Ядерная война как физическая гипотеза

Существует несколько вариантов предполагаемого ведения ядерной войны:

1. Всеобщая ядерная война, в которой подразумевается неограниченное, массовое использование всех имеющихся типов ядерного вооружения. Ядерное оружие предполагается использовать как по военным, так и по гражданским целям.
2. Ограниченная (локальная) ядерная война. Данный вид военных действий рассматривается как военный конфликт, в котором должны использовать разные виды оружия. Ядерное оружие в таком случае должно использоваться для уничтожения самых значимых военных и экономических объектов противника.

Предполагается, что ядерная война приведет к глобальной экологической катастрофе. При ограниченном ядерном конфликте произойдет заражение территорий с огромными площадями и не исключается возможность перехода локального столкновения в войну большого количества государств, то есть третью мировую войну.

Ядерное оружие делят на:

• ядерное, в основу работы которого заложено использование энергии, которая получается при разделении тяжелых ядер и
• термоядерное оружие, в котором энергия взрыва образуется в процессе синтеза легких ядер.

Ядерное оружие

При делении тяжелых ядер высвобождается энергия, которая равна примерно 200 МэВ на каждое ядро подвергнутое делению. Данная величина в миллиарды раз больше, чем энергия, которая освобождается при химической реакции. Энергию, которая получена при делении атомных ядер, называют ядерной или атомной.

В основе действия ядерного оружия находится неуправляемые цепные (самоподдерживающиеся) реакции деления ядра.

Реакция деления ядра заключается в том, что тяжелое ядро при воздействии на него нейтрона (или иной частицы) совершает деление на несколько более легких ядер (осколков), обычно это пара ядер, которые близки по массе.

Особенностью деления ядер является попутное испускание в ходе реакции двух, трех вторичных нейтронов, которые называются нейтронами деления. У тяжелых ядер количество нейтронов существенно больше, чем число протонов, получается, что возникающие в ходе реакции осколки являются перегруженными нейтронами, поэтому они выделяют нейтроны деления. Заметим, что испускание нейтронов деления не убирает полностью перегрузку ядер- осколков нейтронами. В результате мы имеем радиоактивные осколки, которые могут проходить систему $\beta^-$ - трансформаций, которые будут сопровождаться испусканием $\gamma$ - квантов. Поскольку $\beta^-$ распад сопровождается превращением нейтрона в протон, то после серии $\beta^-$ -трансформаций соотношение между нейтронами и протонами в осколке придет к соответствующей стабильному изотопу.

Вторичные нейтроны способны породить новые процессы деления. В результате реализуется цепная реакция деления, в которой частицы, вызывающие данную реакцию, возникают как продукты этой реакции.

Характеристикой реакции деления служит коэффициент размножения ($k$) нейтронов. Этот коэффициент определяют как отношение количества нейтронов в рассматриваемом поколении к их числу в предыдущем поколении. Коэффициент размножения зависит от:

• свойств делящихся ядер (числа вторичных нейтронов),
• течения реакции деления и захвата,
• внешних условий, которые влияют на потери нейтронов, например, геометрии образца вещества.

Необходимое условие реализации цепной реакции записывают как:

$k\geq 1$.

Массу вещества, при которой $k=1$ называют критической. На критическую массу можно влиять, так, ее модно уменьшить в два раза, если окружить образец делящегося вещества материалом, который может отражать нейтроны.

Практическая реализация ядерного оружия основана на том, что имеются элементы, у которых ядра способны делиться при воздействии на них нейтронами достаточно малых энергий (делящиеся вещества).

Единственным природным веществом данного типа является изотоп урана -235. В общей массе природного урана $U – 238 $ изотоп урана $U-235$ составляет всего 0,7%.

Цепную реакцию можно реализовать, если имеется делящееся вещество массы, меньшей критической. Это можно сделать, увеличивая плотность вещества образца.

Так, в ядерных взрывных устройствах масса делящегося вещества находится в докритическом состоянии, для перевода ее в критическое состояние производят направленный взрыв, который заставляет ядерный заряд сжиматься. При этом минимальная масса делящегося вещества определяется тем, какой степени сжатия можно достигнуть при первичном направленном взрыве.

Для обеспечения сохранности атомной бомбы в ней делящееся вещество разделяют на две части (с массами ниже критической) и удаляют друг от друга.

Термоядерное оружие

Среди реакций синтеза легких ядер наиболее интересными являются реакции с использованием дейтерия и трития:

$d+d \to ^3He+n+3,27 МэВ (1);$

$d+d \to t+p+4,03 МэВ (2)$

и

$d+t \to ^4He+n+17,59 МэВ (3).$

На один нуклон реакции (1) получают $\frac {3,27}{4}$ МэВ энергии, тогда как один нуклон реакции (2) дает $\frac{4,03}{4} МэВ$. Обе ветки реакции могут происходить с равной вероятностью.

Так, при реакциях синтеза легких ядер высвобождается энергия, которая в миллионы раз больше, чем тепло, которое можно получить при сжигании нефти и газа.

Получение термоядерной энергии выполнено в водородной бомбе, где реакции 1-3 реализуются с очень большой скоростью и сопровождаются большим взрывом.

Вероятные последствия ядерной войны

Современную ядерную вону считают вероятным вариантом техногенной катастрофы, которая может привести к гибели всего живого.

Последствиями такой войны могут стать:

1. Уменьшение средней температуры на десятки градусов.
2. Уменьшение освещенности земной поверхности.
3. Ионизирующая радиация.
4. Уменьшение количества осадков, в результате замедление процесса очистки атмосферы.
5. Засорение атмосферы отравляющими веществами.
6. Рост действия ультрафиолетового излучения
7. Как результат всех вышеперечисленных факторов – разрушение органической жизни.