Ядерное оружие в терминах и понятиях. Ознакомьтесь на всякий случай

Все знают, что из сочетания урана и плутония ничего хорошего не выйдет. Но многие не в курсе, что означают такие термины, как изотопы, деление, тритий, «желтый пирог», такие аббревиатуры, как ВОУ, НОУ, РПКСН и ОВИ. Так что давайте разберемся.

Ядерное оружие

В обычном взрывном устройстве вещество быстро сгорает, чтобы вызывать взрыв. В ядерном же оружии в ходе расщепления атомов высвобождается в миллионы раз больше энергии, чем при обычных химических реакциях.

Также термин «ядерное оружие» может относится к транспортному средству, перевозящему ракеты, истребители, невидимые бомбардировщики и мобильные пусковые установки.

Межконтинентальная баллистическая ракета (МБР)

Представляет собой космическую ракету, которая может вывести взрывное устройство на орбиту, прицельно навести его и сбросить. Говоря технически, МБР – любая ракета, способная запустить одну или несколько боеголовок на расстояние не меньше 5500 км.

По данным на 2018 год, США имеет в своем распоряжении 400 МБР с ядерными боеголовками и еще 400 боеголовок на складах. У России же имеется 318 ракет, готовых к запуску, и еще 1138 боеголовок (у некоторых ракет их больше одной).

Радиоактивное заражение

Ядерные снаряды неизбежно ведут к загрязнению территории: опасные вещества распространяются через облака пыли, остаются в грязи, песке, гальке и обломках, оставшихся после взрыва.

Бомбы, взорванные близко к земле, сильно увеличивают загрязнение, так как опасные вещества попадают в почву, остаются на обломках и распространяются на сотни километров.

Изотопы

Каждый элемент Периодической таблицы имеет уникальный состав, но они также различаются по весу или изотопам. Например, обычно водород имеет наименьший среди всех элементов атомный вес и обозначается как 1H (протий). В таком случае его ядро состоит из одного положительно заряженного протона. Если добавляется нейтрон (незаряженная частица), то водород обозначается как 2H (дейтерий). Если добавляется два нейтрона, то это уже называется тритием, 3H.

Три этих изотопа водорода имеют почти одинаковый химический состав и могут, например, связываться с кислородом, образуя воду. Но их ядерные свойства существенно различаются: так, дейтерий и тритий могут подпитывать термоядерные взрывы, потому что их дополнительные нейтроны могут стимулировать слияние атомов водорода в атомы гелия (которые, в свою очередь, имеют два протона) намного эффективнее, чем 1H.

Деление

Именно деление ядер лежит в основе действия ядерной энергии и ядерных бомб. Во время деления ядро атома поглощает нейтрон, имеющий определенную скорость или энергию. Это дестабилизирует ядро, и оно расщепляется. Каждое деление создает все новые, более легкие атомы, которые называются продуктами деления. Некоторые из них могут быть стабильными, но многие, наоборот, нестабильны, из-за чего и происходит радиоактивный распад.

Нейтроны также могут возникать при делении, равно как и высокоэнергетические фотоны света, называемые гамма-лучами.

При всем этом происходит совсем небольшая потеря в массе. Согласно формуле Эйнштейна (E = mc2), вещество – примерно 0.1% – преобразуется в энергию, которую заключают нейтроны, гамма-лучи и продукты деления.

Уран (включая 238U, 235U и 233U)

Уран является плотным, ключевым элементом при производстве ядерного оружия. Около 99,27% природного урана – 238U, он является инертным. Менее 1% урановой руды – 235U, «активный ингредиент», который можно использовать в ядерных реакторах и при производстве ядерного оружия, потому что он способен к делению.

Хоть плутоний (о котором речь пойдет дальше) является более предпочтительным элементом для изготовления снарядов, 235U использовался в бомбе «Малыш» («Little Boy»), которую США сбросили на Хиросиму в 1945 году.

Еще один изотоп урана – 233U. Его также возможно использовать в производстве ядерного оружия, однако чаще его использовали в качестве топлива в некоторых типах реакторов, которых больше не существует.

Цепная реакция деления и критичность

235U делает особенным то, что он достаточно легко делится, при этом создавая в процессе по 2-3 нейтрона. Часто они имеют энергию, подходящую для того, чтобы их захватили другие атомы 235U, и деление продолжилось. Если делящиеся атомы находятся достаточно близко друг к другу и при этом есть достаточное количество нейтронов, это может привести к цепной ядерной реакции.

Существует также особое свойство, называемое критичностью, – когда количество поглощенных и образованных нейтронов равно, реакция сохраняется.

Этот процесс подконтрольно используется в ядерных реакторах с рядом мер предосторожности. В ядерном оружии, соответственно, цепная реакция никак не контролируется.

Плутоний (238Pu, 239Pu и 240Pu)

Плутоний – радиоактивный металл, который почти не встречается в природе, чаще всего используется его изотоп 239Pu – основной элемент в современном ядерном оружии.

239Pu образуется в ядерных реакторах при захвате изотопом 238U избыточных нейтронов. Затем плутоний можно отделить от урана и использовать в производстве оружия. Он легче взрывается, чем уран, при этом выделяя меньше вещества, так что достаточно всего около 4,5 кг.

Побочным продуктом 239Pu является 240Pu – он может стать причиной преждевременного взрыва, так как является достаточно радиоактивным.

«Желтый пирог»

Это порошок оксида урана, который производится путем выщелачивания урана из природных руд и его дальнейшего химического насыщения. Несмотря на свое название, чаще всего это соединение имеет коричневый или черный цвет.

Порошок представляет собой концентрированную форму природного урана – около 99,72% 238U и 0,72% 235U. Он очень важен, так как его можно обработать и использовать для получения и обогащения 235U.

Центрифуга

Изотопы 235U и 238U химически идентичны и имеют почти одинаковый вес, так что их очень трудно разделить. Проще всего это можно сделать с помощью центрифуги. Процесс начинается с превращения «желтого пирога» в гексафторид урана (UF6), затем вещество нагревается, а образующийся в процессе газ попадает в центрифугу – высокую трубку, скорость вращения которой выше скорости звука.

За счет вращения более тяжелый 238U прибивается к стенке, тогда как 235U остается в середине. Каскады таких центрифуг, объединенные в цепи, далее разделяют и концентрируют каждый изотоп. Обогащенный 235U газ проходит вверх по трубке, пока не будет достигнут нужный уровень концентрации. В то же время 238U движется вниз, пока не станет совсем чистым, без 235U.

Так, для получения 235U, пригодного для создания вооружения, тысячи таких центрифуг работают круглый год.

Высокообогащенный уран (ВОУ) и низкообогащенный уран (НОУ)

Высокообогащенный уран представляет собой любое количество урана с 20 и более процентами 235U. ВОУ с концентрацией 235U 85% и более считается пригодным для изготовления ядерного оружия, так как при такой концентрации он может вызвать большой и мощный взрыв.

Но сейчас его редко используют: чаще его применяют в специальных реакторах на подводных лодках и морских кораблях, где он может быть преобразован в плутоний или изотопы, используемые в медицине (например, молибден-99 помогает диагностировать некоторые сердечные и раковые заболевания).

Низкообогащенный уран имеет концентрацию 235U менее 20% и чаще всего используется в качестве топлива на АЭС.

Дейтерид лития (гидрид лития)

Выглядит как белый порошок, состоит из одного атома лития и одного атома дейтерия (водород-2). Это ключевой ингредиент водородной бомбы – самого мощного типа ядерного оружия. Так, «Царь бомба» является самым мощным взрывным устройством в истории, в 3.3 раза мощнее, чем «Малыш».

Термоядерная бомба – это буквально две обычных бомбы в одной. Энергия от первого взрыва поглощается и «воспламеняется» дейтеридом лития что приводит к синтезу – когда соединяются два атома – и созданию плазмы, температура которой во много раз выше температуры Солнца.

В процессе также образуется много нейтронов. Они, как пули, влетают в ближайшие 238U и разрывают их, увеличивая силу снаряда.

Баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ)

Это ядерные ракеты, которые запускаются с подводных лодок. По состоянию на 2018 год в распоряжении США находится 1920 БРПЛ, тогда как у России – около 770.

Основная особенность этого вида вооружений состоит в мобильности, а также в том, что БРПЛ трудно отследить. Дальность поражение некоторых моделей может достигать 12000 км, что примерно равняется 30% земной окружности. Этого достаточно, чтобы ударить с берега по любой точке континента.

Атомные подводные лодки (АПЛ)

Такие судна могут находиться под водой в течение 90 дней и перевозить более десятка БРПЛ с ядерными боеголовками. В России насчитывается около 11 атомных подлодок, тогда как в США – около 14.

Полная, поддающаяся проверке и необратимая денуклеаризация (CVID – Complete, verifiable, and irreversible denuclearization)

Стратегия, проводившаяся для полного ядерного разоружения Ливии. Администрация Трампа также придерживалась ее в ходе первых переговоров с Ким Чен Ыном.

Этот подход подразумевает допуск инспекторов для подсчета ядерного оружия в стране, наблюдение за его уничтожением, отключением АЭС, а также за остановкой всех ядерных разработок.

Эксперты считают, что Северная Корея не пойдет на такие условия, потому что тогда им придется отказаться от ядерной энергии и разработки ракет, с помощью которых можно отправлять в космос людей или запускать спутники.

Отягощает дело и неприятный исторический прецедент: хоть ливийский правитель Муаммар Каддафи следовал требованиям США, его все же убили.

Также есть некоторые сведения, согласно которым администрация Трампа выдвинет более приемлемый для Северной Кореи план ядерного разоружения.

Ядерное сдерживание

Это идея о том, что возможно сохранить мир, если на угрозу ядерного нападения отвечать встречной угрозой.

В 1995 году, через несколько лет после окончания Холодной войны, чиновники аппарата Рейгана писали: «Ядерное сдерживание должно поселить страх в сердце противника, страх, что, не достигнув своих целей, он потеряет гораздо больше, чем возможно было получить – страх наказания. Это должно, в конченом счете, посеять страх исчезновения – либо самих лидеров противника, либо их национальной независимости, либо и того, и другого. Тем не мене всегда должен оставаться путь к спасению, если они решат сменить курс».

Некоторые эксперты по ядерному вооружению считают, что сдерживание – временный способ поддержания мира. Они также утверждают, что вера эту идею стимулирует производство и распространение ядерного оружия, так что если конфликт все же произойдет, последствия будут гораздо хуже.

Источник: sciencealert.com