Содержание

Реакция деления ядер ядерного взрывчатого вещества

Реакция сопровождается образованием двух осколков (ядер другого вещества), массовые числа которых относятся как 2:3, испусканием двух трех новых нейтронов (нейтронов деления) и мгновенного гамма излучения. Образовавшиеся осколки ядра являются радиоактивными нуклидами, которые после нескольких бета распадов превращаются в стабильные нуклиды. В результате реакции деления одного ядра высвобождается энергия, равная примерно 200 МэВ.

Более 99% вторичных нейтронов испускается мгновенно (мгновенные нейтроны). Их энергия может достигать 14 МэВ. Среднее же значение энер-гии нейтронов составляет 1,5 – 2 МэВ. Остальные нейтроны испускаются не-которыми осколками уже после деления.
Энергия деления практически не зависит от вида делящегося вещества и распределяется следующим образом.

В процессе деления:
- кинетическая энергия осколков деления – 172 МэВ;
- кинетическая энергия мгновенных нейтронов – 6 МэВ;
- мгновенное гамма излучение – 7 МэВ.
При распаде осколков:
- осколочное бета излучение – 8 МэВ;
- осколочное гамма излучение – 7 МэВ.

Мгновенные нейтроны и гамма фотоны теряют значительную часть энергии при взаимодействии с материалом боеприпаса. Кинетическая энергия осколков полностью переходит в тепловую энергию вещества в зоне ядерной реакции.
Образование в результате реакции деления каждого тяжелого ядра двух трех нейтронов, способных делить новые ядра, позволяет осуществить так называемый цепной процесс деления. Цепным называется процесс деления тяжелых ядер, который начавшись с деления одного или нескольких ядер под воздействием внешних (инициирующих) нейтронов, в дальнейшем способен самоподдерживаться за счет размножения нейтронов.

Цепной процесс можно схематизировать в виде последовательных циклов деления, каждый из которых порождает новое поколение нейтронов.

Цепной процесс деления ядер

Важнейшей характеристикой цепного процесса деления (ЦПД) тяжелых ядер является коэффициент критичности К, называемый также коэффициентом размножения нейтронов. Величина К равна отношению полного числа нейтронов какого либо поколения к числу нейтронов предыдущего поколения.

при К<1 цепной процесс затухает: по мере развития процесса (увеличения номера цикла) число нейтронов в системе убывает (подкритический режим); при К>1 цепной процесс развивается лавинообразно (надкритический режим); при К=1 число нейтронов в системе поддерживается постоянным, то есть сколько нейтронов возникло при делении, столько же теряется при поглощении ядерным взрывчатым веществом и материалами конструкции, а так же в результате утечки из зоны реакции (критический режим).

Коэффициент критичности К всегда меньше среднего числа нейтронов, возникающих при делении одного ядра, так как часть нейтронов теряется за счет:

- утечки части нейтронов из системы в окружающую среду;
- взаимодействия части нейтронов с ядрами урана или плутония без деления;
- поглощения нейтронов ядрами примесей в делящемся веществе.

Минимальная масса делящегося вещества, при котором в заданных условиях может протекать цепной процесс деления, называют критической массой. Величина критической массы зависит от:

- характеристик ЯВВ (плотности, содержания и вида делящихся нуклидов, входящих в его состав);
- энергии нейтронов, участвующих в цепном процессе (на тепловых или быстрых нейтронах);
- материала замедлителя (для цепных процессов на тепловых нейтронах);
- геометрической формы заряда ЯВВ;
- наличия и свойств материала отражателя нейтронов и его толщины.

Два последних фактора непосредственно определяют вероятность внешней утечки нейтронов. При одном и том же объеме активной зоны величина вероятности внешней утечки тем меньше, чем меньше отношение ее поверхности к объему. Из всех геометрических тел шар обладает наименьшим значением этого параметра. Поэтому для уменьшения внешней утечки нейтронов наиболее выгодной является сферическая форма заряда.

Критическую массу можно существенно уменьшить, окружив заряд слоем вещества, хорошо отражающего нейтроны. В качестве таких веществ при осуществлении цепного процесса на быстрых нейтронах могут быть использованы бериллий, вольфрам, природный уран, железо и другие. При достаточно толстом отражателе из природного урана или бериллия (5 см) критическая масса может быть уменьшена в два и более раз.

Время протекания цепного процесса деления слабо зависит от мощности ядерного взрыва и составляет порядка одной микросекунды. В результате цепного процесса деления все вещества ядерного заряда превращаются в плазму с температурой в несколько десятков миллионов градусов и давлением в несколько десятков миллиардов атмосфер. Такие параметры плазмы определяют возникновение основных поражающих факторов ядерного взрыва.

Наверх
Содержание

http://www.rhbz.info - при использовании материалов сайта, ссылка на него обязательна.