Para comprender el principio de funcionamiento y el diseño de un reactor nuclear, es necesario hacer una breve excursión al pasado. Un reactor nuclear es un sueño centenario, aunque no plenamente realizado, de la humanidad sobre una fuente inagotable de energía. Su antiguo "progenitor" es un fuego hecho de ramas secas, que una vez iluminó y calentó las bóvedas de la cueva donde nuestros ancestros lejanos encontraron la salvación del frío. Más tarde, la gente dominó los hidrocarburos: carbón, esquisto, petróleo y gas natural.
Comenzó una era turbulenta pero de corta duración del vapor, que fue reemplazada por una era de la electricidad aún más fantástica. Las ciudades se llenaron de luz y los talleres se llenaron del zumbido de máquinas hasta entonces invisibles impulsadas por motores eléctricos. Entonces pareció que el progreso había llegado a su apogeo.
Todo ha cambiado en finales del XIX siglo, cuando el químico francés Antoine Henri Becquerel descubrió accidentalmente que las sales de uranio son radiactivas. Dos años más tarde, sus compatriotas Pierre Curie y su esposa Maria Sklodowska-Curie obtuvieron de ellos radio y polonio, y su nivel de radiactividad era millones de veces mayor que el del torio y el uranio.
El testigo lo recogió Ernest Rutherford, quien estudió en detalle la naturaleza de los rayos radiactivos. Así comenzó la era del átomo, que dio origen a su amado hijo: el reactor atómico.
Primer reactor nuclear
“Primogénito” proviene de Estados Unidos. En diciembre de 1942 se produjo la primera corriente en el reactor, que lleva el nombre de su creador, uno de los más grandes físicos del siglo, E. Fermi. Tres años más tarde, la instalación nuclear ZEEP nació en Canadá. El "bronce" fue para el primer reactor soviético F-1, inaugurado a finales de 1946. I.V. Kurchatov se convirtió en el jefe del proyecto nuclear nacional. Hoy en día, más de 400 unidades de energía nuclear funcionan con éxito en el mundo.
Tipos de reactores nucleares
Su objetivo principal es apoyar una reacción nuclear controlada que produzca electricidad. Algunos reactores producen isótopos. En definitiva, son dispositivos en cuyas profundidades unas sustancias se convierten en otras con liberación de una gran cantidad de energía térmica. Se trata de una especie de “horno”, donde en lugar de tipos tradicionales El combustible “quema” isótopos de uranio: U-235, U-238 y plutonio (Pu).
A diferencia de, por ejemplo, un coche diseñado para varios tipos de gasolina, cada tipo de combustible radiactivo tiene su propio tipo de reactor. Hay dos de ellos: neutrones lentos (con U-235) y rápidos (con U-238 y Pu). La mayoría de las centrales nucleares tienen reactores de neutrones lentos. Además de las centrales nucleares, las instalaciones "funcionan" en centros de investigación, en submarinos nucleares, etc.
Cómo funciona el reactor
Todos los reactores tienen aproximadamente el mismo circuito. Su “corazón” es la zona activa. Se puede comparar aproximadamente con la cámara de combustión de una estufa convencional. Sólo que en lugar de leña hay combustible nuclear en forma de elementos combustibles con un moderador: barras de combustible. La zona activa está ubicada dentro de una especie de cápsula: un reflector de neutrones. Las barras de combustible son “lavadas” por el refrigerante: agua. Porque en el “corazón” hay muy nivel alto radioactividad, está rodeado de una protección radiológica fiable.
Los operadores controlan el funcionamiento de la instalación mediante dos sistemas críticos– regulación de reacción en cadena y sistema de control remoto. Si ocurre una emergencia, la protección de emergencia se activa instantáneamente.
¿Cómo funciona un reactor?
La “llama” atómica es invisible, ya que los procesos ocurren al nivel de la fisión nuclear. Durante una reacción en cadena, los núcleos pesados se desintegran en fragmentos más pequeños que, al estar en un estado excitado, se convierten en fuentes de neutrones y otras partículas subatómicas. Pero el proceso no termina ahí. Los neutrones continúan "dividiéndose", como resultado de lo cual se liberan grandes cantidades de energía, es decir, lo que sucede por qué se construyen las centrales nucleares.
La tarea principal del personal es mantener la reacción en cadena con la ayuda de barras de control en un nivel constante y ajustable. Ésta es su principal diferencia con la bomba atómica, donde el proceso de desintegración nuclear es incontrolable y avanza rápidamente, en forma de una poderosa explosión.
¿Qué pasó en la central nuclear de Chernóbil?
Una de las principales razones del desastre. Central nuclear de Chernóbil en abril de 1986: una grave violación de las normas de seguridad operativa durante el mantenimiento de rutina en la cuarta unidad de potencia. Luego se retiraron simultáneamente del núcleo 203 barras de grafito en lugar de las 15 permitidas por la normativa. Como resultado, la incontrolable reacción en cadena que comenzó terminó en una explosión térmica y la destrucción total de la unidad de potencia.
Reactores de nueva generación
Durante la última década, Rusia se ha convertido en uno de los líderes en energía nuclear mundial. Actualmente, la corporación estatal Rosatom construye centrales nucleares en 12 países, donde se construyen 34 unidades de energía. Una demanda tan elevada es una prueba del alto nivel de la tecnología nuclear rusa moderna. Los siguientes en la lista son los nuevos reactores de cuarta generación.
"Brest"
Uno de ellos es Brest, que se está desarrollando en el marco del proyecto Breakthrough. Ahora sistemas operativos Los sistemas de ciclo abierto funcionan con uranio poco enriquecido, lo que deja una gran cantidad de combustible gastado que debe eliminarse, lo que requiere enormes costos. "Brest": un reactor de neutrones rápidos es único en su ciclo cerrado.
En él, el combustible gastado, después de un procesamiento adecuado en un reactor de neutrones rápidos, vuelve a convertirse en combustible completo, que puede cargarse nuevamente en la misma instalación.
Brest se distingue por un alto nivel de seguridad. Nunca “explotará” ni siquiera en el accidente más grave, es muy económico y respetuoso con el medio ambiente, ya que reutiliza su uranio “renovado”. Tampoco puede utilizarse para producir plutonio apto para armas, lo que abre las perspectivas más amplias para su exportación.
VVER-1200
VVER-1200 es un reactor innovador de generación 3+ con una capacidad de 1150 MW. Gracias a sus capacidades técnicas únicas, tiene una seguridad operativa casi absoluta. El reactor está abundantemente equipado con sistemas de seguridad pasiva que funcionarán automáticamente incluso en ausencia de suministro de energía.
Uno de ellos es un sistema pasivo de eliminación de calor, que se activa automáticamente cuando el reactor está completamente desenergizado. En este caso, se proporcionan tanques hidráulicos de emergencia. Si hay una caída anormal de presión en el circuito primario, comienza a suministrarse al reactor una gran cantidad de agua que contiene boro, que apaga la reacción nuclear y absorbe neutrones.
Otro know-how se encuentra en la parte inferior de la capa protectora: la “trampa” de fusión. Si, como resultado de un accidente, el núcleo tiene una “fuga”, la “trampa” no permitirá que la capa de contención colapse y evitará que los productos radiactivos penetren en el suelo.
Se han escrito cientos de libros sobre la historia del enfrentamiento nuclear entre superpotencias y el diseño de las primeras bombas nucleares. Pero existen muchos mitos sobre las armas nucleares modernas. “Mecánica Popular” decidió aclarar este tema y contar cómo funciona el arma más destructiva inventada por el hombre.
personaje explosivo
El núcleo de uranio contiene 92 protones. El uranio natural es principalmente una mezcla de dos isótopos: U238 (que tiene 146 neutrones en su núcleo) y U235 (143 neutrones), estando sólo el 0,7% de este último en el uranio natural. Las propiedades químicas de los isótopos son absolutamente idénticas, así que sepárelas. metodos quimicos imposible, pero la diferencia de masas (235 y 238 unidades) permite hacerlo por métodos físicos: Una mezcla de uranio se convierte en gas (hexafluoruro de uranio) y luego se bombea a través de innumerables particiones porosas. Aunque los isótopos del uranio no se distinguen por ninguno de los dos apariencia, ni químicamente, están separados por un abismo en las propiedades de los caracteres nucleares.
El proceso de fisión del U238 es un proceso remunerado: un neutrón que llega del exterior debe traer consigo energía: 1 MeV o más. Y U235 es desinteresado: no se requiere nada del neutrón entrante para la excitación y posterior desintegración; su energía de enlace en el núcleo es más que suficiente.
Cuando es golpeado por neutrones, el núcleo de uranio-235 se divide fácilmente y produce nuevos neutrones. Bajo determinadas condiciones, comienza una reacción en cadena.
Cuando un neutrón golpea un núcleo con capacidad de fisión, se forma un compuesto inestable, pero muy rápidamente (después de 10−23−10−22 s) dicho núcleo se desintegra en dos fragmentos de masa desigual e “instantáneamente” (en 10 −16−10− 14 c) emitiendo dos o tres nuevos neutrones, de modo que con el tiempo el número de núcleos fisibles pueda multiplicarse (esta reacción se llama reacción en cadena). Esto sólo es posible en U235, porque el codicioso U238 no quiere compartir sus propios neutrones, cuya energía es de un orden de magnitud inferior a 1 MeV. La energía cinética de las partículas (productos de fisión) es muchos órdenes de magnitud mayor que la energía liberada durante cualquier evento. reacción química, en el que la composición de los núcleos no cambia.
El plutonio metálico existe en seis fases, cuyas densidades oscilan entre 14,7 y 19,8 kg/cm 3 . A temperaturas inferiores a 119 grados Celsius, hay una fase alfa monoclínica (19,8 kg/cm 3), pero ese plutonio es muy frágil, y en la fase delta cúbica centrada en las caras (15,9) es plástico y está bien procesado (es así fase que se intenta conservar mediante aditivos de aleación). Durante la compresión por detonación no pueden ocurrir transiciones de fase: el plutonio se encuentra en un estado casi líquido. Las transiciones de fase son peligrosas durante la producción: cuando tallas grandes piezas incluso con un ligero cambio en la densidad es posible lograr condición crítica. Por supuesto, esto sucederá sin una explosión: la pieza de trabajo simplemente se calentará, pero puede ocurrir una descarga de niquelado (y el plutonio es muy tóxico).
Asamblea crítica
Los productos de fisión son inestables y tardan mucho en “recuperarse”, emitiendo diversas radiaciones (incluidos neutrones). Los neutrones que se emiten un tiempo considerable (hasta decenas de segundos) después de la fisión se denominan retardados y, aunque su proporción es pequeña en comparación con los rápidos (menos del 1%), el papel que desempeñan en el trabajo instalaciones nucleares, es lo mas importante.
Las lentes explosivas crearon una onda convergente. La fiabilidad estaba garantizada por un par de detonadores en cada bloque.
Los productos de fisión, durante numerosas colisiones con los átomos circundantes, les ceden su energía, aumentando la temperatura. Después de que aparecen neutrones en un conjunto que contiene material fisionable, la potencia de liberación de calor puede aumentar o disminuir, y los parámetros de un conjunto en el que el número de fisiones por unidad de tiempo es constante se denominan críticos. La criticidad del conjunto se puede mantener tanto con un número grande como pequeño de neutrones (con una potencia de liberación de calor correspondientemente mayor o menor). La potencia térmica se incrementa bombeando neutrones adicionales desde el exterior al conjunto crítico o haciendo que el conjunto sea supercrítico (luego, generaciones cada vez más numerosas de núcleos fisibles suministran neutrones adicionales). Por ejemplo, si es necesario aumentar la potencia térmica de un reactor, se lo lleva a un régimen en el que cada generación de neutrones rápidos es un poco menos numerosa que la anterior, pero gracias a los neutrones retardados, el reactor pasa apenas perceptiblemente a un estado crítico. Entonces no acelera, sino que gana potencia lentamente, de modo que su aumento puede detenerse en el momento adecuado introduciendo absorbentes de neutrones (barras que contienen cadmio o boro).
El conjunto de plutonio (una capa esférica en el centro) estaba rodeado por una carcasa de uranio-238 y luego por una capa de aluminio.
Los neutrones producidos durante la fisión a menudo pasan volando por los núcleos circundantes sin causar más fisión. Cuanto más cerca de la superficie de un material se produce un neutrón, mayores son las posibilidades que tiene de escapar del material fisible y no regresar nunca. Por tanto, la forma de ensamblaje que ahorra mayor número de neutrones es una esfera: para una determinada masa de materia tiene una superficie mínima. Una bola no rodeada (solitaria) de 94% U235 sin cavidades en su interior se vuelve crítica con una masa de 49 kg y un radio de 85 mm. Si un conjunto del mismo uranio es un cilindro con una longitud igual al diámetro, se vuelve crítico con una masa de 52 kg. La superficie también disminuye al aumentar la densidad. Por eso la compresión explosiva, sin cambiar la cantidad de material fisionable, puede llevar el conjunto a un estado crítico. Es este proceso el que subyace al diseño común de una carga nuclear.
Las primeras armas nucleares utilizaron polonio y berilio (centro) como fuentes de neutrones.
Conjunto de bolas
Pero lo más frecuente es que en las armas nucleares no se utilice uranio, sino plutonio-239. Se produce en reactores irradiando uranio-238 con potentes flujos de neutrones. El plutonio cuesta aproximadamente seis veces más que el U235, pero cuando se fisiona, el núcleo del Pu239 emite un promedio de 2,895 neutrones, más que el U235 (2,452). Además, la probabilidad de fisión del plutonio es mayor. Todo esto lleva a que una sola bola de Pu239 se vuelva crítica con una masa casi tres veces menor que una bola de uranio y, lo más importante, con un radio más pequeño, lo que permite reducir las dimensiones del conjunto crítico.
Se utilizó una capa de aluminio para reducir la onda de rarefacción tras la detonación del explosivo.
El conjunto está formado por dos mitades cuidadosamente encajadas en forma de capa esférica (hueco por dentro); obviamente es subcrítico, incluso para los neutrones térmicos e incluso después de estar rodeado por un moderador. Se monta una carga alrededor de un conjunto de bloques explosivos ajustados con mucha precisión. Para ahorrar neutrones, es necesario preservar la forma noble de la bola durante la explosión; para ello, la capa de explosivo debe detonarse simultáneamente en toda su extensión. Superficie exterior, presionando el conjunto uniformemente. Se cree ampliamente que esto requiere muchos detonadores eléctricos. Pero esto sólo fue así en los albores de la “construcción de bombas”: para activar muchas docenas de detonadores se necesitaba mucha energía y un tamaño considerable del sistema de iniciación. Las cargas modernas utilizan varios detonadores seleccionados mediante una técnica especial, de características similares, a partir de los cuales se activan explosivos altamente estables (en términos de velocidad de detonación) en ranuras fresadas en una capa de policarbonato (cuya forma en una superficie esférica se calcula utilizando la geometría de Riemann). métodos). La detonación a una velocidad de aproximadamente 8 km/s recorrerá las ranuras a distancias absolutamente iguales, en el mismo momento llegará a los agujeros y detonará la carga principal, simultáneamente en todos los puntos requeridos.
Las figuras muestran los primeros momentos de la vida de una bola de fuego de carga nuclear: difusión de radiación (a), expansión del plasma caliente y formación de "ampollas" (b) y aumento de la potencia de radiación en el rango visible durante la separación. de la onda de choque (c).
Explosión dentro
La explosión dirigida hacia el interior comprime el conjunto con una presión de más de un millón de atmósferas. La superficie de ensamblaje disminuye y casi desaparece en el plutonio. cavidad interna, la densidad aumenta y muy rápidamente: en diez microsegundos, el conjunto comprimible pasa el estado crítico con neutrones térmicos y se vuelve significativamente supercrítico con neutrones rápidos.
Después de un período determinado por el insignificante tiempo de insignificante desaceleración de los neutrones rápidos, cada una de sus nuevas y más numerosas generaciones añade por fisión una energía de 202 MeV a la sustancia del conjunto, que ya está estallando bajo una presión monstruosa. En la escala de los fenómenos que ocurren, la resistencia incluso de los mejores aceros aleados es tan minúscula que a nadie se le ocurre tenerla en cuenta al calcular la dinámica de una explosión. Lo único que impide que el conjunto se separe es la inercia: para expandir una bola de plutonio tan sólo 1 cm en decenas de nanosegundos, es necesario impartir a la sustancia una aceleración decenas de billones de veces mayor que la aceleración de caída libre, y esto no es fácil.
Al final, la materia aún se dispersa, la fisión se detiene, pero el proceso no termina ahí: la energía se redistribuye entre los fragmentos ionizados de los núcleos separados y otras partículas emitidas durante la fisión. Su energía es del orden de decenas e incluso cientos de MeV, pero sólo los neutrones y los cuantos gamma de alta energía, eléctricamente neutros, tienen posibilidades de evitar la interacción con la materia y "escapar". Las partículas cargadas pierden rápidamente energía en actos de colisiones e ionización. En este caso se emite radiación; sin embargo, ya no se trata de radiación nuclear dura, sino más suave, con una energía tres órdenes de magnitud menor, pero aún más que suficiente para eliminar los electrones de los átomos, no sólo de las capas exteriores, sino también de las capas exteriores. de todo en general. Entra en juego una mezcla de núcleos desnudos, electrones despojados y radiación con una densidad de gramos por centímetro cúbico (¡intenta imaginar lo bien que se puede broncear bajo una luz que ha adquirido la densidad del aluminio!), todo lo que hace un momento era una carga. cierta apariencia de equilibrio. En una bola de fuego muy joven, la temperatura alcanza decenas de millones de grados.
bola de fuego
Parecería que incluso la radiación suave que se mueve a la velocidad de la luz debería dejar muy atrás la materia que la generó, pero no es así: en el aire frío, el rango de cuantos de energía Kev es de centímetros y no se mueven en un línea recta, pero cambia la dirección del movimiento, reemitiendo con cada interacción. Los cuantos ionizan el aire y se esparcen por él, como jugo de cereza vertido en un vaso de agua. Este fenómeno se llama difusión radiativa.
Una joven bola de fuego generada por una explosión de 100 nudos unas pocas decenas de nanosegundos después del final de la fisión tiene un radio de 3 metros y una temperatura de casi 8 millones de Kelvin. Pero después de 30 microsegundos su radio es de 18 m, aunque la temperatura desciende por debajo del millón de grados. La bola devora el espacio y el aire ionizado detrás de su frente apenas se mueve: la radiación no puede transferirle un impulso significativo durante la difusión. Pero bombea una enorme energía a este aire, calentándolo, y cuando se acaba la energía de radiación, la bola comienza a crecer debido a la expansión del plasma caliente, explotando desde el interior lo que solía ser una carga. Al expandirse, como una burbuja inflada, la capa de plasma se vuelve más delgada. A diferencia de una burbuja, por supuesto, nada la infla: con adentro Casi no queda materia, toda ella vuela desde el centro por inercia, pero 30 microsegundos después de la explosión, la velocidad de este vuelo es de más de 100 km/s, ¡y la presión hidrodinámica en la materia es de más de 150.000 atm! volverse demasiado cáscara delgada no destinado, estalla, formando “ampollas”.
En un tubo de neutrones de vacío, se aplica un voltaje de pulso de cien kilovoltios entre un objetivo saturado de tritio (cátodo) 1 y el conjunto de ánodo 2. Cuando el voltaje es máximo, es necesario que haya iones de deuterio entre el ánodo y el cátodo, los cuales deben acelerarse. Para ello se utiliza una fuente de iones. Se aplica un pulso de encendido a su ánodo 3 y la descarga, que pasa a lo largo de la superficie de la cerámica 4 saturada de deuterio, forma iones de deuterio. Después de acelerar, bombardean un objetivo saturado con tritio, como resultado de lo cual se libera una energía de 17,6 MeV y se forman neutrones y núcleos de helio-4. En términos de composición de partículas e incluso producción de energía, esta reacción es idéntica a la fusión, el proceso de fusión de núcleos ligeros. En la década de 1950, muchos lo creían, pero luego resultó que se produce una "rotura" en el tubo: o un protón o un neutrón (que forma el ion deuterio, acelerado por un campo eléctrico) "queda atrapado" en el objetivo. núcleo (tritio). Si un protón se atasca, el neutrón se desprende y queda libre.
¿Cuál de los mecanismos para transmitir la energía de una bola de fuego? ambiente prevalece, depende de la potencia de la explosión: si es grande, el papel principal lo desempeña la difusión de la radiación; si es pequeña, la expansión de la burbuja de plasma juega un papel importante. Está claro que también es posible un caso intermedio, cuando ambos mecanismos sean eficaces.
El proceso captura nuevas capas de aire; ya no hay suficiente energía para arrancar todos los electrones de los átomos. La energía de la capa ionizada y de los fragmentos de la burbuja de plasma se agota, ya no pueden mover la enorme masa que tienen delante y disminuyen notablemente su velocidad. Pero lo que era aire antes de la explosión se mueve, separándose de la bola, absorbiendo cada vez más capas de aire frío... Comienza la formación de una onda de choque.
Onda de choque y hongo atómico.
Cuando la onda de choque se separa de la bola de fuego, las características de la capa emisora cambian y la potencia de radiación en la parte óptica del espectro aumenta bruscamente (el llamado primer máximo). A continuación, compiten los procesos de iluminación y los cambios en la transparencia del aire circundante, lo que conduce a la realización de un segundo máximo, menos potente, pero mucho más largo, hasta el punto de que la producción de energía luminosa es mayor que en el primer máximo. .
Cerca de la explosión, todo lo que la rodea se evapora, más lejos se derrite, pero aún más lejos, donde el flujo de calor ya no es suficiente para derretirse. sólidos, el suelo, las rocas, las casas fluyen como líquido bajo la monstruosa presión del gas, destruyendo todos los vínculos fuertes, calentados hasta un resplandor insoportable para los ojos.
Finalmente, la onda de choque se aleja del punto de explosión, donde queda una nube suelta y debilitada, pero muchas veces expandida, de vapores condensados que se convirtieron en polvo diminuto y muy radiactivo de lo que fue el plasma de la carga, y de lo que Estaba cerca en su hora terrible de un lugar del que había que mantenerse lo más lejos posible. La nube comienza a elevarse. Se enfría, cambia de color, “se pone” una capa blanca de humedad condensada, seguida de polvo de la superficie de la tierra, formando la “pata” de lo que comúnmente se llama un “hongo atómico”.
Iniciación de neutrones
Los lectores atentos pueden estimar la energía liberada durante una explosión con un lápiz en la mano. Cuando el tiempo que el conjunto está en estado supercrítico es del orden de microsegundos, la edad de los neutrones es del orden de picosegundos y el factor de multiplicación es inferior a 2, se libera aproximadamente un gigajulio de energía, lo que equivale a ... 250 kg de TNT. ¿Dónde están los kilos y megatones?
Neutrones: lentos y rápidos
En una sustancia no fisible, "rebotando" en los núcleos, los neutrones les transfieren parte de su energía, cuanto más ligeros (más cercanos a ellos en masa) son los núcleos. Cuantas más colisiones participan los neutrones, más se ralentizan y finalmente alcanzan el equilibrio térmico con la materia circundante: se termalizan (esto tarda milisegundos). La velocidad del neutrón térmico es de 2200 m/s (energía 0,025 eV). Los neutrones pueden escapar del moderador y son capturados por sus núcleos, pero con moderación su capacidad para entrar en reacciones nucleares aumenta significativamente, por lo que los neutrones que no se “pierden” compensan con creces la disminución en número.
Así, si una bola de material fisible está rodeada por un moderador, muchos neutrones abandonarán el moderador o serán absorbidos en él, pero también habrá algunos que volverán a la bola (“reflejarán”) y, habiendo perdido su energía, tienen muchas más probabilidades de causar eventos de fisión. Si la bola está rodeada por una capa de berilio de 25 mm de espesor, entonces se pueden ahorrar 20 kg de U235 y aun así alcanzar el estado crítico del conjunto. Pero esos ahorros se obtienen a costa de tiempo: cada generación subsiguiente de neutrones primero debe reducir su velocidad antes de provocar la fisión. Este retraso reduce el número de generaciones de neutrones que nacen por unidad de tiempo, lo que significa que la liberación de energía se retrasa. Cuanto menos material fisible haya en el conjunto, más moderador se necesitará para desarrollar una reacción en cadena, y la fisión se produce con neutrones de energía cada vez más baja. En el caso extremo, cuando la criticidad se logra solo con neutrones térmicos, por ejemplo, en una solución de sales de uranio en un buen moderador: agua, la masa de los conjuntos es de cientos de gramos, pero la solución simplemente hierve periódicamente. Las burbujas de vapor liberadas reducen la densidad media de la sustancia fisible, la reacción en cadena se detiene y, cuando las burbujas abandonan el líquido, se repite la fisión (si obstruyes el recipiente, el vapor lo explotará, pero esto será una explosión térmica). explosión, desprovista de todos los signos típicos “nucleares”).
El hecho es que la cadena de fisión en el conjunto no comienza con un neutrón: en el microsegundo requerido, se inyectan millones en el conjunto supercrítico. En las primeras cargas nucleares se utilizaron para ello fuentes de isótopos ubicadas en una cavidad dentro del conjunto de plutonio: el polonio-210, en el momento de la compresión, se combinaba con el berilio y provocaba la emisión de neutrones con sus partículas alfa. Pero todas las fuentes isotópicas son bastante débiles (el primer producto estadounidense generó menos de un millón de neutrones por microsegundo) y el polonio es muy perecedero: reduce su actividad a la mitad en sólo 138 días. Por tanto, se han sustituido los isótopos por otros menos peligrosos (que no emiten cuando no están encendidos) y, lo más importante, por tubos de neutrones que emiten con mayor intensidad (ver recuadro): en unos pocos microsegundos (la duración del pulso formado por el tubo ) nacen cientos de millones de neutrones. Pero si no funciona o funciona en el momento equivocado, se producirá lo que se conoce como explosión o “nada”, una explosión térmica de baja potencia.
La iniciación de neutrones no sólo aumenta la liberación de energía de una explosión nuclear en muchos órdenes de magnitud, sino que también permite regularla. Está claro que, habiendo recibido una misión de combate, al fijar cuál debe indicarse la potencia de un ataque nuclear, nadie desmonta la carga para equiparla con un conjunto de plutonio óptimo para una potencia determinada. En municiones con un equivalente de TNT conmutable, basta con cambiar la tensión de alimentación del tubo de neutrones. En consecuencia, la producción de neutrones y la liberación de energía cambiarán (por supuesto, cuando se reduce la potencia de esta manera, se desperdicia una gran cantidad de plutonio costoso).
Pero empezaron a pensar en la necesidad de regular la liberación de energía mucho más tarde, y al principio años de posguerra No se podía hablar de reducción de potencia. ¡Más poderoso, más poderoso y más poderoso! Pero resultó que existen restricciones físicas e hidrodinámicas nucleares sobre las dimensiones permitidas de la esfera subcrítica. El equivalente de TNT a una explosión de cien kilotones está cerca del límite físico para las municiones monofásicas, en las que sólo se produce fisión. Como resultado, se abandonó la fisión como principal fuente de energía y se dependió de reacciones de otra clase: la fusión.
El reactor nuclear funciona sin problemas y de manera eficiente. De lo contrario, como sabes, habrá problemas. ¿Pero qué está pasando dentro? Intentemos formular el principio de funcionamiento de un reactor nuclear (nuclear) de forma breve, clara y con paradas.
En esencia, allí se produce el mismo proceso que durante una explosión nuclear. Sólo que la explosión ocurre muy rápidamente, pero en el reactor todo esto se prolonga durante mucho tiempo. Como resultado, todo permanece sano y salvo y recibimos energía. No tanto como para que todo lo que hay a su alrededor sea destruido de inmediato, pero sí lo suficiente para proporcionar electricidad a la ciudad.
Antes de comprender cómo se produce una reacción nuclear controlada, es necesario saber qué es. reacción nuclear en absoluto.
Reacción nuclear es el proceso de transformación (fisión) de los núcleos atómicos cuando interactúan con partículas elementales y cuantos gamma.
Las reacciones nucleares pueden ocurrir tanto con absorción como con liberación de energía. El reactor utiliza las segundas reacciones.
Reactor nuclear es un dispositivo cuya finalidad es mantener controlado reacción nuclear con la liberación de energía.
A menudo, un reactor nuclear también se denomina reactor atómico. Tengamos en cuenta que aquí no existe una diferencia fundamental, pero desde el punto de vista científico es más correcto utilizar la palabra "nuclear". En la actualidad existen muchos tipos de reactores nucleares. Se trata de enormes reactores industriales diseñados para generar energía en centrales eléctricas, reactores nucleares de submarinos, pequeños reactores experimentales utilizados en experimentos científicos. Incluso se utilizan reactores para desalinizar agua de mar.
La historia de la creación de un reactor nuclear.
El primer reactor nuclear se puso en marcha en el no muy lejano año 1942. Esto sucedió en Estados Unidos bajo el liderazgo de Fermi. Este reactor se llamó "Chicago Woodpile".
En 1946 entró en funcionamiento el primer reactor soviético, puesto en marcha bajo el liderazgo de Kurchatov. El cuerpo de este reactor era una bola de siete metros de diámetro. Los primeros reactores no tenían sistema de refrigeración y su potencia era mínima. Por cierto, el reactor soviético tenía una potencia media de 20 vatios, y el americano, sólo 1 vatio. A modo de comparación: la potencia media de los reactores modernos es de 5 gigavatios. Menos de diez años después de la puesta en marcha del primer reactor, el primer reactor industrial del mundo planta de energía nuclear en la ciudad de Óbninsk.
El principio de funcionamiento de un reactor nuclear (nuclear).
Cualquier reactor nuclear tiene varias partes: centro Con combustible Y moderador , reflector de neutrones , refrigerante , sistema de control y protección . Los isótopos se utilizan con mayor frecuencia como combustible en los reactores. uranio (235, 238, 233), plutonio (239) y torio (232). La zona activa es una caldera por la que circula agua corriente(refrigerante). Entre otros refrigerantes, el “agua pesada” y el grafito líquido se utilizan con menos frecuencia. Si hablamos del funcionamiento de las centrales nucleares, entonces se utiliza un reactor nuclear para producir calor. La electricidad en sí se genera utilizando el mismo método que en otros tipos de centrales eléctricas: el vapor hace girar una turbina y la energía del movimiento se convierte en energía eléctrica.
A continuación se muestra un diagrama del funcionamiento de un reactor nuclear.
Como ya hemos dicho, la desintegración de un núcleo de uranio pesado produce elementos más ligeros y varios neutrones. Los neutrones resultantes chocan con otros núcleos, provocando también su fisión. Al mismo tiempo, el número de neutrones crece como una avalancha.
Cabe mencionar aquí factor de multiplicación de neutrones . Entonces, si este coeficiente excede un valor igual a uno, Explosión nuclear. Si el valor es menor que uno, hay muy pocos neutrones y la reacción se extingue. Pero si mantiene el valor del coeficiente igual a uno, la reacción será larga y estable.
La pregunta es ¿cómo hacer esto? En el reactor, el combustible se encuentra en el llamado elementos combustibles (TVLakh). Se trata de unos bastoncillos que contienen, en forma de pequeños comprimidos, combustible nuclear . Las barras de combustible están conectadas en casetes de forma hexagonal, de los cuales puede haber cientos en un reactor. Los casetes con barras de combustible están dispuestos verticalmente y cada barra de combustible tiene un sistema que permite ajustar la profundidad de su inmersión en el núcleo. Además de los propios casetes, incluyen barras de control Y barras de protección de emergencia . Las barras están hechas de un material que absorbe bien los neutrones. De este modo, las barras de control se pueden bajar a diferentes profundidades en el núcleo, ajustando así el factor de multiplicación de neutrones. Las barras de emergencia están diseñadas para apagar el reactor en caso de emergencia.
¿Cómo se pone en marcha un reactor nuclear?
Hemos descubierto el principio de funcionamiento en sí, pero ¿cómo arrancar y hacer funcionar el reactor? En términos generales, aquí está: un trozo de uranio, pero la reacción en cadena no comienza por sí sola. El caso es que en física nuclear existe un concepto. masa critica .
La masa crítica es la masa de material fisible necesaria para iniciar una reacción nuclear en cadena.
Con la ayuda de barras de combustible y barras de control, primero se crea una masa crítica de combustible nuclear en el reactor y luego el reactor se lleva al nivel de potencia óptimo en varias etapas.
En este artículo intentamos darle una idea general de la estructura y el principio de funcionamiento de un reactor nuclear (nuclear). Si tienes alguna duda sobre el tema o te han planteado algún problema de física nuclear en la universidad, por favor contacta a los especialistas de nuestra empresa. Como siempre, estamos listos para ayudarte a resolver cualquier problema urgente relacionado con tus estudios. Y ya que estamos en eso, ¡aquí hay otro video educativo para su atención!
La generación de energía nuclear es un método moderno y de rápido desarrollo para producir electricidad. ¿Sabes cómo funcionan las centrales nucleares? ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? ¿Qué tipos de reactores nucleares existen hoy en día? Intentaremos considerar en detalle el esquema de funcionamiento de una central nuclear, profundizar en la estructura de un reactor nuclear y descubrir qué tan seguro es el método nuclear de generación de electricidad.
Cualquier estación es un recinto cerrado alejado de una zona residencial. En su territorio hay varios edificios. La estructura más importante es el edificio del reactor, junto a él se encuentra la sala de turbinas desde donde se controla el reactor y el edificio de seguridad.
El plan es imposible sin un reactor nuclear. Un reactor atómico (nuclear) es un dispositivo de planta de energía nuclear que está diseñado para organizar una reacción en cadena de fisión de neutrones con asignación obligatoria energía en este proceso. Pero ¿cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear?
Toda la instalación del reactor se aloja en el edificio del reactor, una gran torre de hormigón que esconde el reactor y que contendrá todos los productos de la reacción nuclear en caso de accidente. Esta gran torre se denomina contención, cascarón hermético o zona de contención.
La zona hermética de los nuevos reactores tiene dos gruesos muros de hormigón: carcasas.
La capa exterior, de 80 cm de espesor, protege la zona de contención de las influencias externas.
La capa interior, de 1 metro y 20 cm de espesor, tiene cables de acero especiales que aumentan casi tres veces la resistencia del hormigón y evitarán que la estructura se desmorone. En su interior está revestido con una fina chapa de acero especial, que está diseñada para servir como protección adicional de la contención y, en caso de accidente, para no liberar el contenido del reactor fuera de la zona de contención.
Este diseño de la central nuclear le permite resistir un accidente aéreo de hasta 200 toneladas, un terremoto de magnitud 8, un tornado y un tsunami.
La primera carcasa sellada se construyó en la central nuclear estadounidense Connecticut Yankee en 1968.
La altura total de la zona de contención es de 50 a 60 metros.
¿En qué consiste un reactor nuclear?
Para comprender el principio de funcionamiento de un reactor nuclear y, por tanto, el principio de funcionamiento de una central nuclear, es necesario comprender los componentes del reactor. 
- Zona activa. Esta es el área donde se colocan el combustible nuclear (generador de combustible) y el moderador. Los átomos de combustible (la mayoría de las veces el uranio es el combustible) sufren una reacción de fisión en cadena. El moderador está diseñado para controlar el proceso de fisión y permite la reacción requerida en términos de velocidad y fuerza.
- Reflector de neutrones. Un reflector rodea el núcleo. Consta del mismo material que el moderador. De hecho, se trata de una caja cuyo objetivo principal es evitar que los neutrones abandonen el núcleo y entren al medio ambiente.
- Refrigerante. El refrigerante debe absorber el calor liberado durante la fisión de los átomos de combustible y transferirlo a otras sustancias. El refrigerante determina en gran medida el diseño de una central nuclear. El refrigerante más popular en la actualidad es el agua.
Sistema de control de reactores. Sensores y mecanismos que alimentan el reactor de una central nuclear.
Combustible para centrales nucleares.
¿Con qué funciona una central nuclear? El combustible para las centrales nucleares son elementos químicos con propiedades radiactivas. En todas las centrales nucleares, este elemento es el uranio.
El diseño de las centrales implica que las centrales nucleares funcionan con combustible compuesto complejo y no con combustible puro. elemento químico. Y para extraer combustible de uranio del uranio natural cargado en un reactor nuclear, es necesario realizar muchas manipulaciones.
Uranio enriquecido
El uranio se compone de dos isótopos, es decir, contiene núcleos con diferentes masas. Fueron nombrados por el número de protones y neutrones isótopo -235 e isótopo-238. Los investigadores del siglo XX comenzaron a extraer uranio 235 del mineral, porque... era más fácil descomponer y transformar. Resultó que en la naturaleza hay solo un 0,7% de ese uranio (el porcentaje restante corresponde al isótopo 238). 
¿Qué hacer en este caso? Decidieron enriquecer uranio. El enriquecimiento de uranio es un proceso en el que quedan muchos isótopos 235x necesarios y pocos isótopos 238x innecesarios. La tarea de los enriquecedores de uranio es convertir un 0,7% en casi un 100% de uranio-235.
El uranio se puede enriquecer mediante dos tecnologías: difusión de gas o centrifugación de gas. Para utilizarlos, el uranio extraído del mineral se convierte a estado gaseoso. Está enriquecido en forma de gas.
polvo de uranio
El gas de uranio enriquecido se convierte en un estado sólido: dióxido de uranio. Este uranio 235 sólido puro aparece como grandes cristales blancos, que luego se trituran para obtener uranio en polvo.
tabletas de uranio
Las tabletas de uranio son discos de metal sólido, de un par de centímetros de largo. Para formar tales tabletas a partir de uranio en polvo, se mezcla con una sustancia, un plastificante, que mejora la calidad del prensado de las tabletas.
Los discos prensados se hornean a una temperatura de 1200 grados Celsius durante más de un día para darle a las tabletas una fuerza especial y resistencia a las altas temperaturas. El funcionamiento de una central nuclear depende directamente de qué tan bien se comprime y hornea el combustible de uranio. 
Las tabletas se hornean en cajas de molibdeno, porque Sólo este metal es capaz de no fundirse a temperaturas "infernales" de más de mil quinientos grados. Después de esto, el combustible de uranio para las centrales nucleares se considera listo.
¿Qué son TVEL y FA?
El núcleo del reactor parece un enorme disco o tubo con agujeros en las paredes (según el tipo de reactor), 5 veces más grande que el cuerpo humano. Estos agujeros contienen combustible de uranio, cuyos átomos llevan a cabo la reacción deseada.
Es imposible simplemente arrojar combustible al reactor, bueno, a menos que quieras provocar una explosión de toda la estación y un accidente con consecuencias para un par de estados cercanos. Por lo tanto, el combustible de uranio se coloca en barras de combustible y luego se recoge en conjuntos combustibles. ¿Qué significan estas abreviaturas?
- TVEL – elemento combustible (no confundir con el mismo nombre empresa rusa, que los produce). Es esencialmente un tubo de circonio largo y delgado hecho de aleaciones de circonio en el que se colocan tabletas de uranio. Es en las barras de combustible donde los átomos de uranio comienzan a interactuar entre sí, liberando calor durante la reacción.
Se eligió el circonio como material para la producción de barras de combustible debido a su refractariedad y propiedades anticorrosión.
El tipo de barras de combustible depende del tipo y estructura del reactor. Como regla general, la estructura y el propósito de las barras de combustible no cambian; la longitud y el ancho del tubo pueden ser diferentes. 
La máquina carga más de 200 bolitas de uranio en un tubo de circonio. En total, en el reactor funcionan simultáneamente unos 10 millones de bolitas de uranio.
FA – conjunto combustible. Los trabajadores de centrales nucleares llaman a los conjuntos combustibles haces.
Básicamente, se trata de varias barras de combustible unidas entre sí. FA es el combustible nuclear terminado, con el que funciona una central nuclear. Son los conjuntos combustibles los que se cargan en el reactor nuclear. En un reactor se colocan entre 150 y 400 elementos combustibles.
Dependiendo del reactor en el que operarán los conjuntos combustibles, pueden ser Diferentes formas. A veces, los paquetes se pliegan en forma cúbica, a veces en forma cilíndrica, a veces en forma hexagonal.
Un elemento combustible durante 4 años de funcionamiento produce la misma cantidad de energía que cuando se queman 670 carros de carbón, 730 tanques de gas natural o 900 tanques cargados de petróleo.
Hoy en día, los elementos combustibles se producen principalmente en fábricas de Rusia, Francia, Estados Unidos y Japón.
Para suministrar combustible para centrales nucleares a otros países, los conjuntos combustibles se sellan en tubos metálicos largos y anchos, se bombea aire de los tubos y maquinas especiales entregados a bordo de aviones de carga.
El combustible nuclear para las centrales nucleares pesa prohibitivamente, porque... El uranio es uno de los más metales pesados en el planeta. Su Gravedad específica 2,5 veces más que el acero.
Central nuclear: principio de funcionamiento
¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? El principio de funcionamiento de las centrales nucleares se basa en una reacción en cadena de fisión de átomos de una sustancia radiactiva: el uranio. Esta reacción ocurre en el núcleo de un reactor nuclear.
ES IMPORTANTE SABER:
Sin entrar en las complejidades de la física nuclear, el principio de funcionamiento de una central nuclear es el siguiente:
Después de la puesta en marcha de un reactor nuclear, se retiran de las barras de combustible barras absorbentes que impiden que el uranio reaccione.
Una vez que se retiran las barras, los neutrones de uranio comienzan a interactuar entre sí.
Cuando los neutrones chocan, se produce una mini explosión a nivel atómico, se libera energía y nacen nuevos neutrones, comienza a ocurrir una reacción en cadena. Este proceso genera calor.
El calor se transfiere al refrigerante. Dependiendo del tipo de refrigerante, se convierte en vapor o gas, que hace girar la turbina.
La turbina impulsa un generador eléctrico. Es él quien realmente genera la corriente eléctrica.
Si no se controla el proceso, los neutrones de uranio pueden chocar entre sí hasta hacer explotar el reactor y hacer añicos toda la central nuclear. El proceso está controlado por sensores informáticos. Detectan un aumento de temperatura o un cambio de presión en el reactor y pueden detener automáticamente las reacciones.
¿En qué se diferencia el principio de funcionamiento de las centrales nucleares del de las centrales térmicas (centrales térmicas)?
Hay diferencias en el trabajo solo en las primeras etapas. En una central nuclear, el refrigerante recibe calor de la fisión de átomos de combustible de uranio; en una central térmica, el refrigerante recibe calor de la combustión de combustible orgánico (carbón, gas o petróleo). Después de que los átomos de uranio o el gas y el carbón han liberado calor, los esquemas de funcionamiento de las centrales nucleares y de las centrales térmicas son los mismos.
Tipos de reactores nucleares
El funcionamiento de una central nuclear depende exactamente de cómo funciona su reactor nuclear. Hoy en día existen dos tipos principales de reactores, los cuales se clasifican según el espectro de neuronas:
Un reactor de neutrones lento, también llamado reactor térmico.
Para su funcionamiento se utiliza uranio 235, que pasa por las etapas de enriquecimiento, creación de pastillas de uranio, etc. Hoy en día, la gran mayoría de los reactores utilizan neutrones lentos.
Reactor de neutrones rápidos.
Estos reactores son el futuro, porque... Trabajan con uranio-238, que en la naturaleza se encuentra a diez centavos la docena y no es necesario enriquecer este elemento. El único inconveniente de estos reactores son los altísimos costes de diseño, construcción y puesta en marcha. Hoy en día, los reactores de neutrones rápidos funcionan sólo en Rusia.
El refrigerante de los reactores de neutrones rápidos es mercurio, gas, sodio o plomo.
Los reactores de neutrones lentos, que hoy utilizan todas las centrales nucleares del mundo, también son de varios tipos.
Organización OIEA (agencia internacional para energía nuclear) ha creado su propia clasificación, que se utiliza con mayor frecuencia en la industria mundial de la energía nuclear. Dado que el principio de funcionamiento de una central nuclear depende en gran medida de la elección del refrigerante y del moderador, la OIEA basó su clasificación en estas diferencias.
Desde un punto de vista químico, el óxido de deuterio es un moderador y refrigerante ideal, porque sus átomos interactúan más eficazmente con los neutrones del uranio en comparación con otras sustancias. En pocas palabras, el agua pesada realiza su tarea con pérdidas mínimas y resultados máximos. Sin embargo, su producción cuesta dinero, mientras que el agua habitual, "ligera" y familiar, es mucho más fácil de utilizar.
Algunos datos sobre los reactores nucleares...
¡Es interesante que la construcción de un reactor de central nuclear lleva al menos 3 años!
Para construir un reactor se necesita equipo que funcione con una corriente eléctrica de 210 kiloamperios, que es un millón de veces mayor que la corriente que puede matar a una persona.
Una carcasa (elemento estructural) de un reactor nuclear pesa 150 toneladas. Hay 6 de estos elementos en un reactor.
Reactor de agua a presión
Ya hemos descubierto cómo funciona una central nuclear en general; para poner todo en perspectiva, veamos cómo funciona el reactor nuclear de agua a presión más popular.
Hoy en día, en todo el mundo se utilizan reactores de agua a presión de generación 3+. Se consideran los más fiables y seguros.
Todos los reactores de agua a presión del mundo, durante todos los años de funcionamiento, ya han acumulado más de 1.000 años de funcionamiento sin problemas y nunca han dado desviaciones graves. 
La estructura de las centrales nucleares que utilizan reactores de agua a presión implica que entre las barras de combustible circule agua destilada calentada a 320 grados. Para evitar que entre en estado de vapor, se mantiene a una presión de 160 atmósferas. El diagrama de la central nuclear lo llama agua del circuito primario.
El agua calentada ingresa al generador de vapor y cede su calor al agua del circuito secundario, después de lo cual “regresa” nuevamente al reactor. Exteriormente, parece que los tubos de agua del primer circuito están en contacto con otros tubos: el agua del segundo circuito se transfieren calor entre sí, pero las aguas no entran en contacto. Los tubos están en contacto.
Por lo tanto, se excluye la posibilidad de que la radiación ingrese al agua del circuito secundario, que luego participará en el proceso de generación de electricidad.
Seguridad operativa de la central nuclear
Habiendo aprendido el principio de funcionamiento de las centrales nucleares, debemos comprender cómo funciona la seguridad. La construcción de centrales nucleares hoy en día requiere una mayor atención a las normas de seguridad.
Los costes de seguridad de las centrales nucleares representan aproximadamente el 40% del coste total de la propia central. 
El diseño de la central nuclear incluye 4 barreras físicas que impiden la liberación de sustancias radiactivas. ¿Qué se supone que deben hacer estas barreras? En el momento adecuado, poder detener la reacción nuclear, asegurar una eliminación constante de calor del núcleo y del propio reactor y evitar la liberación de radionucleidos más allá de la contención (zona hermética).
- La primera barrera es la resistencia de las bolitas de uranio. Es importante que no sean destruidos por las altas temperaturas en un reactor nuclear. Gran parte del funcionamiento de una central nuclear depende de cómo se “cuecen” los gránulos de uranio durante la etapa inicial de fabricación. Si las pastillas de combustible de uranio no se cuecen correctamente, las reacciones de los átomos de uranio en el reactor serán impredecibles.
- La segunda barrera es la estanqueidad de las barras de combustible. Los tubos de circonio deben estar herméticamente sellados; si se rompe el sello, en el mejor de los casos el reactor se dañará y el trabajo se detendrá; en el peor, todo volará por el aire.
- La tercera barrera es una vasija de reactor de acero duradera. a, (esa misma gran torre - zona hermética) que “sostiene” todos los procesos radiactivos. Si la carcasa resulta dañada, la radiación se escapará a la atmósfera.
- La cuarta barrera son las barras de protección de emergencia. Las barras con moderadores están suspendidas sobre el núcleo mediante imanes, que pueden absorber todos los neutrones en 2 segundos y detener la reacción en cadena.
Si a pesar del diseño de una central nuclear con muchos grados de protección, no es posible enfriar el núcleo del reactor en el momento adecuado y la temperatura del combustible aumenta a 2600 grados, entonces entra en juego la última esperanza del sistema de seguridad. - la llamada trampa de fusión.
El hecho es que a esta temperatura el fondo de la vasija del reactor se derretirá y todos los restos de combustible nuclear y estructuras fundidas fluirán hacia un "vidrio" especial suspendido sobre el núcleo del reactor.
La trampa de fusión está refrigerada y es ignífuga. Está lleno del llamado "material de sacrificio", que detiene gradualmente la reacción en cadena de fisión.
Así, el diseño de una central nuclear implica varios grados de protección, que eliminan casi por completo cualquier posibilidad de accidente.
Cientos de miles de armeros famosos y olvidados de la antigüedad lucharon en busca del arma ideal, capaz de evaporar un ejército enemigo con un solo clic. De vez en cuando, se pueden encontrar huellas de estas búsquedas en cuentos de hadas que describen de manera más o menos plausible una espada milagrosa o un arco que acierta sin fallar.
Afortunadamente, el progreso tecnológico durante mucho tiempo avanzó tan lentamente que la encarnación real del arma devastadora permaneció en los sueños, las historias orales y, más tarde, en las páginas de los libros. El salto científico y tecnológico del siglo XIX proporcionó las condiciones para la creación de la principal fobia del siglo XX. La bomba nuclear, creada y probada en condiciones reales, revolucionó tanto los asuntos militares como los políticos.
Historia de la creación de armas.
Durante mucho tiempo se creyó que las armas más poderosas sólo podían crearse con explosivos. Los descubrimientos de los científicos que trabajaron con las partículas más pequeñas proporcionaron evidencia científica de que con la ayuda partículas elementales Se puede generar una enorme energía. El primero de una serie de investigadores puede llamarse Becquerel, quien en 1896 descubrió la radiactividad de las sales de uranio.
El uranio en sí se conoce desde 1786, pero en ese momento nadie sospechaba de su radiactividad. El trabajo de los científicos de principios del siglo XIX y XX reveló no sólo especiales propiedades físicas, pero también la posibilidad de obtener energía a partir de sustancias radiactivas.
La opción de fabricar armas basadas en uranio fue descrita en detalle por primera vez, publicada y patentada por los físicos franceses Joliot-Curie en 1939.
A pesar de su valor armamentístico, los propios científicos se oponían firmemente a la creación de un arma tan devastadora.
Después de haber pasado por la Segunda Guerra Mundial en la Resistencia, en la década de 1950 la pareja (Frederick e Irene), conscientes del poder destructivo de la guerra, abogó por el desarme general. Cuentan con el apoyo de Niels Bohr, Albert Einstein y otros físicos destacados de la época.
Mientras tanto, mientras los Joliot-Curie se ocupaban del problema de los nazis en París, al otro lado del planeta, en América, se desarrollaba la primera carga nuclear del mundo. Robert Oppenheimer, que dirigió el trabajo, recibió los más amplios poderes y enormes recursos. El final de 1941 marcó el comienzo del Proyecto Manhattan, que finalmente condujo a la creación de la primera ojiva nuclear de combate.
En la ciudad de Los Alamos, Nuevo México, se construyeron las primeras instalaciones de producción de uranio apto para armas. Posteriormente, aparecieron centros nucleares similares en todo el país, por ejemplo en Chicago, en Oak Ridge, Tennessee, y se llevaron a cabo investigaciones en California. Para crear la bomba se dedicaron las mejores fuerzas de los profesores de las universidades estadounidenses, así como de los físicos que huyeron de Alemania.
En el propio "Tercer Reich" se inició el trabajo para crear un nuevo tipo de arma de la manera característica del Führer.
Como "Besnovaty" estaba más interesado en tanques y aviones, y cuanto más mejor, no vio mucha necesidad de una nueva bomba milagrosa.
En consecuencia, los proyectos no apoyados por Hitler avanzaban, en el mejor de los casos, a paso de tortuga.
Cuando las cosas empezaron a ponerse calientes y resultó que los tanques y aviones fueron tragados por el Frente Oriental, la nueva arma milagrosa recibió apoyo. Pero ya era demasiado tarde; en condiciones de bombardeos y miedo constante a las cuñas de los tanques soviéticos, no fue posible crear un dispositivo con un componente nuclear.
Unión Soviética estuvo más atento a la posibilidad de crear un nuevo tipo de arma destructiva. En el período anterior a la guerra, los físicos recopilaron y consolidaron conocimientos generales sobre la energía nuclear y la posibilidad de crear armas nucleares. Los servicios de inteligencia trabajaron intensamente durante todo el período de creación de la bomba nuclear tanto en la URSS como en los Estados Unidos. La guerra jugó un papel importante en la desaceleración del ritmo de desarrollo, ya que se destinaron enormes recursos al frente.
Es cierto que el académico Igor Vasilyevich Kurchatov, con su tenacidad característica, promovió el trabajo de todos los departamentos subordinados en esta dirección. De cara al futuro, será él quien tendrá la tarea de acelerar el desarrollo de armas ante la amenaza de un ataque estadounidense a las ciudades de la URSS. Fue él, de pie sobre la grava de una enorme máquina de cientos y miles de científicos y trabajadores, quien recibiría el título honorífico de padre de la bomba nuclear soviética.
Las primeras pruebas del mundo
Pero volvamos al programa nuclear estadounidense. En el verano de 1945, los científicos estadounidenses lograron crear la primera bomba nuclear del mundo. Cualquier niño que haya fabricado o comprado un potente petardo en una tienda experimenta un tormento extraordinario y quiere hacerlo explotar lo más rápido posible. En 1945, cientos de soldados y científicos estadounidenses experimentaron lo mismo.
El 16 de junio de 1945 tuvo lugar en el desierto de Alamogordo, Nuevo México, la primera prueba de armas nucleares y una de las explosiones más poderosas hasta la fecha.
Los testigos que observaron la explosión desde el búnker quedaron asombrados por la fuerza con la que explotó la carga en lo alto de la torre de acero de 30 metros. Al principio todo estaba inundado de luz, varias veces más fuerte que el sol. Entonces una bola de fuego se elevó hacia el cielo, convirtiéndose en una columna de humo que tomó forma en el famoso hongo.
Tan pronto como el polvo se asentó, los investigadores y creadores de bombas se apresuraron al lugar de la explosión. Observaron las consecuencias desde tanques Sherman con incrustaciones de plomo. Lo que vieron los asombró: ningún arma podría causar tal daño. La arena se derritió hasta convertirse en vidrio en algunos lugares.
También se encontraron pequeños restos de la torre; en un cráter de enorme diámetro, estructuras mutiladas y aplastadas ilustraban claramente el poder destructivo.
Factores dañinos
Esta explosión proporcionó la primera información sobre el poder de la nueva arma, sobre lo que podría utilizar para destruir al enemigo. Estos son varios factores:
- radiación luminosa, destello, capaz de cegar incluso los órganos de la visión protegidos;
- onda de choque, una densa corriente de aire que se mueve desde el centro y destruye la mayoría de los edificios;
- un pulso electromagnético que desactiva la mayoría de los equipos y no permite el uso de comunicaciones por primera vez después de la explosión;
- radiación penetrante, la mayoría factor peligroso para quienes se han refugiado de otros factores dañinos, se divide en irradiación alfa-beta-gamma;
- Contaminación radiactiva que puede afectar negativamente a la salud y la vida durante decenas o incluso cientos de años.
El uso posterior de armas nucleares, incluso en combate, mostró todas las peculiaridades de su impacto sobre los organismos vivos y la naturaleza. El 6 de agosto de 1945 fue el último día para decenas de miles de residentes de la pequeña ciudad de Hiroshima, entonces conocida por varias instalaciones militares importantes.
El resultado de la guerra océano Pacífico Era una conclusión inevitable, pero el Pentágono creía que la operación en el archipiélago japonés costaría más de un millón de vidas de marines estadounidenses. Se decidió matar varios pájaros de un tiro, sacar a Japón de la guerra, ahorrar en la operación de desembarco, probar una nueva arma y anunciarla al mundo entero y, sobre todo, a la URSS.
A la una de la madrugada, el avión que transportaba la bomba nuclear "Baby" despegó para una misión.
La bomba, lanzada sobre la ciudad, explotó a una altitud de aproximadamente 600 metros a las 8.15 horas. Todos los edificios situados a una distancia de 800 metros del epicentro fueron destruidos. Sólo sobrevivieron las paredes de unos pocos edificios, diseñados para resistir un terremoto de magnitud 9.
De cada diez personas que se encontraban en un radio de 600 metros en el momento de la explosión de la bomba, sólo una pudo sobrevivir. La radiación de luz convirtió a las personas en carbón, dejando marcas de sombras en la piedra, una huella oscura del lugar donde se encontraba la persona. La onda expansiva resultante fue tan fuerte que pudo romper cristales a una distancia de 19 kilómetros del lugar de la explosión.
Un adolescente salió disparado de la casa a través de una ventana por una densa corriente de aire; al aterrizar, el chico vio las paredes de la casa doblarse como naipes. A la onda expansiva le siguió un tornado de fuego que destruyó a los pocos residentes que sobrevivieron a la explosión y no tuvieron tiempo de abandonar la zona del incendio. Quienes se encontraban lejos de la explosión comenzaron a experimentar un grave malestar, cuya causa inicialmente no estaba clara para los médicos.
Mucho más tarde, unas semanas después, se anunció el término “intoxicación por radiación”, ahora conocido como enfermedad por radiación.
Más de 280 mil personas fueron víctimas de una sola bomba, tanto directamente por la explosión como por enfermedades posteriores.
El bombardeo de Japón con armas nucleares no terminó ahí. Según el plan, sólo cuatro o seis ciudades serían afectadas, pero las condiciones climáticas sólo permitieron que fuera atacada Nagasaki. En esta ciudad, más de 150 mil personas fueron víctimas de la bomba Fat Man.
Promesas Gobierno americano llevar a cabo tales ataques antes de la rendición de Japón condujo a una tregua y luego a la firma de un acuerdo que puso fin Guerra Mundial. Pero para las armas nucleares esto fue sólo el comienzo.
La bomba más poderosa del mundo.
El período de posguerra estuvo marcado por el enfrentamiento entre el bloque de la URSS y sus aliados con Estados Unidos y la OTAN. En la década de 1940, los estadounidenses consideraron seriamente la posibilidad de atacar a la Unión Soviética. Para contener al antiguo aliado, hubo que acelerar el trabajo de creación de una bomba, y ya en 1949, el 29 de agosto, se puso fin al monopolio estadounidense en armas nucleares. Durante la carrera armamentista, dos ensayos nucleares merecen la mayor atención.
El atolón Bikini, conocido principalmente por sus frívolos trajes de baño, literalmente causó sensación en todo el mundo en 1954 debido a las pruebas de una carga nuclear especialmente poderosa.
Los estadounidenses, habiendo decidido probar un nuevo diseño de armas atómicas, no calcularon la carga. Como resultado, la explosión fue 2,5 veces más potente de lo previsto. Los residentes de las islas cercanas, así como los omnipresentes pescadores japoneses, fueron atacados.
Pero no fue la bomba estadounidense más poderosa. En 1960 se puso en servicio la bomba nuclear B41, pero nunca se sometió a pruebas completas debido a su potencia. La fuerza de la carga se calculó teóricamente, por temor a que un arma tan peligrosa explotara en el lugar de prueba.
La Unión Soviética, a la que le encantaba ser la primera en todo, experimentó en 1961 la llamada "madre de Kuzka".
En respuesta al chantaje nuclear de Estados Unidos, los científicos soviéticos crearon la bomba más poderosa del mundo. Probado en Novaya Zemlya, dejó su huella en casi todos los rincones del mundo. Según se recuerda, en el momento de la explosión se sintió un ligero terremoto en los rincones más apartados.
La onda expansiva, por supuesto, habiendo perdido todo su poder destructivo, pudo rodear la Tierra. Hasta la fecha, esta es la bomba nuclear más poderosa del mundo creada y probada por la humanidad. Por supuesto, si tuviera las manos libres, la bomba nuclear de Kim Jong-un sería más poderosa, pero no tiene la Nueva Tierra para probarla.
Dispositivo de bomba atómica
Consideremos un dispositivo muy primitivo, puramente para comprender, de una bomba atómica. Hay muchas clases de bombas atómicas, pero consideremos tres principales:
- el uranio, basado en el uranio 235, explotó por primera vez sobre Hiroshima;
- el plutonio, basado en el plutonio 239, explotó por primera vez sobre Nagasaki;
- La termonuclear, a veces llamada hidrógeno, basada en agua pesada con deuterio y tritio, afortunadamente no se utiliza contra la población.
Las dos primeras bombas se basan en el efecto de la fisión de núcleos pesados en otros más pequeños mediante una reacción nuclear incontrolada, liberando cantidad inmensa energía. El tercero se basa en la fusión de núcleos de hidrógeno (o más bien sus isótopos de deuterio y tritio) con la formación de helio, que es más pesado en relación con el hidrógeno. Para el mismo peso de bomba, el potencial destructivo de una bomba de hidrógeno es 20 veces mayor.
Si para el uranio y el plutonio es suficiente reunir una masa mayor que la crítica (en la que comienza una reacción en cadena), entonces para el hidrógeno esto no es suficiente.
Para unir de forma fiable varias piezas de uranio en una sola, se utiliza un efecto de cañón, en el que piezas más pequeñas de uranio se disparan en otras más grandes. También se puede utilizar pólvora, pero para mayor fiabilidad se utilizan explosivos de baja potencia.
En una bomba de plutonio, para crear las condiciones necesarias para una reacción en cadena, se colocan explosivos alrededor de lingotes que contienen plutonio. Debido al efecto acumulativo, así como al iniciador de neutrones ubicado en el mismo centro (berilio con varios miligramos de polonio) las condiciones necesarias se logran.
Tiene una carga principal, que no puede explotar por sí sola, y un fusible. Para crear las condiciones para la fusión de los núcleos de deuterio y tritio, necesitamos presiones y temperaturas inimaginables en al menos un punto. A continuación, se producirá una reacción en cadena.
Para crear tales parámetros, la bomba incluye una carga nuclear convencional, pero de baja potencia, que actúa como espoleta. Su detonación crea las condiciones para el inicio de una reacción termonuclear.
Para estimar la potencia de una bomba atómica se utiliza el llamado “equivalente de TNT”. Una explosión es una liberación de energía, el explosivo más famoso del mundo es el TNT (TNT - trinitrotolueno), y todos los nuevos tipos de explosivos se le equiparan. Bomba "Baby" - 13 kilotones de TNT. Eso equivale a 13000.
Bomba "Fat Man" - 21 kilotones, "Tsar Bomba" - 58 megatones de TNT. Da miedo pensar en 58 millones de toneladas de explosivos concentrados en una masa de 26,5 toneladas, ese es el peso que tiene esta bomba.
El peligro de una guerra nuclear y de desastres nucleares
Aparecidas en medio de la peor guerra del siglo XX, las armas nucleares se convirtieron en el mayor peligro para la humanidad. Inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial, comenzó la Guerra Fría, que en varias ocasiones casi desembocó en un conflicto nuclear en toda regla. La amenaza del uso de bombas y misiles nucleares por parte de al menos una de las partes comenzó a discutirse ya en los años cincuenta.
Todos entendieron y comprenden que no puede haber ganadores en esta guerra.
Para contenerlo, muchos científicos y políticos han hecho y están haciendo esfuerzos para contenerlo. Universidad de Chicago, utilizando las opiniones de científicos nucleares invitados, incluidos premios Nobel, pone el Reloj del Juicio Final unos minutos antes de la medianoche. La medianoche significa un cataclismo nuclear, el comienzo de una nueva Guerra Mundial y la destrucción del viejo mundo. EN diferentes años Las manecillas del reloj oscilaban entre 17 y 2 minutos hasta la medianoche.
También se conocen varios accidentes importantes que ocurrieron en centrales nucleares. Estos desastres tienen una relación indirecta con las armas; las centrales nucleares siguen siendo diferentes de las bombas nucleares, pero demuestran perfectamente los resultados del uso del átomo con fines militares. El mayor de ellos:
- 1957, accidente de Kyshtym, debido a un fallo en el sistema de almacenamiento se produjo una explosión cerca de Kyshtym;
- 1957, Gran Bretaña, en el noroeste de Inglaterra, no se realizaron controles de seguridad;
- 1979, EE.UU., debido a una fuga detectada inoportunamente, se produjo una explosión y liberación de una central nuclear;
- 1986, tragedia en Chernobyl, explosión de la cuarta unidad de potencia;
- 2011, accidente en la estación de Fukushima, Japón.
Cada una de estas tragedias dejó una profunda huella en el destino de cientos de miles de personas y convirtió zonas enteras en zonas no residenciales bajo control especial.
Hubo incidentes que casi cuestan el inicio de un desastre nuclear. Los submarinos nucleares soviéticos han sufrido repetidamente accidentes relacionados con reactores a bordo. Los estadounidenses lanzaron un bombardero Superfortress con dos bombas nucleares Mark 39 a bordo, con una potencia de 3,8 megatones. Pero el “sistema de seguridad” activado no permitió que las cargas detonaran y se evitó el desastre.
Armas nucleares pasadas y presentes
Hoy está claro para cualquiera que guerra nuclear destruirá a la humanidad moderna. Mientras tanto, el deseo de poseer armas nucleares y entrar en el club nuclear, o mejor dicho, irrumpir en él derribando la puerta, todavía excita las mentes de algunos líderes estatales.
India y Pakistán crearon armas nucleares sin permiso y los israelíes ocultan la presencia de una bomba.
Para algunos, poseer una bomba nuclear es una forma de demostrar su importancia en el escenario internacional. Para otros, es una garantía de no interferencia de la democracia alada u otros factores externos. Pero lo principal es que estas reservas no se utilizan para lo que realmente fueron creadas.
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