التيار الذي يمكن أن يقتل الإنسان.

تزن القشرة الواحدة (العنصر الهيكلي) للمفاعل النووي 150 طنًا. هناك 6 عناصر من هذا القبيل في مفاعل واحد.

مفاعل الماء المضغوط

لقد اكتشفنا بالفعل كيفية عمل محطة الطاقة النووية بشكل عام؛ ولوضع كل شيء في نصابه الصحيح، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل المفاعل النووي الذي يعمل بالماء المضغوط الأكثر شيوعًا.
اليوم، يتم استخدام الجيل 3+ من مفاعلات الماء المضغوط في جميع أنحاء العالم. فهي تعتبر الأكثر موثوقية وآمنة.

جميع مفاعلات الماء المضغوط في العالم، طوال سنوات عملها، تراكمت لديها بالفعل أكثر من 1000 عام من التشغيل الخالي من المشاكل ولم تعطِ أبدًا انحرافات خطيرة.

إن هيكل محطات الطاقة النووية التي تستخدم مفاعلات الماء المضغوط يعني أن الماء المقطر الذي يتم تسخينه إلى 320 درجة يدور بين قضبان الوقود. ولمنعه من الدخول في حالة بخار، يتم الاحتفاظ به تحت ضغط 160 ضغطًا جويًا. مخطط محطة الطاقة النووية يسميها مياه الدائرة الأولية.

يدخل الماء الساخن إلى مولد البخار ويتخلى عن حرارته إلى مياه الدائرة الثانوية، وبعد ذلك "يعود" إلى المفاعل مرة أخرى. ظاهريًا، يبدو أن أنابيب المياه في الدائرة الأولى تتلامس مع أنابيب أخرى - مياه الدائرة الثانية، تنقل الحرارة إلى بعضها البعض، لكن المياه لا تتلامس. الأنابيب على اتصال.

وبالتالي، يتم استبعاد إمكانية دخول الإشعاع إلى مياه الدائرة الثانوية، والتي ستشارك بشكل أكبر في عملية توليد الكهرباء.

السلامة التشغيلية للطاقة النووية

بعد أن تعلمنا مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية، يجب علينا أن نفهم كيف تعمل السلامة. يتطلب تصميم محطات الطاقة النووية اليوم اهتمامًا متزايدًا بقواعد السلامة.
وتمثل تكاليف سلامة الطاقة النووية ما يقرب من 40% من التكلفة الإجمالية للمحطة نفسها.

يتضمن تصميم محطة الطاقة النووية 4 حواجز مادية تمنع إطلاق المواد المشعة. ما الذي يفترض أن تفعله هذه الحواجز؟ في اللحظة المناسبة، تكون قادرًا على إيقاف التفاعل النووي، وضمان إزالة الحرارة بشكل مستمر من القلب والمفاعل نفسه، ومنع إطلاق النويدات المشعة خارج نطاق الاحتواء (المنطقة المحكمية).

• العائق الأول هو قوة كريات اليورانيوم.ومن المهم ألا يتم تدميرها بسبب درجات الحرارة المرتفعة في المفاعل النووي. يعتمد جزء كبير من كيفية عمل محطة الطاقة النووية على كيفية "خبز" كريات اليورانيوم خلال مرحلة التصنيع الأولية. إذا لم يتم خبز كريات وقود اليورانيوم بشكل صحيح، فلن يكون من الممكن التنبؤ بتفاعلات ذرات اليورانيوم في المفاعل.
• العائق الثاني هو ضيق قضبان الوقود.يجب أن تكون أنابيب الزركونيوم مغلقة بإحكام؛ إذا تم كسر الختم، في أحسن الأحوال سوف يتضرر المفاعل وسيتوقف العمل، في أسوأ الأحوال، كل شيء سوف يطير في الهواء.
• الحاجز الثالث عبارة عن وعاء مفاعل فولاذي متينأ، (نفس البرج الكبير - المنطقة المحكمية) التي "تحتوي" على جميع العمليات الإشعاعية. في حالة تلف السكن، سوف يتسرب الإشعاع إلى الغلاف الجوي.
• الحاجز الرابع هو قضبان الحماية في حالات الطوارئ.يتم تعليق القضبان ذات الوسائط فوق القلب بواسطة مغناطيس، والذي يمكنه امتصاص جميع النيوترونات في ثانيتين وإيقاف التفاعل المتسلسل.

إذا، على الرغم من بناء محطة للطاقة النووية بدرجات عديدة من الحماية، إذا لم يكن من الممكن تبريد قلب المفاعل في الوقت المناسب، وترتفع درجة حرارة الوقود إلى 2600 درجة، فإن الامل الاخيرأنظمة السلامة - ما يسمى مصيدة الذوبان.

والحقيقة هي أنه عند درجة الحرارة هذه سوف يذوب الجزء السفلي من وعاء المفاعل، وسوف تتدفق جميع بقايا الوقود النووي والهياكل المنصهرة إلى "زجاج" خاص معلق فوق قلب المفاعل.

مصيدة الذوبان مبردة ومقاومة للحريق. وهي مملوءة بما يسمى بـ "المواد المضحية"، والتي تعمل على إيقاف التفاعل المتسلسل الانشطاري تدريجيًا.

وبالتالي، فإن تصميم محطة الطاقة النووية ينطوي على عدة درجات من الحماية، والتي تقضي بشكل شبه كامل على أي احتمال لوقوع حادث.

قاتل مئات الآلاف من تجار الأسلحة المشهورين والمنسيين في العصور القديمة بحثًا عن السلاح المثالي القادر على تبخير جيش العدو بنقرة واحدة. من وقت لآخر، يمكن العثور على أثر لعمليات البحث هذه في القصص الخيالية التي تصف بشكل أو بآخر السيف المعجزة أو القوس الذي يضرب دون فقدان.

ولحسن الحظ، تحرك التقدم التكنولوجي ببطء شديد لفترة طويلة لدرجة أن التجسيد الحقيقي للسلاح المدمر ظل في الأحلام والقصص الشفهية، ولاحقًا على صفحات الكتب. لقد وفرت القفزة العلمية والتكنولوجية في القرن التاسع عشر الظروف الملائمة لنشوء الرهاب الرئيسي في القرن العشرين. لقد أحدثت القنبلة النووية، التي تم تصنيعها واختبارها في ظل ظروف حقيقية، ثورة في الشؤون العسكرية والسياسة.

تاريخ إنشاء الأسلحة

لفترة طويلة كان يعتقد أنه لا يمكن صنع أقوى الأسلحة إلا باستخدام المتفجرات. قدمت اكتشافات العلماء الذين عملوا مع أصغر الجزيئات أدلة علمية على ذلك بمساعدة الجسيمات الأوليةيمكن توليد طاقة هائلة. الأول في سلسلة من الباحثين يمكن أن يسمى بيكريل، الذي اكتشف في عام 1896 النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم.

اليورانيوم نفسه معروف منذ عام 1786، ولكن في ذلك الوقت لم يشك أحد في نشاطه الإشعاعي. لم يكشف عمل العلماء في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين عن أشياء خاصة فحسب الخصائص الفيزيائيةولكن أيضًا إمكانية الحصول على الطاقة من المواد المشعة.

تم وصف خيار صنع أسلحة تعتمد على اليورانيوم لأول مرة بالتفصيل، وتم نشره وحصل على براءة اختراع من قبل الفيزيائيين الفرنسيين جوليو-كوري في عام 1939.

على الرغم من قيمته بالنسبة للأسلحة، كان العلماء أنفسهم ضد إنشاء مثل هذا السلاح المدمر.

بعد أن خاضا الحرب العالمية الثانية في المقاومة، في الخمسينيات من القرن الماضي، دعا الزوجان (فريدريك وإيرين)، بعد أن أدركا القوة التدميرية للحرب، إلى نزع السلاح العام. ويدعمهم نيلز بور وألبرت أينشتاين وغيرهم من علماء الفيزياء البارزين في ذلك الوقت.

وفي الوقت نفسه، في حين أن جوليو كوري كانت مشغولة بمشكلة النازيين في باريس، على الجانب الآخر من الكوكب، في أمريكا، تم تطوير أول شحنة نووية في العالم. مُنح روبرت أوبنهايمر، الذي قاد العمل، أوسع الصلاحيات والموارد الهائلة. كانت نهاية عام 1941 بمثابة بداية مشروع مانهاتن، الذي أدى في النهاية إلى إنشاء أول رأس حربي نووي قتالي.

في مدينة لوس ألاموس، نيو مكسيكو، تم إنشاء أول منشآت إنتاج لليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة. وفي المستقبل نفس الشيء المراكز النوويةتظهر في جميع أنحاء البلاد، على سبيل المثال في شيكاغو، وفي أوك ريدج بولاية تينيسي، كما تم إجراء دراسات في كاليفورنيا. تم إلقاء أفضل القوى من أساتذة الجامعات الأمريكية، وكذلك الفيزيائيين الذين فروا من ألمانيا، في صنع القنبلة.

في "الرايخ الثالث" نفسه، بدأ العمل على إنشاء نوع جديد من الأسلحة بطريقة مميزة للفوهرر.

وبما أن "بيسنوفاتي" كان مهتماً أكثر بالدبابات والطائرات، وكلما كان ذلك أفضل، لم يكن يرى حاجة كبيرة إلى قنبلة معجزة جديدة.

وبناءً على ذلك، فإن المشاريع التي لم يدعمها هتلر كانت تسير بخطى بطيئة في أحسن الأحوال.

وعندما اشتدت الأمور، واتضح أن الجبهة الشرقية ابتلعت الدبابات والطائرات، تلقى السلاح المعجزة الجديد الدعم. لكن بعد فوات الأوان في ظروف القصف والخوف المستمر من أسافين الدبابات السوفيتية، لم يكن من الممكن إنشاء جهاز بمكون نووي.

الاتحاد السوفياتيكان أكثر انتباهاً لإمكانية إنشاء نوع جديد من الأسلحة المدمرة. في فترة ما قبل الحرب، قام الفيزيائيون بجمع وتوحيد المعرفة العامة حول الطاقة النووية وإمكانية صنع أسلحة نووية. عملت الاستخبارات بشكل مكثف طوال فترة إنشاء القنبلة النووية في كل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة الأمريكية. لعبت الحرب دورا هاما في إبطاء وتيرة التنمية، حيث ذهبت موارد ضخمة إلى المقدمة.

صحيح أن الأكاديمي إيغور فاسيليفيتش كورشاتوف بمثابرته المميزة عزز عمل جميع الإدارات التابعة في هذا الاتجاه. إذا نظرنا إلى الأمام قليلاً، فهو الذي سيتم تكليفه بتسريع تطوير الأسلحة في مواجهة التهديد بضربة أمريكية على مدن الاتحاد السوفييتي. كان هو الذي يقف في قبر آلة ضخمة تضم مئات وآلاف العلماء والعمال، هو الذي سيحصل على اللقب الفخري لأب القنبلة النووية السوفيتية.

الاختبارات الأولى في العالم

لكن دعونا نعود إلى البرنامج النووي الأمريكي. بحلول صيف عام 1945، تمكن العلماء الأمريكيون من إنشاء أول قنبلة نووية في العالم. أي صبي صنع نفسه أو اشترى مفرقعة نارية قوية في متجر يعاني من عذاب غير عادي، ويريد تفجيرها في أسرع وقت ممكن. وفي عام 1945، شهد مئات من الجنود والعلماء الأمريكيين نفس الشيء.

في 16 يونيو 1945، تم إجراء أول اختبار للأسلحة النووية على الإطلاق وأحد أقوى الانفجارات حتى الآن في صحراء ألاموغوردو، نيو مكسيكو.

واندهش شهود العيان الذين شاهدوا الانفجار من المخبأ من القوة التي انفجرت بها العبوة في أعلى البرج الفولاذي الذي يبلغ ارتفاعه 30 مترًا. في البداية، كان كل شيء مليئا بالضوء، عدة مرات أقوى من الشمس. ثم ارتفعت كرة نارية إلى السماء، وتحولت إلى عمود من الدخان الذي تحول إلى الفطر الشهير.

وبمجرد أن انقشع الغبار، هرع الباحثون وصانعو القنابل إلى موقع الانفجار. لقد شاهدوا عواقب دبابات شيرمان المغطاة بالرصاص. ما رأوه أذهلهم؛ لا يوجد سلاح يمكن أن يسبب مثل هذا الضرر. الرمال ذابت على الزجاج في بعض الأماكن.

كما تم العثور على بقايا صغيرة من البرج في حفرة ذات قطر ضخم، وأظهرت الهياكل المشوهة والمسحقة بوضوح القوة التدميرية.

العوامل الضارة

وقد قدم هذا الانفجار المعلومات الأولى عن قوة السلاح الجديد، وعن ما يمكن استخدامه لتدمير العدو. هذه عدة عوامل:

• إشعاع ضوئي، وميض، قادر على إصابة أعضاء الرؤية المحمية بالعمى؛
• موجة الصدمة، تيار كثيف من الهواء يتحرك من المركز، ويدمر معظم المباني؛
• نبض كهرومغناطيسي يعطل معظم المعدات ولا يسمح باستخدام الاتصالات لأول مرة بعد الانفجار؛
• اختراق الإشعاع، معظم عامل خطيربالنسبة لأولئك الذين لجأوا من العوامل الضارة الأخرى، يتم تقسيمها إلى تشعيع ألفا بيتا جاما؛
• التلوث الإشعاعي الذي يمكن أن يؤثر سلباً على الصحة والحياة لعشرات أو حتى مئات السنين.

أظهر الاستخدام الإضافي للأسلحة النووية، بما في ذلك في القتال، كل خصوصيات تأثيرها على الكائنات الحية والطبيعة. كان يوم 6 أغسطس 1945 هو اليوم الأخير لعشرات الآلاف من سكان مدينة هيروشيما الصغيرة، التي كانت معروفة آنذاك بالعديد من المنشآت العسكرية المهمة.

نتيجة الحرب المحيط الهاديكان ذلك نتيجة مفروغ منها، لكن البنتاغون يعتقد أن العملية على الأرخبيل الياباني ستكلف أكثر من مليون حياة من مشاة البحرية الأمريكية. تقرر قتل عدة طيور بحجر واحد، وإخراج اليابان من الحرب، والتوفير في عملية الهبوط، واختبار سلاح جديد وإعلانه للعالم أجمع، وقبل كل شيء، لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

وفي الساعة الواحدة صباحاً، أقلعت الطائرة التي تحمل القنبلة النووية "بيبي" في مهمة.

وانفجرت القنبلة التي ألقيت فوق المدينة على ارتفاع حوالي 600 متر عند الساعة 8.15 صباحًا. تم تدمير جميع المباني الواقعة على مسافة 800 متر من مركز الزلزال. نجت جدران عدد قليل فقط من المباني المصممة لتحمل زلزال بقوة 9 درجات.

من بين كل عشرة أشخاص كانوا ضمن دائرة نصف قطرها 600 متر وقت انفجار القنبلة، لم يتمكن سوى شخص واحد من البقاء على قيد الحياة. وحوّل الإشعاع الضوئي الإنسان إلى فحم، تاركًا علامات الظل على الحجر، وهي بصمة داكنة للمكان الذي كان فيه الشخص. وكانت موجة الانفجار التي تلت ذلك قوية جدًا لدرجة أنها يمكن أن تكسر الزجاج على مسافة 19 كيلومترًا من موقع الانفجار.

تم طرد أحد المراهقين من المنزل عبر النافذة بواسطة تيار كثيف من الهواء عند الهبوط، ورأى الرجل جدران المنزل قابلة للطي مثل البطاقات. وأعقب موجة الانفجار إعصار ناري أدى إلى تدمير عدد قليل من السكان الذين نجوا من الانفجار ولم يكن لديهم الوقت لمغادرة منطقة الحريق. وبدأ أولئك الذين كانوا على مسافة من الانفجار يشعرون بتوعك شديد، وكان سببه غير واضح في البداية للأطباء.

وبعد ذلك بكثير، بعد بضعة أسابيع، تم الإعلان عن مصطلح "التسمم الإشعاعي"، المعروف الآن باسم مرض الإشعاع.

وقع أكثر من 280 ألف شخص ضحايا لقنبلة واحدة فقط، سواء مباشرة من الانفجار أو من الأمراض اللاحقة.

ولم ينته قصف اليابان بالأسلحة النووية عند هذا الحد. وفقًا للخطة، كان من المقرر ضرب أربع إلى ست مدن فقط، لكن الظروف الجوية سمحت فقط بضرب ناجازاكي. في هذه المدينة وقع أكثر من 150 ألف شخص ضحايا لقنبلة الرجل السمين.

وعود الحكومة الأمريكيةأدى تنفيذ مثل هذه الهجمات قبل استسلام اليابان إلى هدنة، ومن ثم إلى توقيع اتفاق انتهى الحرب العالمية. لكن بالنسبة للأسلحة النووية، كانت هذه مجرد البداية.

أقوى قنبلة في العالم

تميزت فترة ما بعد الحرب بالمواجهة بين كتلة الاتحاد السوفييتي وحلفائها مع الولايات المتحدة وحلف شمال الأطلسي. في الأربعينيات، فكر الأمريكيون بجدية في إمكانية ضرب الاتحاد السوفيتي. لاحتواء الحليف السابق، كان من الضروري تسريع العمل على إنشاء قنبلة، وفي عام 1949، في 29 أغسطس، تم إنهاء احتكار الولايات المتحدة للأسلحة النووية. خلال سباق التسلح، هناك تجربتان نوويتان تستحقان القدر الأكبر من الاهتمام.

بيكيني أتول، المعروف في المقام الأول بملابس السباحة التافهة، أحدث ضجة كبيرة في جميع أنحاء العالم في عام 1954 بسبب اختبار شحنة نووية قوية بشكل خاص.

الأمريكيون، بعد أن قرروا اختبار تصميم جديد للأسلحة الذرية، لم يحسبوا التهمة. ونتيجة لذلك، كان الانفجار أقوى 2.5 مرة مما كان مخططا له. تعرض سكان الجزر المجاورة، وكذلك الصيادين اليابانيين في كل مكان، للهجوم.

لكنها لم تكن أقوى قنبلة أمريكية. وفي عام 1960، تم وضع القنبلة النووية B41 في الخدمة، لكنها لم تخضع للاختبار الكامل بسبب قوتها. وتم حساب قوة الشحنة نظريا خوفا من انفجار مثل هذا السلاح الخطير في موقع الاختبار.

لقد جرب الاتحاد السوفييتي، الذي أحب أن يكون الأول في كل شيء، عام 1961، الملقب بـ “والدة كوزكا”.

رداً على الابتزاز النووي الأمريكي، ابتكر العلماء السوفييت أقوى قنبلة في العالم. تم اختباره على Novaya Zemlya، وقد ترك بصماته في جميع أنحاء العالم تقريبًا. وبحسب الذكريات، فقد شعر السكان بهزة أرضية خفيفة في أقصى الزوايا وقت الانفجار.

موجة الانفجار، بالطبع، بعد أن فقدت كل قوتها التدميرية، كانت قادرة على الدوران حول الأرض. حتى الآن، هذه هي أقوى قنبلة نووية في العالم تم إنشاؤها واختبارها من قبل البشرية. وبطبيعة الحال، لو كانت يداه حرتين، لكانت قنبلة كيم جونغ أون النووية أكثر قوة، لكنه لا يملك أرضا جديدة ليختبرها.

جهاز القنبلة الذرية

دعونا نفكر في جهاز بدائي للغاية، مخصص للفهم فقط، للقنبلة الذرية. هناك العديد من فئات القنابل الذرية، ولكن دعونا نفكر في ثلاث فئات رئيسية:

• انفجر اليورانيوم، المعتمد على اليورانيوم 235، لأول مرة فوق هيروشيما؛
• انفجر البلوتونيوم، المبني على البلوتونيوم 239، لأول مرة فوق ناغازاكي؛
• نووي حراري، يسمى أحيانًا الهيدروجين، يعتمد على الماء الثقيل مع الديوتيريوم والتريتيوم، ولحسن الحظ لا يستخدم ضد السكان.

تعتمد القنبلتان الأوليتان على تأثير انشطار النوى الثقيلة إلى نوى أصغر من خلال تفاعل نووي غير متحكم فيه، مما يؤدي إلى إطلاق كمية ضخمةطاقة. والثالث يقوم على اندماج نوى الهيدروجين (أو بالأحرى نظائره من الديوتيريوم والتريتيوم) مع تكوين الهيليوم، وهو أثقل بالنسبة للهيدروجين. وبنفس وزن القنبلة، فإن القدرة التدميرية للقنبلة الهيدروجينية أكبر 20 مرة.

إذا كان يكفي بالنسبة لليورانيوم والبلوتونيوم جمع كتلة أكبر من الكتلة الحرجة (التي يبدأ عندها التفاعل المتسلسل)، فهذا لا يكفي بالنسبة للهيدروجين.

لربط عدة قطع من اليورانيوم في قطعة واحدة بشكل موثوق، يتم استخدام تأثير المدفع حيث يتم إطلاق قطع أصغر من اليورانيوم في قطع أكبر. يمكن أيضًا استخدام البارود، ولكن من أجل الموثوقية، يتم استخدام متفجرات منخفضة الطاقة.

في قنبلة البلوتونيوم، ولتهيئة الظروف اللازمة للتفاعل المتسلسل، يتم وضع المتفجرات حول سبائك تحتوي على البلوتونيوم. بسبب التأثير التراكمي، وكذلك البادئ النيوتروني الموجود في المركز (البريليوم مع عدة ملليجرامات من البولونيوم) الشروط اللازمةلقد تحققت.

تحتوي على شحنة رئيسية لا يمكن أن تنفجر من تلقاء نفسها، بالإضافة إلى فتيل. ولتهيئة الظروف الملائمة لاندماج نواة الديوتيريوم والتريتيوم، نحتاج إلى ضغوط ودرجات حرارة لا يمكن تصورها عند نقطة واحدة على الأقل. بعد ذلك، سيحدث تفاعل متسلسل.

لإنشاء مثل هذه المعلمات، تشتمل القنبلة على شحنة نووية تقليدية، ولكن منخفضة الطاقة، وهي الفتيل. إن تفجيره يخلق الظروف الملائمة لبدء التفاعل النووي الحراري.

ولتقدير قوة القنبلة الذرية، يتم استخدام ما يسمى بـ "مكافئ تي إن تي". الانفجار هو إطلاق للطاقة، وأشهر مادة متفجرة في العالم هي مادة تي إن تي (TNT - ثلاثي نيتروتولوين)، وجميع أنواع المتفجرات الجديدة تعادلها. قنبلة "بيبي" - 13 كيلو طن من مادة تي إن تي. أي ما يعادل 13000.

قنبلة "الرجل السمين" - 21 كيلو طن، "قنبلة القيصر" - 58 ميجا طن من مادة تي إن تي. من المخيف التفكير في 58 مليون طن من المتفجرات المركزة في كتلة تبلغ 26.5 طن، وهذا هو مقدار وزن هذه القنبلة.

خطر الحرب النووية والكوارث النووية

الظهور في وسط حرب رهيبةفي القرن العشرين، أصبحت الأسلحة النووية أكبر خطر على البشرية. مباشرة بعد الحرب العالمية الثانية، بدأت الحرب الباردة، وكادت أن تتصاعد عدة مرات إلى صراع نووي كامل. بدأت مناقشة التهديد باستخدام القنابل والصواريخ النووية من قبل جانب واحد على الأقل في الخمسينيات من القرن الماضي.

لقد فهم الجميع ويدركون أنه لا يمكن أن يكون هناك فائزون في هذه الحرب.

ولاحتوائه، بذل العديد من العلماء والسياسيين جهودًا. جامعة شيكاغو، وذلك باستخدام آراء العلماء النوويين المدعوين، بما في ذلك الحائزين على جائزة نوبل، يضبط ساعة يوم القيامة قبل منتصف الليل ببضع دقائق. منتصف الليل يدل على كارثة نووية، وبداية حرب عالمية جديدة وتدمير العالم القديم. في سنوات مختلفةتقلبت عقارب الساعة من 17 إلى دقيقتين حتى منتصف الليل.

هناك أيضًا العديد من الحوادث الكبرى المعروفة التي وقعت في محطات الطاقة النووية. ولهذه الكوارث علاقة غير مباشرة بالأسلحة؛ ولا تزال محطات الطاقة النووية تختلف عن القنابل النووية، لكنها تظهر بشكل مثالي نتائج استخدام الذرة للأغراض العسكرية. أكبرهم:

• عام 1957، حادث كيشتيم، بسبب فشل نظام التخزين، وقع انفجار بالقرب من كيشتيم؛
• 1957، بريطانيا، في شمال غرب إنجلترا، لم يتم إجراء عمليات التفتيش الأمني؛
• 1979، الولايات المتحدة الأمريكية، بسبب تسرب تم اكتشافه في وقت غير مناسب، حدث انفجار وإطلاق من محطة للطاقة النووية؛
• 1986، مأساة تشيرنوبيل، انفجار وحدة الطاقة الرابعة؛
• 2011، حادث في محطة فوكوشيما باليابان.

تركت كل واحدة من هذه المآسي أثراً ثقيلاً على مصير مئات الآلاف من الأشخاص، وحولت مناطق بأكملها إلى مناطق غير سكنية ذات سيطرة خاصة.

كانت هناك حوادث كادت أن تكلف بداية كارثة نووية. تعرضت الغواصات النووية السوفيتية بشكل متكرر لحوادث متعلقة بالمفاعلات على متنها. أسقط الأمريكيون قاذفة قنابل Superfortress تحمل على متنها قنبلتين نوويتين من طراز Mark 39 بقوة 3.8 ميجا طن. لكن "نظام الأمان" المنشط لم يسمح بانفجار العبوات وتم تجنب وقوع كارثة.

الأسلحة النووية بين الماضي والحاضر

اليوم أصبح الأمر واضحًا لأي شخص حرب نوويةسوف تدمر الإنسانية الحديثة. في هذه الأثناء، فإن الرغبة في امتلاك الأسلحة النووية ودخول النادي النووي، أو بالأحرى اقتحامه عن طريق طرق الباب، لا تزال تثير أذهان بعض قادة الدول.

لقد صنعت الهند وباكستان أسلحة نووية دون إذن، والإسرائيليون يخفون وجود القنبلة.

بالنسبة للبعض، يعد امتلاك قنبلة نووية وسيلة لإثبات أهميتهم على الساحة الدولية. وبالنسبة للآخرين، فهي ضمانة لعدم تدخل الديمقراطية المجنحة أو غيرها من العوامل الخارجية. لكن الشيء الرئيسي هو أن هذه الاحتياطيات لا تدخل في الأعمال التجارية التي تم إنشاؤها من أجلها بالفعل.

فيديو