Ядерное оружие

Федеральное агентство по образованию. Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования «Самарский государственный  архитектурно-строительный университет»

Открытый институт (филиал)  государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования  «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» в                          г. Похвистнево

 

 

 

 

 

 

Кафедра строительства

Дисциплина Гражданская оборона

 

 

 

 

 

 

Тема: «Ядерное оружие»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент III курса

Специальность:

Группа:

Шифр:

 

Проверил:

Оценка

 

 

 

 

 

 

 

 

Похвистнево 2010 г.

План:

 

1. Введение	2
2. Основная часть:
I. Поражающие факторы	3
II. Принцип действия ядерного оружия	4
III. О последствиях ядерного взрыва
VI. Краткий обзор первичных поражающих  факторов ядерного взрыва	7
V. Краткий обзор вторичных поражающих  факторов ядерного взрыва	8
3. Заключение	11
4. Список используемой литературы	12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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.

Благодаря неустанным усилиям, мировое сообщество достигло значительного числа многосторонних договоренностей, направленных на сокращение ядерных арсеналов, запрещения их размещения в определенных регионах мира и природных  средах (таких как космическое  пространство и дно океанов), ограничение  его распространения и прекращение  его испытаний. Несмотря на эти достижения, ядерное оружие и его распространение  остается основной угрозой миру и  основной проблемой международного сообщества.

Ядерное оружие (или атомное оружие) —  взрывное устройство, в котором источником энергии является синтез или деление  атомных ядер — ядерная реакция. В узком смысле — взрывное устройство, использующее энергию деления тяжёлых  ядер. Устройства, использующие энергию, выделяющуюся при синтезе лёгких ядер, называются термоядерными. Ядерное  оружие включает как ядерные боеприпасы, так и средства их доставки к цели и средства управления; относится  к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическим и химическим оружием.

I. Поражающие факторы

 

При подрыве  ядерного боеприпаса происходит ядерный  взрыв, поражающими факторами которого являются:

• световое излучение;
• ионизирующее излучение;
• ударная волна;
• радиоактивное заражение;
• электромагнитный импульс;
• психологическое воздействие.

В зависимости  от типа ядерного заряда можно выделить:

собственно  ядерное оружие, в боеприпасе которого в момент взрыва происходит ядерная реакция деления тяжёлых элементов с образованием более лёгких; иногда выделяют так называемые «чистые» ядерные заряды, сконструированные таким образом, чтобы снизить до минимума радиоактивное заражение местности;

термоядерное  оружие, основное энерговыделение которого происходит при термоядерной реакции — синтезе тяжёлых элементов из более лёгких, а в качестве запала для термоядерной реакции используется ядерный заряд;

нейтронное  оружие — ядерный заряд малой мощности, дополненный механизмом, обеспечивающим выделение большей части энергии взрыва в виде потока быстрых нейтронов; его основным поражающим фактором является нейтронное излучение и наведённая радиоактивность.

По назначению ядерное оружие делится на:

тактическое — предназначенное для поражения живой силы и боевой техники противника на фронте и в ближайших тылах;

оперативно-тактическое — для уничтожения объектов противника в пределах оперативной глубины;

стратегическое — для уничтожения административных, промышленных центров и иных стратегических целей в глубоком тылу противника.

Мощность  ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, 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.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

• сверхмалые (менее 1 кт);
• малые (1 — 10кт);
• средние (10 — 100 кт);
• крупные (большой мощности) (100 кт — 1 Мт);
• сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт).

 

 

II. Принцип действия ядерного оружия

В основу ядерного оружия положена неуправляемая цепная реакция деления ядра. Для осуществления  цепной реакции используются изотопы  уран-235, плутоний-239 и (в отдельных  случаях) уран-233. Существуют две основные схемы: «пушечная», иначе называемая баллистической, и имплозивная.

«Пушечная»  схема характерна для самых примитивных  моделей ядерного оружия I-го поколения, а также артиллерийских и стрелковых 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 высокий нейтронный фон, что приводит к увеличению требующейся  скорости соединения частей заряда, превышающий  технически достижимые. Другая причина  использования урана в артиллерийских боеприпасах та, что уран лучше, чем  плутоний выдерживает перегрузки, не деформируясь.

Вторая схема - «имплозивная» - подразумевает получение  сверхкритического состояния путём  обжатия делящегося материала сфокусированной  ударной волной, создаваемой взрывом  обычной химической взрывчатки, которой  для фокусировки придаётся весьма сложная форма и подрыв производится одновременно в нескольких точках с  прецизионной точностью.

Мощность  ядерного заряда, работающего исключительно  на принципах деления тяжёлых  элементов, ограничивается сотнями  килотонн. Создать более мощный заряд, основанный только на делении ядер, возможно, но крайне затруднительно: увеличение 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 поражение местности. Самый мощный в мире боеприпас, основанный только на делении ядер, был испытан  в США 15 ноября 1952 года, мощность взрыва составила 500 кт¹[1].

Урановая  бомба

Для того, чтобы  реакция могла поддерживать сама себя, необходимо соответствующее «топливо», в качестве которого на первых этапах использовался изотоп урана.

Уран в  природе встречается в виде двух изотопов — уран-235 и уран-238. При  поглощении ураном-235 нейтрона в процессе распада выделяется от одного до трёх нейтронов:

Уран-238, напротив, при поглощении нейтронов умеренных  энергий не выделяет новые, препятствуя  ядерной реакции. Он превращается в  уран-239, затем в нептуний-239, и  наконец, в относительно стабильный плутоний-239.

Для обеспечения  работоспособности ядерной бомбы  содержание урана-235 в ядерном топливе  должно быть не ниже 80 %, иначе уран-238 быстро погасит цепную ядерную реакцию. Природный же уран почти весь (около 99,3 %) состоит из урана-238. Поэтому  при производстве ядерного топлива  применяют сложный и  многоступенчатый процесс обогащения урана, в результате которого доля урана-235 повышается.

Бомба на основе урана стала первым ядерным оружием, использованным человеком в боевых условиях (бомба «Малыш», сброшенная на Хиросиму).

Плутониевая бомба

Первым ядерным  зарядом, взорванным в испытательных  целях, было ядерное устройство «Gadget», «Штуковина» (англ. gadget — приспособление, безделушка) — прототип плутониевой  бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. Испытания проводились на полигоне неподалеку от г. Аламогордо в штате  Нью-Мексико.

Конструктивно эта бомба представляла собой  несколько сфер, вложенных друг в  друга:

1. Нейтронный инициатор (НИ, «ёжик», «урчин» (англ. urchin)) — шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 — первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическое состояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большого количества нейтронов). В настоящее время данный тип инициирования не используется. Нашли применение несколько схем инициирования, такие как импульсное нейтронное инициирование (ИНИ) и термоядерное инициирование (ТИ). Импульсный нейтронный источник (ИНИ) представляет собой компактные ускорители ядер трития, ударявших в мишень, содержащую дейтерий. В термоядерной Т–Д реакции при этом производятся нейтроны, которые и использовались для нейтронного инициирования цепной реакции. Термоядерный инициатор (ТИ). Находится в центре заряда (подобно НИ) где размещается небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревался сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывается значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции.

2. Плутоний. Желателен максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.

3. Оболочка (англ. tamper), служащая отражателем нейтронов (из урана).

4. Обжимающая оболочка (англ. pusher) из алюминия. Обеспечивает бо́льшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренние части заряда от непосредственного контакта с взрывчаткой и раскалёнными продуктами её разложения.

5. Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронность необходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара) ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородность и невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используется комбинированная схема (система линз) из «быстрой» и «медленной» взрывчаток — боратола и ТАТВ.

7. Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов — две сферических крышки и пояс, соединяемых болтами.

 

III. О последствиях ядерного взрыва

Жертвы ядерной  бомбардировки принимают на себя мощный поток фотонов, в который уходит 70-80% всей энергии взрыва. Результатом этого становятся ожоги третьей степени. Они являются причиной первой волны смертей. Следующее явление – сверхзвуковой фронт взрыва. Его видно раньше, чем слышно. Этот фронт сносит все на своем пути. После этого наступает фаза сверхвысокого давления, сравнимого с давлением на глубине в несколько сотен метров. (На глубине тысячи метров взрываются даже герметичные корпуса). Давление постепенно снижается, и наступает фаза отрицательного сверхдавления. Воздух резко стремится назад, чтобы заполнить вакуум, образовавшийся в результате взрыва. Поднимается ураганный ветер. Постепенно атмосферное давление приходит в норму. Пожары, вызванные повреждениями сетей электропередач и возгоранием обломков зданий, переходят в огненную бурю. Средне срочные последствия ядерного взрыва включают в себя образование келоидных шрамов и бластоцитомы сетчатки глаза. Генетические или наследственные нарушения могут проявиться даже спустя сорок лет после первичного облучения.

Атмосферные эффекты взрывов

Атомный гриб. Жар ядерного синтеза и расщепления мгновенно прогревает воздух вокруг до +10 000 000°C. Раскаленная плазма излучает так много света, что выглядит более яркой, чем солнце, и видна на многие сотни километров вокруг. Огненная вспышка быстро расширяется. Она состоит из горячего воздуха, что позволяет ей подниматься вверх со скоростью несколько сотен метров в секунду. Приблизительно через минуту вспышка достигает высоты в несколько километров и остывает до такой степени, что перестает излучать свет. Окружающий холодный воздух тормозит поднимающийся жар и замедляет расширение внешнего края плазменного облака. Внутренняя часть облака поднимается быстрее, что создает внутри тучи вакуум. Когда внешний воздух заполняет его, образуется дымовое кольцо. Благодаря конвекции внутренняя часть облака постепенно разрастается в атомный гриб. Если взрыв произошел на поверхности земли, грязь и радиоактивная пыль засасываются в «ствол» под огненным шаром. Ионизация и столкновения частиц внутри тучи вызывают разряды молний. Первоначально гриб имеет оранжево-красный цвет из-за химической реакции нагревания воздуха. Когда облако охлаждается до температуры окружающей среды, начинается конденсация водяного пара, и гриб белеет. На заключительных стадиях он может достигать 100 км в поперечнике и 40 км в высоту (при взрывах мегатонных бомб).