Что такое ядерная реакция?

Ядерное оружие
Выполнила : Литвяк Валентина
группа Л11-6
Что такое ядерная реакция?
Ядерная реакция - это процесс взаимодействия атомного ядра с
другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся
изменением состава и структуры ядра и выделением
вторичных частиц или γ-квантов.
В результате ядерных реакций могут образовываться новые
радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных
условиях.
Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов
быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, αчастицы, ионы).
Ядерное оружие
Ядерное оружие - это один из
основных видов
оружия массового поражения. Оно способно в короткое
время вывести из строя большое количество людей,
разрушить здания и сооружения на обширных территориях.
Глоссарий
Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его
масса, и структура которого определяет химический элемент, к которому относится
атом.
Протон — стабильная частица из класса адронов, ядро атома водорода.
Нейтрон — элементарная частица, не имеющая электрического заряда.
Альфа - частица (α - частица), положительно заряженная частица, образованная 2
протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4(4He2+). Образуется при
альфа - распаде ядер.
Бета-частица (β - частица), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада.
Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение.
Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно
заряженные — позитронами (β+).
Гамма квант - фотон большой энергии
Ионы - электрически заряженные частицы, образующиеся из атома (молекулы) в
результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.
Деление ядра — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с
близкими массами, называемых осколками деления.
Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого
высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии
продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии
в ядерных реакторах и ядерном оружии.
Изотопы — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с
разным количеством нейтронов в ядре.
Цепная ядерная реакция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая
из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем
шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная
реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления
инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с
чрезвычайно малой длиной волны — < 5×10−3 нм и, вследствие этого, ярко
выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.
Поражающее действия ядерного оружия
Поражающее действие ядерного оружия основано на энергии,
выделяющейся
при
ядерных
реакциях
взрывного
типа. Мощность взрыва ядерного боеприпаса принято
выражать
тротиловым
эквивалентом,
то
есть
количеством обычного взрывчатого вещества (тротила),
при взрыве которого выделяется столько же энергий, сколько
её выделяется при взрыве данного ядерного боеприпаса.
Ядерное оружие
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.
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.
Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся
веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы
(уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего
0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические
свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из
природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса
разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный
уран, содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования
в ядерном оружии.
Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее
сложным с практической точки зрения является получение плутония-239,
образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и
последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер).
Подобный процесс можно осуществить в ядерном реакторе, работающем на
природном или слабообогащенном уране.
Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие
делящиеся вещества, например уран-233, получаемый при облучении в
ядерном реакторе тория-232. Однако, практическое применение нашли только
уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты
получения этих материалов.
Зависимость количества актов деления от времени может быть описана с помощью
так называемого коэффициента размножения нейтронов k, равного разности
количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества
нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет
ухода за пределы массы делящегося вещества. Параметр k, таким образом,
соответствует количеству актов деления которое вызывает распад одного ядра. Если
параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так
как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем
их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов,
вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к
поколению. Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся
характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с
k=1, называется критическим. При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии.
Зависимость количества актов деления от времени может быть представлена
следующим образом:
где
N-полное число актов деления, произошедших за время t
с начала реакции,
N0-число ядер, претерпевших деление в первом
поколении, k-коэффициент размножения нейтронов,
-время "смены поколений," т.е. среднее время между
последовательными актами деления, характерное
значение которого составляет 10-8 сек.
Атомная бомба
Атомная бомба
В основе — цепная реакция деления ядер тяжёлых изотопов,
главным образом плутония и урана. В термоядерном оружии
попеременно происходят стадии деления и синтеза. Количество
стадий (ступеней) определяет конечную мощность бомбы. При
этом выделяется грандиозное количество энергии и формируется
целый набор поражающих факторов.
Поражающие факторы ядерного взрыва
Поражающими факторами ядерного взрыва является ударная волна, световое излучение, проникающая радиация,
радиоактивное заражение и электромагнитный импульс.
Поражающие
действия
ударной
волны
характеризуется
величиной избыточного
давления.
Избыточное
давление
это
разность
между
максимальным
давлением
во
фронте
ударной
волны
и
нормальным атмосферным перед ним.
Проникающая радиация - это поток гамма лучей и нейтронов. Она
длится 10 - 20 сек. Проходя
через живую ткань, гаммаизлучение и нейтроны ионизируют молекулы, входящие в состав
клеток. Под влиянием ионизаций в организме возникают
биологические
процессы, приводящие к
нарушению
жизненных
функций
отдельных органов
и развитию
лучевой болезни.
Ядерный взрыв
Виды ядерного взрыва
В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида
и расположения объектов, по которым планируются ядерные
удары, а также от характера предстоящих боевых действий
ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у
поверхности земли (воды) и под землей (водой). В
соответствии с этим различают следующие виды ядерных
взрывов:
-воздушный (высокий и низкий);
-наземный (надводный);
-подземный (подводный).