поговорите о квантовой физике

В Китае проведут первую квантовую телепортацию на 1200 км.

В Google заявили о создании работающего квантового компьютера.

Занимательная ядерная физика

Приглядывайте за инженерами — они начинают с сеялки, а заканчивают атомной бомбой.

Марсель Паньоль

Ядерная физика — одна из самых скандальных областей почтенной естественной науки. Именно в эту область человечество на протяжении полувека бросало миллиарды долларов, фунтов, франков и рублей, как в паровозную топку опаздывающего поезда. Теперь поезд, похоже, уже не опаздывает. Бушующее пламя сгорающих средств и человеко-часов утихло. Попробуем вкратце разобраться, что же это за поезд под названием «ядерная физика».

Как известно, все сущее состоит из атомов. Атомы, в свою очередь состоят из электронных оболочек, живущих по своим умопомрачительным законам, и ядра. Классическая химия совершенно не интересуется ядром и его личной жизнью. Для нее атом — это его электроны и их способность к обменному взаимодействию. А от ядра химии нужна только его масса, чтобы рассчитывать пропорции реагентов. В свою очередь, ядерной физике глубоко плевать на электроны. Ее интересует крохотная (в 100 тысяч раз меньше радиуса орбит электронов) пылинка внутри атома, в которой сосредоточена практически вся его масса.

Что мы знаем о ядре? Да, оно состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. Впрочем, это не совсем верно. Ядро — это не горсточка шариков двух цветов, как на иллюстрации из школьного учебника. Здесь работают совсем другие законы под названиемсильное взаимодействие, превращающие и протоны, и нейтроны в какое-то неразличимое месиво. Однако заряд этого месива в точности равен суммарному заряду входящих в него протонов, а масса — почти (повторяю, почти) совпадает с массой нейтронов и протонов, из которых состоит ядро.

Кстати, количество протонов неионизированного атома всегда совпадает с количеством электронов, имеющих честь его окружать. А вот с нейтронами дело не так просто. Собственно говоря, задача нейтронов — стабилизировать ядро, поскольку без них одноименно заряженные протоны не ужились бы вместе и микросекунды.

Возьмем для определенности водород. Самый обычный водород. Его устройство до хохота просто — один протон, окруженный одним орбитальным электроном. Водорода во Вселенной навалом. Можно сказать, что Вселенная состоит в основном из водорода.

Теперь аккуратно добавим к протону нейтрон. С точки зрения химии это все равно водород. А вот с точки зрения физики уже нет. Обнаружив два разных водорода, физики забеспокоились и тут же придумали называть обычный водород протием, а водород с нейтроном при протоне — дейтерием.

Наберемся наглости и скормим ядру еще один нейтрон. Теперь у нас еще один водород, еще более тяжелый — тритий. Он, опять же, с точки зрения химии практически не отличается от двух других водородов (ну, разве что в реакцию теперь вступает чуть менее охотно). Сразу хочу предупредить — никакими усилиями, угрозами и увещеваниями вы не сможете добавить к ядру трития еще один нейтрон. Здешние законы куда более строги, чем человеческие.

Итак, протий, дейтерий и тритий — это изотопы водорода. Их атомная масса различна, а заряд — нет. А ведь именно зарядом ядра определяется местоположение в периодической системе элементов. Потому и назвали изотопы изотопами. В переводе с греческого это означает «занимающие одно и то же место». Кстати говоря, всем известная тяжелая вода — это та же вода, но с двумя атомами дейтерия вместо протия. Соответственно, сверхтяжелая вода содержит вместо протия тритий.

Давайте взглянем снова на наши водороды. Так... Протий на месте, дейтерий на месте... А это еще кто? Куда делся мой тритий и откуда здесь появился гелий-3? У нашего трития один из нейтронов явно соскучился, решил сменить профессию и стал протоном. При этом он породил электрон и антинейтрино. Потеря трития — это, конечно, огорчительно, но зато мы теперь знаем, что он нестабилен. Кормежка нейтронами даром не прошла.

Итак, как вы поняли, изотопы бывают стабильные и нестабильные. Стабильных изотопов вокруг нас полно, а вот нестабильных, слава богу, практически нет. То есть они имеются, но в настолько рассеянном состоянии, что добывать их приходится ценой очень большого труда. К примеру, уран-235, который доставил столько нервотрепки Оппенгеймеру, составляет в природном уране всего лишь 0,7%.

Здесь все просто. Периодом полураспада нестабильного изотопа называется промежуток времени, за который ровно половина атомов изотопа распадется и превратится в какие-то другие атомы. Уже знакомый нам тритий имеет период полураспада 12,32 года. Это — достаточно короткоживущий изотоп, хотя по сравнению с францием-223, у которого период полураспада составляет 22,3 минуты, тритий покажется седобородым аксакалом.

Никакие макроскопические внешние факторы (давление, температура, влажность, настроение исследователя, количество ассигнований, расположение звезд) не влияют на период полураспада. Квантовая механика нечувствительна к подобным глупостям.

Соблюдая историческую последовательность, рассмотрим сначала ядерные бомбы и осуществим свой маленький «Манхэттенский проект». Я не стану утомлять вас занудными методиками разделения изотопов и математическими выкладками теории цепной реакции деления. У нас с вами есть уран, плутоний, прочие материалы, инструкция по сборке и необходимая доля научного любопытства.

Цепная реакция деления

Я уже упоминал, что цепная реакция деления ядер урана была впервые проведена в декабре 1942 года Энрико Ферми. Теперь поговорим о цепной ядерной реакции подробнее.

Все изотопы урана нестабильны в той или иной степени. Но уран-235 — на особом положении. При самопроизвольном распаде ядра урана-235 (его еще называют альфа-распадом) образуются два осколка (ядра других, гораздо более легких элементов) и несколько нейтронов (обычно 2-3). Если образовавшийся при распаде нейтрон ударится о ядро другого атома урана, будет обычное упругое соударение, нейтрон отскочит и продолжит поиски приключений. Но через какое-то время он растратит энергию (идеально упругие соударения бывают только у сферических коней в вакууме), и очередное ядро окажется ловушкой — нейтрон поглотится им. Кстати, такой нейтрон физики называюттепловым.

Посмотрите на перечень известных изотопов урана. Среди них нет изотопа с атомной массой 236. А знаете, почему? Такое ядро живет доли микросекунд, а затем распадается с выделением огромного количества энергии. Это называется вынужденный распад. Изотоп с таким временем жизни даже как-то неловко называть изотопом.

Энергия, выделившаяся при распаде ядра урана-235, — это кинетическая энергия осколков и нейтронов. Если подсчитать общую массу продуктов распада ядра урана, а затем сравнить ее с массой первоначального ядра, то окажется, что эти массы не совпадают — первоначальное ядро было больше. Это явление называется дефектом массы, а его объяснение заложено в формуле E₀=mс². Кинетическая энергия осколков, деленная на квадрат скорости света, в точности будет равна разности масс. Осколки тормозятся в кристаллической решетке урана, рождая рентгеновское излучение, а нейтроны, попутешествовав, поглощаются другими ядрами урана или покидают урановую отливку, где все события и происходят.

Если урановая отливка маленькая, то большая часть нейтронов покинет ее, не успев затормозиться. А вот если каждый акт вынужденного распада вызовет хотя бы еще один такой же акт за счет испущенного нейтрона — это уже самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

Соответственно, если увеличивать размер отливки, все большее количество нейтронов станет причиной актов вынужденного деления. И в какой-то момент цепная реакция станет неуправляемой. Но это еще далеко не ядерный взрыв. Просто очень «грязный» термический взрыв, при котором выделится большое количество очень активных и ядовитых изотопов.

Критическая масса

Вполне закономерный вопрос — сколько нужно урана-235, чтобы цепная реакция деления стала лавинообразной? На самом деле не все так просто. Здесь играют роль свойства расщепляющегося материала и отношение объема к поверхности. Представьте себе тонну урана-235 (сразу оговорюсь — это очень много), которая существует в виде тонкой и очень длинной проволоки. Да, нейтрон, летящий вдоль нее, разумеется, вызовет акт вынужденного распада. Но доля нейтронов, летящих вдоль проволоки, окажется настолько малой, что говорить о самоподдерживающейся цепной реакции просто смешно.

Поэтому условились считать критическую массу для сферической отливки. Для чистого урана-235 критическая масса составляет 50 кг (это шарик радиусом 9 см). Сами понимаете, такой шарик долго не просуществует, впрочем, как и те, кто его отлили.

Если же шарик меньшей массы окружить отражателем нейтронов (для него прекрасно подходит бериллий), а в состав шарика ввести материал — замедлитель нейтронов (вода, тяжелая вода, графит, тот же бериллий), то критическая масса станет гораздо меньшей. Применяя наиболее эффективные отражатели и замедлители нейтронов, можно довести критическую массу до 250 грамм. Этого, к примеру, можно достигнуть, если поместить в сферическую бериллиевую емкость насыщенный раствор соли урана-235 в тяжелой воде.

Критическая масса существует не только для урана-235. Есть еще ряд изотопов, способных к цепной реакции деления. Главное условие — продукты распада ядра должны вызывать акты распада других ядер.

Урановая бомба

Итак, у нас есть две полусферических отливки урана массой по 40 кг. Пока они находятся на почтительном отдалении друг от друга, все будет спокойно. А если начать их медленно сдвигать? Вопреки распространенному мнению, не произойдет ничего грибообразного. Просто куски по мере сближения начнут нагреваться, а затем, если вовремя не одуматься, раскаляться. В конце концов они просто расплавятся и растекутся, а все, кто двигал отливки, дадут дуба от облучения нейтронами. А те, кто с интересом наблюдал за этим, склеят ласты.

А если быстрее? Быстрее расплавятся. Еще быстрее? Еще быстрее расплавятся. Охладить? Да хоть в жидкий гелий опустите — толку не будет. А если выстрелить одним куском в другой? О! Момент истины. Мы только что придумали урановую пушечную схему. Впрочем, гордиться нам особенно нечем, эта схема — самая простая и безыскусная из всех возможных. Да и от полушарий придется отказаться. Они, как показала практика, не склонны ровненько слипаться плоскостями. Малейший перекос — и получится очень дорогостоящий «пук», после которого долго придется убирать.

Лучше сделаем короткую толстостенную трубу из урана-235 с массой 30-40 кг, к отверстию которой приставим высокопрочный стальной ствол того же калибра, заряженный цилиндром из такого же урана примерно такой же массы. Окружим урановую мишень бериллиевым отражателем нейтронов. Вот теперь, если пальнуть урановой «пулей» по урановой «трубе» — будет полная «труба». То есть будет ядерный взрыв. Только пальнуть надо по-серьезному, так, чтобы дульная скорость уранового снаряда была хотя бы 1 км/с. Иначе опять же будет «пук», но погромче. Дело в том, что при сближении снаряда и мишени они настолько разогреваются, что начинают интенсивно испаряться с поверхности, тормозясь встречными газовыми потоками. Более того, если скорость недостаточна, то есть шанс, что снаряд просто не долетит до мишени, а испарится по дороге.

Разогнать до такой скорости болванку массой в несколько десятков килограмм, причем на отрезке в пару метров — задача крайне непростая. Именно поэтому потребуется не порох, а мощная взрывчатка, способная создать в стволе должное давление газов за очень короткое время. А ствол потом чистить не придется, не беспокойтесь.

Бомба Mk-I «Little Boy», сброшенная на Хиросиму, была устроена именно по пушечной схеме.

Есть, конечно, незначительные детали, которые мы не учли в нашем проекте, но против самого принципа не погрешили совершенно.

Плутониевая бомба

Так. Урановую бомбу мы взорвали. Грибом полюбовались. Теперь будем взрывать плутониевую. Только не надо тащить сюда мишень, снаряд, ствол и прочий хлам. Этот номер с плутонием не пройдет. Даже если мы пальнем одним куском в другой со скоростью в 5 км/с, все равно надкритической сборки не выйдет. Плутоний-239 успеет разогреться, испариться и изгадить все вокруг. Его критическая масса — чуть больше 6 кг. Можете себе представить, насколько он активнее в плане захвата нейтронов.

Плутоний — металл необычный. В зависимости от температуры, давления и примесей он существует в шести модификациях кристаллической решетки. Есть даже такие модификации, в которых он сжимается при нагревании. Переходы из одной фазы в другую могут совершаться скачкообразно, при этом плотность плутония может меняться на 25%.Давайте, как все нормальные герои, пойдем в обход. Вспомним, что критическая масса определяется, в частности, отношением объема к поверхности. Ладно, у нас есть шарик докритической массы, имеющий минимальную поверхность при заданном объеме. Скажем, 6 килограмм. Радиус шарика — 4,5 см. А если этот шарик сжать со всех сторон? Плотность возрастет пропорционально кубу линейного сжатия, а поверхность уменьшится пропорционально его же квадрату. И вот что получится: атомы плутония уплотнятся, то есть тормозной путь нейтрона сократится, а значит, увеличится вероятность его поглощения. Но, опять же, сжать с нужной скоростью (порядка 10 км/с) все равно не выйдет. Тупик? А вот и нет.

При 300°С наступает так называемая дельта-фаза — самая рыхлая. Если легировать плутоний галлием, нагреть его до этой температуры, а затем медленно охладить, то дельта-фаза сможет существовать и при комнатной температуре. Но она не будет стабильной. При большом давлении (порядка десятков тысяч атмосфер) произойдет скачкообразный переход в очень плотную альфа-фазу.

Поместим плутониевый шарик в большой (диаметр 23 см) и тяжелый (120 кг) пустотелый шар из урана-238. Не переживайте, у него нет критической массы. Зато он прекрасно отражает быстрые нейтроны. А они нам еще пригодятся.Думаете, взорвали? Как бы не так. Плутоний — чертовски капризная сущность. Придется еще поработать. Сделаем две полусферы из плутония в дельта-фазе. Сформируем в центре сферическую полость. И в эту полость поместим квинтэссенцию ядерно-оружейной мысли — нейтронный инициатор. Это такой маленький пустотелый шарик из бериллия диаметром 20 и толщиной 6 мм. Внутри его — еще один шарик из бериллия диаметром 8 мм. На внутренней поверхности пустотелого шарика — глубокие бороздки. Все это щедро никелировано и покрыто золотом. В бороздки помещается полоний-210, который активно испускает альфа-частицы. Вот такое вот чудо технологии. Как оно работает? Секундочку. У нас еще есть несколько дел.

Окружим урановую оболочку еще одной, из сплава алюминия с бором. Ее толщина — около 13 см. Итого, наша «матрешка» теперь растолстела до полуметра и поправилась с 6 до 250 кг.

Теперь изготовим имплозионные «линзы». Представьте себе футбольный мяч. Классический, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Изготовим такой «мяч» из взрывчатки, а каждый из сегментов снабдим несколькими электродетонаторами. Толщина сегмента — около полуметра. При изготовлении «линз» есть тоже масса тонкостей, но если их описывать, то на все остальное не хватит места. Основное — максимальная точность линз. Малейшая погрешность — и всю сборку раздробит бризантным действием взрывчатки. Полная сборка теперь имеет диаметр около полутора метров и массу 2,5 тонны. Завершает конструкцию электрическая схема, задача которой — подорвать детонаторы в строго определенной последовательности с точностью до микросекунды.

Все. Перед нами — плутониевая имплозионная схема.

А теперь — самое интересное.

При детонации взрывчатка обжимает сборку, а алюминиевый «толкатель» не дает распространиться спаду взрывной волны, распространяющемуся вслед за ее фронтом внутрь. Пройдя через уран со встречной скоростью около 12 км/с, волна сжатия уплотнит и его, и плутоний. Плутоний при давлениях в зоне сжатия порядка сотен тысяч атмосфер (эффект фокусировки взрывного фронта) перейдет скачком в альфа-фазу. За 40 микросекунд описанная здесь сборка уран-плутоний станет не просто надкритической, а превышающей критическую массу в несколько раз.

Дойдя до инициатора, волна сжатия сомнет всю его конструкцию в монолит. При этом золото-никелевая изоляция разрушится, полоний-210 за счет диффузии проникнет в бериллий, испускаемые им альфа-частицы, проходящие через бериллий, вызовут колоссальный поток нейтронов, запускающих цепную реакцию деления во всем объеме плутония, а поток «быстрых» нейтронов, рожденный распадом плутония, вызовет взрыв урана-238. Готово, мы вырастили второй гриб, ничуть не хуже первого.

Пример плутониевой имплозионной схемы — бомба Mk-III «Fatman», сброшенная на Нагасаки.

Все описанные здесь ухищрения нужны для того, чтобы заставить вступить в реакцию максимальное количество атомных ядер плутония. Основная задача — как можно дольше удержать заряд в компактном состоянии, не дать ему разлететься плазменным облаком, в котором цепная реакция мгновенно прекратится. Здесь каждая выигранная микросекунда — прирост одной-двух килотонн мощности.

Термоядерная бомба

Существует расхожее мнение, что ядерная бомба — запал для термоядерной. В принципе, все гораздо сложнее, но суть ухвачена верно. Оружие, основанное на принципах термоядерного синтеза, позволило добиться такой мощности взрыва, которая ни при каких условиях не может быть достигнута цепной реакцией деления. Но единственный пока источник энергии, позволяющий «поджечь» термоядерную реакцию синтеза, — это ядерный взрыв.

Термоядерный синтез

Помните, как мы с вами «кормили» ядро водорода нейтронами? Так вот, если попытаться подобным образом соединить между собой два протона, ничего не выйдет. Протоны не удержатся вместе из-за кулоновских сил отталкивания. Либо они разлетятся, либо произойдет бета-распад и один из протонов станет нейтроном. А вот гелий-3 существует. Благодаря одному-единственному нейтрону, который делает протоны более уживчивыми друг с другом.

В принципе, на основании состава ядра гелия-3 можно сделать вывод, что из ядер протия и дейтерия можно вполне собрать одно ядро гелия-3. Теоретически это так, но такая реакция может идти только в недрах больших и горячих звезд. Более того, в недрах звезд даже из одних протонов можно собрать гелий, превращая часть их в нейтроны. Но это уже вопросы астрофизики, а достижимый для нас вариант — это слить два ядра дейтерия или дейтерий и тритий.

Для слияния ядер необходимо одно очень специфическое условие. Это очень высокая (10⁹ К) температура. Только при средней кинетической энергии ядер в 100 килоэлектронвольт они способны сблизиться на расстояние, при котором сильное взаимодействие начинает преодолевать кулоновское.

Вполне законный вопрос — зачем городить этот огород? Дело в том, что при синтезе легких ядер выделяется энергия порядка 20 МэВ. Разумеется, при вынужденном делении ядра урана эта энергия в 10 раз больше, но есть один нюанс — при самых больших ухищрениях урановый заряд мощностью даже в 1 мегатонну невозможен. Даже для более совершенной плутониевой бомбы достижимый выход энергии — не более чем 7-8 килотонн с одного килограмма плутония (при теоретическом максимуме 18 килотонн). И не забывайте о том, что ядро урана почти в 60 раз тяжелее двух ядер дейтерия. Если считать удельный выход энергии, то термоядерный синтез заметно впереди.

И еще — для термоядерного заряда не существует никаких ограничений по критической массе. У него попросту ее нет. Есть, правда, другие ограничения, но о них — ниже.

В принципе, запустить термоядерную реакцию как источник нейтронов достаточно несложно. Гораздо труднее запустить ее как источник энергии. Здесь мы сталкиваемся с так называемым критерием Лоусона, который определяет энергетическую выгодность термоядерной реакции. Если произведение плотности реагирующих ядер и времени их удержания на расстоянии слияния больше, чем 10¹⁴ сек/см³, энергия, даваемая синтезом, превысит энергию, вводимую в систему.

Именно достижению этого критерия и были посвящены все термоядерные программы.

Классический супер

Первая схема термоядерной бомбы, пришедшая в голову Эдварду Теллеру, была чем-то сродни попытке создать плутониевую бомбу по пушечной схеме. То есть вроде бы все правильно, но не работает. Устройство «классического супера» — жидкий дейтерий, в который погружена плутониевая бомба, — было и вправду классическим, но далеко не супер.

Мысль о взрыве ядерного заряда в среде жидкого дейтерия оказалась тупиковой изначально. При таких условиях мало-мальский выход энергии термоядерного синтеза мог быть достигнут при подрыве ядерного заряда мощностью 500 кт. А о достижении критерия Лоусона вообще говорить не приходилось.

Слойка

Идея окружить ядерный заряд-триггер слоями термоядерного топлива, перемежающегося ураном-238 в качестве теплоизолятора и усилителя взрыва, Теллеру тоже приходила в голову. Да и не только ему. Первые советские термоядерные бомбы были построены именно по этой схеме. Принцип был достаточно простым: ядерный заряд прогревает термоядерное горючее до температуры начала синтеза, а рождающиеся при синтезе быстрые нейтроны взрывают слои урана-238. Однако ограничение оставалось прежним — при той температуре, которую мог обеспечить ядерный триггер, в реакцию синтеза могла вступить только смесь дешевого дейтерия и невероятно дорогого трития.

Позже Теллера посетила мысль использовать соединение дейтерид лития-6. Такое решение позволило отказаться от дорогих и неудобных криогенных емкостей с жидким дейтерием. К тому же в результате облучения нейтронами литий-6 превращался в гелий и тритий, вступавший с дейтерием в реакцию синтеза.

Недостатком этой схемы оказалась ограниченная мощность — в реакцию синтеза успевала вступить лишь ограниченная часть термоядерного горючего, окружавшего триггер. Остальное, сколько бы его ни было, шло на ветер. Максимальная мощность заряда, полученная при использовании «слойки», равнялась 720 кт (британская бомба Orange Herald). Судя по всему, это был «потолок».

Схема Теллера-Улама

Об истории разработки схемы Теллера-Улама мы уже говорили. Теперь давайте разберемся в технических деталях этой схемы, которую называют также «двухступенчатой» или «схемой обжатия излучением».

Наша задача — нагреть термоядерное топливо и удержать его в определенном объеме, чтобы выполнить критерий Лоусона. Оставляя в стороне американские упражнения с криогенными схемами, возьмем в качестве термоядерного топлива уже известный нам дейтерид лития-6.

В качестве материала контейнера для термоядерного заряда выберем уран-238. Контейнер — цилиндрической формы. По оси контейнера внутри его расположим цилиндрический стержень из урана-235, имеющий субкритическую массу.

На заметку: нашумевшая в свое время нейтронная бомба — это та же схема Теллера-Улама, но без уранового стержня по оси контейнера. Смысл в том, чтобы обеспечить мощный поток быстрых нейтронов, но не допустить выгорания всего термоядерного топлива, на которое станут расходоваться нейтроны.

Остальное свободное пространство контейнера заполним дейтеридом лития-6. Разместим контейнер в одном из концов корпуса будущей бомбы (это у нас будет вторая ступень), а в другом его конце смонтируем обычный плутониевый заряд мощностью в несколько килотонн (первая ступень). Между ядерным и термоядерным зарядами установим перегородку из урана-238, предотвращающую преждевременный разогрев дейтерида лития-6. Заполним остальное свободное пространство внутри корпуса бомбы твердым полимером. В принципе, термоядерная бомба готова.

При подрыве ядерного заряда 80% энергии выделяется в виде рентгеновского излучения. Скорость его распространения намного превышает скорость распространения осколков деления плутония. Через сотые доли микросекунды урановый экран испаряется, и рентгеновское излучение начинает интенсивно поглощаться ураном контейнера термоядерного заряда. В результате так называемой абляции (уноса массы с поверхности нагретого контейнера) возникает реактивная сила, сжимающая контейнер в 10 раз. Именно этот эффект называется радиационной имплозией или обжатием излучением. При этом плотность термоядерного топлива возрастает в 1000 раз. В результате колоссального давления радиационной имплозии центральный стержень из урана-235 также подвергается обжатию, хотя и в меньшей степени, и переходит в надкритическое состояние. К этому времени термоядерный блок подвергается бомбардировке быстрыми нейтронами ядерного взрыва. Пройдя через дейтерид лития-6, они замедляются и интенсивно поглощаются урановым стержнем.

В стержне начинается цепная реакция деления, быстро приводящая к ядерному взрыву внутри контейнера. Поскольку дейтерид лития-6 при этом подвергается абляционному обжатию снаружи и давлению ядерного взрыва изнутри, его плотность и температура еще больше возрастает. Этот момент — начало запуска реакции синтеза. Дальнейшее ее поддержание определяется тем, как долго контейнер будет удерживать термоядерные процессы внутри себя, не давая выхода тепловой энергии наружу. Именно этим и определяется достижение критерия Лоусона. Выгорание термоядерного топлива идет от оси цилиндра к его краю. Температура фронта горения достигает 300 миллионов кельвин. Полное развитие взрыва вплоть до выгорания термоядерного топлива и разрушения контейнера занимает пару сотен наносекунд — в двадцать миллионов раз быстрее, чем вы прочитали эту фразу.

Надежное срабатывание двухступенчатой схемы зависит от точной сборки контейнера и предотвращения его преждевременного разогрева.

Мощность термоядерного заряда для схемы Теллера-Улама зависит от мощности ядерного триггера, обеспечивающего эффективное обжатие излучением. Впрочем, сейчас существуют и многоступенчатые схемы, в которых энергия предыдущей ступени используется для обжатия последующей. Пример трехступенчатой схемы — уже упомянутая 100-мегатонная «кузькина мать».

Один федеральный канал сделал запрос.

Эффект ламинарного потока

ссылка на гифку

~tut-tu-ru!.. В честь одного события в ЦЕРНе я вам тут немного скучного чтения подвез на вечер.. Сразу предупреждаю, очень много картинок и текстов!

  Вчера Большой Адронный Коллайдер начал переход в новую стадию. В ЦЕРНе состоялась церемония начала строительных работ в рамках проекта «БАК высокой светимости» (HL-LHC), что является новой эрой истории ЦЕРНа. Этот проект позволит увеличить светимость (количество столкновений в секунду) коллайдера в 5-7 раз. Благодаря этому будет возможно провести эксперименты, которые требуют гораздо большего количества статистики. Работу БАКа планируется возобновить в 2026 году.

   Многие (почти) слышали о ЦЕРНе. Можно сказать данное слово даже далекому от всего этого человеку, и он сразу поймет,что речь идет о какой-то заоблачной, непонятной для простых смертных науке. Однакодля всех это является в основнм информационным шумом про «черные дыры», «бозоны»и т.п. Так что же такое ЦЕРН? Организация пытающаяся захватить мир? Тайнаялаборатория ЗОГа? Сборище скучных ботанов-физиков? 

Фабрика антиматерии. Видмо они все-таки что-то замышляют...

   Стал замечать, что на реакторе вроде как интересуются наукой чуть больше чем 3.5 анонимуса. Ради эксперимента решил попробовать написать эту небольшую статью и немного рассказать (так сказать «из первых рук») о самой большой и известной в мире лаборатории, где проводятся исследования на границах познания фундаментальной физики. Да и не только. 

   Немного обо мне. Так вышло, что в жизни с образованием мне не очень повезло, и я влетел по полной программе, получив настолько бесполезную в рф научную специальность, что мог бы посостязаться с выпускниками философского факультета... В общем переучиваться уже не было желания да и было жаль просранного времени, и я решил заниматься и дальше этими вашими коллайдерами, только в другом месте... Но это уже совсем другая (и не особо интересная) история. Короче, в самом ЦЕРНе я не работаю, но иногда по зову долга заезжаю. Послседний раз был зимой. С того момента и делюсь текстами, изображениями и статьями! 

Поехали!..

   Так что же можно сказать о ЦЕРНе в коротком посте? Да почни ничего, к сожалению. Церн на столько большой (в масштабах лабораторий), что можно считать его небольшим городом, со своей уникальной экосистемой. Там вполне бы хватило место самому Фримену чтобы вдоволь порезвиться! 

   Сразу скажу, что обо всей интересной науке и коллайдере я в этой статье писать не буду т.к. материала слишком много, да и не факт что это кому-то и правда тут интересно. Вместо этого я проведу краткий «обзор окрестностей» и дам общее представление об устройстве.

Кампусы

Основной кампус в Мерене. Длина вдоль дороги – 2 км. (источник).

   И так, ЦЕРН, как все знают – одно из центральных мест в науке и крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. В этом месте курируются большое число международных коллабораций и исследований. В нем постоянно находятся от 10 до 14 тысяч ученых, инженеров и работников; из них только около пары тысяч являются непосредственно постоянными сотрудниками, а остальные – приезжающие ученые и исследователи. И можете поверить, это реально много! Ну и конечно, большое число различных научных (и не очень) мимокрокодилов и студентов. 

   Территория самой лаборатории состоит из двух основных кампусов. На ней распологается самая различная инфраструктура, начиная от научной и производственной, и заканчивая ресторанами, спортивным залом и гостиницей. Там даже есть своя пожарная часть и служба спасения! Так же там находятся лекционные залы, библиотека, различные аудитории и кафешки с буфетами (в которых буфетчицы, наверное, принципиально не говорят ни одного английского сова, предпочитая общаться исключительно на французском или языком жествов).

   На карте показаны 2 кампуса: основная площадка в Мерине и вторая возле французской коммуны Превессен-Моэн.

   Кроме этого там же расположено множество высокотехнологичных производственных помещений и фабрик разного масштаба (да, большинство основных частей самого коллайдера производили или собрали на самой территории).

   Нет, я бы не назвал это не «научныйгородок», как принятно говорить в наших широтах, ибо последнее подразумеваетналичие городской инфраструктуры: жилых зданий, магазинов, городскойадминистрации и пр. В ЦЕРНе же в основном очень плотная застройка техническимизданиями, ибо места очень не хватает.

   Вид вдоль центральной дороги «Альберта Эйнштейна», многие улицы носят название имен известных ученых.

Сама территория вокруг невероятно красива и располагает к работе. Вокруг горы и чистый воздух.

Знаменитое здание под номером 40, где расположены различные ученых.

Один из ресторанов и вид с него в сторону севера.

Вот такой вот кусок коллайдера во дворе рядом с главным зданием и рестораном №1. На заднем плане видны Альпы и, возможно, Монблан - самая высокая гора в Альпах  (вид на юг).

Главное здание и вид с него.

   Вот чего там как раз там нет, такэто нормального магазина. Ни одного, матьего, магазина! В центральном здании есть ларек со швейцарскими сувенирами ишоколадками и торговый автомат с мылом, и прочими средствами гигиены. Но центытам просто 

монополистические швейцарские. Да и цены в столовых в главном кампусе минимум 10 франков за обед с водой и без первого.

  Тут мы подходим к следующемупункту. ЦЕРН расположен на границе Швейцарии и Франции. Если выйти изтерритории и пройти 2 км, через границу франции, можно встретить местный французскийCarrefour, в котором цены по приятнее.

  Вторая площадка уже расположена воФранции на расстоянии 2.5 км от основного кампуса. На ней располагаются восновном экспериментальные площадки и пользователи пучка SPS. SPS на данныймомент является предускорителем Большого адронного коллайдера, однако на немведутся и другие научные программы, в которых он используется как источникпротонов с энергией 400 ГэВ. Кстати цены в столовой на этой территории раза вполтора ниже.

   Между двумя площадками постояннокурсируют специальные «шаттлы».

   Там же располагается и CERN Control Centre– место откудаведется управлением самим Коллайдером и остальными ускорителями. Вы навернякавидели фотографии оттуда в новостях. Присоединившись к одной из экскурсий мнеудалось проникнуть внутрь...

CERN Control Centre. Я замазал все ключевые даты и информацию на мониторах, т.к. я не хочу чтобы вы узнали о создании машины времени равньше срока... 

Территория второго кампуса

Монументальный булыжник на фоне гор, на котором выдолблена формула... На табличке написано "Уравнение охватывает почти все, что нам известно на данный момент о фундаментальных частицах и силах во вселенной"

Немного эстетики ебеней...

Сетевые технологии

  К слову об IT. Вдруг на реакторе есть айтишники, которые ищут работу? В ЦЕРНе очень развитасетевая инфраструктура и ITв целом. Тем, кто с сетевыми технологиями не на «ты» работать там можетбыть сложно (я вот вообще не понимаю). По крайней мере в начале. На пример, умногих групп и работников во вутренней сети есть свои сайты (конечно это всесделано через microsoftsharepoint, но все же),где они делятся файлами и новостями. Да, там какая-то своя внетреннея сеть, вкоторой надо всем приезжающим заранее регестрировать свой МАС-адресс, чтобыможно было выйти во внешний интернет.

Длясправедливость хочется сказать, что там проводятся различные курсы по повышениюбазовой грамотности в этой области для сотрудников и приезжих. Хоть в этом нетничего особенного, но в других лабораториях на столько развитой сетевойинфраструктуры я не видел, что удивительно.

   ☝Кстати, на новый «joyreactor»церновская сеть не пускает, и выводится сообщение, что этот сайт распространяетвредоносное ПО, и что мы оградили вас от этого ужасного конетнта в деньзащиты детей... Хотя может это было связано с тем, что на «новом реакторе»я забыл отключить адблок, т.к. захожу только на old,и оно среагировало на какие-то там ваши майнеры.\

   ☝Кстати2, церновская «dropbox»предоставляет сотрудником на халяву 1 ТБ места для выших смешных картинокфайлов. Как они говорят «это ерунда по сравнению с потоком данных, который имприходится обрабатывать с LHC». Нет, хранение порнографиисотрудниками строго не поощряется, хотя похожие прециденты бывали...

   Говоря об ITстоит добавить что в ЦЕРНеактивно разрабатываются различные платформы высокого уровня качества для различныхцелей. На пример известные в узких кругах Indico, zenodoи др., которыми пользуются далеко не только научные организации. Так что IT отдел у них тоже насерьезном уровне. Так же они разрабатывают множество IT продуктов и выступаетза мотивацию удаленного хранения данных в своих дата-центрах, при этом онигарантируют сохранность файлов и доступ к ним (в отличие от ваших хардов, гдевсе хранят дипломы, и которые имеют свойство ломаться, когда перед защитой осталасьпара недель...)

   ☝Кстати3, все спрашивают «а правда, что вЦЕРНе придумали интернет??». Я тоже поспрашивал. Как мне объяснили, в там придумали «www», а «интернет» придумали американцы какчасть какой-то военной программы, когда данные разделяются на пакеты (?) иотправляются через разные узлы и если узел (станция) поврежден, то данные всеравно будут получены..? Короче я ничего не понял. Ведь раньше чтобы открытьсайт, надо написать www сначала,а теперь этот ввв браузеры автоматически пишут и заменяют на «https:/»...короче, есть тут айтишники? Объясните мне и всем присутствующим чем интернетотличается от www?

Вход и выставки

   Если кто захочетпосетить. При входе нас встречает ресепшен и пара выставок. В microcosm можно посмотреть на макет коллайдера, детекторов, почитать «интересные»факты. Кстати там установлена камера Вильсона. Там же можно купить имерчендайза. Еще есть глобус с другой стороны, где есть выставка о частицах ипр. Народ говорит, что интересно. Ну и внутрь наверняка тоже пускают, т.к. там постоянно снуют группы школьников и пр., правда не знаю как записаться. Но наверняка есть дни открытых дверей и т.д. 

Немного фотографий из Женевы

Вода в озере "Lac Léman" очень прозрачная!

~Эль Псай Конгру, котаны... И помните...

Всем кто прочитал, спасибо за внимание!

P.S.

   Так же, возможно,в будущем, я напишу пост о самих коллайдерах и т.д. (но эт не точно) Но, т.к. неизвестнона сколько аудитория тут что-то понимает в технике или физике, а на сколькосплошные гуманитарии, мне нужно будет знать на сколько на пальцах объяснятьпростейшие моменты, как обычно показывают во всяких видео для общественности.

Ответьте навопросы:

Господа... У вас найдется минутка поговорить о гeнoцидe...?