Типы ядерных реакций. Виды ядерных взрывов

Из истории создания ядерного оружия

На рубеже XIX и XX веков изучением атома занимались главным образом европейские ученые. Английский ученый Томсон предложил модель атома, который представляет собой положительно заряженное вещество с вкрапленными электронами. Француз Беккерель открыл радиоактивность в 1896 г. Он показал, что все вещества, содержащие уран, радиоактивны, причем, радиоактивность пропорциональна содержанию урана.

Французы Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивный элемент радий в 1898. Они сообщили, что им удалось из урановых отходов выделить некий элемент, обладающий радиоактивностью и близкий по химическим свойствам к барию. Радиоактивность радия примерно в 1 млн. раз больше радиоактивности урана.

Англичанин Резерфорд в 1902 году разработал теорию радиоактивного распада, в 1911 году он же открыл атомное ядро, и в 1919 году наблюдал искусственное превращение ядер.

А.Эйнштейн, живший до 1933 года в Германии, в 1905 году разработал принцип эквивалентности массы и энергии. Он связал эти понятия и показал, что определенному количеству массы соответствует определенное количество энергии.

Датчанин Н.Бор в 1913 г. разработал теорию строения атома, которая легла в основу физической модели устойчивого атома.

Дж. Кокфорт и Э. Уолтон (Англия) в 1932 г. экспериментально подтвердили теорию Эйнштейна.

Дж.Чедвик в том же году открыл новую элементарную частицу - нейтрон.

Д.Д. Иваненко в 1932 г. выдвинул гипотезу о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.

Э.Ферми использовал нейтроны для бомбардировки атомного ядра (1934 г.).

В 1937 году Ирен Жолио-Кюри открыла процесс деления урана. У Ирен Кюри и ее ученика-югослава П. Савича результат получился невероятный: продуктом распада урана был лантан - 57-ой элемент, расположенный в середине таблицы Менделеева.

Майтнер, которая в течении 30 лет работала у Гана, вместе с О. Фришем, работавшим у Бора, обнаружили, что при делении ядра урана части, полученные после деления, в сумме на 1/5 легче ядра урана. Это им позволило по формуле Эйнштейна посчитать энергию, содержащуюся в 1 ядре урана. Она оказалась равной 200 млн. электрон-вольт. В каждом грамме содержится 2.5X1021 атомов.

В начале 40-х гг. 20 в. группой ученых в США были разработаны физические принципы осуществления ядерного взрыва. Первый взрыв произведен на испытательном полигоне в Аламогор до 16 июля 1945 г. В августе 1945 2 атомные бомбы мощностью около 20 кт каждая были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки.

Вскоре ядерное оружие было создано в СССР группой ученых во главе с академиком Курчатовым. В 1947 Советское правительство заявило, что для СССР больше нет секрета атомной бомбы. Потеряв монополию на ядерное оружие, США усилило начатые еще в 1942 работы по созданию термоядерного оружия. 1 ноября 1952 в США было взорвано термоядерное устройство мощностью 3 Мт. В СССР термоядерная бомба была впервые испытана 12 авг. 1953.

На сегодняшний день секретом ядерного оружия обладают кроме России и США также Франция, Германия, Великобритания, Китай, Пакистан, Индия, Италия.

Ядерное оружие и его боевые свойства.

Ядерное оружие (ЯО) - это оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза.

Ядерное оружие является наиболее мощным средством поражения, способным в короткие сроки уничтожить крупные группировки войск, создавать районы массовых разрушений и зоны радиоактивного заражения.

Ядерное оружие включает все виды ядерных боеприпасов и средства их доставки к цели.

Ядерным боеприпасом называются боевые (головные) части ракет, авиационных бомб, артиллерийские снаряды, торпеды и мины, снаряженные ядерным зарядом (ядерным зарядным устройством).

Ядерный заряд является основной частью боеприпаса и включает ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ). Различают ядерные заряды однофазные (заряды «деление»), двухфазные (заряды «деление - синтез»), трёхфазные (заряды «деление - синтез - деление»).

Виды ядерных зарядов:

Атомные заряды.

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаяся цепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критической массы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.

Термоядерные заряды.

Действие термоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер легких элементов. Для возникновения цепной термоядерной реакции необходима очень высокая (порядка нескольких миллионов градусов) температура, которая достигается взрывом обычного атомного заряда. В качестве термоядерного горючего используется обычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собой соединение лития-6 и дейтерия).

Нейтронные заряды.

Нейтронный заряд представляет собой особый вид термоядерного заряда, в котором резко увеличен выход нейтронов. Для боевой части ракеты "Лэнс" на долю реакции синтеза приходится порядка 70% освобождающейся энергии.

Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов.

Мощность ядерных боеприпасов

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кт) или в мегатоннах (Мгт).

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:

Сверхмалый (менее 1кТ)

Малый (от 1 до 10 кТ)

Средний (от 10 до 100 кТ)

Крупный (от 100 кТ до 1 МгТ)

Сверхкрупный (свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными-сверхмалого и малого калибров.

Поражающие факторы ядерного взрыва и их характеристика. Защита от поражающих факторов .

Ядерный взрыв - процесс деления тяжелых ядер. Для того чтобы произошла реакция, необходимо как минимум 10 кг высокообогащенного плутония. В естественных условиях это вещество не встречается. Данное вещество получается в результате реакций, производимых в ядерных реакторах. Естественный уран содержит приблизительно 0,7 процентов изотопа U-235, остальное - уран 238. Для осуществления реакции необходимо, чтобы в веществе содержалось не менее 90 процентов урана 235.

В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

Воздушный (высокий и низкий)

Наземный (надводный)

Подземный (подводный)

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна

Световое излучение

Проникающая радиация

Радиоактивное заражение местности

Электромагнитный импульс

Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. Она действует продолжительное время и обладает большой разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек-2000 м, за 8 сек - около 3000 м. Это служит обоснованием норматива № 5 ЗОМП "Действия при вспышке ядерного взрыва": отлично - 2 сек, хорошо - 3 сек, удовлетврительно-4 сек.

Поражающее действие ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства, прежде всего, определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте.

Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери войск могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны.

Ударная волна способна наносить поражения и в закрытых помещениях, проникая туда через щели и отверстия. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые.

Легкие поражения характеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией, ушибами и вывихами конечностей.

Поражение средней тяжести характеризуются кратковременной потерей сознания с последующими тяжёлыми головными болями, нарушениями памяти, повреждением органов слуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами конечностей.

Тяжелые поражения характеризуются сильной контузией всего организма; при этом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости, сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей.

Степень поражения ударной волной зависит, прежде всего, от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кт легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние - до 2 км, тяжелые - до 1,5 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва. При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. Кроме того, при этих видах взрывов часть энергии расходуется на создание ударной волны и в воздухе.

Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

От воздействия ударной волны защищают убежища, в большой степени ослабляют её воздействие укрытия. На значительном расстоянии от места взрыва защитой могут служить складки местности и местные предметы.

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Она состоит из нагретых до высокой температуры паров веществ ядерного боеприпаса, воздуха, а при наземных взрывах - и частиц грунта. Размеры светящейся области и время её свечения зависят от мощности, а форма - от вида взрыва. Световое излучение распространяется со скоростью около 300 тыс. км/ч, т.е. практически мгновенно. Время действия светового излучения для ядерных взрывов сверхмалой мощности составляет около 0,2 с, малой мощности 1-2 с, средней мощности 2-5 с, крупной мощности 5-10 с и сверхкрупной мощности 20-40 с. Яркость светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость Солнца.

Распространение светового излучения в большей степени зависит от прозрачности атмосферы. В дождливую, снежную погоду, при сильном тумане, в запылённом (задымлённом) воздухе действие светового излучения значительно слабее.

Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенение горючего материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может приводить к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному применению зажигательного оружия.

Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения.

Ожоги, вызываемые световым излучением, не отличаются от обычных, вызываемых огнем или кипятком. они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем больше мощность боеприпаса.

При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности.

В зависимости от воспринятого светового импульса ожоги делятся на четыре степени.

Ожоги первой степени проявляются в поверхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности и отёки.

При ожогах второй степени на коже появляются пузыри.

При ожогах третьей степени наблюдается омертвление кожи и образование язв.

При четвёртой степени - обугливание кожи.

При воздушном взрыве боеприпаса мощностью 20 кт и прозрачности атмосферы порядка 25 км ожоги первой степени будут наблюдаться в радиусе 4,2 км от центра взрыва; при взрыве заряда мощностью 1 Мгт это расстояние увеличится до 22,4 км. Ожоги второй степени проявляются на расстояниях 2,9 и 4,4 км и ожоги третьей степени - на расстояниях 2,4 и 12,8 км соответственно для боеприпасов мощностью 20 кТ и 1 Мгт.

Вспышка ядерного взрыва служит первым сигналом для принятия мер защиты. Любая непрозрачная преграда, любой объект создающий тень, может служить защитой от светового излучения.

От воздействия светового излучения защищают убежища и укрытия, а также складки местности.

Проникающая радиация представляет собой невидимый поток гамма - лучей и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва. Время действия гамма - лучей до 10 - 15 с, нейтронов - доли секунды. Гамма - лучи и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва на сотни метров и даже на расстояния до 2 - 3 км. С увеличением расстояния от взрыва количество гамма - лучей и нейтронов, проходящее через единицу поверхности, уменьшается.

При подземном и подводном ядерных взрывах действие проникающей радиации распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных и воздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма лучей водой.

Зоны поражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов средней и большой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световым излучением. Для боеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее) наоборот, зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.

Поражающее действие проникающей радиации определяется способностью гамма лучей и нейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Проходя через живую ткань, гамма лучи и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которые приводят к нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влиянием ионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевой болезнью.

Для оценки ионизации атомов среды, а следовательно, и поражающего действия проникающей радиации на живой организм введено понятие дозы облучения (или дозы радиации), единицей измерения которой является рентген (Р). Доза поглощения радиации измеряется в радах (рад). Соотношение между рентгеном и радом зависит от материала среды (для биологической ткани 1 Р = 0,93 рад). Дозе радиации 1 Р соответствует образование в одном кубическом сантиметре воздуха приблизительно 2 миллиардов пар ионов.

В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни.

Первая возникает при получении человеком дозы от 100 до 250 Р. Она характеризуется общей слабостью, легкой тошнотой, кратковременным головокружением, повышением потливости; личный состав, получивший такую дозу, обычно не выходит из строя.

Вторая степень лучевой болезни развивается при получении дозы 250-400 Р; в этом случае признаки поражения - головная боль, повышение температуры, желудочно-кишечное расстройство - проявляются более резко и быстрее, личный состав в большинстве случаев выходит из строя. В большинстве случаев лучевая болезнь второй степени заканчивается выздоровлением поражённых через 1,5 - 2 месяца.

Третья степень лучевой болезни возникает при дозе 400 - 700 Р; она характеризуется тяжелыми головными болями, тошнотой, сильной общей слабостью, головокружением, жаждой, рвотой, поносом, часто с кровью, кровоизлияниями во внутренние органы, изменениями в составе крови и другими недомоганиями. Выздоровление может наступить через несколько месяцев при своевременном и эффективном лечении. Нередко приводит к смертельному исходу.

Четвёртая степень возникает при дозах радиации выше 700 Р и приводит к смертельному исходу.

При дозах 1000 Р и более развивается молниеносная форма лучевой болезни, при которой личный состав быстро теряет боеспособность и погибает через несколько дней.

Допустимые дозы облучения людей:

однократная - 50 Р;

многократная:

В течение 10 суток - 100 Р;

В течение 3 месяцев - 200 Р;

В течение года - 300 Р.

Защитой от проникающей радиации являются убежища. Ослабляют воздействие проникающей радиации на человека укрытия, складки местности и местные предметы.

Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных объектов при ядерном взрыве обусловлено выпадением радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва и образованием наведённой радиоактивности в грунте вследствие воздействия нейтронного потока.

При выпадении радиоактивной пыли на местности образуются зоны заражения, пребывание в которых может представлять опасность для жизни и здоровья людей. С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается, особенно в первые часы после взрыва. Так, если через час после взрыва уровень радиации составит 1100 Р/ч, то через 7 часов он будет равен примерно 10 Р/ч, а через 49 часов 1 Р/ч.

При взрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается делению, а выпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованием альфа частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами, образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих в состав грунта. Образовавшиеся изотопы, как правило, бета-активны, распад многих из них сопровождается гамма-излучением. Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики: от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в районе, близком к его эпицентру. Основная часть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятия облака для боеприпаса мощностью 10 кт равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 Мгт она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадают сначала наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по пути движения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака. Размеры следа зависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса, а также от скорости ветра и могут достигать в длину несколько сотен и в ширину нескольких десятков километров. Поражения в результате внутреннего облучения появляются в результате попадания радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать сильную лучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивных веществ, попавших в организм. На вооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные вещества не оказывают вредного воздействия.

Протяжённость зон заражения составляет десятки и сотни километров.

Техника и различные объекты при расположении их в зонах заражения или при движении через зоны также подвергаются радиоактивному заражению. Интенсивность радиоактивного заражения местности и объектов оценивается уровнем радиации, который измеряется в рентгенах в час или миллирентгенах в час (мР/ч).

Предельно допустимые величины заражения различных объектов

Размеры зон радиоактивного заражения зависят от мощности и вида взрыва, а также скорости ветра и могут достигать нескольких километров в ширину и нескольких десятков и даже сотен километров в длину. Особенно сильное радиоактивное заражение создаётся при наземных и подземных взрывах, как в районе взрыва, так и по пути движения радиоактивного облака.

По степени заражения и возможным последствиям внешнего облучения на зараженной местности принято выделять зоны умеренного (зона А), сильного (зона Б), опасного (зона В), чрезвычайного (зона Г) заражения.

Зоны заражения характеризуются дозами радиации на местности за время полного распада радиоактивных веществ, которые для дальней (внешней) границы зоны А равны 40 Р, а для ближней (внутренней) - 400 Р, для Б - 400 и 1200 Р, для зоны В - 1200 - 4000 Р соответственно. На дальней границе зоны Г доза радиации равна 4000 Р, а в середине зоны - примерно 10000 Р.

Защитой от радиоактивного заражения служат убежища, ПРУ, а от попадания радиоактивных веществ на поверхность тела и внутрь организма, кроме того, и средства индивидуальной защиты.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) - это кратковременные, значительные по напряжённости электрические и магнитные поля, возникающие при взаимодействии гамма - излучения ядерного взрыва с окружающей средой.

Напряжённость этих полей зависит от мощности, высоты взрыва, расстояния от центра взрыва и свойств окружающей среды.

ЭМИ воздействует, прежде всего, на радиоэлектронную и электронную аппаратуру (пробой изоляции, порча полупроводниковых приборов, перегорание предохранителей, повреждение трансформаторов, перегорание плавких вставок и т.д.).

В начале 90-х годов в США стала зарождаться концепция, согласно которой вооруженные силы страны должны иметь не только ядерные и обычные вооружения, но и специальные средства, обеспечивающие эффективное участие в локальных конфликтах без нанесения противнику излишних потерь в живой силе и материальных ценностях.

Генераторы ЭМИ (супер ЭМИ можно эффективно использовать для вывода из строя электронной и электротехнической аппаратуры, для стирания информации в банках данных и порчи ЭВМ.

Теоретические исследования и результаты физических экспериментов показывают, что ЭМИ ядерного взрыва может привести не только к выходу из строя полупроводниковых электронных устройств, но и к разрушению металлических проводников кабелей наземных сооружений. Кроме того, возможно поражение аппаратуры ИСЗ, находящихся на низких орбитах.

Механизм генерации ЭМИ заключается в следующем. При ядерном взрыве возникают гамма и рентгеновское излучения и образуется поток нейтронов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из них так называемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20-40 км, то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого поля, создают токи, генерирующие ЭМИ. При этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т.е. магнитное поле Земли выполняет роль, подобную фазированной антенной решетки. В результате этого резко увеличивается напряженность поля, а следовательно, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Продолжительность данного процесса с момента взрыва от 1 - 3 до 100 нс.

Защита от ЭМИ обеспечивается экранированием линий энергоснабжения, связи и различных электро- и радиотехнических устройств. Наружные линии должны быть двухпроводными, изолированными от земли, с малоинерционными предохранителями. Электронное оборудование должно быть обеспечено разрядниками с низким порогом зажигания.

Определение

Ядерной реакцией называют процесс, который возникает в результате взаимодействия нескольких (обычно двух) сложных атомных ядер или элементарных частиц.

Под определение ядерной реакции подходит, в том числе, и упругое рассеяние частиц, при котором новые частицы не возникают, и не происходит возбуждения частиц, происходит только перераспределение энергии и импульса между ними.

Рассмотрим понятие ядерной реакции в узком смысле. В подобных реакциях среди исходных частиц имеется хотя бы одно ядро. Это ядро сталкивается с элементарной частицей или другим ядром. Как результат столкновения происходит ядерная реакция, и возникают новые частицы.

Обычно ядерные реакции проходят при действии ядерных сил, но возможны исключения. Так, расщепление ядра при воздействии на него $\gamma $- кванта с высокой энергией является ядерной реакцией, но эта реакция происходит под воздействием электромагнитных сил.

Универсальная и наглядная запись ядерной реакции заимствована их химии. В левой части записывают суму исходных частиц, ставят стрелку и в правой части пишут сумму конечных продуктов реакции. Так, выражение:

\[{}^1_1{p+{}^7_3{Li\to {}^1_0{n+}{}^7_4{Be}}}(1)\]

значит, что происходит ядерная реакция при бомбардировке изотопа лития протонами, в результате получают нейтрон и изотоп бериллия.

Ядерные реакции иногда записывают в символической форме: $A(a,bcd\dots)B$, где $A$ - ядро мишени; $a$ - бомбардирующая частица; $bcd$ - частицы, которые испускаются в ходе ядерной реакции, $B$ - остаточное ядро. Заметим, что в скобках, после запятой пишут более легкие продукты реакции, вне скобок, тяжелые. В символическом виде реакцию (1) можно записать как:

\[{}^7{Li\ \left(p,n\right)}{}^7{Be}\left(2\right).\]

Часто применяют еще более короткую запись ядерных реакций, при такой записи указывают только легкие частицы и не указывают ядра, которые участвовали в реакции. Так, запись ($p,n$) обозначает, что протон выбивает нейтрон, из какого - то ядра.

Количественно ядерные реакции описывают при помощи квантовой механики.

Типы ядерных реакций

Ядерные реакции делят в соответствии со следующими признаками:

По типу частиц, которые принимают участие в этих реакциях (реакции при участии заряженных частиц, например, электронов, протонов и т.д.), реакций проходящие под воздействием квантов, реакции при участи нейтронов.
По величине энергии частиц, которые вызывают ядерную реакцию. Реакции с участием нейтронов часто происходят при малых энергиях, порядка электрон-вольт. Ядерные реакции вызываемые $\gamma $- квантами и заряженными частицами возникают при средних энергиях в ${\approx 10}^6$эВ. Ядерные реакции, при которых возникают элементарные частицы, не существующие в свободном состоянии, протекают при больших энергиях в сотни и тысячи мега электрон-вольт.
По типу ядер, которые участвуют в ядерных реакциях: легкие, средние и тяжелые ядра.
В зависимости от характера превращений, которые происходят в реакции: испускание нейтронов, заряженных частиц, реакции захвата.
В зависимости от механизма взаимодействия при реакции: реакции, идущие через составное ядро и прямые ядерные реакции.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. В чем заключаются особенности ядерных реакций проходящих под воздействием $\gamma $- квантов?

Решение. Ядерные реакции, которые происходят при воздействии $\gamma $- квантов еще называют фотоядерными. Эти реакции вызваны электромагнитными взаимодействиями.

Если энергия $\gamma $- кванта мала, то квант при взаимодействии с ядром испытывает только упругое рассеяние. Если энергия $\gamma $ кванта увеличивается, то появляется возможность реализации реакций типа ($\gamma ,n$); ($\gamma ,p$); ($\gamma ,\ 2n$) и т.д. Эти реакции аналогичны поглощению $\gamma -$квантов атомами, называют такие реакции ядерным фотоэффектом. При делении ядер велика вероятность реакции фотоделения ядра ($\gamma ,f$). Если энергии больше порога рождения мезона, то вместе с расщеплением ядра происходит процесс фоторождения, например, пионов.

Для реализации фотоядерных реакций энергия $\gamma $- кванта должна быть больше, чем энергия освобождения соответствующей частицы или группы частиц из ядра.

Особенностью фотоядерных реакций является существование огромных резонансов в сечениях поглощения $\gamma $ - квантов - больших и широких максимумов в зависимости эффективных сечений от энергии квантов. Для легких ядер (${}^{12}{C,\ {}^{16}O}$) этот максимум находится в области 20-25 МэВ, для средних и тяжелых: 13-18 МэВ. Ширина максимума составляет 3-4 МэВ. Максимальный вклад в полное сечение поглощения $\gamma $- квантов в области большого резонанса вносят реакции ($\gamma ,n$); ($\gamma ,p$). Сечение поглощения $\gamma $- квантов ядрами даже в области резонанса на один - два порядка меньше, сечения поглощения таких же $\gamma $- квантов, вызываемого атомными электронами. Фотоядерные реакции мало влияют на поглощение $\gamma $ - излучения веществом.

Энергетическое и угловое распределение частиц, вылетающих при ядерном фотоэффекте, не согласуется с концепцией Бора, так как считают, что поглощение $\gamma $ - кванта происходит на поверхности ядра одним или несколькими нуклонами. \textit{}

Пример 2

Задание. Что такое составное ядро при ядерных реакциях?

Решение. Многие ядерные реакции, которые протекают при невысоких энергиях, проходят через стадию образования, так называемого составного ядра (рис.1(С)).

Составное (промежуточное) ядро находится в возбужденном состоянии, время его жизни порядка $\tau \approx {10}^{-15}c$.

составного ядра ввел Н. Бор. Частица, которая проникает внутрь ядра, обычно сильно взаимодействует с его нуклонами, при этом энергия ее взаимодействия составляет примерно тот же порядок, что и кинетическая энергия сомой частицы. Поэтому вероятность захвата частицы ядром велика. Частица застревает в ядре, в результате взаимодействия с нуклонами энергия частицы уменьшается, частица довольно долго не может покинуть ядро. Частица, попав в ядро, теряет индивидуальность, и рассматривается как система новых нуклонов, присоединяясь к старым нуклонам ядра. Возникшая система нуклонов считается промежуточным ядром.

Составное ядро появляется в возбужденном состоянии и стремится потерять энергию возбуждения за счет возможного процесса. Это ядро принципиально схоже с радиоактивным ядром. Примером одного из возможных механизмов радиоактивного превращения может быть следующий: энергия захваченной частицы распределяется случайным образом между нуклонами составного ядра и в результате флуктуации концентрируется на одной из частиц. Эта частица вылетает из ядра. Совсем не обязательно, что вылетает из ядра та же частица, что была захвачена ядром.

Так, процесс столкновения частицы $a$ (рис.1) с ядром ($X$)разбивают на два этапа:

Частица $a$ сближается с ядром $X$, образуется составное ядро C, которое находится в возбужденном состоянии.
На втором этапе происходит распад составного ядра, при котором образуется новое ядро $Y$ и частица $b$.

Ядерная реакция изображается схемой.

Ядерным оружием называются боеприпасы, поражающее действие которых основано на использовании внутриядерной энергии, высвобождающейся при взрывных ядерных реакциях (деления, синтеза или того и другого одновременно). Для доставки этого оружия к цели используются ракеты, авиация и другие средства.

Ядерные боеприпасы в зависимости от способа получения энергии подразделяются на три основных вида:

ядерные , в которых используется энергия, выделяющаяся в результате деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония и др.);

термоядерные, использующие энергию, выделяющуюся при синтезе легких элементов (водорода, дейтерия, трития и др.) с образованием более тяжёлого ядра.

нейтронные - разновидность боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности, отличающимся высоким выходом нейтронного излучения.

Для получения ядерной энергии путем деления используются ядра изотопов урана с атомным весом 233 и 235 (233 U и 235 U) и плутония - 239 (239 Pu), делящиеся под воздействием нейтронов. Связь частиц во всех ядрах обусловлена сильным взаимодействием. В крупных ядрах тяжелых элементов эта связь слабее, поскольку электростатические силы отталкивания между протонами как бы «разрыхляют» ядро. Распад ядра тяжелого элемента под действием нейтрона на два быстро летящих осколка сопровождается высвобождением большого количества энергии, испусканием гамма - квантов и нейтронов. Благодаря тому, что при распаде ядер число нейтронов резко возрастает, реакция деления может мгновенно охватить все ядерное горючее.

Изотопа 235 U, необходимого для создания ядерного заряда, в природном уране содержится всего 0,7%, остальное - стабильный изотоп 238 U. Для получения достаточного количества разделяющегося материала производят обогащение природного урана, и это было одной из самых сложных в техническом плане задач при создании атомной бомбы. Плутоний получают искусственно - он накапливается в промышленных ядерных реакторах, за счет превращения 238 U в 239 Pu под действием потока нейтронов.

Поражающее действие ядерного взрыва зависит в основном от мощности боеприпаса и вида взрыва . Мощность ядерного взрыва измеряется тротиловым эквивалентом , то есть массой взрывчатого вещества тринитротолуола (тротила), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса . Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, тысячах тонн – килотоннах (кт) и миллионах тонн - мегатоннах (мт).

По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на сверхмалые (мощность взрыва до 1 кт), малые (мощность взрыва 1–10 кт), средние (мощность взрыва 10–100 кт), крупные (мощность взрыва 100 кт - 1 мт) и сверхкрупные (мощность взрыва более 1 мт).

Ядерное оружие – это один из основных видов оружия массового поражения. Оно способно в короткое время вывести из строя большое количество людей, разрушить здания и сооружения на обширных территориях. Массовое применение ядерного оружия чревато катастрофическими последствиями для всего человечества, поэтому ведётся его запрещение.

1.2 Виды ядерных зарядов

а) Атомные заряды.

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер

(уран-235, плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не

в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для

каждого вещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в

котором возможна саморазвивающаяся цепная ядерная реакция, называют

критической массой. Уменьшение критической массы будет наблюдаться при

увеличении плотности вещества.

Делящееся вещество в атомном заряде находится в подкритическом

состоянии. По принципу его перевода в надкритическое состояние атомные

заряды делятся на: пушечные и имплозивного типа.

В зарядах пушечного типа две и более 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 надкритичность, вследствие чего его

коэффициент полезного действия невелик. Достоинством схемы пушечного

типа является возможность создания зарядов малого диаметра и высокой

стойкости к действию 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 обжатия с помощью

взрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах представляется

возможность получить высокую надкритичность и, следовательно, высокий

коэффициент полезного использования делящегося вещества.

б) Термоядерные заряды.

Действие термоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер

легких элементов. Для возникновения цепной термоядерной реакции

необходима очень высокая (порядка нескольких миллионов градусов)

температура, которая достигается взрывом обычного атомного заряда. В

качестве термоядерного горючего используется обычно дейтрид лития-6

(твердое вещество, представляющее собой соединение лития-6 и дейтерия).

в) Нейтронные заряды.

Нейтронный заряд представляет собой особый вид термоядерного заряда,

в котором резко увеличен выход нейтронов. Для боевой части ракеты

"Лэнс" на долю реакции синтеза приходится порядка 70% освобождающейся

г) «Чистый" заряд.

Чистый заряд-это ядерный заряд, при взрыве которого выход долгоживущих

радиоактивных изотопов существенно снижен.

1.3 Конструкция и способы доставки

Основными элементами ядерных боеприпасов являются:

Система автоматики

Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы

автоматики, а также предохраняет их от механического, а в некоторых

случаях и от теплового воздействия. Система автоматики обеспечивает взрыв

ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или

преждевременное срабатывание. Она включает:

Систему предохранения и введения

Систему аварийного подрыва

Систему подрыва заряда

Источник питания

Систему датчиков подрыва

Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические

ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов.

Введение

1.ядерное оружие

виды ядерных зарядов

атомный заряд

термоядерный заряд

нейтронный заряд

чистый заряд

конструкция и способы доставки

мощность ядерных боеприпасов

виды ядерных взрывов

поражающие факторы ядерного взрыва

ударная волна

световое излучение

проникающая радиация

радиоактивное заражение

электромагнитный импульс

2.химическое оружие

определение химического оружия

отравляющие вещества

стойкость

физиологическое воздействие

средства и способы применения

характеристика основных ОВ

зоман
иприт

синильная кислота

3.биологическое оружие

определение

способы применения бактериологических средств

особенности поражения бактериологическими средствами

бактериологические средства

холера

сибирская язва

ботулизм

4.зажигательное оружие

определение зажигательного оружия

зажигательные вещества

напалмы

металлизированные смеси

термитные составы

белый фосфор

щелочные металлы

средства применения

5.перспективы лазерного оружия

лазерная локация (наземная, бортовая, подводная).

наземные лазерные дальномеры

наземные локаторы

бортовые лазерные системы

лазерные системы разведки

голографические индикаторы на лобовом стекле

6. Литература

Введение
На протяжении более чем 50-летнего периода после создания в СШA

ядерного оружия основой всех существовавших американских военных

стратегий, таких как "массированного возмездия" (50-е годы) , "гибкого

реагирования" (60-годы) , "реалистического устранения" (70-е годы),

определяющих цели, формы и способы использования этого варварского

сpедства уничтожения людей, всегда неизменным оставался принцип-

откровенный ядерный шантаж и угроза применения ядерного оружия в любых

условиях обстановки.

В таком же агрессивном духе "неоглобализма" сформулированы и основные

принципы американской военной политики на 90-е годы. В целом, если

проанализировать сущность и направленность современной политики США и

конкретные планы развития их стратегических сил, то достаточно четко

видны их агрессивные устремления. В условиях сложившегося военно-

стратегического паритета между США и РФ Вашингтон пытается придать своему ядерному потенциалу такие свойства, которые обеспечили бы возможность, по словам президента США, "одержать верх в ядерной войне". И хотя на современном этапе наблюдается потепление международной обстановки: подписано соглашение об уничтожении ракет средней дальности в Европе, построены заводы по уничтожению химического оружия, одностороннее сокращение ВС РФ и т.д. мы, как защитники своей Родины, должны быть готовы к ведению боевых действий в условиях применения оружия массового поражения. Это возможно в том случае, если мы будем знать мероприятия по защите от ОМП, его боевые свойства, поражающие факторы.

1. Ядерное оружие

1. Виды ядерных зарядов