Номер 2, страница 220 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 60. Ядерное оружие. Глава 7. Физика атомного ядра - номер 2, страница 220.

2. Опишите одну из возможных конструкций атомной бомбы.

Одной из наиболее распространенных и эффективных конструкций атомной бомбы является имплозивная схема. Она была использована, например, в бомбе "Толстяк" (Fat Man), сброшенной на Нагасаки. Принцип её действия основан на сжатии делящегося материала до сверхкритического состояния с помощью обычной взрывчатки.

Основные компоненты имплозивной бомбы:

• Ядерный заряд (ядро). В центре устройства находится сфера из делящегося материала, обычно плутония-239 ($^{239}\text{Pu}$) или высокообогащенного урана-235 ($^{235}\text{U}$). Масса этого материала недостаточна для начала самоподдерживающейся цепной реакции в обычных условиях, то есть она является докритической.

• Нейтронный инициатор. В самом центре плутониевого ядра размещается небольшой источник нейтронов. Часто это капсула, содержащая смесь полония-210 и бериллия-9. В обычном состоянии они разделены, но при сжатии ударной волной они перемешиваются, и альфа-частицы полония выбивают нейтроны из бериллия, которые инициируют цепную реакцию.

• Тампер (отражатель). Ядро окружено слоем плотного вещества, например, природного урана ($^{238}\text{U}$) или вольфрама. Тампер выполняет две функции:

  1. Отражатель нейтронов: он отражает нейтроны, вылетающие из ядра, обратно в него, что повышает эффективность реакции.

  2. Инерционная оболочка: благодаря своей большой массе и инертности, тампер удерживает расширяющееся в результате реакции ядро от преждевременного разлета, позволяя прореагировать большей части делящегося материала.

• Слой взрывчатого вещества (ВВ) и взрывные линзы. Тампер окружен массивной сферической оболочкой из обычного химического взрывчатого вещества. Эта оболочка состоит из множества точно рассчитанных сегментов — так называемых взрывных линз. Каждая линза состоит из двух типов ВВ: "быстрого" (с высокой скоростью детонации) и "медленного". Их форма и расположение подобраны таким образом, чтобы превратить расходящиеся взрывные волны от множества точек инициации в единую, идеально сферическую, сходящуюся к центру (имплозивную) ударную волну.

• Система детонации. На внешней поверхности слоя ВВ расположено большое количество (десятки) электрических детонаторов. Они должны сработать абсолютно синхронно с точностью до долей микросекунды.

Принцип действия:

1. По сигналу высотомера или таймера система детонации одновременно подрывает все детонаторы на поверхности сферы из ВВ.

2. Детонация распространяется через взрывные линзы, которые фокусируют энергию взрыва, создавая мощную сферическую ударную волну, движущуюся строго к центру устройства.

3. Ударная волна достигает тампера и ядра, вызывая их всестороннее и равномерное сжатие (имплозию).

4. Плотность делящегося материала (плутония) резко возрастает. Поскольку критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности, докритическая масса вещества становится сверхкритической.

5. В момент максимального сжатия ударная волна разрушает нейтронный инициатор, который испускает "запал" из нейтронов.

6. Нейтроны запускают в сверхкритическом плутонии неуправляемую цепную реакцию деления, которая развивается лавинообразно.

7. За миллионные доли секунды выделяется колоссальное количество энергии, что приводит к ядерному взрыву.

Ответ: Одной из возможных конструкций атомной бомбы является имплозивная схема. Она включает в себя центральное ядро из докритической массы делящегося материала (например, плутония-239), окруженное тампером (нейтронным отражателем) и массивной сферой из химической взрывчатки, состоящей из взрывных линз. Одновременная детонация взрывчатки создает сходящуюся сферическую ударную волну, которая сжимает ядро, переводя его в сверхкритическое состояние. В этот момент нейтронный инициатор в центре ядра запускает цепную реакцию деления, приводящую к ядерному взрыву.