Оглавление:
Как работают Атомная и Водородная бомбы за 10 минут (Май 2024)
Атомная бомба, также называемая атомной бомбой, оружие с большой взрывной силой, возникающее в результате внезапного выброса энергии при расщеплении или делении ядер тяжелых элементов, таких как плутоний или уран.
Свойства и эффекты атомных бомб
Когда нейтрон сталкивается с ядром атома изотопов урана-235 или плутония-239, это приводит к тому, что это ядро расщепляется на два фрагмента, каждый из которых представляет собой ядро с примерно половиной протонов и нейтронов исходного ядра. В процессе расщепления выделяется большое количество тепловой энергии, а также гамма-лучей и двух или более нейтронов. При определенных условиях выходящие нейтроны ударяются и таким образом делят больше окружающих ядер урана, которые затем испускают больше нейтронов, которые расщепляют еще больше ядер. Эта серия быстро размножающихся делений завершается цепной реакцией, в которой расходуется почти весь расщепляющийся материал, в процессе которого происходит взрыв так называемой атомной бомбы.
Многие изотопы урана могут подвергаться делению, но уран-235, который встречается в природе в соотношении примерно одна часть на каждые 139 частей изотопа уран-238, подвергается делению легче и испускает больше нейтронов на деление, чем другие такие изотопы. Плутоний-239 обладает такими же качествами. Это основные расщепляющиеся материалы, используемые в атомных бомбах. Небольшое количество урана-235, например, 0,45 кг (1 фунт), не может подвергаться цепной реакции и поэтому называется докритической массой; это связано с тем, что в среднем нейтроны, выделяющиеся при делении, вероятно, покидают сборку, не ударяя другое ядро и не вызывая его деления. Если в сборку будет добавлено больше урана-235, то вероятность того, что один из выпущенных нейтронов вызовет другое деление, увеличится, поскольку выходящие нейтроны должны проходить через большее количество ядер урана, и вероятность того, что один из них столкнется с другим ядром и раздели это. В момент, когда один из нейтронов, образованных в результате деления, в среднем создаст другое деление, критическая масса была достигнута, и в результате произойдет цепная реакция и, следовательно, атомный взрыв.
На практике сборка делящегося материала должна быть очень внезапно переведена из докритического в критическое состояние. Один из способов сделать это - объединить две докритические массы, и в этот момент их совокупная масса станет критической. Это может быть практически достигнуто путем использования взрывчатых веществ для выстрела двух подкритических порций расщепляющегося материала вместе в полую трубку. Второй используемый метод - это метод взрыва, при котором ядро делящегося материала внезапно сжимается до меньшего размера и, следовательно, большей плотности; потому что это более плотно, ядра более плотно упакованы, и шансы удара испущенного нейтрона ядром увеличены. Ядро атомной бомбы имплозивного типа состоит из сферы или серии концентрических оболочек делящегося материала, окруженных оболочкой из взрывчатых веществ, которые при детонации одновременно взрывают делящийся материал под огромными давлениями в более плотную массу, которая сразу достигает критичность. Важной помощью в достижении критичности является использование тампера; это оболочка из оксида бериллия или какого-либо другого вещества, окружающего делящийся материал и отражающего некоторые выходящие нейтроны обратно в делящийся материал, где они, таким образом, могут вызывать больше делений. Кроме того, устройства «ускоренного деления» включают такие термоядерные материалы, как дейтерий или тритий, в ядро деления. Сплавленный материал усиливает взрыв деления, обеспечивая избыточное количество нейтронов.
Деление высвобождает огромное количество энергии по отношению к материалу. При полном делении 1 кг (2,2 фунта) урана-235 высвобождает энергию, эквивалентно произведенную 17 000 тонн или 17 килотонн тротила. Взрыв атомной бомбы высвобождает огромное количество тепловой энергии или тепла, достигая температуры в несколько миллионов градусов в самой взрывной бомбе. Эта тепловая энергия создает большой огненный шар, тепло которого может воспламенить наземные пожары, которые могут сжечь целый маленький город. Конвекционные потоки, создаваемые взрывом, всасывают пыль и другие материалы земли в огненный шар, создавая характерное грибовидное облако атомного взрыва. Детонация также немедленно производит сильную ударную волну, которая распространяется от взрыва на расстояния в несколько миль, постепенно теряя силу на этом пути. Такая взрывная волна может разрушить здания за несколько миль от места взрыва.
Большие количества нейтронов и гамма-лучей также испускаются; эта смертельная радиация быстро уменьшается на расстоянии от 1,5 до 3 км (от 1 до 2 миль) от вспышки. Материалы, испаряющиеся в огненном шаре, конденсируются до мелких частиц, и этот радиоактивный мусор, называемый выпадением, переносится ветрами в тропосфере или стратосфере. Радиоактивные загрязнители включают такие долгоживущие радиоизотопы, как стронций-90 и плутоний-239; даже ограниченное воздействие осадков в первые несколько недель после взрыва может привести к летальному исходу, и любое воздействие увеличивает риск развития рака.
