Что такое ядерное оружие? Некрасов К.А., УГТУ - УПИ. - презентация

1 Что такое ядерное оружие? Некрасов К.А., УГТУ - УПИ

2 Уровни организации материи Обычные материалы. Тепловая энергия – примерно 0.03 эВ на молекулу. Электронные оболочки атомов. Энергии связи около эВ на электрон. Атомные ядра. Имеют энергии порядка 10 МэВ на протон или нейтрон

3 Расщепление ядра В 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон. Нейтроны выбивались из атомов бериллия -части­цами, источниками которых могли быть радий или полоний. Для того чтобы начать ядерную реакцию, нейтрону даже не нужна большая скорость. В области действия ядерных сил, нейтрон «падает» на ядро. При этом выделяется энергия около 7 МэВ.

4 Цепная реакция деления ядер нейтронами В 1934 году венгерский физик Лео Сциллард предположил, что внутриядерную энергию можно было бы высвобождать, используя цепную ядерную реакцию с участием нейтронов. Для этого достаточно найти такие ядра, при столкновении нейтрона с которыми выбивались бы два новых нейтрона, или больше.

5 Барий – примерно в 2 раза более лёгкий элемент, чем уран. Австрийские физики Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили его появление делением ядер. Цепная реакция деления ядер нейтронами В середине 1930-х никто, включая Сцилларда и Ферми, ещё не ожидал, что уран будет делиться нейтронами на два больших осколка. В 1939 году Отто Ган и Фриц Штрассман обнаружили в облучён- ном нейтронами уране барий.

6 Цепная реакция деления ядер нейтронами Были обнаружены и нейтроны, вылетающие из ядра в результате деления. Свои результаты практически одновременно, в марте 1939 г., опубликовали французский физик Фредерик Жолио-Кюри, а также Ферми и Сциллард. Получалось, что на одно поглощение нейтрона ядром урана приходится (в среднем) примерно 2 новых нейтрона. Цепная реакция деления ядер урана оказалась возможной!

7 Плутоний и другие трансурановые элементы Ферми и Сциллард всё же не ошибались, считая, что ядро урана может поглощать нейтроны с образованием новых элементов. В 1941 году Гленн Сиборг (Glenn Seaborg) синтезировал плутоний по реакции Им же затем были получены и другие трансурановые элементы, вплоть до 102 номера таблицы Менде- леева. Большинство из этих элементов, как и уран-235, легко делятся нейтронами.

8 Делящиеся изотопы

9

10 Критические масса и радиус Длина свободного пробега нейтронов между столкновения ми составляет несколько сантиметров. Так что, в малых количествах делящегося вещества утечка нейтронов останавливает цепную реакцию. Для её поддержания необходимы критический радиус и соответствующая масса, останавливающие утечку. Утечка нейтронов Цепная реакция

11 Способы получения критичности. Соединение подкритических частей Длина: 3.05 м; Диаметр: 0.76 м; Полная масса: 3.6 тонны; Масса ядерного заряда: 42 кг, обычного заряда (TNT) – 900 кг. Энергия взрыва: килотонн.

12 Способы получения критичности. Сжатие обычным взрывом

13 Бомба имплозивного типа. Сжатие плутония взрывом, направленным в центр Взрыв, направленный точно в центр, обеспечивается сложной комбинацией «линз» из быстрой и медленной взрывчатки

14 Термоядерные реакции

15 Термо- ядерный заряд В качестве термоядерного заряда используют газовую смесь дейтерия (D 2H) и трития (T 3H) : D + T 4He + n МэВ

16 Современное ядерное оружие

17 За период от 1945 по 1990 г. каждая из двух стран, СССР и США, произвела более 70 тыс. ядерных боезарядов. Известно, что в США производились боеголовки диаметром менее 15.5 см и весом около 45 кг при мощности 0.1 кТ. Легчайшая боеголовка в США (W54) весила 23 кг при мощности 0.25 кТ. Несекретные расчёты в 1990 гг. показали, что сравнительно простые имплозивные устройства могут иметь диаметр порядка 50 см с весом менее 200 кг. Современное ядерное оружие

18 Страны с менее развитой ядерной энергетикой вполне могут добиться массы кг для бомб с мощностью в килотонн. Подготовленная террористическая группа, вероятно, могла бы сделать бомбу массой кг мощностью 1 – 10 килотонн. The Davy Crockett Bazooka

19 Источники данных и материалов