Ядерное оружие. Виды ядерного оружия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Украины

Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова

Реферат

на тему: «Ядерное оружие. Виды ядерного оружия»

студентки II курса 2 группы

Соценко Ирины

Одесса 2014

Содержание

Введение

1. Ядерное оружие

2. Виды ядерного оружия

3. Принцип действия

4. Поражающие факторы

Выводы

Список литературы

Введение

Оружие, действие которого основано на использовании ядерной (атомной) энергии, наз. ядерной или атомным оружием. Название "ядерное оружие" означает, что речь идет об оружии, которое основывается на использовании энергии, выделяющейся при преобразованиях атомных ядер. Итак, это название имеет общее, снятое значение. Термоядерная оружие - это оружие, основанное на термоядерных реакциях, т.е. на реакциях сочетания легких атомных ядер при очень высоких температурах. Водородная оружие основывается на термоядерной реакции, в которой участвует тяжелый водород - дейтерий и сверхтяжелой водород - тритий. Атомной оружием обычно называют оружие, содержащее в основном такую атомную взрывчатое вещество, как уран-233, уран-235 или плутоний-239. Однако сейчас основным типом оружия является такая, в которой при взрыве происходят разнообразные ядерные реакции в том или ином соотношении. Поэтому можно считать, что название "ядерное оружие" можно распространить на все виды оружия, в которой взрыв обусловлен ядекнимы реакциями. Во время Второй Мировой войны встал вопрос о возможности использования заранее приготовленных радиоактивных веществ в качестве наступательного оружия, то есть вопрос о так называемой радиологической войны. Основная идея этой войны заключалась в том, что радиоактивное заражение местности, промышленных предприятий и оборудования приведет к тому, что их использование станет либо невозможным, либо очень опасным, причем такое заражения не будет сопровождаться разрушением материальных ценностей. Для большей эффективности боевые средства, используемые как радиоактивные вещества, должны излучать гамма-лучи и иметь период полураспада - несколько недель или месяцев. Радиоактивные изотопы с длинным периодом полураспада излучают лучи различной интенсивности, для того чтобы они могли быть эффективными, их необходимо применять в очень больших количествах. Изотопы с коротким периодом полураспада распадаются слишком быстро и поэтому не могут проявлять своей вредного воздействия в течение долгого времени. Даже если удалось бы подобрать радиоактивный изотоп, что нужные свойства и нетрудную технологию производства, в качестве боевой радиоактивного вещества, решение проблемы производства, обращения и доставки этого изотопа, которому свойственно интенсивное гамма-излучения, с целью представляло бы значительную трудность. Кроме того, возникает проблема хранения запасов радиоактивных веществ: в результате естественного распада будет происходить непрерывная потеря их активности. Положение изменилось в результате разработки ядерных боеприпасов, которые образуют при взрыве большое количество продуктов деления. С открытием ядерного оружия взрывного действия отпала необходимость производить и хранить средства радиологической войны заранее, радиоактивные вещества образуются в результате деления в момент ядерного взрыва. Ядерное оружие по своей поражающим действием значительно превосходит обычные виды оружия. Это объясняется не только тем, что по энергии ядерный взрыв превышает обычный взрыв во много тысяч и миллионов раз, но также и тем, что ядерному оружию в отличие от обычной присущ не один, а несколько поражающих факторов.

1. Ядерное оружие

Ямдерное оружие -- совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Относится к оружию массового поражения наряду с биологическим ихимическим оружием. Ядерный боеприпас -- оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся в результате лавинообразно протекающихцепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер. Впервые ядерное оружие появилось в 1945 г. в авиации в виде ядерных бомб. Проведенное 16 июля 1945 в пустыне Аламогордо (штат Нью-Мексико США) испытание первой атомной бомбы подтвердило практическую возможность создания и последующего промышленного производства атомного оружия. В обоих бомбах, взорванных над японскими городами, были использованы процессы ядерного деления. В бомбе, сброшенной на Хиросиму, - ей было дано кодовое имя 'Тонкий' - взрывчатым веществом был уран-235 (присутствует в природном уране в количестве 0,7%), а на Нагасаки была сброшена бомба из плутония ( искусственно созданного элемента) - ее назвали "Толстый". Дальнейшее развитие ядерного оружия привело к появлению ее в наземных войсках и на флоте. В основе всех видов ядерного оружия взрывного действия лежат физические принципы, использованные впервые при создании атомных и водородных бомб. Поэтому ознакомление с этими бомбами позволит понять действие и других видов ядерного оружия. Ядерный взрыв осуществляется путем перевода заряда с критическому состоянию в критический, точнее в надкритичное. Вот один из вариантов схемы устройства атомного заряда. К момента взрыва общий заряд в бомбе может быть разделен на две или более частей; величина каждой части меньше критической, что исключает преждевременный взрыв в каждой из них в отдельности. Чтобы осуществить взрыв, нужно соединить все части заряда в одно целое. Сближение частей должно происходить очень быстро, чтобы за счет энергии, выделяющейся в начале ядерной реакции, не успели бы разлететься еще прореагировавших части заряда. От этого зависит количество ядер, разделились в результате цепной ядерной реакции, а следовательно, и мощность взрыва. При сближении масс ядерного заряда цепная реакция начинается не в момент их столкновения, а в момент, когда они еще разделены небольшим промежутком. При медленном сближении масс вследствие перегрева они могут разрушиться и разлететься в разные стороны - бомба разрушится, не взорвавшись. Поэтому необходимо сократить период сближения, переводя большую скорость массам соединяемых элементов. Для соединения частей заряда в бомбе можно использовать действие взрыва обычного взрывчатого вещества. Чтобы увеличить степень использования делящегося, при ядерном взрыве, ее окружают видбивником нейтронов и располагают в оболочку из прочного материала. Другой способ сделать массу критической или сверхкритической: когда тонкую сферическую оболочку из урана или плутония сжать в шар. Для этого вокруг тонкой урановой или плутониевой сферической оболочки размещают обычное взрывчатое вещество, которое в нужный момент взрывается. В результате воздействия газов урановая или плутониевая оболочка сжимается в шар, образуя сверхкритических массу, в которой начинается цепная реакция, которая завершается взрывом материала делится. Энергия взрыва ядерных зарядов (основанные на делении ядер) может быть разной. Их тротиловый эквивалент может колебаться в пределах от 50 т до 200 т. Нижняя граница определяется коэффициентом использования делящегося. Верхняя граница определяется тем, что нельзя бесконечно увеличивать вес отдельных частей заряда, поскольку их масса должна быть меньше критической. ядерный нейтронный оружие взрыв

2. Виды ядерного оружия

1. Атомная бомба

Все слышали, что есть некая критическая масса, которую нужно набрать, чтобы началась цепная ядерная реакция. Вот только для того, чтобы произошел настоящий ядерный взрыв, одной критической массы недостаточно -- реакция прекратится практически мгновенно, до того как успеет выделиться заметная энергия. Для полномасштабного взрыва в несколько килотонн или десятков килотонн нужно одномоментно собрать две-три, а лучше четыре-пять критических масс. Кажется очевидным, что нужно сделать две или несколько деталей из урана или плутония и в требуемый момент соединить их. Справедливости ради надо сказать, что так же думали и физики, когда брались за конструирование ядерной бомбы. Но действительность внесла свои коррективы. Дело в том, что если бы у нас был очень чистый уран-235 или плутоний-239, то можно было бы так и сделать, но ученым пришлось иметь дело с реальными металлами. Обогащая природный уран, можно сделать смесь, содержающую 90% урана-235 и 10% урана-238, попытки избавиться от остатка урана-238 ведут к очень быстрому удорожанию этого материала (его называют высокообогащенным ураном). Плутоний-239, который получают в атомном реакторе из урана238 при делении урана-235, обязательно содержит примесь плутония-240.Изотопы уран235 и плутоний239 называются четно-нечетными, так как ядра их атомов содержат четное число протонов (92 для урана и 94 для плутония) и нечетное число нейтронов (143 и 145 соответственно). Все четно-нечетные ядра тяжелых элементов обладают общим свойством: они редко делятся самопроизвольно (ученые говорят: «спонтанно»), но легко делятся при попадании в ядро нейтрона.Уран-238 и плутоний-240 -- четно-четные. Они, наоборот, практически не делятся нейтронами малых и умеренных энергий, которые вылетают из делящихся ядер, но зато в сотни или десятки тысяч раз чаще делятся спонтанно, образуя нейтронный фон. Этот фон очень сильно затрудняет создание ядерных боеприпасов, потому что вызывает преждевременное начало реакции, до того как встретятся две детали заряда. Из-за этого в подготовленном к взрыву устройстве части критической массы должны быть расположены достаточно далеко друг от друга, а соединяться с большой скоростью.

Пушечная бомба

Тем не менее, бомба, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана именно по вышеописанной схеме. Две ее детали, мишень и пуля, были изготовлены из высокообогащенного урана. Мишень была цилиндром диаметром 16 см и высотой тоже 16 см. В ее центре было отверстие диаметром 10 см. В соответствии с этим отверстием и была изготовлена пуля. Всего бомба содержала 64 кг уранаМ ишень была окружена оболочкой, внутренний слой которой был изготовлен из карбида вольфрама, наружный -- из стали. Назначение у оболочки было двойным: удержать пулю, когда она воткнется в мишень, и отразить хотя бы часть вылетающих из урана нейтронов обратно. С учетом отражателя нейтронов 64 кг составляли 2,3 критических массы. Как же это выходило, ведь каждый из кусков был субкритическим? Дело в том, что, вынимая из цилиндра среднюю часть, мы уменьшаем его среднюю плотность и значение критической массы повышается. Таким образом, масса этой части может превышать критическую массу для сплошного куска металла. А вот увеличить массу пули таким образом невозможно, ведь она должна быть сплошной.И мишень, и пуля были собраны из кусочков: мишень из нескольких колец малой высоты, а пуля из шести шайб. Причина проста -- заготовки из урана должны были быть небольшими по размеру, ведь при изготовлении (отливке, прессовании) заготовки общее количество урана не должно приближаться к критической массе. Пуля была заключена в тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, с крышкой из карбида вольфрама, как у оболочки мишени. Для того чтобы направить пулю в центр мишени, решили использовать ствол обычной зенитной пушки калибра 76,2 мм. Вот почему бомбу такого типа называют иногда бомбой пушечной сборки. Ствол был расточен изнутри до 100 мм, чтобы в него вошел столь необычный снаряд. Длина ствола составляла 180 см. В его зарядную камеру загружался обычный бездымный порох, который выстреливал пулю со скоростью примерно в 300 м/с. А другой конец ствола запрессовали в отверстие в оболочке мишени. У этой конструкции была масса недостатков.Она была чудовищно опасной: после того как порох был загружен в зарядную камеру, любая авария, которая могла его воспламенить, привела бы к взрыву бомбы на полную мощность. Из-за этого зарядка пироксилина происходила уже в воздухе, когда самолет подлетал к цели.При аварии самолета урановые детали могли соединиться и без пороха, просто от сильного удара о землю. Чтобы избежать этого, диаметр пули был на долю миллиметра больше диаметра канала в стволе.Если бы бомба упала в воду, то из-за замедления нейтронов в воде реакция могла бы начаться даже и без соединения частей. Правда, при этом ядерный взрыв маловероятен, но произошел бы тепловой взрыв, с распылением урана на большую территорию и радиоактивным заражением. Длина бомбы такой конструкции превышала два метра, и это фактически непреодолимо. Ведь критическое состояние достигалось, и реакция начиналась, когда до остановки пули было еще добрых полметра!Наконец, эта бомба была очень расточительной: прореагировать в ней успевало меньше 1% урана!Достоинство же у пушечной бомбы было ровно одно: она не могла не сработать. Ее даже не собирались испытывать! А вот плутониевую бомбу американцы должны были испытать: уж слишком нова и сложна была ее конструкция.

2. Водородная бомба

Термоямдерное орумжие (оно же водородная бомба) -- тип ядерного оружия, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомовдейтерия), при которой выделяется колоссальное количество энергии.

Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного бомльшую возможную мощность взрыва (теоретически, она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов). Следует отметить, что часто упоминаемое утверждение о том, что радиоактивное заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, касается реакций синтеза, которые используются только совместно с гораздо более «грязными» реакциями деления. Термин «чистое оружие», появившийся в англоязычной литературе, к концу 1970-х годов вышел из употребления. На деле всё зависит от выбранного типа реакции, используемой в том или ином изделии. Так, включение в термоядерный заряд элементов из урана-238 (при этом используемый уран-238 делится под действием быстрых нейтронов и даёт радиоактивные осколки. Сами нейтроны производят наведённую радиоактивность) позволяет намного (до пяти раз) повысить общую мощность взрыва, но и значительно (в 5--10 раз) увеличивает количество радиоактивных осадков.

3. Нейтронное оружие

Разновидность ядерного оружия, у которого увеличена доля энергии взрыва, выделяющаяся в виде нейтронного излучения для поражения живой силы, вооружения противника и радиоактивного заражения местности при ограниченных поражающих воздействиях ударной волны и светового излучения. Из-за быстрого поглощения нейтронов атмосферой малоэффективны нейтронные боеприпасы большой мощности; мощность нейтронных боезарядов обычно не превышает нескольких килотонн тротилового эквивалента и их относят к тактическому ядерному оружию. Нейтронное оружие, как и другие виды ядерного оружия, является неизбирательным оружием массового поражения. Мощный поток нейтронов не задерживается обычной стальной бронёй и намного сильнее проникает сквозь преграды, чем рентгеновское или гамма-излучение, не говоря уже об альфа- и бета- частицах. В частности, 150 мм броневой стали задерживают до 90 % гамма-излучения и лишь 20 % быстрых нейтронов. Считалось, что благодаря этому нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра взрыва и в бронетехнике, где обеспечивается надёжная защита от поражающих факторов обычного ядерного взрыва. Наиболее сильными защитными свойствами обладают материалы, в состав которых входит водород -- например, вода, парафин, полиэтилен, полипропилен и т. д. По конструктивным и экономическим соображениям защиту часто выполняют из бетона, влажного грунта -- 25--35 см этих материалов ослабляют поток быстрых нейтронов в 10 раз, а 50 см -- до 100 раз, поэтому стационарные фортификационные сооружения обеспечивают надёжную защиту как от обычных, так и от нейтронных ядерных боеприпасов.

3. Принцип действия

В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепная реакция деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза. Для осуществления цепной реакции деления используются либо уран-235, либо плутоний-239, либо, в отдельных случаях, уран-233. Уран в природе встречается в виде двух основных изотопов -- уран-235 (0,72 % природного урана) и уран-238 -- всё остальное (99,2745 %). Обычно встречается также примесь из урана-234(0,0055 %), образованная распадом урана-238. Однако, в качестве делящегося вещества можно использовать только уран-235. В уране-238 самостоятельное развитие цепной ядерной реакции невозможно (поэтому он и распространен в природе). Для обеспечения «работоспособности» ядерной бомбы содержание урана-235 должно быть не ниже 80 %. Поэтому при производстве ядерного топлива для повышения доли урана-235 и применяют сложный и крайне затратный процесс обогащения урана. В США степень обогащенности оружейного урана (доля изотопа 235) превышает 93 % и иногда доводится до 97,5 %. Альтернативой процессу обогащения урана служит создание «плутониевой бомбы» на основе изотопа плутоний-239, который для увеличения стабильности физических свойств и улучшения сжимаемости заряда обычно легируется небольшим количеством галлия. Плутоний вырабатывается в ядерных реакторах в процессе длительного облучения урана-238 нейтронами. Аналогично уран-233 получается при облучении нейтронами тория. В США ядерные боеприпасы снаряжаются сплавом 25 илиOraloy, название которого происходит от Oak Ridge (завод по обогащению урана) и alloy (сплав). В состав этого сплава входит 25 % урана-235 и 75 % плутония-239.

4. Поражающие факторы ядерного взрыва

При наземном ядерном взрыве около 50 % энергии идёт на образование ударной волны и воронки в земле, 30-- 40 % в световое излучение, до 5 % на проникающую радиацию и электромагнитное излучение и до 15 % в радиоактивное заражение местности. При воздушном взрыве нейтронного боеприпаса доли энергии распределяются своеобразно: ударная волна до 10 %, световое излучение 5 -- 8 % и примерно 85 % энергии уходит в проникающую радиацию (нейтронное и гамма-излучения). Ударная волна и световое излучение аналогичны поражающим факторам традиционных взрывчатых веществ, но световое излучение в случае ядерного взрыва значительно мощнее. Ударная волна разрушает строения и технику, травмирует людей и оказывает отбрасывающее действие быстрым перепадом давления и скоростным напором воздуха. Последующие за волной разрежение (падение давления воздуха) и обратный ход воздушных масс в сторону развивающегося ядерного гриба также могут нанести некоторые повреждения. Световое излучение действует только на неэкранированные, то есть ничем не прикрытые от взрыва объекты, может вызвать воспламенение горючих материалов и пожары, а также ожоги и поражение зрения человека и животных. Проникающая радиация оказывает ионизирующее и разрушающее воздействие на молекулы тканей человека, вызывает лучевую болезнь. Особенно большое значение имеет при взрыве нейтронного боеприпаса. От проникающей радиации могут защитить подвалы многоэтажных каменных и железобетонных зданий, подземные убежища с заглублением от 2-х метров (погреб, например или любое укрытие 3-4 класса и выше), некоторой защитой обладает бронированная техника. Радиоактивное заражение -- при воздушном взрыве относительно «чистых» термоядерных зарядов (деление-синтез) этот поражающий фактор сведён к минимуму. И наоборот, в случае взрыва «грязных» вариантов термоядерных зарядов, устроенных по принципу деление-синтез-деление, наземного, заглублённого взрыва, при которых происходит нейтронная активация содержащихся в грунте веществ, а тем более взрыва так называемой «грязной бомбы» может иметь решающее значение. Электромагнитный импульс выводит из строя электрическую и электронную аппаратуру, нарушает радиосвязь. В зависимости от типа заряда и условий взрыва энергия взрыва распределяется по-разному. Например, при взрыве обычного ядерного заряда без повышенного выхода нейтронного излучения или радиоактивного загрязнения может быть следующее соотношение долей энергетического выхода на различных высотах.

Выводы

Накопление запасов ядерного оружия достигло ужасающей величины: в течение Второй Мировой войны всеми странами, которые принимали в ней участие, было потрачено около 5 млн. т обычного взрывчатого вещества, - накопленные же сейчас на нашей планете запасы ядерного оружия в 10-ки тысяч раз превышают эту величину. Комплекс поражающих факторов ядерного взрыва делает атомное оружие особенно разрушающим, опасным для человечества и природы видом оружия, подобного которому еще не знала история. И не случайно известный индийский юрист еще в конце 50-х годов в своей книге "Ядерное оружие и международное право" дал такую характеристику этому оружию массового уничтожения: "Ядерное оружие незаконная не только вследствие радиоактивного яда, но также и в силу присущего ей элемента терроризации; сверхмощные термоядерные бомбы отвергают старое понятие "военного объекта" и ставят на его место "населения" или "человеческий объект ', превращая средства войны в инструмент террора. В результате отрицаются все законы сухопутной, морской и воздушной войны, так же как и нормы, регулирующие режим больных, раненых и военнопленных. Дух гуманности, которым проникнуты положения конвенции 1948 о запрете геноцида и принципы Устава Международного военного трибунала, который признал военным преступлением уничтожение гражданского населения, были бы нарушены применением этой бесчеловечной оружия массового уничтожения ". Между прочим, когда были написаны эти строки, мир еще не знал во всей полноте о человеконенавистнические замыслы конструкторов нейтронного оружия.

Литература

1. В.А.Михайлов, И.А.Науменко. Ядерная физика и ядерное оружие

2. В.С.Емельянов. Нейтронная бомба - угроза человечеству (об особой опасности ядерного нейтронного оружия)

3. С.Петров. Ядерное оружие

4. https://ru.wikipedia.org/wiki

Размещено на Allbest.ru