В, обычных бомбах и снарядах взрывается тротил — взрывчатое вещество, которое при сгорании выделяет энергию, необходимую для разрыва  боеприпаса.
А что взрывалось в атомной бомбе? Откуда взялась та чудовищная энергия, которая превратила в руины целые города?

Прежде чем ответить на этот вопрос, остановимся на физических основах ядерного и термоядерного оружия.
Из курса физики вы знаете, что в окружающем нас материальном мире миллионы различных химических соединений. Они состоят из небольшого числа элементарных частиц.
Нас будут интересовать в основном четыре элементарные частицы: протоны, нейтроны, электроны и гамма-кванты (их условно относят к частицам).
Ни одна из этих частиц не может существовать самостоятельно, сама по себе. Протоны, нейтроны и электроны объединяются в атомы, причем протоны и нейтроны находятся в ядре атома (иногда их называют нуклоны),” а электроны вращаются -вокруг него на определенных расстояниях. Электроны имеют очень малую по сравнению с протоном и нейтроном массу, и, следовательно, основная масса атома сосредоточена в ядре, где нуклоны расположены очень тесно.
Протоны в ядре заряжены одноименно. А так как одноименные электрические заряды отталкиваются, то при таком тесном расположении они должны очень сильно отталкиваться. Должны, следовательно, существовать какие-то силы, которые удерживали бы частицы в ядре. Эти силы называются” ядерными. Они очень велики, но действуют только на крайне близком расстоянии, равном  диаметру  ядра.
Казалось бы, что раз ядро атома состоит из протонов и нейтронов, то масса ядра должна -быть суммой масс протонов и нейтронов, входящих в это ядро.

Однако это не так. Массы ядер всех без исключения атомов всегда оказываются меньше теоретических. Почему? Ответ на это дал в начале нашего века Альберт Эйнштейн, когда вывел свою знаменитую формулу зависимости массы от энергии: Е = mC2 (E — энергия в эргах, т — масса в грам-мах, С — скорость света в см/сек).

Оказывается, на образование, ядра из протонов и нейтронов тратится какая-то энергия, которая выделяется за счет уменьшения массы ядра. В дальнейшем для того, чтобы снова расщепить ядра на нуклоны, необходимо затратить такую же энергию. Ее называют энергией связи ядра и измеряют в электрон-вольтах и в мегаэлектронвольтах. У различных атомов энергия связи различна (см. график на стр. 50). Поэтому при переходе нуклона в ядро другого вещества (что происходит при реакциях деления и синтеза ядер) энергия должна или выделяться, или поглощаться. Для начала ядерной реакции необходимо добиться расщепления одного из ядер. Ядра тяжелых элементов самопроизвольно делятся редко. Этот процесс проходит значительно легче, если в ядро попадает посторонний нейтрон.

При этом от удара ядро вытягивается, ядерные силы как близкодействующие резко ослабевают, а силы электростатического отталкив ания продолжают действовать. Посредине ядра образуется перемычка, а затем ядро делится на два осколка, которые разлетаются с огромной скоростью (см. рис. на стр. 50).
Решающим для получения ядерной энергии взрывом явилось то, что при делении ядра урана выделяются еще 2—3 нейтрона. Они разбивают следующие 2—3 ядра урана. И так количество нейтронов все время нарастает, а поскольку этот процесс кратковременный, то практически вся энергия выделяется мгновенно. Такая реакция называется цепной ядерной реакцией.
Цепная ядерная реакция может произойти только тогда, когда все полученные при делении ядра нейтроны «пойдут в дело», то есть попадут в соседние ядра, а не будут вылетать за пределы куска урана. Наименьшая масса  вещества,  при которой происходит цепная реакция, называется критической массой.

Так что же происходит в атомной бомбе? Заряд урана или плутония в ней поделен на части, каждая из которых меньше критической (см. рис.). В момент взрыва они сталкиваются вместе, и масса становится больше критической — происходит цепная ядерная реакция.
При делении одного ядра урана выделяется 200 МЭВ энергии. А если произойдет распад ядер всех атомов 1 кг урана, то выделится энергия как при сгорании 2 тыс. т угля или при взрыве 20 тыс. т тротила.

В термоядерных реакциях используются реакции соединения легких ядер в тяжелые (см. рис. вверху).
Что несет за собой ядерный взрыв? Какие же процессы происходят при мгновенном выделении такого колоссального количества энергии? После начала ядерной реакции в месте взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов. Все вещество заряда, продуктов деления и оболочки бомбы переходит в газообразное состояние. Возникает яркая вспышка — световое излучение — настолько яркая, что после нее солнечный день кажется сумрачным.

Давление раскаленных газов в месте взрыва достигает миллиардов атмосфер. Эти газы, стремясь раздвинуть окружающий воздух, сжимают его так, что он, разогреваясь от сжатия, вместе с газами образует раскаленный огненный шар диаметром в несколько сотен метров. Расширяясь, шар остывает и вырождается через 1—2 сек. в волну сильно сжатого воздуха, или, как ее еще называют, ударную волну. Ударная волна в среднем со скоростью звука распространяется во все стороны, производя колоссальные разрушения. В момент, когда происходит ядерная реакция, из места взрыва идет мощный поток нейтронов и гамма-лучей, способный пронизывать определенные толщи различных материалов. Этот поток называют проникающей радиацией.

После  остывания  огненного   шара в том месте, где он был, образуется огромная пустота, в которую со всех сторон устремляется воздух. Если взрыв произошел достаточно низко над землей, то вместе с потоком воздуха в место взрыва втягивается пыль с земли. Смешиваясь с парами и частицами радиоактивных веществ, она поднимается на большую высоту, подхватывается там ветром и уносится на огромные расстояния. При выпадении эта пыль создает радиоактивное заражение местности.
Если взрыв произошел высоко над землей (воздушный взрыв), то столб пыли не достигает области взрыва и радиоактивного заражения местности, как правило, не происходит (см. рис.). Таким образом, поражающими факторами ядерного взрыва являются: световое излучение, проникающая радиация, ударная волна и радиоактивное заражение местности.

Журнал Юный техник.

Другие задачи

Другие опыты и эксперименты

На главную