Существуют два существенных препятствия на пути создания ядерного оружия: 1) приобретение необходимого качества и количества ядерного материала и 2) превращение этого материала в работоспособное оружие.

Ядерные бомбы, как правило, изготавливаются в соответствии с одной из двух конструкций-пушечного типа сборки или конструкции имплозии.

Конструкция типа пушки является более простой из двух, чтобы построить, и работает путем быстрого объединения двух частей расщепляющегося материала, которые сами по себе не являются достаточными для достижения «критичности» — то есть поддержания ядерной цепной реакции-но вместе образуют критическую массу.

Имплозионное устройство использует расположение взрывчатых веществ для создания ударной волны, которая сжимает ядерный материал. Он более сложен технически, но требует меньше расщепляющегося материала и может быть построен либо из плутония, либо из оружейного урана. Сборка пушечного типа работает только с урановой «ямой» или ядром. Бомба, сброшенная на Хиросиму, была пушечным устройством; в Нагасаки использовалась конструкция имплозии и содержала плутоний.

Что такое расщепляющийся материал?

Ядерный материал «расщепляется», если его ядра могут быть расщеплены нейтронами в самоподдерживающейся цепной реакции. Расщепление или» деление » каждого ядра высвобождает дополнительные нейтроны, которые продолжают расщеплять соседние ядра. Каждое ядерное деление высвобождает большое количество энергии.

В ядерном реакторе этот процесс контролируется, и энергия используется для производства электроэнергии. В ядерной бомбе энергия высвобождается в одно мгновение, производя разрушительный взрыв.

Уран

Уран — это металл, который находится в земной породе и добывается так же, как и любая другая руда. Сырой, необогащенный Уран составляет 99,3% U-238 и 0,07% U-235. Это два из нескольких «изотопов» или форм, которые может принимать Уран, и два наиболее распространенных изотопа, встречающихся в природе. Уран имеет 92 протона в своем ядре. Число изотопов, 238, относится к сумме числа протонов и нейтронов, 146, в ядре атома. U-238 не расщепляется и не выдержит цепной реакции.

U-235 расщепляется. Из-за различного количества нейтронов в его ядре (143 против 146) некоторые свойства U-235 значительно отличаются от свойств U-238. В частности, когда внешний нейтрон вступает в реакцию с ядром U-235 или» захватывает » его, ядро расщепляется.»Это высвобождает энергию.

Цепная реакция возникает, когда достаточное количество нейтронов заставляет ядра соседних атомов U-235 расщепляться, в свою очередь высвобождая еще больше энергии. Именно эта энергия или тепло, вызванные расщеплением атомов U-235, могут быть использованы для выработки электроэнергии в ядерном реакторе или в гораздо больших концентрациях, образуют ядро ядерной бомбы.

Как Обогатить Уран

Процесс отделения U-235 от U-238 известен как обогащение. Один из широко используемых методов включает вращение газообразной формы урана на высокой скорости в центрифуге. Это приводит к тому, что более легкий U-235 отделяется от более тяжелого U-238.

На практике одна центрифуга может производить только небольшое количество разделения, поэтому используется большое количество центрифуг. Каскад центрифуг постепенно увеличивает концентрацию U-235 до различных уровней обогащения.

Высокообогащенный уран (ВОУ) определяется международным агентством по атомной энергии как Уран, содержащий более 20 процентов U-235. Нет ни одной точки, в которой ВОУ становится «оружейным классом».»Современное оружие в арсенале США содержит ВОУ, который более чем на 90 процентов обогащен, однако можно сделать оружие из 80 процентов ВОУ (как в случае с бомбой в Хиросиме) или даже 60 процентов (как, по сообщениям, сделала Южная Африка).

Плутоний

В отличие от Урана, плутоний встречается в природе только в следовых количествах. Он производится в реакторах путем бомбардировки U-238 нейтронами. Уран поглощает эти нейтроны, распадаясь на элемент, известный как нептуний, и в конечном итоге в плутоний.

Ядерное оружие производится с использованием плутония-239, наиболее расщепляющегося из изотопов плутония, хотя все типы плутония считаются пригодными для использования в оружии.

Плутоний извлекается из топливных стержней реакторов с помощью сложного процесса, известного как «переработка».»Некоторые реакторы, известные как» реакторы-размножители», предназначены для получения высоких уровней плутония в их отработанном топливе. Плутоний также может быть использован в качестве топлива для реактора.

«Замкнутый топливный цикл» происходит, когда плутоний перерабатывается из отработанного топлива и рециркулируется для использования в качестве реакторного топлива. Переработка плутония в коммерческих масштабах является дорогостоящей и сопряжена как с экологическими проблемами отходов, так и с рисками распространения. Ее проводит небольшое число стран, в первую очередь Япония, Франция и Россия, которые утверждают, что, несмотря на риски, их экономики могли бы извлечь выгоду из технологий, снижающих их зависимость от нефти.

Для получения дополнительной информации о плутонии перейдите сюда: Джозеф Чиринчионе и Джон Вольфсталь, «анализ распространения: плутониевый праймер», Фонд Карнеги За международный мир.

Что нужно, чтобы сделать бомбу

Для создания ядерного оружия потребуется примерно 4 кг плутония (некоторые эксперты говорят даже меньше) и как минимум 9 кг ВОУ, пригодного для использования в оружии.

Точка, в которой делящийся материал достигает «критичности» или способен выдержать ядерную цепную реакцию, зависит от многих факторов, включая тип делящегося материала, будь то плутоний или обогащенный уран, а также форму и плотность материала. Бомба, сброшенная на Нагасаки, содержала шесть килограммов плутония.

Ядерное оружие более совершенных конструкций использует меньше расщепляющегося материала, но «повышает» выход оружия с использованием трития, изотопа водорода.