|
Реферат: Атомные пули (Физика)
Специзделие
Самые экзотические ядерные заряды
разрабатывались для стрелкового оружия
Недавно группа физиков из Техаса
опубликовала результаты экспериментов по военному использованию бомбы из
изомера гафния. В техасском эксперименте возбужденное ядро гафния облучали
рентгеновскими лучами - и немедленно высвобождалось в 60 раз больше
энергии, чем было затрачено на инициирование взрыва. Энергия выделялась в
виде смертельного для живых существ гамма-излучения. По разрушительной
(бризантной) способности 1 грамм гафния эквивалентен 50 кг тротила. Новое
оружие вписывается в доктрину безопасности Буша, в которой предусмотрено
применение атомных мини-бомб, так называемых мини-ньюков.
Проблема создания атомного оружия сверхмалых калибров не нова. Им активно
занимались и в США, и в СССР начиная с конца 60-х годов. Однако все работы
по этой теме были строго засекречены, и только после перехода
Семипалатинского полигона под юрисдикцию Казахстана и рассекречивания части
архивов стали известны некоторые интересные подробности.
В протоколах испытаний были найдены упоминания об экспериментах, при
которых выделение энергии обозначено как "менее 0,002 кт", то есть двух
тонн взрывчатки! Несколько документов были поистине сенсационными. Речь в
них шла об атомных боеприпасах для стрелкового вооружения - спецпатронах
калибров 14,3 мм и 12,7 мм для крупнокалиберных пулеметов
метов, но самое потрясающее - были там и патроны калибра 7,62 мм! Правда,
ядерные патроны предназначались не автомату Калашникова АКМ, а другому
детищу легендарного конструктора - пулемету Калашникова, ПКС. Патрон для
этого пулемета и стал самым маленьким в мире ядерным боеприпасом.
Радикального уменьшения размеров, веса и сложности конструкции удалось
достичь благодаря применению не обычного для ядерных бомб урана или
плутония, а экзотического трансуранового элемента калифорния - точнее, его
изотопа с атомным весом 252. После обнаружения этого изотопа физиков
ошеломило то, что основным каналом распада у него было спонтанное деление,
при котором вылетало 5-8 нейтронов (для сравнения: у урана и плутония - 2
или 3). Первые оценки критической массы этого металла дали фантастически
малую величину- 1,8 грамма! Правда, дальнейшие эксперименты показали, что
ее реальное значение оказалось заметно больше.
Наработка взрывом
Однако в распоряжении ученых были лишь микрограммы этого материала.
Программа получения и накопления калифорния - отдельная глава в истории
ядерного проекта СССР. О секретности проекта говорит хотя бы тот факт, что
практически никому не известно имя ближайшего сподвижника Курчатова,
академика Михаила Юрьевича Дубика, которому и было поручено в кратчайшие
сроки решить проблему наработки ценного изотопа. Разработанная академиком
технология до сих пор остается секретной, хотя кое-что все-таки стало
известно. Советскими учеными-ядерщиками были изготовлены специальные мишени-
ловушки нейтронов, в которых при взрывах мощных термоядерных бомб из
плутония, извлеченного из отработанного ядерного топлива, получался
калифорний. Традиционная наработка изотопов в реакторе стоила бы гораздо
дороже, так как при термоядерных взрывах плотность потока нейтронов в
миллиарды раз больше. Из выделенного калифорния была изготовлена начинка
уникальных пуль - деталь, напоминающая заклепку или гантель. Крошечный
заряд специальной взрывчатки, расположенной у донышка пули, сминал эту
штуку в аккуратный шарик, за счет чего достигалось сверхкритическое
состояние. В случае пуль калибра 7,62 мм диаметр этого шарика составлял
почти 8 мм. Для срабатывания взрывчатки использовался контактный
взрыватель, специально разработанный для этой программы. В итоге пуля
получилась перетяжеленной, и для того чтобы сохранить привычную для стрелка-
пулеметчика баллистику, пришлось изготовить и специальный порох, который
давал пуле правильный разгон в стволе пулемета.
Недолговечные патроны
Но это еще не все трудности, которые предстояло преодолеть создателям
уникального боеприпаса. Главная проблема, которая в итоге решила его
судьбу, - тепловыделение. Все радиоактивные материалы греются, и чем меньше
период полураспада, тем сильнее тепловыделение. Пуля с кали-форниевым
сердечником выделяла около 5 ватт тепла. Из-за разогрева менялись
характеристики взрывчатки и взрывателя, а при сильном разогреве пуля могла
застрять в патроннике или в стволе, или, что еще хуже, самопроизвольно
сдетонировать.
Поэтому патроны хранились в специальном холодильнике, представлявшем собой
массивную (толщиной около 15 см) медную плиту с гнездами под 30 патронов.
Пространство между гнездами было заполнено каналами, по которым под
давлением циркулировал жидкий аммиак, обеспечивая пулям температуру около
минус 15 градусов. Эта холодильная установка потребляла около 200 ватт
электропитания и весила примерно 110 кг, поэтому перевозить ее можно было
только на специально оборудованном уазике. В классических атомных бомбах
система теплосъема является составной частью конструкции, но тут она по
необходимости была внешней.
Однако даже замороженную до минус 15 пулю нужно было использовать в течение
30 минут после извлечения из термостата, то есть зарядить в магазин, занять
позицию, выбрать нужную цель и выстрелить. Если это не происходило вовремя,
патрон нужно было вернуть в холодильник и снова термостатировать. Если же
пуля пробыла вне холодильника больше часа, то она подлежала утилизации.
Из пулемета по танкам
Другим непреодолимым недостатком стала невоспроизводимость результатов.
Энерговыделение при взрыве каждого конкретного экземпляра колебалось от 100
до 700 килограммов тротилового эквивалента в зависимости от партии, времени
и условий хранения, а главное - материала цели, в которую попадала пуля.
Дело в том, что сверхмалые ядерные заряды взаимодействуют с окружающей
средой принципиально иначе, чем классические ядерные заряды. Не похож
результат и на обычную химическую взрывчатку. Ведь при взрыве | тонны
химической взрывчатки образуются тонны горячих газов, равномерно
нагретых до температуры в две-три тысячи градусов. А тут - крошечный шарик,
который никак не может передать окружающей среде энергию ядерного распада.
Поэтому ударная волна получалась довольно слабой по сравнению с химической
взрывчаткой такой же мощности, а вот радиация, наоборот, получала намного
большую долю энергии. Из-за этого стрелять нужно было на максимальную
прицельную дальность пулемета, но даже и в этом случае стреляющий мог
получить заметную дозу облучения. Так что максимальная очередь, которую
разрешалось выпустить, была ограничена тремя выстрелами.
Впрочем, и одного выстрела обычно было достаточно. Несмотря на то, что
активная броня современных танков не позволяла такому боезаряду пробить
защиту насквозь, мощное энерговыделение нагревало место попадания до
испарения компонентов брони и оплавления металла, так что гусеницы и башня
намертво приваривались к корпусу. Попав же в кирпичную стену, такая пуля
испаряла около кубометра кладки, и здание обрушивалось.
Наиболее странным был эффект от попадания пули в бак с водой. Ядерного
взрыва при этом не происходило - вода замедляла и отражала нейтроны.
Медленные нейтроны делят ядра более эффективно, и реакция начинается до
того, как пуля ударится о стенку бака, а это приводит к разрушению
конструкции пули из-за сильного нагрева. Полученный эффект пытались
применить для защиты танков от сверхминиатюрных ядерных боеприпасов,
навешивая на них так называемую "водную броню", а проще, емкости с тяжелой
водой.
Мирный атом
Реализация этой программы дала много интересных научных результатов. Но
запас калифорния, "наработанного" во время сверхмощных ядерных взрывов,
неуклонно таял. После введения моратория на испытание ядерного оружия
проблема встала еще острее: калифорний из реактора стоил гораздо дороже, а
объемы его производства были невелики. Конечно, военных не остановили бы
расходы, если бы они чувствовали острую потребность в таком оружии.
Генералы, однако, были в сомнении, что и послужило причиной прекращения
этой программы незадолго до смерти Брежнева.
Срок хранения уникальных калифорниевых пуль не превышал шести лет, так что
ни одна из них не дожила до нашего времени. Калифорний из них был изъят и
использован для чисто научных целей, таких, например, как получение
сверхтяжелых элементов.
Реферат на тему: Безопасность АЭС
Доклад
по физике
на тему:
"Безопасность АЭС"
ученика 11А класса
средней школы №38
Воробьёва Александра
2000 г.
На многих атомных станциях и в России, и в других странах периодически
случаются аварии разной степени опасности. За состоянием всех атомных
станций мира, особенно после страшной аварии на Чернобыльской АЭС (Украина)
в апреле 1986 г., следят представители международной организации по
использованию атомной энергии — МАГАТЭ. По их мнению, все АЭС типа
Чернобыльской, которые имеются в России, и сама Чернобыльская станция на
Украине должны быть либо совсем остановлены, либо временно приостановлены
для капитального ремонта и усовершенствования систем безопасности на них.
Как ещё можно сделать атомные станции более надёжными и безопасными? При
строительстве любой АЭС наиболее ответственным является выбор конкретного
места её размещения. По принятым во всём мире требованиям к размещению АЭС
должны быть учтены прочность грунта, на котором станция будет построена,
возможность землетрясения, наличие водных источников, достаточных для
охлаждения реакторов, близость крупных населённых пунктов и многие другие
факторы, обеспечивающие максимальную безопасность станции.
И тем не менее после аварии на Чернобыльской станции и ряда других,
менее серьёзных аварий в России и других странах мира всё больше людей
сомневаются в безопасности использования атомной энергии в мирных целях.
И сколько бы ни улучшались системы защиты станций, трудно теперь убедить
людей, что аварии невозможны, раз уж они случались. Возможность аварии на
АЭС — самая большая опасность атомной энергетики.
Кроме того, гораздо более реальна опасность малых доз радиоактивного
загрязнения, которые получают тысячи людей, непосредственно работающих во
всём цикле производства электроэнергии с помощью ядерного топлива, — от
добычи и обогащения этого опасного топлива до захоронения остатков его
переработки и всех попутно загрязнённых радиоактивностью материалов и
приборов. И хотя учёные и инженеры постоянно изобретают всё более
совершенные способы защиты от таких малых доз радиации, до конца избавиться
от этой опасности пока не удается.
Ещё одна опасность атомной энергетики — радиоактивные отходы. Каким
образом избавляются сегодня от радиоактивных отходов, образующихся в
процессе работы ядерного топлива? Первое, что делают, — стараются собрать
все, даже ничтожно малые количества загрязнённых материалов. Процесс
очищения загрязнённых предметов, одежды, материалов и даже людей называется
дезактивацией. С помощью специальных моющих растворов смывают мельчайшие
радиоактивные частицы со всех дезактивируемых предметов или с людей. Затем
тщательно собранные таким образом радиоактивные вещества, смешанные с
очищающей жидкостью, упаривают и сгущают, чтобы по возможности уменьшить их
в объёме. После этого густой осадок либо закачивают в специальные скважины,
либо бетонируют, заливают жидким стеклом. Все эти способы дезактивации
позволяют лишь собрать и изолировать от природы и людей большую часть
радиоактивных веществ, образовавшихся в процессе использования ядерного
топлива. Но окончательно безопасными ядерные отходы станут очень не скоро —
иные из них будут представлять опасность и через миллионы лет, до полного
естественного распада их ядер и превращения в другие, не радиоактивные
вещества. Найти же место, где можно было бы хранить такие отходы столь
долго и при этом надёжно, становится всё труднее.
Один из распространённых сейчас способов захоронения радиоактивных
отходов — затопление контейнеров с ними в морях и океанах.
Природные радиоактивные элементы растворены в морской воде, и
сравнительно небольшое увеличение их содержания может быть не так уж и
опасно. К тому же в морской воде довольно много урана. Одно время даже
всерьёз обсуждался план его «добычи» из воды. Однако совсем другое дело,
если в океаны и моря попадут новые, искусственно созданные радиоактивные
элементы, особенно плутоний. Он является не только элементом, не
встречающимся в природе, но и сверхтоксичным, ядовитым веществом. Например,
для человека доза плутония лишь в 0,0001 г — смертельна! Именно эта угроза
заставляет страны, владеющие атомным производством, остерегаться
захоронений под водой, особенно на глубине менее 3 тыс. м.
Некоторыми учёными был предложен и другой возможный вариант избавления
от радиоактивных отходов: различными путями выбрасывать их в ближний или
дальний космос — в околоземное или даже околосолнечное пространство. Но
противники этого способа захоронения предупреждают об опасности
столкновения с контейнерами, наполненными отходами или их осколками,
будущих космических кораблей. Загрязнить ещё и космос на многие века пока
не решается ни одна страна.
А пока — трудно найти место для их хранения, особенно в густонаселённых
странах, например в Западной Европе, где практически нет свободных
территорий. Такие страны вынуждены либо рисковать и захоронять
радиоактивные отходы у себя вопреки протестам населения, либо пытаться
отправить свои опасные отходы в другие страны, имеющие ещё свободные
территории и подходящие условия для захоронения отходов.
Оказывается, что в России с ее огромными неосвоенными просторами на
Севере и Востоке ищут и находят места для захоронения радиоактивных отходов
не только отечественной атомной промышленности, но и бывших союзных
республик (стран СНГ), и даже более дальних наших соседей из Европы и Азии.
При этом нельзя забывать, что радиоактивные отходы будут опасны дольше
времени «жизни» политических границ между странами. И никто не может
сегодня предвидеть, на чьей территории они окажутся через сотни лет, и как
к ним отнесётся новое поколение? Всё это дополнительно осложняет отношение
к ядерной энергетике. Всё чаще звучат призывы, требующие отказаться от
использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные станции и
возвратиться к производству электроэнергии на тепловых электростанциях
(ТЭС) и гидроэнергетических станциях (ГЭС), а также использовать так
называемые возобновимые — малые, или «нетрадиционные», — виды получения
энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства,
использующие энергию ветра, воды, солнца, фитомассы (растительной массы),
геотермальную энергию (энергию гейзеров, горячих вод из скважин и т.п.), а
также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.
Правда, ветряные и водяные мельницы известны уже очень давно, и в этом
смысле как раз они-то и могут считаться традиционными. Но за последние сто
лет они были почти полностью вытеснены сначала тепловыми, а затем и
гидроэлектростанциями очень большой мощности. Более правильно всё-таки
будет называть их электростанциями на возобновляемых ресурсах в отличие от
невозобновляемых источников энергии — угля, нефти и газа. Сжигать же эти
невозобновимые виды ископаемого углеводородного сырья - всё равно что
топить ассигнациями (бумажными деньгами), по мнению выдающегося русского
учёного-химика Дмитрия Ивановича Менделеева.
Начиная с 1964 г. в СССР строились атомные электростанции больших
мощностей. Сегодня около 11% всей электроэнергии в России получают на
атомных электростанциях. Закрыть их или хотя бы временно остановить
некоторые станции — значит создать энергетический «голод»
| |
