Ядерные боеприпасы, как источники радиационной опасности

Особую радиационную опасность представляют различные виды ядерного оружия при их применении или при несанкционированных взрывах. К этому оружию относят: атомные, термоядерные, нейтронные боеприпасы и радиологическое оружие.

Принцип действия ядерных боеприпасов основан на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер - дейтерия и трития в более тяжелые.

При рассмотрении реакции деления тяжелых ядер урана отмечалось, что для развития цепной реакции деления должна быть критическая масса, чтобы коэффициент развития реакции был больше 1. Для достижения критической массы применяют различные способы, в частности можно увеличить плотность ядерного вещества (боеприпасы имплозивного типа, рис.1.21.), достичь критической массы за счет мгновенного соединения двух докритических масс (рис.1.22.), создают необходимую геометрическую форму заряда, устанавливают отражатели нейтронов и др. В результате цепная реакция деления носит взрывной характер.

5

1

6

4

3

3

Рис.1.21. Ядерный боеприпас

имплозивного типа:

1 - детонаторы; 2 - заряд обычного взрывчатого вещества; 3 - ядерное взрывчатое вещество; 4 - источник

нейтронов; 5 - корпус; 6 - отража-

тель нейтронов

При взрыве такого боеприпаса выделяется мощность примерно 20 000 тонн тротила, а в цепную реакцию вступает только около 1 кг ядерного взрывчатого вещества (урана-235 или плутония-239), а остальная часть ядерного взрывчатого вещества вступить в реакцию не успевает и рассеивается в окружающем пространстве энергией взрыва.

Мощность зарядов, в которых используются реакции деления тяжелых ядер ограничена и не превышает 100000 тонн. Поэтому для получения боеприпасов большей мощности используют реакции синтеза легких ядер дейтерия или трития. Реакция синтеза происходит по следующей формуле

Д+ Т⁴₂Не +n+ Е = 17,6 МэВ

Такая реакция возможна только при температуре в десятки и сотни миллионов градусов. Такая температура необходима лишь для начала синтеза, а затем он поддерживается за счет собственной энергии. Такую температуру можно получить только при взрыве ядерного боеприпаса, который фактически становится детонатором взрыва и используется в термоядерном боеприпасе. Оценка энергетического эффекта термоядерной реакции показывает, что при синтезе 1 кг гелия выделяется в 5 раз больше энергии, чем при делении 1 кг урана-235А главное можно изготовить термоядерный боеприпас любой мощности.

На практике в качестве термоядерного горючего используют дейтерид лития. В результате его облучения нейтронами образуется тритий, который вступает в реакцию с дейтерием и при этом выделяется основное количество энергии. Реакция происходит по схеме:

⁶₃Li+nT+⁴₂Hе + Е = 4,8 МэВ

Применение дейтерида лития позволяет избавиться от дорогостоящего радиоактивного трития. Принципиальная схема термоядерного боеприпаса (водородной бомбы) приведена на рис. 1.23.

2

LiD

3

Рис.1.23. Схема устройства термоядерного боеприпаса типа "деление – синтез"

1 - ядерный детонатор (заряд деления); 2 - заряд для реакции синтеза (дейтерид лития);

3 - корпус

Примечание. Если корпус вопородной бомбы изготовить из урана-238, то быстрые нейтроны, которые образуются в термоядерном боеприпасе при взрыве способны вызвать деление и урана-238. В результате выполняются три фазы: "деление – синтез – деление" и мощность такого боеприпаса еще больше возрастает.

Поражающими факторами ядерного оружия являются ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, проникающая радиация и радиоактивное заражение местности. Первые три поражающих фактора рассматривались в первой части учебного пособия.

Проникающая радиация представляет собой поток нейтронов и гамма лучей в момент взрыва. Они обладают значительной проникающей способностью и распространяются в воздушном пространстве во все стороны на расстояние до 2,5 – 3 км. Время их действия исчисляются секундами. Нейтроны, облучая поверхность земли вызывают наведенную радиоактивность, которая на несколько часов становится дополнительным источником облучения людей и биологического мира. Облучение нейтронами представляет особую опасность для жизни и здоровья человека. Учитывая особую поражающую способность нейтронного излучения, созданы специальные нейтронные боеприпасы, основным поражающим действием которых является проникающая радиация.

Нейтронный боеприпас представляет собой малогабаритный термоядерный заряд мощностью не более 10000 тонн тротила, у которого основная доля энергии выделяется за счет реакций синтеза ядер дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакции синтеза. Нейтронная составляющая такого малого по мощности ядерного взрыва в 5 - 10 раз больше, чем заряда деления той же мощности. Нейтроны обладают способностью проникать даже через броню танков и поражать людей. Время действия нейтронов несколько секунд. Схема устройства нейтронного боеприпаса показана на рис.1.24.

1

D + T

4

Рис.1.24. Схема устройства нейтронного боеприпаса "пушечного типа"

1 - корпус боеприпаса с системой удержания плазмы в зоне реакции; 2 - смесь дейтерия и трития; 3 - отражатель нейтронов; 4 - заряд плутония-239; 5 - источники нейтронов; 6 - заряд обычного взрывчатого вещества; 7 - детонатор

Кроме проникающей радиации при ядерном взрыве происходит и радиоактивное заражение местности. Источниками радиоактивного заражения являются:

• осколки деления атомов ядерного горючего;

• наведенная радиоактивность;

• неразделившаяся часть яднрного горючего.

Осколки деления ядер урана или плутония - это от 200 до 300 изотопов 36 химических элементов, периоды полураспада которых составляют от долей секунды и до многих десятков и сотен лет.

Наведенная радиоактивность возникает в грунте под воздействием нейтронов проникающей радиации.

Неразделившаяся часть ядерного горючего представляет собой атомы урана-233,235,238 и плутония-239.

Радиоактивное заражение местности возникает после выпадения с облака взрыва осколков деления на поверхность. Основной вклад в радиоактивное заражение местности вносят осколки деления ядерного горючего и наведенная радиоактивность. Неразделившаяся часть ядерного горючего выпадает в основном в районе взрыва.

Таким образом, при взрыве ядерного боеприпаса уровень радиоактивного заражения местности, особенно в районе взрыва, очень большой, но быстро спадает по закону Вэя-Вигнера. При аварии на АЭС степень радиоактивного заражения будет меньше, но спад радиации происходит крайне медленно.