Материал к проведению урока по теме "Применение ядерной энергии"
материал по физике (11 класс) по теме

Материал к уроку в 11 классе по теме «Применение ядерной энергии»

«Ядерное оружие»

Шабанова Галина Сергеевна

Учитель физики

КГКОУ «Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа №6»

Г. Красноярск

Путь к созданию атомной бомбы

В 1896 году французский химик Антуан Анри Беккерель открывает радиоактивность урана.

В 1899 году Эрнест Резерфорд обнаруживает альфа- и бета-лучи. В 1900 г. открыто гамма-излучение.

В эти годы открыты многие радиоактивные изотопы химических элементов: в 1898 г. Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри открыты полоний и радий, в 1899 Резерфордом открыт радон, а Дебьерном — актиний.

В 1903 году Резерфорд и Фредерик Содди опубликовали закон радиоактивного распада.

В 1921 г. Отто Ган, фактически, открывает ядерную изомерию.

В 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон, а Карл Д.Андерсон — позитрон.

В том же 1932 году в США Эрнест Лоуренс запустил первый циклотрон, а в Англии Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт впервые расщепили ядро атома: они разрушили ядро лития, обстреливая его на ускорителе протонами. Одновременно такой эксперимент был проведен в СССР.

В 1934 г. Фредерик Жолио-Кюри открыл искусственную радиоактивность, а Энрико Ферми разработал методику замедления нейтронов. В 1936 г. им было открыто селективное поглощение нейтронов.

В 1938 г. Отто Ган, Фриц Штрассман и Лиза Мейтнер открывают расщепление ядра урана при поглощении им нейтронов. С этого и начинается разработка ядерного оружия.

В 1940 г. Г. Н. Флёров и К. А. Петржак, работая в ЛФТИ, открыли спонтанное деление ядра урана.

Весной 1941 г. Ферми завершил разработку теории цепной ядерной реакции.

В июне 1942 г. Ферми и Г. Андерсоном в ходе опытов был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы, что открыло путь к созданию ядерного реактора.

2 декабря 1942 г. в США заработал первый в мире ядерный реактор, осуществлена первая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

17 сентября 1943 г. стартовал Манхэттенский проект.

16 июля 1945 г. в США в пустыне под Аламогордо (штат Нью-Мексико) испытано первое ядерное взрывное устройство Gadget (одноступенчатое, на основе плутония).

В августе 1945 г. на японские города американцами были сброшены первые атомные бомбы Малыш (6 августа, Хиросима) и Толстяк (9 августа, Нагасаки)..

Я́дерное ору́жие (или а́томное ору́жие) — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражения наряду с биологическим и химическим оружием.

 Ядерный боеприпас — оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Ядерный клуб

США - Россия - Великобритания - Франция - КНР - Индия - Израиль - Пакистан - КНДР

Поражающие факторы ядерного взрыва

При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв, поражающими факторами которого являются:

ударная волна

световое излучение

проникающая радиация

радиоактивное заражение

электромагнитный импульс (ЭМИ)

рентгеновское излучение

Ударная волна

 Самое страшное проявление взрыва не гриб, а быстротечная вспышка и образованная ею ударная волна

Большая часть разрушений, причиняемых ядерным взрывом, вызывается действием ударной волны. Ударная волна представляет собой скачок уплотнения в среде, который движется со сверхзвуковой скоростью (более 350 м/с для атмосферы). При атмосферном взрыве скачок уплотнения — это небольшая зона, в которой происходит почти мгновенное увеличение температуры, давления и плотности воздуха. Непосредственно за фронтом ударной волны происходит снижение давления и плотности воздуха, от небольшого понижения далеко от центра взрыва и почти до вакуума внутри огненной сферы. Следствием этого снижения является обратный ход воздуха и сильный ветер вдоль поверхности со скоростями до 100 км/час и более к эпицентру.[3] Ударная волна разрушает здания, сооружения и поражает незащищенных людей, а близко к эпицентру наземного или очень низкого воздушного взрыва порождает мощные сейсмические колебания, способные разрушить или повредить подземные сооружения и коммуникации, травмировать находящихся в них людей.

Большинство зданий, кроме специально укрепленных, серьезно повреждаются или разрушаются под воздействием избыточного давления 2160-3600 кг/м² (0,22-0,36 атм).

Энергия распределяется по всему пройденному расстоянию, из-за этого сила воздействия ударной волны уменьшается пропорционально кубу расстояния от эпицентра.

Защитой от ударной волны для человека являются убежища. На открытой местности действие ударной волны снижается различными углублениями, препятствиями, складками местности.

Оптическое излучение

Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра. Источником светового излучения является светящаяся область взрыва — нагретые до высоких температур и испарившиеся части боеприпаса, окружающего грунта и воздуха. При воздушном взрыве светящаяся область представляет собой шар, при наземном — полусферу.

Максимальная температура поверхности светящейся области составляет обычно 5700-7700 °C. Когда температура снижается до 1700 °C, свечение прекращается. Световой импульс продолжается от долей секунды до нескольких десятков секунд, в зависимости от мощности и условий взрыва. Приближенно, продолжительность свечения в секундах равна корню третьей степени из мощности взрыва в килотоннах. При этом интенсивность излучения может превышать 1000 Вт/см² (для сравнения — максимальная интенсивность солнечного света 0,14 Вт/см²).

Результатом действия светового излучения может быть воспламенение и возгорание предметов, оплавление, обугливание, большие температурные напряжения в материалах.

При воздействии светового излучения на человека возникает поражение глаз и ожоги открытых участков тела, а также может возникнуть поражение и защищенных одеждой участков тела.

Защитой от воздействия светового излучения может служить произвольная непрозрачная преграда.

В случае наличия тумана, дымки, сильной запыленности и/или задымленности воздействие светового излучения также снижается

Проникающая радиация

Проникающая радиация (ионизирующее излучение) представляет собой гамма-излучение и поток нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва в течение единиц или десятков секунд.

Радиус поражения проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы поражения от светового излучения и ударной волны, поскольку она сильно поглощается атмосферой. Проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов, однако ядерный заряд может быть специально сконструирован таким образом, чтобы увеличить долю проникающей радиации для нанесения максимального ущерба живой силе (так называемое нейтронное оружие). На больших высотах, в стратосфере и космосе проникающая радиация и электромагнитный импульс — основные поражающие факторы.

Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, электронных, оптических и других приборах за счет нарушения кристаллической решетки вещества и других физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма-излучение и поток нейтронов. Разные материалы по-разному реагируют на эти излучения и по-разному защищают.

От гамма-излучения хорошо защищают материалы, имеющие элементы с высокой атомной массой (железо, свинец, низкообогащённый уран), но эти элементы очень плохо ведут себя под нейтронным излучением: нейтроны относительно хорошо их проходят и при этом генерируют вторичные захватные гамма-лучи, а также активируют радиоизотопы, надолго делая саму защиту радиоактивной (например, железную броню танка; свинец же не проявляет вторичной радиоактивности). Пример слоёв половинного ослабления проникающего гамма-излучения[4]: свинец 2 см, сталь 3 см, бетон 10 см, каменная кладка 12 см, грунт 14 см, вода 22 см, древесина 31 см.

Нейтронное излучение в свою очередь хорошо поглощается материалами, содержащими лёгкие элементы (водород, литий, бор), которые эффективно и с малым пробегом рассеивают и поглощают нейтроны, при этом не активируются и гораздо меньше выдают вторичное излучение. Слои половинного ослабления нейтронного потока: вода, пластмасса 3 — 6 см, бетон 9 — 12 см, грунт 14 см, сталь 5 — 12 см, свинец 9 — 20 см, дерево 10 — 15 см. Лучше всех материалов поглощают нейтроны водород (но в газообразном состоянии он имеет малую плотность), гидрид лития и карбид бора.

Идеального однородного защитного материала от всех видов проникающей радиации нет, для создания максимально лёгкой и тонкой защиты приходится совмещать слои различных материалов для последовательного поглощения нейтронов, а затем первичного и захватного гамма-излучения (например, многослойная броня танков, в которой учтена и радиационная защита; защита оголовков шахтных пусковых установок из ёмкостей с гидратами лития и железа с бетоном), а также применять материалы с добавками. Универсальны широко применяемые в строительстве защитных сооружений бетон и увлажнённая грунтовая засыпка, содержащие и водород и относительно тяжёлые элементы. Очень хорош для строительства бетон с добавкой бора (20 кг B4C на 1 м³ бетона), при одинаковой толщине с обычным бетоном (0,5 — 1 м) он обеспечивает в 2 — 3 раза лучшую защиту от нейтронной радиации и подходит для защиты от нейтронного оружия[5].

Радиоактивное заражение

Радиоактивное заражение — результат выпадения из поднятого в воздух облака значительного количества радиоактивных веществ. Три основных источника радиоактивных веществ в зоне взрыва — продукты деления ядерного горючего, не вступившая в реакцию часть ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов (наведенная радиоактивность).

Оседая на поверхность земли по направлению движения облака, продукты взрыва создают радиоактивный участок, называемый радиоактивным следом. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва. Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от окружающих условий.

Радиоактивные продукты взрыва испускают три вида излучения: альфа, бета и гамма. Время их воздействия на окружающую среду весьма продолжительно.

В связи с естественным процессом распада радиоактивность уменьшается, особенно резко это происходит в первые часы после взрыва.

Поражение людей и животных воздействием радиационного заражения может вызываться внешним и внутренним облучением. Тяжелые случаи могут сопровождаться лучевой болезнью и летальным исходом.

Установка на боевую часть ядерного заряда оболочки из кобальта вызывает заражение территории опасным изотопом 60Co (гипотетическая грязная бомба).

Взрыв повлиял и на космические аппараты. Три спутника были сразу выведены из строя электромагнитным импульсом. Заряженные частицы, появившиеся в результате взрыва, были захвачены магнитосферой Земли, в результате чего их концентрация в радиационном поясе Земли увеличилась на 2-3 порядка. Воздействие радиационного пояса привело к очень быстрой деградации солнечных батарей и электроники еще у семи спутников, в том числе и у первого коммерческого телекоммуникационного спутника Телстар 1. В общей сложности взрыв вывел из строя треть космических аппаратов, находившихся на низких орбитах в момент взрыва.

Эпидемиологическая и экологическая обстановка

Ядерный взрыв в населённом пункте, как и другие катастрофы, связанные с большим количеством жертв, разрушением вредных производств и пожарами, приведёт к тяжёлым условиям в районе его действия, что будет вторичным поражающим фактором. Люди, даже не получившие значительных поражений непосредственно от взрыва, с большой вероятностью могут погибнуть от инфекционных заболеваний  и химических отравлений. Велика вероятность сгореть в пожарах или просто расшибиться при попытке выйти из завалов.

ЭМИ

При ядерном взрыве в результате сильных токов в ионизованном радиацией и световым излучением воздухе возникает сильнейшее переменное электромагнитное поле, называемое электромагнитным импульсом (ЭМИ). Хотя оно и не оказывает никакого влияния на человека, воздействие ЭМИ повреждает электронную аппаратуру, электроприборы и линии электропередач. Помимо этого большое количество ионов, возникшее после взрыва, препятствует распространению радиоволн и работе радиолокационных станций. Этот эффект может быть использован для ослепления системы предупреждения о ракетном нападении.

Сила ЭМИ меняется в зависимости от высоты взрыва: в диапазоне ниже 4 км он относительно слаб, сильнее при взрыве 4-30 км, и особенно силён при высоте подрыва более 30 км

Возникновение ЭМИ происходит следующим образом:

Проникающая радиация, исходящая из центра взрыва, проходит через протяженные проводящие предметы.

Гамма-кванты рассеиваются на свободных электронах, что приводит к появлению быстро изменяющегося токового импульса в проводниках.

Вызванное токовым импульсом поле излучается в окружающее пространство и распространяется со скоростью света, со временем искажаясь и затухая.

д воздействием ЭМИ во всех проводниках индуцируется высокое напряжение. Это приводит к пробоям изоляции и выходу из строя электроприборов — полупроводниковые приборы, различные электронные блоки, трансформаторные подстанции и т. д. В отличие от полупроводников, электронные лампы не подвержены воздействию сильной радиации и электромагнитных полей, поэтому они длительное время продолжали применяться военными.

Большое значение ЭМИ имеет при высотном взрыве до 100 км и более. При взрыве в приземном слое атмосферы не оказывает решающего поражения малочувствительной электротехнике, его радиус действия перекрывается другими поражающими факторами. Но зато оно может нарушить работу и вывести из строя чувствительную электроаппаратуру и радиотехнику на значительных расстояниях — вплоть до нескольких десятков километров от эпицентра мощного взрыва, где прочие факторы уже не приносят разрушающий эффект. Может вывести из строя незащищённую аппаратуру в прочных сооружениях, расчитанных на большие нагрузки от ядерного взрыва (например ШПУ). На людей поражающего действия не оказывает.

Вторая попытка провести эти испытания была предпринята 9 июля 1962. Запущенная с помощью ракеты Тор ядерная боеголовка мощностью 1,45 мегатонны была приведена в действие на высоте 400 километров над атоллом Джонстон в Тихом океане.

Практически полное отсутствие воздуха на высоте 400 км воспрепятствовало образованию привычного ядерного гриба. Однако при высотном ядерном взрыве наблюдались другие интересные эффекты. На Гавайях на расстоянии 1500 километров от эпицентра взрыва под воздействием электромагнитного импульса три сотни уличных фонарей, телевизоры, радиоприемники и другая электроника вышли из строя. В небе в этом регионе более семи минут можно было наблюдать зарево. Его наблюдали и засняли на пленку с островов Самоа, расположенных в 3200 километрах от эпицентра.

Психологическое воздействие: Паника

Люди, оказавшиеся в районе действия взрыва, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое угнетающее воздействие от поражающего и устрашающего вида разворачивающейся картины ядерного взрыва, катастрофичности разрушений и пожаров, множества трупов и изувеченных живых вокруг, гибели родных и близких, осознания причинённого вреда своему организму. Результатом такого воздействия явится плохая психологическая обстановка среди выживших после катастрофы, а в последующем устойчивые негативные воспоминания, влияющие на всю последующую жизнь человека. В Японии есть отдельное слово, обозначающее людей, ставших жертвами ядерных бомбардировок — Хибакуся.

Именно психологическое воздействие от наличия ядерного оружия и страха перед его применением в XX веке не дало разразиться Третьей мировой войне с применением ядерного оружия.

Классификация ядерных боеприпасов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:

Атомные — однофазные или одноступенчатые устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжелых элементов (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов.

Водородные — двухфазные или двухступенчатые устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса. Первая стадия запускает вторую, в ходе которой выделяется наибольшая часть энергии взрыва. Термин термоядерное оружие используется в качестве синонима для водородного.

Реакция термоядерного синтеза, как правило, развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов.  Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах, в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма умеренной мощности. Примером служит относительно современная боеголовка W88, в которой первая секция (primary) содержит два слоя, вторая секция (secondary) имеет три слоя, и еще одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана-238 (см. рисунок).

Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие — двухфазный боеприпас малой мощности (от 1 кт до 25 кт), в котором 50 — 75 % энергии получается за счет термоядерного синтеза. Следует отметить мифический характер представлений о том, что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения. По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас.

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен: во-первых, распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва; во-вторых, просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества взрывчатого вещества.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

сверхмалые (менее 1 кт);

малые (1 — 10 кт);

средние (10 — 100 кт);

крупные (большой мощности) (100 кт — 1 Мт);

сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт).

Принцип действия

В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепная реакция деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза.

Для осуществления цепной реакции деления используются либо уран-235, либо плутоний-239, либо, в отдельных случаях, уран-233. Уран в природе встречается в виде двух основных изотопов — уран-235 (0,72 % природного урана) и уран-238 — всё остальное (99,2745 %). Обычно встречается также примесь из урана-234 (0,0055 %), образованная распадом урана-238. Однако, в качестве делящегося вещества можно использовать только уран-235. В уране-238 самостоятельное развитие цепной ядерной реакции невозможно (поэтому он и распространен в природе). Для обеспечения работоспособности ядерной бомбы содержание урана-235 должно быть не ниже 80 %. Поэтому при производстве ядерного топлива для повышения доли урана-235 и применяют сложный и крайне затратный процесс обогащения урана.

Альтернативой химическому процессу обогащения урана служит создание плутониевой бомбы на основе изотопа плутоний-239, который для увеличения стабильности физических свойств и улучшения сжимаемости заряда обычно легируется небольшим количеством галлия. Плутоний вырабатывается в ядерных реакторах в процессе длительного облучения урана-238 нейтронами.

Существуют две основные схемы подрыва делящегося заряда: пушечная, иначе называемая баллистической, и имплозивная.

Пушечная схема характерна для некоторых моделей ядерного оружия первого поколения, а также артиллерийских ядерных боеприпасов, имеющих ограничения по калибру орудия. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося вещества докритической массы (пуля) в другой — неподвижный (мишень). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится сверхкритической.

Классическим примером такой схемы является бомба Малыш (Little Boy), сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 г. Уран для её производства был добыт в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго). В бомбе Little Boy для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая мишень представляла собой цилиндр диаметром 100 мм, на который при выстреле надвигалась цилиндрическая пуля сверхкритической массы (38,5 кг) с соответствующим внутренним каналом. Такой интуитивно непонятный дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя (тампера). В результате риск преждевременного начала цепной реакции деления с неполным  энерговыделением снижался до нескольких процентов.

Имплозивная схема подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом обычной химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходяшейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из быстрой и медленной взрывчаток — ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) (см. анимацию).

 Принцип действия имплозивной схемы подрыва — по периметру делящегося вещества взрываются заряды конвенционального ВВ, которые создают взрывную волну сжимающее вещество в центре и инициирующее цепную реакцию.

По такой схеме был исполнен и первый ядерный заряд (ядерное устройство Gadget (англ. gadget — приспособление), взорванный на башне в испытательных целях в ходе испытаний с выразительным названием Trinity (Троица) 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью-Мексико), и вторая из примененных по назначению атомных бомб — Толстяк (Fat Man), сброшенная на Нагасаки. Фактически, Gadget был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы Толстяк. В этой первой атомной бомбе в качестве нейтронного инициатора был использован так называемый ёжик (англ. urchin). Впоследствии эта схема была признана малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем.

Следует отметить, что описанная схема сферической имплозии является архаичной и с середины 1950-х годов почти не применяется.

Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципе деления тяжёлых элементов, ограничивается десятками килотонн. Энерговыход (англ. yield) однофазного боеприпаса, усиленного термоядерным зарядом внутри делящейся сборки, может достигать сотен килотонн. Создать однофазное устройство мегатонного класса практически невозможно, увеличение массы делящегося вещества не решает проблему. Дело в том, что энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает сборку со скоростью порядка 1000 км/с, поэтому она быстро становится докритической и бо́льшая часть делящегося вещества не успевает прореагировать. Например, в сброшенной на город Нагасаки бомбе Толстяк успело прореагировать не более 20 % из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившей Хиросиму бомбе Малыш с пушечной сборкой распалось только 1,4 % из 64 кг обогащенного примерно до 80 % урана. Самый мощный в истории однофазный (британский) боеприпас, взорванный в ходе испытаний Orange Herald в 1957 г., достиг мощности 720 кт.

Боевой железнодорожный ракетный комплекс БЖРК 15П961 Молодец c межконтинентальной ракетой с ядерной боеголовкой. Снят с вооружения в 90-х годах

Средством доставки ядерного боеприпаса к цели может быть практически любое тяжелое вооружение.Исторически самолеты были первыми средствами доставки ядерного оружия, и именно с помощью самолетов было выполнено единственное в истории боевое ядерное бомбометание:

Договор СНВ-1 делил все баллистические ракеты по дальности на:

Межконтинентальные (МБР) с  дальностью более 5500 км;

Ракеты средней дальности (от 1000 до 5500 км);

Ракеты меньшей дальности (менее 1000 км).

Кроме ядерных зарядов, доставляемых техническими носителями, существуют ранцевые боеприпасы небольшой мощности, переносимые человеком, и предназначенные для использования диверсионными группами.

По назначению средства доставки ядерного оружия делится на:

тактическое, предназначенное для поражения живой силы и боевой техники противника на фронте и в ближайших тылах. К тактическому ядерному оружию обычно относят и средства поражения морских, воздушных, и космических целей;

оперативно-тактическое — для уничтожения объектов противника в пределах оперативной глубины;

стратегическое — для уничтожения административных, промышленных центров и иных стратегических целей в глубоком тылу противника.

Нейтро́нное ору́жие — разновидность ядерного оружия, у которого искусственно увеличена доля энергии взрыва, выделяющаяся в виде нейтронного излучения для поражения живой силы, вооружения противника и радиоактивного заражения местности при ограниченных поражающих воздействиях ударной волны и светового излучения. Из-за быстрого поглощения нейтронов атмосферой малоэффективны нейтронные боеприпасы большой мощности; эквивалентный тоннаж нейтронных боезарядов обычно не превышает нескольких килотонн и их относят к тактическому ядерному оружию.

Нейтронный заряд конструктивно представляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок, содержащий небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития с большим содержанием последнего, как источника быстрых нейтронов). При подрыве взрывается основной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции. Большая часть энергии взрыва при применении нейтронного оружия выделяется в результате запущенной реакции синтеза. Конструкция заряда такова, что до 80 % энергии взрыва составляет энергия потока быстрых нейтронов, и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы (ударную волну, электромагнитный импульс, световое излучение)

Мощный поток нейтронов не задерживается обычной стальной бронёй и намного сильнее проникает сквозь преграды, чем рентгеновское или гамма-излучение, не говоря уже об альфа- и бета- частицах. В частности, 150 мм броневой стали задерживают до 90 % гамма-излучения и лишь 20 % быстрых нейтронов. Благодаря этому нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра взрыва и в бронетехнике, где обеспечивается надёжная защита от поражающих факторов обычного ядерного взрыва. Наиболее сильными защитными свойствами обладают материалы, в состав которых входит водород - например, вода, парафин, полиэтилен, полипропилен и т.д. По конструктивным и экономическим соображениям защиту часто выполняют из бетона, влажного грунта — 25-35 см этих материалов ослабляют поток быстрых нейтронов в 10 раз, а 50 см — до 100 раз[1], поэтому стационарные фортификационные сооружения обеспечивают надёжную защиту как от обычных, так и от нейтронных ядерных боеприпасов.

Поражающее действие нейтронного оружия на технику обусловлено взаимодействием нейтронов с конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению наведённой радиоактивности и, как следствие, нарушению функционирования. В биологических объектах под действием излучения происходит ионизация живой ткани, приводящая к нарушению жизнедеятельности отдельных систем и организма в целом, развитию лучевой болезни. На людей действует как само нейтронное излучение, так и наведённая радиация. В технике и предметах под действием потока нейтронов могут образовываться мощные и долго действующие источники радиоактивности, приводящие к поражению людей в течение длительного времени после взрыва, на местности наведённая радиоактивность опасна для здоровья человека от нескольких часов до нескольких суток.

Защита

Нейтронные боеприпасы разрабатывались в 1960—1970-х годах, главным образом, для повышения эффективности поражения бронированных целей и живой силы, защищённой бронёй и простейшими укрытиями. Бронетехника 1960-х годов, разработанная с учётом возможности применения на поле боя ядерного оружия, чрезвычайно устойчива ко всем его поражающим факторам. Другим мотивом разработки нейтронных зарядов было их использование в системах противоракетной обороны.

Естественно, после появления сообщений о разработке нейтронного оружия стали разрабатываться и методы защиты от него. Были разработаны новые типы брони, которая уже способна защитить технику и её экипаж от нейтронного излучения. Для этой цели в броню добавляются листы с высоким содержанием бора, являющегося хорошим поглотителем нейтронов, а в броневую сталь добавляется обеднённый уран . Кроме того, состав брони подбирается так, чтобы она не содержала элементов, дающих под действием нейтронного облучения сильную наведённую радиоактивность.

Термоя́дерное ору́жие (Водородная бомба) — тип оружия массового поражения, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия (тяжёлого водорода)), при которой выделяется колоссальное количество энергии. Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного бо́льшую мощность взрыва

A  Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.

B  Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.

C  В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.

D  Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.

E  В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

Термоядерные боеприпасы существуют как в виде авиационных бомб (водородная или термоядерная бомба), так и боеголовок для баллистических и крылатых ракет.

История

1 ноября 1952 года США взорвали первый термоядерный заряд на атолле Эниветок. Первая в мире водородная бомба — советская РДС-6 была взорвана 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске. Устройство, испытанное США в 1952 году фактически не являлось бомбой, а представляла собой лабораторный образец, 3-х этажный дом, наполненный жидким дейтерием, выполненный в виде специальной конструкции. Советские же ученые разработали именно бомбу — законченное устройство, пригодное к практическому применению[2]. Впрочем, мощность взорванного американцами устройства составляла 10 мегатонн, в то время как мощность бомбы конструкции Сахарова — Лаврентьева[источник не указан 715 дней] — 400 килотонн. Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба — советская 50-мегатонная царь-бомба, взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля. Никита Хрущёв впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, чтобы не побить все стёкла в Москве. СССР

Китай

Китайская Народная Республика испытала своё первое термоядерное устройство типа Теллер-Улам мощностью 3,36 мегатонны в июне 1967 года (известно также под наименованием Испытание номер 6). Испытание было проведено спустя всего 32 месяца после взрыва первой китайской атомной бомбы, что является примером самого быстрого развития национальной ядерной программы от реакции расщепления к синтезу.

Франция

В ходе испытаний Канопус в августе 1968 года Франция взорвала термоядерное устройство типа Теллер-Улам мощностью около 2,6 мегатонны. Подробности о развитии французской программы известны слабо.

США. Бомба. Япония.

Манхэттенский проект начал своё осуществление 17 сентября 1943 года. К нему было привлечено множество выдающихся учёных-физиков, многие из которых являлись беженцами из Европы.

К лету 1945 американцам удалось построить 3 атомные бомбы, 2 из которых были сброшены на Хиросиму и Нагасаки, а третью испытали незадолго до этого. Конструкция Хиросимовского "Малыша", урановой ядерной бомбы, была проста и надёжна (хотя и малоэффективна), и американские учёные не сомневались в её успехе. Плутониевый "Толстяк" же имел более сложную, но и более эффективную конструкцию, и нуждался в проверке. Так 16 июля 1945 года в Нью-Мексико было проведено первое в мире испытание атомной бомбы, получившее название Тринити (Троица).

Утром 6 августа 1945 года американский бомбардировщик B-29 Enola Gay (командир экипажа — полковник Пол Тиббетс[1]) сбросил на японский город Хиросима урановую атомную бомбу Little Boy (Малыш). Мощность взрыва составила по разным оценкам от 13 до 18 килотонн в тротиловом эквиваленте.

Три дня спустя, 9 августа 1945 года, плутонивая атомная бомба Fat Man (Толстяк) была сброшена на город Нагасаки пилотом Чарльзом Суини. Её мощность была значительно больше и составила 15-22 кт. Это связано с более совершенной конструкцией бомбы.

Оценки человеческих потерь от атак сильно затруднены. Считается, что 140000 человек умерло в Хиросиме от взрыва и его последствий; аналогичная оценка для Нагасаки составляет 74000 человек. Эти числа, опубликованные в феврале 1946 году штабом американской оккупационной армии в Японии, не учитывают умерших после февраля 1946 от лучевой болезни и других последствий облучения при взрывах.

Мирное применение взрывов

Ядерный взрыв нашёл несколько мирных ниш применения. Принято считать, что в общей сложности в США было проведено 27, а в СССР, в период с 1965 по 1988 годы — 135 ядерных взрывов невоенной направленности (из них 124 — непосредственно по программе ядерных взрывов в мирных целях, остальные — испытательные) с целью изучения возможностей по такому применению[1]. В специальной литературе [2] можно встретить и другие количества. В частности, для США 33 МЯВ и для СССР 169 МЯВ (возможно, в публикациях имеется путаница с терминами количество взрывов и количество экспериментов — часть экспериментов не сопровождалась ядерными взрывами). Основные сферы применения ядерных взрывов в мирных целях следующие:

Быстрое рытьё крупных котлованов для искусственных водохранилищ. Котлован создаётся с помощью подповерхностного подземного ядерного или термоядерного взрыва на выброс. Достоинства метода: получившаяся ёмкость имеет большую глубину и небольшую поверхность зеркала водоёма. Всё это минимизирует потери воды на испарение и фильтрацию в грунт. Предполагалось использовать такие искусственные резервуары в засушливых районах для хранения воды для нужд сельского хозяйства.

Выемка грунта и разрушение препятствий при строительстве крупномасштабных сооружений на местности (каналы).

Создание подземных ёмкостей (в частности, газохранилищ и резервуаров для захоронения опасных отходов). Одним взрывом создаётся полость объёмом в десятки тысяч кубических метров.

Обрушение препятствий в горах.

Поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры.

Дробление руды.

Увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений.

Перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин.

Научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.

Движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов, например нереализованный проект корабля "Орион" и проект межзвёздного автоматического зонда "Дедал");

В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности;

До появления запрета на проведение ядерных взрывов наблюдалось резкое снижение количества и силы землетрясений; учёные-ядерщики из города Снежинска объяснили это явление тем, что ударная волна, распространяясь на большие расстояния, снимает нарастающие напряжения в земной коре.

На первоначальном этапе (в 1950-е — 1960-е годы) с промышленным использованием ядерных взрывов связывали большие надежды, существовали проекты, где предполагалось использование сотен таких взрывов[3] (проекты соединения Мёртвого моря с Красным или Средиземным, канала через Панамский перешеек, канала через полуостров Малакка в Юго-Восточной Азии, обводнение впадины Каттара (Египет), соединение течения Лены с Охотским морем и проект поворота северных рек в СССР). Реализация таких проектов потребовала создания так называемых чистых ядерных зарядов, при взрыве которых выделяется минимум радиоактивности. В данной области были достигнуты определённые успехи, хотя полной чистоты добиться не удалось. На практике использование ядерных взрывов в народном хозяйстве имело место только в СССР.

В последнее время нагнетаемый прессой страх перед последствиями столкновения астероида с Землёй (что само по себе эквивалентно сверхмощному ядерному взрыву без радиоактивного заражения) привёл к появлению проектов, использующих ядерные взрывы для ликвидации или отклонения опасных астероидов.

При составлении использовалась литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: учебное пособие для сотруд. высш. учеб. заведений. / [Я.Р.Вешняков и др.] - М.: Изд. центр "Академия", 2007. - С. 133 - 138. - ISBN 978-5-7695-3392-1;

2. Большая Советская Энциклопедия, 30 том. Изд. 3-е. М., "Советская Энциклопедия", 1978.;

3. Действие ядерного оружия. Пер. с англ. М., Воениздат, 1965.;

4. Иванов, Г. Нейтронное оружие. // Зарубежное военное обозрение, 1982, №12. - С. 50 - 54;

5. Защита от оружия массового поражения. М., Воениздат, 1989.;

6. Козлов, В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. М., 1987.;

7. Миргородский В.Р. Безопасность жизнедеятельности. Раздел III. Защита объектов печати в чрезвычайных ситуациях: Курс лекций / Под ред. Н.Н. Пахомова. М.: Изд-во МГУП, 2001.

8. Убежища гражданской обороны. Конструкции и расчёт / В.А. Котляревский, В.И. Ганушкин, А.А. Костин и др.; Под ред. В.А. Котляревского. - М.: Стройиздат, 1989. ISBN 5-274-00515-2.

В. П. Пархоменко, А. М. Тарко. Ядерная зима. Экология и жизнь, № 3, 2000 г.

М. Д. Искандеров. Что такое Ядерная зима. ЭБЖ, № 10, 2000 г.

Ядерное оружие

 http://ru.wikipedia.org/wiki/

Роберт Юнг. Ярче тысячи солнц. М, 1960

Ардашев А.Н. гл.5. Атомное пламя. // Огнемётно-зажигательное оружие. Иллюстрированный справочник — Агинское, Балашиха: АСТ, Астрель, 2001. — 288 с. — (Военная техника). — 10 100 экз. — ISBN 5-17-008790-X.

Пономарёв, Леонид Иванович, Под знаком кванта, 1984 (1989, 2007) Атомная бомба. (глава из книги)

http://novajazemlja.narod.ru/nuclear.htm