Ядерное оружие
Тема сегодняшней азбучной истины - ядерное оружие. Гарант мира и безопасности на планете.
Однако прежде, чем я начну развивать тему, хотелось бы сказать пару тёплых слов в адрес нескольких миллионов человек, откликнувшихся на моё сообщение Поиски халтуры. Спасибо, дорогие френды! Я даже запутался в этом обилии предложений, мыслей и просто советов, которые вы мне написали. Странно, как под напором такого количества сообщений (во времена пика промежуток между соседними составил всего два с половиной часа!) не упал сервер LJ!
Заранее приношу извинения всем, чью ленту я порвал перечнем в несколько экранов, но я просто обязан поимённо в знак благодарности перечислить всех, кто откликнулся по делу.
Итак, вот они:
dr_wg
vinilium
Ещё раз простите меня за то, что порвал френдленту длинным списком благодарностей.
Да! Отдельное и горячее персональное спасибо хочу сказать милому другу и просто хорошему человеку nuzgul, за то, что не только поддержал и помог самым большим количеством предложений, но и в своём безграничном альтруизме написал целый пост, в котором жестоко издевается и выстёбывает ни в чём не повинную девушку, гад такой показал верх такта и альтруизма (которым славится), продемонстрировав, что ему небезразлична судьба чужого и почти незнакомого человека.
Поапплодируем ему стоя!
Ну а вашему вниманию предлагается навеянная этими сегодняшними событиями тема -
ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ.
Хочу обратить внимание специалистов в данной области на то, что здесь всё намеренно упрощается для того, чтобы было понятно в общих чертах каждому.
Я́дерный взрыв - неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы в основном используются в качестве мощнейшего оружия, предназначенного для уничтожения крупных объектов и скоплений войск противника, но также могут иметь мирное применение - для перемещения больших масс грунта при строительстве, обрушения препятствий в горах, научных исследований в сейсмологии. В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.
Это азбучная истина.
В атомной бомбе источником энергии является деление атомных ядер. Надеюсь, вам понятен смысл термина радиоактивность: это когда ядро атома самопроизвольно распадается, образуя одно или несколько более лёгких и выделяя ионизирующеее (радиоактивное) излучение.
В первых разработках использовался уран.
Уран - очень тяжёлый радиоактивный металл, в природе встречается в двух изотопах (изотопом можно упрощённо назвать вариант строения атомного ядра): уран-235 и уран-238. Они хотя и радиоактивны, но относительно стабильны. Число 235 обозначает сумму количества протонов и нейтронов.
Я сказал, что уран-235 стабилен. Это справедливо до тех пор, пока ядром урана не будет захвачен из окружающей среды один нейтрон. Тогда уран-235 превратится в ультранестабильный уран-236, который распадётся за время, меньшее любого вообразимого промежутка.
Помимо всего прочего (относительно стабильных более лёгких элементов), в процессе выделится от одного до трёх нейтронов.
У этих нейтронов два пути: либо они вылетят за пределы куска, либо поглотятся ураном-238 (которому ничего не будет), либо поглотятся соседними ядрами урана-235, тогда всё повторится вновь.
Понятно, что чем больше нейтронов выделится в процессе распада первого ядра и захватится соседями, тем больше распадётся соседей и так далее, пока кусок не кончится.
В процессе деления ядер выделяется всё больше нейтронов (до трёх штук), что вовлекает в реакцию всё большее количесво соседних ядер в геометрической прогрессии. Это и называется цепная неуправляемая ядерная реакция, или попросту говоря ядерный взрыв.
На этом этапе существуют следующие технологические тонкости.
Я не зря упомянул вылетание нейтронов за пределы куска. Если физические размеры урановой части заряда меньше некоего определённого значения, то возникшие локальные реакции быстро угасают, из-за того, что высвободившиеся нейтроны улетают в пространство, не попадая в ядра.
Чтобы этого не происходило, количество урана-235 в куске должно превышать некое пороговое значение.
Это значение называется критической массой.
Вторая сложность - урана-235 в природе мало, а который есть, встречается в малых количествах в одном месте с ураном-238. Уран же 238, если его в куске более 20%, забирает свободные нейтроны себе и гасит цепную реакцию. Процесс повышения доли урана-235 в урановой руде называется обогащением урана.
Ну и, наконец, я всё повторял, что при делении выделяется от одного до трёх нейтронов. Понятно, что если выделится один, то никакой цепной реакции не получится: этот нейтрон так и будет гулять по куску от ядра к ядру (поглощаясь и выделяясь), пока не улетит наружу, не будет поглощён примесями или не кончатся ядра урана-235.
Для цепной реакции, то есть большого бума, нужна геометрическая прогрессия, то есть чтобы каждое ядро, поглотив один нейтрон, выделило по меньшей мере два. От чего это зависит?..
Попросту говоря - ни от чего. В ядерной физике очень много случайного, тем более что я не привёл ни одной реакции (а в процессе превращения урана-236 в три нейтрона их несколько. И, естественно, нейтроны не единственный продукт).
Как решить эту проблему? Ну, во-первых, старт реакции надо давать всяко не одним нейтроном (ну с этим проблем нет, источники нейтронов есть и разработаны).
Во-вторых, нужно сделать кусок урана как можно меньше, чтобы не потерять драгоценные нейтроны.
Просто? Куда уж проще. Однако!
Если взять критическую массу урана-235 и поднести к ней источник нейтронов...
Ну, вы поняли, наверное. Но ведь бомба должна взрываться не на заводе, а там, где надо! Что же делать?
Отделить крит. массу от источника нейтронов нельзя, иначе как быстро собрать их в одном месте, когда возникнет необходимость произвести взрыв?
Остаётся разделить кусок на части, масса каждой из которых меньше критической, а вместе превышают.
Возникает другая сложность. Как их, всё-таки, соединить?
Если мы возьмём две части урана-235, каждая из которых, ну, скажем, 0,6 от критической, и начнём их сближать, то...
ничего грибообразного не произойдёт. Они начнут нагреваться, потом раскаляться, а потом расплавятся и потекут. Цепной реакции не будет, так как уран-235, перешедший в 236, распадается очень быстро, а без него взрываться нечему.
Вы заметили, что мы с вами в шаге от создания атомной бомбы?
Итак, конструкция первых урановых зарядов такова.
Берутся две болванки урана-235 массой... ну пусть уж будет 0,6 критической. Разводятся. Между ними помещают источник нейтронов и прокладку, замедляющую или поглощающую нейтроны.
В таком виде система стабильна, даже не греется.
Позади одной из болванок помещают... не догадались ещё? Обычный тротиловый заряд. И заключают всё вместе в корпус.
В час Х заряд детонирует, одна болванка по принципу огнестрельного оружия впечатывается в другую, одновременно уничтожая замедляющую прокладку. Офигевший от такой наглости уран начинает лопаться от злости... в общем, нет с нами больше урана. Взрыв.
Такая система («выстреливания» одного куска в другой) получила название пушечной. Сейчас она используется только в тех зарядах, которые предназначены для артиллерийских установок.
Связано это с тем, что для плутония, который перспективнее для оружия, так как даёт более устойчивую и предсказуемую цепную реакцию, такой подрыв неприменим. Плутоний работает ещё оперативнее, и складываться из двух кусков в один ему надо с такой скоростью, которая недостижима.
Поэтому придумали имплозивную схему (справа), когда несколько кусочков плутония окружены обычной взрывчаткой со всех сторон. При детонации они обжимаются, масса превышает критическую, взрыв.
Первое ядерное оружие было разработано в конце Второй мировой войны, в 1944 году, в рамках американского сверхсекретного «Манхэттенского проекта» под руководством Роберта Оппенгеймера. Первая бомба взорвана в США, в порядке испытаний, 16 июля 1945 года. Вторая и третья были сброшены американцами в августе того же года на японские города Хиросима (6 августа) и Нагасаки (9 августа) - это первый и единственный в истории человечества случай боевого применения ядерного оружия. При этом на Хиросиму была сброшена урановая бомба, построенная по пушечному принципу, на Нагасаки - плутониевая «имплозивная» бомба.
Однако воякам этого показалось мало.
Говорят, великий конструктор и изобретатель Сахаров любил сидеть на солнышке.
Так и появилась термоядерная бомба.
Почему светят звёзды, и, в частности, Солнце?..
Потому что ядра водорода в них, сталкиваясь и прижимаясь друг к другу, превращаются в ядра гелия (примитивизация специально).
Именно это и происходит в самом мощном на настоящий момент оружии - термоядерной бомбе.
Водород - единственный, насколько я помню, элемент, изотопы которого имеют собственные имена.
Водород-1 называется водород H (также протий), водород-2 зовётся дейтерий D, водород-3 развали тритием T. Дейтерий стабилен, тритий радиоактивен.
Тяжёлая вода - вода, в которой вместо водорода стоит дейтерий: D2O. Она встречается в природе, не радиоактивна (вопреки распространённому заблуждению), по химическим свойствам мало отличается от обычной воды (а значит её можно пить, впрочем не увлекаясь).
В термоядерной бомбе используется и дейтерий (в виде дейтерида лития LiD), и тритий.
В ходе термоядерной реакции происходит превращение (синтез) двух ядер дейтерия в одно гелия, поэтому термоядерная бомба называется также водородной. В процессе выделяется колоссельное количество энергии: мощность самой разрушительной взорванной водородной «Царь-бомбы» 50 мегатонн; для сравнения самое мощное ядерное оружие (плутониевая бомба) - всего 500 килотонн, то есть в сто раз меньше.
Но для старта ядерной реакции нужны колоссальные температуры и давления. В звёздах это получается само собой (учитывая количество газа в их составе), но люди решили, что если звезда может зажечься сама, почему бы людям не зажечь её?.. Стали искать методы локального дикого повышения температуры. Столько энергии мог дать только... ядерный взрыв.
И тогда люди решили, что если для запала ядерной бомбы используется обычная, то почему бы для запала термоядерной не использовать ядерную?.. И на полигонах зажглась первая искусственная звезда...
Боевого примнения термоядерного оружия не было. Пока.
Ах да! Почему я назвал вначале ядерное оружие гарантом мира и безопасности?..
Потому что пока у страны есть ЯО, к её мнению будут прислушиваться. Потому что не дай Бог что.
Отдаст не в меру патриотичный генерал приказ о запуске под свою ответственность - и всё.
Потом его осудят и расстреляют.
Но ракета-то уже улетела... И прилетела.
Такие дела.
Кстати. Кто сказал, что в реакции вторичного распада (и вторичного синтеза) может участвовать только уран/плутоний и дейтерий соответственно?.. На кончике пера было доказано, что в цепную реакцию может вступить... кремний. Обычный стабильный кремний, из оксида которого состоит земная кора (попросту говоря, это песок). Учёные доказали, что в мгновение ока вся Земля может превратиться в хороший фейерверк (представьте себе массу кремния на планете! Всяко больше критической). После этого на некоторое время все испытания ЯО, в частности, в Сахаре (напомню: она вся из песка) и вообще на земле были прекращены.
Потом рискнули.
Как видим, Земля-матушка пока на своей орбите. Теоретические выкладки не подтвердились (вроде бы даже была найдена post-factum оошибка).
А то будет второй Фаэтон. Будет между Венерой и Марсом ещё один пояс астероидов.
Испугал?.. Да вострубит седмой ангел!