Общая характеристика ядерного оружия
Ядерным оружием принято называть 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.
Ядерными зарядами называются устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса освобождения внутриядерной энергии. В настоящее время различают два основных класса ядерных зарядов:
- заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакцией в делящихся веществах, переведенных в надкритическое состояние, - атомные заряды;
- заряды, энергия взрыва которых обусловлена реакциями деления и синтеза ядер, - термоядерные заряды.
В атомных зарядах деление ядра и высвобождение внутриядерной энергии осуществляется за счет воздействия нейтронов на ядра атомов. При этом ядро тяжелого элемента распадается, как правило, на два "осколка", представляющих собой ядра элементов, находящихся в средней части периодической системы Менделеева, и выделяется большее количество энергии.
При реакции деления испускаются два или три нейтрона, способные вызвать деление следующих ядер. Если образующиеся нейтроны захватываются другими ядрами, которые в свою очередь делятся с выделением 2-3 новых нейтронов, тогда цепная реакция деления ядер будет самопроизвольно лавинообразно нарастать. В результате произойдет цепная реакция с почти мгновенным выделением энергии, т. е. ядерный взрыв.
Часть нейтронов может вылететь из сферы реакции, не вызвав деления атомов. Вероятность такого явления тем меньше, чем больше число атомов встретится на пути траектории нейтрона, т. е. чем больше размеры (масса) и плотность делящегося вещества. Цепная реакция становится возможной, если масса вещества превышает критический уровень, при котором более одного из образовавшихся при ядерном делении нейтронов не покидает сферу реакции и вызывает деление следующего ядра.
Критическая масса может быть получена из подкритической двумя путями: или добавлением определенного количества делящегося материала, или повышением его плотности.
В термоядерных боеприпасах высвобождение внутриядерной энергии происходит при слиянии ядер легких элементов с образованием более тяжелых ядер. Эти реакции могут протекать при сверхвысоких температурах (несколько десятков миллионов градусов). Только при таких температурах создаются условия, когда кинетическая энергия теплового движения ядер может превысить потенциальный барьер, создаваемый кулоновскими силами отталкивания электронных оболочек и самих атомных ядер. Высокая температура, необходимая для начала термоядерной реакции, обеспечивается ядерным взрывом, основанным на цепной реакции деления. В дальнейшем термоядерная реакция продолжается уже за счет выделяющейся при синтезе энергии.
В целом, при реакциях синтеза выделяется примерно в три раза больше энергии, чем при реакции деления равного по массе количества урана или плутония. Таким образом, термоядерный боеприпас объединяет в одном корпусе заряд, действующий на основе реакции деления, и заряд, действующий на основе реакции синтеза, а термоядерный взрыв имеет две мгновенно протекающих фазы: деление ядер урана-235 (плутония-239) ® синтез ядер гелия из ядер изотопов водорода.
В боеприпасах комбинированного типа термоядерный заряд заключен в оболочку из урана-238. Это дает возможность нейтронам, выделяющимся при термоядерных реакциях и обладающим высокой энергией, вызывать деление ядер урана-238, являющегося в сотни раз более дешевым делящимся материалом, чем все остальные, т. к. он остается в качестве отходов на предприятиях атомной промышленности при получении изотопа урана-235.
Таким образом, взрыв развивается в три стадии: цепная реакция деления урана-235 (плутония-239) ® синтез ядер гелия из ядер изотопов водорода ® цепная реакция деления ядер урана-238 оболочки. Причем, следует отметить, более 80% энергии взрыва комбинированного боеприпаса выделяется именно за счет деления ядер урана-238.
Для характеристики энергии взрыва ядерного заряда обычно используют понятие "мощность".
Мощность ядерных боеприпасов принято характеризовать тротиловым эквивалентом, т. е. такой массой (в тоннах) обычного взрывчатого вещества - тротила, энергия взрыва которого равна энергии, выделяющейся при воздушном взрыве ядерного заряда.
Современные ядерные боеприпасы могут иметь мощность взрыва от нескольких десятков тонн до десятков миллионов тонн.
По мощности взрыва ядерные боеприпасы условно делят на пять диапазонов:
- сверхмалый (мощность менее 1 тыс. т),
- малый (мощность от 1 тыс. т до 10 тыс. т),
- средний (мощность от 10 тыс. т до 100 тыс. т),
- крупный (мощность от 100 тыс. т до 1 млн. т),
- сверхкрупный (мощность более 1 млн. т).