Як улаштований ядерний заряд. Історія створення та принцип дії атомної бомби

Вибухнула поблизу Нагасакі. Смерть і руйнування, що супроводжувалися цими вибухами, були безпрецедентними. Страх і жах охопив все японське населення, змусивши здатися їх менше ніж за місяць.

Однак після завершення Другої світової війни атомна зброя не відійшла на другий план. Холодна війна, що почалася, стала величезним психологічним фактором тиску між СРСР і США. Обидві сторони інвестували величезні кошти у розробку та створення нових атомних. Таким чином, на нашій планеті за 50 років накопичилося кілька тисяч атомних снарядів. Цього цілком достатньо, щоб кілька разів знищити все живе. З цієї причини наприкінці 90-х років між США та Росією було підписано перший договір із роззброєння, щоб знизити небезпеку всесвітньої катастрофи. Незважаючи на це, нині 9 країн мають ядерну зброю, ставлячи свою оборону на інший рівень. У цій статті ми розглянемо, чому атомна зброя отримала свою руйнівну міць і як влаштована атомна зброя.

Щоб зрозуміти всю потужність атомних бомб необхідно розібратися з поняттям радіоактивності. Як відомо, найменшою структурною одиницею матерії, з якої складається весь світ довкола нас, є атом. Атом у свою чергу складається з ядра і обертаються навколо нього. Ядро складається з нейтронів та протонів. Електрони мають негативний заряд, а протони позитивні. Нейтрони, як випливає з їхньої назви, – нейтральні. Зазвичай число нейтронів і протонів дорівнює кількості електронів в одному атомі. Однак під дією зовнішніх сил кількість частинок атомів речовини може змінитися.

Нас цікавить лише варіант, коли змінюється кількість нейтронів, у своїй утворюється ізотоп речовини. Деякі ізотопи речовини стійкі та зустрічаються в природі, а деякі – нестабільні та прагнуть розпастися. Наприклад, вуглець має 6 нейтронів. Також зустрічається ізотоп вуглецю з 7 нейтронами - досить стійкий елемент, що зустрічає в природі. Ізотоп вуглецю з 8 нейтронами - це вже нестабільний елемент і прагнути розпастися. Це і є радіоактивний розпад. При цьому нестабільні ядра випромінюють промені трьох видів:

1. Альфа-промені – досить нешкідливе у вигляді потоку альфа-часток, яке можна зупинити за допомогою тонкого аркуша паперу і воно не може завдати шкоди

Навіть якщо живі організми змогли перенести перші дві, то хвиля радіації викликає дуже швидкоплинну променеву хворобу, яка вбиває за лічені хвилини. Така поразка можлива в радіусі кількох сотень метрів від вибуху. За кілька кілометрів від вибуху променева хвороба уб'є людину за кілька годин чи днів. Ті, хто перебував за межами безпосереднього вибуху, також можуть отримати дозу радіації, вживаючи в їжу продукти і вдихаючи із зараженої зони. Причому радіація не випаровується миттєво. Вона накопичується у навколишньому середовищі та може отруювати живі організми ще довгі десятиліття після вибуху.

Шкода від ядерної зброї надто небезпечна, щоб використовувати її в будь-яких умовах. Від нього неминуче страждає мирне населення та природі завдається непоправна шкода. Тому головне застосування ядерних бомб у наш час – це стримування нападу. Навіть випробування ядерної зброї наразі заборонені на більшій частині нашої планети.

Ядерний реактор працює злагоджено та чітко. Інакше, як відомо, буде біда. Але що там твориться всередині? Спробуємо сформулювати принцип роботи ядерного (атомного) реактора коротко, чітко із зупинками.

По суті, там відбувається той самий процес, що і при ядерному вибуху. Тільки вибух відбувається дуже швидко, а в реакторі все це розтягується на тривалий час. У результаті все залишається цілим і неушкодженим, а ми отримуємо енергію. Не стільки, щоб усе довкола одразу рознесло, але цілком достатню для того, щоб забезпечити електрикою місто.

Перш ніж зрозуміти, як іде керована ядерна реакція, потрібно дізнатися, що таке ядерна реакція взагалі.

Ядерна реакція - Це процес перетворення (розподілу) атомних ядер при взаємодії їх з елементарними частинками та гамма-квантами.

Ядерні реакції можуть проходити як із поглинанням, так і з виділенням енергії. У реакторі використовуються другі реакції.

Ядерний реактор - Це пристрій, призначенням якого є підтримка контрольованої ядерної реакції з виділенням енергії.

Часто ядерний реактор називають ще атомним. Зазначимо, що принципової різниці тут немає, але з погляду науки правильніше використовувати слово "ядерний". Нині існує безліч типів ядерних реакторів. Це величезні промислові реактори, призначені для вироблення енергії на електростанціях, атомні реактори підводних човнів, малі експериментальні реактори, які у наукових дослідах. Існують навіть реактори, які застосовуються для опріснення морської води.

Історія створення атомного реактора

Перший ядерний реактор був запущений у не такому вже далекому 1942 році. Сталося це у США під керівництвом Фермі. Цей реактор назвали "Чиказькою бронею".

1946 року запрацював перший радянський реактор, запущений під керівництвом Курчатова. Корпус цього реактора був куля семи метрів у діаметрі. Перші реактори не мали системи охолодження, і їхня потужність була мінімальною. До речі, радянський реактор мав середню потужність 20 Ватт, а американський – лише 1 Ватт. Для порівняння: середня потужність сучасних енергетичних реакторів складає 5 Гігават. Менш ніж через десять років після запуску першого реактора було відкрито першу у світі промислову атомну електростанцію у місті Обнінську.

Принцип роботи ядерного (атомного) реактора

Будь-який ядерний реактор має кілька частин: активна зона з паливом і сповільнювачем , відбивач нейтронів , теплоносій , система управління та захисту . Як паливо в реакторах найчастіше використовуються ізотопи. урану (235, 238, 233), плутонія (239) та торія (232). Активна зона є котел, через який протікає звичайна вода (теплоносій). Серед інших теплоносіїв рідше використовується «важка вода» та рідкий графіт. Якщо говорити про роботу АЕС, то ядерний реактор використовується для одержання тепла. Сама електрика виробляється тим самим методом, що й інших типах електростанцій - пар обертає турбіну, а енергія руху перетворюється на електричну енергію.

Наведемо нижче схему роботи ядерного реактора.

Як ми вже говорили, при розпаді важкого ядра урану утворюються легші елементи та кілька нейтронів. Утворені нейтрони стикаються з іншими ядрами, також викликаючи їх поділ. При цьому кількість нейтронів зростає лавиноподібно.

Тут слід згадати коефіцієнт розмноження нейтронів . Так, якщо цей коефіцієнт перевищує значення, що дорівнює одиниці, відбувається ядерний вибух. Якщо значення менше одиниці, нейтронів замало і реакція згасає. А ось якщо підтримувати значення коефіцієнта дорівнює одиниці, реакція протікатиме довго і стабільно.

Питання, як це зробити? У реакторі паливо знаходиться в так званих тепловиділяючі елементи (ТВЕЛах). Це стрижні, у яких у вигляді невеликих таблеток знаходиться ядерне паливо . ТВЕЛи з'єднані в касети шестигранної форми, яких у реакторі можуть бути сотні. Касети з ТВЕЛ розташовуються вертикально, при цьому кожен ТВЕЛ має систему, що дозволяє регулювати глибину його занурення в активну зону. Крім самих касет серед них розташовуються керуючі стрижні і стрижні аварійного захисту . Стрижні виготовлені з матеріалу, що добре поглинає нейтрони. Так, стрижні, що управляють, можуть бути опущені на різну глибину в активній зоні, тим самим регулюючи коефіцієнт розмноження нейтронів. Аварійні стрижні мають заглушити реактор у разі надзвичайної ситуації.

Як запускають ядерний реактор?

З самим принципом роботи ми розібралися, але як запустити та змусити реактор функціонувати? Грубо кажучи, ось він - шматок урану, але ланцюгова реакція не починається в ньому сама по собі. Справа в тому, що в ядерній фізиці існує поняття критичної маси .

Критична маса - це необхідна для початку ланцюгової ядерної реакції маса речовини, що ділиться.

За допомогою ТВЕЛів та керуючих стрижнів у ректорі спочатку створюється критична маса ядерного палива, а потім реактор у кілька етапів виводиться на оптимальний рівень потужності.

У цій статті ми постаралися дати Вам загальне уявлення про будову та принцип роботи ядерного (атомного) реактора. Якщо у Вас залишилися питання на тему або в університеті поставили завдання з ядерної фізики – звертайтесь до спеціалістам нашої компанії. Ми, як завжди, готові допомогти Вам вирішити будь-яке питання по навчанню. А поки ми цим займаємося, до Вашої уваги чергове освітнє відео!

Вибуховий характер

Ядро урану містить 92 протони. Природний уран являє собою переважно суміш двох ізотопів: U238 (в ядрі якого 146 нейтронів) і U235 (143 нейтрони), причому останнього в природному урані лише 0,7%. Хімічні властивості ізотопів абсолютно ідентичні, тому й розділити їх хімічними методами неможливо, але різниця в масах (235 і 238 одиниць) дозволяє зробити це фізичними методами: суміш уранів переводять у газ (гексафторид урану), а потім прокачують незліченними пористими перегородками. Хоча ізотопи урану не відрізняються ні на вигляд, ні хімічно, їх поділяє прірва у властивостях ядерних характерів.

Процес поділу U238 - платний: нейтрон, що прилітає ззовні, повинен принести з собою енергію - 1 МеВ або більше. А U235 безкорисливий: для збудження і подальшого розпаду від нейтрона, що прийшов, нічого не потрібно, цілком достатньо його енергії зв'язку в ядрі.

При попаданні нейтрону в здатне до поділу ядро ​​утворюється нестійкий компаунд, але дуже швидко (через 10-23-10-22 с) таке ядро ​​розвалюється на два уламки, не рівних по масі і миттєво (протягом 10-16-10- 14 с) що випускають по два-три нових нейтрони, так що з часом може розмножуватися і кількість ядер, що діляться (така реакція називається ланцюговою). Можливе таке тільки в U235, тому що жадібний U238 не бажає ділитися від своїх власних нейтронів, енергія яких на порядок менша за 1 МеВ. Кінетична енергія частинок - продуктів розподілу на багато порядків перевищує енергію, що виділяється за будь-якого акту хімічної реакції, в якій склад ядер не змінюється.

Критична збірка

Продукти розподілу нестабільні і ще довго «приходять до тями», випускаючи різні випромінювання (у тому числі нейтрони). Нейтрони, які випускаються через значний час (до десятків секунд) після поділу, називають запізнюючими, і хоча частка їх у порівнянні з миттєвими мала (менше 1%), роль, яку вони грають у роботі ядерних установок, – найважливіша.

Продукти поділу при численних зіткненнях з навколишніми атомами віддають їм свою енергію, підвищуючи температуру. Після того як у збірці з речовиною, що ділиться, з'явилися нейтрони, потужність тепловиділення може зростати або зменшуватися, а параметри складання, в якій кількість поділів в одиницю часу постійно, називають критичними. Критичність зборки може підтримуватися і при великій, і при малій кількості нейтронів (при відповідно більшій або меншій потужності тепловиділення). Теплову потужність збільшують, або підкачуючи в критичне складання додаткові нейтрони ззовні, або роблячи складання надкритичної (тоді додаткові нейтрони постачають дедалі більше численні покоління ядер, що діляться). Наприклад, якщо треба підвищити теплову потужність реактора, його виводять на такий режим, коли кожне покоління миттєвих нейтронів трохи менше, ніж попереднє, але завдяки нейтронам, що запізнюються, реактор ледве помітно переходить критичний стан. Тоді він не йде в розгін, а набирає потужність повільно - так, що її приріст можна в потрібний момент зупинити, ввівши поглиначі нейтронів (стрижні, що містять кадмій або бір).

Утворені при розподілі нейтрони часто пролітають повз навколишні ядер, не викликаючи повторного поділу. Чим ближче до поверхні матеріалу народжений нейтрон, тим більше у нього шансів вилетіти з матеріалу, що ділиться, і ніколи не повернутися назад. Тому формою складання, що зберігає найбільшу кількість нейтронів, є куля: для цієї маси речовини він має мінімальну поверхню. Нічим не оточена (відокремлена) куля з 94% U235 без порожнин усередині стає критичною при масі в 49 кг і радіусі 85 мм. Якщо ж збірка з такого ж урану є циліндром з довжиною, що дорівнює діаметру, вона стає критичною при масі в 52 кг. Поверхня зменшується і у разі зростання щільності. Тому вибуховий стиск, не змінюючи кількості матеріалу, що ділиться, може приводити складання в критичний стан. Саме цей процес лежить в основі поширеної конструкції ядерного заряду.

Кульове складання

Але найчастіше у ядерній зброї застосовують не уран, а плутоній-239. Його одержують у реакторах, опромінюючи уран-238 потужними нейтронними потоками. Плутоній коштує приблизно в шість разів дорожче за U235, зате при розподілі ядро ​​Pu239 випускає в середньому 2,895 нейтрона - більше, ніж U235 (2,452). До того ж ймовірність поділу плутонію вища. Все це призводить до того, що відокремлена куля Pu239 стає критичною при майже втричі меншій масі, ніж куля з урану, а головне - при меншому радіусі, що дозволяє зменшити габарити критичного складання.

Складання виконується з двох ретельно підігнаних половинок у формі шарового шару (порожнистої всередині); вона свідомо підкритична - навіть теплових нейтронів і навіть після оточення її сповільнювачем. Навколо збирання з дуже точно пригнаних блоків вибухівки монтують заряд. Щоб зберегти нейтрони, треба і при вибуху зберегти шляхетну форму кулі - для цього шар вибухової речовини необхідно підірвати одночасно по всій зовнішній поверхні, обтиснувши збірку рівномірно. Широко поширена думка, що для цього потрібно багато електродетонаторів. Але так було тільки на зорі «бомбобудування»: для спрацьовування багатьох десятків детонаторів потрібно багато енергії та чималі розміри системи ініціювання. У сучасних зарядах застосовується декілька відібраних за спеціальною методикою, близьких за характеристиками детонаторів, від яких спрацьовує високостабільна (за швидкістю детонації) вибухівка у відфрезерованих у шарі полікарбонату канавках (форма яких на сферичній поверхні розраховується із застосуванням методів геометрії Рімана). Детонація зі швидкістю приблизно 8 км/с пробіжить по канавках абсолютно рівні відстані, в той самий момент часу досягне отворів і підірве основний заряд - одночасно у всіх потрібних точках.

Вибух усередину

Спрямований усередину вибух здавлює складання тиском понад мільйон атмосфер. Поверхня зборки зменшується, у плутонії майже зникає внутрішня порожнина, щільність збільшується, причому дуже швидко - за десяток мікросекунд стислива збірка проскакує критичний стан на теплових нейтронах і стає суттєво надкритичною на швидких нейтронах.

Через період, що визначається мізерним часом незначного уповільнення швидких нейтронів, кожен з нового, більш численного їх покоління додає виробленим ним розподілом енергію в 202 МеВ і без того розпирається жахливим тиском речовина складання. У масштабах явищ, що відбуваються, міцність навіть найкращих легованих сталей настільки мізерна, що нікому і в голову не приходить враховувати її при розрахунках динаміки вибуху. Єдине, що не дає розлетітися збірці, - інерція: щоб розширити плутонію за десяток наносекунд всього на 1 см, потрібно надати речовині прискорення, в десятки трильйонів разів перевищує прискорення вільного падіння, а це непросто.

Зрештою речовина все ж таки розлітається, припиняється розподіл, але процес на цьому не завершується: енергія перерозподіляється між іонізованими осколками ядер, що розділилися, та іншими випущеними при розподілі частинками. Їхня енергія – близько десятків і навіть сотень МеВ, але тільки електрично нейтральні гамма-кванти великих енергій та нейтрони мають шанси уникнути взаємодії з речовиною та «вислизнути». Заряджені ж частки швидко втрачають енергію в актах зіткнень та іонізацій. При цьому випромінюється - правда, вже не жорстке ядерне, а м'якше, з енергією на три порядки меншою, але все ж таки більш ніж достатньою, щоб вибити в атомів електрони - не тільки із зовнішніх оболонок, а й взагалі все. Мішанина з голих ядер, обдертих з них електронів і випромінювання з щільністю в грами на кубічний сантиметр (спробуйте уявити, як добре можна засмагнути під світлом, що придбало щільність алюмінію!) - все те, що миттю назад було зарядом, - приходить в якусь подобу рівноваги . У дуже молодому вогненному кулі встановлюється температура близько десятків мільйонів градусів.

Вогненна куля

Здавалося б, навіть і м'яке, але випромінювання, що рухається зі швидкістю світла, повинно залишити далеко позаду речовина, яка його породила, але це не так: у холодному повітрі пробіг квантів кевних енергій становить сантиметри, і рухаються вони не по прямій, а змінюючи напрямок руху, перевипромінюючись при кожній взаємодії. Кванти іонізують повітря, поширюються в ньому, подібно до вишневого соку, вилитого в склянку з водою. Це явище називають радіаційною дифузією.

Молода вогненна куля вибуху потужністю 100 кт через кілька десятків наносекунд після завершення спалаху поділів має радіус 3 м і температуру майже 8 млн кельвінів. Але вже через 30 мікросекунд його радіус становить 18 м, щоправда, температура спускається нижче за мільйон градусів. Куля пожирає простір, а іонізоване повітря за його фронтом майже не рухається: передати йому значний імпульс при дифузії випромінювання не може. Але воно накачує в це повітря величезну енергію, нагріваючи його, і коли енергія випромінювання вичерпується, куля починає зростати за рахунок розширення гарячої плазми, що розпирається зсередини тим, що раніше було зарядом. Розширюючись, подібно до міхура, що надувається, плазмова оболонка стоншується. На відміну від міхура, її, звичайно, ніщо не надує: з внутрішньої сторони майже не залишається речовини, все воно летить від центру за інерцією, але через 30 мікросекунд після вибуху швидкість цього польоту – понад 100 км/с, а гідродинамічний тиск у речовині - Більше 150 000 атм! Стати надто тонкою оболонці не судилося, вона лопається, утворюючи «пухирі».

Який із механізмів передачі енергії вогняної кулі навколишньому середовищу превалює, залежить від потужності вибуху: якщо вона велика – основну роль відіграє радіаційна дифузія, якщо мала – розширення плазмового міхура. Зрозуміло, що можливий і проміжний випадок, коли обидва ефективні механізми.

Процес захоплює нові шари повітря, енергії на те, щоб обдерти всі електрони з атомів, вже не вистачає. Вичерпується енергія іонізованого шару та уривків плазмового міхура, вони вже не в змозі рухати перед собою величезну масу і помітно уповільнюються. Але те, що до вибуху було повітрям, рухається, відірвавшись від кулі, вбираючи все нові шари повітря холодного… Починається утворення ударної хвилі.

Ударна хвиля та атомний гриб

При відриві ударної хвилі від вогняної кулі змінюються характеристики випромінюючого шару і різко зростає потужність випромінювання оптичної частини спектру (так званий перший максимум). Далі конкурують процеси висвічування та зміни прозорості навколишнього повітря, що призводить до реалізації і другого максимуму, менш потужного, але значно тривалішого - настільки, що вихід світлової енергії більший, ніж у першому максимумі.

Поблизу вибуху все навколишнє випаровується, подалі - плавиться, але й ще далі, де тепловий потік вже недостатній для плавлення твердих тіл, ґрунт, скелі, будинки течуть, як рідина, під жахливим напором газу, розпеченого до нестерпного для очей, що руйнує всі міцності. сяйва.

Нарешті, ударна хвиля йде далеко від точки вибуху, де залишається пухка і ослабла, але широка хмара з конденсованих пар, що звернулися в найдрібніший і дуже радіоактивний пил того, що побувало плазмою заряду, і того, що в свою страшну годину виявилося близько до місця, від якого слід було б триматися якнайдалі. Хмара починає підніматися нагору. Воно остигає, змінюючи свій колір, «одягає» білу шапку вологи, що сконденсувалася, за ним тягнеться пил з поверхні землі, утворюючи «ніжку» того, що прийнято називати «атомним грибом».

Нейтронне ініціювання

Уважні читачі можуть з олівцем у руках прикинути енерговиділення під час вибуху. При часі знаходження складання в надкритичному стані системи мікросекунд, віці нейтронів системи пікосекунд і коефіцієнті розмноження менше 2 виділяється близько гігаджоуля енергії, що еквівалентно… 250 кг тротилу. А де ж кіло- та мегатонни?

Справа в тому, що ланцюг поділів у складанні починається не з одного нейтрону: у потрібну мікросекунду їх впорскують у надкритичне складання мільйонами. У перших ядерних зарядах для цього використовувалися ізотопні джерела, розташовані в порожнині всередині плутонієвої збірки: полоній-210 в момент стиску з'єднувався з бериллієм і своїми альфа-частинками викликав нейтронну емісію. Але всі ізотопні джерела слабкі (у першому американському виробі генерувалося менше мільйона нейтронів за мікросекунду), а полоній дуже швидко псується - всього за 138 діб знижує свою активність вдвічі. Тому на зміну ізотопам прийшли менш небезпечні (не випромінюють у невключеному стані), а головне - випромінюючі більш інтенсивно нейтронні трубки (див. врізання): за кілька мікросекунд (стільки триває імпульс, що формується трубкою) народжуються сотні мільйонів нейтронів. А от якщо вона не спрацює або спрацює не вчасно, станеться так звана бавовна, або пшик - малопотужний тепловий вибух.

Нейтронне ініціювання не тільки збільшує на багато порядків енерговиділення ядерного вибуху, а й дає можливість його регулювати! Зрозуміло, що, отримавши бойове завдання, при постановці якої обов'язково вказується потужність ядерного удару, ніхто не розбирає заряд, щоб оснастити його плутонієвим складанням, оптимальним для заданої потужності. У боєприпасі з тротиловим еквівалентом, що перемикається, досить просто змінити напругу живлення нейтронної трубки. Відповідно, зміниться вихід нейтронів і виділення енергії (зрозуміло, при зниженні потужності таким способом зникає багато дорогого плутонію).

Але про необхідність регулювання енерговиділення стали замислюватися набагато пізніше, а в перші повоєнні роки розмов про зниження потужності і не могло бути. Потужніше, потужніше та ще раз потужніше! Але виявилося, що існують ядерно-фізичні та гідродинамічні обмеження допустимих розмірів докритичної сфери. Тротиловий еквівалент вибуху в сотню кілотонн близький до фізичної межі для однофазних боєприпасів, у яких відбувається лише поділ. У результаті розподілу як основного джерела енергії відмовилися, ставку зробили на реакції іншого класу - синтезу.

Ядерні помилки

Щільність плутонію в момент вибуху збільшується за рахунок фазового переходу

Металевий плутоній існує у шести фазах, щільність яких від 14,7 до 19,8 г/см3. При температурі нижче 119 °C існує моноклінна альфа-фаза (19,8 г/см3), але такий плутоній дуже крихкий, а в кубічній гранецентрованій дельта-фазі (15,9) він пластичний і добре обробляється (саме цю фазу і намагаються зберегти за допомогою легуючих добавок). При детонаційному обтисканні ніяких фазових переходів не може бути - плутоній перебуває у стані квазижидкости. Фазові переходи є небезпечними при виробництві: при великих розмірах деталей навіть при незначній зміні щільності можливе досягнення критичного стану. Звичайно, вибуху не буде - заготівля просто розжариться, але може статися скидання нікелювання (а плутоній дуже токсичний).

Нейтронне джерело

У вакуумній нейтронній трубці між насиченою тритієм мішенню (катодом) (1) і анодним вузлом (2) прикладається імпульсна напруга 100 кВ. Коли напруга максимальна, необхідно, щоб між анодом і катодом виявилися іони дейтерію, які потрібно прискорити. Для цього є іонне джерело. На його анод (3) подається запалюючий імпульс, і розряд, проходячи поверхнею насиченої дейтерієм кераміки (4), утворює іони дейтерію. Прискорившись, вони бомбардують мету, насичену тритієм, у результаті виділяється енергія 17,6 МеВ і утворюються нейтрони і ядра гелію-4.

За складом частинок і навіть енергетичним виходом ця реакція ідентична синтезу - процесу злиття легких ядер. У 1950-х багато хто вважав, що це і є синтез, але пізніше з'ясувалося, що в трубці відбувається «зрив»: або протон, або нейтрон (з яких складається іон дейтерію, розігнаний електричним полем) «ув'язує» в ядрі мішені (тритію) . Якщо ув'язує протон, нейтрон відривається і стає вільним.

Нейтрони - повільні та швидкі

У речовині, що не розділяється, «відскакуючи» від ядер, нейтрони передають їм частину своєї енергії, тим більшу, чим легше (ближче їм по масі) ядра. Чим у більшій кількості зіткнень взяли участь нейтрони, тим паче вони уповільнюються, та був, нарешті, в теплову рівновагу з навколишнім речовиною - термалізуються (це займає мілісекунди). Швидкість теплових нейтронів – 2200 м/с (енергія 0,025 еВ). Нейтрони можуть вислизнути з уповільнювача, захоплюються його ядрами, але з уповільненням їх здатність вступати в ядерні реакції суттєво зростає, тому нейтрони, які «не загубилися», з лишком компенсують зменшення чисельності.

Так, якщо кулю речовини, що ділиться оточити сповільнювачем, багато нейтронів покинуть сповільнювач або будуть поглинені в ньому, але будуть і такі, які повернуться в кулю («відб'ються») і, втративши свою енергію, з набагато більшою ймовірністю викличуть акти поділу. Якщо куля оточити шаром берилію товщиною 25 мм, то можна заощадити 20 кг U235 і все одно досягти критичного стану збирання. Але за таку економію платять часом: кожне наступне покоління нейтронів, перш ніж викликати поділ, має спочатку сповільнитись. Ця затримка зменшує кількість поколінь нейтронів, що народжуються в одиницю часу, а отже, енерговиділення затягується. Чим менше речовини, що ділиться в зборці, тим більше потрібно сповільнювача для розвитку ланцюгової реакції, а розподіл йде на все більш низькоенергетичних нейтронах. У граничному випадку, коли критичність досягається тільки на теплових нейтронах, наприклад, у розчині солей урану в хорошому сповільнювачі - воді, маса збірок становить сотні грамів, але розчин просто періодично закипає. Виділені бульбашки пари зменшують середню щільність речовини, що ділиться, ланцюгова реакція припиняється, а коли бульбашки залишають рідину, спалах поділів повторюється (якщо закупорити посудину, пара розірве його - але це буде тепловий вибух, позбавлений всіх типових «ядерних» ознак).

Відео: Ядерні вибухи

Підписуйтесь і читайте наші найкращі публікації в Яндекс.Дзен. Дивіться красиві фотографії з усіх куточків планети на нашій сторінці Instagram

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

А ось цього ми часто і не знаємо. І чому ядерна бомба вибухає, теж…

Почнемо здалеку. Кожен атом має ядро, а ядро ​​складається з протонів і нейтронів – це знають, мабуть, всі. Так само всі бачили таблицю Менделєєва. Але чому хімічні елементи у ній розміщені саме так, а чи не інакше? Напевно, не тому, що Менделєєву так захотілося. Порядковий номер кожного елемента таблиці вказує на те, скільки протонів знаходиться в ядрі атома цього елемента. Іншими словами, залізо стоїть 26-м номером у таблиці, тому що в атомі заліза 26 протонів. А якщо їх не 26, то це вже не залізо.

Але от нейтронів в ядрах одного і того ж елемента може бути різна кількість, а значить, і маса ядер буває різна. Атоми того самого елемента з різною масою називаються ізотопами. У урану таких ізотопів кілька: найпоширеніший у природі – уран-238 (у його ядрі 92 протона і 146 нейтронів, разом виходить 238). Він радіоактивний, але ядерну бомбу з нього не виготовиш. А ось ізотоп уран-235, невелика кількість якого є в уранових рудах, для ядерного заряду годиться.

Можливо, читач стикався з виразами «збагачений уран» та «збіднений уран». У збагаченому урані більше урану-235, ніж у природному; в збідненому, відповідно – менше. Зі збагаченого урану можна отримати плутоній – інший елемент, придатний для ядерної бомби (у природі він майже не зустрічається). Як збагачують уран і як із нього одержують плутоній – тема окремої розмови.

Тож чому ядерна бомба вибухає? Справа в тому, що деякі важкі ядра мають властивість розпадатися, якщо в них потрапить нейтрон. А вже вільного нейтрона довго чекати не доведеться – їх довкола дуже багато літає. Отже, потрапляє такий нейтрон у ядро ​​урану-235 і цим розбиває його на «уламки». У цьому вивільняється ще кілька нейтронів. Чи здогадуєтеся, що станеться, якщо навколо будуть ядра того самого елемента? Правильно відбудеться ланцюгова реакція. Ось так це відбувається.

У ядерному реакторі, де уран-235 «розчинений» у стабільнішому урані-238, вибуху за нормальних умов немає. Більшість нейтронів, які вилітають з ядер, що розпадаються, відлітає «в молоко», не знаходячи ядер урану-235. У реакторі розпад ядер йде «мляво» (але цього вистачає, щоб реактор давав енергію). Ось у цілісному шматку урану-235, якщо він буде достатньої маси, нейтрони гарантовано розбиватимуть ядра, ланцюгова реакція піде лавиною, і… Стоп! Адже якщо виготовити шматок урану-235 або плутонію потрібної для вибуху маси, він одразу й вибухне. Це не діло.

А якщо взяти два шматки докритичної маси і зіштовхнути їх один з одним за допомогою механізму на дистанційному управлінні? Наприклад, помістити обидва в трубку і одного прикріпити пороховий заряд, щоб у потрібний момент вистрілити одним шматком, як снарядом, в інший. Ось і вирішення проблеми.

Можна зробити інакше: взяти кулястий шматок плутонію і по всій його поверхні закріпити вибухові заряди. Коли ці заряди по команді ззовні здетонують, їх вибух стисне плутоній з усіх боків, стисне його до критичної щільності, і станеться ланцюгова реакція. Однак тут важливими є точність і надійність: всі вибухові заряди повинні спрацювати одночасно. Якщо частина з них спрацює, а частина – ні, або частина спрацює із запізненням, жодного ядерного вибуху не вийде: плутоній не стиснеться до критичної маси, а розсіється у повітрі. Замість ядерної бомби вийде так звана "брудна".

Такий вигляд має ядерна бомба імплозійного типу. Заряди, які мають створити спрямований вибух, виконані у формі багатогранників, щоб якомога щільніше охопити поверхню плутонієвої сфери.

Пристрій першого типу назвали гарматним, другого типу імплозійним.
Бомба «Малюк», скинута на Хіросіму, мала заряд із урану-235 та влаштування гарматного типу. Бомба «Товстун», висаджена над Нагасакі, несла плутонієвий заряд, а вибуховий пристрій був імплозійним. Наразі пристрої гарматного типу майже не використовуються; імплозійні складніші, але в той же час дозволяють регулювати масу ядерного заряду і витрачати його раціональніше. Та й плутоній, як ядерна вибухівка, витіснив уран-235.

Пройшло зовсім небагато років, і фізики запропонували військовим ще потужнішу бомбу – термоядерну, або, як її ще називають, водневу. Виходить, водень вибухає сильніше за плутонію?

Водень справді вибухонебезпечний, але не настільки. Втім, «звичайного» водню у водневій бомбі немає, у ній використовуються його ізотопи – дейтерій та тритій. У ядра «звичайного» водню один нейтрон, у дейтерію – два, у тритію – три.

У ядерній бомбі ядра важкого елемента поділяються на ядра легших. У термоядерній йде зворотний процес: легкі ядра зливаються один з одним у більш важкі. Ядра дейтерію і тритію, наприклад, з'єднуються в ядра гелію (інакше звані альфа-частинками), а «зайвий» нейтрон вирушає в «вільний політ». При цьому виділяється значно більше енергії, ніж під час розпаду ядер плутонію. До речі, саме цей процес іде на Сонце.

Однак реакція злиття можлива лише за надвисоких температур (чому вона і називається ТЕРМОядерною). Як змусити дейтерій та тритій вступити в реакцію? Так, дуже просто: потрібно використовувати як детонатор ядерну бомбу!

Оскільки дейтерій і тритій самі по собі стабільні, їхній заряд у термоядерній бомбі може бути величезним. А значить, термоядерну бомбу можна зробити незрівнянно потужнішою за «просту» ядерну. «Малюк», скинутий на Хіросіму, мав тротиловий еквівалент у межах 18 кілотонн, а найпотужніша воднева бомба (так звана «Цар-бомба», вона ж «Кузькина мати») – вже 58,6 мегатонн, більш ніж у 3255 разів. «Малюка»!


Хмара-«гриб» від «Цар-бомби» піднялася на висоту 67 кілометрів, а вибухова хвиля тричі обійшла земну кулю.

Однак така гігантська потужність явно надмірна. «Награвшись» з мегатонними бомбами, військові інженери та фізики пішли іншим шляхом – шляхи мініатюризації ядерної зброї. У звичайному вигляді ядерні боєприпаси можна скидати зі стратегічних бомбардувальників, як авіабомби, або запускати з балістичними ракетами; якщо ж їх зменшити, вийде компактний ядерний заряд, який не руйнує все на кілометри навколо, і який можна поставити на артилерійський снаряд чи ракету «повітря-земля». Підвищиться мобільність, розшириться спектр завдань, що вирішуються. На додачу до стратегічної ядерної зброї ми отримаємо тактичну.

Для тактичної ядерної зброї розроблялися різні засоби доставки – ядерні гармати, міномети, безвідкатні знаряддя (наприклад, американський «Деві Крокетт»). У навіть був проект ядерної кулі. Правда, від нього довелося відмовитися – ядерні кулі були такі ненадійні, такі складні й дороги у виготовленні та зберіганні, що в них не було жодного сенсу.

"Деві Крокетт". Деяка кількість цих ядерних знарядь полягала на озброєнні ЗС США, а західнонімецький міністр оборони безуспішно домагався того, щоб ними озброїли Бундесвер.

Говорячи про малі ядерні боєприпаси, варто згадати й інший різновид ядерної зброї – нейтронну бомбу. Заряд плутонію в ній невеликий, але це не потрібно. Якщо термоядерна бомба йде шляхом нарощування сили вибуху, то нейтронна робить ставку на інший фактор - радіацію. Для посилення радіації в нейтронній бомбі є запас ізотопу берилію, який при вибуху дає безліч швидких нейтронів.

За задумом її творців, нейтронна бомба повинна вбивати живу силу супротивника, але залишати в цілості техніку, яку потім можна захопити при наступі. Насправді вийшло дещо інакше: опромінена техніка стає непридатною до використання – кожен, хто ризикне її пілотувати, дуже скоро «заробить» собі променеву хворобу. Це не скасовує того факту, що вибух нейтронної бомби здатний вразити ворога через танкову броню; нейтронні боєприпаси розроблялися США як зброю проти радянських танкових з'єднань. Втім, незабаром була розроблена танкова броня, що забезпечує будь-який захист і від потоку швидких нейтронів.

Ще один вид ядерної зброї був вигаданий у 1950 році, але ніколи (наскільки це відомо) не вироблявся. Це так звана кобальтова бомба – ядерний заряд із оболонкою з кобальту. При вибуху кобальт, опромінений потоком нейтронів, стає вкрай радіоактивним ізотопом і розсіюється територією, заражаючи її. Всього одна така бомба достатньої потужності могла б покрити кобальтом усю земну кулю і занапастити все людство. На щастя цей проект залишився проектом.

Що можна сказати на закінчення? Ядерна бомба – справді страшна зброя, і водночас вона (адже парадокс!) допомогла зберегти відносний світ між наддержавами. Якщо твого супротивника має ядерну зброю, ти десять разів подумаєш, перш ніж на неї нападати. Жодна країна з ядерним арсеналом ще не зазнавала атаки ззовні, і після 1945 року у світі не було воєн між великими державами. Сподіватимемося, що їх і не буде.

Атомна електроенергетика - сучасний і швидко розвивається спосіб видобутку електрики. А ви знаєте, як улаштовані атомні станції? Який принцип роботи АЕС? Які типи ядерних реакторів сьогодні є? Намагатимемося детально розглянути схему роботи АЕС, вникнути у влаштування ядерного реактора та дізнатися про те, наскільки безпечний атомний спосіб видобутку електроенергії.

Будь-яка станція – це закрита зона далеко від житлового масиву. На її території є кілька будівель. Найголовніша споруда – будівля реактора, поруч із нею розташований машинний зал, з якого реактором керують, та будівля безпеки.

Схема неможлива без ядерного реактора. Атомний (ядерний) реактор – це пристрій АЕС, який має організувати ланцюгову реакцію поділу нейтронів з обов'язковим виділенням енергії у цьому процесі. Але який принцип роботи АЕС?

Вся реакторна установка поміщається у будівлю реактора, велику бетонну вежу, яка приховує реактор і у разі аварії утримає у собі всі продукти ядерної реакції. Цю велику вежу називають контейнтментом, герметичною оболонкою або гермозоною.

Гермозона у нових реакторах має 2 товсті бетонні стінки – оболонки.
Зовнішня оболонка завтовшки 80 см забезпечує захист гермозони від зовнішніх впливів.

Внутрішня оболонка завтовшки 1 метр 20 см має у своєму пристрої спеціальні сталеві троси, які збільшують міцність бетону майже втричі і не дадуть конструкції розсипатися. З внутрішньої сторони вона викладена тонким листом спеціальної сталі, яка покликана служити додатковим захистом контейнтменту та у разі аварії не випустити вміст реактора за межі гермозони.

Такий пристрій атомної станції дозволяє витримати падіння літака вагою до 200 тонн, 8 бальний землетрус, торнадо та цунамі.

Вперше герметична оболонка була споруджена на американській АЕС Коннектикут Янкі у 1968 році.

Повна висота гермозони – 50-60 метрів.

З чого складається атомний реактор?

Щоб зрозуміти принцип роботи ядерного реактора, а отже, і принцип роботи АЕС, потрібно розібратися у складових реактора.

• Активна зона. Це зона, куди міститься ядерне паливо (тепловидільник) та сповільнювач. Атоми палива (найчастіше паливом виступає уран) здійснюють ланцюгову реакцію поділу. Уповільнювач покликаний контролювати процес поділу, і дозволяє провести потрібну за швидкістю і силою реакцію.
• Відбивач нейтронів. Відбивач оточує активну зону. Складається він із того ж матеріалу, що й уповільнювач. По суті це короб, головне призначення якого – не дати нейтронам вийти з активної зони та потрапити до навколишнього середовища.
• Теплоносій. Теплоносій повинен увібрати в себе тепло, яке виділилося при розподілі атомів палива, та передати його іншим речовинам. Теплоносій багато в чому визначає те, як влаштовано АЕС. Найпопулярніший теплоносій на сьогодні – вода.
  Система керування реактором. Датчики та механізми, що приводять реактор АЕС у дію.

Паливо для АЕС

На чому працює АЕС? Паливо для АЕС – це хімічні елементи, що мають радіоактивні властивості. На всіх атомних станціях таким елементом є уран.

Пристрій станцій передбачає, що АЕС працюють на складному паливі, а не на чистому хімічному елементі. І щоб із природного урану видобути уранове паливо, яке завантажується в ядерний реактор, потрібно провести багато маніпуляцій.

Збагачений уран

Уран складається із двох ізотопів, тобто у його складі є ядра з різною масою. Назвали їх за кількістю протонів та нейтронів ізотоп-235 та ізотоп-238. Дослідники 20 століття почали видобувати з руди 235-й уран, т.к. його легше було розкладати та перетворювати. З'ясувалося, що такого урану в природі всього 0,7% (інші відсотки дісталися 238 ізотопу).

Що робити у цьому випадку? Уран вирішили збагачувати. Збагачення урану це процес, коли в ньому залишається багато потрібних 235-х ізотопів і мало непотрібних 238-х. Завдання збагачувачів урану – з 0.7% зробити майже 100% урану-235.

Збагатити уран можна за допомогою двох технологій – газодифузійної чи газоцентрифужної. Для їх використання уран, здобутий із руди, переводять у газоподібний стан. У вигляді газу його збагачують.

Урановий порошок

Збагачений урановий газ переводять у твердий стан – діоксид урану. Такий чистий твердий 235-й уран виглядає як великі білі кристали, які потім дроблять в порошок урану.

Уранові таблетки

Уранові таблетки – це тверді металеві шайби, завдовжки кілька сантиметрів. Щоб з уранового порошку зліпити такі пігулки, його перемішують із речовиною – пластифікатором, він покращує якість пресування пігулок.

Пресовані шайби запікають при температурі 1200 градусів за Цельсієм більше доби, щоб надати пігулкам особливої ​​міцності та стійкості до високих температур. Те, як працює АЕС, безпосередньо залежить від того, наскільки добре спресували та запікали уранове паливо.

Запікають таблетки в ящиках молібденових, т.к. тільки цей метал здатний не розплавитися при «пекельних» температурах понад півтори тисячі градусів. Після цього уранове паливо для АЕС вважається готовим.

Що таке ТВЕЛ та ТВС?

Активна зона реактора зовні виглядає як величезний диск або труба з дірками в стінках (залежно від типу реактора), раз на 5 більше людського тіла. У цих дірках знаходиться уранове паливо, атоми якого проводять потрібну реакцію.

Просто так закинути паливо в реактор неможливо, ну якщо ви не хочете отримати вибух усієї станції та аварію з наслідками на пару прилеглих держав. Тому уранове паливо міститься у ТВЕЛи, а потім збирається у ТВС. Що означають ці абревіатури?

• ТВЕЛ - тепловиділяючий елемент (не плутати з однойменною назвою російської компанії, яка їх виробляє). По суті, це тонка і довга цирконієва трубка, зроблена зі сплавів цирконію, в яку містяться уранові таблетки. Саме в ТВЕЛ атоми урану починають взаємодіяти один з одним, виділяючи тепло при реакції.

Цирконій обраний матеріалом для виробництва ТВЕЛів завдяки його тугоплавкості та антикорозійності.

Тип ТВЕЛів залежить від типу та будови реактора. Як правило, будова та призначення ТВЕЛів не змінюється, різними можуть бути довжина та ширина трубки.

В одну цирконієву трубку автомат завантажує понад 200 уранових пігулок. Загалом у реакторі одночасно працюють близько 10 мільйонів уранових таблеток.
ТВС - тепловиділяюча збірка. Працівники АЕС називають ТВС пучками.

По суті, це кілька ТВЕЛів, скріплених між собою. ТВС – це готове атомне паливо, те, на чому працює АЕС. Саме ТВС завантажуються у ядерний реактор. В один реактор містяться близько 150 - 400 ТВС.
Залежно від того, в якому реакторі ТВС працюватиме, вони бувають різної форми. Іноді пучки складаються в кубічну, іноді циліндричну, іноді шестикутну форму.

Одна ТВС за 4 роки експлуатації виробляє стільки ж енергії, як при спалюванні 670 вагонів вугілля, 730 цистерн з природним газом або 900 цистерн, завантажених нафтою.
Сьогодні ТВС виробляють переважно на заводах Росії, Франції, США та Японії.

Щоб доставити паливо для АЕС до інших країн, ТВС запечатують у довгі та широкі металеві труби, з труб викачують повітря та спеціальними машинами доставляють на борти вантажних літаків.

Важить ядерне паливо для АЕС дуже багато, т.к. Уран – один із найважчих металів на планеті. Його питома вага в 2,5 рази більша, ніж у сталі.

Атомна електростанція: принцип роботи

Який принцип роботи АЕС? Принцип роботи АЕС виходить з ланцюгової реакції розподілу атомів радіоактивного речовини – урану. Ця реакція відбувається у активній зоні ядерного реактора.

ВАЖЛИВО ЗНАТИ:

Якщо не вдаватися до тонкощів ядерної фізики, принцип роботи АЕС виглядає так:
Після пуску ядерного реактора з ТВЕЛів вилучаються стрижні, що поглинають, які не дають урану вступити в реакцію.

Як тільки стрижні вилучені, нейтрони урану починають взаємодіяти один з одним.

Коли нейтрони стикаються, відбувається міні-вибух на атомному рівні, виділяється енергія та народжуються нові нейтрони, починає відбуватися ланцюгова реакція. Цей процес виділяє тепло.

Тепло віддається теплоносія. Залежно від типу теплоносія воно перетворюється на пару чи газ, які обертають турбіну.

Турбіна приводить у рух електрогенератор. Саме він за фактом виробляє електричний струм.

Якщо не стежити за процесом, нейтрони урану можуть стикатися один з одним доти, доки не підірвуть реактор і не рознесуть всю АЕС у пух і порох. Контролюють процес комп'ютерні датчики. Вони фіксують підвищення температури або зміну тиску реакторі і можуть автоматично зупинити реакції.

Чим відрізняється принцип роботи АЕС від ТЕС (теплоелектростанцій)?

Відмінності у роботі є лише на перших етапах. В АЕС теплоносій отримує тепло від розподілу атомів уранового палива, в ТЕС теплоносій отримує тепло від згоряння органічного палива (вугілля, газу чи нафти). Після того, як або атоми урану, або газ із вугіллям виділили тепло, схеми роботи АЕС та ТЕС однакові.

Типи ядерних реакторів

Те, як працює АЕС, залежить від того, як саме працює її атомний реактор. Сьогодні є два основні типи реакторів, які класифікуються за спектром нейронів:
Реактор на повільних нейтронах його також називають тепловим.

Для його роботи використовується 235 уран, який проходить стадії збагачення, створення уранових таблеток і т.д. Сьогодні реакторів на повільних нейтронах переважна більшість.
Реактор на швидкі нейтрони.

За цими реакторами майбутнє, т.к. працюють вони на урані-238, якого в природі хоч греблю гати і збагачувати цей елемент не потрібно. Мінус таких реакторів лише у дуже великих витратах на проектування, будівництво та запуск. Сьогодні реактори на швидких нейтронах працюють лише у Росії.

Теплоносієм у реакторах на швидких нейтронах виступає ртуть, газ, натрій чи свинець.

Реактори на повільних нейтронах, якими сьогодні користуються всі АЕС світу, також бувають кількох типів.

Організація МАГАТЕ (міжнародне агентство з атомної енергетики) створило свою класифікацію, якою користуються у світовій атомній енергетиці найчастіше. Оскільки принцип роботи атомної станції багато в чому залежить від вибору теплоносія та сповільнювача, МАГАТЕ базували свою класифікацію цих відмінностях.

З хімічної погляду оксид дейтерію ідеальний сповільнювач і теплоносій, т.к. її атоми найефективніше взаємодіють із нейтронами урану проти іншими речовинами. Простіше кажучи, своє завдання важка вода виконує з мінімальними втратами та максимальним результатом. Однак її виробництво коштує грошей, тоді як звичайну «легку» та звичну для нас воду використовувати набагато простіше.

Декілька фактів про атомні реактори…

Цікаво, що один реактор АЕС будують не менше 3-х років!
Для будівництва реактора необхідне обладнання, яке працює на електричному струмі в 210 кілограмів Ампер, що в мільйон разів перевищує силу струму, яка здатна вбити людину.

Одна обичайка (елемент конструкції) ядерного реактора важить 150 тонн. В одному реакторі таких елементів 6.

Водо-водяний реактор

Як працює АЕС загалом, ми вже з'ясували, щоб усе «розкласти по поличках», подивимося, як працює найбільш популярний водо-водяний ядерний реактор.
У всьому світі сьогодні використовують водоводяні реактори покоління 3+. Вони вважаються найнадійнішими та безпечнішими.

Усі водо-водяні реактори у світі за всі роки їх експлуатації в сумі вже встигли набрати понад 1000 років безаварійної роботи і жодного разу не давали серйозних відхилень.

Структура АЕС на водо-водяних реакторах передбачає, що між ТВЕЛами циркулює дистильована вода, нагріта до 320 градусів. Щоб не дати їй перейти в пароподібний стан, її тримають під тиском у 160 атмосфер. Схема АЕС називає її водою першого контуру.

Нагріта вода потрапляє в парогенератор і віддає своє тепло воді другого контуру, після чого знову повертається в реактор. Зовні це виглядає так, що трубки води першого контуру торкаються інших трубок – води другого контуру, вони передають тепло один одному, але води не контактують. Контактують трубки.

Таким чином, виключена можливість попадання радіації у воду другого контуру, яка далі братиме участь у процесі видобутку електрики.

Безпека роботи АЕС

Дізнавшись принцип роботи АЕС, ми повинні розуміти як влаштована безпека. Влаштування АЕС сьогодні потребує підвищеної уваги до правил безпеки.
Витрати на безпеку АЕС становлять приблизно 40% від загальної вартості самої станції.

У схему АЕС закладаються 4 фізичні бар'єри, які перешкоджають виходу радіоактивних речовин. Що мають робити ці бар'єри? У потрібний момент зуміти припинити ядерну реакцію, забезпечувати постійне відведення тепла від активної зони та самого реактора, запобігати виходу радіонуклеїдів за межі контайнменту (гермозони).

• Перший бар'єр – міцність уранових пігулок.Важливо, щоб вони не руйнувалися під впливом високих температур ядерного реактора. Багато в чому те, як працює атомна станція, залежить від того, як "спекли" таблетки з урану на початковій стадії виготовлення. Якщо таблетки з урановим паливом запекти невірно, реакції атомів урану в реакторі будуть непередбачуваними.
• Другий бар'єр – герметичність ТВЕЛів.Цирконієві трубки повинні бути щільно запечатані, якщо герметичність буде порушена, то в кращому разі реактор буде пошкоджений і робота зупинена, у гіршому – все злетить у повітря.
• Третій бар'єр – міцний сталевий корпус реактора, (та найбільша вежа – гермозона) який «утримує» у собі всі радіоактивні процеси. Зруйнується корпус – радіація вийде в атмосферу.
• Четвертий бар'єр – стрижні аварійного захисту.Над активною зоною на магніти підвішуються стрижні із сповільнювачами, які можуть за 2 секунди поглинути усі нейтрони та зупинити ланцюгову реакцію.

Якщо, незважаючи на влаштування АЕС з багатьма ступенями захисту, охолодити активну зону реактора в потрібний момент не вдасться, і температура палива зросте до 2600 градусів, то справа набуває останньої надії системи безпеки – так звана пастка розплаву.

Справа в тому, що при такій температурі дно корпусу реактора розплавиться, і всі залишки ядерного палива та розплавлених конструкцій стікають у спеціальний підвішений над активною зоною реактора «стакан».

Пастка розплаву охолоджується і вогнетривка. Вона наповнена так званим «жертвовим матеріалом», який поступово зупиняє ланцюгову реакцію поділу.

Таким чином, схема АЕС має на увазі кілька ступенів захисту, які практично повністю виключають будь-яку можливість аварії.