Меню

Единица мощности ядерного заряда 9 буквы



Единица мощности ядерного заряда 9 буквы

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

  • Назад
  • Поделиться
  • Пожаловаться
  • Вперёд

Реакция термоядерного синтеза , как правило , развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов . Только ранние ядерные устройства в 40 — х годах XX в ., немногочисленные бомбы пушечной сборки в 1950 — х , некоторые ядерные артиллерийские снаряды , а также изделия ядерно — технологически слаборазвитых государств ( ЮАР , Пакистан , КНДР ) не используют термоядерный синтез в качестве усилителя мощности ядерного взрыва . Вопреки устойчивому стереотипу , в термоядерных ( то есть двухфазных ) боеприпасах бо́льшая часть энергии ( до 85 %) выделяется за счет деления ядер урана — 235 / плутония — 239 и / или урана — 238 . Вторая ступень любого такого устройства может быть оснащена тампером из урана — 238 , который эффективно делится от быстрых нейтронов реакции синтеза . Так достигается многократное увеличение мощности взрыва и чудовищный рост количества радиоактивных осадков . С легкой руки Р . Юнга , автора знаменитой книги Ярче тысячи солнц , написанной в 1958 году по « горячим следам » Манхэттенского проекта , такого рода « грязные » боеприпасы принято называть FFF ( fusion — fission — fusion ) или трехфазными . Однако этот термин не является вполне корректным . Почти все « FFF » относится к двухфазным и отличаются только материалом тампера , который в « чистом » боеприпасе может быть выполнен из свинца , вольфрама и т . д . Исключением являются устройства типа « Слойки » Сахарова , которые следует отнести к однофазным , хотя они имеют слоистую структуру взрывчатого вещества ( ядро из плутония — слой дейтерида лития — 6 — слой урана 238 ). В США такое устройство получило название Alarm Clock ( Часы с будильником ). Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах , в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма « умеренной » мощности . Примером служит относительно современная боеголовка W88 , в которой первая секция ( primary ) содержит два слоя , вторая секция ( secondary ) имеет три слоя , и ещё одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана — 238 ( см . рисунок ).

  • Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие — двухфазный боеприпас малой мощности ( от 1 кт до 25 кт ), в котором 50 — 75 % энергии получается за счет термоядерного синтеза . Поскольку основным переносчиком энергии при синтезе являются быстрые нейтроны , то при взрыве такого боеприпаса выход нейтронов может в несколько раз превышать выход нейтронов при взрывах однофазных ядерных взрывных устройств сравнимой мощности . За счет этого достигается существенно больший вес поражающих факторов нейтронное излучение и наведённая радиоактивность ( до 30 % от общего энерговыхода ), что может быть важным с точки зрения задачи уменьшения радиоактивных осадков и снижения разрушений на местности при высокой эффективности применения против танков и живой силы . Следует отметить мифический характер представлений о том , что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения . По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас .

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола , которое нужно взорвать для получения той же энергии . Обычно его выражают в килотоннах ( кт ) и мегатоннах ( Мт ). Тротиловый эквивалент условен: во — первых , распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и , в любом случае , сильно отличается от химического взрыва . Во — вторых , просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества химического взрывчатого вещества .

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

  • сверхмалые ( менее 1 кт );
  • малые ( 1 — 10 кт );
  • средние ( 10 — 100 кт );
  • крупные ( большой мощности ) ( 100 кт — 1 Мт );
  • сверхкрупные ( сверхбольшой мощности ) ( свыше 1 Мт ).
Читайте также:  Максимальная механическая мощность асинхронного двигателя

Принцип действия

В онову ядерного оружия положены неуправляемые цепная реакция деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза .

Для осуществления цепной реакции деления используются либо уран — 235 , либо плутоний — 239 , либо , в отдельных случаях , уран — 233 . Уран в природе встречается в виде двух основных изотопов — уран — 235 ( 0 , 72 % природного урана ) и уран — 238 — всё остальное ( 99 , 2745 %). Обычно встречается также примесь из урана — 234 ( 0 , 0055 %), образованная распадом урана — 238 . Однако , в качестве делящегося вещества можно использовать только уран — 235 . В уране — 238 самостоятельное развитие цепной ядерной реакции невозможно ( поэтому он и распространен в природе ). Для обеспечения « работоспособности » ядерной бомбы содержание урана — 235 должно быть не ниже 80 %. Поэтому при производстве ядерного топлива для повышения доли урана — 235 и применяют сложный и крайне затратный процесс обогащения урана . В США степень обогащенности оружейного урана ( доля изотопа 235 ) превышает 93 % и иногда доводится до 97 , 5 %.

Альтернативой химическому процессу обогащения урана служит создание « плутониевой бомбы » на основе изотопа плутоний — 239 , который для увеличения стабильности физических свойств и улучшения сжимаемости заряда обычно легируется небольшим количеством галлия . Плутоний вырабатывается в ядерных реакторах в процессе длительного облучения урана — 238 нейтронами . Аналогично уран — 233 получается при облучении нейтронами тория . В США ядерные боеприпасы снаряжаются сплавом 25 или Oraloy , название которого происходит от Oak Ridge ( завод по обогащению урана ) и alloy ( сплав ). В состав этого сплава входит 25 % урана — 235 и 75 % плутония — 239 .

Следует отметить , что сведения об устройстве ядерных боеприпасов до сих пор строго засекречены во всех странах . Только дотошность отдельных западных журналистов и крайне редкие , ничтожные утечки этой закрытой информации , скрупулёзно изученные на основе физических знаний , с помощью методов « обратной инженерии » позволили с определенной вероятностью правильно понять основные принципы . Почти все эти сведения относятся к ядерным боеприпасам , произведённым в США .

Источник

«Взвешиваем» радиацию: о единицах измерения ионизирующего излучения

Если вы когда-нибудь искали в Гугле ответ на вопрос типа «безопасный уровень радиации», то вы наверняка сталкивались со множеством странных и непонятных терминов: кюри, рентгены, беккерели, зиверты, рады, греи и тому подобное. Попробуем разобраться в том, что они значат и как правильно трактовать те или иные цифры.

Как мы уже говорили, радиация, или более научно, ионизирующее излучение как правило возникает в результате тех или иных ядерных реакций, чаще всего – распадов нестабильных атомных ядер. Соответственно, наиболее естественной единицей измерения радиоактивности является число распадов, которые происходят в определённом образце радиоактивного вещества в единицу времени.

Исторически первой единицей измерения активности является кюри (Ки). В образце с активностью 1 кюри в секунду происходит столько же распадов, сколько и в кусочке чистого радия весом в 1 грамм, то есть 370 миллиардов актов распада. В реальности с такой единицей работать не очень удобно, и поэтому позже, в 1975 году придумали другую единицу измерения активности: беккерель. Один беккерель (Бк) – это активность образца, в котором происходит ровно 1 распад в секунду. Соответственно, 1 Ки = 37000000000 Бк.

Так выглядит кусочек радия

Так выглядит кусочек радия

Кюри и беккерели характеризуют радиоактивные свойства конкретного образца радиоактивного вещества с присущей ему массой и химическим составом. Поэтому часто используют производные величины: скажем, активность изотопов обычно измеряют в беккерелях (кюри) на грамм (килограмм), загрязнённость радиацией воздуха или жидкости – в беккерелях на литр (кубометр), для определения загрязнённости площади используют беккерель на метр (километр) квадратный. Например, средняя радиоактивность чистого атмосферного воздуха составляет около 10 беккерелей на кубометр. То есть, в каждом кубометре воздухе ежесекундно происходит 10 распадов (в основном обусловленных наличием в нём некоторого количества радиоактивного газа радона)

Читайте также:  Как увеличить мощность видеокарты nvidia видеокарты

Довольно популярной в литературе «единицей измерения» является так называемый банановый эквивалент: активность обычного банана, вызванная наличием в нём радиоактивного изотопа калий-40. Оказывается, что банан весом в 150 грамм содержит около 19 беккерелей активности.

Для сравнения, активность природного урана составляет около 37 000 беккерелей на грамм (или, соответственно, 37 миллионов беккерелей на килограмм). И это ещё немного: так, активность 1 грамма плутония-239 составляет 2,3 миллиарда беккерелей на грамм.

Плутоний настолько радиоактивен, что энергия распада атомных ядер нагревает его докрасна

Плутоний настолько радиоактивен, что энергия распада атомных ядер нагревает его докрасна

Однако если вы читали предыдущую статью, то вам должно быть понятно, что одними только беккерелями и кюри ограничиться не получится. Как мы там говорили, различные ядерные реакции порождают разные продукты, обладающие различной энергией. К примеру, распад вышеупомянутого калия-40 приводит к образованию бета-частиц с энергией порядка 1,5·10-19 джоуля. А вот в результате распада атома плутния-239 рождаются альфа-частицы с энергией 8·10-16 джоуля – в 5 000 раз больше. Так что распад распаду – рознь, и беккерель беккерелю – тоже.

Собственно, предыдущий абзац как бы сам наводит нас на мысль, что важно не только количество распадов в единицу времени, но и «энергоёмкость» каждого из таких распадов. И даже не энергоёмкость самих распадов, а то, какую энергию получившиеся частицы передают веществу, которое подвергается облучению – то есть, какую дозу получило подвергнутое ему вещество.

Сначала физики рассуждали таким образом. Мы же говорим об ионизирующем излучении? Ну, так давайте померяем, насколько хорошо оно ионизирует! Так придумали единицу под названием рентген – пожалуй, самую распиаренную «единицу измерения радиации» на постсоветском пространстве. Суть такова: 1 рентген – это такое радиоактивное излучение, которое воздействует на 1 кубический сантиметр сухого воздуха при 0 градусов Цельсия так, что в нём образуются заряженные частицы с общим зарядом 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона. Почему столько? А потому, что 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона – это 1 франклин, единица измерения заряда в популярной (ибо удобно) в некоторых областях физики системе единиц СГС. Аналог рентгена в привычной нам системе СИ – кулон на килограмм, равный примерно 3876 рентгенам.

Соответственно, для измерения мощности излучения использовали производную единицу – рентген в час.

Однако на практике рентген оказался не очень удобен по ряду причин, и решили пойти другим путём: ввели единицу под названием грей. 1 грей характеризует такое облучение, в результате которого вещество получает 1 джоуль энергии на каждый килограмм массы. В настоящее время именно грей, а не рентген, являются общепринятой единицей измерения воздействия излучения. Однако зачастую в литературе, в том числе справочной, можно столкнуться именно с величинами, выраженными в рентгенах. В этом случае следует помнить, что 1 грей для воздуха соответствует примерно 0,009 рентгена. Обычно на практике переводят рентгены в греи, просто деля их на 100: 100 рентген – 1 грей, 0,01 грея – 1 рентген.

Но и это ещё не всё. Для физиков посчитать количество переданной «мишени» энергии в принципе достаточно для того, чтобы считать поле измеренным. А вот у медиков и биологов, изучающих воздействие радиации на живые организмы, задача немного иная: им важно определить, какой вред получит организм, поймав ту или иную дозу радиации. И тут возникает проблема, о которой мы тоже говорили: разные виды излучения (альфа, бета, гамма, нейтроны и т.п.) вредят организму по-разному. Для того, чтобы это дело описать, вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, причём под эффективностью здесь понимают способность данного вида облучения наносить вред живой ткани (разрушать клетки и т.п.). Например, поток альфа-частиц наносит организму примерно в 20 раз больший ущерб, чем поток гамма-квантов, передавший этому организму ту же энергию. Поэтому на стыке физики и биологии появляется понятие эквивалентной дозы облучения, измеряемой в зивертах. Это, грубо говоря, те же греи, но умноженные на специальный коэффициент («коэффициент качества»), экспериментально определённый для каждого вида излучения; за эталон (1) принято разрушительное воздействие фотонов (рентгеновских и гамма-квантов).

Читайте также:  Тиристорного регулятора мощности трм 1

Для бета-частиц коэффициент качества оказывается также равен 1, для альфа-частиц – 20, для протонов – 2, для нейтронов – от 5 до 20 в зависимости от их энергии (скорости). Проще говоря, если биологический объект получил 0,1 грея гамма-излучения, 0,1 грея облучения альфа-частицами и 0,1 грея облучения медленными нейтронами, то поглощённая доза излучения составит 0,3 грея, а эквивалентная доза – 2,6 зиверта.

На практике, впрочем, в большинстве случаев поглощённую дозу облучения в греях и эквивалентную дозу в зивертах можно считать равной. Это связано с тем, что с нейтронными потоками у обывателя столкнуться шансов почти нет, а альфа-излучение и протоны из-за своей малой проникающей способности не пробиваются даже через внешний мёртвый слой кожи. Поэтому в расчёт при внешнем облучении идут преимущественно потоки бета и гамма-частиц, а для них, как мы говорили выше, коэффициент качества равен 1. В таком случае можно говорить, что 1 зиверт и 1 грей численно равны, но надо помнить, что так бывает не всегда.

Радиационный фон - 1,03 микрозиверта (0,0000103 зиверта) в час

Радиационный фон — 1,03 микрозиверта (0,0000103 зиверта) в час

Существует, впрочем, ещё один нюанс. Дело в том, что разные ткани по-разному реагируют на одну и ту же дозу облучения: наиболее уязвимы половые органы, тонкий кишечник и органы кроветворения; куда более устойчивы – головной мозг, кости и так далее. Так что в медицине вводят понятие эффективной дозы облучения, которая учитывает разницу в восприятии облучения разными типами тканей. Но это уже больше биология, чем физика, да и измеряется эффективная доза тоже в зивертах, так что в это мы углубляться не будем.

Давайте повторим для ясности: активность источника радиоактивного излучения измеряется в кюри или (чаще) беккерелях. В греях, реже – рентгенах измеряют физическое воздействие излучения, исходящего от этого источника на некую мишень, а в зивертах – аналогичное биологическое воздействие.

Конечно, между активностью источника и влиянием его излучения есть определённая связь, но простой «формулы перевода» беккерелей в зиверты нет и быть не может. Например, источник из цезия-137 с активностью излучения в 1 кюри на расстоянии метра от себя создаст излучение мощностью примерно в 0,004 грея/час. Для других изотопов эта цифра будет иной, но если очень надо прямо сейчас прикинуть на пальцах, то порядок чисел будет примерно таким.

При этом по мере удаления от источника мощность излучения будет убывать по формуле обратных квадратов: уже в 10 метрах она будет в 100 раз меньше.

Под фразой «радиационный фон составляет столько-то» следует понимать измеренную совокупную дозу излучения от всех источников, которую вы можете получить в данном месте за определённое время пребывания.

В литературе можно встретить и другие единицы измерения. Например, резефорд – устаревшая единица измерения активности источника, равная 1 миллиону беккерелей. Рад – «младший брат» грея, равный одной сотой от него. В советской литературе также встречается единица измерения «бэр», расшифровывается «биологический эквивалент рентгена» и соотносится с ним так же, как зиверт с греем. Как привести её к общему знаменателю с зивертом можно всё тем же способом: поделить примерно на 100.

В следующем материале мы поговорим о нормальных, повышенных, опасных и безопасных дозах радиации, о том, где вы с ними можете столкнуться и чего в этом смысле стоит бояться, а чего – не очень.

Источник