Труд
Автор:
Труд news
Обработката на материали може да представлява риск за безопасността
Съвременните тестове на оръжия разчитат на компютърни модели
Първият тест на ядрено оръжие, с кодово име "Тринити", се проведе в пустинята Ню Мексико в 5:30 сутринта на 16 юли 1945 г. Този тест беше доказателство за концепцията за тайната ядрена наука, провеждана в Лос Аламос като част от проекта Манхатън по време на Втората световна война и щеше да доведе до хвърлянето на атомни бомби върху Хирошима и Нагасаки , Япония, само няколко седмици по-късно.
След тези детонации развитието на ядрените оръжия се ускори. Страните по света са изградили свои собствени ядрени запаси , включително над 5000 ядрени бойни глави, държани от САЩ.
И все пак, въпреки че основните компоненти на тази технология вече не са секретни, разработването на ядрени оръжия остава научно и инженерно предизвикателство. Но защо ядрените оръжия все още са толкова трудни за производство? Голяма част от трудността идва от извличането на химическите елементи, използвани вътре в тези оръжия за създаване на експлозия, каза Ханс Кристенсен , директор на проекта за ядрена информация към Федерацията на американските учени, в имейл пред Live Science.
„Основната идея на ядрената експлозия е, че ядрените (делящи се) материали се стимулират да освободят своята огромна енергия. Произвеждането на делящ се материал с достатъчна чистота и достатъчно количество е предизвикателство (и) това производство изисква значителен промишлен капацитет.“, каза той.
Огромното освобождаване на енергия се нарича реакция на ядрено делене . Когато се случи тази реакция, започва верижна реакция, при която атомите се разделят, за да освободят енергия. Това е същият вид реакция, която прави ядрената енергия възможна.
Ядреният материал в ядрена бомба е основно изотопи на уран и плутоний, които са радиоактивни елементи, каза Матю Зерфи , професор по ядрено инженерство в Penn State, пред Live Science. Най-често срещаният изотоп на урана, уран-238 (U-238), се добива и след това преминава през процес на обогатяване, за да се трансформира част в друг изотоп, уран-235 (U-235), който може по-лесно да се използва в ядрени реакции.
„Един от начините за обогатяване на уран е да се превърне в газ и да се върти много бързо в центрофуги“, каза Зерфи. Поради разликата в масата между U-235 и U-238, изотопите се разделят и можете да отделите U-235. За оръжейния уран 90% от проба U-238 трябва да се трансформира в U-235, каза Зерфи. Най-предизвикателната част от този процес, който може да отнеме седмици до месеци, е химическата трансформация на самия елемент, която изисква интензивна енергия и специализирано оборудване. Една химическа опасност по време на този процес е възможното освобождаване на ураниев хексафлуорид (UF?), силно токсично вещество , което при вдишване може да увреди бъбреците, черния дроб, белите дробове, мозъка, кожата и очите.
Процесът за обогатяване на плутоний до същата степен е още по-сложен, каза той, защото този елемент не се среща естествено, както уранът. Вместо това плутоният е страничен продукт от ядрените реактори, което означава, че за да използват плутоний, учените трябва да боравят с радиоактивно, отработено ядрено гориво и да обработват материала чрез "интензивно" химическо отлагане. Обработката на този материал също може да представлява риск за безопасността, ако случайно се събере критична маса , каза Зерфи, което е най-малкото количество делящ се материал, необходимо за поддържане на самоподдържаща се реакция на делене.
„Бихте много внимателни това да не се случи, докато сте в процес на изработване на тези компоненти, за да сте сигурни, че нещата не се събират по невнимание и не влизат в някакъв вид критичност“, каза той, което може да доведе до случайна експлозия.
Въпреки че научните принципи за обединяване на тези компоненти са добре разбрани, създаването и контролирането на тази реакция за части от секундата все още може да бъде трудно.
„Оръжията са проектирани така, че когато бъдат взривени, много бързо се създава „суперкритична“ маса от делящ се материал … в много малко пространство“, каза Зерфи. "Това причинява експоненциално увеличение на броя на деленията, разпространяващи се в целия материал почти мигновено. Това бързо разпространение на атомното делене е голяма част от това, което прави ядрената реакция толкова разрушителна“, каза той.
В случай на термоядрени оръжия, които са разработени след Втората световна война и използват комбинация от ядрено делене и синтез , за да създадат още по-силна експлозия, стандартната реакция на делене трябва да предизвика вторична и по-силна реакция на синтез. Тази термоядрена реакция е същият вид сила, която се намира в центъра на слънцето.
След като тези оръжия бъдат създадени, учените и инженерите трябва да са сигурни, че оръжията ще работят според нуждите, ако някога бъдат използвани. Когато за първи път са разработени ядрени оръжия, учените ще тестват самите оръжия на тестови площадки ( които опустошават околната среда на „безлюдните“ райони, където са били тествани, както и хората и животните, които живеят наблизо). За разлика от тях съвременните тестове на оръжия разчитат на компютърни модели. Това е част от работата, извършена от Националната администрация за ядрена сигурност (NNSA). „NNSA … разработва инструменти за квалифициране на оръжейни компоненти и сертифициране на оръжия, гарантирайки тяхната жизнеспособност и ефективност при различни сценарии. Това включва усъвършенствани симулации, използващи суперкомпютърни системи, наука за материалите и прецизно инженерство, за да се гарантира, че оръжията функционират по предназначение“, каза говорител на NNSA пред Live Science в имейл.
В крайна сметка сложността и предизвикателствата на изграждането на тези оръжия могат да обяснят защо днес в света съществуват толкова малко ядрени суперсили.
(от livescience.com)
