Механизм цепной ядерной реакции



Из курса физики известно, что нуклоны в ядре - протоны и нейтроны - удерживаются вместе сильным взаимодействием. Оно значительно превосходит силы кулоновского отталкивания, поэтому ядро в целом стабильно. В 20 веке великий ученый Альберт Эйнштейн обнаружил, что масса отдельно взятых нуклонов несколько больше, чем их же масса в связанном состоянии (когда они образуют ядро). Куда девается часть массы? Оказывается, она переходит в энергию связи нуклонов и благодаря ей могут существовать ядра, атомы и молекулы.

Большинство известных ядер стабильные, но встречаются и радиоактивные. Они непрерывно излучают энергию, так как подвержены радиоактивному распаду. Ядра таких химических элементов небезопасны для человека, но энергию, способную разрушить целые города, они не выделяют.

Колоссальная энергия появляется в результате цепной ядерной реакции. В качестве ядерного горючего в атомной бомбе используют изотоп урана-235, а также плутоний. При попадании в ядро одного нейтрона оно начинает делиться. Нейтрон, будучи частицей без электрического заряда, может легко проникнуть в структуру ядра, минуя действие сил электростатического взаимодействия. В результате оно начнет растягиваться. Сильное взаимодействие между нуклонами начнет ослабевать, кулоновские силы же останутся прежними. Ядро урана-235 разделится на два (реже три) осколка. Появятся два дополнительных нейтрона, которые затем могут вступить в подобную реакцию. Поэтому она называется цепной: то, что вызывает реакцию деления (нейтрон), является ее продуктом.

В результате ядерной реакции выделяется энергия, которая связывала нуклоны в материнском ядре урана-235 (энергия связи). Эта реакция лежит в основе работы ядерных реакторов и взрыве атомной бомбы. Для ее осуществления необходимо выполнение одного условия: масса горючего должна быть подкритической. В момент соединения плутония с ураном-235 происходит взрыв.

Ядерный взрыв



После столкновения ядер плутония и урана образуется мощная ударная волна, поражающая все живое в радиусе около 1 км. Огненный шар, появившийся в месте взрыва, постепенно расширяется до 150 метров. Его температура опускается до 8 тысяч Кельвин, когда ударная волна отойдет достаточно далеко. Нагретый воздух переносит радиоактивную пыль на огромные расстояния. Ядерный взрыв сопровождается мощным электромагнитным излучением.