СТРОИТЕЛЬСТВО БУНКЕРА Суббота, 15.12.2018, 10:31
Приветствую Вас Гость
Меню сайта

Йеллоустоун
Когда рванет Йелоустоун
Всего ответов: 394

Главная » 2011 » Ноябрь » 28 » Физические основы ядерного оружия
18:12
Физические основы ядерного оружия
дерным оружием называется оружие, поражающее действие которого обусловлено внутриядерной энергией, выделяющейся в результате взрывных процессов деления или синтеза ядер химических элементов. Оно включает различные ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели (носители) и средства управления.

1.1. Физические основы ядерного взрыва

Ядерным взрывом называется взрыв, происходящий в результате освобождения энергии, заключенной в ядрах атомов химических элементов.

Возможность выделения внутриядерной энергии обусловлена следующими природными свойствами химических элементов:
Ядерный взрыв
- атомные ядра различных изотопов обладают различной средней энергией связи их нуклонов — энергией связи, приходящейся на один нуклон, которая с увеличением массового числа А изотопа сначала увеличивается, а затем, достигнув максимума при А ≈60, постепенно уменьшается;
- превращение ядер с меньшей средней энергией связи нуклонов в ядра с большей средней энергией связи их нуклонов сопровождается выделением энергии, количество которой равно разности энергий связи нуклонов в новых и исходных ядрах.

Эти свойства позволяют выделить внутриядерную энергию в результате деления ядер тяжелых химических элементов (с большим массовым числом) и синтеза ядер легких элементов (с малым массовым числом).

Реакция деления атомных ядер.

Деление атомных ядер может происходить самопроизвольно или при воздействии на них элементарных частиц и легких ядер.

Для получения взрыва используют деление ядер тяжелых изотопов, которое происходит при воздействии на них нейтронов любых энергий, протекает с высокой скоростью (одно деление длится 10-15—10-14 с), сопровождается выделением большого количества энергии (около 200 МэВ на одно деление) и испусканием двух или более нейтронов, способных вызвать деление других ядер. В большой массе таких изотопов под воздействием нейтронов любых энергий возникает саморазвивающаяся цепная ядерная реакция деления, сопровождающаяся лавинообразным нарастанием числа делящихся ядер и выделением вследствие этого большого количества энергии в течение малого промежутка времени. Такими свойствами обладают уран-233, уран-235, плутоний-239, плутоний-241 и ряд трансплутониевых элементов. Их называют делящимися изотопами.

В ядерных боеприпасах могут использоваться и изотопы, деление ядер которых вызывают нейтроны с энергией не ниже определенного значения — изотопы с пороговым характером деления, например уран-238. Ядра урана-238 делятся только под воздействием быстрых нейтронов. Их деление происходит без самоподдерживающейся цепной реакции. Вещества, которые используют для получения энергии в результате взрывных реакций деления их атомных ядер, называют ядерным горючим. К ним относятся делящиеся изотопы, а также изотопы с пороговым характером деления.

Основными делящимися изотопами, используемыми в настоящее время в качестве ядерного горючего, являются уран-235, плутоний-239 и уран-233. Из них практически только уран-235 существует в природе. Он встречается в природном уране, представляющем собой смесь трех изотопов: урана-238 (99,282%), урана-235 (0,712%) и урана-234 (0,006%). Изотопы плутония-239 и урана-233 в промышленных количествах получают в результате облучения нейтронами в ядерных реакторах урана-238 и тория-232 соответственно. Из изотопов с пороговым характером деления в качестве ядерного горючего применяется уран-238.

Уран — металл серебристого цвета с голубоватым оттенком. Он обладает высокой химической активностью, в природе встречается только в виде соединений. Содержание урана в рудах большинства месторождений составляет менее одного процента.

Плутоний — серебристый металл. Он токсичен, химически более активен, чем уран. В природе плутоннй-239 в ничтожно малых количествах обнаруживается в урановых рудах. Его содержание по отношению к урану составляет 10-9%. Поэтому даже богатые урановые месторождения не могут быть источниками промышленного получения плутония.

Уран и плутоний радиоактивны. Они подвержены самопроизвольному альфа-распаду (испусканию альфа-частиц, представляющих собой ядра гелия) и спонтанному делению. Для каждого делящегося вещества существует своя минимальная масса, в которой возможно протекание самоподдерживающейся цепной реакции деления. Ее называют критической.

Критическая масса делящегося вещества зависит от его геометрической формы, объема, плотности и количества посторонних примесей, которые могут поглощать нейтроны, не подвергаясь делению, либо замедлять их (снижать их энергию).

Критическая масса делящегося вещества в форме шара является наименьшей по отношению к другим геометрическим формам равного объема. Это объясняется тем, что для шара свойственно наименьшее отношение площади поверхности к объему, а следовательно, минимальное относительное количество нейтронов, выходящих за пределы массы делящегося вещества не вызывая делений ядер (нейтронов утечки).

Критическая масса шара из урана-235 при нормальной плотности и чистоте ~95% составляет 40-—60 кг, а из плутония-239 — 10—20кг.

При увеличении количества примесей в делящемся веществе его критическая масса увеличивается, при увеличении плотности делящегося вещества — уменьшается.

Значение критической массы можно существенно уменьшить, если делящееся вещество окружить оболочкой, способной возвращать (отражать) нейтроны в зону реакции. Отражающим нейтроны свойством обладают водородосодержащие вещества и ряд легких элементов.

Чтобы произошел взрыв, масса делящегося вещества должна быть надкритической, т. е. стать больше критической. Создание такой массы должно происходить за короткий промежуток времени, иначе возможно расплавление и преждевременное разбрасывание делящегося вещества.

Энерговыделение при реакции деления атомных ядер, приходящееся на единицу массы вещества, в десятки миллионов раз превышает соответствующее энерговыделение при обычном взрыве. Например, при делении всех ядер, содержащихся в одном килограмме урана, выделяется такое же количество энергии, как при взрыве 20 тыс. т тротила.

Реакция синтеза атомных ядер.

Реакция синтеза легких ядер может начаться и протекать лишь при нагреве вещества до температуры, при которой кинетическая энергия теплового движения ядер становится достаточной для преодоления сил взаимного электрического отталкивания, действующих между ними.

Реакции синтеза легких ядер, эффективно протекающие в условиях нагрева вещества до температуры десятков миллионов градусов и более, называются термоядерными.

Наиболее легко протекает реакция синтеза между ядрами изотопов водорода дейтерия и трития. Значительно более вы­сокая температура требуется для реакций синтеза между ядрами только дейтерия, а также между ядрами только трития.

Реакция синтеза ядер происходит с большой скоростью, при этом выделяется достаточно большое количество энергии. Например, один акт слияния дейтерия и трития длится несколько наносекунд (1 нс=10-9 с) с выделением энергии, равной 17,6 МэВ, и испусканием нейтрона высокой энергии.

 

Температуру, при которой начинается реакция синтеза, достигают с помощью ядерного взрыва, основанного на реакции lеления атомных ядер. Возможны реакции синтеза и между ядрами других элементов, однако вследствие необходимости крайне высоких температур для их начала и протекания они практического значения в настоящее время не имеют. Изотопы, которые используют для получения взрыва в результате реакции синтеза их атомных ядер, называют термоядерным горючим. В качестве термоядерного горючего в настоящее время используют изотопы водорода — дейтерий и тритий. В свободном виде дейтерий и тритий представляют собой газы. Атомарное содержание дейтерия в природном водороде составляет около 0,015%, трития — 10-16%. Дейтерий встречается в природе в свободном состоянии и в химическом соединении D2O, называемом тяжелой водой. Тяжелая вода содержится в обычной воде в количестве 0,015%. Для практических нужд дейтерий получают электролизом тяжелой воды (из 1000 кг воды получается 20 г дейтерия). Дейтерий является стабильным изотопом, тритий — радиоактивным. Последний подвержен бета-распаду с периодом полураспада около 12,3 лет. В результате распада тритий превращается в гелий-3. Тритий в небольшом количестве содержится в атмосфере. Он образуется в результате взаимодействия ядер азота с нейтронами и расщепления ядер различных химических элементов космическими частицами высоких энергий. Для промышленных нужд тритий получают в ядерных реакторах в результате облучения лития-6 нейтронами. При синтезе всех ядер дейтерия и трития, содержащихся в одном килограмме их смеси, освобождается примерно такая же энергия, как при взрыве 80 тыс. т тротила.

1.2. Ядерные заряды

Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса освобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами. В настоящее время различают два основных класса ядерных зарядов:

- заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакцией в делящихся веществах, переведенных в надкритическое состояние, — атомные заряды;
- заряды, энергия взрыва которых обусловлена реакциями деления и синтеза ядер, — термоядерные заряды.
Атомные заряды.

Основным элементом атомных зарядов является делящееся вещество. До взрыва делящееся вещество в заряде находятся в подкритическом состоянии. Для получения взрыва оно переводится в надкритическое состояние. По принципу перевода делящегося вещества в надкритическое состояние атомные заряды разделяются на заряды пушечного и имплозивного типов. В зарядах пушечного типа две или больше частей делящегося вещества, масса каждой из которых меньше критической, быстро соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества — «выстреливания» одной части в другую. При создании зарядов по такой схеме трудно обеспечить высокую надкритичиость делящегося вещества, вследствие чего коэффициент полезного использования его невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможность создания зарядов сравнительно малого диаметрами высокой стойкости к воздействию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.

В зарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотности массу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повышением его плотности в результате всестороннего обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах представляется возможность получить высокую надкритичность и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования делящегося вещества. Максимальное увеличение плотности делящегося вещества достигается при его сферическом обжатии в результате взрыва сферического слоя взрывчатого вещества.

Термоядерные заряды. Основными элементами термоядерного заряда являются термоядерное горючее и атомный заряд—инициатор реакции синтеза. В связи с тем что дейтерий и тритий в свободном состоянии представляют собой газы, а тритий, кроме того, является радиоактивным и дорогостоящим изотопом, в качестве первичного термоядерного горючего обычно используют дейтерид лития-6 — твердое вещество, представляющее собой соединение дейтерия и лития-6. При облучении лития-6 нейтронами, возникающими при взрыве атомного заряда (инициатора реакции синтеза), образуется тритий, который и вступает в реакцию синтеза с дейтерием. Образующиеся при реакции синтеза нейтроны вновь приводят к образованию трития, а следовательно, к поддержанию реакции синтеза.

Термоядерные заряды условно разделяют на обычные и специализированные. Для обычных термоядерных зарядов распределение энергии взрыва между поражающими факторами близко к ее распре делению при взрывах атомных зарядов, для специализированных — характерно резкое изменение распределения энергии взрыва между поражающими факторами по сравнению с ее распределением при взрывах атомных зарядов. К специализированным термоядерным зарядам относятся, например, нейтронные, «чистые» и др. Для нейтронных зарядов характерны в несколько раз больший удельный (на единицу энергии взрыва) выход нейтронов и повышенная их энергия. У «чистых» зарядов резко снижен вклад в общее энерговыделение реакции деления, т. е. резко уменьшен выход радиоактивных продуктов. В процессе реакции синтеза образуется большое количество нейтронов с высокой энергией, которые способны вызывать деление ядер урана-238. Поэтому для увеличения энергии взрыва в термоядерных зарядах используют оболочки из урана-238 — самого распространенного и наиболее дешевого изотопа урана.

  Термоядерные заряды

1.3. Ядерные боеприпасы

Ядерными называются боеприпасы, снаряженные ядерными зарядами:

- головные части (боевые блоки) баллистических ракет;
- боевые части крылатых и зенитных ракет;
- авиационные бомбы;
- артиллерийские снаряды и мины;
- боевые зарядные отделения торпед;
- инженерные мины.

Основными элементами ядерных боеприпасов являются: корпус, ядерный заряд и система автоматики. Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также предохранения их от механических, а в некоторых случаях и от тепловых повреждений, для придания боеприпасу баллистической формы и для стыковки боеприпаса с носителем. Конструкция корпуса зависит от типа носителя. Так, например, головные части баллистических ракет имеют корпуса конической или цилиндроконической формы теплозащитным покрытием, корпусом боевых зарядных отделений торпед, боевых частей крылатых и зенитных ракет служит тонкостенная ампула, размещаемая внутри носителя. Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

- источники питания;
- систему предохранения и взведения;
- систему датчиков подрыва;
- систему подрыва заряда;
- систему аварийного подрыва.
Система предохранения и взведения обеспечивает безопасность при эксплуатации боеприпаса, исключает преждевременный взрыв его при боевом применении и служит для взведения устройств системы автоматики. Система датчиков подрыва предназначена для формирования исполнительной команды на взрыв заряда при достижении боеприпасом цели. Она обычно состоит из системы датчиков ударных и системы неконтактного подрыва. Ударные (контактные) датчики срабатывают при встрече боеприпаса с преградой. Датчики неконтактного подрыва срабатывают на заданной высоте (расстоянии) от цели. В качестве неконтактных датчиков могут использоваться радиодатчики, баросистемы, инерционные устройства и др. Система подрыва заряда обеспечивает срабатывание заряда по команде, поступающей от датчиков подрыва. Она состоит из блока формирования электрического импульса для подрыва электродетонаторов обычного взрывчатого вещества и системы нейтронного инициирования реакции деления. Система нейтронного инициирования в составе системы подрыва заряда может отсутствовать, В этом случае цепная реакция деления инициируется нейтронными источниками, расположенными в самом заряде. Система аварийного подрыва в некоторых боеприпасах может отсутствовать. Для характеристики энергии взрыва ядерного заряда обычно используют понятие «мощность». Мощность ядерных зарядов и ядерных боеприпасов принято характеризовать тротиловым эквивалентом — такой массой тротила, энергия взрыва которого равна энергии, выделяющейся при воздушном взрыве ядерного заряда. Тротиловый эквивалент принято выражать в тоннах. Современные ядерные боеприпасы могут иметь мощность взрыва от нескольких десятков тонн до десятков миллионов тонн.
Категория: ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ | Просмотров: 1553 | Добавил: Sveta | Рейтинг: 0.0/0
Опрос 1
Когда наступит Третья Мировая война?
Всего ответов: 1853

Бункер статистика

Опрос 2
Что может стать причиной Конца Света?
Всего ответов: 1106

Опрос 5
Возможна ли война Украины и России?
Всего ответов: 793

Опрос 4
От каких неприятностей может спасти бункер?
Всего ответов: 795

Опрос 6
Ситуация на Украине это
Всего ответов: 814

Опрос 7
Юго-востоку Украины нужно
Всего ответов: 787

Copyright MyCorp © 2018