Учебный проект по физике «Смертельное оружие»
Оценка 4.6

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Оценка 4.6
Исследовательские работы +2
docx
Междисциплинарный 3
9 кл—11 кл +1
21.01.2017
Учебный проект по физике «Смертельное оружие»
Публикация является частью публикации:
СМЕРТЕЛЬНОЕ ОРУЖИЕ ВЕРЕЩАГИНА М,.docx
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области Уполномоченный орган местного самоуправления в сфере образования «Управление образования Североуральского городского округа» Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 Учебный проект по физике «Смертельное оружие» Исполнители: Верещагина Мария   учащаяся 10А класса МБОУ СОШ №1  Руководитель:                                                                                Леоненко Анна Николаевна,                                                                     учитель физики высшей категории 2 Североуральский городской округ 2014 Учебный проект по физике «Смертельное оружие» Учебный   предмет   (дисциплины,   близкие   к   теме):  физика   ­   тема «Смертельное оружие». Интеграция с историей. Возраст учащегося: 10 класс Тип проекта:  обучающий ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЙ ВОПРОС:    Ядерное оружие ­ добро или зло? Прогресс или трагедия? Продукты проекта: Презентация, выполненная в программе Power Point ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ:  Какова история создания ядерного оружия?  Каков принцип действия ядерного оружия?  К каким последствиям приведёт применение ядерного оружия?  Возможно ли использование ядерного оружия в мирных целях? Проблемный вопрос: Какова история создания ядерного оружия?                  Когда в первой трети XX века физикам более или менее стало понятно строение атомного ядра, они прежде всего попробовали осуществить давнюю мечту алхимиков — постарались   превратить   один   химический   элемент   в   другой.   В   1934   году   французские исследователи супруги Фредерик и Ирен Жолио­Кюри доложили Французской академии наук о следующем опыте: при бомбардировке пластин алюминия альфа­частицами (ядрами атома   гелия)   атомы   алюминия   превращались   в   атомы   фосфора,   но   не   обычные,   а радиоактивные, которые в свою очередь переходили в устойчивый изотоп кремния. Таким образом, атом алюминия, присоединив один протон и два нейтрона, превращался в более тяжелый атом кремния.         Этот опыт навел на мысль, что если «обстреливать» нейтронами ядра самого тяжелого из   существующих   в   природе   элементов   —   урана,   то   можно   получить   такой   элемент, которого в естественных условиях нет. В 1938 году немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман повторили в общих чертах опыт супругов Жолио­Кюри, взяв вместо алюминия уран. Результаты эксперимента оказались совсем не те, что они ожидали — вместо нового сверхтяжелого   элемента   с   массовым   числом   больше,   чем   у   урана,   Ган   и   Штрассман получили легкие элементы из средней части периодической системы: барий, криптон, бром и некоторые другие. Сами экспериментаторы не смогли объяснить наблюдаемое явление. 3 Только   в   следующем   году   физик   Лиза   Мейтнер,   которой   Ган   сообщил   о   своих затруднениях, нашла правильное объяснение наблюдаемому феномену, предположив, что при обстреле урана нейтронами происходит расщепление (деление) его ядра. При этом должны были образовываться ядра более легких элементов (вот откуда  брались барий, криптон и другие вещества), а также выделяться 2­3 свободных нейтрона. Дальнейшие исследования позволили детально прояснить картину происходящего. 16  июля  1945 г.  в  обстановке  полной   секретности  в   пустынной   местности  штата  Нью­ Мексико, в Аламогордо, США произвели первое в истории испытание атомного оружия. Президент США Г. Трумен, которому доложили об успешном испытании "сверхбомбы", был потрясен, поскольку внезапно почувствовал себя властелином мира. Даже будучи еще вице­президентом,   он   не   знал   и   не   догадывался   о   том,   что   тайно   на   создание   оружия колоссальной разрушительной силы тратятся миллиарды долларов.                А степень секретности, действительно, была чрезвычайно высокой. Американский атомный "Манхэттенский проект" осуществлялся в пустынном месте. Для переписки с родственниками,   работающими   в   Лос­Аламосе,   письма   следовало   адресовать   в   Армию США, почтовый ящик 1663.       То, что являлось секретом для сенатора, а затем вице­президента США Г. Трумена, не было секретом для советской внешней разведки, которая еще в 1941 г. получила в Лондоне информацию   о   заседании   Уранового   комитета   и   рекомендации   Комитета   начальников штабов о немедленном начале работ по созданию атомного оружия. Внешняя   разведка   информировала   Москву   и   о   ведущихся   в   США   работах   по "Манхэттенскому   проекту".   В   ноябре   1941 г.   Центр   получил   телеграмму,   в   которой говорилось   о   попытках   группы   американских   ученых   создать   "взрывчатое   вещество" огромной силы. Разумеется, речь шла об "урановой бомбе", как первоначально называлось атомное оружие.             В   июле   1945 г.   СССР,   США   и   Англия   все   еще   были   союзниками:   предстояла кровопролитная война на Дальнем Востоке против Японии, и президент Г. Трумен был заинтересован в том, чтобы Сталин сдержал свое слово о вступлении в эту войну. 17 июля в Потсдаме начала работу конференция глав правительств СССР, США и Великобритании, которая   обсуждала   вопросы   послевоенного   устройства   Германии.   По   рекомендации премьер­министра   У.   Черчилля   президент   Г.   Трумен,   только   что   получивший шифрованную телеграмму об успешном испытании атомной бомбы, сообщил Сталину о создании в США оружия огромной разрушительной силы. Руководители США и Англии хотели проверить реакцию кремлевского диктатора на это сообщение.          Однако реакция Сталина была весьма сдержанной. Он поблагодарил Г. Трумена за сообщенные сведения и никак их не комментировал. Его поведение казалось настолько странным, что Трумен и Черчилль подумали, что Сталин просто не понял, о чем идет речь. Их   попытка   оказать   давление   на   советского   руководителя   в   ходе   Потсдамской конференции и сделать его более сговорчивым успехом не увенчалась.   А Сталин, как свидетельствуют очевидцы, все понял прекрасно. После беседы с западными лидерами он позвонил в Москву И. Курчатову и дал указание ускорить работы по созданию советского атомного оружия. На самом деле Сталин уже давно был в курсе работ, которые велись в США и Великобритании по созданию ядерного оружия. Внешняя разведка постоянно его информировала об этом. И когда в августе 1949 г. в СССР была взорвана собственная атомная бомба, США и Великобритания, которые считали, что это может произойти не раньше 1955­1957 г, поняли, что американской монополии на ядерное оружие больше не существует.                  В последнее время много говорится и пишется о роли внешней разведки в деле создания ядерного оружия в СССР. Для США все ясно: эти коварные русские разведчики просто выкрали атомные секреты у доверчивых янки. Некоторые отставные разведчики, 4 например, П. Судоплатов, готовы приписать все заслуги в создании этого оружия почти исключительно внешней разведке.         Разумеется, и те и другие впадают в крайность. Ядерное оружие в СССР было создано героическим   трудом   советских   ученых  (В.М.Молотов,  Б.Г. Музруков,   Ю.Б. Харитон, Я.Б. Зельдович )  (научный руководитель – И.В.Курчатов), всего народа, создававшего в тяжелейших условиях современную экономику. Что же касается внешней разведки, то ее заслуга   в   том,   что   она   своевременно   привлекла   внимание   политического   руководства страны   к   ведущимся   на   Западе   работам   по   созданию   принципиально   нового   оружия   и постоянно держало его в курсе событий. Отец советской водородной бомбы – А.Д.Сахаров Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоёный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (ещё до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Дмитриевич Сахаровым и Виталием Гинзбургом.           Ядерное оружие является самым мощным средством массового поражения. Действие его основано на использовании внутриядерной энергии, освобождающейся при ядерных превращениях, носящих характер взрыва.      Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории: атомное и термоядерное   оружие.   К   первой   категории   относят   атомную   бомбу,   ко   второй   – водородную или термоядерную бомбу.  Проблемный вопрос: Каков принцип действия ядерного оружия? α ­частицами аЯ α ­частиц   и   идентифицированных   как Атомные бомбы ЯЯ  —   это   процесс   взаимодействия   атомного   ядра   с   другим   ядром   или дерная   ре кция элементарной   частицей,   сопровождающийся   изменением   состава   и   структуры   ядра   и выделением   большого   количества   энергии.   Впервые   ядерную   реакцию наблюдал Резерфорд в 1919   году,   бомбардируя   ядра атомов азота,   она   была зафиксирована   по   появлению   вторичных ионизирующих частиц,   имеющих   пробег в газе больше   пробега    протоны.   Впоследствии   с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса. Атомные бомбы — однофазные или одноступенчатые взрывные устройства,                В   основу   (ядерного)   оружия   положены   неуправляемая цепная   реакция деления тяжелых ядер  (уран, плутоний) на более лёгкие химические элементы (барий криптон, стронций, ксенон).  Для осуществления цепной реакции деления используются либо уран­ 235, либо плутоний­239, либо, в отдельных случаях, уран­233. Уран в природе встречается в виде двух основных изотопов — уран­235 (0,72 % природного урана) и уран­238 — всё остальное   (99,2745 %).   Обычно   встречается   также   примесь   из урана­234 (0,0055 %), образованная   распадом   урана­238.   Однако,   в   качестве   делящегося   вещества   можно использовать   только   уран­235.   В   уране­238   самостоятельное   развитие   цепной   ядерной реакции   невозможно   (поэтому   он   и   распространен   в   природе).   Для   обеспечения «работоспособности» ядерной бомбы содержание урана­235 должно быть не ниже 80 %. Поэтому при производстве ядерного топлива для повышения доли урана­235 и применяют сложный и крайне затратный процесс обогащения урана. В США степень обогащенности оружейного урана (доля изотопа 235) превышает 93 % и иногда доводится до 97,5 %. Альтернативой   процессу   обогащения   урана   служит   создание   «плутониевой   бомбы»   на основе изотопа плутоний­239, который для увеличения стабильности физических свойств и улучшения   сжимаемости   заряда   обычно легируется небольшим   количеством галлия. 5 Плутоний вырабатывается в ядерных реакторах в процессе длительного облучения урана­ 238   нейтронами.   Аналогично   уран­233   получается   при   облучении   нейтронами тория. Варианты детонации                    Существуют две основные схемы подрыва делящегося заряда: пушечная, иначе называемая баллистической, и имплозивная.  «Пушечная   схема»  использовалась   в   некоторых   моделях   ядерного   оружия   первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося материала до критической массы («пуля») в другой — неподвижный («мишень»).   Блоки   рассчитаны   так,   что   при   соединении   их   общая   масса   становится надкритической. Такая схема называется «пушечной», потому что докритические куски «выстреливаются» навстречу друг другу, успевая соединиться в один сверхкритический кусок и после этого пиковым образом высвободить мощность атомного взрыва. Классическим примером такой схемы является бомба «Малыш» («Little Boy»), сброшенная на   Хиросиму 6   августа 1945 г.   Уран   для   её   производства   был   добыт   в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго), в Канаде (Большое Медвежье озеро) и в США (штат Колорадо). В бомбе «Little Boy» для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая «мишень» представляла собой   цилиндр   диаметром   100 мм   и   массой   25,6   кг,   на   который   при   «выстреле» надвигалась   цилиндрическая   «пуля»   массой   38,5   кг   с   соответствующим   внутренним каналом. Такой «интуитивно непонятный» дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя   («тампера»).   В   результате   риск   преждевременного   начала   цепной   реакции деления с неполным энерговыделением снижался до нескольких процентов.          Позднее на базе этой схемы американцы изготовили 240 артиллерийских снарядов в трех производственных сериях. Снаряды эти выстреливались с обычной пушки. К концу 60­х все эти заряды были уничтожены, из­за большой вероятности ядерного самоподрыва. Имплозивная схема Эта   схема   детонации   подразумевает   получение   сверхкритического   состояния   путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической   взрывчатки.   Для   фокусировки   ударной   волны   используются   так называемые взрывные  линзы, и  подрыв производится  одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось   в   своё   время   одной   из   наиболее   трудных   задач.   Формирование   сходящейся ударной   волны   обеспечивалось   использованием   взрывных линз из   «быстрой»   и «медленной»   взрывчаток — ТАТВ (Триаминотринитробензол)   баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) . По  такой   схеме   был   исполнен   и   первый   ядерный   заряд  (ядерное   устройство   «Gadget» (англ. gadget —   приспособление),   взорванный   на   башне   в   испытательных   целях   в   ходе испытаний с выразительным названием «Trinity» («Троица») 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью­Мексико), и вторая из примененных по назначению   атомных   бомб —   «Толстяк»   («Fat   Man»),   сброшенная   на   Нагасаки. Фактически, «Gadget» был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы «Толстяк». В этой   первой   атомной   бомбе   в   качестве   нейтронного   инициатора   был  использован   так называемый   «ёжик»   (англ. urchin).   (Технические   подробности   см.   в   статье   «Толстяк».) Впоследствии   эта   схема   была   признана   малоэффективной,   и   неуправляемый   тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем. Как работает атомная бомба        Взрыв есть выделение большого количества энергии за короткий промежуток времени. Откуда   берётся  энергия?  Энергия  возникает   из   распада   ядра  атома.  Атомы  урана  или   и 6 плутония не устойчивы, и потихоньку стремятся «развалиться» на атомы более лёгких элементов, при этом разлетаются лишние нейтроны и выделяется некоторое количество энергии. Процесс распада может спровоцировать влетающий в атом нейтрон, вылетевший из недавно развалившегося атома. Но нейтрон может попасть в атом, а может и улететь мимо. Логичный вывод – чтобы атомы разваливались чаще, надо чтобы их было вокруг больше,   то   есть   чтобы   плотность   вещества   была   большая   в   момент,   когда   нужно организовать взрыв. Объясню понятие «критическая масса» ­ это количество вещества, когда   вылетающих   самопроизвольно   нейтронов   достаточно,   чтобы   вызвать   цепную реакцию.   То   есть   «попаданий»   в   каждый   момент   времени   в   атомы   будет   больше,   чем «разрушений». Есть ещё период полураспада – этакая статическая величина, промежуток времени, за который «развалится» примерно половина атомов из некоторой массы. То есть лежащий   в   земле   уран   постепенно   таковым   быть   перестаёт,   нагревая   окружающее пространство.          Ну а если представить себе достаточно массивный кусок урана, целиком состоящий из изотопа­235? Здесь процесс пойдет по­другому: нейтроны, выделившиеся при делении нескольких   ядер,   в   свою   очередь,   попадая   в   соседние   ядра,   вызывают   их   деление.   В результате выделяется новая порция нейтронов, которая расщепляет следующие ядра. При благоприятных условиях эта реакция протекает лавинообразно и носит название цепной реакции. Для ее начала может быть достаточно считанного количества бомбардирующих частиц. Действительно, пусть уран­235 бомбардируют всего 100 нейтронов. Они разделят 100 ядер урана. При этом выделится 250 новых нейтронов второго поколения (в среднем 2, 5 за одно деление). Нейтроны второго поколения произведут уже 250 делений, при котором выделится 625 нейтронов. В следующем поколении оно станет равным 1562, затем 3906, далее   9670   и   т.д.   Число   делений   будет   увеличиваться   безгранично,   если   процесс   не остановить.                Однако реально лишь незначительная часть нейтронов попадает в ядра атомов. Остальные,   стремительно   промчавшись   между   ними,   уносятся   в   окружающее пространство.   Самоподдерживающаяся   цепная   реакция   может   возникнуть   только   в достаточно большом массиве урана­235, обладающим, как говорят, критической массой. (Эта масса при нормальных условиях равна 50 кг.) Важно отметить, что деление каждого ядра   сопровождается   выделением   огромного   количества   энергии,   которая   оказывается примерно в 300 миллионов раз больше энергии, затраченной на расщепление! (Подсчитано, что   при   полном   делении   1   кг   урана­235   выделяется   столько   же   тепла,   сколько   при сжигании   3   тыс.   тонн   угля.)   Этот   колоссальный   выплеск   энергии,   освобождающейся   в считанные   мгновения,   проявляет   себя   как   взрыв   чудовищной   силы   и   лежит   в   основе действия ядерного оружия. Но для того чтобы это оружие стало реальностью, необходимо, чтобы заряд состоял не из природного урана, а из редкого изотопа — 235 (такой уран называют обогащенным). Позже было установлено, что чистый плутоний также является делящимся материалом и может быть использован в атомном заряде вместо урана­235.  Термоядерные   бомбы.  Термо дерное   ор жие  (оно   же водородная   бомба)   — тип ядерного   оружия,   разрушительная   сила   которого   основана   на   использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза ядер   изотопов   водорода   в   ядра   гелия),   при   которой   выделяется   колоссальное количество энергии.  Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного   б льшую   возможную   мощность   взрыва   (теоретически,   она   ограничена   только количеством   имеющихся   в   наличии   компонентов).   Следует   отметить,   что   часто упоминаемое утверждение о том, что радиоактивное заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, касается реакций синтеза, которые используются только совместно   с   гораздо   более   «грязными»   реакциями   деления.   Термин   «чистое   оружие», яЯ уЯ оЯ 7 появившийся в англоязычной литературе, к концу 1970­х годов вышел из употребления. На деле всё зависит от выбранного типа реакции, используемой в том или ином изделии. Так, включение в термоядерный заряд элементов из урана­238 (при этом используемый уран­ 238   делится   под   действием быстрых   нейтронов и   даёт   радиоактивные   осколки.   Сами нейтроны   производят наведённую   радиоактивность)   позволяет   намного   (до   пяти   раз) повысить общую мощность взрыва, но и значительно (в 5—10 раз) увеличивает количество радиоактивных осадков[1].            Термоядерное взрывное устройство может быть построено как с использованием жидкого дейтерия,   так   и   газообразного   сжатого.   Но   появление   термоядерного оружия стало   возможным   только   благодаря   разновидности гидрида лития — дейтериду   лития­6. Это   соединение   тяжёлого   изотопа   водорода — дейтерия и изотопа лития   с   массовым числом 6.     Дейтерид лития­6 — твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий (обычное состояние которого в нормальных условиях — газ) при плюсовых температурах, и,   кроме   того,   второй   его   компонент — литий­6 —   это   сырьё   для   получения   самого дефицитного изотопа водорода — трития. единственный промышленный источник получения трития: Собственно, 6Li —     оЯ               Возможен вариант, когда вторая ступень делается не в виде цилиндра, а в виде сферы.   Принцип   действия   тот   же,   но   вместо   плутониевого   запального   стержня используется плутониевая полая сфера, находящаяся внутри и перемежающаяся со слоями дейтерида   лития­6.   Ядерные   испытания   бомб   со   сферической   формой   второй   ступени показали   б льшую   эффективность,   чем   у   бомб,   использующих   цилиндрическую   форму второй ступени.            При взрыве триггера 80 % энергии выделяется в виде мощного импульса мягкого рентгеновского излучения, которое поглощается оболочкой второй ступени и пластиковым наполнителем,   который   превращается   в   высокотемпературную   плазму   под   большим давлением.   В   результате   резкого   нагрева   урановой   (свинцовой)   оболочки происходит абляция вещества оболочки и появляется реактивная тяга, которая вместе с давлениями света и плазмы обжимает вторую ступень. При этом её объём уменьшается в несколько   тысяч   раз,   и   термоядерное   топливо   нагревается   до   огромных   температур. Однако давление и температура ещё недостаточны для запуска термоядерной реакции, создание необходимых условий заканчивает плутониевый стержень, который переходит в надкритическое   состояние —   начинается   ядерная   реакция   внутри   контейнера. Испускаемые сгорающим плутониевым стержнем нейтроны взаимодействуют с литием­6, в результате чего получается тритий, который взаимодействует с дейтерием. К каким последствиям приведёт применение ядерного оружия? Проблемный вопрос: При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв, поражающими факторами которого являются:       ударная волна световое излучение проникающая радиация радиоактивное заражение электромагнитный импульс (ЭМИ) рентгеновское излучение 8   почти        мгновенное происходит Ударная волна. Большая часть разрушений, причиняемых ядерным взрывом, вызывается   действием   ударной   волны.   Ударная   волна   представляет   собой   скачок уплотнения   в   среде,   который   движется   со сверхзвуковой   скоростью (более 350   м/с для атмосферы).   При   атмосферном   взрыве   скачок   уплотнения —   это   небольшая   зона,   в которой увеличение температуры, давления и плотности воздуха. Непосредственно за фронтом ударной волны происходит снижение давления и плотности воздуха, от небольшого понижения далеко от центра взрыва и почти до вакуума внутри огненной сферы. Следствием этого снижения является обратный ход воздуха и сильный ветер. Вдоль поверхности со скоростями до 100 км/час   и   более   к   эпицентру  ударная   волна   разрушает   здания,   сооружения   и   поражает незащищенных   людей,   а   близко   к   эпицентру   наземного   или   очень   низкого   воздушного взрыва порождает мощные сейсмические колебания, способные разрушить или повредить подземные сооружения и коммуникации, травмировать находящихся в них людей.             Большинство зданий, кроме специально укрепленных, серьёзно повреждаются или разрушаются под воздействием избыточного давления 2160—3600 кг/м² (0,22—0,36 атм). Энергия распределяется по всему пройденному расстоянию, из­за этого сила воздействия ударной волны уменьшается пропорционально кубу расстояния от эпицентра.            Защитой от ударной волны для человека являются убежища. На открытой местности действие ударной волны снижается различными углублениями, препятствиями, складками местности.   ультрафиолетовую   Световое   излучение .  Световое   излучение   —     это   поток   лучистой   энергии, (видимую) и инфракрасную области спектра. включающий Источником   светового   излучения   является   светящаяся   область   взрыва,     нагретые   до высоких температур и испарившиеся части боеприпаса, окружающего грунт и воздух. При воздушном   взрыве   светящаяся   область   представляет   собой шар,   при   наземном — полусферу.              Максимальная температура поверхности светящейся области составляет обычно 5700­7700 °C. Когда температура снижается до 1700 °C, свечение прекращается. Световой импульс продолжается от долей секунды до нескольких десятков секунд, в зависимости от мощности и условий взрыва. Приближенно, продолжительность свечения в секундах равна корню   третьей   степени   из   мощности   взрыва   в   килотоннах.   При   этом интенсивность излучения может превышать 1000 Вт/см² (для сравнения — максимальная интенсивность солнечного света 0,14 Вт/см²).           Результатом действия светового излучения может быть воспламенение и возгорание предметов, оплавление, обугливание, большие температурные напряжения в материалах. При   воздействии   светового   излучения   на   человека   возникает   поражение   глаз   и   ожоги открытых участков тела, а также может возникнуть поражение и защищенных одеждой участков тела.                   Защитой   от   воздействия   светового   излучения   может   служить   произвольная непрозрачная   преграда.   В   случае   наличия   тумана,   дымки,   сильной   запыленности   и/или задымленности воздействие светового излучения также снижается.  Проникающая   радиация.  Проникающая   радиация   (ионизирующее   излучение) представляет   собой гамма­излучение и   поток нейтронов,   испускаемых   из   зоны   ядерного взрыва в течение единиц или десятков секунд.                  Радиус поражения проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы   поражения   от   светового   излучения   и   ударной   волны,   поскольку   она   сильно поглощается атмосферой. Проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2­3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов, однако ядерный заряд может   быть   специально   сконструирован   таким   образом,   чтобы   увеличить   долю 9 проникающей   радиации   для   нанесения   максимального   ущерба   живой   силе   (так называемое нейтронное   оружие).   На   больших   высотах,   в   стратосфере   и   космосе проникающая радиация и электромагнитный импульс — основные поражающие факторы. Проникающая   радиация   может   вызывать   обратимые   и   необратимые   изменения   в материалах,   электронных,   оптических   и   других   приборах   за   счет   нарушения кристаллической   решетки   вещества   и   других   физико­химических   процессов   под воздействием ионизирующих излучений.      Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма­ излучение и поток нейтронов. Разные материалы по­разному реагируют на эти излучения и по­разному   защищают.   От   гамма­излучения   хорошо   защищают   материалы,   имеющие элементы  с  высокой   атомной   массой  (железо,  свинец,  низкообогащённый  уран),  но  эти элементы очень плохо ведут себя под нейтронным излучением: нейтроны относительно хорошо их проходят и при этом генерируют вторичные захватные гамма­лучи, а также активируют   традиоизотопы,   надолго   делая   саму   защиту   радиоактивной   (например, железную   броню   танка;   свинец   же   не   проявляет   вторичной   радиоактивности).   Пример слоёв половинного ослабления проникающего гамма­излучения[4]: свинец 2 см, сталь 3 см, бетон 10 см, каменная кладка 12 см, грунт 14 см, вода 22 см, древесина 31 см. Нейтронное излучение в свою очередь хорошо поглощается материалами, содержащими лёгкие   элементы   (водород,   литий,   бор),   которые   эффективно   и   с   малым пробегом рассеивают и поглощают нейтроны, при этом не активируются и гораздо меньше выдают  вторичное излучение.  Слои  половинного  ослабления  нейтронного   потока:  вода, пластмасса 3 — 6 см, бетон 9 — 12 см, грунт 14 см, сталь 5 — 12 см, свинец 9 — 20 см, дерево   10 —   15 см.   Лучше   всех   материалов   поглощают   нейтроны   водород   (но   в газообразном состоянии он имеет малую плотность), гидрид лития и карбид бора.           Идеального однородного защитного материала от всех видов проникающей радиации нет,   для   создания   максимально   лёгкой   и   тонкой   защиты   приходится   совмещать   слои различных материалов для последовательного поглощения нейтронов, а затем первичного и захватного гамма­излучения (например, многослойная броня танков, в которой учтена и радиационная   защита;   защита   оголовков   шахтных   пусковых   установок   из   ёмкостей   с гидратами   лития   и   железа   с   бетоном),   а   также   применять   материалы   с   добавками. Универсальны   широко   применяемые   в   строительстве   защитных   сооружений   бетон   и увлажнённая грунтовая засыпка, содержащие и водород и относительно тяжёлые элементы. Очень хорош для строительства бетон с добавкой бора (20 кг B4C на 1 м³ бетона), при одинаковой толщине с обычным бетоном (0,5 — 1 м) он обеспечивает в 2 — 3 раза лучшую защиту от нейтронной радиации и подходит для защиты от нейтронного оружия.  Электромагнитный импульс. При ядерном взрыве в результате сильных токов в ионизованном   радиацией   и   световым   излучением   воздухе   возникает   сильнейшее переменное   электромагнитное   поле,   называемое   электромагнитным   импульсом   (ЭМИ). Хотя оно и не оказывает никакого влияния на человека, воздействие ЭМИ повреждает электронную аппаратуру, электроприборы и линии электропередач. Помимо этого большое количество ионов, возникшее после взрыва, препятствует распространению радиоволн и работе радиолокационных   станций.   Этот   эффект   может   быть   использован   для ослепления системы предупреждения о ракетном нападении.              Сила ЭМИ меняется в зависимости от высоты взрыва: в диапазоне ниже 4 км он относительно слаб, сильнее при взрыве 4­30 км, и особенно силён при высоте подрыва более 30 км (см., например, эксперимент по высотному подрыву ядерного заряда Starfish Prime). Возникновение ЭМИ происходит следующим образом: 1. Проникающая радиация, исходящая из центра взрыва, проходит через протяженные проводящие предметы. 10 2. Гамма­кванты рассеиваются на свободных электронах, что приводит к появлению быстро изменяющегося токового импульса в проводниках. 3. Вызванное   токовым   импульсом   поле   излучается   в   окружающее   пространство   и распространяется со скоростью света, со временем искажаясь и затухая. Под   воздействием   ЭМИ   во   всех   неэкранированных   протяжённых   проводниках индуцируется напряжение, и чем длиннее проводник, тем выше напряжение. Это приводит к пробоям изоляции и выходу из строя электроприборов связанных с кабельными сетями, например, трансформаторные подстанции и т. д. Большое значение ЭМИ имеет при высотном взрыве до 100 км и более. При взрыве в приземном   слое   атмосферы   не   оказывает   решающего   поражения   малочувствительной электротехнике, его радиус действия перекрывается другими поражающими факторами. Но   зато   оно   может   нарушить   работу   и   вывести   из   строя   чувствительную электроаппаратуру и радиотехнику на значительных расстояниях — вплоть до нескольких десятков километров от эпицентра мощного взрыва, где прочие факторы уже не приносят разрушающий   эффект.   Может   вывести   из   строя   незащищённую   аппаратуру   в   прочных сооружениях, рассчитанных на большие нагрузки от ядерного взрыва (например ШПУ). На людей поражающего действия не оказывает[6].  Радиоактивное заражении.  Радиоактивное заражение — результат выпадения из поднятого   в   воздух   облака   значительного   количества   радиоактивных   веществ.   Три основных источника радиоактивных веществ в зоне взрыва — продукты деления ядерного горючего,   не   вступившая   в   реакцию   часть   ядерного   заряда   и   радиоактивные   изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов (наведенная радиоактивность).           Оседая на поверхность земли по направлению движения облака, продукты взрыва создают радиоактивный участок, называемый радиоактивным следом. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра   взрыва.   Форма   следа   может   быть   самой   разнообразной,   в   зависимости   от окружающих условий.        Радиоактивные продукты взрыва испускают три вида излучения: альфа, бета и гамма. Время   их   воздействия   на   окружающую   среду   весьма   продолжительно.В   связи   с естественным   процессом   распада   радиоактивность   уменьшается,   особенно   резко   это происходит в первые часы после взрыва.               Поражение   людей   и   животных   воздействием   радиационного   заражения   может вызываться   внешним   и   внутренним   облучением.   Тяжелые   случаи   могут сопровождаться лучевой болезнью и летальным исходом.        Установка на боевую часть ядерного заряда оболочки из кобальта вызывает заражение территории опасным изотопом 60Co (гипотетическая грязная бомба).         Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва,   кроме   физических   повреждений,   испытывают   мощное   психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений.           Во время  Второй мировой войны 6 августа 1945 года в 8.15 утра бомбардировщиком США B­29 «Энола Гей» была сброшена атомную бомбу на Хиросиму, Япония. Около 140 000 человек погибло во время взрыва и умерло в течение последующих месяцев. Тремя днями позже, когда Соединённые Штаты сбросили ещё одну атомную бомбу на Нагасаки, было убито около   80   000  человек.   15   августа   Япония   капитулировала,   положив   этим   конец     Второй мировой войне. До настоящего времени эта бомбардировка Хиросимы и Нагасаки остаётся единственным случаем применения ядерного оружия в истории человечества. Правительство США   решило   сбросить   бомбы,   считая,   что   этим   ускорит   окончание   войны   и   не   будет необходимости в ведении продолжительных кровавых боев на главном острове Японии. Япония 11 усиленно пыталась контролировать два острова, Иво Джима и Окинава, когда приблизились союзники.          Ученые считают, что при нескольких крупномасштабных ядерных взрывах, повлекающих за   собой   сгорание   лесных   массивов,   городов,   огромные   слоя   дыма,   гари   поднялись   бы   к атмосфере,   блокируя   тем   самым   путь   солнечной   радиации.   Это   явление   госит   название «ядерная зима». Зима продлится несколько лет, возможно всего пару месяцев, но за это время будет   почти   полностью   уничтожен   озоновый   слой   земли.   На   Землю   хлынут   потоки ультрафиолетовых лучей. После «ядерной зимы» дальнейшее продолжение жизни на Земля будет довольно проблематичным: 1. Возникнет дефицит питания и энергии. Из­за сильного изменения климата сельское хозяйство придёт в упадок, природа будет уничтожена, либо сильно изменится. 2. Произойдёт радиоактивное загрязнение участков местности, что опять же приведет к истреблению живой природы глобальные изменения окружающей среды (загрязнение, вымирание многих видов животных и растений, разрушение дикой природы). Меры предосторожности Осознание   значительности   угрозы   ядерного   оружия   для   человечества   и   цивилизации привели к выработке ряда мер международного характера с целью минимизации риска его распространения и применения.  Договор о нераспространении ядерного оружия  Договор о запрещении испытаний ядерного оружия Возможно ли использование ядерного оружия в мирных целях? Проблемный вопрос:                      Огромная разрушительная сила ядерных зарядов издавна вызывает негативное отношение   к   ним   у   большинства   населения   Земли.   Могут   ли   ядерные   взрывы   быть полезными для человечества? Этой проблеме уделяется большое внимание.           В СССР первый опытно­промышленный ядерный взрыв на выброс был произведен на глубине   178   м   15   января   1965   года   у   реки   Чаган,   вблизи   границы   Семипалатинского ядерного   полигона.   Мощность   взрыва   была   эквивалентна   140   кт   т.э.   Образовалась гигантская воронка глубиной до 100 м, диаметром ~ 410 м. Целью проведения взрыва было строительство водоема в засушливом районе. Этот водоем существует до сих пор. В нем появилась рыба, вода из водоема полностью пригодна для питья.         С помощью ядерных взрывов в нашей стране интенсифицировали добычу нефти и газа, построили в толще соляных месторождений громадные сферические емкости для хранения нефти и газопродуктов, успешно производили геофизическую сейсморазведку. Успешными были взрывы по дроблению апатитовой руды на Кольском полуострове, при этом были реализованы методы вывода радиоактивности из раздробленной руды. Извлеченная руда была абсолютно чистой. Единственный маломощный ядерный взрыв в угольной шахте в 5 км от города Енакиево на многие годы ликвидировал выбросы газов. Другой пример применения ядерного взрыва еще не реализован, но его огромное значение для   всего   человечества   уже   отмечалось   в   итоговых   документах   нескольких международных симпозиумов. Речь идет о потенциальной опасности, угрожающей Земле из космоса,   ­   о   возможности   столкновения   нашей   планеты   с   двумя   типами   объектов Солнечной системы: астероидами и кометами. (Если они попадают в атмосферу Земли, их называют   метеоритами.)   Известно   около   100   астероидов   размерами   больше   километра. Считается, что их полное число на порядок больше. Такое столкновение еще не означает конца   света.   История   знает   много   примеров   падения   астероидов   на   Землю.   При столкновении   с   астероидом   диаметром   20   км   можно   ожидать   образования   кратера диаметром до 200 км. Падение подобного астероида 65 млн. лет назад, по гипотезе Л. 12 Альвареса   (США,   1980   год),   так   изменило   климат   на   Земле,   что   вызвало   вымирание динозавров. Во всяком случае, масштаб возможной катастрофы таков, что вряд ли следует успокаивать себя невысокой степенью ее вероятности. В 1966 году появился прогноз о возможности   столкновения   с   Землей   астероида   Икар   диаметром   0,5   км.   Тогда   же появилось предложение расстрелять его с помощью ракет с ядерными боеголовками.                          Предлагаются два способа воздействия на космические объекты, угрожающие нашей планете. Во­первых, с помощью ядерного взрыва можно изменить траекторию полета астероида. Во­вторых, при точном попадании раздробить его. (При этом угроза падения на Землю   осколков   астероида,   правда,   остается,   но   значительно   уменьшается   уровень воздействия.)   Так   как   расстояния   до   точки   перехвата   огромны   из­за   требований безопасности,  то  это  накладывает   жесткие   требования  к  своевременному  обнаружению опасных   небесных   тел   и   расчету   их   траекторий.   Даже   так   называемый   оперативный перехват, когда опасность замечена поздно, должен, по мнению ракетчиков, происходить за 30­90  суток   до  предполагаемого   столкновения.   Естественно,  что  для   защиты   от  таких глобальных катастроф необходимо объединение всех ученых мира.                 Ещё одним из способов применения ядерного оружия является использования атомных   электростанций   (1954г.   первая   в   мире   атомная   электростанция   в   г.Обнинск); 1959г. был создан атомоход «Ленин» для работы в морях Северного ледовитого океана. Наконец,   еще   один   нереализованный,   но   практически   разрабатывавшийся   в   свое   время проект использования ядерного взрыва ­ ядерный взрыволёт, идея которого была высказана Андреем Дмитриевичем Сахаровым в 1962 году в Федеральном ядерном центре (Саров). Идея   А.Д.   Сахарова   состояла   в   использовании   ядерного   взрыва   для   вывода   в   космос огромного полезного веса. В двигательной установке предполагалось использовать энергию последовательных взрывов ядерного заряда. Полезная нагрузка в 1000 т и более должна была обеспечивать экипажу многолетнее пребывание в космосе. Задача разработки такого взрыволета оказалась очень сложной. Тем не менее, в результате проектных работ все же был сделан вывод о возможности создания двигательной системы, использующей энергию ядерного заряда.           Итак, в настоящее время у нас есть огромные возможности по использования ядерных взрывов в интересах науки и промышленности. И хотя многие проекты кажутся сегодня еще   фантастическими,   ясно   одно:   если   приручить   ядерные   взрывы,   сделать   их безопасными,   действительно   управляемыми,   многие   проблемы   будущего   могут   быть успешно решены. Заключение.              И всё­таки, ядерное оружие – добро или зло? Инь или ян?  При появлении ядерного оружия люди решили его использовать, как оружие массового поражения, для устрашения врагов и получения власти.  И тогда над всем человечеством возникла   бы   угроза   Третьей   Мировой   войны.   Учитывая   накопленные   запасы   ядерного оружия   и   его   разрушительную   силу,   учёные   спрогнозировали,   что   мировая   война   с применением ядерного оружия означала бы гибель сотен миллионов людей, превращение в руины всех достижений мировой цивилизации и культуры. Но со временем учёные поняли, что   его,   можно   использовать   в   мирных   целях:   для   защиты   планеты,   добычи   полезных ископаемых, новых научных разработок. Чем больше исследований будет проводиться во благо нашей жизни и всей жизни на Земле, тем меньше ответов нам придётся искать на вопрос:   «А   как   долго   будет   существовать   наша   Планета,   и   в   каком   состоянии   она достанется нашим потомкам?».         Проектная деятельность показалась мне трудной, кропотливой, но очень интересной. На   протяжении   всей   работы     возникали   вопросы.   Информации   было   много,   а проанализировать и отобрать самое главное, было достаточно сложно. Необходимо было писать понятным языком материал отнюдь незаурядный, материал сложный как с точки зрения физики, так и с точки зрения морали, да так, чтобы тема была доступна каждому. Но мне удалось справиться с трудностями и достичь желаемого результата. 13 Интернет­ресурсы: 1. http://goo.gl/iQo9zI 2. http://svr.gov.ru/history/stage06.htm 3. http://www.atomicarm.ru/obshie­svedeniya­ob­atomnom­orujii/vidi­atomnogo­ orujiya.html 4. http://nuclphys.sinp.msu.ru/nuc_techn/reactors/nespl.htm 5.  http://goo.gl/j2H48i 6. http://goo.gl/nfdWQr 7. 8. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/888.html 9. http://daypic.ru/war/39277  http://www.iss­atom.ru/vniief60/5.htm

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»

Учебный проект по физике «Смертельное оружие»