Как работает ядерное оружие?

В центре каждого атома находится ядро. Разрушение этого ядра или объединение двух ядер вместе может высвободить большое количество энергии. Ядерное оружие использует эту энергию для создания взрыва.

Современное ядерное оружие работает, сочетая химическую взрывчатку, ядерное деление и ядерный синтез. Взрывчатые вещества сжимают ядерный материал, вызывая деление; при делении выделяется огромное количество энергии в виде рентгеновских лучей, которые создают высокую температуру и давление, необходимые для запуска синтеза.

Деление и синтез

Правосудие по ядерному оружию

Деление и синтез

Вся материя состоит из атомов: невероятно маленьких структур, которые содержат различные комбинации трех частиц, известных как протоны, нейтроны и электроны.

В центре каждого атома находится «ядро» (во множественном числе «ядра»), в котором нейтроны и протоны связаны друг с другом в непосредственной близости. Большинство ядер относительно стабильны, то есть состав их нейтронов и протонов относительно статичен и неизменен.

В течение деление, ядра некоторых тяжелых атомов расщепляются на более мелкие и легкие ядра, высвобождая при этом избыточную энергию. Иногда это может происходить спонтанно, но в некоторых ядрах также может быть индуцировано извне. Нейтрон выстреливается в ядро и поглощается, вызывая нестабильность и деление. В некоторых элементах, таких как определенные изотопы урана и плутония, в процессе деления также высвобождаются избыточные нейтроны, которые могут вызвать цепную реакцию, если они будут поглощены соседними атомами.

Слияние работает в обратном порядке: под воздействием чрезвычайно высоких температур и давлений некоторые легкие ядра могут сливаться вместе, образуя более тяжелые ядра, высвобождая при этом энергию.

В современном ядерном оружии, которое использует как деление, так и синтез, одна боеголовка может высвободить больше взрывной энергии за долю секунды, чем все оружие, использовавшееся во время Второй мировой войны. комбинированный— включая Толстяка и Малыша, две атомные бомбы, сброшенные на Японию.

Как они работают

Все ядерное оружие использует деление для создания взрыва. «Малыш» — первое ядерное оружие, когда-либо использовавшееся в военное время, — стреляло полым цилиндром из урана-235 в мишень-пробку из того же материала.

Ядерное топливо

Делиться могут только определенные изотопы определенных элементов (изотоп — это разновидность одного и того же элемента с разным числом нейтронов в ядре). Плутоний-239 и уран-235 являются наиболее распространенными изотопами, используемыми в ядерном оружии.

Каждой части самой по себе было недостаточно, чтобы составить критическая масса (минимальное количество ядерного материала, необходимое для поддержания деления), но при столкновении осколков была достигнута критическая масса, и произошла цепная реакция деления.

Современное ядерное оружие работает несколько иначе. Критическая масса зависит от плотности материала: поскольку плотность вскладки, критическая масса дескладки. Вместо того, чтобы сталкивать два докритических куска ядерного топлива, современное оружие взрывает химическую взрывчатку вокруг докритической сферы (или «ямы») из металлического урана-235 или плутония-239. Сила взрыва направлена внутрь, сжимая яму и сближая ее атомы. Как только плотность становится достаточной для достижения критической массы, нейтроны вводятся, инициируя цепную реакцию деления и производя атомный взрыв.

В термоядерном оружии (также называемом «термоядерным» или «водородным» оружием) энергия начального ядерного взрыва используется для «слияния» изотопов водорода. Энергия, высвобождаемая оружием, создает огненный шар, температура которого достигает нескольких десятков миллионов градусов — температуры в том же диапазоне, что и в центре Солнца (которое также работает на термоядерном синтезе).

Боеголовки в глубину

Взрывы, используемые в термоядерном оружии, часто называют начальный (химические и ядерные взрывы) и вторичный (последующий термоядерный взрыв). Однако реальные механизмы значительно сложнее.

Например, первичный элемент чистого деления неэффективен — плутониевая яма разорвется на части до того, как большая часть плутония-239 сможет расщепиться. Вместо этого реакцию можно «стимулировать», включив газообразный водород (состоящий из изотопов дейтерия и трития) в центр полой ямы. По мере деления окружающего плутония газообразный водород подвергается синтезу и высвобождает нейтроны, вызывая дополнительное деление.

Точно так же вторичная обмотка состоит не только из термоядерного топлива; внутри него находится «свеча зажигания» деления, состоящая либо из плутония-239, либо из урана-235.Поскольку первичный взрыв сжимает топливо снаружи, материал свечи зажигания становится сверхкритическим и делится, нагревая водород изнутри и способствуя дальнейшим реакциям синтеза.

Термоядерный синтез высвобождает нейтроны. Эти нейтроны поражают слой урана, окружающий термоядерное топливо, вызывая деление атомов в нем; это деление обычно составляет более половины общей взрывной мощности оружия.

Термоядерное оружие, в состав которого не входит это урановое «одеяло», называется нейтронные бомбы, поскольку нейтроны, освобожденные при синтезе, высвобождаются из оружия. Таким образом, нейтронные бомбы создают большее количество радиации, чем обычное оружие той же мощности. Во время холодной войны такое оружие рассматривалось для использования против танковых атак с целью вывести из строя экипажи танков без физического уничтожения танка.

Ядерное топливо

В то время как ряд элементов является расщепляемым (это означает, что они могут подвергаться делению), лишь некоторые из них используются в ядерном оружии. Наиболее распространены изотопы урана-235 и плутония-239 (напоминаем: изотопы — это атомы одного и того же элемента, отличающиеся только количеством нейтронов).

Уран встречается во всем мире и может быть добыт из месторождений полезных ископаемых (его также можно добывать из морской воды, но в настоящее время это намного дороже). Однако лишь небольшая часть (менее одного процента) встречающегося в природе урана представляет собой уран-235. Производство пригодного для использования урана требует процесса «обогащения», в котором различные изотопы урана разделяются и концентрируются (обычно с использованием центрифуг, которые работают как салатные центрифуги). Это чрезвычайно дорого, сложно и требует много времени и является одним из главных препятствий на пути создания ядерной бомбы.

Плутоний также может использоваться, но встречается в природе только в следовых количествах.Однако он может производиться в качестве побочного продукта деления в ядерных реакторах, а затем отделяться в процессе, называемом «переработка». Выделение плутония проще, чем обогащение урана — оно включает в себя разделение разных элементов, а не разных изотопов одного и того же элемента, — но это высокорадиоактивный процесс, требующий сильно защищенных помещений с оборудованием для дистанционного управления.

У кого есть ядерное оружие?

Соединенные Штаты была первой страной, разработавшей ядерное оружие, взорвав первое устройство деления в 1945 году. Семь лет спустя Соединенные Штаты успешно испытали первую водородную бомбу в ходе операции «Плющ» (физик Ричард Гарвин помог создать это устройство, а сегодня входит в совет директоров Союз неравнодушных ученых). По состоянию на 2018 год у Соединенных Штатов было около 6500 ядерных боеголовок, включая списанное (ожидающее демонтажа), хранящееся и развернутое оружие.

Советский Союз впервые разработал ядерный потенциал в 1949 году. Россиясовременный арсенал включает примерно 7000 боеголовок.

Франция (~300 боеголовок), Китай (~260), Соединенное Королевство (~215), Пакистан (~ 130) и Индия (~120) также имеют ядерное оружие. Израиль официально не признала свой ядерный потенциал. По оценкам, его арсенал обычно составляет около 80 боеголовок, хотя некоторые оценки значительно больше.

Северная Кореявозможности в значительной степени неизвестны. Подозревается, что у него может быть ограниченный арсенал из 5-10 единиц оружия, но может быть материалов для изготовления в два раза больше.

Что я могу сделать?

На пике холодной войны в середине 1980-х годов в мире насчитывалось в общей сложности более 60 000 ядерных боеголовок. Сегодня это число приближается к 15 000, что составляет 75-процентное сокращение.

Этот прогресс стал возможен благодаря лидерам и сторонникам, осознавшим реальную опасность ядерной войны.Даже ограниченный обмен ядерными ударами может убить миллионы людей, вызвать серьезные климатические последствия и нанести ущерб политическим и экономическим структурам мира; полномасштабная ядерная война нанесла бы непоправимый вред миру, каким мы его знаем.

Предстоит проделать большую работу, включая дальнейшие сокращения, ускоренный демонтаж и снятие с боевого дежурства (сотни американских ракет все еще находятся в состоянии повышенной боевой готовности, что повышает риск случайного, несанкционированного или ошибочного пуска).

Ты можешь помочь. Посетите наш центр действий, чтобы принять участие.

0 0 голоса

Рейтинг статьи