Ядерная реакция в ограниченном пространстве. В центре огромного железного шара диаметром 10 000 км мы проводим испытательный ядерный взрыв. Интересно, что будет с таким шаром?
Его размер и масса определяют его огромную силу, но как насчет ядерной реакции и выделяемой энергии? Может ли он взорваться? Вероятно, огромная температура и давление расплавят область ядерной реакции, но расстояние от центра шара до ее поверхности будет очень большим.
Ответ
Этот вопрос, вероятно, больше относится к материаловедению, чем к ядерной физике, но давайте попробуем сделать несколько простых оценок.
Во-первых, энергия, образующаяся при взрыве ядерной бомбы, поступает в различных формах. Около 50% энергии высвобождается в виде ударной волны (воздушного взрыва), 35% - в виде тепла, 5% - в виде гамма-излучения и нейтронов, а остальные 10% - в виде радиоактивных осадков после взрыва.
Количество высвобожденной энергии бомбы обычно указывается в кило- или мегатоннах тротила, что эквивалентно данному количеству обычного взрывчатого вещества. Один грамм тротила высвобождает около 4200 Дж, поэтому ядерная бомба мощностью 1 Мт произведет 4,2*1015 Дж, или 4,2 ПДж. Эти цифры кажутся огромными. Энергия, выделяемая при делении, является следствием известной формулы E = mc2 и возникает в результате того, что общая масса продуктов деления меньше массы исходного ядра. Как можно рассчитать для приведенного выше примера бомбы, масса до и после реакции будет отличаться примерно на 50 грамм.
Может ли высвобождение такой энергии внутри установленного железного шара разнести его на части?
Если бы мы знали размер пустоты внутри, мы могли бы, вероятно, спросить инженеров, проектирующих, например, сосуды под давлением, о точной прочности железной оболочки. Но с другой стороны, данный размер сферы с радиусом 5000 км поистине астрономический. Для сравнения, диаметр Земли составляет 6370 км, а Луны - 1737 км. Железная сфера радиусом 5000 км имела бы массу 4,1*1024 кг (Земля весит 5,9*1024).
Из не очень удачного опыта подземных ядерных взрывов мы знаем, что до сих пор Земля не была взорвана. Самое крупное подземное испытание, проведенное США, имело энергию 5 Мт тротила (на острове Амчитка) и вызвало землетрясение силой 7 баллов по шкале Рихтера.
При подземных взрывах радиус расплавленной породы составляет около 10 м на килотонну бомбы, дробление и растрескивание достигают радиуса 100 м на килотонну, а деформация - до 1000 м.
Вероятно, приблизительным эффектом был бы взрыв внутри железного шара.
Комментарии
Отправить комментарий