«Ядерное оружие. Ядерная энергия» (стр. 2 из 4)

3. Испытание и применение ядерного оружия.

1) 16 июля 1945 г. Аламогордо, США. Первый в мире взрыв ядерной бомбы.

2) Август 1945 г. Хиросима, Нагасаки. Сброшены 2 ядерные бомбы, 20 кт каждая. Первое применение ядерного оружия в военных целях.

3) 1961г. Невадский испытательный полигон, США. Программа «Гном», взрыв мощностью 3,4 кт.

4) 15 января 1965 г. Русло реки Чаган, Семипалатинск, СССР. Взрыв мощностью 140 кт на выброс грунта. Открытие советской «Программы №7».

5) 6 сентября 1988 г. Архангельская область, СССР. Последний советский испытательный взрыв, под названием «Рубин-1».

Всего в СССР было произведено около 115 взрывов. РФ-81; Казахстан - 29; Узбекистан-2; Украина-2; Туркмения - 1

Средняя мощность используемых при взрывах устройств составила 14,3 кт, а без учета 2 самых мощных взрывов (140 и 103кт)-12,5кт. Некоторые из этих взрывов были мирными, т.е. они проводились для каких-то общественных и промышленных целей. Например, для: поиска полезных ископаемых, создания каналов и водохранилищ, гашения аварийных газовых фонтанов и т.п.

4. Всё о ядерном оружии.

1. Ядерные реакции и ядерная энергия.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 г., превратившим азот в кислород по ядерной реакции: ^I4₇N + ²₀а + \р —► ¹⁷₈О

Ядерных реакций с этого времени осуществлено великое множество. Отметим лишь важнейшие типы:

(α, n) - реакции	Al+ He→ P+ n
(α, p) - реакции	N+ He→ P+ p
(n, α) - реакции	Al+ n→ Na+ He
(n, p) - реакции	Cl+ n→ S+ p
(n, γ) - реакции	Co+ n→ Co+γ

В результате ядерных реакций образовались все элементы Вселенной. Излучаемая энергия Солнца поддерживается азотно-углеродным синтезом гелия:

C+ p→ N → C+β⁺

C+ p→ N

N+ p→ O→ N+β⁺

N+ p→ C+ He

Масса частиц, из которых состоит гелий, в изолированном состоянии составляет: электроны (2-0,00055) + протоны (2-1,0076) + нейтроны (2-1,0089) = 4,0341.

В компактном состоянии масса гелия-4 равна 4,0039. Это уменьшение в 0,0302 единицы массы называется дефектом массы; ее энергетический эквивалент в соответствии с уравнением Эйнштейна составляет

E=

·(3·10¹⁰)²=4,512·10^-12Дж/атом=28,12МэВ

Эта огромная величина ядерной энергии связи и служит основой ядерной энергетики. На рисунке ниже приведена зависимость энергии связи от атомного числа для различных элементов.

Ядерная энергия связи

На этом рисунке видно, что максимум устойчивости приходится на массовое число ~50. Это означает, что ядра легких элементов при слиянии достигают большей устойчивости (ядерный синтез), а ядра тяжелых элементов подвержены радиоактивному распаду или ядерному делению на два (три) фрагмента.

Одним из направлений ядерной энергетики является ядерный синтез, подобный происходящему на Солнце в азотно-углеродном цикле. Ядерный синтез предпочтителен по двум причинам: легкие изотопы более распространены, а продукты ядерного синтеза нерадиоактивны. Непреодолимым препятствием для мирного осуществления ядерного синтеза гелия по реакции

H+ H→ He+ n

является ее высокая температура (десятки млн. К).

Военный вариант этого синтеза был осуществлен в водородной бомбе, где необходимую начальную температуру создавал атомный взрыв:

Li+ H→2 He+17.2МэВ

Проблема получения термоядерной энергии, несмотря на научные достижения, далека от практической реализации.

2. Хиросима, Нагасаки — «первый взрыв».

В августе 1945 г. на 2 японских города было сброшено по ядерной бомбе мощностью 20 кт каждая. Они унесли жизни более 200 тысяч человек. Ядерная бомба, сброшенная на Хиросиму, называлась «Малыш», а на Нагасаки -«Толстяк».

Вспышка от взрыва сожгла материалы, поддающиеся горению, в круге диаметром 4 км. На смену тепловой волне пришла ударная волна. Порыв ветра пронесся со скоростью 800 км/ч. За исключением пары стен, все остальное было превращено в порошок в круге диаметром 4 км. 6820 зданий разрушено и 55000 полностью сгорели. Такие разрушительные последствия были после взрыва атомной бомбы «Малыш».

После Хиросимы, 2-ая бомбардировка была назначена на город Кура. Но дым от недавно сгоревшего сталелитейного завода помешал. Целью был выбран ближайший город, то есть Нагасаки.

Схема атомной бомбы «Малыш»

Обычный взрыв

Уран-235

Схема атомной бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму.

Ядерной взрывчаткой в бомбе служил уран-235, разделенный на две части, масса которых была меньше критической. Необходимая для взрыва критическая масса урана-235 создавалась в результате соединения обеих частей «методом пушки» с помощью обычной взрывчатки.

3. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома.

В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическим зарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтронами. Обозначается нейтрон п. После открытия нейтрона физики Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг в 1932 г. выдвинули протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели, ядро атома любого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу. Например, ядро атома кислорода

О состоит из 8 протонов и 16 – 8 нейтронов. Ядро атома состоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.