Термоядерное оружие - [16]
Ядра урана и других тяжелых элементов могут делиться, превращаясь в более легкие ядра элементов, расположенных в середине таблицы Менделеева. При этом выделяется большое количество энергии.
Еще большее количество энергии выделяется при образовании гелия и других легких элементов из нуклонов. Следует отметить относительную прочность гелия по сравнению с другими легкими элементами, например литием и бериллием. Поэтому гелий резко выпадает из кривой графика на рис. 11.
Из сказанного следует, что энергия любой ядерной реакции может быть вычислена при помощи закона Эйнштейна, если известны массы исходных и получающихся в результате реакции изотопов.
От обнаружения давно уже известного ученым большого выделения энергии при ядерных превращениях до практического осуществления ядерных реакций был еще большой и трудный путь. В самом деле, достаточно, например, поджечь один раз массу угля, обеспечив доступ кислорода, чтобы реакция шла, поддерживая сама себя. Ясно, что если бы приходилось вновь «зажигать» каждую молекулу углерода, то каменный уголь не имел бы практического использования. Точно так же если бы реакция деления урана не оказалась самоподдерживающейся, то есть цепной, то она не нашла бы практического применения. Но, как известно, при захвате нейтрона ядром урана 235 последнее может разделиться, причем обычно образуются два «осколка» и два или три (в среднем 2,5) нейтрона. Иногда после захвата нейтрона ядро урана не испытывает деления; оно в данном случае отдает избыточную энергию в виде гамма-кванта и стабилизуется, образуя ядро более тяжелого изотопа урана 236. При попадании медленного нейтрона в ядро урана 235 вероятность деления равна 84%, а вероятность образования урана 236 составляет 16%. Поэтому на каждый израсходованный нейтрон образуется не 2,5 новых нейтрона, а только 0,84∙2,5=2,1 нейтрона.
Таким образом, в результате деления урана появляются такие же частицы, которые вызвали первичный акт деления да еще в большем количестве. Эти нейтроны, как уже было сказано, способны вызвать дальнейшее цепное развитие ядерной реакции деления, приводящей при определенных условиях к взрыву. Следовательно, взрыв, происходящий в атомной бомбе, является цепным взрывом.
Теорию цепных взрывов на примере химических реакций разработал в 1928 году академик Н. Н. Семенов. Он же показал, что в случае химических процессов, кроме цепных взрывов, возможны также взрывы иной природы, так называемые тепловые взрывы. За эти выдающиеся работы Шведская академия наук присудила Н. Н. Семенову в 1956 году Нобелевскую премию.
Тепловые взрывы происходят в химических системах, в которых скорость реакций сильно возрастает с ростом температуры и в то же время реакции сопровождаются значительным выделением тепла. В таких системах начало реакции приводит к разогреву. Этот разогрев обусловливает ускорение реакции. Скорость выделения тепла при этом возрастает, а следовательно, возрастает и разогрев. В конечном счете скорость выделения тепла начинает превышать скорость отвода тепла и происходит тепловой взрыв. Примерами таких систем являются различные пороха, смесь паров бензина с воздухом при высоких давлениях, смесь водорода и кислорода («гремучая смесь») и т. д.
Так, если взять гремучую смесь, то есть такую смесь водорода и кислорода, в которой на каждую молекулу кислорода приходится по две молекулы водорода, то такое соотношение будет наиболее благоприятным для протекания химической реакции соединения водорода с кислородом с образованием воды. Однако, кроме удачного соотношения числа молекул этих газов (или их веса), для быстрого протекания реакции необходимы определенные температурные условия. При обычной температуре эта реакция будет происходить так медленно, что прошли бы годы, а в воду не превратилась бы и сотая часть газовой смеси. Если же поджечь эту смесь, например, искрой, то произойдет взрыв. Это значит, что достаточно сильно нагреть гремучую смесь в одном месте, чтобы в этом месте реакция ускорилась в миллиарды раз. В дальнейшем данная реакция сама себя поддерживает, так как в процессе образования молекул воды выделяется много тепла.
Подобные явления могут быть и при ядерных превращениях. В этих случаях тоже требуется «зажигание», то есть начальное нагревание, но для того, чтобы температура влияла на скорость ядерных реакций, здесь нужны температуры порядка миллионов и десятков миллионов градусов. Когда же в результате зажигания ядерная реакция начнется, тогда уже будет выделяться достаточно тепла для поддержания ее хода. Ядерные реакции такого типа и называются термоядерными.
До того, как появились урановые бомбы, не существовало методов получения столь высоких температур. Поэтому практическое осуществление искусственных термоядерных реакций стало реальным лишь после появления атомных бомб, хотя в существовании таких реакций ученые были уверены еще до открытия деления урана.
В термоядерных реакциях принимают участие ядра атомов, которые, как известно, заряжены положительным электричеством. При движении через вещество эти ядра взаимодействуют с окружающими атомами и молекулами, что часто связано с перераспределением энергии. Поэтому, прежде чем перейти к подробному разбору особенностей термоядерных реакций, рассмотрим те явления, которые происходят при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество.
Книга посвящена жизни и творчеству выдающегося советского кристаллографа, основоположника и руководителя новейших направлений в отечественной науке о кристаллах, основателя и первого директора единственного в мире Института кристаллографии при Академии наук СССР академика Алексея Васильевича Шубникова (1887—1970). Классические труды ученого по симметрии, кристаллофизике, кристаллогенезису приобрели всемирную известность и открыли новые горизонты в науке. А. В. Шубников является основателем технической кристаллографии.
Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.
Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
«Занимательное дождеведение» – первая книга об истории дождя.Вы узнаете, как большая буря и намерение вступить в брак привели к величайшей охоте на ведьм в мировой истории, в чем тайна рыбных и разноцветных дождей, как люди пытались подчинить себе дождь танцами и перемещением облаков, как дождь вдохновил Вуди Аллена, Рэя Брэдбери и Курта Кобейна, а Даниеля Дефо сделал первым в истории журналистом-синоптиком.Сплетая воедино научные и исторические факты, журналист-эколог Синтия Барнетт раскрывает удивительную связь между дождем, искусством, человеческой историей и нашим будущим.
Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.
В предлагаемой книге доктор физико-математических наук Балабанов Е. М. в популярной форме рассказывает о достижениях и сложнейших проблемах атомной энергетики. Читатель узнает об истории, современном этапе и перспективах современнейшей отрасли науки и техники. Книга рассчитана на самые широкие круги читателей.
В настоящей книжке изложены основные вопросы ядерной физики, знание которых необходимо для понимания особенностей ядерной энергии и тех физических принципов, которые используются или предполагаются использоваться в ближайшем будущем для ее производства. Книжка рассчитана на широкий круг военных читателей со средним образованием, стремящихся познакомиться с новой областью науки, имеющей большое практическое значение.
В книге видного советского философа и историка науки Б. Г. Кузнецова рассказывается о жизни и деятельности великого русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева. Автор показывает сложный образ революционера в науке, величайшего химика, выдающегося технолога, патриота своей страны. Популярно излагается суть открытий и достижений ученого, их значение для развития современной науки, производства и военного дела.
Открытые в начале XX века ультразвуки нашли широкое применение в самых разнообразных областях науки и техники. Они помогают обнаруживать подводные лодки и различные препятствия на дне морей и рек, используются для промера глубин, для контроля качества металлических конструкций и деталей, для очистки воздуха, в медицине и фармацевтической промышленности и т. д. О том, что такое ультразвуковые волны, о способах их получения, свойствах и применении и рассказывает книга специалиста в области ультразвуков профессора доктора химических наук Бориса Борисовича Кудрявцева «О неслышимых звуках».