Физически основи на ядрените оръжия
Начало Ядрените оръжия Физически основи на ядрените оръжия
Ядрено оръжие нарича пистолет, което е причинено от увреждащото действие на Вътрешноядрен енергия освобождава в резултат на взривни процеси делене или сливане на ядрата на химични елементи. Тя включва разнообразие от ядрени оръжия, средствата за тяхната доставка до целта (носители) и средствата за контрол.
1.1. Физически основи на ядрен взрив
Разпределяне Вътрешноядрен енергия поради естествените свойства следните химични елементи:
- атомните ядра на различни изотопи имат различна средна свързваща енергия на нуклоните - свързваща енергия на нуклон, че с увеличаване на масата изотопи номер първоначално увеличава, след това достига максимум при А ≈60, постепенно намалява;
- превръщане на ядрата с ниски средни енергийни нуклоните в ядрото с по-висока средна свързваща енергия на нуклоните придружени от освобождаването на енергия, броят на които е равен на разликата енергия на нуклоните в ядрата на нов и оригинален.
Тези свойства позволяват да се разпределят Вътрешноядрен енергия в резултат на ядрено делене на тежки химични елементи (голям масово число) и ядрен синтез на светлинните елементи (нисък брой маса).
Разделяне ядра могат да възникнат спонтанно или под действието на елементарните частици и леки ядра.
За използване експлозия ядрено делене на тежки изотопи, които настъпва при излагане на неутрони от всички енергийни потоци с висока скорост (един участък продължава 10-15-10-14 и), заедно с голямо количество енергия (около 200 MeV на делене) и емисиите на две или повече неутрони може да доведе до разделянето на другите ядра. Големият маса на тези изотопи под влиянието на неутрони от всяка енергия възниква самоподдържаща се верижна реакция на делене, придружено от увеличаване на броя на лавина fissioning ядра и по този начин освобождава големи количества енергия по време на кратък период от време. Тези свойства са уран-233, уран-235, плутоний-239, плутоний-241, както и редица трансплутониеви елементи. Те се наричат делящи се изотопи.
В ядрената боеприпаси могат да се използват изотопи, които предизвикват делене неутрони с енергии не по-ниски от определена стойност - праг разделяне изотопите характер, например 238. Ядрото на уран-238 попадат само под влиянието на бързи неутрони. Тяхната разделяне става без самоподдържаща се верижна реакция. Вещества, които се използват за производство на енергия в резултат на експлозивни реакции разделящи техните атомни ядра, наречени ядрено гориво. Те включват делящи се изотопи и изотопи с праг раздели характер.
Основните делящи се изотопи, които се използват в момента, като ядрено гориво е уран-235, плутоний-239 и уран-233. От тях почти изцяло на уран-235 съществува в природата. Той се намира в природен уран, който е смес от три изотопи на уран-238 (99,282%), U-235 (0.712 процента) и уран-234 (0.006%). Изотопи на плутоний-239 и уран-233 се получава в индустриални количества чрез облъчване с неутроните в ядрени реактори, на уран-238 и торий-232, съответно. На изотопи с праг раздели герой в уран-238 се използва като ядрено гориво.
Уран и плутоний са радиоактивни. Те са податливи на спонтанна алфа гниене (емисия на алфа частици, които са хелиеви ядра) и спонтанно делене. За всяко вещество има своя собствена делящи минимална маса на потока, които могат самоподдържаща се верижна реакция на делене. Тя се нарича критичен.
Критичната маса на ядрен материал, зависи от неговата геометрична форма, обем, плътност и количество примеси, които могат да абсорбират неутрони без да са подложени на делене, или да ги забавят (намаляване на енергията).
Критичната маса на ядрен материал под формата на сфера е най-ниската в сравнение с други геометрични форми равен обем. Това е така, защото за топка склонни малката съотношение на повърхност към обем и, следователно, минималната относителното количество неутрони извън масата на ядрен материал, без да причиняват разделения ядра (неутрони изтичане).
Критична топка маса на уран-235 в нормален и чистота
95% от 40--60 кг и плутоний-239 - 10-20kg.
Когато количеството на примесите в ядрен материал повишава неговата критична маса, увеличаване на плътността на ядрен материал - се намалява.
Критичната маса може да бъде намалена значително, ако ядрен материал заобиколен от обвивка, може да се върне (отразява) неутрони в реакционната зона. Отразявайки неутрони hydrogenous вещества притежават собственост и редица светлинни елементи.
За да се наблюдава експлозията, масата на ядрен материал трябва да бъде суперкритичен, т. Е. стане вече критично. Създаване на такава маса трябва да се извърши в един кратък период от време, в противен случай преждевременно топене и разпространение на продукти на делене.
Енергията, освободена по време на делене на ядрата на единица маса от материал, от порядъка на десетки милиони пъти по-големи от енергията, съответстваща обикновената експлозията. Така например, в деленето на ядрата, които се съдържат в един килограм уран се разпределя на същото количество енергия, тъй като експлозията на 20 хил. Тона тротил.
светлина реакционната ядра синтез може да започне да протича само при нагряване материал до температура, при което кинетичната енергия на топлинната движението на ядра става достатъчно за преодоляване на силите на взаимно електрически отблъскване действа между тях.
синтез на леки ядра, ефективно провежда в вещество при нагряване до температура от десетки милиони градуса или повече, наречен синтез.
Най реакция синтез лесно настъпва между ядрата на водород изотопи деутерий и тритий. Значително по-ви-sokaya температура, необходима за реакции слети между ядрата на деутерий само, както и между жилата само тритий.
Реакционната ядрен синтез се извършва с висока скорост, това генерира достатъчно голямо количество енергия. Например, един акт на деутерий и тритий синтез отнема няколко наносекунди (1 NS = 10-9 и) с освобождаване на енергия, равна на 17,6 MeV и емисиите на високоенергийни неутрони.
1.2. ядрени бойни глави
Устройства, подходящи за провеждане на процеса на взривно освобождаване на ядрената енергия, наречени ядрени заряди. В момента има две основни класове на ядрени оръжия:
- такси, енергията на експлозията което предизвика верижна реакция в ядрен материал прехвърля в свръхкритично състояние - атомни такси;
- такси, които причинени експлозия енергия делене реакции и синтез ядра - термоядрени такси.
Основният елемент на атомните такси е ядрен материал. Преди експлозията на делящ се материал в обвинението са в подкритично състояние. За експлозия, тя се прехвърля в свръхкритично състояние. По принципа на трансфер на ядрен материал в свръхкритично състояние атомни разходи са разделени на такси на пистолет и имплозия тип. такси пистолет тип на две или повече парчета от ядрен материал, масата на всеки от които са по-малко критични, бързо свързани един с друг в суперкритичен маса в резултат на експлозия на конвенционални експлозиви - "изпичане" на една част към друга. При създаването на такси за такава схема е трудно да се гарантира високо nadkritichiost ядрен материал, при което съотношението на полезно си малък. Предимството на схемата за тип пистолет, е възможността да се зарежда относително малък диаметър висока устойчивост на механични натоварвания, която ви позволява използването им в артилерийски снаряди и мини.
ядрен материал такси имплозия като при нормална плътност по-малка от критичната маса, се превръща в суперкритично състояние да увеличи плътността в резултат на пълно пресоване, използвайки конвенционална взрива. В такива такси се появи за да се получи високо суперкритичен и следователно висока ефективност на използване на ядрен материал. Максималното увеличение на плътността на ядрен материал се постига със сферична кримпване експлозията на сферичен слой на експлозив.
Термоядрен такси. Основните елементи са заряд термоядрен синтез гориво и ядрения заряд на започване на реакцията на синтез. Поради факта, че деутерий и тритий, в свободно състояние са газове и тритий, освен това, е радиоактивен и скъпо изотоп, като основен термоядрен гориво обикновено използват литиев деутерид-6 - твърдо вещество, което е съединение с деутерий и литий-6 , Облъчването на литий-6 неутрони, произведени от експлозията на атомната заряд (синтез реакция инициатор), тритий се образува, която влиза в реакцията на синтез с деутерий. Образувана по време на реакцията неутроните синтеза отново да доведе до образуването на тритий, и следователно, да се поддържа реакцията на синтез.
такси Fusion условно разделени на обикновено и специално. За конвенционалната разпределение термоядрен заряд на властта между ефектите от взрив близо до своята дистрибуторска разделение в експлозиите на атомните такси за специализиран - се характеризира с рязка промяна в разпределението на енергия между въздействието на взрива над разпространението му в експлозиите на атомни заряди. специализирани такси термоядрени включват, например, неутрони, "чист" и др. За зареждането на неутрони се характеризира с няколко пъти по-високи специфични (за единица енергия на експлозията), неутронният добив и увеличава тяхната енергия. На "чисти" обвиненията драстично намалени принос към общата енергия на реакцията на разпад, т.е.. Д. Чувствително намаляване на отделянето на радиоактивни продукти. По време на реакцията на синтез на голямо количество високоенергийни неутрони, които са способни на разделяне на U-238 ядра. Следователно, за да се увеличи енергията на експлозията термоядрения мощност, използвайте обвивката на уран-238 - най-често срещаните и най-евтината изотопите на урана.
1.3. ядрени оръжия
Наречен ядрени боеприпаси, пълни с ядрени бойни глави:
- глава части (бойни глави) балистични ракети;
- битка на ракетите на круизни и зенитни;
- бомби;
- артилерийски снаряди и мини;
- Борбата отделение батерия торпеда;
- инженерни мини.
Основните елементи на ядрени оръжия са: помещават бойна глава и система за автоматизация на ядрената. Корпусът е предназначена за настаняване на ядрена бойна глава и системи за автоматизация, както и да ги предпази от механични и, в някои случаи, срещу термично увреждане, за да се получи форма и боеприпаси, балистика на боеприпаси за скачване с превозвача. Дизайнът на жилища зависи от типа на носителя. Например, частите на главата на балистични ракети имат конусовидна или цилиндрична черупка форма топлина щит обхващащ корпус борба зареждане отделения торпедни глави на скоростта и SAMS е тънкостенни ампула поставя вътре в носителя. Автоматизирана система осигурява ядрена експлозия на таксата в определен момент от време и елиминира случайно или преждевременно неговото активиране. Той включва:
- захранващи устройства;
- защита и система за зареждане;
- взривяване система сензори;
- таксува взривяване система;
- Система за сигнализация, взривяване.
Защита на системата и на зареждането осигурява безопасност при експлоатацията на боеприпаса, тя елиминира преждевременна експлозия по време на оперативно използване и служи за зареждане на системата за автоматизация устройства. система детонация сензор, предназначен за образуване на изпълнителни команди за експлозията на зареждане, когато целевата боеприпас. Тя обикновено се състои от система от сензори и шок безконтактни системата за детонация. Ударни (контактни) сензори се активират при среща с препятствие боеприпас. Сензори безконтактни детонация задейства при предварително определена височина (разстояние) от целта. Както сензорите за безконтактни могат да се използват микровълнови сензори, barosistemy, инерционни устройства и други. Charge детонация система позволява работа на таксата по команда, идваща от датчика за детонация. Тя се състои от устройството за генериране на импулси за електрическо взривяване конвенционален електрически детонатори и експлозивна реакция неутрони делене започване система. система започване на неутрони състои от зареждане взривяване система може да се пропусне, като в този случай верижната реакция се инициира чрез неутронни източници делене разположени в заряд. Аварийно подкопае системата може да не е наличен в някои боеприпаси. понятието "власт" обикновено се използва за описване на енергията на експлозията на ядрена заплащане. Капацитет на ядрени оръжия и ядрени оръжия обикновено се характеризира с еквивалент TNT - маса от TNT експлозия на енергия е равна на енергията, освободена при въздушен експлозия на ядрена заплащане. Тротилов еквивалент обикновено се изразява в т. Съвременните ядрени оръжия могат да имат експлозивна сила от няколко десетки тона на десетки милиони тонове.