on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 26 гостей.
Вход в систему
Яндекс.Метрика

Почему при взрыве атомной бомбы образуется "ядерный гриб"?

Ответ:
 Для начала необходимо определится с эпицентром взрыва: подземный, подводный, атмосферный.
 Рассмотрим взрыв ядерного заряда в атмосфере, как наиболее распространенный до запрета ядерных испытаний на земле, под водой и в космосе.

 После начала цепной ядерной реакции (атомная бомба) или синтеза ядер (водородная бомба), за очень малый промежуток времени (10−8 с) в малом ограниченном объеме выделяется огромное количество как тепловой так и лучистой энергии. Температура во время взрыва ядерного заряда в эпицентре достигает значений 10 × 106 К, давление 109 атмосфер.
 Ядерный взрыв заканчивается испарением и разлетом конструкции взрывного устройства. Бомба сконструирована таким образом, что прочный корпус способен в значительной мере продлить процесс ядерной реакции. На испарение корпуса бомбы требуется относительно больше времени, чем на саму ядерную реакцию.
 В результате этой малой задержки мощность ядерного взрыва оказывается ощутимо большей. Визуально эта фаза наблюдается как очень яркая светящаяся точка.
 Световое давление электромагнитного излучения при ядерном взрыве начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух из эпицентра взрыва. При этом образуется огненный шар, формируется скачок давлений между сжатым излучением и окружающим, не прогретым воздухом, так как скорость перемещения фронта нагрева воздуха многократно превосходит скорость звука в среде.
 После прекращения ядерной реакции дальнейшее расширение происходит за счет разности температур и давлений в эпицентре и окружающем воздухе.


 При этом светящаяся точка преобразуется в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряется яркость. Начиная с определенного момента скорость перемещения скачка давления становится больше скорости расширения огненного шара. Ударная волна полностью сформировалась и отрывается от огненного шара. При этом с ударной волной уносится значительная доля энергии ядерного взрыва.
 Полость, возникшая в результате светового давления, схлопывается, нагретый до колоссальных значений температур воздух в районе угасающего огненного шара начинает подниматься вверх, при этом с поверхности вовлекаются в движение пыль, грунт, предметы. При этом начинается процесс выравнивания температур и давлений в месте взрыва и окружающей среды.
 Вихрь поднятой пыли, земного грунта устремляются к огненному шару, образуя ножку ядерного гриба. В считанные минуты развивается полное грибовидное облако, продолжающее расти в высоту и в диаметре, при этом огненный шар исчезает.
 После того как давления в эпицентре и окружающем воздухе выровнялись подъем частиц, пыли, грунта прекращается, ножка гриба истончается и исчезает. Шляпка гриба превращается в темное облако, которое после охлаждения выпадает осадками и исчезает.
 Если взрыв произведен на большой высоте, то ножка гриба не образуется, как впрочем и сам гриб. При экзоатмосферном взрыве нет и облака − в отсутствии атмосферы ему не из чего образовываться.
 При наземном ядерном взрыве эффекты схожи с эффектами во время атмосферного ядерного взрыва в приземном слое. При этом светящаяся область будет иметь форму полусферы, в земле образуется кратер значительных размеров.
 При подземном ядерном взрыве, эффекты зависят от разных факторов: мощность заряда, глубина залегания, характер горных пород. После взрыва может образоваться как полость без видимых наземных изменений, так и кургана, кратера или кальдера − обширной циркообразной котловины с крутыми стенками и более или менее ровным дном. При этом наземный и подземный взрывы сопровождаются существенным землетрясением.


Читайте еще:
Солнечная энергия.
Ветроэнергетика.
Водородная энергетика.
Геотермальная энергетика.
Зеленое топливо.
Международный экспериментальный термоядерный реактор.


Смотрите еще

 Незатухающая реакция деления позволяет расщеплять уран в значительных количествах. Этот процесс сопровождается обильным выделением энергии. В зависимости от условий незатухающая реакция представляет собой либо спокойный, поддающийся регулировке процесс, либо взрывной процесс.
 Если масса реагирующей системы слегка превышает критическую массу, то реакция нарастает медленно. По достижении нужной мощности нарастание реакции можно прекратить. Для этого достаточно уменьшить массу до критической величины. Реакцию можно в любой момент погасить, уменьшив массу ниже критической (Более удобный в некоторых случаях способ регулировки реакции состоит во введении или выведении веществ, усиленно поглощающих нейтроны). Таким образом цепная реакция полностью поддается контролю.
Иначе обстоит дело, если масса системы значительно превышает критическую. В этом случае реакция нарастает со скоростью взрыва. После того как реакция началась она выходит из-под контроля; бурное выделение энергии приводит к разрушению системы еще до того, как в действие придут регуляторы.
 Особенно быстро развивается реакция в чистом U-235, так как она вызывается здесь быстрыми нейтронами. Поэтому U-235 в количестве, заметно превышающем критическую массу, представляет сильнейшее взрывчатое вещество, используемое для атомной бомбы. Чтобы атомная бомба не взрывалась при хранении, можно разделить урановый заряд на несколько удаленных друг от друга частей с массой меньше критической. Для производства взрыва необходимо эти массы быстро сблизить.
 По энергии взрыва урановый заряд в сотни тысяч раз превосходит обычные взрывчатые вещества взятые в том же количестве.
 В момент взрыва температура в атомной бомбе поднимается до миллионов градусов. Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он произведен в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции. К числу веществ, обладающих наиболее благоприятными свойствами для развития термоядерной реакции, относятся тяжелый водород (дейтерий D2), сверхтяжелый водород (тритий Т3). В смеси этих веществ могут идти, например, следующие реакции:

1D2 + 1T3 -> 2He4 + 0n1 + 17,5 МэВ,

1D2 + 1D2 -> 1T3 + 1H1 + 4,0 МэВ,

3Li6 + 0n1 -> 2He4 + 1T3 + 4,8 МэВ,

3Li6 + 1D2 -> 3Li7 + 1H1 + 5,0 МэВ,

 Система из атомной бомбы и вещества, в котором при ее взрыве возникает мощная термоядерная реакции, получила название термоядерной или водородной бомбы. Сила взрыва водородной бомбы еще в сотни раз превосходит силу взрыва атомной бомбы. Дело в том, что количество взрывчатки (U-235) в атомной бомбе ограничено: масса каждой части должна быть меньше критической во избежании преждевременного взрыва. Для количества взрывчатки водородной бомбы такого ограничения нет, так как дейтерий, тритий, литий ... сами по себе взорваться не могут.
 В отличии от реакции деления не найдены способы промышленного контроля термоядерной реакции.
 Для возбуждения термоядерной реакции ядерное горючее должно быть нагрето порядка 10 миллионов градусов. При таких температурах вещество переходит в состояние сильно ионизированного газа − плазмы. Если реакция не должна затухать, плазму нужно удерживать от расширения. Этого нельзя достигнуть простым заключением плазмы в замкнутый сосуд, так как никакие вещества не могут противостоять температуре превышающей температуру испарения в тысячи раз самы жаростойких материалов.
 В начале 50-х годов 20 в. А.Д. Сахоров и И.Е. Тамм, а также некоторые зарубежные ученые предложили использовать для удержания разогретой плазмы магнитное поле.
 При взрыве атомной и водородной бомбы в добавление к эффектам, характерным для любого мощного взрыва, испускается еще много нейтронов и γ-лучей, а также образуется огромное количество радиоактивных веществ. Их излучения делают район взрыва опасным для жизни еще в течение некоторого времени поле взрыва. Радиоактивные продукты распада разносятся потоками воздуха на тысячи км от места взрыва.
 ЭУФ. ред. Г.С. Ландсберг. 3-й том стр. 585-587.