Думаю что все в нашем мире знают про ядерное оружие. Но мало кто представляет, что происходит во время взрыва в ядерной бомбе. Сегодня мы с вами будем разбираться с происходящими внутри нее процессами.
Для начала нам нужно определиться с тем, какой тип ядерного снаряда мы будем рассматривать. По принципу приведения делящегося материала в надкритическое состояние снаряды делятся на два типа: пушечного и имплозивного типа. Наиболее действенной схемой является последняя, именно ее мы и будем рассматривать.
В зависимости от поставленной задачи, у снаряда могут задаваться различные установки. У глубинных бомб - это достижение определенной глубины, у авиационных бомб - достижение заданной высоты, у крылатых ракет - встреча с препятствием, ну и так далее. Когда срабатывает одно из этих условий, электронике, находящейся в бомбе, подается сигнал на срабатывание. Тогда всеми детонирующими элементами вырабатывается искра, поджигающая взрывчатое вещество, которое окружает делящийся материал.
Крайне важно, чтобы детонирующие элементы отработали одновременно. Если расхождение во времени достигнет хотя бы доли микросекунд, это может привести к существенному уменьшению выделившейся энергии. Потому что если в одной части снаряда начнется реакция деления, а в другой нет, то та часть, в которой реакция не началась, так и не вступит в эту реакцию. Поэтому при проектировании такой электроники очень остро стоит вопрос о точном согласовании всех элементов.
Суть имплозивного сжатия состоит в том, что необходимо перевести делящееся вещество в надкритическое состояние и достигается это путем увеличения плотности материала. Равномерно, по всему объему, делящийся материал начинает обжиматься взрывной волной от взрывчатого вещества и в нем начинает протекать не просто реакция деления, а цепная реакция деления.
Я предлагаю вам рассмотреть цепную ядерную реакцию деления оружейного урана. Для начала, что называется оружейным ураном? Оружейным ураном является такой тип материала, в котором содержание 235 изотопа достигает 90%, в то время как в природном уране его содержится лишь доли процента. А в уране, который используется на атомных станциях (так называемый топливный), содержание 235 изотопа находится на уровне примерно 20-30%. Именно 235 изотоп урана участвует в цепной реакции деления. Давайте разберемся с ней поподробнее.
Реакция может протекать по двум сценариям приведенным выше, у каждой есть своя доля вероятности. Вся суть такой реакции заключается в том, что 235 изотоп делится под действием медленных (тепловых) нейтронов, а в результате реакции получившиеся нейтроны обладают весьма высокой энергией и чтобы они могли участвовать в дальнейших реакциях распада, их необходимо замедлить. Именно для этого и увеличивают плотность делящегося материала. Чем выше плотность среды, в которой летят нейтроны, тем лучше они замедляются.
В результате одного акта деления выделяется огромное количество энергии, порядка 200 МэВ. Если мы рассчитаем, какое количество энергии выделится если полностью прореагирует 1 килограмм урана 235, то какую цифру мы в итоге получим? В 1 килограмме содержится примерно 2,6 * 10^ (24) ядер. Умножив это число на 200 МэВ и переведя в джоули мы получим число примерно 8,2 * 10^(13)Дж. А это равняется 19 мегатоннам в тротиловом эквиваленте!
Ну и как вы понимаете, не все так просто. В результате ядерного взрыва реагирует лишь очень малая часть делящегося материала, всё, что не среагировало, просто разметается в среде взрыва. Именно из-за этого факта и происходит радиационное заражение местности.
Так же, довольно часто применяется термоядерное усиление, обычно используется литий-дейтериевая смесь. Если вам интересен принцип действия такого боеприпаса, то пишите об этом в комментариях!
На этом все, не забывайте оценивать статью своими лайками и подписываться на канал, если все еще не сделали этого. На канале вы сможете найти много разнообразных статей посвященных различным научным темам!