13 2 ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА ПУТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ВНУТРИЯДЕРНОЙ

13 2. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА. ПУТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ВНУТРИЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ Энергия связи – эта энергия, которую необходимо привнести в ядро для того, чтобы разделить его на нуклоны

УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ Удельная энергия связи – эта энергия которую надо затратить, чтобы удалить из ядра один нуклон Элемент Е СВ , Мэ. В Н 2 1 1, 1 Н 3 2, 8 1 2 Не 4 Fe 56 26 238 92 U 7, 07 9 7, 5 EСВ атомов в молекулах – несколько э. В; EСВ электрона с ядром – 0, 12 Мэ. В. 14

График зависимости удельной энергии связи от массового числа элемента 1. Реакция синтеза легких ядер 2. Реакция деления тяжелых ядер 15 Высвобождение энергии

3. Взрывная ядерная реакция деления тяжелых ядер КАПЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА Я Я* 16

Продукты реакции деления Осколки деления P 95 139 А Эл-т C Fe Sn U N/Z 1 1, 2 1, 4 1, 6 18

Продукты реакции деления Мгновенные нейтроны Осколки деления Мгновенные гамма-кванты Процесс бетта-распада Запаздывающие нейтроны (1% от мгновенных) Осколочное бета-излучение Осколочное гамма-излучение 19 Нейтрино

Распределение энергии между продуктами деления Продукты деления Доля Е, энергии, Мэ. В % В процессе - Осколки деления - Мгновенные нейтроны - Мгновенное гамма-излучение 165 4. 9 7. 8 81 2 4 В процессе - бета-частицы распада - нейтрино осколков - осколочное гамма-излучение 9 10 7. 2 4 5 4 Итого: 203. 9 20 ПФ ЯВ 100 Кинетическая энергия осколков деления Тепловая энергия среды УВ+СИ 6% - ПР 13% - РЗМ Ударная волна и световое излучение ядерного взрыва

22 Цепная реакция деления (ЦРД) – самоподдерживающаяся ядерная реакция деления, идущая без внешнего воздействия 1 0 n 1 0 n 1 1 0 n 0 n i-1 1 0 n ПЕРВОЕ ВТОРОЕ i 1 0 n Изменение количества свободных нейтронов в заряде в зависимости от текущего времени i+1 ТРЕТЬЕ n K>1 ………………………. . . Коэффициент развития реакции K=1 K<1 t

Типы ядерных боеприпасов 24 Ядерный делящийся материал «Пушечный» тип Электродетонатор ХВВ Отражатель нейтронов Имплозивный тип Электродетонатор Источник 0 n 1 ХВВ Отражатель нейтронов Генератор Делящийся материал

4. РЕАКЦИЯ ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА, УСЛОВИЯ ЕЕ ПРОТЕКАНИЯ 25 Термоядерная реакция – реакция синтеза легких ядер, протекающая при сверхвысоких температурах (Т>107 К) Z 1 r 1 Z 2 r = r 1+r 2 Для совершения работы: Т > 107 К Работа, необходимая для преодоления кулоновского барьера: Кинетическая энергия, достаточная для совершения работы против сил электростатического отталкивания, минимальна у легких ядер.

Для создания температуры Т > 107 К требуется «запал» на основе ЦРД t. ЦРД = 1 мкс 26 t. ТЯР t. ЦРД 1 мкс Только одна реакция может быть непосредственно инициирована атомным взрывом – это реакция между дейтерием и тритием: Удельное энерговыделение, т. е. выход энергии на единицу массы реагирующих веществ Ес = 17, 6 Мэ. В Е 0 n 1 = 14 Мэ. В Е 2 Нe. Ч = 3, 6 Мэ. В ЦРД: Ед = 200 Мэ. В; ТЯР: Ес = 17. 6 Мэ. В. Для ЦРД Для ТЯР Превышение выхода энергии в 4 раза! выигрыш в массе ТЯБ

Для протекания ТЯР необходимо чтобы энерговыделение превышало энергопотери Температура, при которой устанавливается равенство между энерговыделением и энергопотерями называется предельной температурой Понятие «критической массы» для ТЯР не существует, и ее характер зависит только от скорости энерговыделения и достигаемой при этом T Tпр Значение Тпр не постоянно и зависит от величины объема термоядерной смеси. Для выбранного объема этой смеси поддержание заданной Тпр обеспечивается подбором мощности ядерного запала 27

Реакция между дейтерием и тритием в чистом виде затруднительна по следующим причинам 28 1. Дейтерий и тритий газообразны. 2. Тритий радиоактивен, испытывает бетта-распад с периодом полураспада порядка 12 лет невозможность создания запасов ТЯБ для длительного хранения 3. Трития в природе практически нет, его получают в ядерных реакторах (для 2 г трития необходимо 10 кг урана-235 и энергии дороговизна) В качестве исходной смеси для реакции синтеза в ТЯБ используют заряд дейтерида лития (твердое вещество) Использование дейтерида лития позволяет: 1. производить необходимое количество трития из лития непосредственно в процессе взрыва 2. образовать замкнутый цикл реакции

Замкнутый цикл термоядерных зарядов U 235 +0 n 1 3 Li 1 H 6+ 2+ 3 Li 6+ 1 0 n 3 1 H 1 0 n T= 2· 107 X 1+X 2+ν 2 He 3 Li 4+ 4+ 5 +2 1 H 0 n 0 n 1 + γ + ЕД 3 +17, 6 Мэ. В 1 0 n 1 Циклическое протекание последней реакции обеспечивает необходимое энерговыделение для самоподдержания ТЯР во всем объеме термоядерной смеси 29

Устройство ТЯБ Pu 239 U 238 U 235 6 Li 1 H ХВВ 2 Атомные (Д) Термоядерные (ДС) Комбинированные (ДСД) 30 Тротиловый эквивалент – есть масса тротила, энергия взрыва которого равна энергии взрыва ЯБ. [q], т, кт, Мт. Коэффициент термоядерности:

Классификация ЯБ 1. По типу источника энергии: - Атомные (на основе ЦРД) - Термоядерные (Д-С; Д-С-Д) 2. По мощности: - сверхмалые (q < кт) - малые (q = 1 … 10 кт) - средние (q = 10 … 100 кт) - крупные (q = 100 кт … 1 мт) - сверхкрупные (q > 1 мт) 3. По типу носителя: - РВСН - Стратегическая и оперативно – тактическая авиация - Ствольная и реактивная артиллерия - Крылатые и оперативно-тактические ракеты - Ядерные мины и фугасы - Морские системы (ПЛАРБ, КР, торпеды) - Космического базирования 31

ЯО второго поколения 32 Главная цель создания ЯО-II – обеспечить гарантированное избирательное поражение тех или иных военных систем (объектов) при ограничении побочных воздействий на окружающую среду и гражданское население. Особенностями ЯО-II являются: • избирательный характер поражающего действия, связанный с управляемым выходом энергии ЯВ, т. е. перераспределением ее между отдельными ПФ; • диапазон мощностей ограничен малым и сверхмалым поддиапазонами (q = 1… 10 кт), что позволяет снизить сопутствующее воздействие УВ и СИ, а также ограничить масштабы РЗМ. Представители ЯО второго поколения 1. Нейтронный боеприпас. Основное назначение поражение живой силы, находящейся на открытой местности или в бронированных объектах, интенсивным нейтронным потоком. 2. Боеприпас с повышенным выходом ЭМИ. Он предназначен для подавления функционирования систем управления, связи, электроснабжения, а также различных радиотехнических систем. 3. Боеприпас с увеличением доли энергии на ударную волну (самозаглубляющийся или проникающий (penetration) боеприпас). Предназначен для поражения специальных фортификационных сооружений подземного типа с высокой степенью защиты, гидротехнических сооружений и т. п.