Ядерная физика. Основы

Автор: Zeke · Дата: 20 октября 2010 · Прокомментировать

Ядерная физика. Основы

Оружие, в основе которого лежит использование энергии, выделяющейся при взаимодействии атомных ядер, носит название ядерного. Это название имеет самое общее, собирательное значение: и первая атомная бомба, в которой была применена цепная реакция деления ядер урана-235, и первая водородная бомба, основанная на термоядерной реакции слияния ядер изотопов водорода, представляли собой устройства, использующие энергию ядерных превращений.
Основные принципы, приведшие к созданию ядерного оружия, стали известны в конце тридцатых — начале сороковых годов. В 1939 году французский физик Ф. Жолио-Кюри экспериментально доказал, что при захвате нейтрона и делении ядра атома урана на «осколки» образуется несколько ( в среднем 2,5) новых свободных нейтронов, которые, в свою очередь, способны вызвать распад других ядер. Отсюда следовало, что при определенных условиях начавшаяся реакция деления может продолжаться самостоятельно, без поддержки извне, или, иными словами, она может приобрести характер цепной реакции (схема А на цветной вкладке слева).
Не меньшее значение имело и открытие, сделанное Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком. Так, в 1940 году они показали, что некоторое число ядер атомов урана может самопроизвольно начать делиться с испусканием вторичных нейтронов! Хотя количество таких ядер очень мало — в одном грамме урана наблюдается лишь около 23 делений в час,— образующихся при этом вторичных нейтронов будет достаточно, чтобы «зажечь» цепную реакцию.
Правда, в малых кусках урана-235 цепная реакция не пойдет: если даже ее искусственно начать, она все равно тотчас же затухнет, так как большая часть вторичных нейтронов вылетит за пределы куска, не успев столкнуться с новыми ядрами и вызвать их деление. Объясняется это тем, что в объеме вещества ядра занимают ничтожно мало места: их размеры в десятки тысяч раз меньше размеров атомов. Кроме того, часть вторичных нейтронов может быть потеряна для деления в результате захвата их ядрами атомов посторонних примесей.
Если размеры куска урана увеличивать, то дистанции пробега нейтронов в самом веществе и соответственно их шансы столкнуться с ядрами атомов и вызвать деление будут возрастать. В результате при некотором объеме куска урана наступит момент, когда потери нейтронов за счет утечки их наружу уменьшатся настолько, что начавшаяся реакция деления будет развиваться дальше самостоятельно, поддерживая сама себя (схема В). Такое наименьшее количество урана (или плутония), при котором цепная реакция не затухает, и называется критической массой.
Когда масса куска урана больше критической, процесс деления большинства его ядер носит лавинообразный характер и продолжается всего 2—3 миллионные доли секунды. В течение этих мгновений в чрезвычайно малом объеме вещества выделяется огромное количество энергии — происходит взрыв колоссальной силы: например, если все ядра, содержащиеся в 1 килограмме урана-235, примут участие в реакции деления, то при этом выделится такое же количество энергии, как при взрыве 20 тысяч тонн тротила. Отсюда, кстати, и пошло название «тротиловый эквивалент». Правда, на практике количество выделяющейся энергии оказывается меньше теоретически возможного, поскольку не весь уран успевает прореагировать и часть его разбрасывается взрывом.
Цепная реакция деления легла в основу первых атомных бомб и до сих пор используется во многих видах ядерного оружия. В большинстве этих устройств ядерный взрыв вызывается путем перевода заряда из до критического состояния в критическое, а точнее — в сверхкритическое. До момента взрыва общий заряд устройства разделен на несколько частей, масса каждой из которых меньше критической — это исключает преждевременное возникновение цепной реакции деления. Чтобы осуществить взрыв, необходимо свести воедино все части заряда, сближая их с предельно большой скоростью. В противном случае энергия, выделяющаяся в начале цепной реакции, может разрушить устройство, и значительная часть массы заряда не успеет прореагировать. Поэтому для соединения частей заряда в ядерных устройствах обычно используют силу взрыва обычного взрывчатого вещества. Поскольку течение цепной реакции деления зависит от числа участвующих в ней нейтронов, заряд окружают отражателем этих частиц. А все устройство помещают в оболочку из плотного материала, препятствующую преждевременному разбросу масс.

Рубрика: Ядерное оружие ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два