Ядерное и термоядерное оружие

Использование ядерных материалов человеком

В 1939 г. немецкий ученый О. Ган обнаружил явление особого радио­активного распада ядер урана под действием нейтронов. Бомбардиров­ка ядер урана-235 нейтронами вызывает деление их на два осколка, мас­сы которых относятся примерно как 2:3. Среди осколков деления встре­чаются элементы от цинка до тербия с порядковыми номерами от 30 до 65 и массовыми числами от 70 до 160. Осколки деления ядер урана неста­бильны и претерпевают серию бета-распадов, превращаясь в конце кон­цов в стабильные ядра.

Характерной чертой таких цепочек является постепенное увеличе­ние периодов полураспада в направлении от начала цепочки к её концу. Избыток энергии осколков деления уносится нейтронами и гамма-квантами (гамма-лучами). При делении ядер урана обычно испускается 2-3 нейтрона, с меньшей вероятностью могут быть ва­рианты с вылетом одного, четырех и даже пяти нейтронов. Средняя энергия нейтронов деления около 2 МэВ. Среднее количес­тво гамма-квантов, испускаемых возбужденными ядрами осколков, около 8. Каждый из них несет энергию в количестве 0,9 МэВ.

Вылетевшие нейтроны в свою очередь могут бомбардировать другие ядра урана и таким образом продолжить процесс их деления. Отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении, называется коэффици­ентом размножения нейтронов. В реальных условиях часть этих ней­тронов будет поглощаться примесями к урану-235, часть уйдет за пределы урановой массы. Но достаточно числу нейтронов в каждом цикле увеличиться более чем в 1 раз (коэффициент размножения больше 1), как развивается цепной процесс деления. При делении атомов, содержащихся в 1 грамме урана-235, выделяется энергия эквивалентная сгоранию 3000 тонн каменного угля или 2000 тонн нефти. Для получения цепной реакции необходи­ма определенная масса урана, которая называется критической.

В то время немецкие ученые не смогли получить цепную реак­цию деления ядер урана, но открытие О.Гана предопределило нача­ло эры использования атомной энергии человеком.

2 декабря 1942 года, на спортивной площадке Чикагского универ­ситета группой физиков-атомщиков под руководством великого италь­янского ученого Э.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 г. 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. Первая советс­кая атомная бомба 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 х 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.

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-137и стронций-90.

Рис. 9. 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 (И.В. Савельев, 1987).

Дата добавления: 2015-06-04