Hilfe zu Tele2, Tarife, Fragen

Der ganze Großteil des Intercontinental ballistische Rakete, Dutzende Meter und Tonnen hochbelastbarer Legierungen, High-Tech-Treibstoff und fortschrittliche Elektronik werden nur für eine Sache benötigt - um einen Sprengkopf an sein Ziel zu bringen: einen anderthalb Meter hohen und an der Basis dicken Kegel mit einem Menschen Karosserie.

Werfen wir einen Blick auf einen typischen Gefechtskopf (in Wirklichkeit kann es Designunterschiede zwischen Gefechtsköpfen geben). Dies ist ein Kegel aus leichten, haltbaren Legierungen. Im Inneren gibt es Schotte, Spanten, Powerframe – fast alles ist wie in einem Flugzeug. Der Kraftrahmen ist mit einer starken Metallummantelung bedeckt. Auf die Haut wird eine dicke Schicht Hitzeschutzlack aufgetragen. Es sieht aus wie ein uralter neolithischer Korb, großzügig mit Ton bestrichen und in den ersten Experimenten des Menschen mit Hitze und Keramik gebrannt. Die Ähnlichkeit ist leicht zu erklären: Sowohl der Korb als auch der Gefechtskopf müssen der äußeren Hitze standhalten.

Im Inneren des Kegels, auf ihren "Sitzen" befestigt, befinden sich zwei "Hauptpassagiere", für die alles gestartet wird: eine thermonukleare Ladung und eine Ladungssteuereinheit oder eine Automatisierungseinheit. Sie sind erstaunlich kompakt. Die Automatisierungseinheit hat die Größe eines Fünf-Liter-Glases mit eingelegten Gurken, und die Ladung hat die Größe eines gewöhnlichen Garteneimers. Schwer und schwer, die Vereinigung einer Dose und eines Eimers wird bei dreihundertfünfzig bis vierhundert Kilotonnen explodieren. Zwei Passagiere sind durch eine Verbindung miteinander verbunden, da siamesische Zwillinge, und durch diese Verbindung wird ständig etwas ausgetauscht. Ihr Dialog geht die ganze Zeit weiter, selbst wenn die Rakete im Kampfeinsatz ist, selbst wenn diese Zwillinge gerade aus der Produktionsstätte transportiert werden.

Es gibt auch einen dritten Passagier - einen Block zum Messen der Bewegung eines Sprengkopfs oder zum allgemeinen Steuern seines Fluges. Im letzteren Fall sind funktionierende Bedienelemente in den Gefechtskopf eingebaut, mit denen Sie die Flugbahn ändern können. Zum Beispiel ausführende pneumatische Systeme oder Pulversysteme. Und auch ein elektrisches Bordnetz mit Stromquellen, Kommunikationsleitungen mit einer Stufe in Form von geschützten Kabeln und Steckern, Schutz vor elektromagnetischen Impulsen und einem Temperaturkontrollsystem - Aufrechterhaltung der gewünschten Ladetemperatur.

Die Technologie, mit der die Sprengköpfe von der Rakete getrennt und auf eigene Bahnen gelegt werden, ist ein eigenes großes Thema, über das sich Bücher schreiben lassen.

Lassen Sie uns zunächst erklären, was "nur eine Kampfeinheit" ist. Dies ist ein Gerät, das physisch eine thermonukleare Ladung an Bord einer Interkontinentalrakete enthält. Die Rakete hat einen sogenannten Sprengkopf, der einen, zwei oder mehrere Sprengköpfe enthalten kann. Wenn es mehrere gibt, wird der Gefechtskopf als Mehrfachgefechtskopf (MIRV) bezeichnet.

Innerhalb des MIRV befindet sich eine sehr komplexe Einheit (sie wird auch als Entkopplungsplattform bezeichnet), die, nachdem die Trägerrakete die Atmosphäre verlassen hat, beginnt, eine Reihe von programmierten Aktionen zur individuellen Führung und Trennung der darauf befindlichen Sprengköpfe auszuführen. Gefechtsformationen werden im Weltraum aus Blöcken und Ködern aufgebaut, die sich zunächst ebenfalls auf der Plattform befinden. Somit wird jeder Block auf einer Flugbahn angezeigt, die sicherstellt, dass er ein bestimmtes Ziel auf der Erdoberfläche trifft.

Kampfblöcke sind unterschiedlich. Diejenigen, die sich nach der Trennung von der Plattform entlang ballistischer Flugbahnen bewegen, werden als unkontrollierbar bezeichnet. Kontrollierte Sprengköpfe beginnen nach der Trennung, "ihr eigenes Leben zu leben". Sie sind mit Orientierungsmotoren zum Manövrieren im Weltraum, aerodynamischen Steuerflächen zum Steuern des Flugs in der Atmosphäre, einem Trägheitskontrollsystem, mehreren Rechengeräten, einem Radar mit eigenem Computer ... und natürlich einer Kampfladung ausgestattet .

Eine praktisch gesteuerte Kampfeinheit kombiniert die Eigenschaften eines unbemannten Raumfahrzeugs und eines unbemannten Hyperschallflugzeugs. Alle Aktionen sowohl im Weltraum als auch während des Fluges in der Atmosphäre muss dieses Gerät autonom durchführen.

Nach der Trennung von der Brutplattform fliegt der Gefechtskopf relativ lange in sehr großer Höhe – im All. Zu diesem Zeitpunkt führt das Steuerungssystem der Einheit eine ganze Reihe von Neuorientierungen durch, um die Voraussetzungen dafür zu schaffen genaue Definition eigene Bewegungsparameter, die das Überwinden der Zone des Möglichen erleichtern nukleare Explosionen Raketenabwehr …
Vor dem Eintritt in die obere Atmosphäre berechnet der Bordcomputer die erforderliche Ausrichtung des Gefechtskopfs und führt sie durch. Etwa im gleichen Zeitraum finden Sitzungen zur Bestimmung des tatsächlichen Standorts mit Radar statt, für die auch einige Manöver durchgeführt werden müssen. Dann wird die Ortungsantenne gezündet und der atmosphärische Bewegungsabschnitt für den Gefechtskopf beginnt.

Unten, vor dem Gefechtskopf, gab es einen riesigen, kontrastreich leuchtenden aus gewaltigen Höhen, bedeckt mit einem blauen Sauerstoffdunst, bedeckt mit Aerosolsuspensionen, dem grenzenlosen und grenzenlosen fünften Ozean. Der Gefechtskopf dreht sich langsam und kaum merklich von den Resteffekten der Trennung ab und setzt seinen Abstieg entlang einer sanften Flugbahn fort. Aber dann zog eine sehr ungewöhnliche Brise sanft in ihre Richtung. Er berührte es ein wenig - und machte sich bemerkbar, bedeckte den Körper mit einer dünnen, nach hinten gerichteten Welle aus blassblauweißem Leuchten. Diese Welle hat eine atemberaubend hohe Temperatur, aber sie verbrennt den Gefechtskopf noch nicht, da sie zu körperlos ist. Der Wind, der über den Gefechtskopf weht, ist elektrisch leitfähig. Die Geschwindigkeit des Kegels ist so hoch, dass er bei seinem Aufprall Luftmoleküle buchstäblich in elektrisch geladene Bruchstücke zerkleinert und es zu einer Aufprallionisierung der Luft kommt. Diese Plasmabrise wird Hyperschall-High-Mach-Strömung genannt, und ihre Geschwindigkeit ist zwanzigmal so schnell wie die Schallgeschwindigkeit.

Durch die hohe Verdünnung ist die Brise in den ersten Sekunden kaum wahrnehmbar. Mit einer Vertiefung in die Atmosphäre wächst und verdichtet es sich zunächst mehr, als dass es Druck auf den Gefechtskopf ausübt. Aber allmählich beginnt sie, ihren Kegel mit Gewalt zu komprimieren. Die Strömung dreht die Gefechtskopfnase nach vorne. Er dreht sich nicht sofort - der Kegel schwingt leicht hin und her, verlangsamt seine Schwingungen allmählich und stabilisiert sich schließlich.

Beim Abstieg kondensiert die Strömung, übt immer mehr Druck auf den Gefechtskopf aus und verlangsamt seinen Flug. Beim Abbremsen sinkt die Temperatur allmählich. Von den enormen Werten am Anfang des Eingangs, dem weiß-blauen Leuchten von Zehntausenden von Kelvin, bis hin zum gelb-weißen Leuchten von fünf- bis sechstausend Grad. Dies ist die Temperatur der Oberflächenschichten der Sonne. Das Leuchten wird blendend, weil die Dichte der Luft schnell zunimmt und damit die Wärme in die Wände des Gefechtskopfs fließt. Das Hitzeschild verkohlt und beginnt zu brennen.

Es brennt überhaupt nicht durch Reibung gegen Luft, wie oft fälschlicherweise behauptet wird. Aufgrund der enormen Hyperschallgeschwindigkeit der Bewegung (jetzt fünfzehnmal schneller als der Schall) divergiert ein weiterer Kegel in der Luft von der Oberseite des Rumpfes - eine Schockwelle, als würde sie einen Sprengkopf umschließen. Die einströmende Luft, die in den Stoßwellenkegel gelangt, wird sofort um ein Vielfaches verdichtet und fest gegen die Oberfläche des Gefechtskopfs gedrückt. Durch krampfhafte, augenblickliche und wiederholte Kompression springt seine Temperatur sofort auf mehrere tausend Grad. Der Grund dafür ist die wahnsinnige Geschwindigkeit des Geschehens, die transzendente Dynamik des Prozesses. Die gasdynamische Kompression der Strömung und nicht die Reibung wärmt jetzt die Seiten des Gefechtskopfs auf.

Am schlimmsten ist der Bogen. Es entsteht die größte Verdichtung der Anströmung. Die Zone dieses Siegels bewegt sich leicht nach vorne, als würde sie sich vom Körper lösen. Und es wird nach vorne gehalten und nimmt die Form einer dicken Linse oder eines Kissens an. Diese Formation wird als "abgelöste Bugstoßwelle" bezeichnet. Sie ist um ein Vielfaches dicker als die übrige Oberfläche des Stoßwellenkegels um den Gefechtskopf. Die frontale Verdichtung der Anströmung ist hier am stärksten. Daher hat die abgelöste Bugstoßwelle die höchste Temperatur und die höchste Wärmedichte. Diese kleine Sonne verbrennt die Nase des Gefechtskopfes auf strahlende Weise - sie strahlt Hitze von sich selbst direkt in die Nase des Rumpfes ab und verursacht schwere Verbrennungen der Nase. Daher gibt es die dickste Wärmeschutzschicht. Es ist die Kopfstoßwelle, die in einer dunklen Nacht das Gebiet viele Kilometer um einen in der Atmosphäre fliegenden Sprengkopf erhellt.

Dem gleichen Ziel verpflichtet

Die thermonukleare Ladung und die Steuereinheit kommunizieren ständig miteinander. Dieser "Dialog" beginnt unmittelbar nach der Installation eines Sprengkopfes auf einer Rakete und endet im Moment einer nuklearen Explosion. Während dieser ganzen Zeit bereitet das Steuersystem die Ladung für den Betrieb vor, wie ein Trainer - ein Boxer für einen verantwortungsvollen Kampf. Und gibt im richtigen Moment den letzten und wichtigsten Befehl.

Wenn eine Rakete in den Kampfeinsatz versetzt wird, wird ihre Ladung zu einem kompletten Satz ausgerüstet: ein gepulster Neutronenaktivator, Zünder und andere Ausrüstung werden installiert. Aber er ist noch nicht bereit für die Explosion. Jahrzehntelang eine Atomrakete in einer Mine oder auf einer mobilen Trägerrakete jederzeit explodieren zu lassen, ist einfach gefährlich.

Daher versetzt das Steuersystem während des Fluges die Ladung in einen Zustand der Explosionsbereitschaft. Dies geschieht schrittweise mit komplexen sequentiellen Algorithmen, die auf zwei Hauptbedingungen basieren: der Zuverlässigkeit der Bewegung zum Ziel und der Kontrolle über den Prozess. Weicht einer dieser Faktoren von den berechneten Werten ab, wird die Vorbereitung abgebrochen. Die Elektronik überführt die Ladung in einen immer höheren Bereitschaftsgrad, um an der errechneten Stelle den Befehl zum Handeln zu geben.

Und wenn ein Kampfbefehl zur Detonation von der Steuereinheit zu einer vollständig bereiten Ladung kommt, erfolgt die Explosion sofort und sofort. Ein Sprengkopf, der mit der Geschwindigkeit einer Scharfschützenkugel fliegt, passiert nur ein paar Hundertstel Millimeter und hat keine Zeit, sich selbst um die Dicke eines menschlichen Haares im Raum zu verschieben, wenn eine thermonukleare Reaktion beginnt, sich entwickelt, vollständig vergeht und bereits ist abgeschlossen in seiner Ladung, Hervorhebung aller Nennleistung.

Nachdem sich der Sprengkopf sowohl außen als auch innen stark verändert hatte, gelangte er in die Troposphäre - die letzten zehn Kilometer Höhe. Sie hat stark gebremst. Hyperschallflug degenerierte zu Überschall-Mach 3-4. Der Gefechtskopf leuchtet bereits schwach, verblasst und nähert sich dem Zielpunkt.

Eine Explosion auf der Erdoberfläche ist selten geplant – nur bei im Boden versenkten Objekten wie Raketensilos. Die meisten Ziele liegen an der Oberfläche. Und für ihre größte Niederlage wird die Explosion je nach Ladungsstärke in einer bestimmten Höhe ausgeführt. Für taktische zwanzig Kilotonnen sind dies 400-600 m. Für eine strategische Megatonne beträgt die optimale Explosionshöhe 1200 m. Warum? Von der Explosion gehen zwei Wellen durch das Gebiet. Näher am Epizentrum trifft die Druckwelle früher. Es wird fallen und reflektiert werden, zu den Seiten abprallen, wo es mit einer frischen Welle verschmelzen wird, die gerade von oben gekommen ist, vom Punkt der Explosion. Zwei Wellen - vom Zentrum der Explosion einfallend und von der Oberfläche reflektiert - summieren sich und bilden die stärkste Schockwelle in der Oberflächenschicht, dem Hauptfaktor der Zerstörung.

Bei Teststarts erreicht der Gefechtskopf in der Regel ungehindert den Boden. An Bord ist ein halbes Zentner Sprengstoff, der im Herbst gezündet wurde. Wozu? Erstens ist der Gefechtskopf ein geheimes Objekt und muss nach Gebrauch sicher zerstört werden. Zweitens ist es für die Messsysteme der Deponie notwendig – für die betriebliche Erfassung der Aufprallstelle und Messung von Abweichungen.

Ein Multimeter-Räuchertrichter rundet das Bild ab. Aber vorher, ein paar Kilometer vor dem Aufprall, wird eine gepanzerte Speicherkassette mit einer Aufzeichnung von allem, was während des Fluges an Bord aufgezeichnet wurde, aus dem Testgefechtskopf geschossen. Dieses gepanzerte Flash-Laufwerk schützt vor dem Verlust von Bordinformationen. Sie wird später gefunden, wenn ein Hubschrauber mit einer speziellen Suchgruppe eintrifft. Und sie werden die Ergebnisse eines fantastischen Fluges aufzeichnen.

Der Kernreaktor arbeitet reibungslos und genau. Sonst gibt es bekanntlich Ärger. Aber was geht drinnen vor? Versuchen wir, das Funktionsprinzip eines Kern-(Atom-)Reaktors kurz, klar und mit Stopps zu formulieren.

Tatsächlich läuft dort der gleiche Vorgang ab wie bei einer Atomexplosion. Nur jetzt tritt die Explosion sehr schnell auf, und im Reaktor erstreckt sich das alles lange Zeit. Am Ende bleibt alles sicher und gesund und wir bekommen Energie. Nicht so sehr, dass alles drum herum sofort zerschmettert wurde, aber genug, um die Stadt mit Strom zu versorgen.

Bevor Sie verstehen können, wie eine kontrollierte Kernreaktion funktioniert, müssen Sie wissen, was Kernreaktion allgemein.

Kernreaktion - Dies ist der Prozess der Umwandlung (Spaltung) von Atomkernen während ihrer Wechselwirkung mit Elementarteilchen und Gammaquanten.

Kernreaktionen können sowohl unter Aufnahme als auch unter Abgabe von Energie ablaufen. Im Reaktor werden Zweitreaktionen eingesetzt.

Kernreaktor - Dies ist ein Gerät, dessen Zweck es ist, eine kontrollierte Kernreaktion unter Freisetzung von Energie aufrechtzuerhalten.

Oft wird ein Kernreaktor auch als Kernreaktor bezeichnet. Beachten Sie, dass es hier keinen grundlegenden Unterschied gibt, aber aus wissenschaftlicher Sicht ist es richtiger, das Wort "nuklear" zu verwenden. Mittlerweile gibt es viele Arten von Kernreaktoren. Dies sind riesige Industriereaktoren, die zur Energieerzeugung in Kraftwerken und Kernreaktoren ausgelegt sind U-Boote, kleine experimentelle Reaktoren, die in wissenschaftlichen Experimenten verwendet werden. Es gibt sogar Reaktoren zur Entsalzung von Meerwasser.

Die Geschichte der Entstehung eines Kernreaktors

Der erste Kernreaktor wurde im nicht allzu fernen Jahr 1942 gestartet. Es geschah in den USA unter der Führung von Fermi. Dieser Reaktor wurde "Chicago Woodpile" genannt.

1946 ging der erste sowjetische Reaktor unter der Leitung von Kurtschatow in Betrieb. Der Körper dieses Reaktors war eine Kugel mit einem Durchmesser von sieben Metern. Die ersten Reaktoren hatten kein Kühlsystem und ihre Leistung war minimal. Übrigens hatte der sowjetische Reaktor eine durchschnittliche Leistung von 20 Watt, während der amerikanische nur 1 Watt hatte. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Leistung moderner Leistungsreaktoren liegt bei 5 Gigawatt. Weniger als zehn Jahre nach dem Start des ersten Reaktors wurde in der Stadt Obninsk das weltweit erste industrielle Kernkraftwerk eröffnet.

Das Funktionsprinzip eines Kern(atom)reaktors

Jeder Kernreaktor besteht aus mehreren Teilen: Ader mit Kraftstoff und Moderator , Neutronenreflektor , Kühlmittel , Kontroll- und Schutzsystem . Isotope sind die am häufigsten verwendeten Brennstoffe in Reaktoren. Uran (235, 238, 233), Plutonium (239) und Thorium (232). Die aktive Zone ist ein Kessel, durch den gewöhnliches Wasser (Kühlmittel) fließt. Unter anderen Kühlmitteln werden „schweres Wasser“ und flüssiger Graphit weniger häufig verwendet. Wenn wir über den Betrieb eines Kernkraftwerks sprechen, dann wird ein Kernreaktor zur Wärmeerzeugung verwendet. Der Strom selbst wird nach dem gleichen Verfahren wie in anderen Kraftwerkstypen erzeugt - Dampf dreht die Turbine und die Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Unten ist ein Diagramm des Betriebs eines Kernreaktors.

Wie wir bereits gesagt haben, entstehen beim Zerfall eines schweren Urankerns leichtere Elemente und einige Neutronen. Die dabei entstehenden Neutronen kollidieren mit anderen Kernen, wodurch diese ebenfalls gespalten werden. In diesem Fall wächst die Zahl der Neutronen wie eine Lawine.

Es muss hier erwähnt werden Neutronenmultiplikationsfaktor . Wenn also dieser Koeffizient einen Wert von eins überschreitet, kommt es zu einer nuklearen Explosion. Ist der Wert kleiner als eins, gibt es zu wenig Neutronen und die Reaktion stirbt ab. Wenn Sie jedoch den Wert des Koeffizienten gleich eins halten, wird die Reaktion lange und stabil ablaufen.

Die Frage ist, wie man es macht? Im Reaktor befindet sich der Brennstoff in der sog Brennelemente (TVELah). Das sind Stäbchen, in denen in Form von kleinen Tabletten Kernbrennstoff . Die Brennstäbe sind zu sechseckigen Kassetten verbunden, von denen es Hunderte im Reaktor geben kann. Kassetten mit Brennstäben sind vertikal angeordnet, während jeder Brennstab über ein System verfügt, mit dem Sie die Tiefe seines Eintauchens in den Kern einstellen können. Darunter sind neben den Kassetten selbst auch Kontrollstäbe und Notschutzstangen . Die Stäbe bestehen aus einem Material, das Neutronen gut absorbiert. So können die Steuerstäbe auf unterschiedliche Tiefen im Kern abgesenkt werden, wodurch der Neutronenmultiplikationsfaktor eingestellt wird. Die Notgestänge dienen dazu, den Reaktor im Notfall abzuschalten.

Wie wird ein Kernreaktor gestartet?

Wir haben das Funktionsprinzip herausgefunden, aber wie kann man den Reaktor starten und zum Laufen bringen? Grob gesagt, hier ist es - ein Stück Uran, aber eine Kettenreaktion startet darin nicht von selbst. Tatsache ist, dass es in der Kernphysik ein Konzept gibt kritische Masse .

Die kritische Masse ist die Masse an spaltbarem Material, die zum Starten einer nuklearen Kettenreaktion erforderlich ist.

Mit Hilfe von Brennelementen und Steuerstäben wird im Reaktor zunächst eine kritische Masse an Kernbrennstoff erzeugt und anschließend der Reaktor in mehreren Stufen auf das optimale Leistungsniveau gebracht.

In diesem Artikel haben wir versucht, Ihnen einen allgemeinen Überblick über den Aufbau und das Funktionsprinzip eines Kern(atom)reaktors zu geben. Wenn Sie Fragen zum Thema haben oder der Hochschule ein Problem in der Kernphysik gestellt haben, wenden Sie sich bitte an Spezialisten unseres Unternehmens. Wir sind wie gewohnt bereit, Ihnen bei der Lösung aller drängenden Probleme Ihres Studiums zu helfen. In der Zwischenzeit tun wir dies, Ihre Aufmerksamkeit ist ein weiteres Lehrvideo!

Explosive Natur

Der Urankern enthält 92 Protonen. Natürliches Uran ist hauptsächlich eine Mischung aus zwei Isotopen: U238 (mit 146 Neutronen im Kern) und U235 (143 Neutronen), wobei letzteres nur 0,7 % in natürlichem Uran ausmacht. Chemische Eigenschaften Isotope sind absolut identisch, daher ist es unmöglich, sie mit chemischen Methoden zu trennen, aber der Massenunterschied (235 und 238 Einheiten) ermöglicht dies mit physikalischen Methoden: Eine Mischung von Uranen wird in Gas umgewandelt (Uranhexafluorid) und dann durch unzählige poröse Trennwände gepumpt. Obwohl die Isotope des Urans weder optisch noch chemisch zu unterscheiden sind, sind sie in den Eigenschaften ihrer nuklearen Eigenschaften durch einen Abgrund getrennt.

Der Spaltvorgang von U238 wird bezahlt: Ein von außen eintreffendes Neutron muss eine Energie von 1 MeV oder mehr mitbringen. Und U235 ist desinteressiert: Für die Anregung und den anschließenden Zerfall wird vom ankommenden Neutron nichts benötigt, seine Bindungsenergie im Kern reicht völlig aus.

Wenn ein Neutron auf einen spaltbaren Kern trifft, entsteht eine instabile Verbindung, die aber sehr schnell (in 10 14 c) zwei oder drei neue Neutronen emittiert, so dass sich die Zahl der spaltbaren Kerne mit der Zeit vervielfachen kann (eine solche Reaktion nennt man a Kettenreaktion). Dies ist nur in U235 möglich, denn das gierige U238 will sich nicht von seinen eigenen Neutronen abspalten, deren Energie eine Größenordnung kleiner als 1 MeV ist. Die kinetische Energie von Teilchen - Spaltprodukten übersteigt um viele Größenordnungen die Energie, die bei jedem Akt einer chemischen Reaktion freigesetzt wird, bei der sich die Zusammensetzung der Kerne nicht ändert.

Kritische Versammlung

Spaltprodukte sind instabil und brauchen lange, um „zur Besinnung zu kommen“, wobei verschiedene Strahlungen (einschließlich Neutronen) emittiert werden. Neutronen, die nach einer beträchtlichen Zeit (bis zu zehn Sekunden) nach der Spaltung emittiert werden, werden als verzögerte Neutronen bezeichnet, und obwohl ihr Anteil im Vergleich zu sofortigen Neutronen gering ist (weniger als 1%), spielen sie beim Betrieb von Nuklearanlagen eine Rolle das wichtigste.

Spaltprodukte bei zahlreichen Kollisionen mit umgebenden Atomen geben ihnen ihre Energie und erhöhen die Temperatur. Nachdem Neutronen in der Anordnung mit dem spaltbaren Material aufgetreten sind, kann die Wärmefreisetzungsleistung zunehmen oder abnehmen, und die Parameter der Anordnung, in der die Anzahl der Spaltungen pro Zeiteinheit konstant ist, werden als kritisch bezeichnet. Die Kritikalität der Anordnung kann sowohl bei einer großen als auch bei einer kleinen Neutronenzahl (bei entsprechend höherer oder niedrigerer Wärmefreisetzungsrate) aufrechterhalten werden. Die thermische Leistung wird erhöht, indem entweder von außen zusätzliche Neutronen in die kritische Anordnung gepumpt werden, oder indem die Anordnung überkritisch gemacht wird (dann werden zusätzliche Neutronen von immer mehr Generationen spaltbarer Kerne geliefert). Wenn es beispielsweise erforderlich ist, die thermische Leistung des Reaktors zu erhöhen, wird er auf ein solches Regime gebracht, wenn jede Generation prompter Neutronen etwas weniger zahlreich ist als die vorherige, aber aufgrund verzögerter Neutronen der Reaktor kaum merklich durchgeht kritischer Zustand. Dann geht er nicht in die Beschleunigung, sondern gewinnt langsam an Leistung – damit sein Wachstum zum richtigen Zeitpunkt durch das Einbringen von Neutronenabsorbern (Cadmium- oder Bor-haltige Stäbchen) gestoppt werden kann.

Durch Spaltung erzeugte Neutronen fliegen oft an den umgebenden Kernen vorbei, ohne eine zweite Spaltung zu verursachen. Je näher an der Oberfläche des Materials ein Neutron geboren wird, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es aus dem spaltbaren Material herausfliegt und nie wieder zurückkommt. Daher die Montageform, die spart die größte Zahl Neutronen, ist eine Kugel: Für eine gegebene Materiemasse hat sie eine minimale Oberfläche. Eine nicht umschlossene (einzelne) Kugel aus 94 % U235 ohne Hohlräume im Inneren wird bei einer Masse von 49 kg und einem Radius von 85 mm kritisch. Wenn die Anordnung desselben Urans ein Zylinder mit einer Länge gleich dem Durchmesser ist, wird es bei einer Masse von 52 kg kritisch. Auch die Oberfläche nimmt mit zunehmender Dichte ab. Daher kann eine explosionsartige Kompression, ohne die Menge an spaltbarem Material zu verändern, die Baugruppe in einen kritischen Zustand bringen. Es ist dieser Prozess, der dem weit verbreiteten Design einer Nuklearladung zugrunde liegt.

Kugelmontage

Aber meistens wird nicht Uran, sondern Plutonium-239 in Atomwaffen verwendet. Es wird in Reaktoren durch Bestrahlung von Uran-238 mit starken Neutronenflüssen hergestellt. Plutonium kostet etwa sechsmal mehr als U235, aber bei der Spaltung emittiert der Pu239-Kern durchschnittlich 2,895 Neutronen - mehr als U235 (2,452). Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit der Spaltung von Plutonium höher. All dies führt dazu, dass die einzelne Pu239-Kugel bei fast einem Drittel weniger Masse als die Urankugel und vor allem bei einem kleineren Radius kritisch wird, was es ermöglicht, die Abmessungen der kritischen Baugruppe zu reduzieren.

Die Baugruppe besteht aus zwei sorgfältig zusammengefügten Hälften in Form einer Kugelschicht (innen hohl); es ist offensichtlich unterkritisch - selbst für thermische Neutronen und selbst nachdem es von einem Moderator umgeben ist. Um die Anordnung von sehr genau eingepassten Sprengstoffblöcken herum ist eine Ladung montiert. Um Neutronen zu sparen, muss die edle Form der Kugel während der Explosion erhalten bleiben – dazu muss die Sprengstoffschicht gleichzeitig über ihre gesamte Außenfläche unterminiert werden, wodurch die Anordnung gleichmäßig komprimiert wird. Es wird allgemein angenommen, dass dies viele elektrische Zünder erfordert. Dies war jedoch nur in den Anfängen des "Bombenangriffs": Für den Betrieb vieler Dutzend Zünder waren viel Energie und eine beträchtliche Größe des Zündsystems erforderlich. In modernen Ladungen werden mehrere Zünder verwendet, die durch eine spezielle Technik mit ähnlichen Eigenschaften ausgewählt wurden, aus denen ein hochstabiler (in Bezug auf die Detonationsgeschwindigkeit) Sprengstoff in Rillen abgefeuert wird, die in eine Polycarbonatschicht (deren Form auf einer kugelförmigen Oberfläche) gefräst ist wird mit Riemann-Geometriemethoden berechnet). Die Detonation mit einer Geschwindigkeit von ca. 8 km/s wird in absolut gleichen Abständen entlang der Rillen verlaufen, gleichzeitig die Löcher erreichen und die Hauptladung untergraben - gleichzeitig an allen erforderlichen Stellen.

Knall nach innen

Eine nach innen gerichtete Explosion komprimiert die Baugruppe mit über einer Million Atmosphären Druck. Die Oberfläche der Anordnung nimmt ab, der innere Hohlraum verschwindet fast im Plutonium, die Dichte nimmt zu, und zwar sehr schnell – in zehn Mikrosekunden überspringt die komprimierbare Anordnung den kritischen Zustand bei thermischen Neutronen und wird bei schnellen Neutronen deutlich überkritisch.

Nach einer Zeit, die durch eine vernachlässigbare Zeit unbedeutender Verzögerung schneller Neutronen bestimmt ist, fügt jede ihrer neuen, zahlreicheren Generationen 202 MeV Energie durch Spaltung der Versammlungsmaterie hinzu, die bereits unter ungeheurem Druck platzt. Im Maßstab der auftretenden Phänomene ist die Festigkeit selbst der besten legierten Stähle so gering, dass es niemandem einfällt, sie bei der Berechnung der Dynamik einer Explosion zu berücksichtigen. Das einzige, was verhindert, dass die Baugruppe auseinanderfliegt, ist Trägheit: Um eine Plutoniumkugel in zehn Nanosekunden um nur 1 cm auszudehnen, muss der Substanz eine Beschleunigung verliehen werden, die zehn Billionen Mal größer ist als die Beschleunigung von frei fallen, und das ist nicht einfach.

Am Ende fliegt die Materie trotzdem auseinander, die Spaltung stoppt, aber der Prozess endet nicht dort: Die Energie wird zwischen den ionisierten Bruchstücken der getrennten Kerne und anderen bei der Spaltung emittierten Teilchen umverteilt. Ihre Energie liegt in der Größenordnung von zehn und sogar hundert MeV, aber nur elektrisch neutrale hochenergetische Gammaquanten und Neutronen haben eine Chance, der Wechselwirkung mit Materie auszuweichen und „zu entkommen“. Geladene Teilchen verlieren bei Stößen und Ionisationen schnell Energie. Dabei wird Strahlung emittiert – allerdings nicht mehr hartkernig, sondern weicher, mit einer um drei Größenordnungen niedrigeren Energie, aber immer noch mehr als ausreichend, um Elektronen aus Atomen herauszuschlagen – nicht nur aus äußeren Hüllen, sondern allgemein alles. Ein Durcheinander aus nackten Kernen, ihnen entzogene Elektronen und Strahlung mit einer Dichte von Gramm pro Kubikzentimeter (versuchen Sie sich vorzustellen, wie gut Sie unter Licht bräunen können, das die Dichte von Aluminium angenommen hat!) – all das war vorhin noch eine Ladung - kommt in eine Art Gleichgewicht. In einem sehr jungen Feuerball stellt sich eine Temperatur in der Größenordnung von mehreren zehn Millionen Grad ein.

Feuerball

Es scheint, dass selbst weiche, sich aber mit Lichtgeschwindigkeit bewegende Strahlung die Substanz, die sie erzeugt hat, weit hinter sich lassen sollte, aber das ist nicht so: In kalter Luft beträgt die Reichweite von keV-Energiequanten Zentimeter, und das tun sie auch nicht in einer geraden Linie bewegen, sondern die Bewegungsrichtung ändern, die bei jeder Interaktion erneut emittiert wird. Quanten ionisieren die Luft, breiten sich darin aus wie Kirschsaft, der in ein Glas Wasser gegossen wird. Dieses Phänomen wird Strahlungsdiffusion genannt.

Ein junger Feuerball einer Explosion mit einer Kraft von 100 kt, einige zehn Nanosekunden nach Abschluss des Spaltungsstoßes, hat einen Radius von 3 m und eine Temperatur von fast 8 Millionen Kelvin. Aber nach 30 Mikrosekunden beträgt sein Radius 18 m, die Temperatur fällt jedoch unter eine Million Grad. Die Kugel verschlingt Raum, und die ionisierte Luft hinter ihrer Vorderseite bewegt sich fast nicht: Strahlung kann während der Diffusion keinen nennenswerten Impuls auf sie übertragen. Aber es pumpt enorme Energie in diese Luft und erwärmt sie, und wenn die Strahlungsenergie versiegt, beginnt die Kugel aufgrund der Ausdehnung des heißen Plasmas zu wachsen und platzt von innen mit dem, was früher eine Ladung war. Die Plasmahülle dehnt sich wie eine aufgeblasene Blase aus und wird dünner. Im Gegensatz zu einer Blase bläst sie natürlich nichts auf: Es ist fast keine Substanz mehr im Inneren, alles fliegt durch Trägheit aus dem Zentrum, aber 30 Mikrosekunden nach der Explosion beträgt die Geschwindigkeit dieses Fluges mehr als 100 km / s , und der hydrodynamische Druck in der Substanz - mehr als 150.000 atm! Die Schale wird nicht zu dünn, sie platzt und bildet „Blasen“.

Welcher der Mechanismen zur Übertragung der Energie eines Feuerballs Umgebungüberwiegt, hängt von der Stärke der Explosion ab: Ist sie groß, spielt die Strahlungsdiffusion die Hauptrolle, ist sie klein, die Expansion der Plasmablase. Es ist klar, dass auch ein Zwischenfall möglich ist, wenn beide Mechanismen wirksam sind.

Der Prozess fängt neue Luftschichten ein, die Energie reicht nicht mehr aus, um alle Elektronen aus den Atomen zu streifen. Die Energie der ionisierten Schicht und Fragmente der Plasmablase versiegen, sie können keine riesige Masse mehr vor sich her bewegen und werden merklich langsamer. Aber was vor der Explosion Luft war, bewegt sich, löst sich von der Kugel und absorbiert immer mehr Schichten kalter Luft ... Die Bildung einer Druckwelle beginnt.

Stoßwelle und Atompilz

Wenn die Stoßwelle vom Feuerball getrennt wird, ändern sich die Eigenschaften der emittierenden Schicht und die Strahlungsleistung im optischen Teil des Spektrums steigt stark an (das sogenannte erste Maximum). Darüber hinaus konkurrieren die Lumineszenzprozesse und Änderungen der Transparenz der umgebenden Luft, was zur Realisierung des zweiten Maximums führt, das weniger stark, aber viel länger ist - so sehr, dass die Lichtenergieabgabe größer ist als in der erstes Maximum.

In der Nähe der Explosion verdampft alles um sich herum, weg – es schmilzt, aber noch weiter, wo der Wärmefluss nicht mehr ausreicht, um Feststoffe, Erde, Felsen, Häuser zu schmelzen, fließen wie eine Flüssigkeit unter einem ungeheuren Gasdruck, der alle Festigkeitsbindungen zerstört, heiß bis zur Unerträglichkeit für die Augen.

Schließlich bewegt sich die Schockwelle weit vom Explosionspunkt entfernt, wo eine lockere und geschwächte, aber um ein Vielfaches ausgedehnte Wolke aus kondensierten Dämpfen zurückbleibt, die sich in den kleinsten und sehr radioaktiven Staub des Plasmas der Ladung verwandelt haben was für sich Schreckliche Stunde in der Nähe eines Ortes war, von dem es notwendig war, sich so weit wie möglich fernzuhalten. Die Wolke beginnt aufzusteigen. Es kühlt ab, ändert seine Farbe, „legt“ eine weiße Kappe aus kondensierter Feuchtigkeit auf, gefolgt von Staub von der Erdoberfläche und bildet ein „Bein“ eines sogenannten „Atompilzes“.

Neutroneninitiierung

Aufmerksame Leser können mit einem Bleistift in der Hand die Energiefreisetzung bei der Explosion abschätzen. Mit der Zeit, in der sich die Baugruppe im überkritischen Zustand in der Größenordnung von Mikrosekunden befindet, das Alter der Neutronen in der Größenordnung von Pikosekunden liegt und der Multiplikationsfaktor kleiner als 2 ist, wird etwa ein Gigajoule Energie freigesetzt, was äquivalent ist zu .. 250 kg TNT. Und wo sind die Kilo- und Megatonnen?

Tatsache ist, dass die Spaltungskette in einem Aggregat nicht mit einem einzigen Neutron beginnt: In der erforderlichen Mikrosekunde werden Millionen von ihnen in das überkritische Aggregat injiziert. Bei den ersten Kernladungen wurden dafür Isotopenquellen verwendet, die sich in einem Hohlraum innerhalb der Plutoniumanordnung befanden: Polonium-210 kombinierte sich im Moment der Kompression mit Beryllium und verursachte mit seinen Alpha-Teilchen eine Neutronenemission. Aber alle Isotopenquellen sind ziemlich schwach (weniger als eine Million Neutronen pro Mikrosekunde wurden im ersten amerikanischen Produkt erzeugt), und Polonium ist bereits sehr verderblich - in nur 138 Tagen reduziert es seine Aktivität um die Hälfte. Daher wurden Isotope durch weniger gefährliche (im ausgeschalteten Zustand nicht strahlende) und vor allem intensiver emittierende Neutronenröhren ersetzt (siehe Seitenleiste): Hunderte Millionen Neutronen werden in wenigen Mikrosekunden geboren (so lange hat sich der Puls gebildet). durch die Röhre dauert). Wenn es jedoch nicht oder nicht zum richtigen Zeitpunkt funktioniert, tritt der sogenannte Knall oder „Zilch“ auf - eine thermische Explosion mit geringer Leistung.

Durch Neutroneninitiierung wird die Energiefreisetzung einer nuklearen Explosion nicht nur um viele Größenordnungen erhöht, sondern auch regulierbar! Es ist klar, dass niemand, nachdem er einen Kampfauftrag erhalten hat, in dessen Formulierung die Kraft eines Atomschlags notwendigerweise angegeben ist, die Ladung zerlegt, um sie mit einer für eine bestimmte Kraft optimalen Plutoniumbaugruppe auszustatten. Bei Munition mit schaltbarem TNT-Äquivalent genügt es, einfach die Versorgungsspannung der Neutronenröhre zu ändern. Dementsprechend ändern sich die Neutronenausbeute und die Energiefreisetzung (wenn die Leistung auf diese Weise reduziert wird, wird natürlich viel teures Plutonium verschwendet).

Aber sie begannen viel später über die Notwendigkeit nachzudenken, die Energiefreisetzung zu regulieren, und in den ersten Nachkriegsjahren konnte von einer Leistungsreduzierung keine Rede sein. Stärker, stärker und stärker! Es stellte sich jedoch heraus, dass den zulässigen Abmessungen der unterkritischen Sphäre kernphysikalische und hydrodynamische Grenzen gesetzt sind. Das TNT-Äquivalent einer Explosion von hundert Kilotonnen liegt nahe an der physikalischen Grenze für einphasige Munition, bei der nur Spaltung stattfindet. Infolgedessen wurde die Kernspaltung als Hauptenergiequelle aufgegeben und sie stützten sich auf Reaktionen einer anderen Klasse - der Synthese.

Nukleare Wahnvorstellungen

Die Dichte von Plutonium im Moment der Explosion nimmt aufgrund des Phasenübergangs zu

Metallisches Plutonium existiert in sechs Phasen, deren Dichte zwischen 14,7 und 19,8 g/cm3 liegt. Bei Temperaturen unter 119 °C gibt es eine monokline Alpha-Phase (19,8 g/cm3), aber solches Plutonium ist sehr spröde, und in der kubisch flächenzentrierten Delta-Phase (15,9) ist es duktil und gut verarbeitbar (es ist diese Phase die sie mit Legierungszusätzen einzuhalten versuchen). Während der Detonationskompression kann es zu keinen Phasenübergängen kommen – Plutonium befindet sich in einem quasi flüssigen Zustand. Phasenübergänge sind in der Produktion gefährlich: Bei großen Teilen kann schon bei einer geringen Dichteänderung ein kritischer Zustand erreicht werden. Natürlich wird es keine Explosion geben - das Werkstück wird sich einfach erhitzen, aber die Vernickelung kann zurückgesetzt werden (und Plutonium ist sehr giftig).

Neutronenquelle

In einer Vakuum-Neutronenröhre wird zwischen einem tritiumgesättigten Target (Kathode) (1) und einer Anodenanordnung (2) eine gepulste Spannung von 100 kV angelegt. Wenn die Spannung maximal ist, müssen Deuteriumionen zwischen Anode und Kathode erscheinen, die beschleunigt werden müssen. Dazu wird eine Ionenquelle verwendet. An seine Anode (3) wird ein Zündimpuls angelegt, und die Entladung, die über die Oberfläche der mit Deuterium gesättigten Keramik (4) verläuft, bildet Deuteriumionen. Beim Beschleunigen beschießen sie ein mit Tritium gesättigtes Ziel, wodurch eine Energie von 17,6 MeV freigesetzt wird und Neutronen und Helium-4-Kerne gebildet werden.

Diese Reaktion ist hinsichtlich der Teilchenzusammensetzung und sogar der Energieausbeute identisch mit der Fusion – dem Prozess der Verschmelzung leichter Kerne. In den 1950er Jahren glaubten viele, dass dies eine Fusion sei, aber später stellte sich heraus, dass es in der Röhre zu einem „Zusammenbruch“ kommt: Entweder ein Proton oder ein Neutron (von dem das Deuterium-Ion durch ein elektrisches Feld beschleunigt wird) „steckt“ darin fest der Zielkern (Tritium) . Steckt ein Proton fest, bricht das Neutron ab und wird frei.

Neutronen - langsam und schnell

In einer nicht spaltbaren Substanz, "abprallende" Kerne, übertragen Neutronen einen Teil ihrer Energie auf sie, je größer, je leichter (Massennäher) die Kerne sind. Als in mehr Kollisionen beteiligten Neutronen, desto mehr verlangsamen sie sich und kommen schließlich in ein thermisches Gleichgewicht mit der umgebenden Materie - sie werden thermalisiert (dies dauert Millisekunden). Die Geschwindigkeit thermischer Neutronen beträgt 2200 m/s (Energie 0,025 eV). Neutronen können dem Moderator entkommen, werden von seinen Kernen eingefangen, aber mit der Verlangsamung nimmt ihre Fähigkeit, an Kernreaktionen teilzunehmen, erheblich zu, sodass Neutronen, die nicht „verloren“ gehen, die Abnahme der Anzahl mehr als ausgleichen.

Wenn also ein Ball aus spaltbarer Materie von einem Moderator umgeben ist, verlassen viele Neutronen den Moderator oder werden von ihm absorbiert, aber es gibt auch solche, die zum Ball zurückkehren („reflektieren“) und nach dem Verlust ihrer Energie viel eher zu Spaltungsakten führen. Wenn die Kugel von einer 25 mm dicken Berylliumschicht umgeben ist, können 20 kg U235 eingespart werden und die Baugruppe erreicht immer noch einen kritischen Zustand. Aber solche Einsparungen zahlen sich mit der Zeit aus: Jede nachfolgende Generation von Neutronen muss, bevor sie eine Spaltung verursacht, zuerst langsamer werden. Diese Verzögerung verringert die Anzahl der pro Zeiteinheit erzeugten Generationen von Neutronen, was bedeutet, dass die Energiefreisetzung verzögert wird. Je weniger spaltbares Material in der Anordnung vorhanden ist, desto mehr Moderator wird für die Entwicklung einer Kettenreaktion benötigt, und die Spaltung erfolgt mit immer energieärmeren Neutronen. Im Grenzfall, wenn die Kritikalität nur bei thermischen Neutronen erreicht wird, beispielsweise in einer Lösung von Uransalzen in einem guten Moderator - Wasser, beträgt die Masse der Baugruppen Hunderte von Gramm, aber die Lösung kocht einfach periodisch. Die freigesetzten Dampfblasen verringern die durchschnittliche Dichte der spaltbaren Substanz, die Kettenreaktion stoppt, und wenn die Blasen die Flüssigkeit verlassen, wiederholt sich der Spaltblitz (wenn das Gefäß verstopft ist, bricht der Dampf es - aber dies wird eine thermische Explosion sein , ohne alle typischen "nuklearen" Zeichen).

Video: Nukleare Explosionen

Abonnieren und lesen Sie unsere besten Publikationen in Yandex.Zen. Sehen Schöne Fotos aus aller Welt auf unserer Seite in Instagram

Wenn Sie einen Fehler finden, wählen Sie bitte einen Text aus und drücken Sie Strg+Enter.

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs versuchten die Länder der Anti-Hitler-Koalition schnell, sich bei der Entwicklung einer stärkeren Atombombe gegenseitig einen Schritt voraus zu sein.

Der erste Test, der von den Amerikanern an realen Objekten in Japan durchgeführt wurde, heizte die Situation zwischen der UdSSR und den USA bis zum Äußersten auf. Die mächtigen Explosionen, die in japanischen Städten donnerten und praktisch alles Leben in ihnen zerstörten, zwangen Stalin, viele Ansprüche auf der Weltbühne aufzugeben. Die meisten sowjetischen Physiker wurden dringend auf die Entwicklung von Atomwaffen "geworfen".

Wann und wie sind Atomwaffen aufgetaucht?

Geburtsjahr Atombombe kann als 1896 betrachtet werden. Damals entdeckte der französische Chemiker A. Becquerel, dass Uran radioaktiv ist. Die Kettenreaktion von Uran bildet eine mächtige Energie, die als Grundlage für eine schreckliche Explosion dient. Es ist unwahrscheinlich, dass Becquerel sich vorgestellt hat, dass seine Entdeckung zur Schaffung von Atomwaffen führen würde - der schrecklichsten Waffe der ganzen Welt.

Das Ende des 19. - Anfang des 20. Jahrhunderts war ein Wendepunkt in der Geschichte der Erfindung von Atomwaffen. Es ist während dieser Zeit, dass Wissenschaftler verschiedene Länder der Welt konnten folgende Gesetze, Strahlen und Elemente entdecken:

• Alpha-, Gamma- und Betastrahlen;
• Viele Isotope chemischer Elemente mit radioaktiven Eigenschaften wurden entdeckt;
• Das Gesetz des radioaktiven Zerfalls wurde entdeckt, das die zeitliche und quantitative Abhängigkeit der Intensität des radioaktiven Zerfalls in Abhängigkeit von der Anzahl der radioaktiven Atome in der Probe bestimmt;
• Die Kernisometrie war geboren.

In den 1930er Jahren gelang es ihnen erstmals, den Atomkern von Uran durch die Aufnahme von Neutronen zu spalten. Gleichzeitig wurden Positronen und Neuronen entdeckt. All dies gab der Entwicklung von Waffen, die Atomenergie nutzten, einen starken Impuls. 1939 wurde das weltweit erste Atombombendesign patentiert. Dies wurde vom französischen Physiker Frederic Joliot-Curie durchgeführt.

Als Ergebnis weiterer Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet wurde eine Atombombe geboren. Die Kraft und Reichweite moderner Atombomben ist so groß, dass ein Land mit nuklearem Potenzial praktisch keine mächtige Armee benötigt, da eine Atombombe in der Lage ist, einen ganzen Staat zu zerstören.

Wie eine Atombombe funktioniert

Eine Atombombe besteht aus vielen Elementen, von denen die wichtigsten sind:

• Atombombenkorps;
• Automatisierungssystem, das den Explosionsprozess steuert;
• Atomladung oder Sprengkopf.

Das Automatisierungssystem befindet sich zusammen mit einer Atomladung im Körper einer Atombombe. Das Rumpfdesign muss ausreichend zuverlässig sein, um den Gefechtskopf vor verschiedenen äußeren Faktoren und Einflüssen zu schützen. Zum Beispiel verschiedene mechanische, thermische oder ähnliche Einflüsse, die zu einer ungeplanten Explosion großer Kraft führen können, die alles um sich herum zerstören kann.

Die Aufgabe der Automatisierung umfasst die vollständige Kontrolle über die Explosion zum richtigen Zeitpunkt, daher besteht das System aus folgenden Elementen:

• Gerät, das für die Notzündung verantwortlich ist;
• Stromversorgung des Automatisierungssystems;
• Sensorsystem untergraben;
• Spannvorrichtung;
• Sicherheitsgerät.

Als die ersten Tests durchgeführt wurden, wurden Atombomben von Flugzeugen geliefert, die Zeit hatten, das betroffene Gebiet zu verlassen. Moderne Atombomben sind so mächtig, dass sie nur mit Marschflugkörpern, ballistischen oder sogar Flugabwehrraketen abgefeuert werden können.

Atombomben verwenden eine Vielzahl von Detonationssystemen. Das einfachste davon ist ein einfaches Gerät, das ausgelöst wird, wenn ein Projektil ein Ziel trifft.

Eines der Hauptmerkmale von Atombomben und Raketen ist ihre Unterteilung in Kaliber, die in drei Typen unterteilt sind:

• Klein, die Kraft von Atombomben dieses Kalibers entspricht mehreren tausend Tonnen TNT;
• Mittel (Explosionskraft - mehrere Zehntausend Tonnen TNT);
• Groß, dessen Ladeleistung in Millionen Tonnen TNT gemessen wird.

Interessanterweise wird die Leistung aller Atombomben meistens genau gemessen TNT-Äquivalent, da es für Atomwaffen keine Skala gibt, um die Stärke einer Explosion zu messen.

Algorithmen für den Betrieb von Atombomben

Jede Atombombe arbeitet nach dem Prinzip der Nutzung von Kernenergie, die bei einer Kernreaktion freigesetzt wird. Dieses Verfahren basiert entweder auf der Spaltung schwerer Kerne oder der Synthese von Lungen. Da diese Reaktion sehr viel Energie freisetzt und das in kürzester Zeit, ist der Zerstörungsradius einer Atombombe sehr beeindruckend. Wegen dieser Funktion Nuklearwaffe als Massenvernichtungswaffen eingestuft.

Es gibt zwei Hauptpunkte in dem Prozess, der mit der Explosion einer Atombombe beginnt:

• Dies ist das unmittelbare Zentrum der Explosion, wo die Kernreaktion stattfindet;
• Das Epizentrum der Explosion, das sich an der Stelle befindet, an der die Bombe explodierte.

Die bei der Explosion einer Atombombe freigesetzte Kernenergie ist so stark, dass auf der Erde seismische Erschütterungen einsetzen. Gleichzeitig bringen diese Schocks nur in einer Entfernung von mehreren hundert Metern eine direkte Zerstörung (obwohl diese Schocks angesichts der Wucht der Explosion der Bombe selbst nichts mehr beeinflussen).

Schadensfaktoren bei einer nuklearen Explosion

Die Explosion einer Atombombe bringt nicht nur schreckliche sofortige Zerstörung. Die Folgen dieser Explosion werden nicht nur die Menschen zu spüren bekommen, die in das betroffene Gebiet gestürzt sind, sondern auch ihre Kinder, die nach der Atomexplosion geboren wurden. Arten der Zerstörung durch Atomwaffen werden in folgende Gruppen eingeteilt:

• Lichtstrahlung, die direkt während der Explosion auftritt;
• Die Schockwelle, die sich unmittelbar nach der Explosion von einer Bombe ausbreitet;
• Elektromagnetischer Impuls;
• durchdringende Strahlung;
• Eine radioaktive Kontamination, die Jahrzehnte andauern kann.

Obwohl ein Lichtblitz auf den ersten Blick die geringste Bedrohung darstellt, entsteht er tatsächlich durch die Freisetzung einer großen Menge an Wärme- und Lichtenergie. Seine Kraft und Stärke übertrifft die Kraft der Sonnenstrahlen bei weitem, sodass die Niederlage von Licht und Hitze in einer Entfernung von mehreren Kilometern tödlich sein kann.

Auch die bei der Explosion freigesetzte Strahlung ist sehr gefährlich. Obwohl es nicht lange hält, schafft es es, alles um sich herum zu infizieren, da seine Durchdringungsfähigkeit unglaublich hoch ist.

Die Schockwelle bei einer atomaren Explosion wirkt wie die gleiche Welle bei konventionellen Explosionen, nur sind ihre Kraft und ihr Zerstörungsradius viel größer. In wenigen Sekunden richtet es nicht nur Menschen, sondern auch Geräte, Gebäude und die umliegende Natur irreparablen Schaden zu.

Durchdringende Strahlung provoziert die Entwicklung von Strahlenkrankheit, und ein elektromagnetischer Impuls ist nur für Geräte gefährlich. Die Kombination all dieser Faktoren und die Wucht der Explosion machen die Atombombe zur gefährlichsten Waffe der Welt.

Der weltweit erste Atomwaffentest

Das erste Land, das Atomwaffen entwickelte und testete, waren die Vereinigten Staaten von Amerika. Es war die US-Regierung, die enorme Barsubventionen für die Entwicklung vielversprechender neuer Waffen gewährte. Bis Ende 1941 wurden viele prominente Wissenschaftler auf dem Gebiet der Atomentwicklung in die Vereinigten Staaten eingeladen, die bis 1945 einen für Tests geeigneten Prototyp einer Atombombe präsentieren konnten.

Der weltweit erste Test einer mit einem Sprengsatz ausgestatteten Atombombe wurde in der Wüste im Bundesstaat New Mexico durchgeführt. Eine Bombe namens "Gadget" wurde am 16. Juli 1945 gezündet. Das Testergebnis war positiv, obwohl das Militär forderte, eine Atombombe unter realen Kampfbedingungen zu testen.

Als das Pentagon sah, dass es nur noch einen Schritt bis zum Sieg in der Nazi-Koalition gab und es möglicherweise keine solche Gelegenheit mehr gab, entschied sich das Pentagon zuzufügen Atomschlag auf dem letzten Verbündeten Nazideutschlands - Japan. Außerdem sollte der Einsatz einer Atombombe gleich mehrere Probleme lösen:

• Um das unnötige Blutvergießen zu vermeiden, das unvermeidlich auftreten würde, wenn US-Truppen das kaiserliche japanische Territorium betreten würden;
• Die kompromisslosen Japaner mit einem Schlag in die Knie zu zwingen und sie zu zwingen, Bedingungen zuzustimmen, die für die Vereinigten Staaten günstig sind;
• Zeigen Sie der UdSSR (als möglicher Rivale in der Zukunft), dass die US-Armee über eine einzigartige Waffe verfügt, die jede Stadt vom Antlitz der Erde auslöschen kann;
• Und natürlich um in der Praxis zu sehen, wozu Atomwaffen unter realen Kampfbedingungen fähig sind.

Am 6. August 1945 wurde die weltweit erste Atombombe über der japanischen Stadt Hiroshima abgeworfen, die für militärische Operationen genutzt wurde. Diese Bombe wurde "Baby" genannt, da sie 4 Tonnen wog. Der Bombenabwurf war sorgfältig geplant und traf genau dort, wo er geplant war. Diejenigen Häuser, die von der Explosion nicht zerstört wurden, brannten nieder, da die in die Häuser fallenden Öfen Brände auslösten und die ganze Stadt in Flammen aufging.

Nach einem hellen Blitz folgte eine Hitzewelle, die alles Leben in einem Umkreis von 4 Kilometern verbrannte, und die darauf folgende Schockwelle zerstörte die meisten Gebäude.

Diejenigen, die im Umkreis von 800 Metern vom Hitzschlag getroffen wurden, wurden bei lebendigem Leib verbrannt. Die Druckwelle riss vielen die verbrannte Haut ab. Ein paar Minuten später fiel ein seltsamer schwarzer Regen, der aus Dampf und Asche bestand. Diejenigen, die unter den schwarzen Regen fielen, erhielten unheilbare Verbrennungen auf der Haut.

Die wenigen, die das Glück hatten zu überleben, erkrankten an der Strahlenkrankheit, die damals nicht nur nicht erforscht, sondern auch völlig unbekannt war. Die Menschen bekamen Fieber, Erbrechen, Übelkeit und Schwächeanfälle.

Am 9. August 1945 wurde die zweite amerikanische Bombe mit dem Namen „Fat Man“ über der Stadt Nagasaki abgeworfen. Diese Bombe hatte ungefähr die gleiche Kraft wie die erste, und die Folgen ihrer Explosion waren genauso verheerend, obwohl nur halb so viele Menschen starben.

Zwei auf japanische Städte abgeworfene Atombomben erwiesen sich als weltweit erster und einziger Fall des Einsatzes von Atomwaffen. Mehr als 300.000 Menschen starben in den ersten Tagen nach der Bombardierung. Etwa 150.000 weitere starben an der Strahlenkrankheit.

Nach dem Atombombenangriff auf japanische Städte erhielt Stalin einen echten Schock. Ihm wurde klar, dass die Frage der Entwicklung von Atomwaffen in Soviet Russland Dies ist eine Frage der nationalen Sicherheit. Bereits am 20. August 1945 nahm ein Sonderausschuss für Atomenergie seine Arbeit auf, der von I. Stalin dringend geschaffen wurde.

Obwohl die Forschung in der Kernphysik von einer Gruppe von Enthusiasten durchgeführt wurde zaristisches Russland, in Sowjetische Zeit Sie bekam nicht genug Aufmerksamkeit. 1938 wurde die gesamte Forschung auf diesem Gebiet komplett eingestellt und viele Nuklearwissenschaftler als Volksfeinde unterdrückt. Nach den Nuklearexplosionen in Japan Sowjetische Autorität begann scharf, die Atomindustrie im Land wiederherzustellen.

Es gibt Hinweise darauf, dass die Entwicklung von Atomwaffen in Nazi-Deutschland durchgeführt wurde, und es waren deutsche Wissenschaftler, die die „rohe“ amerikanische Atombombe fertiggestellt haben, sodass die US-Regierung alle Nuklearspezialisten und alle Dokumente im Zusammenhang mit der Entwicklung von Atomwaffen entfernt hat Deutschland.

Die sowjetische Geheimdienstschule, die während des Krieges alle ausländischen Geheimdienste umgehen konnte, übertrug bereits 1943 geheime Dokumente im Zusammenhang mit der Entwicklung von Atomwaffen an die UdSSR. Gleichzeitig wurden sowjetische Agenten in alle großen amerikanischen Kernforschungszentren eingeführt.

Als Ergebnis all dieser Maßnahmen war bereits 1946 das Mandat für die Herstellung von zwei sowjetischen Atombomben fertig:

• RDS-1 (mit Plutoniumladung);
• RDS-2 (mit zwei Teilen der Uranladung).

Die Abkürzung „RDS“ wurde als „Russland macht sich selbst“ entschlüsselt, was fast vollständig der Realität entsprach.

Die Nachricht, dass die UdSSR bereit sei, ihre Atomwaffen freizugeben, zwang die US-Regierung zu drastischen Maßnahmen. 1949 wurde der Trojan-Plan entwickelt, wonach 70 größten Städte Die UdSSR plante den Abwurf von Atombomben. Nur die Angst vor einem Vergeltungsschlag verhinderte die Verwirklichung dieses Plans.

Diese alarmierenden Informationen, die von sowjetischen Geheimdienstoffizieren kamen, zwangen die Wissenschaftler, im Notfallmodus zu arbeiten. Bereits im August 1949 wurde die erste in der UdSSR hergestellte Atombombe getestet. Als die USA von diesen Tests erfuhren, wurde der Trojaner-Plan auf unbestimmte Zeit verschoben. Die Ära der Konfrontation zwischen den beiden Supermächten, in der Geschichte als Kalter Krieg bekannt, begann.

Die stärkste Atombombe der Welt, bekannt als Tsar Bomby, gehört genau in die Zeit des Kalten Krieges. Wissenschaftler der UdSSR haben am meisten geschaffen mächtige Bombe in der Geschichte der Menschheit. Seine Kapazität betrug 60 Megatonnen, obwohl geplant war, eine Bombe mit einer Kapazität von 100 Kilotonnen zu bauen. Diese Bombe wurde im Oktober 1961 getestet. Der Durchmesser des Feuerballs während der Explosion betrug 10 Kilometer, und die Druckwelle flog herum Erde drei Mal. Es war dieser Test, der die meisten Länder der Welt dazu zwang, ein Abkommen zu unterzeichnen, um es zu beenden nuklearer Test nicht nur in der Erdatmosphäre, sondern sogar im Weltraum.

Obwohl Atomwaffe ist ein hervorragendes Mittel zur Abschreckung aggressiver Länder, andererseits ist es in der Lage, etwaige militärische Konflikte im Keim zu ersticken, da alle Konfliktparteien durch eine atomare Explosion vernichtet werden können.

Nuklearindustrie – modern und schnell sich entwickelnder Weg Gewinnung von Strom. Wissen Sie, wie Kernkraftwerke aufgebaut sind? Was ist das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks? Welche Arten von Kernreaktoren gibt es heute? Wir werden versuchen, das Betriebsschema eines Kernkraftwerks im Detail zu betrachten, uns mit der Struktur eines Kernreaktors zu befassen und herauszufinden, wie sicher die atomare Methode der Stromerzeugung ist.

Jede Station ist ein geschlossener Bereich, weit entfernt vom Wohngebiet. Auf seinem Territorium gibt es mehrere Gebäude. Das wichtigste Gebäude ist das Reaktorgebäude, daneben die Maschinenhalle, von der aus der Reaktor gesteuert wird, und das Sicherheitsgebäude.

Das Schema ist ohne einen Kernreaktor unmöglich. Ein Atom-(Kern-)Reaktor ist ein Gerät eines Kernkraftwerks, das eine Kettenreaktion der Neutronenspaltung mit der obligatorischen Freisetzung von Energie in diesem Prozess organisieren soll. Aber was ist das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks?

Die gesamte Reaktoranlage befindet sich im Reaktorgebäude, einem großen Betonturm, der den Reaktor verbirgt und im Falle eines Unfalls alle Produkte einer Kernreaktion enthält. Dieser große Turm wird Eindämmung, hermetische Hülle oder Eindämmung genannt.

Die Sicherheitszone in den neuen Reaktoren hat 2 dicke Betonwände - Schalen.
Eine 80 cm dicke Außenhülle schützt den Containment-Bereich vor äußeren Einflüssen.

Die Innenschale mit einer Dicke von 1 Meter 20 cm hat spezielle Stahlseile in ihrem Gerät, die die Festigkeit von Beton um fast das Dreifache erhöhen und die Struktur nicht bröckeln lassen. Innen ist er mit einem dünnen Blech aus Spezialstahl ausgekleidet, das als zusätzlicher Schutz des Containments dienen soll und im Havariefall verhindern soll, dass der Inhalt des Reaktors außerhalb des Containment-Bereichs freigesetzt wird.

Ein solches Gerät eines Kernkraftwerks kann dem Absturz eines Flugzeugs mit einem Gewicht von bis zu 200 Tonnen, einem Erdbeben der Stärke 8, einem Tornado und einem Tsunami standhalten.

Die erste Überdruckkapselung wurde 1968 im amerikanischen Kernkraftwerk Connecticut Yankee gebaut.

Die Gesamthöhe des Eindämmungsbereichs beträgt 50-60 Meter.

Woraus besteht ein Kernreaktor?

Um das Funktionsprinzip eines Kernreaktors und damit das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks zu verstehen, müssen Sie die Komponenten des Reaktors verstehen.

• aktive Zone. Dies ist der Bereich, in dem der Kernbrennstoff (Wärmefreisetzer) und der Moderator platziert werden. Brennstoffatome (am häufigsten ist Uran der Brennstoff) führen eine Spaltungskettenreaktion durch. Der Moderator dient zur Steuerung des Spaltungsprozesses und ermöglicht es Ihnen, die erforderliche Reaktion in Bezug auf Geschwindigkeit und Stärke durchzuführen.
• Neutronenreflektor. Der Reflektor umgibt die aktive Zone. Es besteht aus dem gleichen Material wie der Moderator. Tatsächlich ist dies eine Box, deren Hauptzweck darin besteht, Neutronen daran zu hindern, den Kern zu verlassen und in die Umgebung zu gelangen.
• Kühlmittel. Das Kühlmittel muss die bei der Spaltung von Brennstoffatomen freigesetzte Wärme aufnehmen und auf andere Stoffe übertragen. Das Kühlmittel bestimmt maßgeblich die Auslegung eines Kernkraftwerks. Das beliebteste Kühlmittel ist heute Wasser.
  Reaktorsteuerungssystem. Sensoren und Mechanismen, die den Kernkraftwerksreaktor in Gang setzen.

Brennstoff für Kernkraftwerke

Was macht ein Atomkraftwerk? Brennstoff für Kernkraftwerke sind chemische Elemente mit radioaktiven Eigenschaften. In allen Kernkraftwerken ist Uran ein solches Element.

Das Design von Stationen impliziert, dass Kernkraftwerke mit komplexen Verbundbrennstoffen und nicht mit einem reinen chemischen Element betrieben werden. Und um Uranbrennstoff aus natürlichem Uran zu extrahieren, das in einen Kernreaktor geladen wird, müssen Sie viele Manipulationen vornehmen.

Angereichertes Uran

Uran besteht aus zwei Isotopen, dh es enthält Kerne mit unterschiedlichen Massen. Sie wurden nach der Anzahl der Protonen und Neutronen Isotop-235 und Isotop-238 benannt. Forscher des 20. Jahrhunderts begannen, Uran 235 aus dem Erz zu extrahieren, weil. es war leichter zu zerlegen und zu transformieren. Es stellte sich heraus, dass es in der Natur nur 0,7% dieses Urans gibt (die restlichen Prozente gingen an das 238. Isotop).

Was ist in diesem Fall zu tun? Sie beschlossen, Uran anzureichern. Die Anreicherung von Uran ist ein Prozess, bei dem viele notwendige 235x-Isotope und wenige unnötige 238x-Isotope darin verbleiben. Die Aufgabe der Urananreicherer ist es, aus 0,7 % Uran-235 nahezu 100 % Uran-235 zu machen.

Uran kann mit zwei Technologien angereichert werden - Gasdiffusion oder Gaszentrifuge. Für ihre Nutzung wird aus Erzen gewonnenes Uran in einen gasförmigen Zustand überführt. In Form von Gas wird es angereichert.

Uranpulver

Angereichertes Urangas wird in einen festen Zustand umgewandelt - Urandioxid. Dieses reine feste Uran 235 sieht aus wie große weiße Kristalle, die später zu Uranpulver zerkleinert werden.

Uran-Tabletten

Uranpellets sind solide Metallscheiben, einige Zentimeter lang. Um solche Tabletten aus Uranpulver zu formen, wird es mit einer Substanz gemischt - einem Weichmacher, der die Qualität des Tablettenpressens verbessert.

Gepresste Unterlegscheiben werden bei einer Temperatur von 1200 Grad Celsius für mehr als einen Tag gebacken, um den Tabletten besondere Festigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen zu verleihen. Die Funktionsweise eines Kernkraftwerks hängt direkt davon ab, wie gut der Uranbrennstoff komprimiert und gebacken wird.

Tabletten werden in Molybdänboxen gebacken, weil. Nur dieses Metall kann bei "höllischen" Temperaturen über anderthalbtausend Grad nicht schmelzen. Danach gilt Uranbrennstoff für Kernkraftwerke als fertig.

Was ist TVEL und TVS?

Der Reaktorkern sieht aus wie eine riesige Scheibe oder ein Rohr mit Löchern in den Wänden (je nach Reaktortyp), 5-mal mehr menschlicher Körper. Diese Löcher enthalten Uranbrennstoff, dessen Atome die gewünschte Reaktion ausführen.

Es ist unmöglich, einfach Brennstoff in einen Reaktor zu werfen, wenn Sie nicht eine Explosion der gesamten Station und einen Unfall mit Folgen für ein paar nahe gelegene Staaten haben wollen. Daher wird Uranbrennstoff in Brennstäbe eingebracht und dann in Brennelementen gesammelt. Was bedeuten diese Abkürzungen?

• TVEL - Brennelement (nicht zu verwechseln mit dem gleichen Namen der russischen Firma, die sie herstellt). Tatsächlich handelt es sich um ein dünnes und langes Zirkoniumrohr aus Zirkoniumlegierungen, in das Uranpellets eingebracht werden. In Brennstäben beginnen Uranatome miteinander zu interagieren und geben während der Reaktion Wärme ab.

Zirkonium wurde aufgrund seiner Feuerfestigkeit und Korrosionsschutzeigenschaften als Material für die Herstellung von Brennstäben ausgewählt.

Die Art der Brennelemente richtet sich nach Art und Aufbau des Reaktors. Aufbau und Zweck von Brennstäben ändern sich in der Regel nicht, Länge und Breite des Rohres können unterschiedlich sein.

Die Maschine lädt mehr als 200 Uranpellets in ein Zirkoniumrohr. Insgesamt arbeiten etwa 10 Millionen Uranpellets gleichzeitig im Reaktor.
FA - Brennelement. KKW-Arbeiter nennen Brennelemente Bündel.

Tatsächlich sind dies mehrere aneinander befestigte TVELs. Brennelemente sind fertige Kernbrennstoffe, mit denen ein Kernkraftwerk betrieben wird. Es sind Brennelemente, die in einen Kernreaktor geladen werden. In einem Reaktor werden etwa 150 - 400 Brennelemente untergebracht.
Je nachdem, in welchem ​​Reaktor das Brennelement betrieben wird, sind sie es verschiedene Formen. Mal werden die Bündel zu einer kubischen, mal zu einer zylindrischen, mal zu einer sechseckigen Form gefaltet.

Ein Brennelement für 4 Betriebsjahre erzeugt die gleiche Energiemenge wie beim Verbrennen von 670 Waggons Kohle, 730 Tanks mit Erdgas oder 900 mit Öl beladenen Tanks.
Brennelemente werden heute hauptsächlich in Fabriken in Russland, Frankreich, den USA und Japan produziert.

Um Brennstoffe für Kernkraftwerke in andere Länder zu liefern, werden Brennelemente in lange und breite Metallrohre eingeschmolzen, Luft aus den Rohren gepumpt und von Spezialmaschinen an Bord von Frachtflugzeugen geliefert.

Kernbrennstoff für Kernkraftwerke wiegt unerschwinglich viel, tk. Uran ist eines der schwersten Metalle auf dem Planeten. Sein spezifisches Gewicht beträgt das 2,5-fache von Stahl.

Kernkraftwerk: Funktionsprinzip

Was ist das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks? Das Funktionsprinzip von Kernkraftwerken basiert auf einer Kettenreaktion der Spaltung von Atomen einer radioaktiven Substanz - Uran. Diese Reaktion findet im Kern eines Kernreaktors statt.

ES IST WICHTIG ZU WISSEN:

Wenn Sie nicht auf die Feinheiten der Kernphysik eingehen, sieht das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks so aus:
Nach dem Start des Kernreaktors werden Absorberstäbe aus den Brennstäben entfernt, die eine Reaktion des Urans verhindern.

Sobald die Stäbe entfernt werden, beginnen die Uran-Neutronen miteinander zu wechselwirken.

Wenn Neutronen kollidieren, kommt es auf atomarer Ebene zu einer Mini-Explosion, Energie wird freigesetzt und neue Neutronen werden geboren, eine Kettenreaktion beginnt. Dieser Vorgang setzt Wärme frei.

Die Wärme wird auf das Kühlmittel übertragen. Je nach Art des Kühlmittels wird daraus Dampf oder Gas, das die Turbine antreibt.

Die Turbine treibt einen elektrischen Generator an. Er ist es, der tatsächlich Strom erzeugt.

Wenn Sie den Prozess nicht verfolgen, können Uran-Neutronen miteinander kollidieren, bis der Reaktor gesprengt und das gesamte Kernkraftwerk in Stücke gerissen wird. Computersensoren steuern den Prozess. Sie erkennen einen Temperaturanstieg oder eine Druckänderung im Reaktor und können die Reaktionen automatisch stoppen.

Was ist der Unterschied zwischen dem Funktionsprinzip von Kernkraftwerken und Wärmekraftwerken (Wärmekraftwerken)?

Unterschiede in der Arbeit sind nur in den ersten Phasen. In Kernkraftwerken erhält das Kühlmittel Wärme aus der Spaltung von Uranbrennstoffatomen, in Wärmekraftwerken erhält das Kühlmittel Wärme aus der Verbrennung von organischem Brennstoff (Kohle, Gas oder Öl). Nachdem entweder die Uranatome oder das Gas mit Kohle Wärme freigesetzt haben, sind die Betriebsschemata von Kernkraftwerken und Wärmekraftwerken gleich.

Arten von Kernreaktoren

Wie ein Kernkraftwerk funktioniert, hängt davon ab, wie sein Kernreaktor funktioniert. Heute gibt es zwei Haupttypen von Reaktoren, die nach dem Spektrum der Neuronen eingeteilt werden:
Ein langsamer Neutronenreaktor, auch thermischer Reaktor genannt.

Für seinen Betrieb wird 235 Uran verwendet, das die Phasen der Anreicherung, der Herstellung von Urantabletten usw. durchläuft. Heute sind langsame Neutronenreaktoren in der überwiegenden Mehrheit.
Schneller Neutronenreaktor.

Diese Reaktoren sind die Zukunft, denn Sie arbeiten mit Uran-238, das in der Natur wie Sand am Meer ist und es nicht notwendig ist, dieses Element anzureichern. Der Nachteil solcher Reaktoren liegt lediglich in sehr hohen Kosten für Design, Bau und Inbetriebnahme. Heute arbeiten schnelle Neutronenreaktoren nur in Russland.

Das Kühlmittel in schnellen Neutronenreaktoren ist Quecksilber, Gas, Natrium oder Blei.

Auch langsame Neutronenreaktoren, die heute von allen Kernkraftwerken der Welt verwendet werden, gibt es in mehreren Typen.

Die IAEO-Organisation (International Atomic Energy Agency) hat eine eigene Klassifizierung erstellt, die in der weltweiten Nuklearindustrie am häufigsten verwendet wird. Da das Betriebsprinzip eines Kernkraftwerks maßgeblich von der Wahl des Kühlmittels und des Moderators abhängt, hat die IAEA ihre Einstufung auf diese Unterschiede gestützt.

Aus chemischer Sicht ist Deuteriumoxid ein idealer Moderator und Kühlmittel, denn Seine Atome interagieren am effektivsten mit den Neutronen von Uran im Vergleich zu anderen Substanzen. Einfach ausgedrückt erfüllt schweres Wasser seine Aufgabe mit minimalen Verlusten und maximalen Ergebnissen. Seine Herstellung kostet jedoch Geld, während es für uns viel einfacher ist, das gewohnte „leichte“ und vertraute Wasser zu verwenden.

Ein paar Fakten über Kernreaktoren...

Interessant ist, dass ein Kernkraftwerksreaktor für mindestens 3 Jahre gebaut wird!
Um einen Reaktor zu bauen, braucht man Ausrüstung, die mit einer elektrischen Stromstärke von 210 Kiloampere betrieben wird, was dem Millionenfachen der Stromstärke entspricht, die einen Menschen töten kann.

Eine Schale (Strukturelement) eines Kernreaktors wiegt 150 Tonnen. Es gibt 6 solcher Elemente in einem Reaktor.

Druckwasserreaktor

Wir haben bereits herausgefunden, wie das Kernkraftwerk im Allgemeinen funktioniert, um die Dinge „zu klären“, wollen wir sehen, wie der beliebteste Druckwasser-Kernreaktor funktioniert.
Weltweit werden heute Druckwasserreaktoren der Generation 3+ eingesetzt. Sie gelten als die zuverlässigsten und sichersten.

Alle Druckwasserreaktoren der Welt haben über all die Jahre ihres Betriebs zusammengenommen bereits mehr als 1000 Jahre störungsfreien Betrieb errungen und nie gravierende Abweichungen gegeben.

Die Struktur von Kernkraftwerken, die auf Druckwasserreaktoren basieren, impliziert, dass destilliertes Wasser zwischen den Brennstäben zirkuliert, das auf 320 Grad erhitzt wird. Um zu verhindern, dass es in einen Dampfzustand übergeht, wird es unter einem Druck von 160 Atmosphären gehalten. Das KKW-Schema nennt es Primärwasser.

Das erhitzte Wasser tritt in den Dampferzeuger ein und gibt seine Wärme an das Wasser des Sekundärkreislaufs ab, wonach es wieder in den Reaktor „zurückkehrt“. Äußerlich sieht es so aus, als ob die Rohre des primären Wasserkreislaufs mit anderen Rohren in Kontakt stehen - das Wasser des zweiten Kreislaufs überträgt Wärme aufeinander, aber das Wasser berührt sich nicht. Röhren sind in Kontakt.

Somit ist ausgeschlossen, dass Strahlung in das Wasser des Sekundärkreislaufs gelangt, das weiter am Prozess der Stromerzeugung beteiligt ist.

Sicherheit von Kernkraftwerken

Nachdem wir das Funktionsprinzip von Kernkraftwerken gelernt haben, müssen wir verstehen, wie die Sicherheit geregelt ist. Die Auslegung von Kernkraftwerken erfordert heute eine erhöhte Beachtung der Sicherheitsvorschriften.
Die Kosten für die Sicherheit von Kernkraftwerken machen ungefähr 40 % der Gesamtkosten der Anlage selbst aus.

Das KKW-Schema umfasst 4 physische Barrieren, die die Freisetzung radioaktiver Substanzen verhindern. Was sollen diese Barrieren bewirken? Zum richtigen Zeitpunkt in der Lage sein, die Kernreaktion zu stoppen, eine konstante Wärmeabfuhr aus dem Kern und dem Reaktor selbst sicherzustellen und die Freisetzung von Radionukliden aus dem Containment (Containment Zone) zu verhindern.

• Die erste Barriere ist die Stärke von Uranpellets. Es ist wichtig, dass sie unter dem Einfluss hoher Temperaturen in einem Kernreaktor nicht kollabieren. Wie ein Kernkraftwerk funktioniert, hängt in vielerlei Hinsicht davon ab, wie die Uranpellets in der Anfangsphase der Produktion „gebacken“ wurden. Wenn die Uranbrennstoffpellets falsch gebacken werden, sind die Reaktionen der Uranatome im Reaktor unvorhersehbar.
• Das zweite Hindernis ist die Dichtheit der Brennstäbe. Zirkonröhren müssen dicht sein, wenn die Dichtigkeit gebrochen ist, dann wird bestenfalls der Reaktor beschädigt und die Arbeit eingestellt, schlimmstenfalls fliegt alles in die Luft.
• Die dritte Barriere ist ein starker Reaktorbehälter aus Stahl a, (derselbe große Turm - ein Sicherheitsbereich), der alle radioaktiven Prozesse in sich "hält". Der Rumpf ist beschädigt - Strahlung wird in die Atmosphäre freigesetzt.
• Die vierte Barriere sind Notschutzstangen. Oberhalb der aktiven Zone sind Stäbe mit Moderatoren an Magneten aufgehängt, die alle Neutronen in 2 Sekunden absorbieren und die Kettenreaktion stoppen können.

Wenn es trotz Bau eines Kernkraftwerks mit vielen Schutzarten nicht gelingt, den Reaktorkern rechtzeitig zu kühlen, und die Brennstofftemperatur auf 2600 Grad ansteigt, dann kommt die letzte Hoffnung des Sicherheitssystems ins Spiel - die sogenannte Schmelzfalle.

Tatsache ist, dass bei einer solchen Temperatur der Boden des Reaktorbehälters schmilzt und alle Reste von Kernbrennstoff und geschmolzenen Strukturen in ein spezielles „Glas“ fließen, das über dem Reaktorkern hängt.

Die Schmelzfalle ist gekühlt und feuerfest. Es ist mit dem sogenannten „Opfermaterial“ gefüllt, das die Spaltkettenreaktion nach und nach stoppt.

Somit impliziert das KKW-Schema mehrere Schutzgrade, die fast vollständig jede Möglichkeit eines Unfalls ausschließen.