Безопасность жизнедеятельности (стр. 2 )

Рис. 4. Силы действующие в ядре:

а – электростатические силы взаимного отталкивания протонов;

б – ядерные силы взаимного притяжения нуклонов

Вследствие огромного превышения сил притяжения над силами отталкивания ядра большей части химических элементов чрезвычайно прочны.

Прочность ядер характеризуется энергией связи. По своей величине энергия связи равна той работе, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны. Такое же количество энергии освобождается при образовании ядра из нуклонов.

Прочность ядер атомов различных химических элементов и изотопов неодинакова. Она зависит от общего числа нуклонов в ядре, а также от количественного соотношения и взаимного расположения в нем протонов и нейтронов, чтобы можно было сравнивать прочность связи нуклонов в ядрах атомов различных элементов, пользуются понятием удельной энергии связи, т. е. энергии, приходящейся на один нуклон.

Чем больше по абсолютной величине энергия связи, тем прочнее ядро. Поэтому всякое превращение одних атомов в другие, связанное с изменением числа нуклонов в их ядрах, должно сопровождаться выделением энергии, если ядра получаются более прочные (с большей энергией связи), или поглощением энергии, если образуемые ядра будут менее прочны по сравнению с исходными. Отсюда следует, что если разделить тяжелое ядро на две части (осколка) или соединить два легких ядра, то в обоих случаях должна выделиться энергия. Например, 92U235 при делении ядра (энергия связи Е1 = 75 · 235 = 1750 Мэв) на два примерно равных по массе осколка (энергия связи Е2=12 · 8,4 · 117= 1950 Мэв) должна выделиться энергия, равная разности E2 - E1 = 1= 200 Мэв.

Энергия, освобождающаяся при различных превращениях ядер, называется ядерной.

Оба пути получения ядерной энергии – деление тяжелых ядер и соединение (синтез) легких ядер – используются в настоящее время для осуществления ядерных взрывов. Первый путь применяется в ядерных реакциях с тяжелыми элементами, например с изотопами урана, второй – в термоядерных реакциях с легкими элементами, например, с изотопами водорода.

1.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В РЕАКЦИЯХ ДЕЛЕНИЯ И СИНТЕЗА. ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ СВОЙСТВА

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

В ядерных боеприпасах деление ядер атомов вещества заряда осуществляется при помощи нейтронов. Эти ядерные частицы способны сравнительно легко проникать в ядро, поскольку им не приходится преодолевать при этом электростатические силы отталкивания ядра.

Механизм деления тяжелых ядер под действием нейтронов состоит в следующем. Нейтрон захватывается ядром, при этом образуется неустойчивое промежуточное ядро вследствие получения ядром дополнительной энергии (энергии возбуждения), равной сумме энергии связи нуклонов в ядре, и кинетической энергии захваченного нейтрона. Если энергия возбуждения промежуточного ядра превысит определенный порог, величина которого различна для разных ядер, ядро разделится на части (осколки) т. е. произойдет реакция деления (рис. 5), если же указанный порог не будет превышен, то деления не произойдет, а выделится элементарная частица или гамма-квант с определенной энергией.

Рис. 5. Процесс деления нейтроном

Из всех известных реакций деления тяжелых ядер нейтронами наибольший интерес для осуществления ядерного взрыва представляет реакция деления ядер атомов урана-233, урана-235 и плутония-239. При захвате ядрами этих изотопов нейтронов даже с очень небольшой энергией (медленных нейтронов) происходит деление ядер на два осколка, обладающих большей энергией, чем исходные ядра. Кроме того, в момент деления испускаются два-три нейтрона, которые способны разделить два-три новых ядра этих же изотопов, в результате чего могут появиться еще по два-три нейтрона на каждое разделившееся ядро и т. д. Следовательно, в большой массе этих изотопов создаются условия для возникновения саморазвивающейся цепной ядерной реакции деления, при которой число делящихся ядер будет нарастать лавинообразно (рис. 6) и в течение весьма малого промежутка выделится огромное количество энергии; так, при делении всех ядер атомов, находящихся в 1 г урана-235, освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротилового заряда весом 20 т – такая реакция и представляет собой ядерный взрыв.

В других изотопах урана и плутония саморазвивающаяся цепная реакция осуществлена быть не может, т. к. энергия большей части нейтронов, образующихся при делении ядер атомов этих изотопов, недостаточна для последующих делений.

Вещества, в которых возможно осуществление саморазвивающейся цепной ядерной реакции деления называют делящимися веществами или ядерным горючим.

Рис. 6. Цепная реакция деления тяжелых ядер

В настоящее время в качестве ядерного горючего используется специально приготовленный уран-233, уран-235 или плутоний-239.

Уран – тяжелый металл серо-стального цвета, удельный вес 19,04 г/см3, температура плавления – 1132 °С. При комнатной температуре очень хрупок. Природный уран содержит 0,7 % урана-235, приблизительно 99,3 % урана-238, небольшое количество урана-234. Причем оказалось, что цепная реакция возможна только при делении ядер изотопа урана-235. Изотоп же урана-238 только поглощает нейтроны, точно также поглощают нейтроны и всякие посторонние примеси в уране, препятствуя развитию цепной ядерной реакции. Поэтому необходимо из природного урана выделить в чистом виде изотоп урана-235.

Изотоп урана-233 получают искусственно, облучая уран-238 и торий-232 нейтронами в ядерных реакторах.

Плутоний – низкоплавкий металл, хрупкий, почти не поддается механической обработке. Удельный вес – 19,8 г/см3, температура плавления – 640 °С. Плутоний в природных земных условиях не встречается, его получают из урана в особых условиях, в урановых котлах.

Процесс производства ядерных взрывчатых веществ очень сложен и дорог. Достаточно сказать, что в США для добычи 1 кг урановой руды тратится около 30 долларов, а для производства 1 кг ядерного горючего – 15–30 тыс. долларов.

1.4. ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ СИНТЕЗА

Другим способом получения ядерной энергии является, как указывалось, соединение легких ядер (реакция синтеза). Осуществить реакцию синтеза значительно трудней, чем реакцию деления. Это объясняется тем, что соединению ядер препятствует их взаимное электростатическое отталкивание. Соединиться могут только ядра, обладающие большим запасом кинетической энергии. Такие ядра, двигаясь с огромной скоростью, могут сближаться настолько, что между ними могут действовать ядерные силы взаимного притяжения, которые и обусловливают соединение ядер, сопровождающееся выделением быстрых нейтронов. Необходимую скорость движения ядра могут приобрести при нагревании вещества до температуры в несколько десятков миллионов градусов. По этой причине реакции синтеза ядер называют термоядерными реакциями, а взрыв, основанный на синтезе легких ядер – термоядерным взрывом.

В природе условия для термоядерных реакций существуют в недрах Солнца и звезд, где температура достигает десятков миллионов градусов. В земных условиях температура, необходимая для протекания реакций соединения ядер, пока что достигается только в зоне ядерного взрыва, основанного на делении тяжелых ядер.

Реакции соединения легких ядер таких изотопов, как обычный водород и литий, дейтерий и тритий, в ядра более тяжелых атомов по количеству освобождающейся энергии значительно более эффективны, чем реакции деления. Например, при синтезе 1 г тритий-дейтериевой смеси (0,4 г дейтерия и 0,6 г трития) освобождается такое количество энергии, которое выделяется при взрыве 80 т тротила или при делении 4 г урана.

Ядерным горючим в термоядерных боеприпасах служат дейтерий, тритий и литий.

Дейтерий является стабильным изотопом водорода. В обычных условиях – газ. Встречается в природе в тяжелой воде D2О, содержащейся в обычной воде в количестве 0,015 %. Основным методом получения тяжелой воды является электролиз обычной воды, в результате которого вода постепенно обогащается дейтерием. Заводы для производства тяжелой воды по этому методу перерабатывают громадное количество воды: из 1000 кг обычной воды получают только 20 г дейтерия.

Тритий – радиоактивный газ. Период полураспада трития 12,5 лет. В природе встречается в ничтожных количествах. Основной реакцией образования трития является взаимодействие нейтронов космического происхождения с азотом: 7N14+0n1→1T3+6C12.

Однако накопления трития в заметных количествах не происходит в результате его радиоактивного распада и превращения в гелий.

Тритий получают искусственным путем в ядерных реакторах, путем облучения лития медленными нейтронами: 3Li6+0n1→1T3+2He4.

Использование газообразного или жидкого трития (дейтерия) в качестве термоядерного горючего связано с большими техническими трудностями, в частности радиоактивным распадом трития. Наиболее удобным оказалось применение твердого химического соединения дейтерия и лития – дейтрида лития 3Li6Д. При повышении температуры, в результате взрыва атомного запала, до миллионов градусов образуется смесь дейтерия и лития. Нейтроны, получающиеся при цепной реакции (ядерный взрыв), вступают в реакцию с литием, в результате которой появляется тритий: 3Li6+0n1→1T3+2He4.

Ядра трития и дейтерия дают реакцию синтеза с выделением большого количества энергии: 1T3+1Д2→2He4+0n1+Энергия.

Возникающие в результате этой реакции нейтроны также взаимодействуют с ядрами лития, пополняя запасы трития и т. д.

Одновременно с термоядерной реакцией между дейтерием и тритием идут реакции соединения атомных ядер дейтерия и лития, с образованием исходного дейтрида лития.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение ядерному оружию.

2. Что является источником энергии ядерного взрыва?

3. Дайте характеристику ядерному горючему реакции деления.

4. Что служит ядерным горючим в термоядерных боеприпасах? Охарактеризуйте его.

5. Условия возникновения цепной ядерной реакции деления.

6. Условия возникновения термоядерной реакции синтеза.

1.5. РАДИОАКТИВНОСТЬ

Одной из важнейших особенностей ядерного взрыва является то, что он сопровождается образованием веществ, способных испускать невидимые радиоактивные излучения. Образование радиоактивного излучения объясняется переходом исходного ядра с более высокого энергетического уровня на более низкий (рис. 7).

Радиоактивность – это процесс самопроизвольного перехода ядра из энергетически менее устойчивого состояния в состояние более устойчивое, сопровождающееся испусканием одной или нескольких частиц или делением ядра на осколки.

Рис. 7. Переход ядра с более высокого энергетического уровня на более низкий

Различают три вида радиоактивных излучений: альфа-, бета - и гамма-излучение.

Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных альфа-частиц – ядер атома гелия. Альфа-лучи незначительно отклоняются в магнитном поле. Альфа-излучение происходит в результате самопроизвольного превращения ядер тяжелых элементов в ядра атомов гелия и других элементов.

Вещества, которые испускают альфа-излучение, называются альфа-активными. При ядерной реакции альфа-распада ядро данного элемента превращается в ядро нового элемента, стоящего в периодической системе на два номера ниже, так как альфа-частица уносит с собой два протона и четыре нуклона. Например, уран-238, претерпевая альфа-распад, превращается в торий-234: 92U238→90Th234+2He4.

Альфа-излучение характерно для тяжелых элементов конца системы Менделеева, начиная с полония. При ядерном взрыве альфа-излу-чением обладает только неразделившаяся часть ядерного горючего (уран, плутоний).

Альфа-частица обладает большой ионизирующей способностью: на 1 см пути в воздухе образует 30–40 тысяч пар электрон-ионов).

Путь, проходимый альфа-частицей в среде, называется длиной пробега. Длина пробега всех альфа-частиц данного радиоактивного изотопа одинакова и зависит от энергии альфа-частиц и от плотности среды, в которой они распространяются. Чем больше энергия альфа-частиц и меньше плотность среды, тем больше длина пробега.

Зная длину пробега и ионизирующую способность альфа-излу-чения, можно сделать выводы об опасности его для человека. При внешнем облучении, когда источник альфа-излучения находится на местности, опасности нет, так как слой воздуха более 10 см полностью поглощает альфа-излучение. Одежда и средства защиты полностью поглощают альфа-излучение. При попадании на кожу человека альфа-излучение поражает верхние слои кожного покрова, вызывая поражение аналогичное ожогам. Наиболее опасно попадание источника альфа-излучения (радиоактивной пыли) внутрь организма через органы дыхания или пищеварения. Альфа-источники, обладая большой ионизирующей способностью, вызывают ионизацию биологической ткани и тем самым наносят очень серьезные поражения.

Для защиты органов дыхания от альфа-активных веществ (пыли) используется противогаз. Продукты и питьевая вода проверяются специальными приборами и разрешаются к употреблению, если их зараженность альфа-активными веществами меньше допустимых пределов.

Бета-излучение или бета-лучи – это поток электронов или позитронов. Позитрон – это элементарная частица, масса и заряд которой по абсолютной величине равны соответственно массе и заряду электрона. Электрический заряд позитрона положителен.

Ионизирующая способность бета-частиц примерно в сотни раз меньше, чем у альфа-частиц. На 1 см пути в воздухе бета-частицы образуют около 50–150 пар ионов. Если ионизирующая способность меньше, бета-частица меньше отдает энергии, то в среде она проходит значительно больший путь, так, в воздухе бета-частицы могут пролетать расстояние до 20 метров, в воде – до 1,5 см, в алюминии – до 0,5 см.

Бета-излучение, обладая величиной пробега в воздухе до 20 м, оказывает вредное воздействие на человека путём внешнего облучения. При этом облучению подвергается кожный покров человека и подкожные ткани на глубину нескольких миллиметров. Внешнее бета-излучение продуктов ядерного взрыва почти на половину ослабляется одеждой. При попадании бета-активных веществ внутрь организма действие их усиливается и представляет собой значительную опасность, но меньшую, чем от альфа-источников. Отсюда остается задача контроля зараженности различных объектов, так как активность бета-источников при ядерном взрыве во много раз больше активности альфа-источников.

Бета-активность характерна для продуктов деления урана (плутония) при ядерном взрыве, а также и для наведенной активности на местности, подвергшейся воздействию нейтронного потока проникающей радиации.

Гамма-излучение или гамма-лучи – это невидимое излучение очень высокой частоты, не отклоняющееся в магнитном поле. Гамма-лучи являются коротковолновой частью электромагнитных волн.

Гамма-излучение является большей частью сопровождающим излучением. Ядро атома претерпевает альфа - или бета - распад, но при этом в новом ядре остается избыток энергии, которую оно и испускает в виде гамма-кванта.

Гамма-излучение, проходя через вещество, взаимодействует с его атомами и производит ионизацию. В результате происходит ослабление и рассеивание гамма-излучения. Удельная ионизация воздуха гамма-лучами составляет 1,5–2 пары ионов на сантиметр пути. Но чем меньше ионизирующая способность излучения, тем больше его проникающая способность. Грубо можно сравнить проникающую способность так: если за единицу взять проникающую способность альфа-излучения, то проникающая способность бета-излучения в 100 раз больше, а гамма-излучения – в раз больше.

Гамма-излучение, благодаря своей большой проникающей способности, представляет большую опасность при внешнем облучении с зараженной местности. Важно отметить, что средства индивидуальной защиты и одежда не защищают от внешнего гамма-излучения. Для защиты от внешнего гамма-излучения используются фортификационные сооружения, убежища с достаточной толщиной покрытий.

Поток нейтронов не встречается при естественном радиоактивном распаде. Он возникает при некоторых искусственных ядерных реакциях. Мощный нейтронный поток возникает при ядерном взрыве. Источником его является цепная реакция, термоядерная реакция и продукты деления, испускающие запаздывающие нейтроны.

Нейтроны, двигаясь в веществе, взаимодействуют с ядрами его атомов. Это взаимодействие может привести к отдаче ядру части энергии нейтрона, при этом ядро начинает быстро двигаться, а нейтрон летит медленнее, с отклонением от первоначального направления движения. Ядро, получившее энергию от нейтрона, пролетая в веществе, производит ионизацию атомов.

Второй вид взаимодействия нейтрона с ядром атома какого-либо элемента – это поглощение или захват нейтрона ядром. При этом образуется радиоактивный изотоп того же элемента. Так, например, происходит при попадании нейтронов проникающей радиации ядерного взрыва в ядра атомов натрия, марганца, кремния, алюминия и других элементов, находящихся в почве. В результате образуется так называемая наведенная радиоактивность и местность оказывается зараженной.

В воздухе поток нейтронов при ядерном взрыве проникает на расстояние нескольких тысяч метров. Воздействие нейтронного потока на человека происходит путем внешнего облучения. Нейтронный поток производит ионизацию среды так же, как и гамма-излучение.

Контрольные вопросы:

1. Охарактеризуйте альфа - и бета-излучения.

2. Что представляет собой гамма-излучение и поток нейтронов?

3. Какие виды ионизирующих излучений образуют проникающую радиацию?

4. Что такое наведенная радиоактивность?

1.6. ВИДЫ ЯДЕРНЫХ ЗАРЯДОВ И ПРИНЦИПЫ ИХ УСТРОЙСТВА

Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса освобождения внутриядерной энергии, носят название ядерных зарядов. По характеру происходящих в них взрывных реакций ядерные заряды могут быть разделены на три вида.

1. Ядерные заряды, энергия взрыва которых обусловлена только реакцией деления. В качестве делящегося вещества в этих зарядах используются плутоний-239, уран-235 и уран-233. Такие заряды принято называть ядерными зарядами деления или атомными зарядами.

2. Ядерные заряды, в которых кроме реакции деления происходит термоядерная реакция синтеза атомных ядер легких элементов. Эти заряды называются термоядерными зарядами типа "деление-синтез".

В термоядерных зарядах кроме плутония-239, урана-235 или урана-233 основным ядерным горючим является смесь дейтерия и трития или соединение дейтерия с литием (дейтерид лития).

3. Ядерные заряды, энергия взрыва которых освобождается в результате развития трех ядерных реакций; реакции деления ядер урана или плутония в атомном заряде, реакции синтеза легких элементов термоядерного заряда и реакции деления ядер урана-238 нейтронами, образующимися при реакции синтеза. Такие заряды называются комбинированными зарядами или термоядерными зарядами типа "деление-синтез-деление".

Следует отметить, что во всех трех видах ядерных зарядов обязательно используется реакция деления тяжелых атомных ядер, поэтому необходимо рассмотреть условия, необходимые для осуществления ядерного взрыва на основе реакции деления.

Деление ядер атомов урана или плутония в заряде происходит под действием нейтронов. Образующиеся при этом нейтроны разлетаются по различным направлениям с большой скоростью. Одни нейтроны на своем пути встретят другие ядра и разделят их, другие свободно пройдут всю массу заряда и, не приняв участия в делении, вылетят в окружающее пространство, т. е. окажутся потерянными.

Известно, что из тел, имеющих одинаковый объем, но различную форму, наименьшую поверхность имеет шар. Поэтому наиболее выгодным с точки зрения использования дорогостоящих делящихся материалов является шаровой заряд. Отношение площади поверхности шара к объему уменьшается обратно пропорционально радиусу шара.

При малых размерах шарового заряда, когда площадь его поверхности по сравнению с объемом велика, потери нейтронов значительно превышают число нейтронов, вызывающих деление, и цепная реакция не развивается. С увеличением массы заряда, а следовательно и его объема относительные потери нейтронов уменьшаются, и при определенной величине массы, называемой критической, большая часть образующихся при делении нейтронов будет делить другие ядра. В заряде разовьется цепная реакция деления ядер атомов. Состояние делящегося вещества, соответствующее критической массе, называется критическим.

Таким образом, критической массой называется наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна цепная ядерная реакция.

В заряде, имеющем критическую массу, протекает самоподдерживающаяся реакция деления атомных ядер. При дальнейшем увеличении массы делящегося вещества относительные потери нейтронов еще больше уменьшаются, в результате чего нейтроны, образующиеся при делении ядра, производят деление более чем одного ядра, и реакция начинает развиваться лавинообразно. Такое состояние делящегося вещества называется надкритическим.

При высокой степени надкритичности, т. е. когда число последующих делений значительно превышает число предыдущих делений, реакция протекает в миллионные доли секунды и представляет собой ядерный взрыв.

Величина критической массы зависит от вида делящегося вещества, его чистоты и плотности, а также формы заряда.

U-233, Pu-239

U-235

Критическая масса урана-233 и плутония-239 при нормальной плотности и чистоте 93,5 % составляет около 17 кг, а урана-235 – 48 кг (рис. 8).

Рис. 8. Критическая плотность урана и плутония при нормальной плотности и чистоте

Критическая масса уменьшается обратно пропорционально квадрату плотности делящегося вещества. Так, например, если плотность урана-235 увеличить вдвое, то цепная ядерная реакция деления станет возможной при количестве вещества весом 12 кг, а при увеличении плотности втрое – при количестве вещества 5,3 кг.

Величина критической массы может быть значительно уменьшена, если заряд окружить оболочкой, способной возвращать (отражать) нейтроны в зону реакции. Потери нейтронов в этом случае уменьшаются, а это означает, что цепная ядерная реакция может быть осуществлена в меньшей массе вещества заряда. Наиболее эффективными отражателями нейтронов являются бериллий, графит, тяжелая вода, а также алюминий, железо, природный уран и др. Например, при наличии отражающей оболочки из бериллия толщиной 2,5 см критическая масса урана-235 уменьшается с 48 до 29 кг, а при толщине оболочки 10 см – до 14 кг (рис. 9).

Рис. 9. Критическая масса урана при наличии отражающей оболочки

До взрыва делящееся вещество в заряде находится в подкритическом состоянии, т. е. масса его меньше критической. Перевод делящегося вещества в надкритическое состояние осуществляется различными способами.

В ядерном заряде так называемого пушечного типа делящееся вещество до момента взрыва разделено на несколько частей, масса каждой из которых меньше критической (рис. 10). Для быстрого перевода ядерного заряда в надкритическое состояние применяется взрыв обычных взрывчатых веществ (тротила, гексогена и др.). В момент взрыва части соединяются в единое целое, так что масса делящегося вещества становится больше критической.

В результате этого в делящемся веществе протекает цепная ядерная реакция деления и происходит ядерный взрыв.

Рис. 10. Схема устройства ядерного заряда пушечного типа

В ядерном заряде имплозивного типа делящееся вещество до момента взрыва представляет единое целое, но размеры и плотность его таковы, что система находится в подкритическом состоянии. Вокруг ядерного заряда расположены заряды обычного взрывчатого вещества (ВВ), при одновременном подрыве которых делящееся вещество подвергается сильному обжатию и плотность его возрастает (рис. 11). В результате увеличения плотности делящееся вещество переходит в надкритическое состояние, и в нем возникают условия для протекания цепной ядерной реакции деления.

Обычное ВВ

Плотность больше нормальной, масса больше критической

Делящееся вещество

Плотность нормальная масса меньше критической

Источник нейтронов

Электродетонатор

Отражатель нейтронов

Рис. 11. Принципиальная схема осуществления ядерного взрыва с помощью направленного внутрь взрыва обычного ВВ (имплозии)

Для первого деления, которое положило бы начало цепной реакции, нужен хотя бы один нейтрон. Рассчитывать своевременное начало цепной реакции под действием нейтронов, появляющихся при самопроизвольном (спонтанном) делении ядер, нельзя, т. к. такое деление происходит сравнительно редко; для урана-235 – один распад в час на 1 г вещества. Нейтронов, существующих в свободном виде в атмосфере, также очень мало: через 1 см за 1 сек пролетает в среднем около шести нейтронов. Кроме того, прежде чем проникнуть в ядерный заряд и вызвать в нем деление, эти нейтроны должны пройти сквозь массивную оболочку ядерного заряда и продукты взрыва тротилового заряда, в которых нейтроны сильно ослабляются и поглощаются. По этим причинам в ядерном заряде применяют искусственный источник нейтронов, который не только вызывает начало цепной ядерной реакции в строго определённый момент, но и обеспечивает деление множества ядер в начале реакции.

Огромное давление и температура в зоне ядерной реакции разрушают даже очень массивную оболочку заряда до того, как прореагирует все ядерное горючее. Поэтому значительная часть вещества не разрушится и будет безвозвратно потеряна. Следовательно, все способы, приводящие к задержке разлета делящегося вещества, в конечном итоге повышают мощность взрыва. Например, если бы удалось задержать разлет делящегося вещества заряда примерно на одну стомиллионную долю секунды, то мощность взрыва данного боеприпаса могла бы возрасти почти в два раза. Увеличению мощности взрыва при том же количестве делящегося вещества способствует также отражатель нейтронов.

Таким образом, главными элементами ядерного заряда, основанного на реакции деления, являются делящееся вещество (собственно ядерный заряд), искусственный источник нейтронов, заряд обычного взрывчатого вещества и отражатель нейтронов.

В зависимости от назначения ядерный заряд помещают в ту или иную оболочку (головную часть ракеты, корпус авиационной бомбы, артиллерийский снаряд и т. п.) и снабжают соответствующим взрывным устройством, обеспечивающим взрыв боеприпаса при достижении им заданных координат относительно цели.

1.7. ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ТЕРМОЯДЕРНЫХ ЗАРЯДОВ

Рассмотрим термоядерный заряд, в котором в качестве термоядерного горючего используется смесь изотопов водорода – дейтерия и
трития.

Реакция соединения легких ядер возможна лишь при очень высокой температуре, достигающей десятков миллионов градусов. Поскольку такую температуру удалось получить пока лишь в зоне реакции ядерного взрыва, в качестве запального устройства в термоядерных зарядах используются ядерные заряды деления.

В термоядерном заряде вслед за взрывной реакцией деления, которая вызывает нагрев термоядерного горючего, происходит интенсивная реакция соединения ядер атомов дейтерия и трития, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии. В результате последней реакции возникает ядро атома гелия и свободный нейтрон (рис. 12); выделившаяся энергия распределяется между ядром атома гелия (около
4 Мэв) и нейтроном (около 14 Мэв).

Рис. 12. Схема реакции синтеза ядер дейтерия и трития

Принципиальная схема термоядерного заряда показана на рис. 13.

Надо отметить, что один из компонентов термоядерного горючего – тритий – радиоактивный газ, получаемый искусственным путем. Если же учесть сложность его получения, хранения и перевозки, то легко понять, что применение его в термоядерных зарядах сопряжено с большими неудобствами.

Рис. 13. Схема устройства термоядерного заряда типа "Деление - синтез"

Термоядерную реакцию синтеза оказалось возможным осуществить, использовав в качестве термоядерного горючего дейтерид лития - твердое вещество, представляющее собой соединение лития с дейтерием. Дейтерид лития во всех отношениях удобнее применять, чем газообразные дейтерий и тритий. К тому же производство лития не представляет больших трудностей; в земной коре его содержится около 0,0065 % (по весу), т. е. почти столько же, сколько и меди.

Термоядерная реакция с использованием дейтерида лития протекает следующим образом. При взаимодействии нейтронов с ядрами лития образуется тритий, который и вступает в реакцию с дейтерием. Образующиеся при этом нейтроны вновь взаимодействуют с литием и т. д. Таким образом, образование трития происходит в процессе самой реакции.

Образующиеся при термоядерных реакциях нейтроны обладают очень большой энергией. Такие нейтроны могут вызывать деление ядер урана-238. Это обстоятельство позволило создать комбинированные термоядерные заряды, в которых реакция синтеза используется как мощный источник быстрых нейтронов, обусловливающих деление большого числа ядер урана-238. В таких зарядах основная доля энергии получается в результате деления самого распространенного и более дешевого изотопа урана – 92U238.

Принципиальная схема комбинированного заряда показана на рис. 14.

Рис. 14. Схема устройства термоядерного заряда типа

"ДЕЛЕНИЕ - СИНТЕЗ - ДЕЛЕНИЕ"

Контрольные вопросы:

1. Дайте классификацию ядерных зарядов по способу высвобождения энергии.

2. Чем вызвана необходимость применения обычного ВВ в ядерных зарядах?

3. Какова роль отражателя нейтронов?

1.8. ЯДЕРНЫЕ БОЕПРИПАСЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ

ПО МОЩНОСТИ. ТРОТИЛОВЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ

К ядерным боеприпасам (ядерному оружию) относятся снаряженные ядерными зарядами боевые (головные) части ракет различных типов и назначения, авиационные бомбы, торпеды, глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и специальные инженерные мины (ядерные фугасы).

Мощность ядерных боеприпасов определяется не весом или размерами их, как мощность, например, обычных авиационных бомб или артиллерийских снарядов, а количеством освобождающейся при ядерном взрыве энергии. Эту энергию принято сравнивать с энергией взрыва соответствующего количества тротила. В связи с этим мощность ядерных боеприпасов выражают тротиловым эквивалентом, т. е. таким количеством тротила в тоннах, при взрыве которого выделяется такое же количество энергии, что и при взрыве данного ядерного заряда.

В настоящее время известны ядерные боеприпасы мощностью от нескольких тонн до нескольких десятков миллионов тонн.

Ядерные боеприпасы по мощности условно делят на пять калибров: сверхмалый, малый, средний, крупный и сверхкрупный. К сверхмалому калибру относят боеприпасы мощностью до 1 тыс. т, к малому – от 1 тыс. т до 10 тыс. т, к среднему – от 10 тыс. т до 100 тыс. т, к крупному – от 100 тыс. т до 1 млн. т, к сверхкрупному – свыше 1 млн. т.

1.9. СРЕДСТВА ДОСТАВКИ И НОСИТЕЛИ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ

Средствами доставки и носителями ядерного оружия в современных армиях являются: баллистические и крылатые ракеты, самолеты-носители, зенитные управляемые ракеты, артиллерия, подводные лодки и надводные корабли, вооруженные ракетами и торпедами с ядерным зарядом. Кроме того, ядерное оружие может применяться в виде ядерных фугасов.

Применение тех или иных средств доставки или носителей ядерного оружия определяется местом расположения и характером целей, мощностью применяемых ядерных боеприпасов и рядом других
факторов.

Баллистические ракеты позволяют наносить удары по объектам, находящимся на удалении от нескольких километров до нескольких тысяч километров. В зависимости от назначения эти ракеты подразделяются на стратегические, оперативно-тактические, а по принципу управления ими в полете – на управляемые и неуправляемые.

Баллистические ракеты стратегического назначения запускаются со стационарных или подвижных установок; ракеты оперативно-тактического и тактического назначения запускаются, как правило, с подвижных установок.

Управляемые ракеты с ядерными зарядами обладают достаточно высокой точностью стрельбы и используются для поражения любых объектов в пределах дальности их действия.

Неуправляемые баллистические ракеты имеют дальность стрельбы от нескольких километров до нескольких десятков километров. Эти ракеты предназначаются для поражения войсковых и тыловых объектов в бою и операции. Запуск их производится с подвижных установок, смонтированных на колесных или гусеничных шасси. Неуправляемые ракеты обладают хорошей маневренностью на поле боя, но точнсть их стрельбы относительно невелика.

К тактическим ракетам относится управляемый реактивный снаряд (УРС) "ЛАНС" с дальностью стрельбы до 150 км и ядерными зарядами мощностью 20, 50, 80 и 150 тыс. т.