Միջուկային պայթյուն

Միջուկային պայթյուն, միջուկային էներգիայի անջատումով հարուցված վիթխարի չափերով և ավերման ուժով պայթյուն։ Միջուկային էներգիայի յուրացման հնարավորություններին ֆիզիկոսներն ընդհուպ մոտեցան 1939-1945 թվականների երկրորդ համաշխարհային պատերազմի սկզբներին։
Առաջին, այսպես կոչված, ատոմային ռումբը ստեղծվեց ԱՄՆ-ում։ Առաջին փորձնական միջուկային պայթյունն տեղի է ունեցել 1945 թվականի հուլիսի 16-ին, Ալամոգորդոյի մոտ (Նյու Մեքսիկոյի նահանգ, ԱՄՆ)։ 1949 թվականի օգոստոսին առաջին միջուկային պայթյունն իրագործվեց նախկին Խորհրդային Միությունում։
Միջուկային պայթյունի կարող են հանգեցնել կամ ծանր միջուկների ճեղքման միջուկային շղթայական ռեակցիան, կամ ավելի թեթե միջուկներից հելիումի միջուկների սինթեզման ջերմամիջուկային ռեակցիաները։ Նեյտրոն զավթելիս 235U և 239Pu միջուկները ճեղքվում են միջին ատոմական զանգվածով երկու բեկորային միջուկների, ընդ որում ծնվում են նաև մի քանի (սովորաբար երկուսից-երեք) նեյտրոններ։ Բոլոր դուստր-մասնիկների զանգվածների գումարը փոքր է սկզբնական միջուկի զանգ վածից Δm մեծությամբ, որը կոչվում է զանգվածի պակսորդ։ Ըստ Ալբերտ Այնշտայնիի հավասարման զանգվածի պակսորդին համապատասխանում է ΔЕ= Δmc2 էներգիա (с լույսի արագությունն է), որը ճեղքման արգասիքների կապի էներգիան է սկզբնական միջուկում։ Արագ զարգացող ճեղքման միջուկային շղթայական ռեակցիայի դեպքում այդ էներգիայի անջատումն էլ առաջացնում է պայթյուն։ Ճեղքվող մեկ միջուկի համար ΔЕ էներգիան մոտ 200 Մէվ է։ 1 կգ 235Ս-ում կամ 239Pս-ում պարունակվում է 2,5*1024 միջուկ, որոնց բաժանման դեպքում անջատվում է մոտ 1021 էրգ-ի հավասար վիթխարի էներգիա։ Ճեղքման շղթայական ռեակցիա ընթանալու հնարավորությունը պայմանավորված է ճեղքման գործողության ընթացքում ծնվող մեկից ավելի նեյտրոններով։ Դրանցից յուրաքանչյուրը նույնպես կարող է միջուկի ճեղքում առաջացնել։ Նեյտրոնների հաջորդ սերունդը ճեղքում է այլ միջուկներ և այլն։ Օրինակ, եթե յուրաքանչյուր սերնդի երկուական նեյտրոններ են ճեղքում առաջացնում, ապա 80 սերունդ հետո մեկ նեյտրոնից սկսված ռեակցիան կհանգեցնի 1 կգ նյութի բոլոր միջուկների տրոհման։ Սովորաբար ոչ բոլոր նեյտրոններն են միջուկի ճեղքում առաջ բերում, դրանց մի մասը կորչում է։ Եթե կորուստները շատ մեծ են, ապա շղթայական ռեակցիան չի կարող զարգանալ։ Առանձին նեյտրոնի կորստի հավանականությունը այնքան մեծ է, որքան փոքր են տրոհվող նյութի գծային չափերն ու զանգվածը։ Նյութում շղթայական ռեակցիայի առաջացման համար անհրաժեշտ պայմանները կոչվում են կրիտիկական։ Այդ պայմանները բնորոշվում են նյութի խտությամբ, երկրաչափական ձեով և զանգվածով (օրինակ, գոյություն ունի կրիտիկական զանգված)։ Միջուկային լիցքում ճեղքվող նյութը տեղաբաշխում են այնպես, որ այն գտնվի մինչկրիտիկական պայմաններում (օրինակ, զանգվածը բաժանում են մասերի)։ Անհրաժեշտ պահին գերկրիտիկական պայմաններ են ստեղծում (ամբողջ զանգվածը ի մի են բերում) և այդ դեպքում սկսվում է շղթայական ռեակցիա։ Զանգվածն անհրաժեշտ է շատ արագ կենտրոնացնել, որպեսզի ռեակցիան ընթանա գերկրիտիկականության հնարավորին չափ բարձր աստիճանի պայմաններում և մինչև շիկացող նյութի ցրիվ գալը նրա հնարավորին չափ մեծ մասը ռեակցիայի մեջ մտնի։ Միջուկների ճեղքման շղթայական ռեակցիայի վրա հիմնված միջուկային պայթյունի հզորության մեծացման հնարավորությունները գործնականում սահմանափակ են, քանի որ չափազանց դժվար է սկզբում մինչկրիտիկական վիճակում գտնվող մեծ զանգվածով նյութը բավականաչափ արագ փոխարկել գերկրիտիկական վիճակի։ Մեծ հզորության միջուկային պայթյունները ստացվում են սին-թեզման ջերմամիջուկային ռեակցիաներից։
Միջուկային ռեակցիայի ավարտից անմիջապես հետո (մոտ 10−7 վրկ՝ հաշված ռեակցիայի սկզբից) անջատված էներգիան կուտակվում է խիստ սահմանափակ զանգվածում և ծավալում (1 տ և 1 մ3 կարգի)։ Այդ դեպքում ջերմաստիճանը և ճնշումը հասնում են վիթխարի չափերի՝ 10 միլիոն աստիճան և միլիարդ մթն կարգի։ Էներգիայի էական մասն անջատվում է այդ տաքացած նյութից որպես ռենտգենյան փափուկ ճառագայթում, որը սակայն մեծ հեռավորություններ կարող է տարածվել միայն մթնոլորտի նոսր շերտերում (100 կմ և ավելի բարձր) տեղի ունեցած միջուկային պայթյունի դեպքում։ Մնացած բոլոր դեպքերում (պայթյուններ ոչ մեծ բարձրության վրա, գետնի, ջրի տակ) պայթյունի համարյա ողջ էներգիան անցնում է միջուկային լիցքի նյութը անմիջականորեն շրջապատող միջավայր՝ օդ, հող, ջուր։ Բարձր ճնշման ազդեցությամբ շրջապատող միջավայրում առաջանում է հուժկու հարվածային ալիք։ Միջուկային պայթյունն առաջացնում է նաև թափանցող ռադիացիա՝ գամմա քվանտների և նեյտրոնների հոսքեր, որոնք տանում են պայթյունի էներգիայի մի քանի տոկոսը և մթնոլորտային ճնշման դեպքում տարածվում օդում հարյուրավոր մետրեր հեռավորությամբ։
Միջուկային պայթյունի հարվածային ալիքում օդը տաքանում է մինչև հարյուր հազարավոր աստիճաններ և սկսում է լուսարձակել, առաջանում է, այսպես կոչված, հրագունդ։ Սկզբում հրագնդի մակերևույթը համընկնում է հարվածային ալիքի ճակատին, և դրանք միասին մեծ արագությամբ ընդարձակվում են։ Օրինակ, մթնոլորտային ճնշման օդում 20 կտ տրոտիլային համարժեքով միջուկային պայթյունի դեպքում 10−4 վրկ անց հրագնդի շառավիղը 14 մ է, 0,01 վրկ անց՝ 100 մ։ Այս փուլում տեղի է ունենում հարվածային ալիքի անջատում հրագնդի սահմանից։ Հարվածային ալիքը, արդեն լուսարձակում չառաջացնելով, շատ առաջ է անցնում, իսկ հրագնդի ընդարձակումը դանդաղում և ապա ընդհանրապես դադարում է։ 0,1 վրկ անց հրագնդի շառավիղը հասնում է իր առավելագույն արժեքին՝ մոտ 150մ-ի. այս փուլում լուսարձակման ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 800 К։ 1 վրկ անց լուսարձակման պայծառությունը սկսում է նվազել և 2-3 վրկ անց լուսարձակումը գործնականորեն դադարում Է։ Լուսային ճառագայթմանը ընկնում է պայթյունի ամբողջ Էներգիայի մեկ երրորդ մասը։ Այդ ճառագայթումը, որն ավելի պայծառ Է, քան Արեգակինը, շատ ուժեղ ոչնչացնող ազդեցություն է թողնում․ նույնիսկ 2 կմ հեռավորության վրա այն հրդեհներ է առաջացնում, այրում՝ առարկաները, մարդկանց և կենդանիների մոտ այրվածքներ առաջ բերում։ 10 վրկ անց հարվածային ալիքը միջուկային պայթյունի կենտրոնից հեռանում է 3,7 կմ։ Շենքերի, արդյունաբերական կառույցների, ռազմական տեխնիկայի վրա 20 կտ-ով միջուկային պայթյունի հարվածային ալիքը կործանարար ազդեցություն է թողնում մինչև 1 կմ շառավղով տարածքում։ ճառագայթման ընդհատումից հետո հրագնդի տաքացած օդը, որն ավելի նոսր է շրջապատող օդից, Արքիմեդի ուժի ազդեցությամբ բարձրանում է վեր)։ Այդ պրոցեսում տաքացած օդն ընդարձակվում ու սառչում Է, դրանում տեղի է ունենում գոլորշիների խտացում։ Այսպես է առաջանում միջուկային պայթյունի հարյուրավոր մետրեր տրամագծով քուլայաձև ամպը։ Մեկ րոպե անց այն հասնում է 4 կմ, 10 րոպե անց՝ 10 կմ բարձրության։ Հետագայում այդ ամպը, որը պարունակում է միջուկային ռեակցիաների արգասիքներ, արագորեն տարածվում է քամիների և օդային հոսանքների օգնությամբ տասնյակ և հարյուրավոր կիլոմետրեր։ Միջուկների ճեղքման արգասիքները ռադիոակտիվ են, դրանք արձակում են γ-քվանտներ և Էլեկտրոններ։ Ռադիոակտիվության ազդեցությամբ և ռադիո ակտիվ մնացուկների տեղումների հետևանքով ամպի հետագծի տիրույթում տեղի է ունենում տեղանքի ռադիոակտիվ վարակում՝ առաջ բերելով մարդկանց և կենդանիների ճառագայթային հիվանդություն։


== Ստորջրյա միջուկային պայթյուն ==
Ստորջրյա միջուկային պայթյունի դեպքում ամբողջ Էներգիայի մոտավորապես կեսը պարունակվում է սկզբնական հարվածային ալիքում, որը և կատարում է հիմնական ավերածությունները։ Ստորջրյա միջուկային պայթյունին բնորոշ է պայթյունի կենտրոնի շուրջը առաջացող մեծ պղպջակը, որը ժամանակի ընթացքում մարող բաբախող շարժում է կատարում։ Նավեր խորտակող ուժեղ ավերման գործողության շառավիղը մոտ 0,5 կմ է։ Ստորջրյա միջուկային պայթյունի դեպքում ջրի մակերևույթի վրա առաջանում է հսկայական սյուն, որը կազմված է ջրափոշուց և ջրացայտերից։ Առաջանում են նաև մակերևութային ուժեղ ալիքներ, որոնք տարածվում են բազմաթիվ կմ-եր։


== Ստորգետնյա միջուկային պայթյուն ==
Ստորգետնյա միջուկային պայթյունի դեպքում ավերածությունները նույնպես հարվածային ալիքն է կատարում։ Ինչպես և ստորջրյա պայթյունի դեպքում, կենտրոնում առաջանում է բարձր ճնշման գազային պղպջակ։ Ստորգետնյա միջուկային պայթյունն առաջացնում է ցնցում, որն իր գործողությամբ նման է երկրաշարժի։ Այս տիպի միջուկային պայթյունները կիրառվում են նաև խաղաղ նպատակներով՝ խոշոր չափերի հանքային աշխատանքներ կատարելու, օգտակար հանածոների հանույթի համար և այլն։