Строение атомной бомбы

Строение атомной бомбы
Первая атомная бомба - РДС-1

Конструктивно первая атомная бомба состояла из следующих принципиальных составных узлов:
ядерного заряда;
взрывного устройства и системы автоматики подрыва заряда с системами предохранения;
баллистического корпуса авиабомбы, в котором размещались ядерный заряд и автоматика подрыва.

Основополагающие условия, определившие конструкцию бомбы РДС-1, были связаны:
с решением максимально сохранить в заряде принципиальную схему американской атомной бомбы, испытанной в 1945 году;
с необходимостью, в интересах безопасности окончательную сборку заряда, установленного в баллистическом корпусе бомбы, осуществлять в условиях полигона, непосредственно перед подрывом;
с возможностью бомбометания РДС-1 с тяжелого бомбардировщика ТУ-4.

Атомный заряд бомбы РДС-1 представлял собой многослойную конструкцию, в которой перевод активного вещества - плутония в надкритическое состояние осуществлялось за счет его сжатия посредством сходящейся сферической детонационной волны во взрывчатом веществе.

В центре ядерного заряда размещался плутоний, конструктивно состоящий из двух полусферических деталей. Масса плутония была определена в июле 1949 года, по завершении опытов по измерению ядерных констант.

Больших успехов достигли не только технологи, но и металлурги и радиохимики. Благодаря их стараниям, уже первые плутониевые детали содержали небольшое количество примесей и высокоактивных изотопов. Последний момент был особенно существенен, так как короткоживущие изотопы, являясь основным источником нейтронов, могли оказать негативное влияние на вероятность преждевременного взрыва.

В полости плутониевого ядра в составной оболочке из природного урана устанавливался нейтронный запал (НЗ). В течение 1947-1948 годов было рассмотрено около 20 различных предложений, касавшихся принципов действия, устройства и усовершенствования НЗ.

Одним из наиболее сложных узлов первой атомной бомбы РДС-1 был заряд взрывчатого вещества из сплава тротила с гексогеном.

Выбор внешнего радиуса ВВ определялся, с одной стороны, необходимостью получения удовлетворительного энерговыделения, а, с другой - допустимыми внешними габаритами изделия и технологическими возможностями производства.

Первая атомная бомба разрабатывалась применительно к подвеске ее в самолете ТУ-4, бомболюк которого обеспечивал возможность размещения изделия диаметром до 1500 мм. Исходя из этого габарита и был определен мидель баллистического корпуса бомбы РДС-1. Заряд ВВ конструктивно представлял собой полый шар и состоял из двух слоев.

Внутренний слой формировался из двух полусферических оснований, изготовленных из отечественного сплава тротила с гексогеном.

Внешний слой заряда ВВ РДС-1 собирался из отдельных элементов. Этот слой, предназначенный для формирования в основании ВВ сферической сходящейся детонационной волны и получивший название фокусирующей системы, был одним из основных функциональных узлов заряда, во многом определявшим его тактико-технические показатели.

Основным назначением системы автоматики бомбы было осуществление ядерного взрыва в заданной точке траектории. Часть электрооборудования бомбы размещалась на самолете-носителе, а отдельные его элементы - на ядерном заряде.
Для повышения надежности срабатывания изделия отдельные элементы автоматики подрыва были выполнены по двухканальной (дублирующей) схеме. На случай отказа систем высотного взрывателя в конструкции бомбы было предусмотрено специальное устройство (ударный датчик) для осуществления ядерного взрыва при ударе бомбы о грунт.

Уже на самом начальном этапе разработки ядерного оружия стало очевидным, что исследование процессов, протекающих в заряде, должно пойти по расчетно-экспериментальному пути, позволявшему корректировать теоретический анализ по результатам экспериментов опытных данных о газодинамических характеристиках ядерных зарядов.

В общем аспекте газодинамическая отработка ядерного заряда включала в себя целый ряд исследований, касающихся постановки экспериментов и регистрации быстропротекающих процессов, включая распространение детонационных и ударных волн в гетерогенных средах.

Исследования свойств веществ на газодинамической стадии работы ядерных зарядов, когда диапазон давлений достигает величин до сотен миллионов атмосфер, потребовали разработки принципиально новых методов исследований, кинетика которых требовала высокой точности - до сотых долей микросекунды. Такие требования повлекли за собой разработку новых методов регистрации высокоскоростных процессов. Именно в Научно-исследовательском Секторе КБ-11 были заложены основы отечественной высокоскоростной фотохронографии со скоростью развертки до 10 км/с и скоростью съемки около миллиона кадров в секунду. Сверхскоростной регистратор разработки А.Д.Захаренкова, Г.Д.Соколова и В.К.Боболева (1948 год) стал прототипом серийных приборов СФР, разработанных по техническому заданию КБ-11 в Институте Химической Физики в 1950 году.

Отметим, что этот фотохронограф с приводом от воздушной турбины уже в то время обеспечил скорость развертки изображения 7 км/с. Параметры созданного на его основе серийного прибора СФР (1950 год) с приводом от электродвигателя скромнее - до 3,5 км/с.



Е
.К.Завойский


Для расчетно-теоретического обоснования работоспособности первого изделия принципиально важно было знание параметров состояния ПВ за фронтом детонационной волны, а также динамику сферически-симметричного сжатия центральной части изделия. Для этого в 1948 году Е.К.Завойским был предложен и разработан электромагнитный метод регистрации массовых скоростей продуктов взрыва за фронтом детонационных волн, как при плоском, так и в сферическом взрыве.

Распределение скорости продуктов взрыва производилось параллельно и методом импульсной рентгенографии В.А.Цукерманом с сотрудниками.

Для регистрации быстропротекающих процессов были созданы уникальные многоканальные регистраторы ЭТАР-1 и ЭТАР-2, разработки Е.А.Этингофа и М.С.Тарасова, с близким к наносекундному временным разрешением. Впоследствии эти регистраторы были заменены серийным выпускаемым прибором ОК-4 разработки А.И. Соколика (ИХФ АН).

Применение новых методов и новых регистраторов в исследованиях КБ-11 позволило уже на старте работ по созданию атомного оружия получить необходимые данные о динамической сжимаемости конструкционных материалов.

Экспериментальные исследования констант рабочих веществ, входящих в состав физической схемы заряда, создавали фундамент для верификации физических представлений о процессах, происходящих в заряде на газодинамической стадии его работы.



Общее строение атомной бомбы


Основными элементами ядерных боеприпасов являются:
корпус
система автоматики

Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и от теплового воздействия. Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:
систему предохранения и взведения
систему аварийного подрыва
систему подрыва заряда
источник питания
систему датчиков подрыва

Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов (203,2 мм СГ и 155 мм СГ-США).

Различные системы были изобретены, чтобы детонировать атомную бомбу. Самая простая система — оружие типа инжектора, в котором снаряд, сделанный из делящегося вещества, врезается в адресанта, образуя сверхкритическую массу. Атомная бомба, сброшенная Соединенными Штатами на Хиросиму 6 августа 1945 года, имела детонатор инжекторного типа. И имела энергетический эквивалент приблизительно в 20 килотонн тротила.

Схема плутониевой бомбы:

1 - хвостовой конус
2 - хвостовые стабилизаторы
3 - детонатор, срабатывает на основе атмосферного давления
4 - Отверстия для воздуха
5- алтиметр (измеряет высоту) / датчики давления
6 - электроника
7 - защитный контейнер из свинца
8 - поглотитель нейтронов (U-238)
9 - конвенторный взрыватель
10 - плутоний (Pu-239)
11 - резервуар для бериллиумной/полониевой смеси для инициации цепной реакции
12 - обтекатель (вставляется в заряжению бомбу)

Бомба такого типа была сброшена на Нагасаки в 1945.


Здравствуйте, ребята. Сегодня мы попытаемся понять, как работает атомная
бомба. Наверное, многие слышали, что устройство это нехитрое. Берем два
кусочка плутония прикладываем их друг к другу и происходит ядерный взрыв. Но
кто из вас задумывался, почему нужно брать именно плутоний? Почему нельзя
использовать, скажем, медь или железо? Каков смысл соединения двух кусочков?
И откуда вообще берется эта колоссальная энергия, способная стереть с лица
земли целые города?
На эту тему мы как раз и поговорим. В природе существует огромное
множество химических элементов, легких и тяжелых. Все они созданы Аллахом во
время сотворения мира. Атомные ядра этих веществ состоят из протонов и
нейтронов. Забудем про нейтроны, они нам не интересны, и поглядим на
протоны. Это очень маленькие частицы, вроде тех, что бегают в электрических
проводах. Правда, протоны гораздо больше и тяжелее. Кроме размера и
веса, каждый протон обладает еще и зарядом, то есть, собственным маленьким
запасом электричества. Как раз благодаря заряду, у протонов появляется
любопытное свойство. Они все отталкиваются друг от друга. Причем, чем ближе
находятся два протона, тем больше эта отталкивающая сила. Уменьшим
расстояние вдвое, сила возрастет вчетверо. Уменьшим в тысячу раз - сила
возрастет в миллион!
А теперь представим, как Аллах создавал атомное ядро урана. Он взял 92
протона и решил соединить их вместе. Он уже проделывал такой фокус с
серебром, алюминием и другими веществами. Проблем не было. Но 92 протона,
это очень много даже для всемогущего Аллаха. Оказавшись рядом все частицы
начали отталкиваться со страшной силой, стремясь разлететься куда подальше.
Собрал Всевышний всю свою мощь и начал сжимать непокорные протоны. Пот потек
по его лбу, вздулись мышцы. День работал Аллах, другой. Сжал он частицы так,
что они почти касались одна другой. В триллионы раз возросла между ними
отталкивающая сила. И вдруг выяснилось вот что. Протоны-то обладают еще и
массой! Они притягиваются друг к другу, как брошенный камень притягивается к
Земле. И когда частицы оказались близко, сила притяжения стала больше силы
отталкивания. Слиплись протоны. Разжал Аллах руку и увидел атомное ядро.
Получилось что-то вроде сжатой пружины, готовой в любой момент сорваться.
Стоит лишь ударить по такому ядру, как отталкивающие силы разорвут его на
части, и высвободится та огромная энергия, которую Аллах затратил на его
сборку.
Большинство других химических элементов содержат гораздо меньше протонов в
ядре. И отталкивание там меньше, поэтому такие ядра прочны и никогда не
разваливаются.
Зато атомы тяжелых металлов - урана, плутония, полония и других, часто
распадаются сами по себе, вообще без внешней причины. А теперь посмотрим,
что же происходит в куске урана, который состоит из таких непрочных атомов.
Если кусок маленький - ничего страшного. Ну лопнул один атом, разлетелись
его осколки во все стороны и всех делов. Хотя, эти осколки являются вредным
излучением, из за которых находиться рядом в куском урана опасно, даже если
он маленький.
А что если кусок урана большой? Лопнул один атом, а его осколки попали в
другие, соседние ядра. Те тоже лопнули и выбросили еще больше осколков. И
так далее. В этом случае весь кусок урана с ужасным взрывом исчезнет,
превратившись в смертоносное излучение.
Вот поэтому атомную бомбу делают из двух частей. Каждая из них - это
"маленький" кусочек. А когда они соединяются вместе, получается "большой".
И происходит взрыв. Поэтому мудрый президент Ахмадинеджад день и ночь
работает над строительстом станций для получения урана. Скоро мальчики и
девочки смогут сами собрать свою собственную атомную бомбу.
На сегодня все ребята. В следующем номере читайте про термоядерную
реакцию.


Говорим спасибо, и голосуем.