§ 4.2 Ядерное оружие

Ядерное оружие (ЯО) - оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые, например, ядер изотопов гелия.

Это оружие включает различные ядерные боеприпасы (боевые части ракет, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины, снаряженные ядерными зарядными устройствами), средства управления ими и доставки их к цели (носители). Иногда в зависимости от типа заряда употребляют более узкие понятия, например: атомное оружие (устройства, в которых используются цепные реакции деления), термоядерное оружие, комбинированные заряды, нейтронное оружие. Особенности поражающего действия ядерного взрыва по отношению к личному составу и боевой технике зависят не только от мощности боеприпаса и вида взрыва, но и от типа ядерного зарядного устройства.

Все вещества окружающей нас природы состоят из весьма малых частиц, которые называются атомами.

Вещество, которое содержит атомы одного вида, называются простыми, а вещество, состоящее из атомов разных видов - сложным. Так, медь Сu содержит только атомы меди, а уран U - атомы урана. Медь и уран - простые вещества, а вода H2O - сложное вещество, так как оно включает в себя атомы водорода Н и кислорода О. Совокупность атомов одного вида с одинаковым зарядом их ядер образует химический элемент. Следовательно, простое вещество состоит из одного элемента , а сложное - из нескольких химических элементов.

Гениальный русский ученый Д.И. Менделеев открыл один из важнейших законов природы - периодический закон химических элементов и создал на его основе свою научную классификацию - периодическую систему элементов.

Атом имеет сложное устройство. В центре атома находится очень плотное ядро, несущее положительный заряд, вокруг которого с большой скоростью вращаются легкие отрицательно заряженные электроны, составляющие электронную оболочку атома. У атомов разных элементов разное число электронов, например: вокруг ядра атома водорода движется только один электрон, у гелия - 2, у лития - 3, а вокруг ядра атома урана - 92 электрона. Число электронов в электронной оболочке атома равно порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева.

Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю электронов приходится менее 0,05% массы атома. При этом плотность ядерного вещества очень велика, не зависит от размеров ядра и составляет примерно 1,8 х 1017 кгм3. Высокая плотность ядерного вещества свидетельствует об огромной энергии внутриядерных сил.

Простейшее ядро, ядро первого в таблице Д.И. Менделеева элемента - водорода, названо протоном. Он имеет единичный положительный заряд. Протон, а также электрон относятся к элементарным частицам. Кроме того, основными элементарными частицами являются: нейтрон - частица приблизительно такой же массы, как и протон, но не имеющая электрического заряда; позитрон - частица, аналогичная электрону, но несущая единичный положительный заряд; нейтрино - нейтральная частица с весьма малой массой покоя и некоторые другие.

Итак, ядра всех атомов построены из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны имеют общее наименование - нуклоны. Число протонов в ядре, определяющее его положительный заряд, равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Сумма чисел протонов и нейтронов определяет массу ядра и называется массовым числом. Число протонов в ядре каждого элемента строго определено, а число нейтронов может изменяться в некоторых пределах. Поэтому могут существовать разновидности атомов одного и того же элемента, которые отличаются друг от друга массовым числом. Такие атомы размещаются в одной клетке таблицы Д.И. Менделеева и называются изотопами этого элемента.

Многие природные элементы являются смесью нескольких изотопов. Так, водород представляет собой смесь 99,98% легкого изотопа - протия и 0,02 % тяжелого изотопа - дейтерия. Ядро протия нечто иное, как протон. Ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона. Известен и третий изотоп водорода - тритий, ядро которого состоит из одного протона и двух нейтронов. Ядро атома одного из важнейших изотопов плутония (Pu) содержит 94 протона и 145 нейтронов.

При написании символов изотопов слева внизу ставится порядковый номер, а слева вверху - массовое число изотопа. Например, протий, дейтерий и тритий соответственно обозначаются: , , . Иногда дейтерий и тритий именуются символами Д и Т.

Известны изотопы элементов, которые самопроизвольно претерпевают ядерные превращения и испускают ионизирующие излучения в виде  - квантов,  - частиц (ядер гелия) и  - частиц (электронов). Такие изотопы элементов называются радиоактивными. Время, в течении которого распадается половина ядер атомов радиоактивного элемента, называется его периодом полураспада и обозначается Т12.

Число нераспавшихся ядер N радиоактивного изотопа с течением времени t определяется по формуле:

N = N0 х e- t ,

где N0 - число ядер в начальный момент времени;

е - основание натуральных логарифмов;

 - постоянная радиоактивного распада.

Постоянная радиоактивного распада может быть выражена через период полураспада:

Число ядер, распадающихся за единицу времени, называют активностью А радиоактивного вещества и определяют по формуле:

А =  х N.