Fundamentals fizice ale armelor nucleare
Acasă arme nucleare fundamente fizice ale armelor nucleare
arma nucleară numit un pistol, care este cauzat de efectul dăunător al energiei intranucleare eliberat ca urmare a unor procese de fisiune explozive sau fuziune a nucleelor de elemente chimice. Acesta include o varietate de arme nucleare, mijloacele lor de livrare la țintă (transportatorii) și mijloacele de control.
1.1. fundamente fizice ale exploziei nucleare
Alocând intranucleare energie datorită proprietăților naturale următoarele elemente chimice:
- nucleele atomice ale diferiților izotopi au o energie de legare medie diferită de nucleoni - energia de legare per nucleon, că odată cu creșterea izotopilor în masă număr A crește inițial, apoi atinge un maxim la A ≈60, scade treptat;
- conversia nucleelor cu un inferior nucleoni medie de energie în nucleu, cu o energie de legare medie mai mare de nucleoni însoțită de eliberarea de energie, numărul de care este egală cu diferența de energie a nucleonilor in nuclee de noi și originale.
Aceste proprietăți permit să aloce energie intranucleare ca rezultat al fisiunii nucleare a elementelor chimice grele (un număr mare de masă) și fuziunea nucleară a elementelor ușoare (număr de masă mică).
nuclee divid pot să apară spontan sau sub acțiunea particulelor elementare și a nucleelor ușoare.
Pentru utilizare explozie fisiune nucleară izotopilor grele care apare atunci când sunt expuse la neutroni oricăror fluxuri de energie la o viteză mare (o diviziune dureaza 10-15-10-14 s), însoțite de o cantitate mare de energie (aproximativ 200 MeV per fisiune) și emisia a doi sau mai mulți neutroni ar putea provoca divizarea celorlalte nuclee. Masa mare a acestor izotopi sub influența neutroni de orice energie apare reacție în lanț de fisiune autoîntreținută, însoțită de creșterea numărului de nuclee fisiunea avalanșelor și astfel eliberează cantități mari de energie pe parcursul unei perioade scurte de timp. Aceste proprietăți sunt uraniu-233, uraniu-235, plutoniu-239, plutoniu-241, precum și un număr de elemente transplutoniu. Acestea se numesc izotopi fisionabili.
În muniție nucleară pot fi utilizate izotopi, care provoacă neutroni de fisiune cu energii nu mai mici decât o anumită valoare - un prag de divizare izotopi de caractere, de exemplu 238. Nucleu de uraniu-238 intră numai sub influența neutroni rapizi. diviziunea lor are loc fără reacție în lanț autosusține. Substanțele care sunt utilizate pentru producerea de energie, ca urmare a reacțiilor explozive care separă nucleele atomice, numite combustibil nuclear. Acestea includ izotopi de fisiune și izotopi cu un caracter prag de divizare.
Principalii izotopi fisionabili, utilizate in prezent drept combustibil nuclear este uraniu-235, plutoniu-239 și uraniu-233. Dintre acestea, aproape exclusiv uraniu-235 există în natură. Se găsește în uraniu natural, care este un amestec de trei izotopi de uraniu-238 (99.282%), U-235 (0,712%) și uraniu-234 (0,006%). Izotopi de plutoniu-239 și uraniu-233 a fost preparat în cantități industriale, prin iradierea cu neutroni în reactoarele nucleare, uraniu-238 și toriu 232, respectiv. Izotopilor cu un caracter divizare prag în uraniu-238 este utilizat drept combustibil nuclear.
Uraniu și plutoniu sunt radioactive. Ele sunt susceptibile la degradare spontane alfa (emisia de particule alfa, care sunt nuclee de heliu) și fisiune spontană. Pentru fiecare substanță are propria sa minimă fisionabile debit masic care poate reacție în lanț de fisiune autoîntreținută. Se numește critică.
Masa critică a materialului fisionabil depinde de forma geometrică, volumul, densitatea și cantitatea de impurități care pot absorbi neutroni fără a suferi de fisiune, sau încetini-le în jos (scăderea energiei).
Masa critică a materialului fisionabil sub forma unei sfere este cea mai mică în raport cu alte forme geometrice volum egal. Acest lucru se datorează faptului că pentru o minge tind cel mai mic raport de suprafață la raportul de volum și, în consecință, cantitatea minimă relativă de neutroni dincolo de masa de material fisionabil, fără a provoca diviziuni nuclee (scurgeri de neutroni).
masa critică a mingii uraniu-235 în condiții normale și curățenia
95% din 40--60 kg și plutoniu-239 - 10-20kg.
Atunci când cantitatea de impurități din materialul fisionabil crește masa critică, o creștere a densității de material fisionabil - este redusă.
Masa critică poate fi redusă substanțial dacă materialul fisionabil înconjurat de un înveliș, capabil să se întoarcă (reflecta) neutroni în zona de reacție. neutronii Reflecting substanță posedă o proprietate cu conținut de hidrogen și un număr de elemente de lumină.
Pentru a avut loc explozia, masa materialului fisionabil ar trebui să fie supercritic, t. E. deveni mai critic. Crearea unei astfel de masă trebuie să aibă loc într-o perioadă scurtă de timp, altfel o topire prematură și răspândire a materialului fisionabil.
Energia eliberată în timpul fisiunea nucleelor pe unitatea de masă de material în zeci de milioane de ori mai mare decât energia corespunzătoare exploziei obișnuite. De exemplu, în fisiunea nucleelor conținute într-un kilogram de uraniu se alocă aceeași cantitate de energie ca explozia de 20 mii. Tone de TNT.
reacția lumina sinteza nucleelor poate începe să curgă numai atunci când materialul este încălzit la o temperatură la care energia cinetică a mișcării termice a nucleelor devine suficientă pentru a învinge forțele de repulsie electrică reciprocă între acestea acționează.
fuziunea nucleelor ușoare, având loc efectiv în substanța sub încălzire la o temperatură de zeci de milioane de grade sau mai mult, numita fuziune.
Cele mai multe reacții de sinteză se produce cu ușurință între nucleele de hidrogen izotopilor deuteriu și tritiu. In mod semnificativ mai temperatură vă-sokaya necesară pentru reacții de fuziune între nucleele de deuteriu numai, precum și între miezurile numai tritiu.
reacție de fuziune nucleară are loc la viteză mare, aceasta generează o cantitate suficient de mare de energie. De exemplu, un act de deuteriu și tritiu fuziune durează câteva nanosecunde (1 ns = 10-9 s), cu eliberare de energie, egal cu 17,6 MeV, iar emisia de neutroni de înaltă energie.
1.2. focoase nucleare
Dispozitive adecvate pentru desfășurarea procesului de eliberare explozivă a energiei nucleare, numite taxe nucleare. În prezent, există două clase principale de arme nucleare:
- taxe, energia exploziei care a provocat o reacție în lanț în materialul fisionabil transferat la starea supercritica - taxele atomice;
- taxe, care au provocat reacții de fisiune explozie de energie și a nucleelor de sinteză - taxe termonucleare.
Elementul principal al taxelor atomice este un material fisionabil. Înainte de explozia materialului fisionabil din taxa sunt într-o stare subcritică. Pentru o explozie, acesta este transferat la starea supercritică. Prin principiul transferului de material fisionabil în stare supercritica taxele atomice sunt împărțite în cheltuieli de pistol și implozie tip. Acuzațiile de tip pistol de două sau mai multe bucăți de material fisionabil, masa fiecăruia dintre acestea sunt mai puțin critice, rapid conectate între ele într-o masă supercritic, ca urmare a exploziei de explozivi convenționale - „ardere“ dintr-o parte în alta. La crearea taxelor pe un astfel de sistem este dificil să se asigure un material fisionabil nadkritichiost de mare, în care raportul util de mici sale. Avantajul schemei de tip pistol este abilitatea de a percepe un diametru relativ mic rezistență ridicată la solicitări mecanice, care permite utilizarea lor în proiectile de artilerie și mine.
Materialul fisionabil taxele imploziei având la densitate normală mai mică decât masa critică, convertită în stare supracritică crește densitatea ca rezultat al compresiune folosind explozie exploziv convențional. În aceste taxe par să se obțină o eficiență ridicată supercritic și, prin urmare, ridicat de utilizare a materialului fisionabil. Creșterea maximă a densității materialului fisionabil este realizat cu ondulare sferic explozia stratului sferic de exploziv.
taxe termonucleare. Principalele elemente sunt fuziune termonucleară taxa de combustibil și sarcina nucleară inițierea reacției de sinteză. Datorită faptului că deuteriu și tritiu în stare liberă sunt gaze și tritiu, în plus, este de izotop radioactiv și costisitoare, ca și combustibil termonucleară primar general, utilizarea de litiu deuteriura-6 - solid, care este un compus de deuteriu și litiu 6 . Iradierea litiu-6 neutroni produși de explozia încărcăturii atomice (sinteză de reacție inițiator), tritiu se formează, care intră în reacția de sinteză cu deuteriu. Format în timpul reacției de sinteză neutronii conduc din nou la formarea de tritiu și, prin urmare, pentru a menține reacția de sinteză.
taxele de fuziune separate convențional în ordinară și specială. Pentru distribuția convențională taxa termonucleare de putere între efectele unei explozii aproape de divizia de distribuție în exploziile taxelor atomice de specialitate - se caracterizează printr-o schimbare bruscă în distribuția energiei între efectele unei explozii asupra distribuției sale în exploziile taxelor atomice. Acuzațiile termonucleare specializate includ, de exemplu, neutroni, „curat“ și altele. Pentru taxa de neutroni este caracterizată de mai multe ori specifice mai mari (pe unitate de energie a exploziei), randamentul de neutroni și a crescut energia lor. Acuzațiile „curate“ a redus dramatic contribuția la energia totală a reacției de fisiune, adică. E. a redus dramatic eliberarea produselor radioactive. In timpul reacției de sinteză o cantitate mare de neutroni de înaltă energie, care sunt capabile de divizare a U-238 nuclee. Prin urmare, pentru a crește energia exploziei a termonucleară putere, utilizați shell-ul de uraniu-238 - cele mai comune și cel mai ieftin uraniu.
1.3. arme nucleare
Chemat muniții nucleare pline cu focoase nucleare:
- porțiuni de cap (focoase) rachete balistice;
- Bătălia de croazieră și rachete antiaeriene;
- bombe;
- obuze de artilerie și mine;
- Combaterea torpilele compartiment baterie;
- minele de inginerie.
Principalele elemente ale armelor nucleare sunt: găzduind un sistem de automatizare și focos nuclear. Carcasa este proiectată pentru a găzdui un sisteme de focoase și automatizare nucleare, precum și a le proteja de mecanică și, în unele cazuri, împotriva daunelor termice, pentru a da formă și muniție de muniție balistic pentru andocare cu purtătorul. Design-ul de locuințe depinde de tipul de suport. De exemplu, porțiunile de cap ale rachetelor balistice au conice sau cilindrice cochilie în formă de scut termic care acoperă lupta carcasa de încărcare compartimente torpilă focoaselor de croazieră și este o fiolă SAM cu pereți subțiri plasate în interiorul suportului. Sistemul de automatizare oferă o explozie nucleară a taxei la un anumit punct în timp și elimină activarea sa accidentală sau prematură. Acesta include:
- surse de alimentare;
- protecție și sistem de încărcare;
- sablare senzori de sistem;
- taxa de sistem de sablare;
- Un sablare sistem de alarmă.
Sistemul de protecție și de cocsificare asigură siguranța în funcționare a muniției, se elimină explozie prematură în timpul utilizării operaționale și servește pentru încărcarea dispozitivelor sistem de automatizare. sistem de senzori de detonare destinat pentru formarea de comenzi executive la explozia de încărcare atunci când muniției țintă. De obicei, este format din sistemul de senzori și sistemul de detonare fără contactul de șoc. (contact) Senzori de percuție sunt activate atunci când întâlnirea cu un obstacol munition. Senzori fără contactul detonarea declanșat la o înălțime predeterminată (distanță) de gol. Deoarece senzorii fără contact pot fi utilizate senzori radio, barosistemy, dispozitive inertiale, si altele. Sistemul de detonare Charge permite operarea taxei la comanda vine de la senzorul de detonare. Se compune din unitatea generatoare de impulsuri electrice pentru sablarea convenționalul detonatoare electrice și sistem de inițiere reacție neutron explozivă. Sistemul de inițiere a neutronilor compus din sistem de sablare de încărcare poate fi omisă, în cazul în care reacția în lanț este inițiată de sursele de neutroni de fisiune localizate în încărcătura. De urgență subminează sistemul poate să nu fie disponibil în unele muniții. conceptul de „putere“ este de obicei folosit pentru a descrie energia exploziei unei încărcături nucleare. Capacitatea de arme nucleare și arme nucleare este de obicei caracterizat printr-un echivalent TNT - o masă de energie explozie TNT este egală cu energia eliberată în explozia de aer a unei taxe nucleare. Echivalent TNT este de obicei exprimat în tone. arme nucleare moderne pot avea o putere de explozie de câteva zeci de tone la zeci de milioane de tone.