Воздушный ядерный взрыв

Взрыв любого ядерного заряда начинается с цепной реакции деления атомных ядер. Первоначально энергия при ядерных взрывах выделяется в виде кинетической энергии образовавшихся частиц (осколков деления, нейтронов, альфа-частиц и др.) и энергии гамма-квантов.

Указанные частицы и гамма-кванты, взаимодействуя с атомами непрореагировавшей части вещества заряда, передают им большую часть своей энергии, в результате чего температура в зоне ядерной реакции в зависимости от ее типа и общей выделившейся энергии повышается до нескольких десятков миллионов градусов.

Ядерное оружие и его поражающие факторы

Обучающий фильм об оружии массового поражения и его поражающих факторах

Нейтронное оружие

Небольшой документальный фильм о нейтронном оружии, его устройстве, поражающих факторах и защите от него.

Кюрий

Кюрий, Curium Сm, атомный номер 96, атомный вес 247, третий синтезированный трансурановый элемент. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 247Cm (Т=1,58*10⁷ лет). Получен Г. Сиборгом, А. Гиорсо, Р. Джеймсом и Л. Морганом в 1944 году. При выборе названия первооткрыватели с одной стороны, хотели увековечить в таблице элементов память о Пьере и Марии Кюри, а с другой - подчеркнуть аналогию актиноидов и лантаноидов. (В таблице элементов над кюрием расположена клетка гадолиния, названного так в честь Ю. Гадолина — видного исследователя редких земель). Отметим, что второй буквой в символе элемента стоит m (эм) от имени Мария – проявление глубокого уважения к женщине-ученому.

Известно 14 изотопов кюрия с массовыми числами 238 - 250, из которых самый долгоживущий 247Cm (α-излучатель, период полураспада T1/2=1,64×107 лет). Практическое значение имеют 242Сm и 244Сm. В атомных реакторах некоторые изотопы кюрия (244Cm, α-излучатель, Т=17,59 лет), 242Сm (T =162,8 сут) и др.) можно накопить в килограммовых количествах за счёт длительного облучения нейтронами плутония или урана.

Изотопы кюрия. с массовыми числами менее 242 получают при облучении 239Ри на циклотроне α-частицами. 242Сm является дочерним продуктом 242Аm, подвергающегося β-распаду. Изотопы кюрия с массовыми числами 243 и более могут быть получены в ядерном реакторе при облучении нейтронами 238U, 239Pu и 141Am, а также предшествующих изотопов кюрия.

Протактиний (Pa)

Атомный номер 91
серебристо-белый, сильно радиоактивный металл
Атомная масса (молярная масса) 231,03588 а.е.м. (г/моль)
Плотность 15,37 г/см3
Удельная теплоёмкость 0,121 Дж/(K·моль)
Температура плавления 2113 K
Теплота плавления 16,7 кДж/моль
Температура кипения 4300 K
Теплота испарения 481,2 кДж/моль
Молярный объём 15,0 см3/моль

Протактиний, (лат. Protactinium), Ра, 91-й элемент периодической системы, атомный вес 231,03588. Предсказан Д.И.Менделеевым (экатантал). Первый изотоп протактиния (точнее, ядерный изомер) - короткоживущий 234m Pa (период полураспада T 1/2 = 1,18 мин) был обнаружен в 1913 К. Фаянсом и немецким физиком О. Гёрингом в радиоактивном ряду урана - радия. В 1918 О. Ган совместно с Л. Майтнер и независимо от них Ф. Содди и английский химик Дж. Кранстон получили и долгоживущий изотоп 231 Pa (T 1/2 = 32 400 лет), относящийся к радиоактивному ряду урана-235. В этом ряду протактиний - предшественник актиния (изотоп 227 Ас образуется при α-распаде Pa), что и отражено в названии протактиний (от греч. protos - первый). В 1927 американский радиохимик А.Гроссе приготовил первые два миллиграмма чистой окиси протактиния. Спустя семь лет А.Гроссе и М.Агрусс получили 100 мг окиси протактиния и выделили из них металлический протактиний.

Плутоний

1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1940 Э. Макмиллан и П. Абелсон, проводя эксперименты на циклотроне Радиационной лаборатории Лоренца (Калифорнийский университет в Беркли), обнаружили образование нептуния в уране, облучённом нейтронами, генерируемыми в бериллии ионами дейтерия, ускоренными до высоких энергий. При этом оказалось, что ²³⁹Np, образующийся при β--распаде ²³⁹U, в свою очередь претерпевает β--распад, т.е. переходит в элемент, отстоящий на одну клетку вправо (мы теперь его зовём плутоний). Однако идентифицировать новый элемент они не смогли из-за его большого периода полураспада и низкой удельной активности. Сделали это радиохимики из того же Университета под руководством Гленна Сиборга.

Официально открытие изотопа плутония ²³⁸Pu, с периодом полураспада ~90 лет (86,4 г), приписывается Гленну Сиборгу (Glenn Seaborg), Эдвину Макмиллану (Edwin McMillan), Джону Кеннеди (Kennedy), и Артуру Уолху (Arthur Wahl). Через год был открыт другой изотоп - ²³⁹Pu с Т= ~24000 лет. В 1951 Сиборг и Эдвин Мак-Миллан (McMillan) получили Нобелевскую премию по химии «за открытия в области химии трансурановых элементов». (Кстати, Сиборг - единственный химик, имеющий патент на открытие элемента, даже двух: америция и кюрия).

Название элемента было предложено в 1948: Мак-Миллан назвал первый трансурановый элемент нептунием в связи с тем, что планета Нептун - первая за Ураном. По аналогии элемент 94 решили назвать плутонием, так как планета Плутон является второй за Ураном. Плутон, открытый в 1930, получил свое название от имени бога Плутона (он же Аид) - властителя подземного царства мёртвых по греческой мифологии.

Цепные ядерные реакции

Ядерные цепные реакции - ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются как продукты этих реакций. Осуществляются, если при делении ядра вылетает больше 1 нейтрона.

В процессе деления ядер под действием нейтронов освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т.д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Благодаря большой скорости процесса деления число делящихся ядер за короткое время может быть доведено до огромной величины, в результате чего выделится колоссальная внутриядерная энергия.

Физические основы ядерного взрыва

Ядерным оружием называется оружие, поражающее действие которого обусловлено внутриядерной энергией, выделяющейся в результате взрывных процессов деления или синтеза ядер химических элементов. Оно включает различные ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели (носители) и средства управления.

1.1 Физические основы ядерного взрыва

Ядерным взрывом называется взрыв, происходящий в результате освобождения энергии, заключенной в ядрах атомов химических элементов.

Возможность выделения внутриядерной энергии обусловлена следующими природными свойствами химических элементов:

атомные ядра различных изотопов обладают различной средней энергией связи их нуклонов — энергией связи, приходящейся на одни нуклон, которая с увеличением массового числа А изотопа сначала увеличивается, а затем, достигнув максимума при А~60, постепенно уменьшается (рис. 1.1);

превращение ядер с меньшей средней энергией связи нуклонов в ядра с большей средней энергией связи их нуклонов сопровождается выделением энергии, количество которой равно разности энергий связи нуклонов в новых и исходных ядрах.

Нептуний

Нептуний, Neptunium, Np, – элемент с порядковым номером 93 – искусственно полученный радиоактивный элемент IIIВ группы периодической системы элементов, относится к актинидам, первый трансурановый элемент. Атомный вес 237. Назван в честь планеты Нептун (Нептун - бог морей). Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп ²³⁷Np

1. ОТКРЫТИЕ НЕПТУНИЯ

В июне 1934 на страницах немецкого химического журнала появилось сообщение чешского инженера Одолена Коблика. Он являлся руководителем исследовательской лаборатории при Яхимовских шахтах (Чехословакия), которые в начале XX в. поставляли супругам Кюри руду для получения радия. В сообщении говорилось о том, что в промывных водах урано-радиевого завода О. Кобликом обнаружен новый элемент. Место этого элемента в периодической системе Менделеева должно было находиться за ураном. В честь своей родины Коблик назвал новый элемент богемием. Предприняв более тщательное исследование, Коблик обнаружил, что выделенный им элемент весьма сходен с вольфрамом. Он немедленно сообщил в редакцию журнала о своей ошибке и тем самым взял свое сообщение обратно.

Уран

Уран, элемент с порядковым номером 92, самый тяжелый из встречающихся в природе. Использовался он еще в начале нашей эры, осколки керамики с желтой глазурью (содержащие более 1% оксида урана) находились среди развалин Помпеи и Геркуланума. 

Уран был открыт в 1789 году в урановой смолке немецким химиком Мартоном Генрихом Клапротом, назвавшего его в честь планеты уран, открытой в 1781. Впервые получил металлический уран французский химик Юджин Пелиго в 1841, восстановив безводный тетрахлорид урана калием. В 1896 году Антуан-Анри Беккерель открывает явление радиоактивности урана случайным засвечиванием фотопластинок ионизирующим излучением от оказавшегося поблизости кусочка соли урана.

Физические основы ядерного оружия

Понятие ядерное оружие объединяет взрывные устройства, в которых энергия взрыва образуется при делении или слиянии ядер. В узком смысле под ядерным оружием понимают взрывные устройства, использующие энергию, выделяемую при делении тяжелых ядер. Устройства, использующее энергию, выделяющуюся при синтезе легких ядер, называются термоядерными.

Ядерное оружие

Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Возможность практического использования ядерной энергии в ядерных взрывных устройствах или в ядерных реакторах обусловлена существованием элементов, ядра которых делятся под воздействием нейтронов любой энергии, в том числе сколь угодно малой. Вещества, обладающие подобным свойством называются делящимися веществами.