כורים ונשק גרעינינועם סוקר

הפקולטה לפיסיקה בטכניון 2011

פיצוץ אטומי ראשון:

16.7.1945

B-29

ילד קטןאיש שמן

Enola Gay

פצצות

רוברט אופנהיימ

ר

נאגסקי

נזקים בהירושימה

גנרל גרוב בוחר מטרות

הירושימה:

מטר מנקודת הפיצוץ.800גשר במרחק

ליזה מייטנר פריץ שטרסמן אוטו האן

1968-1878ניוטרון גורם לביקוע

235גרעין אורניום

גילוי הביקוע 1938הגרעיני:

Oak Ridge אין כאן כור( אורניום גרעיני(

לפצצות )הירושימה(

Hanford

יצור פלוטוניום לפצצות )נאגסקי(

12.2.1942כור גרעיני ראשון

אנריקו פרמי

ליאו סילאד

הביקוע הגרעיני:שיחרור ניוטרונים ואנרגיה

ניוטרון גורם לביקוע

235גרעין אורניום

גילוי 1938גילוי הניוטרון; 1932גילוי הרדיואקטיביות ; 1896הביקוע;

פצצת 1952 פיצוץ אטומי ראשון; 1945 כור גרעיני ראשון;1942מימן

ניוטרונים

235אורניום פרוטונים92

143 ניוטרונים

141בריום פרוטונים56

ניוטרונים85

92קריפטון פרוטונים36

ניוטרונים56

הביקוע הגרעיני:תהליך שרשרתאסור שיברחו יותר מדי

ניוטרוניםמסה קריטית)1(חומר שמחזיר ניוטרונים פנימה: )2(

שמיכה

93 93 93 93 931/237 38 39 40 41

t 5.8s 7.4 min 10.2h 1.5million yearsRb Sr Y Zr Nb

e e e e

Rb(5.8 second) Sr(7.4 minute) Y(10.2 hour) Zr(1.5million years) Nb

קירור מידי בכור. בדרך

כלל לא בעיה.

קירור לאורך זמן של שנים

אכסון במקום מבודד ויציב

Rb

Cs

דוגמה למוצרי ביקוע

131 13153 1/2 54I (t 8day) Xe e

131יוד פרוטונים53 ניוטרונים78

אלקטרון

קרינת גאמא

יוד

קסנון פרוטונים54

ניוטרונים79

זמן מחצית 8חיים של

ימים

קרינות מסוכנות

היתוך )מיזוג( גרעינימשמש להגברת פצצת אטום, ומתקיים בפצצת

מימן

טריטיום )מימן על כבד:

ניוטרונים(2פרוטון +

דאוטריו )מימן על ם

כבד: 2פרוטון +

ניוטרונים(

הליום פרוטונים 2

ניוטרון ניוטרונים(2 +

פצצות האטום שנזרקו של יפן: תאור סכמטי, ואופן יצירת

בזמן קצר המסה הקריטית מאוד

פצצות האטום שנזרקו של יפן: תאור סכמטי, ואופן יצירת

בזמן קצר המסה הקריטית מאוד

טבעות אורניום

קליע אורניום

חומר נפץ

פצצות האטום

שנזרקו של : תאור סכמטי, יפן

ואופן יצירת המסה הקריטית

בזמן קצר מאוד

קליפת פלוטוניום בגודל של תפוז

חומר נפץשמיכה

)טריטיום ודאוטריום להגברת

הפיצוץ(לא היה בפצצת

נאגאסקי

יצור חומר בקיע )דלק גרעיני(

על יפן נזרקו שתי פצצות: אחת עשויה אורניום ואחת פלוטוניום.בטבע מוצאים :יצור אורניום

ניוטרונים(146 פרוטונים + 92) 238אורניום- 143 פרוטונים + 92) 235אורניום-

ניוטרונים(.

גרעיני 993 הוא הדלק. על כל 235אורניום-. 235 גרעינים של אורניום-7 יש 238אורניום-

תכונות כימיות זהות. ולכן האיזוטופיםלשני ההפרדה קשה מאוד: מתבססת על הבדל

המסה.

בצנטריפוגותיוצרים גז של אורניום עם פלואור. או דיפוזיה )לפצצת הירושימה(, בשלבים

רבים מפרידים ביניהם.. 235באורניום- את האורניום מעשירים

אין צורך בכור גרעיני!

ניתן לבנות כור גרעיני מבוסס על העשרה(. 0.7%אורניום טבעי )

. 90%לפצצה דרושה העשרה של בכורים ליצור חשמל בדרך כל

. 3%ההעשרה היא של

העשרת אורניום בטנסי

יצור חומר בקיע )דלק גרעיני(

:יצור פלוטוניוםדרוש כור גרעיני. הדלק בכור הוא אורניום טבעי.

זה דורש נוכחות של גרפיט או מים כבדים, כי מים רגילים בולעים יותר מדיי ניוטרונים.

( מתבקע ושומר על תהליך שרשרת. 0.7% )ריכוז של 235אורניום-: 238חלק מהניוטרונים נבלעים באורניום-

. בשני שלבים בהם בכל אחד ניוטרון 239נוצר אורניום-. 239פלוטוניום-הופך לפרוטון, נוצר יסוד מלאכותי

הוא חומר בקיע מצוין. 239פלוטוניום-את הפלוטוניום מפרידים מהאורניום ומוצרי הביקוע

בתהליך כימי )ראה ערך "מרפסת גולדה"(.

דימונה )קמ"ג(: כור אורניום טבעי עם מים כבדים.

שלב ראשון פצצת מימן: מטר1.75אורך הראש הקרבי

חומר נפץ

מקור נווטרונים

פלוטוניום נדחס פנימה

ומתחיל תהליך שרשרת

השמיכה מחזירה ניוטרונים

לפלוטוניוםטריטיום ודאוטריום

יוצרים עוד ניוטרונים

קרינה מחממת וניוטרונים

קצף מתפשט ודוחס

חומר נפץ שלב שני פצצת מימן:

מקור נווטרונים

פלוטוניום נדחס פנימה

ומתחיל תהליך שרשרת

השמיכה מחזירה ניוטרונים

לפלוטוניוםטריטיום ודאוטריום

יוצרים עוד ניוטרונים

קרינה מחממת וניוטרונים

קצף מתפשט ודוחס

ליתיום+ניוטרון

הליום+טריטיום

דאוטריום+טריטיום

ניוטרון+הליום

אורניום מתבקע ומשחרר ניוטרונים

נוספים

ניוטרונים מבקעים מסה עצומה של

238אורניום

תמונות מואנונו

פרוק המתקן הגרמני (Haigerloch)בסיום המלחמה

כור ליצירת חשמל מדגם הרתחת-מים

1. Reactor pressure vessel (RPV)2. Nuclear fuel element3. Control rods4. Circulation pumps5. Engine control rods6. Steam

13. Coolant14. Pre-heater15. Feedwater pump16. Cold water pump17. Concrete enclosure18. Mains connection

7. Feedwater8. High pressure turbine (HPT)9. Low pressure turbine10. Generator11. Exciter12. Condenser

כור ליצירת קיטור ליצירת חשמלמטר 12

נזקים

הפגיעות בהירושימה

מזו של הירושימה:12פצצה חזקה פי .קרינה חזקה גורמת כוויות ומציתה חומרים דליקים. הורגת עד ק"מ מטר: הורס והורג הכול. 700 שנייה: גל ההדף במרחק 1אחרי מטר. גל ההדף מכבה הרבה שרפות.1600 שניות: גל הדף במרחק 4 אחרי

בניינים חזקים שורדים בחוץ, אך מהלחץ נהרסים החלקים הפנימיים. שברי זכוכית.

מטר. בניינים חזקים שורדים. 2400 שניות: גל ההדף במרחק 6 אחרי

גל הדף50%

קרינה )חום(35%

קרינה 10%מנשורת

קרינה מיידית 5%

התקלה באי שלושת המיילים

המקום: אי שלושת המיילים, פנסילבניה ארה"ב.

לפנות בוקר. 4 28.3.1979 זמן:

.תקלה במערכת הקירור המשנית

.בניסיון לתקן, המפעילים בטעות סוגרים מי קירור לליבה

הכור מופסק שניות הליבה מתחממת, נוצר קיטור, 10בתוך

אוטומטית.

תקלה בשסתום חרום שנפתח אך לא נסגר, גורמת לאיבוד מים בכור. המפעילים לא מודעים לבעיה, ולא

מזרימים מים נוספים.

.מוטות הדלק ניתכים, ומטפטפים על ריצפת הכור

הסינדרום הסיני. בנס לא נוצר

דקות150לאחר

דקות225לאחר

ממצאי האולטרא-סאונ

ד

טון של דלק שהותך 20

התקלה אי שלושת המייליםכניסה לבניין לאחר שנה. את הליבה חקרו עם

אולטרא-סאונד

תוספות

פצצות שונות

הסתבר שיש 1999בשנת פצצות היתוך בהן החלק

הראשוני אינו כדורי.

גל הלםנזק של הפיצוץ: אפקט מטר 540קילוטון/ 20 מטר540 מגטון/20

הרס מוחלט ק"מ0.6 ק"מ6.4

הרס של בתים ק"מ1.7 ק"מ17

נזק בינוני לבתים ק"מ4.7 ק"מ47

הצתה ק"מ2 ק"מ30

3כוויות דרגה ק"מ2.5 ק"מ38

2כוויות דרגה ק"מ3.2 ק"מ44

1כוויות דרגה ק"מ4.2 ק"מ53

(n+ קטלנית ) ק"מ1.4 ק"מ4.7

acute radiation syndrome ק"מ1.8 ק"מ5.4

קרינה תרמית

קרינה מייננת

שימושיםהיסטוריה תרמית של סלעים.

בריאקציות גרעיניות מסוימות נוצרים גזים אצילים )הליום או ארגון(. קצב הדיפוזיה של הגזים מתוך סלע או גרגר גבוה יותר כאשר הטמפרטורה

גבוהה יותר. ריכוז הגז במקומות שונים בסלע מעיד על ההיסטוריה התרמית של הסלע לאורך מיליונים עד מאות מיליונים של שנים.

40 4019 18 1/2

40 4019 18

1.28 11%

98%

K e Ar t Gyr

K Ca e

238 234 492 90 2 1/2

235 231 492 90 2 1/2

232 228 490 88 2 1/2

4.47

0.704

14

U Th He t Gyr

U Th He t Gyr

Th Ra He t Gyr

וההמשכים של השרשרת.ביקוע ספונטאני של

יוצר פגמים בגביש 238אורניום-שמתאחים מהר יותר

בטמפרטורה גבוהה יותר. )מאורע נדיר מאוד עם זמן

מחצית חיים של (

151/2 8 10 yearst