Вопрос № 1. Ядерное оружие. Физико-техническая характеристика.

Ядерным оружием называется оружие массового поражения, действие которого основано на использовании энергии, высвобождающейся при ядерном взрыве.

Типы ядерных реакций.

При ядерном взрыве источником энергии являются ядерные реакции, в результате которых атомы одних элементов превращаются в атомы других элементов.

Для осуществления ядерных взрывов используются:

· цепные реакции деления ядер тяжелых элементов (изотопов урана и плутония);

· реакции синтеза (термоядерные реакции) ядер легких элементов (изотопов водорода).

Цепной реакцией деления ядер называется реакция, которая, начавшись делением одного или нескольких ядер, может продолжаться в веществе без внешнего воздействия, то есть является саморазвивающейся.

Деление ядер атомов взрывчатого вещества в ядерных боеприпасах происходит под действием нейтронов. Тяжелое ядро, захватившее нейтрон, становится неустойчивым и делится на два осколка, представляющих собой ядра атомов более легких элементов.

Процесс деления ядра: 1 – бомбардировка исходного ядра нейтроном; 2 и 3 – образование промежуточного (возбужденного) ядра, находящегося в неустойчивом состоянии; 4 – деление промежуточного ядра с образованием осколков – ядер новых элементов и вторичных нейтронов.

Деление ядра сопровождается освобождением значительного количества энергии и выделением двух-трех нейтронов, называемых вторичными. Вторичные нейтроны способны разделить два-три новых ядра, в результате чего появится еще по два-три нейтрона на каждое вновь разделившееся ядро и т.д. Если количество вторичных нейтронов, вызывающих деление ядер, увеличивается, в веществе возникает ускоряющаяся реакция деления ядер, при которой число делящихся ядер нарастает лавинообразно. Такая реакция протекает в миллионные доли секунды и представляет собой ядерный взрыв.

Если количество нейтронов, вызывающих деление ядер,в ходе реакции будет оставаться постоянным, взрыва не произойдет. Такие реакции используются в ядерных энергетических установках. При уменьшении числа вторичных нейтронов, вызывающих деление, реакция затухает.

Делиться под воздействием нейтронов способны ядра многих тяжелых элементов, однако энергия большей части освобождающихся при этом нейтронов недостаточна для последующего деления других ядер, и цепной процесс деления оказывается невозможным.

Из природных изотопов только в уране-235, а из искусственных – в уране-238 и плутонии-239 может развиваться цепная ядерная реакция деления. Эти три изотопа и используются в настоящее время в качестве делящегося вещества в ядерных зарядах.

Цепная реакция может развиваться не в любом количестве ядерного вещества. В незначительной массе вещества большая часть образующихся при делении вторичных нейтронов будет распространяться за пределы вещества, не вызывая последующих делений.

Наименьшая масса делящегося вещества, в котором при данных условиях может развиться цепная ядерная реакция, называется критической.

Масса вещества менее критической называется подкритической, а более критической – надкритической.

Величина критической массы в основном зависит от геометрической формы, плотности и состава делящегося вещества и окружающих его материалов.

Наименьшая критическая масса при прочих равных условиях будет у зарядов, имеющих форму шара. В таких зарядах количество вторичных нейтронов, вылетающих за его пределы, будет минимальным. Критическая масса для шара из урана-235 составляет 40-60 кг, а из плутония-239 – 10-20 кг.

Критическая масса делящегося вещества уменьшается при увеличении его плотности. Это позволяет, искусственно повысив (например, путем обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества) плотность делящегося вещества, уменьшить его критическую массу.

Уменьшить критическую массу делящегося вещества можно также, поместив заряд в оболочку-отражатель, возвращающий часть нейтронов в зону реакции.

При делении всех ядер атомов, содержащихся в одном грамме урана или плутония, высвобождается примерно столько же энергии, сколько при взрыве 20 тонн тротила.

В зоне реакции деления взрывного характера температура достигает десятков миллионов градусов, а давление – десятков миллиардов атмосфер. Под действием таких высоких температур и давления большая часть вещества заряда разлетается, и реакция быстро затухает.