|
|
Ядерные боеприпасы.
Для начала попробуем разобраться в терминологии. Здесь как всегда много вариан-
тов.
Военная техника – это оружие, машины, приборы, аппараты и другие технические
средства, идущие на оснащение вооруженных сил для обеспечения их боевой и повсе-
дневной деятельности. По назначению военная техника подразделяется на:
- вооружение;
- технические средства управления войсками и боевыми средствами;
- технические средства обеспечения боевых действий;
- технические средства обучения.
Вооружение - комплекс различных видов оружия и средств, обеспечивающих его при-
менение. Вооружение включает:
- системы наведения и пуска, управления на траектории;
- другие технические средства;
- собственно оружие - это устройства и предметы, конструктивно предназначенные
для поражения цели.
Оружие включает в себя боевые припасы (боеприпасы) и средства их доставки.
Боеприпас - расходуемая часть оружия; метательный снаряд, который выпускают, выбра-
сывают или выстреливают с помощью энергии, аккумулированной в какой-либо форме и
высвобождаемой с помощью процесса инициирования. Боевые припасы предназначены для
поражения живой силы и техники, разрушения сооружений и выполнения других задач.
Система вооружения - совокупность образцов и комплексов вооружения рода войск,
вида вооруженных сил и вооруженных сил в целом, предназначенных для выполнения
определенных боевых задач.
Комплекс вооружения - совокупность образцов военной техники, функционально
связанных и совместно используемых для решения боевых задач.
Среди современных средств вооруженной борьбы ядерное оружие (ЯО) занимает
особое место - оно является главным средством поражения противника. ЯО позволяет в
короткие сроки наносить ему большие потери в живой силе и боевой технике, разру-
шать сооружения и другие объекты, заражать местность радиоактивными веществами,
а также оказывать на личный состав сильное морально-психологическое воздействие
и тем самым создавать стороне, применяющей ЯО, выгодные условия для достижения
победы в бою.
ЯО основано на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных
реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана, плутония или при термоя-
дерных реакциях синтеза из легких ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) более
тяжелых ядер гелия. Устройства, предназначенные для осуществления взрывного про-
цесса освобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами или ядер-
ными боеприпасами.
ЯО включающее в себя ядерные боеприпасы и средства их доставки к цели отно-
сится к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическим и химическим ору-
жием.
К средствам применения ЯО относятся: ракеты тактического, оперативно-тактичес-
кого и стратегического назначения; самолеты — носители ядерного оружия; крылатые
ракеты; подводные лодки; артиллерия, применяющая ядерные боеприпасы; ядерные мины.
К середине 50-х гг. в СССР и США были построены и приняты на вооружение носи-
тели ядерных боеприпасов различных классов и типов (в т.ч. ракеты). В 60-х гг. ЯО
было внедрено во все виды вооруженных сил и оказало решающее влияние на организа-
ционную структуру войск и сил флота, привело к изменению взглядов на способы веде-
ния боя, операции и войны в целом, на применение др. средств поражения. В 1960г.
в СССР был создан особый вид Вооруженных Сил — Ракетные войска стратегического
назначения.
Кроме СССР и США, ядерные боеприпасы были созданы и испытаны: в Великобритании
- 30 октября 1952г. во Франции - 13 февраля 1960г. в Китае - 16 октября 1964г.
Термоядерные боеприпасы в Великобритании - 15 мая 1957г. во Франции - 28 августа
1968г. в Китае - 17 июня 1967г. В научно-техническом отношении к производству ЯО
готовы свыше 30 стран.
Наиболее разнообразное и совершенное ЯО было создано в СССР и США. В США в
1975г. насчитывалось свыше 30 тыс. единиц ядерных боеприпасов (в том числе 8 тыс.
стратегических и 22 тыс. тактических, состоящих на вооружении ВВС, ВМС и Сухопут-
ных войск). Для их доставки к целям имеется много различных носителей, которые
находятся в постоянной боевой готовности.
В 1976г. Великобритания имела 64 ядерные МБР «Поларис» (на 4 атомных подводных
лодках), ядерные авиационные бомбы и оперативно-тактические ракеты американского
производства; Франция — 48 баллистических ракет, установленных на 3 подводных
лодках, 27 баллистических ракет средней дальности наземного базирования, ядерные
бомбы и тактические ракеты; Китай (по иностранным данным) имел свыше 100 баллисти-
ческих ракет с радиусом действия 1600—1800км. и около 50 с радиусом действия 2,5—4
тыс.км. а также ядерные авиационные бомбы.
В арсеналах пяти официальных ядерных государств на 2000г. находилось более 30
тыс. ядерных зарядов. Арсеналы Индии, Израиля и Пакистана не могут быть оценены с
приемлемой точностью.
За период 1945-2000г.г. произведено более 128000 ядерных заряда. При этом
максимальные запасы ядерных вооружений приходятся на 1986г. - около 70000 зарядов.
Год США СССР(РФ) Англия Франция КНР Полное
1945 2 0 0 0 0 2
1946 9 0 0 0 0 9
1947 13 0 0 0 0 13
1948 56 0 0 0 0 170
1949 169 1 0 0 0 170
1950 298 5 0 0 0 303
1951 438 25 0 0 0 882
1952 832 50 0 0 0 882
1953 1161 120 1 0 0 1282
1954 1630 150 5 0 0 1785
1955 2280 200 10 0 0 2490
1956 3620 650 20 0 0 6498
1957 5828 650 20 0 0 6498
1958 7402 900 22 0 0 8324
1959 12305 1050 25 0 0 13380
1960 18638 1700 30 0 0 20368
1961 22229 2450 50 0 0 24729
1962 27100 3100 205 0 0 30405
1963 29800 4000 280 0 0 34080
1964 31600 5100 310 4 1 37015
1965 32400 6300 310 32 5 39047
1966 32450 7550 270 36 20 40326
1967 32500 8850 270 36 25 41681
1968 30700 10000 280 36 35 41051
1969 28200 11000 308 36 50 39594
1970 26600 12700 280 36 75 39691
1971 26500 14500 220 45 100 41365
1972 27000 16600 220 70 130 44020
1973 28400 18800 275 116 150 47741
1974 29100 21100 325 145 170 50840
1975 28100 23500 350 188 185 52323
1976 26700 25800 350 212 190 53252
1977 25800 28400 350 228 200 54978
1978 24600 31400 350 235 220 56805
1979 24300 34000 350 235 235 59120
1980 24300 36300 350 250 280 61480
1981 23400 38700 350 274 330 63054
1982 23000 40800 335 274 360 64769
1983 23400 42600 320 279 380 66979
1984 23600 43300 270 280 414 67864
1985 23500 44000 300 359 426 68585
1986* 23400 45000 300 355 423 69478
1987* 23700 44000 300 420 415 68835
1988* 23400 42500 300 411 433 63645
1989* 22500 40000 300 412 433 63645
1990* 21000 38000 300 504 432 60236
1991* 19500 35000 300 538 434 55772
1992* 18200 33500 300 538 434 52972
1993* 16750 32000 300 524 434 50008
1994* 15380 30000 250 512 400 46542
1995* 14000 28000 300 500 400 43200
1996* 12900 26000 300 500 400 40000
1997* 12425 24000 260 450 400 37525
1998* 11425 22000 260 450 400 34535
1999* 10925 20000 185 450 400 31960
2000* 10500 20000 185 450 400 31535
* - для США (с 1988 г.) и СССР (РФ) (с 1986 г.) принято, что 50% ЯЗ находится на
боевом дежурстве, а 50% - в резерве или ожидают демонтажа.
Классификация
В зависимости от типа ядерного заряда можно выделить:
- собственно ядерный боеприпас в котором в момент взрыва происходит ядерная реак-
ция деления тяжёлых элементов с образованием более лёгких (иногда выделяют так
называемые «чистые» ядерные заряды, сконструированные таким образом, чтобы
снизить до минимума радиоактивное заражение местности);
- термоядерный боеприпас в котором в момент взрыва происходит синтез тяжёлых эле-
ментов из более лёгких, а в качестве запала для термоядерной реакции используется
ядерный заряд;
- нейтронный боеприпас — ядерный заряд малой мощности, дополненный механизмом,
обеспечивающим выделение большей части энергии взрыва в виде потока быстрых ней-
тронов; его основным поражающим фактором является нейтронное излучение и наведён-
ная радиоактивность.
По назначению ядерное оружие делится на:
- тактическое, предназначенное для поражения живой силы и боевой техники против-
ника на фронте и в ближайших тылах;
- оперативно-тактическое — для уничтожения объектов противника в пределах опера-
тивной глубины;
- стратегическое — для уничтожения административных, промышленных центров и иных
стратегических целей в глубоком тылу противника.
Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве три-
нитротолуола, которое нужно подорвать для получения взрыва той же энергии. Обычно
его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен,
поскольку распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам
существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от
химического взрыва. Ядерные боеприпасы по мощности условно делятся на сверхмалые
(до 1 кт), малые (1—10 кт), средние (10 - 100 кт), крупные (100 кт - 1 Мт) и сверх-
крупные (свыше 1 Мт).
Немного теории и технологии
В основу ЯО положена неуправляемая цепная реакция деления тяжелых ядер под
действием нейтронов при этом возникают новые нейтроны. Например, при каждом деле-
нии ядра Урана-235 (U) в среднем возникает 2,4 нейтрона. Часть из них может выз-
вать деление новых ядер. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.
Важнейшей физической величиной, характеризующей интенсивность размножения нейтро-
нов, является коэффициент размножения нейтронов - k равный отношению количества
нейтронов в одном поколении к их количеству в предыдущем поколении. В делящейся
среде конечных размеров часть нейтронов будет уходить из активной зоны наружу.
Поэтому коэффициент k зависит от вероятности для нейтрона не уйти из активной зоны
которая зависит от состава активной зоны, ее размеров, формы, а также от того, в
какой степени окружающее активную зону вещество отражает нейтроны. Ядро U-235 под
действием нейтрона делится на два радиоактивных осколка неравной массы, разлетаю-
щихся с большими скоростями в разные стороны.
n + U235 = Ba144 + Kr89 +3n
n + U235 = Xe140 + Sr94 +2n
С возможностью ухода нейтронов за пределы активной зоны связаны важные понятия
критической массы и критических размеров. Критическим размером называется размер
активной зоны, при котором k= 1. Критической массой называется масса активной зоны
критических размеров. Очевидно, что при массе ниже критической цепная реакция не
идет. Наоборот, заметное превышение массы над критической ведет к неуправляемой
реакции - взрыву. При k= 1 режим реакции называется критическим (реакция идет
стационарно), при k > 1 – надкритическим и при k < 1 – подкритическим.
Самоподдерживающаяся цепная реакция под воздействием нейтронов любых энергий
возможна для изотопов U-233, U-235 и Плутония-239 (Pu). Кроме того, цепная реакция
возможна в Pu-231 и изотопах Кюрии (Cm) и Калифорнии (Cf) с нечётным массовым
числом. Все эти изотопы называют ядерным горючим. Они могут использоваться как
топливо для атомных электростанций и для производства атомных бомб. Но только
U-233, U-235 и Pu-239 достаточно стабильны и могут храниться в течение длительного
времени без заметного распада. Следовательно, эти элементы являются единственными
делящимися материалами, которые могут быть использованы для поддержания цепной ре-
акции деления.
Существуют ядра, которые делятся только нейтронами с энергией выше некоторого
порогового значения (как правило, это элементы с четным атомным числом). Их назы-
вают сырьевым материалом, так как после захвата нейтрона образуюся ядра ядерного
горючего. При поглощении нейтронов Ураном-238 образуется Нептуний-239 (Np), а из
него Pu-239. При облучении нейтронами Тория-232 (Th) образуется U-233. Эту особен-
ность Урана и Тория используют в ядерной энергетике для получения ядерного горю-
чего. U-238 используют кроме того для увеличения мощности термоядерного оружия.
Комбинация ядерного горючего и сырьевого материала называется ядерным топливом.
Торий в настоящее время в качестве сырья для производства ядерного топлива не при-
меняется в виду того, что запасы урана достаточно велики, а извлечение тория
сложнее и дороже из-за отсутствия богатых месторождений.
По содержанию урана выделяются 5 сортов руд: очень богатые руды (свыше 1%);
богатые (1–0,5%); средние (0,5–0,25%); рядовые (0,25–0,1%); бедные (менее 0,1%).
Уран встречается в поверхностном слое земли в виде четырех видов отложений. Во-
первых, это жилы уранинита, и его разновидности – настуран (или урановая смолка)
и урановая чернь, очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Химическая харак-
теристика варьируется от UO2 до U3O8. Такие жилы встречаются в Заире, Канаде (Боль-
шое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломера-
ты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Они обычно
содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими
элементами становятся уран и торий. Большие месторождения этих руд находятся в
Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные поро-
ды и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содер-
жит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды
встречаются в западных штатах США. Железоурановые сланцы и фосфатные руды состав-
ляют четвертый источник. Богатые месторождения обнаружены в глинистых сланцах Шве-
ции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана,
а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике еще более богаты
ураном. Большинство бурых углей (лигнитов) и некоторые другие угли обычно содержат
примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной
Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии.
Основные этапы производства урана это добыча руды и ее обогащение. На руднике
урановую руду извлекают из горного массива буро-взрывным способом, раздробленную
руду обрабатывают серной кислотой или в щелочью. Раствор, содержащий уран, отде-
ляют от нерастворенных частиц, концентрируют и очищают. Из раствора осаждают кон-
центрат, сушат и получают так называемый желтый кек (обычно в форме оксида U3O8).
Для извлечения урана из пористых руд осадочного происхождения все чаще применяется
метод выщелачивания на месте. По скважинам, пробуренным в рудном теле, непрерывно
прогоняют щелочной или кислый раствор. Этот раствор с перешедшим в него ураном
концентрируют и очищают, а затем из него получают желтый кек.
Природный уран состоит из трех изотопов: U-238 (99,282%), U-235 (0,712%) и
U-234 (0,006%). Он не пригоден для использлвания в качестве ядерного топлива. В
энергетических реакторах на тепловых нейтронах используют уран с обогащением менее
10%, а в реакторах на быстрых и промежуточных нейтронах обогащение урана превышает
20%. Обогащённый уран получают на специальных обогатительных заводах.
Обогащение урана осуществляется двумя основными методами разделения изотопов:
газодиффузионным методом или методом газового центрифугирования.
Метод газовой диффузии использует различие в скоростях движения различных по
массе молекул газа. В качестве газа используют гексафторид урана который затем
переводятся обратно в металл. Если заставить молекулы двигаться через тонкую тру-
бочку, более быстрые и легкие из них обгонят более тяжелые. Для этого трубка
должна быть настолько тонка, чтобы молекулы двигались по ней поодиночке. Таким
образом, ключевой момент здесь — изготовление пористых мембран для разделения. Они
должны не допускать утечек, выдерживать избыточное давление. Для некоторых легких
элементов степень разделения может быть достаточно велика, но для урана — только
1.00429 (выходной поток каждой ступени обогащается в 1.00429 раза). Поэтому газо-
диффузионные обогатительные предприятия — циклопические по размерам, состоящие из
тысяч ступеней обогащения.
Технология газового центрифугирования - процесс разделения изотопов, основан-
ный на различии скоростей перемещения газовых молекул под действием центробежных
сил, создаваемых внутри быстро вращающегося вокруг своей оси цилиндра (ротора).
В качестве газа используют гексафторид урана. Впервые эта технология была разрабо-
тана в Германии, во время второй мировой. Типичные линейные скорости вращающихся
роторов — 250—350 м/с, и более 600 м/с в усовершенствованных центрифугах. Типичный
коэффициент сепарации 1.01 — 1.1. По сравнению с газодиффузионными установками
этот метод имеет уменьшенное энергопотребление, большую легкость в наращивании
мощности. В настоящее время газовое центрифугирование основной промышленный метод
разделения изотопов в России Великобритании, Германии, Нидерландах и Японии.
Оружейный U-235 получают из природного урана путем его обогащения до концент-
рации более 90%. Бомбы из U-235 считаются очень неэффективными, в них расщепляется
только 1,38% делящегося материала.
Природный плутоний-239 содержится в урановых рудах в таких микроскопических
количествах (0,4—15 частей Pu на 1012 частей U), что о его добыче из урановых руд
не может быть и речи. Плутоний образуется в любом ядерном реакторе, работающем на
природном или низкообогащённом уране, содержащем в основном изотоп U-238. Сущест-
вует 15 изотопов плутония. В наибольших количествах в реакторе получаются изотопы
с массовыми числами от 238 до 242 (PU-238 c периодом полураспада 87 лет, Pu-239 -
24360 лет, Pu-240 - 6580 лет, Pu-241 - 14 лет, Pu-242 - 370000 лет). Pu-239 един-
ственный из них подходящий для оружейного использования изотоп. Специальное произ-
водство плутония для оружия (оружейного плутония), содержащего почти исключительно
изотоп 239, требуется, в основном, потому, что изотопы с массовыми числами 240
и 242 создают высокий нейтронный фон, затрудняющий конструирование эффективных
ядерных боеприпасов, кроме того, изотопы 240 и 241 имеют существенно меньший
период полураспада, чем 239, из-за чего плутониевые детали нагреваются, и в конст-
рукцию ядерного боеприпаса приходится дополнительно вводить элементы теплоотвода.
Даже чистый Pu-239 горячее человеческого тела. Если кусок плутония хорошо теплои-
золировать, он разогреется до температуры свыше 100град. за два часа. Такой разо-
грев представляет проблему для конструирования оружия из-за изменения объема, фа-
зовых переходов нестабилизированниго плутония (Плутоний интересен тем, что от тем-
пературы затвердевания до комнатной претерпевает шесть фазовых переходов, больше,
чем любой другой химический элемент. При последнем плотность увеличивается скачком
на 11%, в результате, отливки из плутония растрескиваются. Стабильной при комнат-
ной температуре является альфа-фаза. Для применения более удобной является дельта-
фаза, Плутоний в дельта-фазе весьма пластичен. Для стабилизации плутония в дельта-
фазе применяется легирование трёхвалентными металлами в первых ядерных зарядах ис-
пользовался галлий). Дополнительно, продукты распада тяжёлых изотопов портят крис-
таллическую решётку металла, что может привести к изменению формы деталей из плу-
тония, что чревато отказом ядерного взрывного устройства. Изотопы 240 и 242 увели-
чивают критическую массу заряда. В принципе, все эти затруднения преодолимы, и
были успешно испытаны ядерные взрывные устройства из «реакторного» плутония, одна-
ко, в боеприпасах, где важную роль играют компактность, малый вес, надёжность и
долговечность, применяется исключительно специально произведённый оружейный плуто-
ний. Средний состав оружейного плутония: 93.4% Pu-239, 6.0% Pu-240 и 0.6% Pu-241
(с содержанием остальных изотопов менее 0,05%).
Подавляющая часть сегодняшней атомной энергетики использует урановое горючие.
Чем меньше глубина выгорания U-238 в реакторе, тем меньше изотопов тяжелее 239
будет содержать плутоний, выделенный из облучённого ядерного топлива, но тем
меньшее количество плутония в топливе образуется. По экономическим причинам ядер-
ное топливо на АЭС работает долгое время и выгорает почти полностью. Плутоний из
отработанного ядерного топлива состоит из множества изотопов: Pu-238 1.5-2%,
Pu-239 85%-80%, Pu-240 17%-27%, Pu-241 3%-14%, Pu-242 0,3-5%. Вследствии малой раз-
ницы в массах Pu-239 и Pu-240, эти изотопы не разделяются промышленно распростра-
ненными способами обогащения. Единственный способ произвести более чистый Pu-239
- сократить время пребывания в реакторе кассеты с U-238. Оружейный плутоний можно
получить из реакторного на электромагнитных сепараторах. К концу 1995г. в мире
было произведено в общей сложности около 1270т. плутония, из которого 257т. для
оружейного использования, остальное - побочный продукт АЭС. Pu-239 имеет меньшую
критическую массу чем Уран. Для чистых изотопов в форме шара критическая масса
составляет: 6кг. для Плутония, 16кг. для Урана-233 и 50кг. для Урана-235. Применяя
замедлитель нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, удалось снизить
критическую массу Урана-235 до 250г. В США Pu-239 производится в Хэнфорде, штат
Вашингтон и Саванне, штат Джорджия. В СССР производство оружейного плутония осу-
ществлялось сначала на комбинате «Маяк» (район станции Кыштым, Челябинская обл.),
а затем на Красноярском Горно-Химическом комбинате в г. Железногорск (известен
также, как Соцгород и Красноярск-26).
Кроме своего оружейного назначения, плутоний может потенциально применяться
для производства электроэнергии. Единственную крупную программу по энергетическому
использованию плутония имеет только Япония. Неконкурентоспособность плутония по
сравнению с ураном объясняется тем что стоимость переработки реакторного топлива
для его извлечения значительно выше, чем цена низкообогащенного урана.
Существуют две основные схемы ядерных зарядов: «пушечного» и имплозивного типа.
«Пушечная» схема характерна для самых примитивных моделей ядерного оружия I-го
поколения, а также артиллерийских ядерных боеприпасов, имеющих ограничения по
калибру оружия. Суть её заключается в «выстреливании» навстречу друг другу двух
блоков делящегося вещества докритической массы. Данный способ детонации возможен
только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет более высокую скорость дето-
нации. В зарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной
плотности массу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повыше-
нием его плотности в результате обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого
вещества. Это достигается обкладыванием боевого ядра зарядами взрывчатки и нали-
чием схемы прецизионного управления подрывом. В таких зарядах представляется воз-
можность получить высокую надкритичность и, следовательно высокий коэффициент
полезного использования делящегося вещества.
Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципах деления тяжё-
лых элементов, ограничивается сотнями килотонн. Создать более мощный заряд, осно-
ванный только на делении ядер, если и возможно, то крайне затруднительно. Увели-
чение массы делящегося вещества не решает проблему, так как начавшийся взрыв
распыляет часть топлива, оно не успевает прореагировать полностью и, таким образом,
оказывается бесполезным, лишь увеличивая массу боеприпаса и радиоактивное зараже-
ние местности. Самый мощный в мире боеприпас, основанный только на делении ядер,
был испытан в США 15 ноября 1952г. мощность взрыва составила 500кт.
Термоядерное оружие основано на использовании энергии реакции ядерного синтеза
легких элементов в более тяжёлые (например, синтеза двух ядер атомов тяжелого водо-
рода - дейтерия в одно ядро атома гелия), при которой выделяется колоссальное
количество энергии. Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термо-
ядерное оружие имеет намного большую мощность. Теоретически она ограничена только
количеством имеющихся в наличии компонентов. Следует отметить, что радиоактивное
заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, особенно, по
отношению к мощности взрыва. Это дало основания называть термоядерное оружие
«чистым». Термин этот, появившийся в англоязычной литературе, к концу 70-х годов
вышел из употребления.
Атомные ядра имеют положительный электрический заряд. Для того, чтобы произошло
их слияние ядра должны сблизиться на расстояние, на котором действует сильное взаи-
модействие. Это расстояние — порядка размера самих ядер (во много раз меньше раз-
мера атома) на таких расстояниях ядра испытывают сильное электростатическое оттал-
кивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с законом Кулона, обратно пропор-
циональна квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера ядер
величина сильного взаимодействия, которое стремится их связать, начинает быстро
возрастать и становится больше величины кулоновского отталкивания. Таким образом,
чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер. Например,
для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1МэВ. что
соответствует температуре примерно 109К. Однако есть два эффекта, кото-
рые снижают температуру, необходимую для термоядерной реакции. Во-первых, темпера-
тура характеризует лишь среднюю кинетическую энергию, есть частицы как с меньшей
энергией, так и с большей. В термоядерной реакции участвует небольшое количество
ядер, имеющих энергию намного больше средней. Во-вторых, благодаря квантовым
эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер.
Если их энергия немного меньше барьера, они могут с большой вероятностью преодо-
леть его.
Термоядерное взрывное устройство может быть построено, как с использованием
жидкого дейтерия, так и газообразного сжатого. Но появление термоядерного оружия
стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития — дейтериду лития-6.
Это соединение тяжёлого изотопа водорода — дейтерия (D или H2) и изотопа лития с
массовым числом 6. Дейтерид лития-6 это твёрдое вещество, которое позволяет
хранить дейтерий (обычное состояние которого — газ) при плюсовых температурах.
Кроме того второй его компонент — литий-6 — это сырьё для получения самого дефи-
цитного изотопа водорода — трития (T или H3)или сверхтяжелого водорода.
Тритий радиоактивный изотоп получаемый в ядерных реакциях. В процессе распада
он превращается в гелий с периодом полураспада 12,3 года. При облучении Лития-6
тепловыми нейтронами получается тритий.
3Li6 + n = 1H3 + 2He4
Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, неста-
бильного и неудобного в обращении трития. В ранних термоядерных боеприпасах США
использовался также и дейтерид природного лития, содержащего в основном изотоп
лития с массовым числом 7. Он также служит источником трития, но для этого нейтро-
ны, участвующие в реакции, должны иметь энергию 10МэВ и выше. Для того, чтобы
создать необходимые для начала термоядерной реакции нейтроны и температуру (около
50 млн.град.), в водородной бомбе сначала взрывается небольшая по мощности атомная
бомба. Взрыв сопровождается резким ростом температуры, электромагнитным излучением,
а также возникновением мощного потока нейтронов. В результате реакции нейтронов с
изотопом лития образуется тритий. Наличие дейтерия и трития при высокой темпера-
туре взрыва атомной бомбы инициирует термоядерную реакцию, которая и дает основное
выделение энергии при взрыве термоядерной (водородной) бомбы. Если корпус бомбы
изготовлен из природного урана (U238), то быстрые нейтроны (уносящие 70 % энергии,
выделяющейся при термоядерной реакции вызывают в нем новую цепную неуправляемую
реакцию деления. Возникает третья фаза взрыва водородной бомбы. Подобным образом
создается термоядерный взрыв практически неограниченной мощности. Дополнительным
поражающим фактором является возникающее нейтронное излучение,
1H2 +1H3 = 2He4 + n (14Мэв)
Мировое производство дейтерия — десятки тысяч тонн в год. Основные методы полу-
чения: многоступенчатый электролиз воды, ректификация воды, ионный обмен, ректифи-
кация аммиака. При длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды
в ней повышается. Среди населения бытует миф о том, что это якобы может вредно
сказаться на здоровье. В действительности же повышение концентрации тяжёлой воды
при кипячении ничтожно, гораздо сильнее ощущается повышение концентрации раство-
рённых солей. Бывшему учёному Оксфордского университета доктору М.Щепинову удалось
обнаружить, что вода, обогащённая дейтерием, продлевает жизнь червей на 10%, а
мухи-дрозофилы прожили на 30% дольше обычного. Это обусловлено свойством дейтерия
укреплять связь между клетками организма, снижая тем самым их уязвимость.
Наверх
|
