Номер 4, страница 220 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 60. Ядерное оружие. Глава 7. Физика атомного ядра - номер 4, страница 220.

4. Чем отличается водородная бомба от атомной?

Водородная (термоядерная) и атомная (ядерная) бомбы — это два типа ядерного оружия, но они основаны на разных физических принципах и существенно отличаются по своей мощности, конструкции и последствиям применения.

Принцип действия

Ключевое различие заключается в типе ядерной реакции, используемой для высвобождения энергии.

• Атомная бомба работает на принципе ядерного деления. В ней используется цепная реакция деления тяжелых ядер, таких как уран-235 ($^{235}\text{U}$) или плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$). При попадании нейтрона в ядро оно распадается на два более легких осколка с выделением огромного количества энергии и нескольких новых нейтронов, которые, в свою очередь, вызывают деление других ядер, запуская лавинообразный процесс.
• Водородная бомба работает на принципе термоядерного синтеза. В ней происходит слияние легких ядер, таких как изотопы водорода — дейтерий ($^2_1\text{H}$) и тритий ($^3_1\text{H}$). Для запуска этой реакции требуются колоссальные температура (десятки миллионов градусов) и давление, которые создаются путем взрыва встроенного в водородную бомбу атомного заряда (он служит детонатором или "запалом"). Реакция синтеза, например $^2_1\text{H} + ^3_1\text{H} \rightarrow ^4_2\text{He} + ^1_0\text{n}$, высвобождает гораздо больше энергии на единицу массы, чем реакция деления.

Ответ: Атомная бомба использует энергию распада тяжелых ядер (деление), а водородная — энергию слияния легких ядер (синтез).

Мощность и конструкция

• Атомная бомба имеет мощность, ограниченную критической массой делящегося вещества. Невозможно создать заряд мощностью выше определенного предела (обычно до сотен килотонн в тротиловом эквиваленте), так как сборка надкритической массы становится технически крайне сложной. Конструкция является одностадийной.
• Водородная бомба теоретически не имеет верхнего предела мощности. Её мощность зависит только от количества термоядерного топлива. Мощность таких бомб измеряется в мегатоннах (миллионах тонн) тротилового эквивалента, что в сотни и тысячи раз превышает мощность атомных бомб. Конструкция является двухстадийной (или многостадийной): первая стадия — это атомный взрыв для инициации, вторая — термоядерный синтез.

Ответ: Водородная бомба значительно мощнее атомной и имеет более сложную двухстадийную конструкцию, где атомный заряд используется как детонатор для запуска термоядерной реакции.

Последствия и радиоактивное заражение

• Атомная бомба создает мощное радиоактивное заражение местности из-за большого количества осколков деления — радиоактивных изотопов, образующихся при распаде урана или плутония.
• Водородная бомба в "чистом" виде (только синтез) создает меньше долгоживущих радиоактивных осадков, так как основной продукт реакции (гелий) стабилен. Однако на практике большинство современных термоядерных боеприпасов создаются по схеме "деление-синтез-деление". В них контейнер с термоядерным топливом делают из дешевого урана-238, ядра которого эффективно делятся под действием быстрых нейтронов, возникающих при термоядерном синтезе. Это резко увеличивает общую мощность взрыва и приводит к еще более сильному радиоактивному заражению, чем при взрыве атомной бомбы.

Ответ: Хотя "чистая" реакция синтеза создает меньше радиоактивных осадков, реальные конструкции водородных бомб часто приводят к гораздо более сильному и обширному радиоактивному заражению из-за дополнительной стадии деления урана-238.