Атомная бомба — снаряд для получения взрыва большой силы в результате весьма быстрого выделения атомной (ядерной) энергии.
Основной частью А. б. является вещество, в к-ром может протекать саморазвивающийся ценной ироцесс деления атомных ядер, вызываемый нейтронами (см.) и сопровождающийся выделением в течение очень короткого промежутка времени большого количества атомной энергии (см. Атомная энергия’). Такое вещество называется я д е р н ы м г о р ю ч и м. В настоящее время известны 3 различных ядерных горючих: 1) изотоп (см.) урана е атомным весом 235, содержащийся в количестве 0,7% в естественном уране, 2) изотоп нового химического элемента плутония с атомным весом 239, создаваемый искусственным путём в результате облучения урана нейтронами, и 3) изотоп урана с атомным весом 233, изготовляемый искусственно путём облучения элемента тория нейтронами.
Сущность ц е и п о г о ядерного процесса, используемого в Л. б., состоит п следующем. Б 1939 был открыт новый вид ядерных превращений, заключающийся в том, что ядра урана и тория под действием попадающих п них нейтронов в некоторых случаях делятся на два ядра более лёгких элементов, разлетающихся в противоположные стороны с большой кинетической энергией.
Эффекты взрыва атомной бомбы
Акт деления ядра сопровождается т. о. выделением большого количества атомной энергии. Особенно существенно то, что он, кроме того, сопровождается вылетом 2-3 новых нейтронов, которые также могут вызвать последующие деления ядер.
Этот процесс может привести, при определённых условиях, к лавинообразному нарастанию числа нейтронов, способных вызвать большое число делений атомных ядер. В этом случае говорят, что в системе имеет место цепной ядерный процесс. Такой процесс сопровождается выделением большого количества атомной энергии — в основном в виде кинетической энергии ядер-осколков, к-рая переходит в тепло. При определённых условиях цепной ядерный процесс может быть проведён за очень короткий промежуток времени, порядка миллионных долей секунды. Это и есть атомный взрыв.
Для того, чтобы мог произойти взрып данного ядерного горючего, оно должно быть взято в количестве, нревышающем некоторую минимальную величину. Эта предельная величина определяет т. н. критические размеры взрывающейся системы. При размерах, меньше критических, отток нейтронов из системы настолько велик, что в ней не может развиваться ценной процесс. Критические размеры системы могут быть несколько уменьшены путём затруднения оттока нейтронов наружу, что достигается окружением ядерного горючего некоторой оболочкой из вещества, к-рое отражает нейтроны назад, не поглощая их в заметной степени.
Для получения атомного взрыва необходимо создать из данного ядерного горючего систему, размеры к-рой превышают критические.
Таким образом, А. б. должны состоять пз определённого количества разделённого на части ядерного горючего и автоматического устройства, обес-иечивающего быстрое соединение этих частей в одну массу, что и приводит к взрыву. Нейтроны, могущие вызвать начало цепной реакции, могут возникнуть в результате самопроизвольного деления ядра урана, открытого советскими физиками Г. II.
Первая советская атомная бомба
Флёровым и К. А. Пстржаком, или под действием космических.лучей, (см.). Для усиления взрыва помещают ядерное горючее в оболочку пз плотного н тугоплавкого состава, способствующую достижению максимально высокой температуры, прежде чем вещество А. б. испарится в пространство. Кроме того, оболочка подходящего состана может увеличить разрушительное действие атомной бомбы и повысить коэфициент использования ядерного горючего. Соединение ядерного горючего должно произойти весьма быстро, чтобы горючее не разлетелось в начале реакции и но возможности большая часть его успела прореагировать (невидимому, при взрыве А. б. успевает прореагировать лишь незначительная часть ядерного горючего). Методы получения ядерного горючего, протекание и природа цепной реакции деления ядер рассмотрены в статье Атомная анергия (см.).
Сила взрыва ядерного горючего в миллионы раз превосходит силу взрыва других взрывчатых веществ. Это обусловлено том, что анергия, выделяющаяся ири реакции деления ядер, во много раз больше
энергии, выделяющейся при химич. реакции, если относить энергию к одинаковому количеству вещества. Измерение энергии двух осколков, получающихся при делении, даёт величину порядка 160 Мае, что соответствует 100-1,(МО-6 ярга-250-10-в эрга или 160-3,8-10-1* кал. = 6,08- 10-» кал.
Следовательно, при полном распаде одного грамм-атома (235 г) урана 235, состоящего пз 6,02-Ю23 атомов, выделится (в виде кинетической энергии осколков) энергия, примерно в 3 млрд. ккал или 4 млн. квт-ч (6,08 • 10-12 кал • 6,02 • 1023 =-, 3,66 • 1012 кал = ~^,25-108 квт-ч). Полная энергия, выделяющаяся в процессе деления ядра, составляет приблизительно 200 iMae, Однако, кроме энергии осколков (160 Мэч), она включает энергию f-лучей (==5 Мэв) и нейтронов (5 Мэн), испускаемых при взрыве, а та иже энергию (около 30 Мэй), освобождаемую уже после деления при радиоактивном распаде продуктов деления (^20 Мэв) и при поглощении выделившихся нейтронов (-^10 Мэв). В месте взрыва А. б. происходит сильное нагревание ц повышение давления. Температура достигает нескольких десятков миллионов градусов, а возникающее при этом давление достигает нескольких миллионов атмосфер. В результате этого получается ослепительно яркая вспышка, видная на расстоянии 200- 250 км, возникает мощная воздушная волна, распространяющаяся от центра взрыва, а в месте взрыва образуется многоцветный столб раскалённых газов, поднимающийся на высоту 10-15 км.
Так как разрушительное действие А. б. обусловливается в основном воспламененном окружающих веществ и воздушной волной, распространяющейся от места взрыва, то действие А. б. на прочные сооружения, расположенные на некотором расстоянии от места взрыва, сравнительно не велико. Напр, после взрыва А. б. в Нагасаки, в тюрьме, находившейся на расстоянии всего 800 м от места взрыва, погиб лишь 31 чел. из 211 пленных, находившихся там. В атолле Бикини на кораблях, вблизи к-рых взорвалась А. б., уцелели животные. Опустошения, произведённые А. б. в японских городах Нагасаки и Хиросима, в значительной степени были обусловлены характером японских жилищ, построенных из бумаги и бамбука. Таким образом, несостоятельна амер. пропаганда, утверждавшая, что А. б. могут заменить другие виды оружия и сами по себе решить исход войны.
Отвечая на вопрос московского корреспондента «СандейТайме» 17сентября 1946, И.В.Сталин сказал: «Атомные бомбы предназначены для устрашения слабонервных, но они не могут решать судьбы войны, так как для этого совершенно недостаточно атомных бомб» (газ. «Правда», 1946, 25 сентября, № 228, стр. 1).
Вредоносное действие А. б. обусловливается также появлением в большом количестве различных искусственно радиоактивных веществ. Они возникают в результате действия на окружающие вещества мощных мгновенных потоков нейтронов, образующихся ирн атомном взрыве. Кроме того, осколки ядер сами являются, как правило, веществами радиоактивными.
Возникающие в результате взрыва радиоактивные вещества обладают самыми разнообразными периодами полураспада: одни из них распадаются очень быстро, другие же •- очень медленно. Действие иоследних может быть обнаружено на протяжении длительного времени после взрыва. Вредное влияние радиоактивных веществ связано с физиологическим действием на живой организм испускаемых ими радиоактивных излучении, Ин тенсивное облучение такими излучениями может привести к смерти.
А. б. не является изобретением одного учёного или одной страны, а была получена в результате длительного изучения естественной и искусственной радиоактивности. В этот раздел значительный вклад внесли работы советских учёных (открытие самопроизвольного деления урана, теория деления ядер, теория цепной реакции и др.). Принципы осуществления ценной реакции были ясны, но основная трудность решения проблемы заключалась в выполнении ряда сложных и весьма трудоёмких научно-технических задач, к-рые необходимо было решить в процессе строительства ядерных реакторов, установок для получения большого количества тяжёлой воды (нужного для одного из видов реакторов) и разделения изотопов урана. США в силу того, что основную тяжесть ведения войны с фашистской Германией нёс Советский Союз, смогли раньше других стран решить эту проблему. Так как неясно было, какой из различных возможных путей осуществления ценной реакции даст наилучшие результаты и позволит скорейшим образом создать А. б., то работа велась в большом масштабе (с привлечением также большого числа неамериканских учёных) в различных направлениях и обошлась, по официальным данным, в 2 млрд. долл.
2 декабря 1942 Э. Ферми с сотрудниками был пущен реактор мощностью в полватта, а 16 июля 1945 в пустынной местности штата Нью-Мексико в Аламогордо был произведён опытный взрыв А. б. Затем А. б. были сброшены на японские города Хиросима (6 авг. 1945) и Нагасаки (9 авг. 1945). После войны, для проверки действия А. б. на корабли, был проведён ряд взрывов, в частности в атолле Бикини (две бомбы).
Взрывы А. б. в городах Хиросима и Нагасаки, принесшие не столько военный ущерб, сколько гибель нескольких тысяч человек мирного населения, погибшего как нри взрыве А. б., так и в результате действия радиоактивных веществ, попавших в организм (см. Радиоактивность), были использованы американской дипломатией для попытки устрашения других народов в целях установления мирового господства амер. империализма. Однако эта поиытка, в результате твёрдой и последовательной мирной политики, проводимой СССР, потерпела крушение (см. ч.Атомная дипломатия»).
Амер. империалисты пытались проводить политику «атомного» шантажа, спекулируя на мнимой монополии США на секрет А. б. Но «.. .еще 6 ноября 1947 года министр иностранных дел СССР В. М. Молотов сделал заявление относительно секрета атомной бомбы, сказав, что „этого секрета давно уже не существует». Это заявление означало, что Советский Союз уже открыл секрет атомного оружия, и он имеет в своем распоряжении это оружие. Следует сказать, что Советское правительство, несмотря на наличие у него атомного оружия, стоит и намерено стоять в будущем на своей старой позиции безусловного запрещения применения атомного оружия» (Сообщение ТАСС, газ. «Правда», 1949, 25 сентября, JV» 268, стр. 2).
Ядерная энергия может быть получена не то.ль-ко в результате расщепления атомных ядер, но и в процессах синтеза лёгких ядер (см. Атомная анергия). Принципиальная возможность получения атомной энергии путём, напр., синтеза гелия из водорода имеет громадное значение, т. к. открывает новые, более богатые источники сырья для производства атомной энергии. Американские империалисты теоретич. возможность осуществле ния водородной бомбы пытаются использовать для запугивания народов «сверх-бомбой». Несомненно, однако, что эта попытка империалистической «атомной дипломатии» запугать народы так же^ обречена на провал, как и спекуляция монополией на А. б.
В настоящее время среди самых широких кругов населения развивается движение за мир и за запрещение применения атомной энергии в военных целях, поскольку А. б. в руках империалистов является орудием варварского уничтожения мирного населения. Передовые учёные ряда капиталистнч. стран (Ф. Жолио-Кюри и др.) энергично выступают против использования атомной энергии в военных целях и требуют применения цепной реакции для мирных целей. Возможность использования ядерного горючего открывает громадные научно-технические перспективы. В А. б. получаются «звёздные» температуры и давления, которые, вероятно, позволят в дальнейшем изучить свойства вещества при сверхвысоких температурах и давлениях.
В частности при такой температуре в принципе можно осуществить реакцию синтеза гелия, напр, из тяжёлых изотопов водорода Н2 и Н3. При этой реакции вылетают нейтроны большой энергии и поэтому может поддерживаться весьма высокая температура, необходимая для протекания термической ядерной реакции на водороде.
Таким образом, урановая или плутониевая А. б. «зажжёт» «водородную» бомбу, и эффективность А. б. может быть увеличена. Американские поджигатели войны пытаются угрожать СССР и странам народной демократии этой водородной бомбой еще до её осуществления.
Возможность воссоздания в известном отношении звёздных условий состояния вещества позволит в земных лабораториях изучить процессы, происходящие в «космической лаборатории» в звёздах, и подойти к экспериментальному изучению ряда проблем развития Вселенной. Ядерное горючее А. б. может быть в принципе использовано в качестве горючего для реактивных полётов вне атмосферы, а также для самолётов, морских судов и др. Ряд фантастических в настоящее время научно-технических проблем в дальнейшем может стать реальностью. В решении проблемы использования ядерного горючего, в частности в двигателях самолётов и реактивных аппаратах, в настоящее время существует ряд больших трудностей и пути их практического разрешения еще неясны. Но несомненно, что в коммунистическом | обществе, разбившем оковы капитализма, когда исчезнет опасность войн, приносящих человечеству неисчислимые бедствия, ядерное горючее станет основой решения величайших научно-технич. проблем.
Лит.: Смит Г. Д., Атомная энергия для поенных целей, пер. с англ., М., 1046; Научные и технические основы ядерной энергетики, сост. группой авторов под ред. К, Гулмена, пер. с пнгл., т. 1 — 2, М., 1948-50.
Источник: www.wikiznanie.ru
Ядерный взрыв
Я́дерный взрыв — неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы — мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие).
Ядерный взрыв может иметь мирное применение:
— перемещение больших масс грунта при строительстве;
— обрушение препятствий в горах;
— увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений;
— перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин;
— поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры;
— движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов,
— например нереализованный проект корабля «Орион» и проект межзвёздного
— автоматического зонда «Дедал»);
— научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.
— В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.
[ Физические основы ]
Цепная реакция деления
томные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка — происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах.
В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению дополнительного количества атомов расщепляющего материала — реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному.
Если вследствие вылета нейтронов из зоны деления или их поглощения атомными ядрами без последующего деления число расщеплённых ядер в последующей стадии цепной реакции меньше чем в предыдущей, то происходит её затухание. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества.
Если такое превышение является многократным, то в ограниченном объёме за очень короткий промежуток времени образуется большое количество атомных ядер-осколков деления, электронов, нейтронов и квантов электромагнитного излучения с очень высокой кинетической энергией. Единственно возможной формой их существования является агрегатное состояние высокотемпературной плазмы, в сгусток которой превращается весь расщепляющийся материал и любое другое вещество в его окрестности. Этот сгусток не может быть сдержан в своём первоначальном объёме и стремится перейти в равновесное состояние путём расширения в окружающую среду и теплообмена с ней. Поскольку скорость упорядоченного движения составляющих сгусток частиц много выше скорости звука как в нём, так и в окружающей его среде (если это не вакуум), расширение не может иметь плавного характера и сопровождается образованием ударной волны — то есть носит характер взрыва.
Термоядерный синтез
В отличие от атомных реакций деления, реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики.
Чтобы сделать возможным такой процесс, необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения. Наряду со вновь образовавшимся ядром все они имеют большую кинетическую энергию, то есть в реакции термоядерного синтеза происходит преобразование внутриядерной энергии сильного взаимодействия в тепловую. Как следствие, в итоге результат оказывается тот же, что и в случае цепной реакции деления — в ограниченном объёме образуется сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого в окружающей плотной среде имеет характер взрыва.
[ Классификация ядерных взрывов ]
Искусственные ядерные взрывы обычно классифицируют по двум признакам: мощности заряда, инициировавшего взрыв, и местоположению точки нахождения заряда в момент подрыва (центр ядерного взрыва). Проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром ядерного взрыва. Мощность ядерного взрыва измеряется в так называемом тротиловом эквиваленте — массе тринитротолуола, при химическом взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько при оцениваемом ядерном. Наиболее часто используемыми единицами измерения мощности ядерного взрыва служат 1 килотонна (кт) или 1 мегатонна (Мт) тротилового эквивалента.
Классификация по мощности
Сверхмалую (менее 1 кт);
Малую (от 1 до 10 кт) — на движущейся картинке справа (около 10 кт);
Среднюю (от 10 до 100 кт);
Большую (от 100 кт до 1 Мт);
Сверхбольшую (более 1 Мт);
зрыв мощностью 20 кт даёт зону полных разрушений радиусом около 1 км, 20 Мт — уже 10 км. По расчётам, при взрыве мощностью 100 Мт зона полного разрушения будет иметь радиус около 35 км, сильных разрушений — около 50 км, на расстоянии около 80 км незащищённые люди получат ожоги третьей степени. Практически одним таким взрывом может быть полностью уничтожен любой из самых крупных городов Земли.
Наиболее мощным искусственным ядерным взрывом был атмосферный взрыв в приземном слое советской 58-мегатонной термоядерной бомбы АН602, прозванной Царь-Бомба, на полигоне на Новой Земле. Причём испытана на неполную мощность, в так называемом чистом варианте. Полная проектная мощность с урановой оболочкой-отражателем нейтронов могла бы составить порядка 100 мегатонн тротилового эквивалента.
Классификация по нахождению центра взрыва
Приведённая высота (глубина) заряда в метрах на тонну тротилового эквивалента (в скобках пример для взрыва мощностью 1 мегатонна)[лит 1] (С. 146, 232, 247, 522, 751):
космический, экзоатмосферный или магнитосферный: свыше 100 км
высотный: более 10—15 км, но чаще считается на высотах 40—100 км
высокий воздушный: свыше 15—20 м/т1/3, когда форма вспышки близка к сферической (свыше 1,5—2 км)
низкий воздушный: от 3,5 до 15—20 м/т1/3 — огненная сфера касается земли и усекается снизу (350—1500 м)
наземный: 0—3,5 м/т1/3, — вспышка принимает форму полусферы (0—350 м)
наземный с образованием вдавленной воронки без значительного выброса грунта: ниже 0,5 м/т1/3 (ниже 50 м)
наземный контактный: 0—0,3 м/т1/3 — когда грунт из воронки выбрасывается и попадает в светящуюся область (0—30 м)
подземный: на глубине более 1,5 м/т0,3[лит 2] (С. 276) (глубже 12 м)(?)
на выброс (выброс грунта и кратер в разы больше, чем при наземном взрыве)
взрыв рыхления — в глубине образуется полость или столб обрушения, а на поверхности колцеобразный вывал грунта (холм вспучивания), в центре которого провальная воронка
камуфлетный: глубже 7—10 м/т1/3 — в глубине остаётся замкнутая (котловая) полость или столб обрушения; если столб обрушения достигает поверхности, то образуется провальная воронка без холма вспучивания (глубже 700—1000 м)
наводный — происходит испарение воды
на малой глубине: менее 0,3 м/т1/3 — вода испаряется до поверхности и столб воды (взрывной султан) не образуется (менее 30 м)
с образованием взрывного султана и облака султана: 0,25—2,2 м/т1/3 (25—220 м)
глубоководный: глубже 2,5 м/т1/3 — когда образующийся пузырь выходит на поверхность без образования облака султана.
[ Явления при ядерном взрыве ]
Специфичные только для ядерного взрыва
Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее общим до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычно заканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 107 К) и давления (до 109 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка.
ветовое давление от электромагнитного излучения при реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух от точки взрыва — образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит уже не за счёт светового давления, а за счёт разницы температур и давлений в области эпицентра и в окружающем его воздухе. Эта фаза характеризуется превращением светящейся точки в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряющий свою яркость.
Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и полупериодами распада — создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем.
Высокоэнергичные гамма-кванты от ядерного взрыва, проходя через окружающую среду, ионизуют её атомы, выбивая из них электроны и сообщая им достаточно большую энергию для каскадной ионизации других атомов, вплоть до 30000 ионизаций на один гамма-квант. В результате под эпицентром ядерного взрыва остаётся «пятно» положительно заряженных ионов, которые окружены гигантским количеством электронного газа; такая переменная во времени конфигурация носителей электрических зарядов создаёт очень сильное электромагнитное поле, которое исчезает после взрыва вместе с рекомбинацией ионизированных атомов. В процессе рекомбинации порождаются сильные электрические токи, служащие дополнительным источником электромагнитного излучения. Весь этот комплекс явлений называется электромагнитным импульсом, и хотя в него уходит менее трети десятимиллиардной доли энергии взрыва, происходит он за очень короткое время и выделяющаяся при этом мощность может достигать 100 ГВт.
Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика.
При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит. Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный — считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ. Однако при заглублении зарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом.
Подводный взрыв на глубине 27 м :
Подводный взрыв на глубине 660 м :
Подземный взрыв на малой глубине :
Источник: studfile.net
Раздел 2. Источники ионизирующих излучений и загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами
Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.
Раздел 2. Источники ионизирующих излучений и загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами
2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений и их характеристика
2.3.2. Ядерные и термоядерные взрывы
Значительно меньше по сравнению с влиянием естественного фона доза, получаемая от радиоактивных выпадений в результате испытаний ядерного оружия.
2 декабря 1942 года на спортивной площадке Чикагского университета группой физиков-атомщиков под руководством великого итальянского ученого Энрико Ферми был запущен первый атомный котел, в котором происходила самоподдерживающаяся управляемая атомная реакция.
Этому успеху предшествовали почти полувековые исследования в области теоретической и экспериментальной физики, проводимые под руководством П. Кюри, М. Склодовской-Кюри, Э. Резерфорда, Н. Бора, А. Эйнштейна, М. Планка, Ф. Жолио-Кюри, И. Жолио-Кюри, Л. Мейтнер, О. Гана, Д. Чедвика, В. Гейзенберга, И.В. Курчатова и других
выдающихся ученых-атомщиков.
Результаты осуществленной группой Ферми цепной реакции были с самого начала поставлены на военные рельсы, а именно – на срочное создание в США атомного оружия с целью опередить Гитлера, физики которого работали в этом же направлении.
В 1944 году в США под руководством Э. Ферми была создана и испытана атомная бомба, а в августе 1945 г. атомной бомбардировке подверглись японские города Хиросима и Нагасаки. Тогда погибла третья часть населения этих городов. В последующие годы многие умирали от лучевой болезни, лейкозов и других недугов, связанных с радиоактивным облучением.
25 декабря 1946 г. под руководством И.В. Курчатова был осуществлен запуск первого советского управляемого уран-графитового реактора, в котором в дальнейшем производился оружейный плутоний, использующийся в качестве ядерного заряда вместо урана-235 при производстве атомного оружия (рис. 4). Первая советская атомная бомба была испытана 29 августа 1949 года.
При атомном взрыве образуются продукты деления и остается часть неразделившихся атомов урана-235 или плутония-239, которые при наземном взрыве выбрасываются в атмосферу.
Впоследствии в СССР была создана и испытана в 1953 г. водородная бомба, действие которой основано на термоядерной реакции взаимодействия дейтерия и трития:
Эта реакция протекает мгновенно (3´10 -6 секунды), но для ее начала необходима очень высокая температура, которую возможно получить лишь при атомном взрыве. Вследствие этого в водородной бомбе, содержащей смесь дейтерия и трития, в качестве детонатора служит атомный плутониевый заряд.
В атомной бомбе происходит неуправляемый процесс деления ядер. Для мирных же целей важен управляемый процесс цепной реакции. Он осуществляется в ядерных реакторах, подобных тому, который был сооружен в Чикаго в 1942 году Э. Ферми. В 1946 году был запущен первый советский атомный реактор.
Впоследствии были построены атомные котлы различных конструкций для выработки электроэнергии, в исследовательских целях, а также для получения плутония-239 из природного урана-238 и урана-233 и из природного тория-232. Деление урана-235, плутония-239 и особенно термоядерная реакция, выделяют большое количество нейтронов. Последние бомбардируют окружающие вещества, превращая их в радиоактивные (наведенная радиоактивность). Кроме того в атмосферу выбрасывается большое количество продуктов деления. Наиболее важные из них – цезий-137 и стронций-90.
Рис. 4. Схема атомной бомбы:
1 – заряд урана-235 или плутония-239;
2 – обычное взрывчатое вещество (запал для соединения кусков урана с целью достижения критической массы); 3 – оболочка из металла большой плотности
Максимум ядерных испытаний пришелся на период с 1954 по 1958 годы, когда взрывы проводили США, СССР и Великобритания. Еще более мощные испытания, в которых участвовали и другие страны (но наиболее сильно США и СССР), проводили в 1961-1962 годах. Всего за период с 1945 по 1998 годы было проведено 2056 ядерных взрывов (табл. 15).
Таблица 15 – Общее количество ядерных взрывов на территории земного шара
В частности, на территории США было проведено 1030 ядерных взрывов, в том числе в Неваде – 935, Нью-Мексико – 3, Миссисипи – 2, Колорадо – 2, на Аляске – 3 взрыва. На территории России состоялось 214 ядерных взрывов (в том числе на Новой Земле – 132), в Казахстане – 496, на Украине – 2, в Узбекистане – 2 и в Туркменистане – 1 взрыв. На полигоне Лобнор в Китае (штат Синьцзян) провели 45 взрывов, в Алжире – 17, в Австралии – 12. Индия испытывала ядерное оружие 6 раз (на площадке Покхаране), а Пакистан – 5 (горный район Чагаи, провинция Белуджистан). Кроме того, ядерные взрывы проводились на атоллах Муруроа (175) и Эниветок (43), на островах Рождества (30), Бикини (23), Джонстон (12), Фангатофа (12), Молден (3), в Тихом океане (4) и Южной Атлантике (3).
Высокодисперсные фракции продуктов ядерных взрывов поднимаются в верхние слои атмосферы и годами и даже десятилетиями циркулируют там, распространяясь вначале над своим полушарием, а зaтeм и над всей территорией земного шара, и лишь постепенно выпадают на поверхность Земли. В течение 10 лет, когда испытания проводились наиболее интенсивно, население Земли получило за счет глобальных выпадений дополнительно 2 мЗв (одна годовая доза от естественного фона).
При атомном взрыве образуются продукты деления ядерного горючего 235 U, 238 U, 239 Pu с образованием сложной смеси из 200 изотопов 36 химических элементов с периодом полураспада от 1 с до млн лет. По характеру излучения все они относятся к бета- и гамма+бета-излучателям, кроме 147 Sm и 144 Nd – альфа-излучатели. Дополнительным источником радиоактивного загрязнения местности служит также наведенная радиоактивность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов, образующихся при цепной реакции деления урана или плутония на ядра атомов различных веществ окружающей среды.
Наибольший практический интерес для радиобиологии представляют следующие радионуклиды: 89 Sr, 90 Sr, 131 J, 137 Cs, 140 Ba, 144 Ce.
Активность продуктов ядерного деления быстро снижается в первые часы и сутки, например, в первые сутки наблюдается снижение активности в 50 раз.
Таблица 16 – Снижение активности ПЯД с течением времени
Из закона радиоактивного распада выведено правило: каждое десятикратное снижение активности осколков и мощности дозы гамма-излучения происходит в результате увеличения их возраста в 7 раз.
При термоядерных взрывах в момент реакции синтеза возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающих образование значительного количества продуктов активации – наведенную радиоактивность.
Основными источниками загрязнения окружающей среды являются радиоактивные осколки 238 U, 239 Pu, тритий 3 Н и радиоуглерод 14 С. В результате проведенных до 1959 года термоядерных взрывов в земной
атмосфере образовалось около 560 кг 14 С.
Загрязнение окружающей среды зависит от характера взрывов, мощности зарядов, атмосферных условий, географических зон и широт.
При воздушном взрыве РВ распыляются на большой площади, но под влиянием атмосферных осадков, выпавших в момент прохождения радиоактивного облака, может повыситься загрязнение в том или ином районе.
Взрывы средней и малой мощности (до нескольких килотонн тротилового эквивалента) загрязняют в основном тропосферу – на высоте 18 км, мелкие и крупные частицы выпадают на расстоянии нескольких сот километров от эпицентра, образуя локальные радиоактивные загрязнения. Крупные взрывы в несколько мегатонн загрязняют, главным образом, стратосферу на высоте 80 км.
Воздушными течениями частицы продукты ядерного деления (ПЯД) способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, образуя в результате выпадения глобальные загрязнения. Следует отметить, что продукты взрывов распределяются следующим образом: при воздушном взрыве 99% задерживается в стратосфере; при наземном взрыве 20% попадает в стратосферу, а 80% выпадает в районе взрыва; при взрывах у поверхности моря 30% остается в стратосфере, а 70% выпадает локально. ПЯД могут находиться в тропосфере 2-3 месяца, в стратосфере – 3-9 лет. По данным исследователей, из имеющихся в стратосфере ПЯД ежегодно осаждается 10% 90 Sr и 137 Cs.
По данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации, при испытаниях ядерного оружия, проводимых до 1963 года, суммарная мощность взорванных боеприпасов и устройств составила 510,9 мегатонн по тротиловому эквиваленту, в т.ч.: при воздушных взрывах – 406,2 Мт, при наземных – 104,7 Мт. Выпадение радионуклидов составило в МКи: 3 H – 360, 14 C – 6,2; 55 Fe – 50, 89 Sr – 2800, 90 Sr – 12,2, 106 Ru – 330, 144 Ce – 182,4, 137 Cs – 19,5, 239 Pu – 0,32. Расчеты показали, что ожидаемые дозы от радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных испытаний, проведенных до 1976 года, составляют для населения умеренного пояса Северного полушария: от внешнего облучения – 110 мрад, от инкорпорированных радионуклидов: для гонад – 37, костного мозга – 150, клеток, выстилающих костную ткань – 180 и для легких – 150 мрад.
Источник: ekolog.org
Как нейтрализовать ядерную бомбу
В статье про ракеты GAR-1 «Falcon» я затронул вопрос нейтрализации ядерного оружия посредством нейтронного облучения. Поразмыслив, я пришел к выводу, что вопрос этот достаточно интересен для отдельного рассмотрения.
Вполне естественно, что заставить неприятельскую атомную бомбу выдать «шипучку», и вместо могучего взрыва развалиться невзрачным пшиком (пускай даже и весьма грязным, за счет разлета непрореагировавшего атомного топлива) — весьма заманчивая идея. Но замедлить скорость сборки мы — без прямого доступа к бомбе — не можем. Зато можем другое: инициировать в бомбе цепную реакцию заранее, чтобы имеющейся скорости сборки уже было недостаточно.
Чтобы искусственно индуцировать «шипучку» в неприятельской атомной бомбе, нам нужно облучить ее мощным потоком нейтронов. Откуда взять такой поток? Самый простой способ — взорвать рядом с неприятельской бомбой свою собственную, спроектированную с расчетом на максимальный выход радиации (т.н. «нейтронную бомбу»).
Пронизывая делящийся материал неприятельской бомбы, наши нейтроны будут провоцировать в нем цепную реакцию заранее. Конечно, такая реакция будет не самоподдерживающейся — критической массы-то пока нет! — и постепенно затухнет. Но процесс ее затухания займет время. И если в это время неприятель попытается взорвать свою бомбу, то скорости сборки уже не хватит, чтобы обогнать цепную реакцию. Бомба выдаст «шипучку».
Именно идея искусственно индуцируемой «шипучки» была главным аргументом в пользу создания атомных зенитных ракет (наземные MIM-14 «Nike-Hercules», CIM-10 «Bomarc», корабельная RIM-8 «Talos») и атомных ракет «воздух-воздух» (неуправляемая AIR-2 «Genie», управляемая AIM-24 «Super Falcon») в конце 1950-ых. Американские генералы достаточно логично считали, что в случае новой мировой войны, советские атомные бомбы, скорее всего, будут переведены в режим «мертвой руки» — как собирались сделать сами американцы. В этом случае даже если сбить бомбардировщик, бомбы взорвутся при падении. Поскольку речь шла о мегатонных термоядерных зарядах, то полномасштабный взрыв даже в безлюдной местности был бы опасен: огромное облако радиоактивных осадков могло дотянуться до населенных районов.
Искусственно индуцированная «шипучка» же позволяла нейтрализовать боевую нагрузку неприятельского бомбардировщика, гарантировав, что она не сработает — даже если самолет дотянет до цели и сбросит-таки свои бомбы. Разумеется, полностью избавиться от урона было невозможно: «шипучка» от мощного заряда все равно была бы достаточно опасным (и очень радиоактивным) взрывом. Но «отчищать несколько кварталов от радиоактивного заражения» все же казалось куда лучшей перспективой, чем «выкапывать миллионы трупов из руин мегаполиса».
На таком же принципе основывались и ранние концепты противоракетной обороны — американская «Найк-Зеус» и «Найк-Х», советская А-35. Идея была аналогична: заставить входящие в атмосферу неприятельские боеголовки выдать «шипучку». Дополнительным преимуществом было то, что нейтронное облучение весьма опасно для микроэлектроники — близкий взрыв атомной противоракеты мог вывести из строя электронные компоненты взрывателя бомбы.
Почему же сейчас подобные решения практически не применяются? Главной причиной стало развитие технологий ядерного оружия. Доминирующей схемой ядерных боеголовок, начиная с 1970-ых стала «бустеризированная ядерная» (англ. «boosted fission»). В такой боеголовке, внутри заряда делящегося материала, находится небольшое количество термоядерного топлива — дейтериево-тритиевой смеси.
Когда бустеризированная сборка запускает цепную реакцию деления, выделяющееся тепло нагревает термоядерное топливо, и в нем начинается реакция синтеза. Слабенькая, но со значительным выделением нейтронов — которые вылетают прямо в делящийся материал, и в свою очередь многократно усиливают реакцию распада в нем. Таким образом, нейтронный поток от термоядерной реакции «дожигает» делящийся материал, многократно увеличивая эффективность бомбы.
Почему же бустеризированные ядерные бомбы нечувствительны к «шипучке»? Все дело в том, что для начала реакции синтеза в них достаточно и некритической сборки. А когда пойдет синтез — то нейтронный поток от него сам «дожжет» атомное топливо. Американцы утверждают, что в их современных зарядах достаточно прореагировать всего 1% урана/плутония, чтобы давление и температура запустили реакцию синтеза, и бомба «дожгла» бы себя до полной мощности.
Именно поэтому современная противоракетная оборона более не надеется на нейтронные боеголовки как основное средство перехвата. Против бустеризированных бомб они малоэффективны — их эффект сводится к поражению электроники — а создаваемая ими засветка на радарах изрядно мешает дальнейшим перехватам. Внимание военных сместилось на кинетические методы перехвата, гарантирующие механическое разрушение неприятельской боеголовки.
Источник: fonzeppelin.livejournal.com
объясните пожалуйста на пальцах принцип действия атомной бомбы и атомной электростанции
Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение.
Основным параметром, определяющим возможность осуществления цепной реакции деления и скорость выделения энергии в ходе этой реакции является коэффициент размножения нейтронов.
Массу, при которой подобный образец достигает критического состояния (k=1), называют критической массой делящегося вещества. Для высокообогащенного урана значение критической массы составляет около 52 кг, для оружейного плутония-11 кг.
Критическую массу можно уменьшить примерно вдвое окружив образец делящегося вещества слоем материала, отражающего нейтроны, например, бериллия или природного урана. Цепная реакция возможна и при наличии меньшего количества делящегося вещества. Поскольку вероятность захвата пропорциональна концентрации ядер, увеличение плотности образца, например в результате его сжатия, способно привести к возникновению в образце критического состояния. Именно этот способ и применяется в ядерных взрывных устройствах, в которых масса делящегося вещества, находящаяся в подкритическом состоянии переводится в сверхкритическое с помощью направленного взрыва, подвергающего заряд сильной степени сжатия.
Принцип действия атомных электростанций во многом схож с действием электростанций на органическом топливе. Главное различие – это топливо. На атомной электростанции применяется уран – предварительно обогащенная природная руда, и пар производится посредством расщепления ядра, а не сжигания нефти, газа или угля. Атомные электростанции не сжигают топливо, благодаря чему не загрязняется атмосфера. Процесс происходит следующим образом:
Стадия
Описание:
1.Крошечные частицы урана, которые называются атомы, расщепляются.
2.Во время расщепления высвобождаются еще более малые элементы атома – нейтроны.
3.Нейтроны сталкиваются с атомами урана, в результате выделяется тепло, необходимое для выработки электричества.
Остальные ответы
Первым ядерным зарядом, взорванным в испытательных целях, было ядерное устройство «Gadget», «Штуковина» (англ. gadget — приспособление, безделушка) — прототип плутониевой бомбы «Толстяк» , сброшенной на Нагасаки. Испытания проводились на полигоне неподалеку от г. Аламогордо в штате Нью-Мексико.
Конструктивно эта бомба представляла собой несколько сфер, вложенных друг в друга:
Импульсный нейтронный инициатор (ИНИ, «ёжик» , «урчин» (англ. urchin)) — шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 — первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическое состояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большого количества нейтронов) . В настоящее время короткоживущий полоний-210 заменён долгоживущим плутонием-238, также способным при смешении с бериллием к мощному нейтронному импульсу.
Плутоний. Желателен максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.
Оболочка (англ. tamper), служащая отражателем нейтронов (из урана) .
Обжимающая оболочка (англ. pusher) из алюминия. Обеспечивает бо́льшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренние части заряда от непосредственного контакта со взрывчаткой и раскалёнными продуктами её разложения.
Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронность необходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара) ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородность и невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используется комбинированная схема (система линз) из «быстрой» и «медленной» взрывчаток — боратола и ТАТВ.
Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов — две сферических крышки и пояс, соединяемых болтами.
Технический директорИскусственный Интеллект (135413) 13 лет назад
Теоретически — правильно.
там внутри ядерная реакция, а потом ПЫЩь! 11 БдыщЬ! 11 Пиу!
11 Попячтесь УГ111
представь что лежат головки от спичек и периодически сами по себе загораются если расстояние между ними большое или лежат они в ячейках через которые пламя не достает до соседних то ничего страшного а вот если их в кучку собрать то первая же загоревшаяся подпалит все — это бомба. в реакторе немного сложнее там фильтр который ограничивает подрыв соседних головок поэтому и реакция идет плавно
Источник: Знания физики за 9 класс советской школы
в уране атомы иногда распадаются, просто со временем
при распаде атом делится на несколько разлетающихся частиц + выделяется тепло
есть шанс, что одна из разлетающихся частиц попадёт в другой атом и заставит его распасться (хотя тот не собирался пока 🙂 )
чем больше кусок урана и чем он чище — тем выше шанс, что распавшийся атом заставит другой распасться (больше шанс того, что одна из разлетающихся частиц встретит атом на своём пути перед тем, как вылететь из куска урана)
когда урана достаточно много и он достаточно чистый — возникает цепная реакция
цепная реакция — это состояние, при котором каждый распадающийся атом заставляет распадаться ещё один
так как при этом выделяется ещё и тепло, этим теплом можно превращать воду в пар и вращать турбины
так работает атомная электростанция
если же взять два куска урана, чуть меньшего размера, чем нужно для возникновения цепной реакции, а потом БЫСТРО соединить, то цепная реакция в получившемся куске становится ускоряющейся
то есть каждый распадающийся атом делит не один, а два атома, те два делят четыре и так далее
как мы помним, при этом выделяется тепло, и выделяется оно быстро (получается взрыв)
так работает урановая атомная бомба
Источник: otvet.mail.ru