Презентация "Водородная бомба" 9 класс


Подписи к слайдам:
Водородная бомба

Водородная бомба

  • 9 класс

Водородная бомба

ВОДОРОДНАЯ БОМБА -

  • оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте)
  • принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер.
  • Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах.

Термоядерные реакции

  • В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К.
  • При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия.

  • Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии.
  • Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле

Изотопы водорода

  • Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон.
  • Тщательные исследования воды (H2O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (2H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.

Третий изотоп водорода

  • Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия.
  • Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.

Разработка водородной бомбы

  • Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития.
  • Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы.
  • Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным.
  • Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 , 8 Мт в тротиловом эквиваленте.

  • Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.
  • Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции.
  • Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.

Механизм действия водородной бомбы

  • Последовательность процессов, происходящих при взрыве:
  • Сначала взрывается находящийся внутри оболочки заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза.
  • Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий.

  • Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.
  • Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода.
  • При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы.
  • Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.

Последствия взрыва

  • Ударная волна и тепловой эффект.
  • Прямое (первичное) воздействие взрыва бомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва.
  • Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.
  • Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они
  • 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ),
  • 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ.

Огненный шар

  • В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов.
  • Однако самое опасное (хотя и вторичное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей среды.

  • В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%.
  • Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.

Самая мощная водородная бомба

  • В 1961 году был произведен самый мощный взрыв водородной бомбы.
  • Утром 30 октября в 11 ч. 32 мин. над Новой Землей в районе Губы Митюши на высоте 4000 м над поверхностью суши была взорвана водородная бомба мощностью в 50 млн. т. тротила.

  • Бомба была разработана В.Б. Адамским, Ю.Н. Смирновым, А.Д. Сахаровым, Ю.Н. Бабаевым и Ю.А. Трутневым (за что Сахаров был награжден третьей медалью Героя Социалистического Труда).
  • Масса "устройства" составляла 26 тонн, для ее транспортировки и сброса использовался специально модифицированный стратегический бомбардировщик Ту-95.

Ту 95 Атомный медведь

  • "Супербомба", как называл ее А.Сахаров, не помещалась в бомбовом отсеке самолета (ее длина составляла 8 метров, а диаметр - около 2 метров), поэтому несиловую часть фюзеляжа вырезали и смонтировали специальный подъемный механизм и устройство для крепления бомбы;
  • при этом в полете она все равно больше чем наполовину торчала наружу.
  • Весь корпус самолета, даже лопасти его винтов, был покрыт специальной белой краской, защищающей от световой вспышки при взрыве. Такой же краской был покрыт корпус сопровождавшего самолета-лаборатории.

«Царь-бомба»

  • Результаты взрыва заряда, получившего на Западе имя «Царь-бомба», впечатляли:
  • Ядерный «гриб» взрыва поднялся на высоту 64 км.; диаметр его шляпки достиг 40 километров.
  • Огненный шар разрыва достиг земли и почти достиг высоты сброса бомбы (то есть, радиус огненного шара взрыва был примерно 4,5 километра).

Результаты «царь-бомбы»

  • Излучение вызывало ожоги третьей степени на расстоянии до ста километров
  • На пике выделения излучения взрыв достиг мощности в 1 % от солнечной.
  • Ударная волна, возникшая в результате взрыва, три раза обогнула земной шар.
  • Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвязи даже в сотнях километров от полигона в течение одного часа.
  • Свидетели почувствовали удар и смогли описать взрыв на расстоянии тысячи километров от эпицентра.
  • Также, ударная волна в какой-то степени сохранила разрушительную силу на расстоянии тысячи километров от эпицентра.
  • Акустическая волна докатилась до острова Диксон, где взрывной волной повыбивало окна в домах.