Определения




Скачать 339.39 Kb.
НазваниеОпределения
страница2/4
Дата10.10.2012
Размер339.39 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4

Глава 4.Водородная бомба

4.1 Схема Теллера-Улама


Идея Теллера-Улама использует тот факт, что при обычном атомном взрыве 80% энергии выделяется в виде мягких рентгеновских лучей, а не в виде осколков деления. Естественно, рентгеновские лучи намного опережают расширяющиеся (со скоростью около 1000 км/с) остатки плутония. Это позволяет использовать их для сжатия и поджога отдельной емкости с термоядерным горючим (второй ступени), путем обжатия излучением, до того, как расширяющийся первичный заряд разрушит ее.
В материале все это воплощается следующим образом. Компоненты бомбы помещаются в цилиндрический корпус с пусковым атомным зарядом ("триггером") на одном конце. Термоядерное топливо в виде цилиндра или эллипсоида помещается в корпус-толкатель - слой очень плотного материала - урана/вольфрама. Внутри цилиндра аксиально помещен стержень из Pu-239 или U-235, 2-3 см в диаметре. Все оставшееся пространство корпуса заполняется пластмассой. Триггер от цилиндра с горючим отделен защитной крышкой из урана или вольфрама.

После взрыва пускового заряда рентгеновские лучи, испускаемые из области реакции деления, распространяются по пластмассовому наполнителю. Основные составляющие пластмассы - атомы углерода и водорода, которые полностью ионизируются и становятся совершенно прозрачными для рентгена. Урановый экран между триггером и капсулой с горючим, а так же сам корпус капсулы предотвращают преждевременный нагрев дейтерида лития. Тепловое равновесие устанавливается чрезвычайно быстро, так что температура и плотность энергии сохраняются постоянными на всем пути распространения излучения. Когда урановый корпус бомбы нагревается, то начинает расширяться и охлаждаться путем уноса массы (абляции). Явление уноса, подобно огненной струи ракетного двигателя направленного внутрь капсулы, развивает огромное давление на термоядерное горючие, вызывая прогрессирующее его обжатие. Установившееся тепловое равновесие обеспечивает равномерность распределения давления со всех сторон.
Примечание. Безусловно, что после срабатывания первичного заряда "корпус" капсулы (да и вообще всё устройство) представляет собой многократно ионизированную плазму, именно так это и надо понимать в дальнейшем.
Прозрачная углеродно-водородная плазма тормозит раннее расширение плазм корпусов капсулы и всей бомбы, сохраняя канал для распространения рентгеновского излучения от перекрытия его тяжелыми атомами корпусов.
Сила, сжимающая и ускоряющая термоядерное горючие, развивается исключительно благодаря абляции. Два остальных возможных источника давления - давление плазмы (давление, развиваемое тепловым движением плазмы между корпусами) и давление рентгеновских фотонов - не оказывают непосредственного влияния на обжатие.
Оказываемое на капсулу (состоящую из уранового корпуса, горючего и стержня из делящегося материала) давление приводит к цилиндрической (либо сферической) имплозии, уменьшая ее диаметр примерно в 30 (10) раз. Плотность материала капсулы возрастает в 1000 раз. Это большее сжатие, чем производимое взрывчатой оболочкой триггера на его плутониевое ядро, поскольку энергия, достаточная для уничтожения небольшого города, тратится на сжатие нескольких килограммов топлива. Но этого еще недостаточно.
Вместе с тем маловероятно, что стержень внутри капсулы подвергается такому экстремальному сжатию. Находящийся в центре, он воспринимает очень сильное ударное воздействие и разогревается до высокой температуры, при этом сжимаясь в ~4 раза. Однако этого хватает для приведения его в надкритическое состояние. Быстрые нейтроны, в избытке имеющиеся при делении триггера, замедляются дейтеридом лития до тепловых скоростей и начинают цепную реакцию в стержне так скоро, как быстро он переходит в сверхкритическое состояние. Его взрыв, действующий наподобие "запальной свечи", вызывает еще большее увеличивает давления и температуры в центре капсулы, делая их достаточными для разжигания термоядерной реакции. Далее, самоподдерживающаяся реакция горения двигается к внешним областям капсулы с топливом. Корпус капсулы мешает выходу теплового излучения за ее пределы, значительно увеличивая эффективность горения. Температуры, возникающие в ходе термоядерной реакции многократно превышают образующиеся при цепном делении (до 300 миллионов °K). С ростом температуры растет и скорость прохождения реакций.
Все это происходит примерно в полтора миллиарда раза быстрее, чем заняло это описание - всего за несколько сотен наносекунд.
Для срабатывания этой схемы крайне важны условия симметрии заряда и точного соблюдения условий эффективной лучевой имплозии. Так, например, неудача эксперимента Koon, в ходе операции Castle, произошла из-за ошибки в проекте устройства. Нейтронный поток от пускового заряда достиг второй ступени, предразогрев ее, и таким образом, помешав ее эффективному обжатию. Остальные изделия, испытанные в Castle, содержали бор-10, служащий хорошим поглотителем нейтронов и снижающим этот эффект предварительного разогрева термоядерного топлива.
Двухступенчатая схема Теллера-Улама позволяет создавать столь мощные заряды, на сколько хватит мощности триггера для сверхбыстрого обжатия большого количества горючего. Для дальнейшего увеличения величины заряда можно использовать энергию второй ступени для сжатия третьей. Вообще, на каждой стадии в таких устройствах возможно усиление мощности в 10-100 раз.

4.2 Реакция синтеза атомных ядер.


Реакция синтеза легких ядер может начаться и протекать лишь при нагреве вещества до температуры, при которой кинетическая энергия теплового движения ядер становится достаточной для преодоления сил взаимного электрического отталкивания, действующих между ними.

Реакции синтеза легких ядер, эффективно протекающие в условиях нагрева вещества до температуры десятков миллионов градусов и более, называются термоядерными.

Наиболее легко протекает реакция синтеза между ядрами изотопов водорода дейтерия и трития. Значительно более вы­сокая температура требуется для реакций синтеза между ядрами только дейтерия, а также между ядрами только трития.

Реакция синтеза ядер происходит с большой скоростью, при этом выделяется достаточно большое количество энергии. Например, один акт слияния дейтерия и трития длится несколько наносекунд (1 нс=10-9 с) с выделением энергии, равной 17,6 МэВ, и испусканием нейтрона высокой энергии.


 

Температуру, при которой начинается реакция синтеза, достигают с помощью ядерного взрыва, основанного на реакции lеления атомных ядер. Возможны реакции синтеза и между ядрами других элементов, однако вследствие необходимости крайне высоких температур для их начала и протекания они практического значения в настоящее время не имеют. Изотопы, которые используют для получения взрыва в результате реакции синтеза их атомных ядер, называют термоядерным горючим. В качестве термоядерного горючего в настоящее время используют изотопы водорода — дейтерий и тритий. В свободном виде дейтерий и тритий представляют собой газы. Атомарное содержание дейтерия в природном водороде составляет около 0,015%, трития — 10-16%. Дейтерий встречается в природе в свободном состоянии и в химическом соединении D2O, называемом тяжелой водой. Тяжелая вода содержится в обычной воде в количестве 0,015%. Для практических нужд дейтерий получают электролизом тяжелой воды (из 1000 кг воды получается 20 г дейтерия). Дейтерий является стабильным изотопом, тритий — радиоактивным. Последний подвержен бета-распаду с периодом полураспада около 12,3 лет. В результате распада тритий превращается в гелий-3. Тритий в небольшом количестве содержится в атмосфере. Он образуется в результате взаимодействия ядер азота с нейтронами и расщепления ядер различных химических элементов космическими частицами высоких энергий. Для промышленных нужд тритий получают в ядерных реакторах в результате облучения лития-6 нейтронами. При синтезе всех ядер дейтерия и трития, содержащихся в одном килограмме их смеси, освобождается примерно такая же энергия, как при взрыве 80 тыс. т тротила.

4.3 Термоядерные заряды.


Основными элементами термоядерного заряда являются термоядерное горючее и атомный заряд—инициатор реакции синтеза. В связи с тем что дейтерий и тритий в свободном состоянии представляют собой газы, а тритий, кроме того, является радиоактивным и дорогостоящим изотопом, в качестве первичного термоядерного горючего обычно используют дейтерид лития-6 — твердое вещество, представляющее собой соединение дейтерия и лития-6. При облучении лития-6 нейтронами, возникающими при взрыве атомного заряда (инициатора реакции синтеза), образуется тритий, который и вступает в реакцию синтеза с дейтерием. Образующиеся при реакции синтеза нейтроны вновь приводят к образованию трития, а следовательно, к поддержанию реакции синтеза.

Термоядерные заряды условно разделяют на обычные и специализированные. Для обычных термоядерных зарядов распределение энергии взрыва между поражающими факторами близко к ее распределению при взрывах атомных зарядов, для специализированных — характерно резкое изменение распределения энергии взрыва между поражающими факторами по сравнению с ее распределением при взрывах атомных зарядов. К специализированным термоядерным зарядам относятся, например, нейтронные, «чистые» и др. Для нейтронных зарядов характерны в несколько раз больший удельный (на единицу энергии взрыва) выход нейтронов и повышенная их энергия. У «чистых» зарядов резко снижен вклад в общее энерговыделение реакции деления, т. е. резко уменьшен выход радиоактивных продуктов. В процессе реакции синтеза образуется большое количество нейтронов с высокой энергией, которые способны вызывать деление ядер урана-238. Поэтому для увеличения энергии взрыва в термоядерных зарядах используют оболочки из урана-238 — самого распространенного и наиболее дешевого изотопа урана.

4.4 «Царь – бомба»




Дата взрыва: 30 октября 1961 года,

Координаты взрыва: 73 градуса 50'52.93" N (Часовая зона "Ноябрь" UTC-1) 54 градуса 29'40.91 E.

Самая крупная водородная (термоядерная) бомба — советская 50-мегатонная «царь-бомба», взорванная 30 октября 1961 года на полигоне на острове Новая Земля. Никита Хрущёв пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, чтобы не побить все стёкла в Москве. В каждой шутке есть доля правды: конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться простым увеличением рабочего тела. Снизить энерговыделение решили из соображений безопасности - иначе полигону наносился слишком большой ущерб. Изделие оказалось настолько большим, что не помещалось в бомболюк самолета-носителя Ту-95 и частично торчало из него. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила, тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала.

"Иван" - термоядерное устройство, разработанное в середине 50-х годов группой физиков под руководством академика И.В. Курчатова. В группу входили Андрей Сахаров, Виктор Адамский, Юрий Бабаев Юрий Трунов и Юрием Смирнов.

Взрывная волна от этой бомбы три раза обогнула земной шар, и облако взрыва наблюдалось с расстояния до 1000 километров.
1   2   3   4

Похожие:

Определения iconАтопический дерматит у детей и подростков (лекция)
Современные определения и понятия в аллергологии (определения Европейского общества аллергологов/иммунологов)
Определения iconМониторинг и прогнозирование термины и определения гост р 22 02-95
Настоящий стандарт устанавливает термины и определения основных понятий в области мониторинга окружающей среды и прогнозирования...
Определения iconПростейшая ориентировка в пространстве и времени
Более точные определения, производимые при помощи инструментов, описаны в главе XV. Некоторые из способов определения касаются обеих...
Определения iconМинобрнауки россии
Вступительный экзамен предназначен для определения практической и теоретической подготовленности бакалавра и проводится с целью определения...
Определения iconУрок 14 Тема: Основные понятия и определения
Цели урока: разобрать основные понятия и определения, научиться выбирать номенклатуру деталей для обработки на гпс
Определения iconАлгоритм определения астрономического азимута оптико-электронным астровизиром
В результате сравнительного анализа, выполненного на основе полученных экспериментальных данных, сделан вывод о предпочтительности...
Определения iconМетодические указания для самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя Тема: Постановка реакций агглютинации, преципитации, рпга, реакции Кумбса
Оухтерлони для определения токсинов дифтерийной палочки, определения уровня иммуноглобулинов в сыворотке крови (демонстрация)
Определения iconВопросы: Понятие чрезвычайной ситуации, термины, понятия, определения
Лекция Чрезвычайные ситуации, их источники и поражающие факторы. Понятия, термины и определения, классификация
Определения iconГост р 50922-96 Защита информации основные термины и определения
Настоящий стандарт устанавливает основные термины и их определения в области защиты информации
Определения iconПрограмма аттестационного собеседования для поступающих в иатэ нияу мифи
Аттестационное собеседование предназначено для определения практической и теоретической подготовленности соискателя и проводятся...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница