Термоядерное оружие

Сравним теперь ядерные реакции с химическими и познакомимся с возможными типами реакций.

Химические реакции могут идти одновременно в прямом и обратном направлении. Так, при горении газа водорода происходит химическая реакция соединения водорода с кислородом с образованием воды. Одновременно с этой реакцией происходит и обратная реакция: некоторые молекулы воды распадаются на водород и кислород, то есть происходит реакция разложения воды. Однако при горении водорода число распадающихся молекул воды совершенно ничтожно по сравнению с числом молекул воды, образующихся в результате горения. В таких случаях обычно пренебрегают обратным процессом и учитывают только прямой процесс.

Подобное явление наблюдается и при ядерных реакциях. В недрах Солнца и звезд происходит ядерная реакция, в результате которой из ядер атомов водорода образуются ядра атомов гелия. При этом выделяется огромная энергия. Принципиально возможен и обратный процесс — разложение ядра гелия на 4 нуклона. Для этого процесса требуется затрата энергии. Одновременно с соединением ядер атомов водорода в недрах Солнца и звезд происходит и распад атомов гелия, но число распадающихся атомов ничтожно по сравнению с числом соединяющихся. Поэтому этим медленным обратным процессом обычно пренебрегают. Однако при изменении температуры и других условий возможно повышение роли обратного процесса как в химических, так и в ядерных реакциях. Практически весь процесс может даже изменить свое направление.

При различных химических реакциях может выделяться энергия в виде тепла (например, при реакции горения угля) или энергия может поглощаться (например, при разложении окиси железа на металлическое железо и кислород). Химические реакции, которые проходят с выделением тепла, называют экзоэнергетическими или экзотермическими, а реакции, идущие с поглощением тепла, — эндоэнергетическими или эндотермическими.

Энергия движущихся тел, например энергия движения электропоезда или летящего снаряда, называется кинетической энергией. Виды энергии, не связанные с видимым движением, называют потенциальной энергией. На рис. 10 показаны три положения гири — на шкафу, на полке и на полу. Когда мы, производя работу, поднимаем гирю с пола на уровень шкафа, то затраченная нами энергия не пропадает — она превращается в потенциальную энергию гири. Эта потенциальная энергия, связана с существованием силы притяжения гири к земле. Если устранить силу, не дающую гире упасть, то потенциальная энергия гири полностью или частично перейдет в кинетическую энергию.

Рис. 10. Схемы перехода потенциальной энергии в кинетическую:

а — потенциальной энергии поднятой гири в кинетическую, при падении гири; б — потенциальной химической энергии водорода и кислорода в тепло при их превращениях; в — потенциальной ядерной энергии протонов и нейтронов в кинетическую энергию и энергию излучения при образовании и делении урана 235

При падении гири со шкафа на полку лишь часть запасенной потенциальной энергии перейдет в кинетическую. При падении же гири на пол весь запас потенциальной энергии окажется израсходованным.

Когда происходит реакция соединения водорода с кислородом, освобождается потенциальная (скрытая химическая) энергия, которая может перейти в тепло, электрическую, кинетическую или другие виды энергии. При этом потенциальная энергия может лишь частично перейти в тепло, если водород с кислородом образуют перекись водорода, как схематически показано на рис. 10,б. Если водород с кислородом образуют воду, то потенциальная химическая энергия полностью переходит в тепло или другие виды энергии. В этом примере потенциальная энергия связана с наличием междуатомных химических сил притяжения, имеющих электрическую природу.

Так как нуклоны притягиваются друг к другу с огромной силой, то всегда при образовании из них различных ядер освобождается потенциальная ядерная энергия, которая переходит в тепло, лучистую и другие виды энергии.

Если 92 протона и 143 нейтрона соединятся, образовав ядро урана 235, то при этом выделится не вся потенциальная ядерная энергия протонов и нейтронов, как схематически показано на рис. 10,в. Чтобы израсходовалась вся потенциальная энергия протонов и нейтронов, они должны образовать ядра ксенона 141 и стронция 92. Ясно, что в ядре урана 235 еще заключается некоторый запас потенциальной ядерной энергии, которая и выделяется при его расщеплении с образованием ядер ксенона 141, стронция 92 и трех нейтронов. При этом потенциальная ядерная энергия переходит в кинетическую энергию движения образовавшихся частиц и в другие виды энергии.