Как выглядит атомная бомба из лего
Обновлено: 02.05.2024
«Мечтой его жизни было собрать образцы каждого элемента из таблицы Менделеева. Не знаю, как вы, а я в его возрасте мечтал купить машину», — вспоминал школьный учитель физики Дэвида Хана. Парень не стал нобелевским лауреатом и не читал лекции в престижных вузах, хотя вполне мог бы, учитывая его упорство и выдающиеся познания (как минимум для подростка) в химии. Увы, Дэвид не справился с депрессией и закончил весьма скверно. Onliner изучил удивительную историю человека, который к 17 годам собрал в сарае у дома матери ядерный реактор.
Начало экспериментов
Дэвид Хан, который позднее станет более известен как «Радиоактивный бойскаут», родился в 1976 году в штате Мичиган. Он жил пригороде Детройта, родня в основном работала в General Motors. Родители ребенка развелись, отец повторно женился. Дэвид стал жить с папой и мачехой, а к родной матери приезжал на выходные.
В детстве парень был самым что ни на есть обычным: немного замкнутым, худым, играл в бейсбол и футбол. Все изменилось в 10 лет, когда дедушка подарил мальчику «Золотую книгу химических экспериментов» за авторством Роберта Брента. Пособие перевернуло сознание Дэвида.
Парень схватывал формулы на лету и проводил все более сложные эксперименты. Простенькие опыты уже не интересовали подростка, в 12 лет ребенок читал учебники из программы колледжей. По воспоминаниям родственников, они часто заставали парня уснувшим посреди энциклопедий, связанных с химией.
Сперва Дэвид соорудил лабораторию в отцовском доме. Там начинались эксперименты, которые затем примут совсем крутой и опасный для жизни оборот. Несмотря на большой интерес к химии, парень наплевательски относился к безопасности: либо был излишне самоуверен, либо не осознавал потенциальный вред. И ему это не раз аукнулось впоследствии.
Дым и хлопки стали обычным явлением в доме Ханов. Однажды взрослые заглянули в комнату сына и увидели уничтоженный химикатами ковер, после чего потребовали от ребенка перенести лабораторию в подвал. Там у Дэвида началось полное раздолье.
Все закончилось взрывом. Родители бросились на шум и увидели ребенка на полу с обугленными бровями, он был почти без сознания. Оказалось, что парень взбивал отверткой насыпанный в пластиковый контейнер красный фосфор (используется в производстве спичек), и тот загорелся. Дэвиду повезло: он мог потерять зрение из-за частиц пластика, которые попали в лицо при взрыве, но отделался регулярными визитами к офтальмологу. После такого отравление кантаксантином (подросток хотел сделать искусственный загар — лицо стало цвета морковки) и подожженная магнием палатка в лагере скаутов кажутся детскими шалостями.
При этом Дэвида сложно назвать вундеркиндом. Блестящие результаты по химии никак не соотносились с успеваемостью по остальным предметам: например, он едва не завалил годовой тест по математике в старшей школе.
Деньги на материалы для своих исследований Дэвид получал с мелких подработок. Постепенно он стал более замкнутым, вместо встреч с друзьями все свободное время сидел в подвале. О его экспериментах почти никто не знал, кроме пары близких приятелей. Родители парня особо не интересовались, чем занят ребенок. Вернее, они спрашивали, но ничего не понимали: Дэвид заваливал их научной терминологией, и даже отец, изучавший в колледже химию, слабо понимал суть опытов сына.
Однажды Дэвид загорелся идеей получить значок скаута-орла — высшего ранга в иерархии бойскаутов. Кроме стандартных заданий вроде оказания первой помощи и выполнения социально полезных работ, парню нужно было сделать научный проект. Дэвид выбрал категорию «Атомная энергия» — по словам скаутмастера, на его памяти такую секцию взяли впервые. Парень написал большое сочинение о ядерной энергии, собрал модель реактора (понадобились жестяная банка, сода, спички, вешалки и резинки) и получил заветный значок в 1991 году, когда ему было 14.
Реактор для дома
Судя по всему, в этот период у Дэвида сформировалось убеждение, что ядерный реактор необходим на случай исчерпания других источников энергии. Так он пришел к мысли собрать в домашних условиях настоящий реактор. К тому моменту лаборатория уже переехала в сарай у дома родной матери парня.
Подросток замахнулся на реактор-размножитель. Если по-простому, такое устройство вырабатывает больше ядерного топлива, чем необходимо для его функционирования. На словах звучит хорошо, а на практике оказалось, что есть серьезные проблемы с надежностью и безопасностью: на одной станции реактор начал плавиться, на другой не работал должным образом.
Сперва парень решил сделать нейтронную пушку, которая сталкивала бы изотопы с нейтронами. Хан обратился за советами в исследовательские центры и институты. Дэвид представлялся учителем физики. Он написал в Комиссию по ядерному регулированию, Американское общество ядерной энергетики, Институт электричества имени Эдисона и другие организации. Парень расспрашивал о работе реактора и компонентах для его постройки. Адресаты подробно отвечали, ни разу не проверив его личность.
Где найти компоненты
Узнав, что нужно, Дэвид еще должен был раздобыть редкие и запрещенные для свободной продажи элементы: америций-241, радий-226, уран-238 и т.п. Если на заре увлечения химией эксперименты парня можно было назвать любопытством, то теперь его действия стали принимать все более маниакальный характер.
Дэвид выяснил, что америций-241 в очень малых количествах содержится в датчиках дыма, — производитель продал Хану сотню неработающих устройств всего по доллару за штуку. Найти торий-232 тоже было легко: он применяется в калильных сетках ламп. Правда, пришлось горелкой испепелить сетки и выделить торий с помощью лития из батареек. Результат — подросток получил торий в девять тысяч раз чище, чем он встречается в природе.
Остальные элементы пришлось серьезно поискать. Радий-226 до начала семидесятых использовался в люминесцентной краске на циферблатах и стрелках часов, а также в приборных панелях самолетов и машин. Дэвид объезжал свалки, но улов был скудным. Однажды ему повезло: парень ехал к подружке, как вдруг счетчик Гейгера начал трещать возле антикварного магазина. Там обнаружились подходящие настольные часы, которые Хан купил за $10. Находка была настолько удачной, что Дэвид оставил хозяйке магазина записку, в которой пообещал любые деньги за еще один экземпляр подобных часов.
С ураном все сложнее: вещество не найти в свободном доступе. Хана это не смутило. Он написал в компанию из Чехословакии, которая продавала вещество определенному списку университетов и компаний. Дэвид назвался профессором исследовательской лаборатории, которому уран нужен в научных целях. Европейская фирма, не моргнув глазом, выслала образцы подходящей руды. Бериллий для получения нейтронов друг Дэвида украл из лаборатории, в которой работал.
Остановился почти вовремя
В итоге Дэвид соорудил пушку, с помощью которой удалось получить урановый порошок. Пришлось перебрать несколько компонентов, чтобы добиться желаемого результата. Измерения счетчиком Гейгера на протяжении нескольких недель показали, что уровень радиации становится все выше. Но на тот момент Хана это не беспокоило. Настало время для сбора полноценного реактора.
Парень смешал вещества, поместил их на фольгу и скатал шарик. Своеобразное ядро реактора Дэвид окружил золой тория и урана, обмотав все клейкой лентой. Задумка сработала, хотя пользы от такого реактора не было: он лишь излучал радиацию.
Дэвид продолжал легкомысленно относиться к безопасности, несмотря на растущий уровень радиации. Максимум, что он делал, — это менял обувь и одежду при входе в сарай. Когда подросток рассказал близкому другу о своем реакторе, тот посоветовал использовать стержни для контроля ядерных реакций — прямо как на настоящих атомных станциях. Хан установил кобальтовые сверла для дрелей, но толку от них оказалось мало — процесс становился неуправляемым. Дэвид по-настоящему забеспокоился, когда счетчик Гейгера выдал тревожные показатели через пять зданий от дома его матери. Стало ясно, что эксперимент пора сворачивать.
Проблемы с полицией
Парень разобрал реактор и хотел вывезти компоненты в лес. Ночью 31 августа 1994 года он загрузил все в багажник своего Plymouth 6000 и отправился в дорогу, но его остановила полиция. Соседям показалось, что Дэвид воровал покрышки, и позвонили копам. Те потребовали открыть багажник.
Увиденное их насторожило, особенно после предупреждения водителя: мол, лучше ничего не трогайте, здесь радиоактивные вещи. Полицейские решили, что парень собирал атомную бомбу, и вызвали отряд саперов вместе со специалистами по здравоохранению. Когда выяснилось, что торий и америций не встречаются в природе в столь сильной концентрации, какая обнаружилась в багажнике машины, делом заинтересовались серьезные органы, включая ФБР.
17-летний парень оказался не из простых: он не испугался ни полиции, ни людей в строгих костюмах, которые допрашивали его. Судя по всему, силовики недооценили молодого человека. Они съездили в дом к отцу Хана и не нашли там ничего подозрительного. Парень умолчал, что настоящая лаборатория была в сарае у дома его матери, а копы не стали проверять ее жилище. Только спустя три месяца Дэвид рассказал, где соорудил реактор. Отправившиеся туда специалисты установили, что уровень радиации некоторых предметов превышал допустимый в тысячу раз.
Расходы по утилизации радиоактивных вещей на могильнике в штате Юта обошлись властям в круглую сумму, и родителям Дэвида выставили счет на $60 000. Парень сильно переживал происходящее: его семья не была состоятельной, к тому же Хан остался без любимого дела. Что еще хуже, подростка взяли на карандаш агенты ФБР. Они опасались его дальнейших экспериментов, к тому же человек с подобными знаниями мог быть полезен террористам.
Отказавшись от военной карьеры, Хан вернулся на гражданку. Через некоторое время парня застукали на краже детекторов дыма — тех самых, которые содержат америций. Дэвида отправили на три месяца за решетку. Дальнейшие годы его жизни прошли относительно спокойно, а незадолго до смерти он хотел получить разрешение на работу механиком.
Дэвида Хана не стало два года назад: он умер 27 сентября 2016 года в возрасте 39 лет. Поначалу высказывались предположения, что сыграло свою роль долгое воздействие радиации. Но обследования при жизни показывали, что серьезного урона здоровью Хан себе не заработал. Да и сам парень заявлял, что своими экспериментами укоротил свою жизнь «не более чем на пять лет». Причина смерти оказалась совсем другой: отравление алкоголем. Оставить след в истории, как того хотел Дэвид, у него так и не получилось.
Моя статья для детского журнала
"Тропой Ахмадинеджада", Тегеран.
Атомная бомба - это очень просто.
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 тяготением! Они притягиваются друг к другу, как брошенный камень притягивается к Земле. Просто, чтобы эта сила возникла, частицы должны находиться очень
близко друг к другу.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 строительством 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.
(с) 2007 Юрий Шимановский
Все они созданы Аллахом во время сотворения мира.
Доооо
Как будто если соединить 2 куска урана или плутония
Они взорвутся
Нет
Не взорвутся
Будет просто излучение
Поджаришься до корочки
Но нк взорвёшься
Первый человек, который «увидел» атом: кто такой Эрвин Мюллер
13 июня 1911 года родился выдающийся немецко-американский физик Эрвин Вильгельм Мюллер. Он известен благодаря своим изобретениям:
— в 1936 году, работая в лаборатории Siemens, изобрел электронный автоэмиссионный микроскоп с разрешением 2 нанометра (нм), за создание которого ему дали докторскую степень;
— в 1951 Мюллер усовершенствовал свое изобретение, создав, ионный микроскоп, который благодаря разрешающей способности 0,25 нм стал первым прибором, использованным для наблюдения за атомами;
— в 1968 создал ионный проектор с атомным зондом, способный распознавать выбранный отдельный атом на металлической поверхности.
Именно последний вы и можете наблюдать на фотографии сверху. Снизу же фотография команды, которая в 1955 году работала под началом Мюллера.
Фото: личный архив доктора Джона Паница
Строение атома
(не затрагивая электроны)
"ЧТО ТАКОЕ РЕНТГЕН И ЧЕМ ОН ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ЗИВЕРТА" или "ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИИ"
Мы уже рассказывали о том, что такое радиация в принципе (см. мою первую статью здесь же). Теперь так же коротко и очень понятным языком обсудим единицы её измерения. Надо сказать, вопрос этот не слишком сложный, но, тем не менее, иногда здесь происходит некоторая путаница.
Начнём с того, что для измерения активности радиоактивных материалов в системе СИ используется такая единица как беккерель (Бк). Фактически это дело показывает то, сколько распадов в секунду происходит в данном веществе за 1 с. Поэтому 1 Бк = 1 с^-1. То есть, речь идёт именно о процессах "внутри" радионуклида, а не об информации о "радиации вокруг" него. Внесистемная единица измерения активности – кюри (Ки). 1 Ки = 3,7 * 10^7 Бк.
Теперь непосредственно о самой радиации. Существует такое понятие как экспозиционная доза. По сути, она просто характеризует способность фотонного (гамма) излучения ионизировать окружающий воздух и представляет собой отношение суммарного заряда ионов, образованных в результате действия излучения, к массе воздуха, на который это действие оказывалось. Соответственно единица измерения экспозиционной дозы – кулон на килограмм (кл/кг). Внесистемная единица измерения – это тот самый рентген (Р). 1 Р = 2,58*10^-4 кл/кг. Мощность экспозиционной дозы измеряется в амперах на килограмм (А/кг) или в рентгенах в секунду (Р/с). На практике, впрочем, часто используют рентгены в час (Р/ч). А мощность – она и есть мощность. Её значение даёт понять, "насколько сильное" гамма-излучение присутствует в данном месте, "сколько рентген воздействует на объект за секунду или за час".
Также существует понятие поглощённой дозы. Это – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. Чтобы было понятно, скажем так. Если экспозиционная доза скорее характеризует само по себе излучение (только гамма), то поглощённая – показывает именно "количество" действия излучения (какого-нибудь) на что-либо, "сколько радиации здесь подействовало на объект". Формулировки, разумеется, мягко говоря, некорректные, но весьма наглядные и понятные. В системе СИ данная величина измеряется в греях (Гр). Один грей равен одному джоулю (энергии) на килограмм (вещества) (Дж/кг). Кроме того, есть несистемная единица под название "рад", равная 0,01 Гр. Фактически именно поглощённая доза является основополагающей в дозиметрии. Она показывает именно действие энергии на вещество и применима к радиоактивному излучению любого вида. В общем и целом, в большинстве случаев можно считать, что "100 рентген гамма-излучения равны 100 радам или 1 грею". То есть, в среднем, объект, помещённый в среду, в которой наблюдается мощность гамма-излучения 100 Р/ч, за час получит дозу в 1 грей. А за 2 часа, как несложно догадаться – 2 грея. Хотя на самом деле там всё будет зависеть от конкретной энергии конкретных частиц. Но в среднем – примерно как-то так.
Теперь самое интересное. Дело в том, что разные виды излучения (альфа, бета, гамма. ) по-разному воздействуют на живые организмы. Ранее мы уже отмечали, что альфа-излучение может быть гораздо опаснее, чем бета (другой вопрос, что оно должно ещё как-то "попасть в организм", а для него это сложнее). Поэтому для оценки биологического эффекта облучения организма была придумана эквивалентная доза излучения, измеряемая в зивертах (Зв). Она равна поглощённой (организмом или его частью) дозе, умноженной на так называемый взвешивающий коэффициент данного вида излучения. То есть, величину энергии, полученной организмом или его частью, просто умножают на коэффициент, который у каждого вида излучения свой. Для гамма-излучения он равен 1. Следовательно, в этом (и самом распространённом) случае эквивалентная доза (в Зв) будет численно равна поглощённой (в Гр). Есть и внесистемная единица измерения эквивалентной дозы: бэр (биологический эквивалент рентгена), который равен 0,01 Зв. Таким образом, если человек пробыл 3 часа в местности, мощность экспозиционной дозы в которой составляет 30 Р/ч, то поглощённая им доза излучения примерно такова: 3 * 30 = 90 (рад) = 0,9 (Гр), что в эквиваленте равно 90 (бэр) или 0,9 (Зв).
Для бета-частиц и рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент также равен 1.
Для протонного принимается равным 2.
Для альфа-частиц и осколков деления атомов – 20.
Что касается нейтронного излучения, то оно сильно различается по энергии этих самых нейтронов, и здесь коэффициент может быть от 2 до 21.
Получается, что 1 час воздействия альфа-излучения на организм как бы соответствует целым 20 часам воздействия гамма-излучения.
Вообще говоря, учитывая, что для "обычной" радиации (гамма) все три величины численно примерно равны, в дозиметрах часто показывается не мощность экспозиционной дозы в Р/ч, а именно мощность эквивалентной в Зв/ч (на самом деле - обычно в микрозивертах). Кстати говоря, в среднем по Земле естественное её значение составляет около 0,20 мкЗв/ч (20 мкР/ч). Нормой считается излучение до 0,30 мкЗв/ч, хотя по факту абсолютно безопасно для человеческого организма и постоянное пребывание в местности с 0,50 мкЗв/ч.
Всё? Нет, не всё. Излучение ещё и по-разному может действовать на различные ткани и органы организма. Например, глаза могут быть более чувствительны, чем кожа. Для оценки действия излучения на конкретные "места организма" используется ещё один коэффициент, на который умножается суммарная эквивалентная доза облучения организма. Полученная величина называется эффективной дозой и измеряется в тех же единицах, что и эквивалентная. Например, для желудка и лёгких коэффициент равен 0,12, для кожи – 0,01.
Какие конкретно эквивалентные дозы излучения приводят к развитию лучевой болезни? Это тема для отдельного разговора. Если совсем вкратце, то за довольно короткий промежуток времени человек должен успеть получить дозу 100 Р = 1 рад = 1 Гр = 100 бэр = 1 Зв (для гамма-излучения). Да, да, вероятно, именно поэтому знаменитый бар в "Сталкере" был назван именно так.
Автор: Сергей Смолин.
"ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ" и "КАКАЯ ОНА БЫВАЕТ"
Краткая и понятная справка для самых маленьких.
В сети (и не только) иногда попадаются люди, которые не знают даже самых простых вещей про радиацию. Специально для них объясняем. Да, очень вкратце. Да, НЕ совсем научно, а, может быть, даже и НЕ совсем точно, и вообще наивно и по-детски. Но зато очень просто и ясно. А если кому-то нужно больше и правильнее – пожалуйте в Гугл.
Сначала на всякий случай напоминаем. Как известно, вещества состоят из атомов, а атомы состоят из трёх видов частиц: протонов (положительно заряженные частицы), нейтронов (нейтральные частицы), электронов (отрицательно заряженные частицы). Из протонов и нейтронов сделано ядро атома. И тех, и других называют ещё нуклонами. А электроны (которые намного меньше по массе) роятся вокруг этого ядра по специальным "орбитам" (орбиталям). Этот "рой" (облако) электронов нас сейчас не интересует. Все самые захватывающие процессы происходят в ядре.
Собственно все элементы различаются лишь числом протонов и нейтронов. То есть, золото отличается от свинца всего лишь количеством этих частиц, и не более того. Например, в атоме "обычного" водорода – 1 протон и ни одного нейтрона. А в атоме, к примеру, "обычного" железа - 26 протонов и 30 нейтронов (если я сейчас ничего не путаю, впрочем, смысл ясен). Есть, однако, и "необычные" атомы. Например, (при том же числе протонов) нейтронов в атоме может быть больше, чем в большинстве "сородичей". В качестве примера приведём так называемый дейтерий – водород, в котором таки есть не только 1 протон, но и 1 нейтрон. Такие "вариации" называются изотопами. Так, дейтерий – это один из изотопов водорода.
Все эти нуклоны держатся (обычно) вместе и никуда на разлетаются. На это у них есть веские причины, называемые ядерными силами, из-за которых нуклоны притягиваются друг к другу. Строго говоря, само это явление рассматривается уже не в ядерной физике, а в физике элементарных частиц, в общем, просто поверьте, что оно есть. Помимо ядерных сил на нуклоны действуют некоторые другие силы, например, кулоновские силы отталкивания. У "обычных" стабильных изотопов притяжение нуклонов пересиливает всё остальное. И ничего интересного с такими ядрами не происходит. Однако, при некоторых условиях, например, если нейтронов получается "больше, чем нужно", или при некоторых других, могут начать происходить весьма любопытные явления. Именно это и отличает радиоактивные изотопы элементов от не радиоактивных.
Одним из таких любопытных явлений является альфа-распад. При альфа-распаде из ядра атома вылетают – кто бы мог подумать! – так называемые альфа-частицы. Они представляют собой два протона и два нейтрона (то, есть, по сути, это ядра гелия). Соответственно, в ядре остаётся меньшее число нуклонов, и данный атом становится уже атомом другого элемента. Альфа-частицы не могут улететь далеко от покинутого ядра, их пробег в воздухе составляет несколько сантиметров, а в какой-нибудь там алюминий они могут проникнуть только на доли миллиметра, не говоря уже о чём-то более плотном. Альфа-частицы притягивают к себе часть электронов из окружающей среды, чтобы стать "полноценными" атомами гелия. Соответственно, при контакте с ними соседние атомы вещества часть своих электронов теряют и становятся так называемыми ионами. Ввиду маленькой проникающей способности, альфа-излучение в подавляющем большинстве случаев не представляет опасности для человека и прочих зверюшек, так как эти частицы не способны преодолеть даже верхний омертвевший слой кожи (даже если смогут на неё попасть сквозь окружающий воздух). Однако, вещества, в которых происходит альфа-распад, могут быть чрезвычайно опасны при попадании внутрь организма. Кстати говоря, радиоактивные вещества, попав в организм, могут весьма и весьма надолго там задержаться (а некоторые прям очень надолго), то есть, воздействие получится не только гораздо более сильным, но ещё и долгим (и вот это уже относится к изотопам с любым видам распада, а не только с альфа). Именно поэтому при нахождении в некоторых опасных зонах следует пользоваться защитной одеждой и противогазом.
Второе интересное явление, касающееся предмета нашего рассмотрения – бета-распад. Здесь процесс немного более сложный. Существует такая вещь как слабое взаимодействие (тут опять физика элементарных частиц). И вот это взаимодействие при бета-распаде превращает один из нейтронов атома в протон (или наоборот). При этом, в соответствии с определёнными законами, в ядре также "образуются" две частицы. В зависимости от вида бета-распада (отрицательный или положительный), это могут быть либо электрон и антинейтрино, либо позитрон и нейтрино. "Нейтрины" оставим в покое, нам они сейчас не нужны. А вот такие вылетающие из ядер электроны/позитроны – это и есть бета-частицы. Они способны ионизировать чьи-либо атомы, вызывать химические реакции и вообще делать всякие разные вещи. Их проникающая способность – на порядок больше, чем у альфа-частиц. Пробег в воздухе может исчисляться метрами. Эти малыши вполне способны проникать в кожу человека. Вещества с бета-распадом так же очень опасны при попадании вовнутрь (хотя действие бета-частиц на организм всё-таки намного слабее, чем альфа).
Третье явление. Да, правильно. Гамма-излучение. Если альфа- и бета- частицы – это "прямые" продукты того или иного распада, то с гамма-частицами всё иначе. Грубо говоря, это "побочный продукт", образующийся при каких-либо процессах. При тех же распадах, при ядерных реакциях и некоторых других. Представьте, что вы берёте мандарин и делите его на дольки. Помимо собственно долек, у вас в руках останутся ещё кусочки цедры. Вот так и тут. Пример очень примитивный и вообще некорректный, но зато ясный. Гамма-частицы представляют собой фотоны. Да, те самые, из которых состоит, в частности, видимое световое излучение (свет), но только с другими "параметрами". Гамма-частицы обладают очень высокой проникающей способностью и могут преодолевать, скажем, пятисантиметровый слой свинца. Взаимодействие с веществом может быть различным – ионизация, ядерный фотоэффект ("выбивание" из ядра атома нуклонов) и прочее. По опасности для живых организмов гамма-частицы примерно эквивалентны бета, однако, как уже было сказано, проникают в вещества несоизмеримо глубже. Обычно, говоря о радиации как об опасном факторе, подразумевают именно гамма-излучение. Хотя этим словом можно назвать любое из перечисляемых здесь излучений.
Нейтронное излучение. Как несложно догадаться, это поток нейтронов. Фактически наблюдается не "само по себе", а только при ядерных реакциях (в реакторах или при тех самых ядерных взрывах). Вылетающие нейтроны различаются по своей энергии. В отличие от вышеперечисленных частиц, нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов и лучше поглощаются не тяжёлыми (плотными), а лёгкими атомами, скажем, бором. Так называемые "быстрые" нейтроны (с более высокой энергией) поглощаются вообще плохо, однако, могут быть "замедленны" с помощью, к примеру, водородосодержащих материалов (той же воды). Нейтроны могут "цепляться" к ядрам окружающих веществ, в результате чего эти ядра становятся радиоактивными и начинают сами испускать те или иные частицы (наведённая радиоактивность).
Существует также экзотическое протонное излучение и некоторые другие, но их рассмотрение уже выходит за рамки этого разговора.
Очень часто меня спрашивают разные люди, почему атомную бомбу так долго не могли сделать? Все изучали в школе физику и знают, что если взять достаточно большой кусок урана, то непременно "заведётся" цепная реакция и этот кусок неминуемо взорвётся. В таком случае почему ещё не все страны обзавелись атомным оружием?
Так ли это? Достаточно ли взять уран в нужном количестве и любой человек легко сделает бомбу своими руками? Она же так просто устроена? Возьми один кусок в одну руку, другой — в другую, хлоп их друг об друга и получишь Большой Барабум.
Так, да не так. Всё обстоит несколько сложнее. Попробуем разобраться.
Действительно, если взять два куска урана, каждый из которых имеет массу меньше необходимой для взрыва (это называется докритическая масса) и соединить их в один кусок критической массы, то должен произойти взрыв. Должен, конечно, но вопрос в том, как именно вы будете соединять эти куски. Давайте попробуем взять в каждую руку по куску урана 235 и начнём их сближать.
Как только вы приблизите куски U-235 на достаточное расстояние, они начнут разогреваться от обмена друг с другом нейтронами. Причём чем ближе мы их успеем свести, тем быстрее они будут разогреваться. Через какое-то время куски разогреваются докрасна и их уже трудно будет держать ツ. Но у нас цель — заставить наш уран взорваться, мы надеваем рукавицы и продолжая удерживать, сближаем наши куски ещё ближе. Уран разогревается добела, начинает капать под ноги, собираясь в лужицу и продолжая разогреваться ещё сильнее. Подставим кастрюльку, чтобы жидкий уран не растекался. Наконец наши урановые куски полностью расплавляются и начинают просто испаряться. Всё. Больше вы уже ничего не можете сделать: ваша "бомба" испарилась, не успев взорваться. Поделать с этим вы ничего не сможете. Энергии выделяется так много, что охладить куски абсолютно невозможно. Ничем.
Как ни старайся быстро сближать, любые устройства неминуемо будут расплавлены и испарены. Атомного взрыва не получится. В лучшем случае вы получите тепловой хлопок.
Это происходит потому, что механические устройства не способны развить такие огромные скорости сближения, каких будет достаточно, чтобы опередить рост плотности нейтронного потока. Чтобы это сделать, нужно сближать куски с огромной скоростью. Тысячи метров в секунду. Только в этом случае, вы сумеете "опередить" разогрев и куски успеют "впечататься" друг в друга прежде, чем разогреются. И вот только тогда вы получите такое огромное энерговыделение, что появится всем знакомое грибовидное облако. Большой Барабум.
Ага. Вот как всё просто! Надо просто взять один кусок U235 и выстрелить им в другой кусок U235 из пушки. Спешу вас разочаровать: ничего не выйдет. Порохом разогнать наш кусок до таких скоростей не получится. Чтобы достичь необходимой скорости придётся использовать специальную взрывчатку. Причём, именно специальную. Обычная разорвёт наш кусок на части и опять ничего не выйдет. Используют специальную комбинацию разных видов взрывчатки, которая обеспечивает достаточно большую скорость сближения, но при этом не разрушает наш кусок урана.
Таким вот образом обеспечивают достаточно быстрый перевод всей нашей системы в сверхкритическое состояние до того, как система будет разрушена растущим разогревом. Эта система называется "пушечной" или "баллистической". Такая схема использовалась в ядерном оружии первого поколения и обеспечивала энерговыделение порядка десятков килотонн в тротиловом эквиваленте. Именно по этой схеме работала атомная бомба Little Boy, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года.
Данная схема возможна только при использовании в качестве начинки урана, при использовании плутония — номер уже не пройдёт. Активность плутония в сотни раз выше чем у урана и для сближения кусков нужно обеспечить гораздо больше скорости, что невозможно осуществить. Любые попытки "выстрелить" приведут к тому, что наша "пуля" испариться не успев долететь до "мишени" на достаточное расстояние. Произойдет обычный хлопок. Или fizzle , как говорят англоязычные.
Плутоний гораздо более "заводной" и реагирует на сближение гораздо активнее. Кусок плутония на ощупь всегда тёплый, в нём постоянно происходит реакция. Потому плутоний и гораздо более заманчив для наших целей, так как критическая масса плутония может быть в десять раз меньше урановой. 5 килограммов плутония меньше куриного яйца, но способны дать взрыв мощностью 20 килотонн. Однако, из-за своей активности для подрыва по пушечной схеме, необходимо сближать куски со скоростями в десятки километров в секунду. Никакие взрывчатки обеспечить такие скорости не в состоянии.
Для подрыва плутония используется одно из удивительных свойств металлического плутония: он имеет шесть фазовых состояний. При переходе из дельта-фазы в альфа-фазу, металл способен поменять свою плотность на аномальные 25%! Беда в том, что дельта-фаза нестабильна, а переход этот происходит при комнатной температуре и атмосферном давлении. Но если добавить в сплав совсем немного галлия, то дельта-фаза становится метастабильной при комнатной температуре и переходит в плотную альфа-фазу лишь при воздействии высоким давлением.
Вот так мы и сможем взорвать наш плутоний. Мы должны взять кусок плутония в дельта-фазе, поместить его очень плотный пучок нейтронов так, чтобы до критических условий оставалось совсем чуть-чуть, а затем взять и увеличить его плотность на 25%, переведя его из дельта, в альфа фазу. Бабах!
Как же это можно сделать? Возьмём мощную взрывчатку, обложим наш кусок плутония со всех сторон и взорвём. Скорость ударной волны получится порядка 5 км/сек с каждой стороны куска, что даст в сумме 10 км/сек. И вот это взрывное давление, пробежав по куску, обеспечит переход плутония из дельта-фазы в альфа-фазу. При этом сам кусок никуда двигаться не будет, двигаться будет лишь взрывная волна.
Атомная бомба с названием "Малыш" 6 августа 1945 года была сброшена на японский город Хиросима. Тем самым она стала первой первой атомной бомбой, использованной в качестве оружия и, по совместительству, первой взорванной урановой бомбой вообще.
Все верно - "Малыша" даже не испытывали. Конструкция бомбы настолько проста, что она попросту не могла не сработать. Но, ради справедливости, стоит сказать, что сработала она несколько хуже, чем ожидалось.
В бомбе использовался высокообогащенный уран с содержанием U-235 до 90%. Он был разделен на 2 цилиндра, получившие названия "пуля" и "мишень", потом станет понятно почему.
"Мишень" имела диаметр 100 мм и массу 25,6 кг. Масса "Пули" - 38,5 кг, а в центре "пуля" имела вырез, в который должна была войти "мишень".
Схема, по которой работал "Малыш" называется пушечной. Принцип действия тут в том, что "пулей" с помощью порохового заряда, в прямом смысле, стреляют в "мишень". Когда два урановых элемента сближаются, их общая масса становится надкритической, начинается цепная реакция деления ядер атомов урана и происходит взрыв.
Деление урана
Выглядит это примерно так:
При попадании нейтрона в ядро, в нем начинаются колебания. В результате, это приводит к распаду ядра атома урана на два (изредка три) ядра более легких элементов. Все это дело сопровождается выделением энергии и образованием еще, как правило, 2-3 свободных электронов.
Продукты деления не постоянны. Всего для урана существует около 30 пар, на которые он может распасться.
Достижение критической массы означает то, что концентрация вещества такова, что образовавшиеся свободные электроны от каждой реакции деления будут приводить к, как минимум, еще одной такой реакции.
Выглядит это примерно так:
Как вы поняли, для запуска реакции нам требуется, как минимум один свободный нейтрон, который вызовет распад ядра, что и запустит цепную реакцию.
В "Малыше" источника нейтронов не было. Он и не нужен. Ядрам атома урана свойственен спонтанный распад - они могут разделиться без внешнего воздействия. Вероятность этого мала и, будь у нас только один атом, ждать, пока он сам распадется, пришлось бы долго. Но, учитывая, количество урана в бомбе, происходит это постоянно.
Иногда, нейтроны образовавшиеся от такого произвольного деления приводят к делению и других атомов, которые спонтанно распадаться не собирались. Но, пока масса не критическая, самоподдерживающаяся цепная реакция нам не грозит.
А вот когда "мишень" и "пуля" объединились, то такой спонтанный распад и запускает реакцию.
Кроме того, область вокруг делящегося вещества в "Малыше" покрыта отражателем нейтронов для ускорения реакции - если один из нейтронов промахнется и не попадет ни в одно ядро. То отражатель запустит его обратно и он сможет попробовать еще раз.
Конструкторы "Малыша" рассчитывали на выходную мощность бомбы в 30 килотонн. В результате вышло гораздо меньше - от 13 до 18 килотонн по разным оценкам. Связано это с невероятно малым КПД бомбы пушечного типа.
"Мишень" и "пуля" даже не успели объединиться - критическая масса была достигнута уже при их сближении. В результате, прореагировать успел только 1% от находящегося в бомбе урана, после чего реакция затухла. Но и этого хватило для того, чтобы нанести колоссальный ущерб городу.
ЭТО ИНТЕРЕСНО: в результате взрыва "Малыша" радиоактивное заражение в Хиросиме не достигло высоких значений. Связано это с тем, что сам уран-235 гораздо менее радиоактивен, чем некоторые продукты его распада. Если бы в реакцию вступило большее количество вещества, то проблем у города могло быть куда больше.
Примерно по такому же принципу работают некоторые ядерные реакторы. Только, если в бомбе, чем более бурно и лавинообразно протекает реакция тем лучше, то в реакторе она контролируется таким образом, чтобы коэффициент размножения не превышал единицу. Простыми словами в реакторе, одно разделившееся ядро должно вызывать не более, чем одно такое же деление.
Бомба из Нагасаки - "Толстяк" имеет уже совершенно другую схему и работает на основе плутония. О ней мы поговорим в следующий раз.
Поставьте, пожалуйста, ваш лайк и подпишитесь на канал, чтобы не пропустить еще больше интересного в будущем. Спасибо!
Лего Битва Построек в Брик Ригс (Brick Rigs)! Построй Ядерную Ракету за 1 Мин, 5 Мин и 15 Минут! Лего Битва Построек и .
Лего Битва Построек! Лего Ядерный Апокалипсис в Brick Rigs! Лего Выживание в Бункере под Землей от Ядерной Бомбы!
Играем в Brick Rigs (брик ригс) - огромная самая мощная ракета атакует лего здание! Боевая лего техника! ○Я в Instagram .
Лего Выживание в Небоскребе против Ракеты V-2 (ФАУ-2)! Лего Авиакатастрофы в Brick Rigs! Лего Аварии в Брик Ригс!
Лего Битва Построек в Брик Ригс (Brick Rigs)! Построй Самолет Бомбардировщик с Ядерной Бомбой за 1 Мин, 5 Мин и 15 .
Ядерная Ракета, Фау-2, Лего Самолеты против Великой Матери Мегафона - Монстра Тревора Хендерсона! Лего .
Лего Ядерный Апокалипсис в Brick Rigs! 1 Серия! Лего Ядерная Война! Лего Выживание, Лего Война и Ядерный Взрыв в .
ПОДЗЕМНЫЙ бункер в лего сити в brick rigs брик ригс ЯДЕРНЫЙ АПОКАЛИПСИС брик ригс! Смотри видео до конца!
Играем в Brick Rigs (Брик Ригс) - Ядерная Ракета стала Пожирателем! Лего Пожиратель атакует Лего Сити! Эволюция .
Группа обрик - club.brick Случилась ядерная война! Какие ресурсы необходимо найти и как выживать в такой .
Лего Ядерный Апокалипсис в Brick Rigs! Выжить в Бункере при Ядерной Войне! Лего Выживание и Лего Битва Построек в .
Играем в Brick Rigs (Брик Ригс) - Ядерная Ракета против Большой Сирены в Лего Сити! SCP Megahorn Лего Выживание!
Нашли Лего Ядерную Ракету на Свалке! Лего Тачка на Прокачку Лего Битва Построек в Brick Rigs! Реальная Жизнь в Брик .
Сегодня поиграем в игру брик ригс! (brick rigs)! На очереди у нас рубрика реальная жизнь, лего битва построек! Приятного .
Играем в Brick Rigs (Брик Ригс) - Ядерная Ракета против Паровозика Томаса Гидры! Лего SCP Эксперимент! Приятного .
Играем в Brick Rigs (Брик Ригс) - Ядерная Ракета и Лего Самолеты против SCP Бегемот (Behemoth Trevor Henderson) .
Лего Годзилла разрушает Лего Сити! Лего Царь Бомба (Атомная Бомба) против Годзиллы в Brick Rigs! Лего Выживание и .
Читайте также: