нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Ядерний вибух

   
 

Ядерний вибух , грандіозний за своїми масштабами і руйнівній силі вибух , що викликається вивільненням ядерної енергії . До можливості оволодіння ядерною енергією фізики впритул підійшли на початку другої світової війни 1939-45. Перша так звана атомна бомба була створена в США об'єднаними зусиллями великої групи найбільших учених, багато з яких емігрували з Європи, рятуючись від гітлерівського режиму. Перший випробувальний Я. в. був проведений 16 липня 1945 поблизу Аламогордо (штат Нью-Мексико, США); 6 і 9 серпня 1945 дві американські атомні бомби були скинуті на японські міста Хіросіма и Нагасакі (див. Ядерна зброя ). Енергія перших Я. в. оцінювалася приблизно в 10 21 ерг (10 14 дж ), що еквівалентно виділенню енергії при вибуху близько 20 тис. т ( кт ) тротилу (енергію Я. в. зазвичай характеризують його тротиловим еквівалентом ). У СРСР перший атомний вибух був здійснений в серпні 1949, а 12 серпня 1953 СРСР було проведено перше випробування значно потужнішої водневої бомби. Надалі ядерні держави виробляли випробувальні Я. в. з енергіями до десятків млн. т ( Мт ) тротилового еквівалента.

До Я. в. може призвести або ядерна ланцюгова реакція розподілу важких ядер (наприклад, 235 U і 239 Pu), або термоядерна реакція синтезу ядер гелію з легших ядер. Ядра 235 U і 239 Pu діляться при захопленні нейтрона на два осколкових ядра середньої атомної маси; при цьому народжується також декілька нейтронів (зазвичай два-три). Сума мас всіх дочірніх часток менше маси вихідного ядра на величину D m, звану дефектом маси . Дефекту маси, згідно співвідношенню А. Ейнштейна, відповідає енергія DЕ = Dm ? c2 ( с - швидкість світла), яка являє собою енергію зв'язку продуктів ділення у вихідному ядрі. Вивільнення цієї енергії при швидко розвивається ланцюгової ядерної реакції поділу і приводить до вибуху. На одне делящееся ядро ??енергія DE складає близько 200 МеВ. У 1 кг 235 U або 239 Pu міститься 2,5 ? 10 24 ядер. При розподілі всіх цих ядер виділяється величезна енергія, рівна приблизно 10 21 ерг.

Можливість протікання ланцюгової реакції поділу обумовлена ??тим, що в акті поділу народжується більше одного нейтрона. Кожен з них також може призвести поділ ядер. Наступне покоління нейтронів ділить інші ядра і т. д. Наприклад, якщо по два нейтрони кожного покоління виробляють поділ, то через 80 поколінь реакція, що почалася з одного нейтрона, призведе до розпаду всіх ядер 1 кг ділиться речовини. Звичайно не все нейтрони викликають ділення ядер, частина з них втрачається. Якщо втрати занадто великі, то ланцюгова реакція розвинутися не може. Імовірність втрати окремого нейтрона тим вище, чим менше лінійні розміри і маса речовини. Граничні умови, коли в речовині може розвинутися ланцюгова реакція, називаються критичними. Вони характеризуються щільністю, геометрією, масою речовини (наприклад, існує критична маса ). діляться речовина в ядерному заряді розташовують так, щоб воно знаходилося в докритичних умовах (наприклад, щоб маса була розосереджена). У потрібний момент здійснюються сверхкритические умови (всю масу збирають разом), і тоді ініціюється ланцюгова реакція. Зібрати всю масу необхідно дуже швидко, для того щоб реакція протікала при можливо більшому ступені сверхкрітічно і до розльоту нагрівається речовини встигла б прореагувати можливо більша його частка. Можливості підвищення потужності Я. в., заснованого на ланцюгової реакції поділу ядер, практично обмежені, т. к. дуже важко велику масу речовини, що ділиться, спочатку розташовану в докритичній формі, досить швидко перетворити на надкритичне.

Я. в. великої потужності з еквівалентом в мільйони і десятки млн. т тротилу засновані на використанні реакції термоядерного синтезу. Основна реакція тут - перетворення двох ядер важких ізотопів водню ( дейтерію 2 H і тритію 3 H) в ядро ??гелію 4 He і нейтрон. В одному акті виділяється енергія 17,6 МеВ . При повному перетворенні 1 кг важкого водню виділяється енергія, приблизно в 4 рази перевищує енергію ділення 1 кг 235 U або 239 Pu . Для того щоб позитивно заряджені ядра 2 H і 3 H могли зіткнутися і випробувати перетворення, вони повинні подолати діють між ними електричні сили відштовхування, тобто володіти значною швидкістю (кінетичної енергією). Тому термоядерна реакція, використовувана у водневій бомбі, протікає при дуже високих температурах - порядку десятків млн. градусів, що досягається при Я. в. атомної бомби, вживаної як "запала" у водневій бомбі. Оскільки водень в звичайному стані являє собою газ, при здійсненні термоядерного вибуху використовують тверді водородсодержащие речовини 6 Li 2 H, 6 Li 3 H. Ядра літію і самі беруть участь у термоядерної реакції, підвищуючи енергетичний вихід термоядерного вибуху.

Безпосередньо після завершення ядерної реакції до моменту часу 10 -7 сек , відраховується від її початку, що виділилася енергія виявляється зосередженою в дуже обмежених масі і об'ємі (порядку 1 т і 1 м3). температура і тиск при цьому досягають колосальних величин порядку 10 млн. градусів і мільярди атмосфер. Істотна частка енергії висвічується цим нагрітим речовиною у вигляді м'якого рентгенівського випромінювання, яке, однак, може поширитися на велику відстань тільки при Я. в. у надзвичайно розрідженій атмосфері - на висотах близько 100 км і вище. У всіх інших випадках - при вибухах у повітрі на не дуже великих висотах, під землею, під водою - майже вся енергія вибуху переходить в середу, безпосередньо навколишнє речовина ядерного заряду: повітря, землю, воду. Під дією високого тиску в навколишньому середовищі виникає сильна ударна хвиля . Я. в. породжує також проникаючу радіацію - потоки гамма-квантів і нейтронів, які забирають кілька відсотків від усієї енергії вибуху і поширюються в повітрі при атмосферному тиску на багато сотень м.

Повітря в ударній хвилі Я. в. нагрівається до сотень тис. градусів і починає яскраво світитися, виникає так званий вогненна куля. Спочатку поверхню вогненної кулі збігається з фронтом ударної хвилі, і вони разом розширюються з великою швидкістю. Наприклад, при Я. в., еквівалентному 20 кт , в повітрі атмосферного тиску через 10 -4 сек радіус вогняної кулі дорівнює приблизно 14 м; через 0,01 сек - 100 м. На цій стадії відбувається відрив ударної хвилі від кордону вогненної кулі. Ударна хвиля, вже не викликаючи світіння, йде далеко вперед; розширення вогненної кулі сповільнюється, а потім зовсім припиняється. Через 0,1 сек радіус вогняної кулі досягає своєї максимальної величини - приблизно 150 м; температура світіння в цій стадії становить близько 8000 К. Через 1 сек яскравість світіння починає падати, і через 2-3 сек світіння практично припиняється. Всього на світлове випромінювання припадає приблизно третина всієї енергії вибуху. Це випромінювання, більш яскраве, ніж випромінювання Сонця, робить дуже сильний вражаючу дію, викликаючи навіть на відстані 2 км пожежі, обгорання предметів, опіки у людей і тварин. Через 10 сек ударна хвиля йде на відстань 3,7 км від центру Я. в. Сильне руйнівну дію на будинки, промислові споруди, військову техніку ударна хвиля Я. в. у 20 кт робить на відстані до 1 км .

Нагріте повітря вогненної кулі після припинення світіння, будучи менш щільним, ніж навколишнє повітря, піднімається вгору під дією сили Архімеда (див. Архімеда закон ). В процесі підйому нагріте повітря розширюється і охолоджується, в ньому відбувається конденсація парів води. Так утворюється характерне клубочиться хмара Я. в. поперечником в сотні м. Через хвилину воно досягає висоти 4 км , через 10 хв - 10 км . Надалі це хмара, що містить продукти ядерних реакцій, розноситься вітрами і повітряними течіями на відстані в десятки і сотні км . Продукти ділення ядер володіють радіоактивністю, вони випускають g-кванти і електрони. Під дією радіоактивності і внаслідок випадання радіоактивних опадів відбувається радіоактивне зараження місцевості в області сліду хмари, яке є одним з найнебезпечніших наслідків Я. в., викликаючи променеву хворобу у людей і тварин. Особливо небезпечні відносно радіоактивної дії Я. в. на малій висоті, коли вогненна куля при своєму розширенні стосується поверхні Землі, вгору здіймається величезний стовп пилу і землі, і радіоактивні продукти згодом випадають разом з пилом. Радіус дії ударної хвилі приблизно пропорційний кореню кубічному з значення енергії, що виділяється при вибуху. Наприклад, радіус дуже сильної руйнівної дії Я. в. у 20 Мт приблизно в 10 разів більше, ніж для Я. в. у 20 кт , тобто близько 10 км . Такий вибух може знищити велике місто.

При Я. в. на дуже великих висотах, вище 100-200 км , також виникають ударна хвиля і вогненна куля, але в світлове випромінювання переходить значно менша частка енергії Я. в., т. к. внаслідок сильної розрідженості повітря випромінює світло набагато слабкіше. Одним з найважливіших наслідків висотного Я. в. є виникнення великих областей підвищеної іонізації з радіусом в десятки і навіть сотні км і обурення атмосфери. Іонізація викликається дією рентгенівського і g-випромінюванні (а також нейтронів) і приводить до серйозних порушень в роботі засобів радіолокації і радіозв'язку. Висотні Я. в., здійснені в 1958-62 в США, показали, що стійкий радіозв'язок може перериватися на десятки хв.

При підводному вибуху приблизно половина всієї енергії міститься в первинній ударній хвилі, яка і виробляє основні руйнування. Для підводного вибуху характерне утворення великого міхура навколо центру вибуху, який здійснює пульсуючі рухи, затухаючі з часом. Вторинні хвилі, що випромінюються за рахунок пульсацій міхура, надають значно меншу дію, ніж первинна ударна хвиля. Радіус сильної руйнівної дії, що приводить до нототенію кораблів (при Я. в. у 20 кт на невеликій глибині), складає ~ 0,5 км . При підводному Я. в. з'являється "султан" - величезний стовп над поверхнею води, що складається з водяного пилу і бризок. Виникають також сильні поверхневі хвилі, які поширюються на багато км (при вибуху в 20 кт на відстані 3 км від епіцентру вибуху висота гребеня хвилі досягає 3 м).

При підземному Я. в. руйнування виробляє також ударна хвиля. Як і при підводному вибуху, в центрі виникає газовий міхур високого тиску. При неглибокому вибуху утворюється величезна воронка, в повітря піднімається стовп пилу і землі. Підземний Я. в. викликає поштовх, по своїй дії аналогічний землетрусу. За своєю енергії Я. в. у 20 кт можна порівняти з землетрусом силою в 5 М (магнітуд) за шкалою Ріхтера (див. Магнітуда землетрусу ). Я. в. водневої бомби в 20 Мт відповідає землетрусу з силою 7 М. Сейсмічні хвилі підземних Я. в. реєструються на відстанях в тисячі км від місця вибуху.

© Ю. П. Райзер.

Підземні Я. в. застосовувалися в мирних цілях для великомасштабних гірських робіт, видобутку корисних копалин та ін Розрізняють заглиблений Я. в. зовнішнього дії і підземного (камуфлетного), коли радіус руйнівної дії не досягає поверхні землі. Я. в. зовнішнього дії, за допомогою яких можна направлено переміщати величезні маси гірських порід (для розтину родовищ корисних копалин, будівництва каналів, накидних гребель, водоймищ, штучних гаваней і т. п.), вимагають створення ядерних пристроїв і методів їх детонації, що гарантують відсутність радіоактивного забруднення атмосфери і повну безпеку біосфери. камуфлетного Я. в. здійснюються при заглибленні заряду до декількох км . Ці вибухи інтенсифікують розробку виснажених нафтових і газових родовищ, створюють (в пластичних породах) ємкості-сховища (для природного газу, нафтопродуктів, поховання відходів тощо), дозволяють дробити міцні рудні тіла (для їх витяги), ліквідовують аварійні газові та нафтові фонтани.

Літ.: Дія ядерної зброї, пров. з англ., М., 1960; Зельдович Я. Б ., Райзер Ю. П., Фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, 2 изд., М., 1966; Коул Р., Підводні вибухи, пер. з англ., М., 1950; Підземні ядерні вибухи, пров. з англ., М., 1962; Ядерний вибух в космосі, на землі і під землею, пров. з англ., М., 1974; Атомні вибухи в мирних цілях, М., 1970; Ізраель Ю. А., Мирні ядерні вибухи і довкілля, Л., 1974.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка