Физическая энциклопедия

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ


взрыв, вызванный выделением внутриядерной энергии. Масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов на величину DМ (дефект массы), к-рая соответствует энергии связи ?св нуклонов в ядре. Удельная энергия связи ?/N (N—число нуклонов в ядре) максимальна для ядер вблизи 56Fe периодич. системы элементов. Это означает, что яд. реакции, идущие с образованием этих ядер, сопровождаются выделением энергии (см. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ). Такими реакциями могут быть деление тяжёлых ядер, лежащее в основе Я. в., или синтез лёгких ядер, приводящий к термоядерному взрыву. Я. в. был осуществлён впервые в США 16 июля 1945, а 6 и 9 августа 1945 две яд. бомбы были сброшены на япон. гг. Хиросима и Нагасаки. В СССР первый Я. в. был осуществлён в 1949, термоядерный — в 1953.
Для осуществления Я. в. в результате ядерной цепной реакции деления (атомная, точнее, яд. бомба) необходимо, чтобы масса делящегося в-ва (235U, 239Pu и др.; (см. ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО) превысила т. н. критич. массу Мкр, зависящую от плотности r в-ва и его геом. конфигурации. Размер R системы должен превышать критич. размер Rкр порядка длины свободного пробега l нейтрона. Т. к. l=1/r, то определяющей величиной явл. т. н. оптич. толщина системы t=rR. При М>Мкр (R >Rкр) состояние системы надкритично, и развитие цепной реакции может привести к Я. в. (в отличие от ядерного реактора, где М=Mкр и состояние системы критично). Для 235U r=19,5 г/см3 и при сферич.форме системы Mкр=50 кг (Rкр=9 см), для 239Pu Мкр=11 кг, для 233U Мкр=16 кг.
До взрыва яд. бомбы система должна быть подкритичной. Переход в надкритическое состояние осуществляется быстрым сближением неск. кусков активного (делящегося) материала, напр. 235U. Если таких кусков два (напр., 2 полусферы), то т. н. величина надкритичности (M/Mкр) невелика (M/Mкр=2); если их больше (в пределе — сколь угодно малые сегменты шара), то она может быть сколь угодно увеличена. Обычно для сближения используется хим. взрыв, при к-ром развивается высокое давление (=106 атм), способствующее сжатию (имплозии) активного материала Rкр, что уменьшает Мкр. Характерное время между двумя столкновениями нейтронов с ядрами в-ва
t=l/vп=10 -8c при энергии нейтронов ?п=1 МэВ.
Увеличенное в неск. раз, оно определяет длительность Я. в. В каждом акте деления выделяется энергия =200 МэВ (1 МэВ на 1 нуклон делящегося ядра). Если 1 кг 235U полностью прореагирует, то выделится энергия =1021 эрг, что эквивалентно энерговыделению при взрыве 20 кт тротила. Т. о., яд. «взрывчатка» эффективнее химической в 107 раз. В результате большого энерговыделения в центре бомбы развиваются огромные темп-ра (=108К) и давление (=1012 атм). В-во превращается в плазму, разлетается и теряет надкритичность.
Для цепных реакций деления энергия теплового движения ч-ц среды всегда значительно ниже, чем ?п, поэтому темп-ра среды не играет роли. Для реакций синтеза она существенна. Возможно большое кол-во энергетически выгодных яд. реакций синтеза, но в земных условиях не развивающихся из-за низкой темп-ры (см. УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). В звёздах, где темп-ры высоки, а разлёт в-ва сдерживается гравитац. силами, протекают реакции синтеза, составляющие основу энергетич. циклов звёзд. Темп-ра среды пропорц. кинетич. энергии её ч-ц. Чтобы 2 ядра с ат. номерами Z1 и Z2 слились, их кинетич. энергия должна быть сравнима с энергией электростатич. отталкивания: ?=Z1 Z2 e2/r на расстояниях порядка размера ядра (=10-13 см). Распределение ч-ц по энергиям N(?)=ехр(-?/kT). Это означает наличие иек-рого количества ч-ц с энергией большей, чем средняя ?ср=3/2kТ; кроме того, возможно туннельное проникновение ч-ц через энергетич. барьер (см. ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ). В результате возникает резкая зависимость скорости реакции от темп-ры, но порог отсутствует.
Т. к., с одной стороны, скорость реакции синтеза пропорц. плотности в-ва (число соударений в ед. времени), с др. стороны, время разлёта ч-ц тем больше, чем больше размер системы (выгорание термоядерного топлива зависит также от оптич. толщины rR), то для осуществления термоядерного взрыва необходимы высокие темп-ра и плотность. В термоядерном взрывном устройстве это создаётся при помощи яд. бомбы (деления), служащей детонатором.
Для осуществления термоядерного взрыва используются реакции:
тритий, период полураспада к-рого T1/2=12,6 лет. Поэтому наряду с реакцией d+t используется реакция d+d, приводящая к образованию трития, а также реакция 6Li+n=t+a. Попадающий в смесь 6Li и дейтерия нейтрон поглощается ядром 6Li с образованием t, к-рый вступает в реакцию с дейтерием, вновь образуется нейтрон, поглощающийся в 7Li, и т. д. Цепочка реакции может быть поддержана или усилена вз-ствием нейтронов с делящимся материалом (обычно природный уран, т. к. образующиеся нейтроны имеют энергию =14 МэВ, т. е. явл. надпороговыми).
Преимущество термоядерных реакций синтезу над реакциями деления в Я. в. связано со значительно большим (в 5 раз) энерговыделением на 1 г в-ва. Это, а также тот факт, что нейтроны, образующиеся в реакциях синтеза, эффективно делят уран, обусловливает значительно большую мощность термоядерных взрывных устройств по сравнению с ядерными. Обычно энергия яд. бомб =1—20 кт тротилового эквивалента, энергия термоядерных бомб = 105—106 т.
При Я. в. в воздухе образуется мощная ударная волна, к-рая, достигая поверхности Земли, вызывает разрушения. Существенное поражение наземных сооружений происходит, если ударная волна несёт избыточное давление р порядка неск. десятых долей атм. Радиус R поражения приблизительно определяется из соотношения: р=?/R3=105 Па, где ?—энергия, выделяющаяся в Я. в. Для номинальной яд. бомбы (1 кг сгоревшего 238U) с энерговыделением 20 кт тротилового эквивалента R=1 км. Выделившаяся энергия по истечении неск. мкс передаётся окружающей среде. Образующийся ярко светящийся огненный шар расширяется вначале за счёт лучистой теплопроводности, а затем вместе с распространением ударной волны. По мере расширения шара темп-ра его падает, через 10-2—10-1 с шар достигает макс. радиуса 150 м (для бомбы в 20 кт), T=8000 К (ударная волна далеко впереди). За время свечения (неск. с) в эл.-магн. излучение переходит 10—20% энергии Я. в. Излучение вызывает пожары, ожоги. Разреженный нагретый воздух, несущий радиоактивные продукты Я. в., поднимается вверх и по истечении неск. минут достигает высоты 10 —15 км. После этого облако Я. в. расплывается на сотни и более км. Радиоактивные ч-цы выпадают на поверхность Земли, образуя т. н. радиоактивный след Я. в. Особенно опасен приземный Я. в., когда огненный шар, касаясь поверхности Земли, поднимает вверх пыль, радиоактивные ч-цы прилипают к ч-цам земли и выпадают вблизи эпицентра Я. в. в концентрации, летальной для человека.
При Я. в. образуется мощный поток нейтронов и g-лучей (1 % всей выделяющейся энергии). Если Я. в. произведён на высоте 1 км, радиация может достигнуть поверхности Земли (атмосфера ослабляет поток вдвое на расстоянии 150 м) и создать летальную дозу. В зависимости от конкретного устройства отд. факторы поражения могут быть усилены или ослаблены в неск. раз. Напр., в случае взрыва т. н. нейтронной бомбы (разновидности термоядерной бомбы с энерговыделением =1 кт тротилового эквивалента) усилено нейтронное излучение.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ

-взрыв,вызванный выделением внутриядерной энергии. Масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов на величину ДМ (дефект массы),к-рая соответствует энергии связи= DМс2нуклонов в ядре. Уд. энергия связи/А (А -число нуклонов в ядре) максимальна для ядер ср. группы периодич. системы элементов. Это означает, чтоядерные реакции,идущие с образованием этих ядер, сопровождаются выделением энергии. Такими реакциями могут быть деление тяжёлых ядер, лежащее в основе Я. в., или синтез лёгких ядер, приводящий к термоядерному взрыву (см.Ядерные цепные реакции).Я. в. был осуществлён впервые в США 16 июля 1945. В СССР первый Я. в. был произведён в 1949, термоядерный- в 1953.

Для осуществления Я. в. в результате ядерной цепной реакции деления необходимо, чтобы масса делящегося вещества (235U,239Pu и др., см.Ядерное горючее)превысила т. н. критич. массуMкp, зависящую от плотн. r вещества и его геом. конфигурации. РазмерRсистемы (ядерного заряда) должен превышать критич. размерRкр(Rкрпорядка длины свободного пробегаlнейтрона). Т. к.l~1/r, то определяющей величиной является т. н. оптич. толщина системы t = rR.ПриМ> Мкр~1/r2(R>Rкр) состояние системы надкритично и развитие цепной реакции может привести к Я. в., в отличие отядерного реактора,где приМ=Мкрсостояние системы критично. Для235U r= 19,5 г/см и при сферич. форме системыМкр= 50 кг (Rкр= 8,5 см), для239РuМкр=11 кг, для233UМкр= 16 кг.

До взрыва система должна быть подкритичной. Переход в надкритичное состояние осуществляется быстрым сближением неск. кусков делящегося материала, напр.235U. Если таких кусков два, то величина надкритичности невелика (М/Мкр= 2); если их больше (в пределе - сколь угодно малые сегменты шара), то она может быть сколь угодно увеличена. Обычно для сближения используется хим. взрыв, при к-ром развивается высокое давление (~106атм), способствующее собиранию делящегося материала и вызывающее его сжатие (имплозию), что уменьшаетMкр. Характерное время между двумя столкновениями нейтронов с ядрами веществаt~10-8с при энергии нейтронов ~ 1 МэВ. Увеличенное в неск. раз, оно определяет длительность Я. в. В каждом акте деления выделяется энергия ~200 МэВ (1 МэВ на 1 нуклон делящегося ядра). Если 1 кг235U полностью прореагирует, то выделится энергия ~1021эрг, что эквивалентно энерговыделению при взрыве 20 тыс. т тротила. Т. о., ядерная "взрывчатка" эффективнее химической в 107раз. В результате большого энерговыделения в центре ядерной бомбы развиваются огромные темп-pa (~108К) и давление (~1012атм). Вещество превращается в плазму, разлетается и теряет надкритичность.

Для цепных реакций деления энергия теплового движения частиц среды всегда значительно ниже, чем энергия нейтроновEn, поэтому темп-pa среды не играет роли. Для реакций синтеза она существенна. Существует большое кол-во энергетически выгодных ядерных реакций синтеза, не развивающихся в земных условиях из-за низкой темп-ры (см.Термоядерные реакции, Управляемый термоядерный синтез).В звёздах, где темп-ры высоки, а разлёт вещества сдерживается гравитац. силами, протекают реакции синтеза, составляющие основу энергетич. циклов звёзд (см.Эволюция звёзд).

Кинетич. энергия частиц пропорц. темп-ре среды. Чтобы 2 ядра с атомными номерами Z1и Z2слились, их кинетич. энергия должна быть сравнима с энергией эл.-статич. отталкивания = Z1Z2e2/rна расстояниях порядка размера ядра (~10-13см). Распределение частиц по энергиямN()~ехр( -/kT).Это означает наличие нек-рого кол-ва частиц с энергией большей, чем ср. = 3/2kT,кроме того, возможно туннельное проникновение частиц через энергетич. барьер (см.Туннельный эффект).В результате возникает резкая зависимость скорости реакции от темп-ры, но порог отсутствует.

Т. к. скорость реакции синтеза пропорц. плотности вещества (число соударений в единицу времени), а время разлёта частиц тем больше, чем больше размер системы, выгорание термоядерного топлива зависит также от оп-тич. толщины (rR) и для осуществления термоядерного взрыва необходимы высокие темп-pa и плотность. В термоядерном взрывном устройстве это создаётся при помощи ядерной бомбы (деления), служащей детонатором.

Для осуществления термоядерного взрыва используются реакции


Скорость первой из них в 100 раз выше, но для неё необходим радиоакт.тритий,период полураспада к-рогоT1/2= 12,6 лет. Поэтому наряду с реакцией d + t используется реакция d + d, приводящая к образованию трития, а также реакция6Li + n = t + d. Попадающий в смесь6Li и d нейтрон поглощается ядром6Li с образованием трития, к-рый вступает в реакцию с дейтерием, вновь образуется нейтрон, поглощающийся в6Li, и т. д. Цепочка реакций может быть поддержана или усилена взаимодействием нейтронов с делящимся материалом (обычно природный уран, т. к. образующиеся нейтроны имеют энергию 14 МэВ, т. е. являются надпороговыми).

Преимущество термоядерных реакций синтеза над реакциями деления в Я. в. связано со значительно большим (в 5 раз) энерговыделением на 1 г вещества. Это обусловливает значительно большую мощность термоядерных взрывных устройств по сравнению с ядерными. Обычно энергия ядерных бомб ~ 1 -20 кт тротилового эквивалента, энергия термоядерной бомбы порядка 105-106т эквивалента.

При Я. в. в воздухе образуется мощная ударная волна, к-рая, достигая поверхности Земли, вызывает разрушения. Существ. поражение наземных сооружений происходит, если ударная волна несёт избыточное давлениерпорядка неск. десятых атм. Радиус пораженияRприбл. определяется из соотношения эрг/см3, где -энергия, выделяющаяся в Я. в. Для номинальной ядерной бомбы (1 кг сгоревшего урана) с энерговыделением 20 кт тротилового эквивалентаR~ 1 км. Выделившаяся энергия по истечении неск. мкс передаётся окружающей среде. Образующийся ярко светящийся огненный шар расширяется вначале за счёт лучистой теплопроводности, а затем вместе с распространениемударной волны.По мере расширения темп-pa шара падает, через 10-2-10-1с шар достигает макс. радиуса 150 м (для бомбы в 20 кт),T=8000 К (ударная волна далеко впереди). За время свечения (до неск. с) в эл.-магн. излучение переходит 10-20% энергии Я. в., излучение вызывает пожары, ожоги. Разреженный нагретый воздух, несущий радиоакт. продукты Я. в., поднимается вверх и через неск. мин достигает высоты 10-15 км. После этого облако Я. в. расплывается на сотни и более км. Радиоакт. частицы выпадают на поверхность Земли, образуя т. н. р а д и о а к т и в н ы й с л е д Я. в. Особенно опасен приземный Я. в., когда огненный шар, касаясь поверхности Земли, поднимает вверх пыль, радиоакт. частицы прилипают к частицам земли и выпадают вблизи эпицентра Я. в. в концентрации, летальной для человека.

При Я. в. образуется мощный поток нейтронов и g-лучей (1% всей выделяющейся энергии). Если Я. в. произведён на высоте ~ 1 км, радиация может достигнуть поверхности Земли (атмосфера ослабляет поток вдвое на расстоянии 150 м), создавая летальнуюдозу.

В зависимости от конкретного устройства отд. факторы поражения могут быть усилены или ослаблены в неск. раз. Напр., в случае взрыва т. н. нейтронной бомбы (разновидности термоядерной бомбы с энерговыделением ~ 1 кт тротилового эквивалента) усилено нейтронное излучение.

Лит.см. при ст.Ядерные цепные реакции. Л. П. Феоктистов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. ядерный взрыв—грандиозный по своим масштабам и разрушительной силе Взрыв вызываемый высвобождением ядерной энергии См. Ядерная энергия. К возможности овладения ядерной энергией физики ...Большая Советская энциклопедия II
  2. ядерный взрыв—чрезвычайно быстрое выделение огромного колва энергии в результате цепной ядерной реакцииi деления тяжлых ядер или термоядерной реакцииi протекающей в заряде ядерного бое...Большой энциклопедический политехнический словарь
  3. ядерный взрыв—ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ мощный взрыв вызванный высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термоядерной реакции...Большой энциклопедический словарь III
  4. ядерный взрыв—ЯДЕРНЫЙ взрыв мощный взрыв вызванный высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термоядерной реакци...Большой Энциклопедический словарь V
  5. ядерный взрыв—процесс быстрого выделения внутриядерной энергии в результате реакций протекающих в ядерном заряде. Я. в. отличается очень высокой концентрацией выделяющейся энергии край...Военно-юридический энциклопедический словарь
  6. ядерный взрыв—процесс выделения кинетич. энергии образовавшихся в резте реакции в ядер. заряде частиц осколков деления нейтронов альфачастиц и др. и энергии гаммаквантов. Характеризует...Военный энциклопедический словарь
  7. ядерный взрыв—a.em nuclear explosion н.em nukleare Explosion Kernexplosion ф.em explosion nucleaire и.em explosion nuclear взрыв вызванный выделением внутриядерной энергии.Энергия Я. ...Геологическая энциклопедия
  8. ядерный взрыв—a. nuclear explosion н. nukleare Explosion Kernexplosion ф. explosion nucleaire и. explosion nuclear взрыв вызванный выделением внутриядерной энергии. Энергия Я. в. може...Горная энциклопедия
  9. ядерный взрыв—процесс выделения кинетической энергии частиц образовавшихся в результате реакции в ядерном заряде частиц осколков деления нейтронов альфачастиц и др. и энергии гаммакван...Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь
  10. ядерный взрыв—взрыв вызванный неуправляемым высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термоядерной реакци...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  11. ядерный взрыв—Ядерный взрыв процесс быстрого освобождения ядерной энергии в ограниченном объеме. Ядерный взрыв отличается чрезвычайно высокой концентрацией выделяющейся энергии крайне ...Морской словарь
  12. ядерный взрыв—чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции протекающей в заряде ядерного...Российская энциклопедия по охране труда
  13. ядерный взрыв—nuclear blast nuclear explosion...Русско-английский политехнический словарь
  14. ядерный взрыв—nuclear explosion nuclear detonation...Русско-английский словарь по физике
  15. ядерный взрыв—nuclear burst nuclear explosion...Русско-английский словарь политической терминологии
  16. ядерный взрыв—nuclear explosion...Русско-английский технический словарь
  17. ядерный взрыв—esplosione nucleare...Русско-итальянский политехнический словарь
  18. ядерный взрыв—Atomexplosion nukleare Explosion Kernexplosion...Русско-немецкий политехнический словарь
  19. ядерный взрыв—ядерний вибух...Русско-украинский политехнический словарь
  20. ядерный взрыв—процесс чрезвычайно быстрого выделения внутриядерной энергии в результате реакций протекающих в ядерном заряде. Я. в. отличается очень высокой концентрацией выделяющейся ...Словарь военных терминов
  21. ядерный взрыв—процесс выделения кинетической энергии частиц образовавшихся в результате реакции в ядерном заряде частиц осколков деления нейтронов альфачастиц и др. и энергии гаммакван...Словарь терминов чрезвычайных ситуаций
  22. ядерный взрыв—ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ взрыв вызванный неуправляемым высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термо...Современная энциклопедия
  23. ядерный взрыв—ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ мощный взрыв вызванный высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термоядерной реакции...Современный энциклопедический словарь
  24. ядерный взрыв—ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ мощный взрыв вызванный высвобождением ядерной энергии либо при быстро развившейся цепной реакции деления тяжелых ядер U или Pu либо при термоядерной реакци...Энциклопедический словарь естествознания