Классификация и виды ядерных боеприпасов

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 121Следующая ⇒

Различают, в зависимости от целей классификации, тактическую и техническую классификации ядерных боеприпасов. Тактическая классификация отвечает на вопрос о принадлежности того или иного образца ядерного боеприпаса к виду вооруженных сил. Основными классификационными признаками для технической классификации являются (табл. 1.5):

тип боеголовки;

тип ядерного боеприпаса;

тип носителя;

мощность ядерного боеприпаса (тротиловый эквивалент);

способ перевода массы ядерного взрывчатого вещества в надкритическое состояние.

Таблица 1.5

Техническая классификация ядерных боеприпасов

Классификционный признак	Классификационная структура
Классификционный признак	1	2	3	4	5
Тип боеголовки	Разделящаяся	Неразделяющаяся
Тип ядерного боеприпаса	Ядерный	Термо- ядерный	Комби-нированный
Тип носителя	Ракеты: стратегические, оперативно-тактические, тактические, управляемые	Бомбардировщики: стратегические, фронтовые, палубные	Артил- лерия	Торпеды	Фугасы
Мощность ядерного боеприпаса	Сверхмал., менее 1кт	Малый, 1…10 кт	Средний, 10…100 кт	Крупный, 100 кт… 1 Мт	Сверхкрупный, более 1Мт
Способ перевода массы ЯВВ в надкри-тическое состояние	Пушечный	Имплозивный

Ядерные боеприпасы.Источником энергии в ядерных боеприпасах является самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер на тепловых нейтронах. Самоподдерживающейся цепной реакцией деления ядер называется реакция, которая, начавшись делением одного или нескольких тяжелых ядер, продолжается в веществе без внешнего воздействия.

Изучение процесса деления урана показало, что под действием тепловых нейтронов делятся только уран-235, уран-233 и плутоний-239, а уран-238 поглощает тепловые нейтроны без деления.

Для инициирования самоподдерживающейся реакции деления теоретически необходим только один внешний нейтрон на всю массу ядерного заряда, причем любой энергии. Захват нейтрона ядром урана-235 приводит к появлению возбужденного составного ядра ²³⁶₉₂U^*, которое разделится на два осколка с выделением нейтронов и большого количества энергии (1.1).

²³⁵ ₉₂ U + ¹₀ n = ²³⁶ ₉₂ U ^* → осколки + К _n + E (1.1)

Способность урана или плутония при своем делении испускать несколько нейтронов лежит в основе получения цепной ядерной реакции. Сущность ее состоит в следующем. Каждое деление ядра урана-235 на 2 осколка (2 новых радиоактивных ядра) сопровождается появлением 2-3 свободных (вторичных) нейтронов. Условимся, что при каждом делении ядра урана появляется 2 вторичных нейтрона, которые полностью используются для последующего деления ядер.

Тогда, сталкиваясь с двумя другими ядрами урана и вызывая их деление, образуется уже 4 свободных нейтрона. Те, в свою очередь, вызывают деление четырех ядер, при этом появляются уже 8 вторичных нейтронов и так далее (рис.1.13). Таким образом, число разделившихся ядер все время возрастает по закону геометрической прогрессии с освобождением колоссальной энергии без какого-либо внешнего воздействия. Необходимым условием поддержания цепной реакции деления является то, чтобы на каждое разделившееся ядро приходилось в среднем не менее одного вторичного нейтрона, вызывающего деление следующего ядра. Число вторичных нейтронов, приходящееся в среднем на одно разделившееся ядро, называется коэффициентом развития цепной ядерной реакции деления К _n .

При коэффициенте развития реакции, превышающем единицу, число делящихся ядер лавинообразно нарастает и реакция приобретает характер взрыва. Такое состояние системы принято называть надкритическим (сверхкритическим). При коэффициенте развития реакции деления меньше единицы, цепная ядерная реакция невозможна. Такое состояние системы принято называть подкритическим (докритическим).

Если коэффициент развития реакции равен единице, то цепная реакция протекает при постоянной скорости. Такое состояние системы принято называть критическим. Оно возможно не в любой массе делящегося вещества, а в строго определенной.

Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна цепная ядерная реакция с постоянной скоростью, называется критической массой.

Ядро урана-238 делится при захвате только быстрых нейтронов с энергией, превышающей 1,5 МэВ. Поглощение быстрого нейтрона ураном-238 дает возбужденное составное ядро, которое разделится на осколки с выделением нейтронов и энергии (1.3)

Е >1,5МэВ

²³⁸₉₂U + ¹₀n ® ²³⁹₉₂U^*→ осколки + К _n + E (1.3)

Однако последующий захват этих нейтронов ядрами урана-238 вызывает уже не реакцию деления, а реакцию радиационного захвата и цепная ядерная реакция прекращается, для её поддержания необходима постоянная «подпитка» реакции быстрыми нейтронами.

До взрыва делящееся вещество в ядерном боеприпасе находится в подкритическом состоянии, масса его меньше критической. Перевод делящегося вещества в надкритическое состояние осуществляется различными способами.

В ядерном заряде так называемого пушечного типа ядерное взрывчатое вещество до момента взрыва разделено на несколько частей, масса каждого из которых меньше критической. Для быстрого перевода ядерного заряда в надкритическое состояние применяется взрыв обычных взрывчатых веществ. В момент взрыва этих веществ все части ядерного заряда соединяются в единое целое, так что масса делящегося вещества становится больше критической. На рисунке 1.14. представлена принципиальная схема ядерных боеприпасов с зарядами данного типа.

Рис. 1.14. Схема устройства ядерного заряда пушечного типа

В ядерном заряде имплозивного типа делящееся вещество до момента взрыва представляет единое целое, но размеры и плотность его таковы, что система находится в подкритическом состоянии. Вокруг ядерного заряда расположены заряды обычного ВВ, при одновременном подрыве которых делящееся вещество подвергается сильному обжатию, плотность его возрастает и заряд переходит в надкритическое состояние, происходит взрыв.

Рис.1.15. Ядерный боеприпас имплозивного типа

Термоядерные боеприпасы. Источником энергии в термоядерных боеприпасах является термоядерная реакция. Ядерные реакции, в которых кинетическая энергия взаимодействующих ядер, необходимая для их слияния (синтеза), приобретается разогревом, называются термоядерными реакциями.

Для слияния атомных ядер необходимо преодолеть кулоновские силы отталкивания, действующие между одинаково заряженными частицами. Сблизить ядра на такие расстояния, на которых начинают действовать ядерные силы притяжения, возможно при высокой температуре реагирующей смеси, когда подвижность ядер значительно возрастает, а следовательно, и увеличивается вероятность протекания реакций синтеза. Реакции синтеза легких ядер протекают при температурах порядка десятков миллионов и более ºС, создаваемых в результате самоподдерживающейся цепной реакции деления атомного детонатора из урана-235.

В качестве исходного вещества для термоядерной реакции можно использовать твердое соединение дейтерида лития (LiD). При взрыве атомного детонатора заряд дейтерида лития нагревается до температуры 20…30 млн ºС . Одновременно с этим из зоны цепной реакции деления испускаются нейтроны, часть которых взаимодействует с ядрами лития по схеме

⁶ ₃Li + ¹ ₀n ® ⁴ ₂Не + ³₁Н + 4,8 МэВ (1.4)

Образовавшийся при этом тритий ³₁Н немедленно вступает в реакцию с дейтерием ² ₁Н

³₁Н + ² ₁Н ® ⁴ ₂Не + ¹ ₀n + 17,6 МэВ (1.5)

Образуется замкнутый цикл реакций с воспроизводством трития из лития, в котором появляются нейтроны, имеющие энергию Е » 14 МэВ

⁶ ₃Li + ¹ ₀n ® ⁴ ₂Не + ³₁Н

³₁Н + ² ₁Н ® ⁴ ₂Не + ¹ ₀n

Этот цикл обеспечивает высокоэффективное термоядерное взаимодействие и в то же время не требует введения трития извне.

Общее количество энергии, выделяющееся при реакции синтеза в 1 кг дейтериево-тритиевой смеси, примерно равно энергии взрыва 80 т тротила, что в 4 раза превосходит энерговыделение при реакции деления 1 кг урана.

Отношение количества энергии, выделившейся в результате реакции синтеза g_тя к общей энергии взрыва g, называется коэффициентом термоядерности

. (1.6)

Главными элементами ядерного заряда, основанного на реакции синтеза, являются делящееся вещество (ЯВВ) и заряд для реакции синтеза, искусственный источник нейтронов, заряд обычного ВВ, отражатель нейтронов. Такой боеприпас называют термоядерным типа деление-синтез, схема такого боеприпаса представлена на рис. 1.16.

Рис.1.16. Схема устройства термоядерного заряда типа “деление-синтез”

Комбинированные боеприпасы. Образующиеся при термоядерных реакциях нейтроны, как уже говорилось, обладают очень большой энергией и могут вызвать деление ядер U-238. Это обстоятельство позволило создать комбинированные заряды, в которых реакция синтеза используется как мощный источник быстрых нейтронов, обусловливающих деление большого числа ядер U-238. Таким образом протекают три стадии реакций: сначала деление, потом синтез и снова деление. Количество выделившейся энергии становится ещё больше, такие боеприпасы называют комбинированными типа деление-синтез-деление.

Нейтронные боеприпасы. Нейтронный боеприпас представляет собой малогабаритный термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс. т., у которого основная доля энергии выделяется за счет реакции синтеза ядер дейтерия и трития.

Рис. 1.17. Схема устройства нейтронного боеприпаса “пушечного”

³₁ H + ²₁ H ® ⁴₂ H_e + ¹₀n + 17,6 МэВ (1.7)

Нейтронная составляющая проникающей радиации и будет оказывать основное поражающее действие на личный состав.

В отличие от термоядерных боеприпасов большой мощности в нейтронных боеприпасах считается предпочтительным использовать смесь дейтерия с тритием. Получать тритий в ходе ядерных реакций считается невыгодно, так как это связано со значительным расходом образовавшихся нейтронов, взаимодействующих с литием.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1392; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!