Ядерна зброя. Види ядерної зброї

 

Реферат

з безпеки життєдіяльності

Ядерна зброя. Види ядерної зброї

 

студентки І курсу ФПН

Францевої Анастасії

Зміст

1.         Вступ

2.         Ядерна зброя

3.         Термоядерна або ‘воднева’зброя

4.         Нейтронна зброя

5.         Бойове застосування ядерної зброї

6.         Висновки

Вступ

 

Зброя, дія якої грунтується на використанні ядерної (атомної) енергії, наз. ядерною або атомною зброєю.

Назва ‘ядерна зброя’ означає, що мова йде про зброю, яка грунтується на використанні енергії, що виділяється при перетвореннях атомних ядер. Отже, ця назва має найзагальніше, збиране значення. Термоядерна зброя — це зброя, що грунтується на термоядерних реакціях, тобто на реакціях сполучення легких атомних ядер при дуже високих температурах. Воднева зброя грунтується на термоядерній реакції, в якій бере участь тяжкий водень — дейтерій і надтяжкий водень — тритій.

Атомною зброєю звичайно називають зброю, що містить в основному таку атомну вибухову речовину, як уран- 233, уран- 235 або плутоній- 239. Проте зараз основним типом зброї є така, в якій при вибуху відбуваються різноманітні ядерні реакції в тому чи іншому співвідношенні.

Тому можна вважати, що назву ‘ядерна зброя’ можна розповсюдити на всі види зброї, у якої вибух зумовлений ядекними реакціями.

Під час Другої Світової війни постало питання про можливість використання заздалегідь приготовлених радіоактивних речовин у якості наступальної зброї, тобто питання про так звану радіологічну війну. Основна ідея цієї війни полягала в тому, що радіоактивне зараження місцевості, промислових підприємств і обладнання приведе до того, що їх використання стане або неможливим, або дуже небезпечним, причому таке зараження не буде супроводжуватись руйнуванням матеріальних цінностей.

Для більшої ефективності бойові засоби, які використовують як радіоактивні речовини, повинні випромінювати гамма-промені і мати період напіврозпаду — декілька тижнів або місяців. Радіоактивні ізотопи з довгим періодом напіврозпаду випромінюють промені різної інтенсивності ; для того щоб вони могли бути ефективними, їх необхідно застосовувати у дуже великих кількостях. Ізотопи з коротким періодом напіврозпаду розпадаються надто швидко і тому не можуть проявляти своєї шкідливої дії протягом довгого часу.

Навіть якби вдалося б підібрати радіоактивний ізотоп, що має потрібні властивості і неважку технологію виробництва, в якості бойової радіоактивної речовини, вирішення проблеми виробництва, поводження і доставки цього ізотопу, якому властиве інтенсивне гамма-випромінювання, до мети представляло б значну трудність. Крім того, виникає проблема зберігання запасів радіоактивних речовин : внаслідок природного розпаду буде відбуватися неперервна втрата їх активності.

Становище змінилося внаслідок розробки ядерних боєприпасів, які утворюють при вибуху велику кількість продуктів ділення. З відкриттям ядерної зброї вибухової дії відпала необхідність виробляти і зберігати засоби радіологічної війни заздалегідь, радіоактивні речовини утворюються в результаті поділу в момент ядерного вибуху.

Ядерна зброя за своєю вражаючою дією значно перевершує звичайні види зброї. Це пояснюється не тільки тим, що за енергією ядерний вибух перевищує звичайний вибух у багато тисяч і мільйонів разів, але також і тим, що ядерній зброї на відміну від звичайної властивий не один, а декілька вражаючих чинників.

Ядерна зброя

Вперше ядерна зброя з’явилася у 1945 р. в авіації у вигляді ядерних бомб. Проведене 16 липня 1945 р. в пустелі Аламогордо ( штат Нью-Мексіко США ) випробування першої атомної бомби підтвердило практичну можливість створення і наступного промислового виробництва атомної зброї.

В обох бомбах, зірваних над японськими містами, були використані процеси ядерного поділу. В бомбі, скинутій на Хіросиму, — їй було дане кодове ім’я ‘Тонкий’ — вибуховою речовиною був уран-235 ( присутній у природному урані в кількості 0,7 % ), а на Нагасакі була скинута бомба з плутонію ( штучно створеного елементу ) — її назвали ‘Товстий’. Подальший розвиток ядерної зброї привів до появи її в наземних військах і на флоті.

В основі всіх видів ядерної зброї вибухової дії лежать фізичні принципи, використані вперше при створенні атомних і водневих бомб. Тому ознайомлення з цими бомбами дозволить зрозуміти дію й інших видів ядерної зброї.

Ядерний вибух здійснюється шляхом переводу заряду з докритичного стану в критичний, точніше в надкритичний. Ось один з варіантів схеми устрою атомного заряду. До момента вибуху загальний заряд в бомбі може бути розділений на дві чи більше частин ; величина кожної частини менше критичної, що виключає передчасний вибух у кожній з них окремо. Щоб здійснити вибух, потрібно з’єднати всі частини заряду в одне ціле. Зближення частин повинно відбуватися дуже швидко, щоб за рахунок енергії, що виділяється на початку ядерної реакції, не встигли б розлетітися ще не прореаговані частини заряду. Від цього залежить кількість ядер, що розділилися в результаті ланцюгової ядерної реакції, а отже, і потужність вибуху. При зближенні мас ядерного заряду ланцюгова реакція починається не в момент їх зіткнення, а в момент, коли вони ще розділені невеликим проміжком. При повільному зближенні мас внаслідок перегріву вони можуть зруйнуватися і розлетітися в різні боки — бомба зруйнується, не вибухнувши. Тому необхідно скоротити період зближення, переказуючи велику швидкість масам, що з’єднуються. Для з’єднання частин заряду в бомбі можна використовувати дію вибуху звичайної вибухової речовини. Щоб збільшити степінь використання речовини, що ділиться, при ядерному вибуху, її оточують відбивником нейтронів і розташовують у оболонку з міцного матеріалу. Інший спосіб зробити масу критичною або надкритичною : коли тонку сферичну оболонку з урану або плутонію стиснути в кулю. Для цього навколо тонкої уранової або плутонієвої сферичної оболонки розміщують звичайну вибухову речовину, яка у потрібний момент вибухає. В результаті дії газів уранова або плутонієва оболонка стискається в кулю, утворюючи надкритичну масу, в якій починається ланцюгова реакція, яка завершується вибухом матеріалу, що ділиться.

Енергія вибуху ядерних зарядів ( які грунтуються на поділі ядер ) може бути різною. Їх тротиловий еквівалент може коливатися в межах від 50 т до 200 т. Нижня межа визначається коефіцієнтом використання речовини, що ділиться. Верхня межа визначається тим, що неможна безмежно збільшувати вагу окремих частин заряду, оскільки їх маса повинна бути менше критичної.

Ядерну зброю найкрупніших калібрів утворюють шляхом використання термоядерних реакцій.

Термоядерна або ‘воднева’ зброя

Починаючи з другої половини 40-х років в США зростаючими темпами почали розвиватися роботи по вивченню інших можливостей виробництва ядерної зброї не тільки на основі процесу поділу, але також і ядерного синтезу. Через 8 років після атомної бомби з’явилася воднева бомба, вибух якої є результатом реакції з’єднання — синтезу ізотопів водню ( дейтерію і тритію ). Потужність вибуху водневої бомби у тисячі разів перевищувала потужність бомб, скинутих на японські міста. При вибуху водневої бомби, окрім ударної хвилі, вогненого смерчу і всіх видів випромінювання, як в атомній бомбі, утворюється потужний потік швидких нейтронів, які можуть викликати реакцію поділу ядер урану-238.

Для протікання термоядерної реакції необхідно ізотопи водню нагріти до температури у декілька мільйонів градусів. Така висока температура виникає при вибуху уранового або плутонієвого заряду. Тому звичайний атомний заряд ( атомний детонатор ) є складовою термоядерних зарядів і служить джерелом надвисокої температури.

За підрахунками американського вченого Ф.Каплана, потужність вибуху такої бомби розподіляється так : близько 50 % енергії зосереджено в ударній хвилі, 35 % — у тепловому випроміненні, 5 % — у проникаючій ( радіоактивній ) радіації і 10 % приходиться на долю залишкової радіації ( радіоактивні осколки, заражаючі місцевість ).

В основу термоядерної зброї покладено утворення ( синтез ) ядер атомів гелію з ядер ізотопів водню і літію. В перших термоядерних бомбах в якості ядерного заряду застосовували тільки ізотопи водню. Зараз відомо декілька можливих реакцій синтезу. При виборі тієї чи іншої з них звичайно враховують температуру, при якій протікає реакція, тривалість реакції і її енергетичний вихід, агрегатний стан заряду перед реакцією ( рідкий, твердий) й інші фактори.

В термоядерних зарядах найдоцільніше для синтезу гелію використати ядро тяжкого водню ( дейтерію ) і ядро надтяжкого водню ( тритію ). Реакція у суміші дейтерію з тритієм при одних і тих же температурах і густинах суміші йде найшвидше. При цьому виділяється приблизно у п’ять разів більше енергії, ніж при реакції в одному дейтерії. Крім того, в суміші дейтерію і тритію виділяються вільні нейтрони високої енергії, які можна використовувати для збільшення сили вибуху термоядерного заряду. Атоми легкого водню, які складаються тільки з одного протона, не можна використовувати, оскільки швидкість взаємодії ядер легкого водню при найвищих температурах настільки мала, що реакція не має вибухового характеру.

З моменту виникнення воднева зброя постійно вдосконалювалась. Одним з кроків на цьому шляху була заміна рідких ізотопів водню твердою сполукою дейтерію з літієм — дейтеридом літію. Це відразу дозволило зменшити розміри водневої бомби, оскільки дейтерид літію — легка тверда речовина.Деяка частина термоядерного заряду може складатись також з сполуки тритію з літієм.

Як вже згадувалось, при утворенні ядер гелію з ядер дейтерію і тритію вилітають швидкі нейтрони. Тому з зони термоядерної реакції викидується велика кількість швидких нейтронів з енергією близько 14 мегаелектрон-вольт. Для посилення сили вибуху водневу бомбу поміщують в оболонку з порівняно дешевого природного урану-238. ( В природному урані він складає основну кількість — вище 99 % ). Такий заряд грунтується на схемі поділ — синтез — поділ. Такого роду бомба називається трьохфазною або воднево-урановою. У цієї бомби спочатку вибухає атомний детонатор ( реакція поділу ), це утворює джерело високої температури. Потім починається термоядерна реакція в гідриді літію з виділенням великої кількості швидких нейтронів ( реакція синтезу ). Ці нейтрони викликають розщеплення ядер природного урану, з якого виготовлена оболонка ( реакція поділу ).

Зазначена схема відрізняється від всіх попередніх тим, що потужність бомби може бути в багато разів збільшена у зрівнянні з бомбою, у якої відсутня уранова оболонка. В даному випадку до 90 % енергії при вибуху може бути одержано в результаті розщеплення урану-238.

В атомній бомбі таку оболонку зробити не можна, оскільки ядра атомів урану-238 підлягають дуже добре поділу лише під дією нейтронів досить високих енергій. При вибуху атомної бомби більшість нейтронів мають енергію, недостатню для поділу ядер урану-238. Наведена схема заряду може змінюватися у достатньо широких межах. Чим крупніше калібр, тим відносно більше заряд термоядерної вибухової речовини і тим масивніше оболонка, і навпаки. Застосування урану-238 в якості оболонки дозволяє змінювати потужність зброї від декількох десятків тисяч тон до декількох десятків мільйонів тон.

При діаметрі бомби 1 м і товщині її уранової оболонки близько 5 см вага урану складає приблизно 3 т. Якщо при вибуху такої бомби прореагує тільки 15 %, тобто близько 500 кг урану-238, то тротиловий еквівалент цієї бомби складе близько 10 млн.т. Застосування уранової оболонки дозволило створити термоядерні бомби з тротиловим еквівалентом 20 - 40 млн.т.

При випробуванні подібного типу термоядерних бомб велика кількість радіоактивних речовин заражає атмосферу і випадає на землю далеко від району вибуху. З метою збільшення радіоактивного зараження місцевості при термоядерному вибуху в окремих випадках оболонку бомби роблять з речовин, які під дією нейтронів перетворюються на радіоактивні. До хімічних елементів з такими властивостями відносяться кобальт, цинк, стронцій, цезій та ін.

Нейтронна зброя

На початку 60-х років в пресі США почали з’являтися статті, вихваляючі нову ядерну зброю. Наприклад, 26.06.1961 р. газета ‘Washington post and Times gerald’ надрукувала статтю кор. Г.Саймонса, в якій він писав : ‘Нейтронна бомба — це зброя, призначена для вбивства людини. Нейтронну бомбу називають бомбою без поділу, чисто термоядерною бомбою або ‘чистою’ бомбою’.

Нейтронна бомба грунтується на принципі детонування водневої або термоядерної бомби за допомогою хімічного детонатора великої енергії. Якби була технічна можливість не застосовувати атомний детонатор, то в результаті вибуху чисто ядерної бомби утворювалась би порівняно невелика кількість речовин радіоактивного розпаду у порівнянні з атомною і водневою бомбами. Але такий вибух дав би потік нейтронів великої енергії, здатних проникнути крізь бетон, залізо, свинець, товстий шар грунту і, звичайно, крізь тканини і тіло людини. Отже, в результаті цього вибуху неорганічні речовини залишаться порівняно незайманими : лише деякі з них ( алюміній, кремній, натрій, марганець, хлор ) стануть радіоактивними на недовгий час.

Але насправді нейтронна бомба не просто вбиває людей. Вона піддає їх мукам і доводить до смерті. Своєю хімічною дією вона іонізує рідину у людському організмі ( а її майже 85 % всього складу тіла ), порушує внутрішні покриви травної системи, викликає пухлини мозку і згубно впливає на кістковий мозок. Агонія, яка передує смерті наступає не так скоро — іноді через 48 годин, а іноді і через декілька місяців.

У чому ж головна особливість конструкції нейтронної бомби ? Це, по суті, термоядерна бомба, з елементів конструкції якої видалено уран-238 для того, щоб зменшити потужність вибуху і відповідно скоротити кількість радіоактивних осколків. ‘Батько нейтронної бомби’ — С.Коен. Реакції поділу дають початок реакції синтезу, в результаті чого вивільняється значна кількість швидких нейтронів. Ось чому ядерні заряди підвищеної радіоактивної дії називають нейтронною бомбою. Потужній потік нейтронів буде взаємодіяти зі всіма атомами, які зустрічаються на його шляху в повітрі, будівлях, грунті, рослинності, і перетворювати ці атоми в радіоактивні. Таким чином, окрім осколкової радіоактивності, яка неминуче буде мати місце при будь-якому атомному вибуху, при вибуху нейтронної бомби виникає також і так звана наведена радіоактивність.

Порівняні вражаючі дії звичайного атомного ( І ) і атомного заряду підвищеної радіації ( ІІ ) потужністю в 1 кт ( висота вибуху - 200 метрів )

Об’єкти дії	Площа ураження ( га )
	І	ІІ
Повне знищення живих організмів і руйнування в районі вибуху в результаті дії ударної хвилі і теплового випромінення	50	10
Смерть на менше 50 % ссавців і птахів в результаті випромінення ядерного вибуху	150	490
Джерела сильних пожеж у сухій рослинності	150	30
Знищення хвойних порід дерев	50	310
Знищення листвяних порід дерев	50	170
Знищення рослинного покриву у степових районах	50	140
Знищення екосистем в тундрі	50	40

Бойове застосування ядерної зброї

Ядерна зброя може бути застосована для двух різних цілей. По-перше, вона може бути використана для безпосереднії дії на війська і техніку противника, по-друге — для завдання потужніх ударів по найважливішим промисловим, транспортним і політичним центрам противника.

У відповідності до розв’язуваних задач ядерну зброю можна поділити на тактичну і стратегічну. Тактична ядерна зброя може бути різних калібрів і має тротилові еквіваленти приблизно від 1000 до 50 000 т. Важливим питанням є способи доставки ядерних зарядів до бойових цілей. В тактичній зброї носіями ядерних зарядів можуть бути некеровані і керовані реактивні снаряди ( ракети ) з різними дольностями стрільби, літаки, а також ствольна артилерія крупніших калібрів. На морі ядерні заряди можуть переноситися морськими торпедами або телекерованими катерами.

Між тактичною і стратегічною зброєю немає різкої межі. Для стратегічних задач можуть бути в деяких умовах застосовані ядерні заряди, призначені для тактичних задач. Ядерні бойові частини, призначені для ураження типових стратегічних цілей, будуть мати тротиловий еквівалент 1-5 млн.т. Можливе застосування потужніших ядерних зарядів з тротиловим еквівалентом до 40-50 млн.т.

Носіями ядерної стратегічної зброї, як правило, є ракети дальньої дії, міжконтинентальні ракети, літаки-снаряди, пілотовані літаки, штучні супутники. Найефективнішими носіями ядерної зброї при дальності стрільби більше 6000 км є багатоступінчаста міжконтинентальна ракета ; для дальностей порядку 1000 км — одноступінчаста. Всі носії стратегічної зброї можуть забезпечувати доставку ядерних зарядів із порівняно великою точністю. Розсіювання точок попадання відбувається в межах кола з радіусом приблизно від 1 до 20 км. За таких умов застосування ядерних зарядів з тротиловими еквівалентами, які дорівнюють декільком мільйонам тон тротилу, може призвести до того, що площа розсіювання буде перекрита зоною ураження при вибуху.

В залежності від характеру об’єкта і задач ядерного нападу ядерний вибух може бути проведений у повітрі, біля поверхні землі або води, під землею або водою. Створені снаряди-антиракети для знищення балістичних ракет на дуже великих висотах і в космосі.

Висновки

Накопичення запасів ядерної зброї досягло страхітливої величини: протягом Другої Світової війни всіми країнами, які брали в ній участь, було витрачено близько 5 млн.т звичайної вибухової речовини, — накопичені ж нині на нашій планеті запаси ядерної зброї у 10-ки тисяч раз перевищують цю величину.

Комплекс вражаючих факторів ядерного вибуху робить атомну зброю особливо руйнуючим, небезпечним для людства і природи видом зброї, подібної якій ще не знала історія. І не випадково відомий індійський юрист ще наприкінці 50-х років у своїй книзі ‘Ядерна зброя і міжнародне право’ дав таку характеристику цій зброї масового знищення : ‘Ядерна зброя незаконна не тільки внаслідок радіоактивної отрути, але також і в силу властивого їй елементу терроризації; надпотужні термоядерні бомби відкидають старе поняття ‘воєнного об’єкта’ і ставлять на його місце ‘населення’ або ‘людський об’єкт’, перетворюючи засоби війни в інструмент террора. В результаті заперечуються всі закони сухопутної, морської і повітряної війни, так само як і норми, що регулюють режим хворих, поранених і військовополонених. Дух гуманності, яким проникнуті положення конвенції 1948 р. про заборону геноциду, і принципи Устава Міжнародного військового трибунала, що визнав військовим злочином винищення цивільного населення, були б порушені застосуванням цієї нелюдяної зброї масового винищення’. Між іншим, коли були написані ці рядки, світ ще не знав у всій повноті про людиноненависницькі задуми, конструкторів нейтронної зброї.

Використана література

 

1. В.А.Михайлов, И.А.Науменко. Ядерная физика и ядерное оружие.

2. В.С.Емельянов. Нейтронная бомба — угроза человечеству (об особой опасности ядерного нейтронного оружия).

3. С.Петров. Ядерное оружие.

4. Атомное оружие. Перевод с английского.