Чому під час вибуху атомної бомби утворюється - ядерний гриб, fizportal
Чому під час вибуху атомної бомби утворюється "ядерний гриб"?
відповідь:
Для початку необхідно визначиться з епіцентром вибуху: підземний, підводний, атмосферний.
Розглянемо вибух ядерного заряду в атмосфері, як найбільш поширений до заборони ядерних випробувань на землі, під водою і в космосі.
Після початку ланцюгової ядерної реакції (атомна бомба) або синтезу ядер (воднева бомба), за дуже малий проміжок часу (10 -8 с) в малому обмеженому обсязі виділяється величезна кількість як теплової так і променевої енергії. Температура під час вибуху ядерного заряду в епіцентрі досягає значень 10 × 10 6 До тиск 10 9 атмосфер.
Ядерний вибух закінчується випаровуванням і розльотом конструкції вибухового пристрою. Бомба сконструйована таким чином, що міцний корпус здатний в значній мірі продовжити процес ядерної реакції. На випаровування корпусу бомби потрібно відносно більше часу, ніж на саму ядерну реакцію.
В результаті цієї малої затримки потужність ядерного вибуху виявляється відчутно більшою. Візуально ця фаза спостерігається як дуже яскрава крапка, що світиться.
Світловий тиск електромагнітного випромінювання при ядерному вибуху починає нагрівати і витісняти навколишнє повітря з епіцентру вибуху. При цьому утворюється вогненна куля, формується стрибок тисків між стисненим випромінюванням і оточуючим, що не прогрітим повітрям, так як швидкість переміщення фронту нагрівання повітря багаторазово перевершує швидкість звуку в середовищі.
Після припинення ядерної реакції подальше розширення відбувається за рахунок різниці температур і тисків в епіцентрі і навколишньому повітрі.
При цьому крапка, що світиться перетворюється в зростаючий в розмірах вогненна куля, поступово втрачається яскравість. Починаючи з певного моменту швидкість переміщення стрибка тиску стає більше швидкості розширення вогненної кулі. Ударна хвиля повністю сформувалася і відривається від вогняної кулі. При цьому з ударною хвилею несеться значна частка енергії ядерного вибуху.
Порожнина, що виникла в результаті світлового тиску, схлопивается, нагрітий до колосальних значень температур повітря в районі згасаючого вогненної кулі починає підніматися вгору, при цьому з поверхні залучаються до рух пил, грунт, предмети. При цьому починається процес вирівнювання температур і тисків в місці вибуху і навколишнього середовища.
Вихор піднятою пилу, земного грунту спрямовуються до вогняного кулі, утворюючи ніжку ядерного гриба. У лічені хвилини розвивається повне грибоподібну хмару, що продовжує зростати в висоту і в діаметрі, при цьому вогненна куля зникає.
Після того як тиску в епіцентрі і навколишньому повітрі вирівнялися підйом частинок, пилу, грунту припиняється, ніжка гриба стоншується і зникає. Капелюшок гриба перетворюється в темна хмара, яке після охолодження випадає опадами і зникає.
Якщо вибух зроблений на великій висоті, то ніжка гриба не утворюється, як втім і сам гриб. При екзоатмосферном вибуху немає і хмари - у відсутності атмосфери йому нема з чого утворюватися.
При наземному ядерному вибуху ефекти схожі з ефектами під час атмосферного ядерного вибуху в приземному шарі. При цьому світиться область матиме форму півсфери, в землі утворюється кратер значних розмірів.
При підземному ядерному вибуху, ефекти залежать від різних факторів: потужність заряду, глибина залягання, характер гірських порід. Після вибуху може утворитися як порожнину без видимих наземних змін, так і Червонограда, кратера або кальдера - великої ниркоподібна улоговини з крутими стінками і більш-менш рівним дном. При цьому наземний і підземний вибухи супроводжуються суттєвим землетрусом.
Незатухаюче реакція поділу дозволяє розщеплювати уран в значних кількостях. Цей процес супроводжується виділенням енергії. Залежно від умов незатухаюче реакція являє собою або спокійний, піддається регулюванню процес, або вибуховий процес.
Якщо маса реагує системи злегка перевищує критичну масу, то реакція наростає повільно. Після досягнення потрібної потужності наростання реакції можна припинити. Для цього достатньо зменшити масу до критичної величини. Реакцію можна в будь-який момент погасити, зменшивши масу нижче критичної (Більш зручний в деяких випадках спосіб регулювання реакції полягає у введенні або виведенні речовин, посилено поглинають нейтрони). Таким чином ланцюгова реакція повністю піддається контролю.
Інша справа, якщо маса системи значно перевищує критичну. У цьому випадку реакція наростає зі швидкістю вибуху. Після того як реакція почалася вона виходить з-під контролю; бурхливе виділення енергії призводить до руйнування системи ще до того, як в дію прийдуть регулятори.
Особливо швидко розвивається реакція в чистому U-235. так як вона викликається тут швидкими нейтронами. Тому U-235 в кількості, помітно перевищує критичну масу, представляє сильне вибухову речовину, що використовується для створення атомної бомби. Щоб атомна бомба не вибухала при зберіганні, можна розділити урановий заряд на кілька віддалених одна від одної частин з масою менше критичної. Для виробництва вибуху необхідно ці маси швидко зблизити.
За енергією вибуху урановий заряд в сотні тисяч разів перевищує звичайні вибухові речовини взяті в тій же кількості.
У момент вибуху температура в атомній бомбі піднімається до мільйонів градусів. Зважаючи на це вибух атомної бомби, якщо він зроблений у відповідній середовищі, може викликати спалах термоядерної реакції. До числа речовин, що володіють найбільш сприятливими властивостями для розвитку термоядерної реакції, відносяться важкий водень (дейтерій D 2), надважкий водень (тритій Т 3). В суміші цих речовин можуть йти, наприклад, такі реакції:
1 D 2 + 1 T 3 -> 2 He 4 + 0 n 1 + 17,5 МеВ,
1 D 2 + 1 D 2 -> 1 T 3 + 1 H 1 + 4,0 МеВ,
3 Li 6 + 0 n 1 -> 2 He 4 + 1 T 3 + 4,8 МеВ,
3 Li 6 + 1 D 2 -> 3 Li 7 + 1 H 1 + 5,0 МеВ,
Система з атомної бомби і речовини, в якому при її вибуху виникає потужна термоядерна реакції, отримала назву термоядерної або водневої бомби. Сила вибуху водневої бомби ще в сотні разів перевершує силу вибуху атомної бомби. Справа в тому, що кількість вибухівки (U-235) в атомній бомбі обмежена: маса кожної частини повинна бути менше критичної в уникненні передчасного вибуху. Для кількості вибухівки водневої бомби такого обмеження немає, так як дейтерій, тритій, літій. самі по собі вибухнути не можуть.
На відміну від реакції поділу не знайдені способи промислового контролю термоядерної реакції.
Для збудження термоядерної реакції ядерне пальне має бути підігрітий близько 10 мільйонів градусів. При таких температурах речовина переходить в стан сильно іонізованого газу - плазми. Якщо реакція не повинна затухати, плазму потрібно утримувати від розширення. Цього не можна досягти простим висновком плазми в замкнутий посудину, так як ніякі речовини не можуть протистояти температурі перевищує температуру випаровування в тисячі разів сами жаростійких матеріалів.
На початку 50-х років 20 ст. А.Д. Сахором і І.Є. Тамм, а також деякі закордонні вчені запропонували використовувати для утримання розігрітій плазми магнітне поле.
Під час вибуху атомної і водневої бомби на додаток до ефектів, характерних для будь-якого потужного вибуху, випускається ще багато нейтронів і γ-променів, а також утворюється величезна кількість радіоактивних речовин. Їх випромінювання роблять район вибуху небезпечним для життя ще протягом деякого часу поле вибуху. Радіоактивні продукти розпаду розносяться потоками повітря на тисячі км від місця вибуху.
ЕУФ. ред. Г.С. Ландсберг. 3-й тому стор. 585-587.