Раздел первый

ОРУЖИЕ МАССОВОГО ПОРАЖЕНИЯ И ЗАЖИГАТЕЛЬНОЕ ОРУЖИЕ АРМИЙ ИМПЕРИАЛИСТИЧЕСКИХ ГОСУДАРСТВ

Глава 1

Физико-технические принципы устройства и действия ядерного оружия

1.1. Физические основы ядерного взрыва

Ядерный взрыв является результатом взрывной ядерной реакции деления или синтеза ядер атомов некоторых хи­мических элементов. При ядерном взрыве выделяется огромное количество ядерной энергии. Ядерная энергия — это энергия, вы­деляющаяся в результате превращения ядер атомов. Использование ядерной энергии требует глубокого знания строения вещества и ядерных превращений атомов. Физические основы строения ве­щества и ядерных превращений изучаются физикой.

/././. Краткие сведения из атомной и ядерной физики

Физика — старейшая наука о природе, наука о том, «как устроен мир». Ее история насчитывает тысячелетия. Еще в VI ве­ке до нашей эры вопрос о внутреннем устройстве мира поставил древнегреческий ученый Фалес Милетский. За четыре века до на­шей эры древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом была высказана мысль о там, что все бесконечное множество ,веществ в природе состоит из .ничтожно малых и невидимых глазу частичек — атомов, не поддающихся дальнейшему делению. Спус­тя 17 веков великий русский ученый М. В. Ломоносов научно раз­работал молекулярную теорию строения вещества. В основу предложенной им теории легло понятие «корпускул» (молекул), которые состоят из химических элементов — атомов. Согласно этой теории самую крошечную порцию любого вещества окружаю­щего мира, которая все еще полностью сохраняет все свойства этого вещества, назвали молекулой. При делении молекула веще­ств прекращает свое самостоятельное существование и распада­ется на атомы — самые маленькие частицы сравнительно неболь­шого числа отличных друг от друга химических элементов. Научную классификацию химических элементов разработал выдающийся русский ученый профессор химии Петербургского технологического института Дмитрий Иванович Менделеев. Эта классификация химических элементов получила название перио­дической системы. Таким образом был открыт закон периодичнос­ти, пользуясь которым ученые получили возможность ориентиро­ваться в самых сокровеннейших :и скрытых тайниках атомного «космоса». За основу при этой классификации Д. И. Менделеев принял атомный вес (А) химического элемента, который равен отношению веса атома элемента к 1/16 части атома кислорода.

Атомные веса у разных химических элементов — самые раз­личные. Атомный вес водорода равен 1,008; гелия—4,004; урана— 238,07. Чтобы получить абсолютный вес (массу) атома любого хи­мического элемента, надо значение его атомного веса умножить на величину атомной единицы веса, которая равна 1.6603*10^-24г. Атомный вес, округленный до целых единиц, принято называть в атомной физике массовым числом (А). По размеру атомы разных химических элементов отличаются друг от друга всего в несколь­ко раз. В среднем диаметр атома составляет примерно 10^-10м, т. е. на длине в 1 м можно уложить 10¹⁰ атомов. Атом во столько раз меньше яблока, во сколько яблоко меньше земного шара.

Д. И. Менделеев впервые усмотрел существование внутренней закономерной связи между химическими элементами. Основываясь на этом, Менделеев расположил химические элементы в ряд по их атомным весам. Каждый химический элемент имеет в таблице Менделеева определенный порядковый 'номер, называемый атом­ным номером (Z). Например, атомный номер водорода—1, ге­лия — 2, кислорода—8, урана —92 и т. д. От номера элемента в периодической системе зависят все химические и многие физичес­кие свойства его. Такие свойства вещества, как температура плав­ления, сжимаемость и в особенности спектральный состав излуче­ния, оказались зависящими от места элемента в периодической системе. С возрастанием атомного номера свойства элементов пе­риодически изменяются, что свидетельствует о внутренней связи атомов различных элементов. Это положение натолкнуло ученых на мысль о возможности исследования самого атома путем изуче­ния его строения. Таким образом, гипотеза о конечности атома, его неделимости, просуществовавшая тысячелетия, была поставле­на под сомнение в конце XIX века великим открытием русского ученого Д. И. Менделеева.

Важнейшими открытиями, доказавшими сложность атома и подготовившими создание современной теории атома, явились от­крытие электронов Дж. Дж. Томсоном (1897 г.) и открытие радио­активности А. А. Беккерелем и супругами Кюри (1896 — 1898 гг.).

Электрон — частица вещества, имеющая массу m_э=9,1•10^-28г. (1/1840  0,05% массы атома водорода) и отрицательный элементарный электрический заряд (е = —4,8^.10-¹⁰ электростат. ед. заряда). Заряд электрона в атомной физике принимается за единиybwe и называется элементарным зарядом.

Радиоактивность — самопроизвольный распад некоторых при­родных и искусственных химических элементов, сопровождающийcя испусканием -, - и -лучей; - и -лучи представляют собой потоки электрически заряженных частиц, а f-лучи — электро­магнитное излучение очень высокой частоты. В процессе радиоак­тивного распада атомы радиоактивных элементов превращаются и иго мы других элементов. Следовательно, открытие и изучение радиоактивности окончательно опровергло старое метафизическое представление о неделимости и неизменности «первооснов материи — атомов. Атомы химических элементов оказались вовсе не атомами, а целыми своеобразными мирами — изменчивыми, делимыми, имеющими сложную структуру.

Строение атома. В. 1911 г. впервые английским физиком Э. Резерфордом было установлено, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра и лёгкой оболочки, состоящей из

Быстродвижущихся вокруг ядра электронов (рис. 1.1). Яд­ро меньше атома примерно в десять — сто тысяч раз и имеет диаметр равный при­мерно 10-¹⁵ м (1 ферми). Диа­метр электронов, окружаю­щих ядро, также имеет вели­чину порядка 1 ферми. Резерфорд предположил, что электроны обращаются вокруг ядра по замкнутым орбитам, подобно тому, как планеты солнечной системы обращаются вокруг Солнца. Таким образом, рассмотренная модель атома напоминает своим строением нашу солнечную систему в миниатюре. Такая модель атома получила название планетарной.

Однако наряду с некоторым отдаленным сходством между и атомом и солнечной системой существует громадное качественное различие. Так, между ядром и окружающими его электронами действуют силы электрического притяжения, определяемые зако­ном Кулона. Силы же всемирного тяготения в атоме исключитель­но слабы и практически никакой роли не играют. Движение электронов в атоме в действительности значительно сложнее, чем механическое перемещение планеты по ее орбите. Законы обычной механики внутри атома не действуют, там имеют место более сложные закономерности квантовой механики, частным случаем которой являются законы обычного механического движения. Почти вся масса вещества, составляющая атом, сосредоточена в его ядре. На долю электронов приходится менее 0,05% всей массы атома. Все атомные ядра имеют приблизительно одинаковую плотность вещества, имеющую благодаря малым размерам ядра огромнейшую величину порядка 10¹⁴ г/см³, т. е. около 100 млн. т в 1 см³.

Атом в своем обычном нормальном состоянии электрически нейтрален. Это достигается тем, что ядро каждого атома имеет заряд, равный и противоположный по знаку суммарному заряду всех электронов. В атоме водорода, имеющем один-единственный электрон, ядро имеет заряд, равный и противоположный но знаку заряду электрона, т. е. один положительный «элементарный» за­ряд. По предложению Резерфорда, ядро простейшего атома водо­рода было названо протоном (греч. protos — первый). Ядра ато­мов всех других элементов несут положительный заряд, кратный заряду протона и равный числу электронов.

Таким образом, атом каждого элемента характеризуется це­лым числом Z, которое равно числу положительных элементарных зарядов в его ядре и которое определяет число электронов в обо­лочке атома. Число Z совпадает с порядковым номером в системе Менделеева и, как указывалось ранее, называется атомным номером.

Французский ученый Луи де Бройль в 1924 г. выдвинул гипотезу о том, что микрочастицы вещества обладают волновыми свойствами. Длина волны микрочастиц определяется по формуле

де Бройля: , где h == 6,626 • 10^-34 Дж • с — постоянная Планка; т — масса движущейся частицы; v — скорость движу­щейся частицы. Эти волны называются волнами де Бройля и не являются электромагнитными. Следовательно, электроны и другие микрочастицы ведут себя в явлениях атомного масштаба анало­гично волне. В современной физике длина волны микрочастицы, определяемая по формуле де Бройля, рассматривается как ее эф­фективный размер. Поэтому микрочастицы, строго говоря, нельзя рассматривать как какие-то дробинки, исчезающе малого разме­ра и уподоблять материальным точкам. А если электрон — не то­чечный объект, то и определить его точечное положение в про­странстве невозможно.

С троение атомных ядер. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (рис. 1.2). Современное учение о строении атомных ядер обязано открытию в 1919 г. Э. Резерфордом протона и от­крытию английским ученым Д. Чадвиком в 1932 г. поной неизвест­ной до того времени частицы вещества — нейтрона. Протон — положительно заряженная частица, масса которой в 1836 раз больше массы электрона. В одном грамме любого вещества со­держится около 10²⁴ протонов. Самое важное свойство нейтрона— но то, что он нейтрален. Масса нейтрона приблизительно равна массе протона (m_p= 938,26 МэВ), а точнее, превышает массу протона на 2,5 массы электрона (m_э= 0,511 МэВ). В нейтронах имеются более легкие, заряженные частицы, называемые мезонами. Снижение мезонов внутри нейтрона порождает маг­нитное поле, окружающее нейтрон.

Вскоре после открытия нейтрона в том же 1932 г. Л. Д. Иваненко в СССР и И. Гейзенберг в Германии независимо друг от друга первыми высказали предпо­ложение о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Впоследствии эта гипотеза была подтвер­ждена экспериментально и превратились в общепри­знанную протонно-нейтронную теорию строения ядра.

Протоны и нейтроны, как ядерные частицы, получили наименование нуклонов (лат. nucleus — ядро). Число протонов в ядре атома определяет атомный номер элемента, который характеризует принадлежность атома к тому или иному химическому элементу. Изменение же числа протопоп в ядре атома связано с превращением одного химического элемента в другой. Сумма чисел протонов Z и нейтронов N называется массовым числом А атомного ядра. Массовое число А равно атомному весу, округленному до целых единиц.

Число нейтронов равно N = А—Z. Ядра атомов различных химических элементов обозначаются знаками, присвоенными ним элементам в химии. Сверху слева от этого знака проставляется число, характеризующее общее число нуклонов в ядре (массовое число — А), а снизу — число протонов, т. е. атомный номер с указанием числа протонов и нейтронов записывается так ^А_zХ. Например: ⁴₂Не; ⁷₃Li; ²³⁸₉₂U. Нуклоны ядра не являются вполне независимыми частицами и, находясь внутри ядра, могут и взаимно превращаться друг в друга.

Изотопы. Ученым давно было известно, что не все атомы с одинаковым атомным номером (атомы данного элемента) имеют одну и ту же массу, хотя и обладают одинаковыми химическими свойствами. Такие атомы называются изотопами (изос — равный, топос — место). Изотопы — атомы, занимающие одно и то же мес­то в таблице Менделеева. Изотопы в общем виде обозначаются

так: и . В таблице Менделеева 105 элементов, а изотопов известно более 1000.

Например: изотопы водорода (рис. 1.3):

-протий; — дейтерии (тяжелый водород);

?Т — тритий (сверхтяжелый водород).

Рис. 1.3. Схема строения атомов изотопов водорода:

а—водород (протий); б—дейтерий; в—тритий

Природный водород состоит из смеси: протия — 99,986% и дейтерия 0,014% (0,02%). Дейтерий содержится в тяжелой воде D₂O. Тяжелая вода присутствует в природной воде в малом коли­честве. Ее свойства: t_Замерз = +3,8° С; t_кип= 101,4° С. Тяжелая во­да обычно получается из H₂O путем электролиза. Тритий полу­чается искусственным путем в ядерных реакторах. Ядро трития (тритон) неустойчиво и распадается, испуская электрон.

В ядерной физике большое значение имеют изотопы урана:

, которых в природе содержится 0,714%, 99,25 и 0,006% соответственно. Остальные 11 изотопов урана получены искусственным путем, из них наиболее важен . Изотопы ура­на и используются в атомных зарядах, a - и тер­моядерных зарядах трехфазового действия.

Уран — металл серебристого цвета, легко поддастся механи­ческой обработке, температура плавления t_пл== 1130° С; хорошо окисляется на воздухе и воспламеняется при температуре t_вс== 100° С

Ядерные силы. Между нуклонами, составляющими ядро атома, действуют особого рода силы, называемые ядерными. История открытия этих сил состоит в следующем. Гипотеза Иваненко и Гейзенберга о строении ядра требовала научного обоснования: за счет каких сил удерживаются друг около друга протоны и нейтроны, составляющие ядро. Действием между нуклонами гравитационных и электрических сил объяснять существование столь прочного ядра невозможно было в силу следующих причин. Гра­витационные силы, действующие между протонам и нейтроном, например, в ядре в 2,3- 10³⁸ раз меньше сил, удерживающих нуклоны в ядре. Электростатические (кулоновские) силы при на­личии в ядре нескольких протонов являются силами отталкива­ния, разрывающими ядро. В силу этого, действием гравитацион­ных и кулоновских сил объяснить существование ядра как единого целого невозможно. Поэтому силы, удерживающие нуклоны в ядре друг около друга, представляют собой новый тип сил, ранее не известных науке и названных ядерными силами. Удалось уста­новить ряд характерных особенностей этих сил:

— ядерные силы — это силы притяжения, имеющие внутри ядра огромную величину. Ядерные силы на расстояниях 1 ферми и меньше превосходят силы отталкивания между протонами в мил­лион раз;

— ядерные силы — короткодействующие силы. Если расстоя­ние между двумя нуклонами превышает 1 ферми, то ядерные си­лы практически равны нулю. Причем уменьшение ядерных сил с увеличением расстояния между нуклонами происходит необычай­но редко (например, на расстоянии от центра ядра  1,4 ферми, ядерные силы равны нулю);

— ядерные силы обладают зарядовой независимостью, т. е. величина их не зависит от того, между какими нуклонами они действуют, т. е. Fn-n =Fр-р = Fр-п;

— ядерные силы обладают свойством насыщения, что прояв­ляется в постоянстве их величины в пределах расстояния, равного 1 ферми. При этом каждый нуклон взаимодействует только, со своими ближайшими соседями. Количественные закономерности, которым подчиняются ядерные силы, науке еще не известны. Ка­чественное объяснение основных особенностей этих сил, и притом лишь частичное, может быть дано на основе так называемой мезонной теории, разработанной советским физиком И. Е. Таммом в 1934 г. Тамм предположил, что нуклоны связаны друг с другом в ядре с помощью частиц меньшей массы, которыми они непрерывно обмениваются.

Протон и нейтрон обмениваются между собой заряженными ₁ — мезонами (мионами, масса которых в 264—273 раза больше массы электрона), непрерывно превращаясь друг в друга. Ядер­ные силы имеют еще и другие составляющие, которые в настоя­щее время усиленно исследуются. Прочность ядра определяется энергией связи нуклонов.

Энергия связи нуклонов. Взаимодействие между нуклонами ядра можно оценить по так называемой энергии связи нуклонов, которая обусловливается ядерными силами. И в этом нам поможет закон Эйнштейна, который устанавливает взаимосвязь между массой и энергией и аналитически может быть записан в виде

Е = т с²,

где Е — энергия — это универсальная мера движения мате­рии во всех ее видах или формах; т — масса материального объекта — физическая величина, характеризующая инерционные свойства материи, т. е. свойство ее сохранять состояние своего, движения при отсутствии внешних воздействий; с—300000 км/с— скорость света в пустоте. Пользуясь этим заколом, можно подсчитать, что в одном грамме вещества заключена энергия

Е = mс² =0,001 (3^.108)²=9^.10¹³ Дж,

что составляет около 21,5 млрд. ккал. Этой энергии хватило бы для работы установки мощностью 75 • 10³ кгм/с в течение четырех лет. Отсюда следует, что с небольшой массой связана, огромная, скрытая в веществе энергия.

Поэтому увеличение или уменьшение энергии тела обязатель­но сопровождается одновременным увеличением или уменьшением его массы на величину, определяемую по закону Эйнштейна. Если, например, включить в сеть электрический чайник и нагревать его и налитую в него воду, то вместе с увеличением их энергии проис­ходит и увеличение их .массы. Однако мы не замечаем прироста массы из-за малости подводимой при этом энергии. Действитель­но, если энергии в 21,5 млрд. ккал соответствует масса всего в 1 г, то нетрудно понять, что энергии в несколько сот килокалорий, по­глощаемой чайником, соответствует столь незначительное увели­чение массы, которое невозможно обнаружить с помощью самых точных весов.

Иное дело в ядерной физике. Ядро — самая тяжелая часть атома и заключает в себе почти всю массу ( 95%). Вследствие необычайно большой концентрации массы ( = 10¹⁴ г/см³) в ядре сосредоточена колоссальная энергия. В процессах нагревания и охлаждения тела, в химических реакциях эта энергия не участвует и остается скрытой в ядрах. А вот при ядерных превращениях эта огромная энергия может освобождаться.

Так, при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны приходится совершать работу по преодолению ядерных сил и, сле­довательно, затрачивать некоторую энергию, называемую энергией связи. Таким образом, энергия связи определяется рабо­той, которая совершается при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны.

Энергия связи — величина отрицательная, так как на работу расщепления ядра приходится расходовать энергию из)вне. В об­ратном процессе, т. е. при образовании (синтезе) ядра из нукло­нов, выделяется такое же количество энергии. Поэтому энергия связи равна энергий, которая выделяется при образовании ядра из нуклонов. Энергия связи определяется с помощью закона Эйнштейна по так называемому дефекту массы ядра. Сущность этого дефекта состоит в том, что масса ядра всегда меньше сум­марной массы нуклонов, из которых оно построено. Эта разность и называется дефектом массы.

Дефект массы тем больше, чем сильнее взаимодействуют ну­клоны в ядре, чем ближе они друг к другу, чем плотнее «упако­вано" ядро. Пример: определим дефект массы для ядра гелия:

m_p= 1,008 а. е. м.; m_n= 1, 009 а. е. м.; 2 m_p + 2 m_n = 4,034 а. е. м. В то же время известно, что масса «построенного» ядра гелия, су­ществующего в (Природе, равна 4, 003 а.е.м. Таким образом, при «составлении» ядра образовался «дефект» массы , равный = 4,034—4,003=0,031 а. е. м. Следовательно, при образова­нии ядра гелия выделяется и передается окружающей среде масса, равная 0,031 а. е. м. По выделившейся массе и определяется выде­лившаяся энергия. Так как 1 а. е. м. равна 1.66^.10^-27 кг, то убыль массы в килограммах составит

= 0,031 • 1.66 • 10-²⁷ = 51 • 10-²⁴ кг. Согласно закону Эйнштейна, при этом выделится энергия

E=mc²=51•10-²⁴•9•10¹⁶=46•10^-13 Дж==28 МэВ.

Эта энергия связи выделяется при образовании ядра гелия из четырех свободных нуклонов. При образовании 1 кг гелия выделилось бы около 68•10¹² кгм (килограммометров) энергии, что со­ставляет около 190миллионов киловатт-часов.

Подобный синтез ядер гелия из элементарных частиц типа протона действительно практически возможен при высоких темпе­ратурах, измеряемых миллионами градусов. Аналогичным обра­зом можно рассчитать энергию связи любого ядра и любого количества того или иного элемента. Для того, чтобы по энергии связи можно было сравнивать взаимодействие нуклонов в ядрах атомов различных элементов, вводят понятие удельной энергии связи.

Удельной (средней) энергией связи называется энергия, при­ходящаяся на одну ядерную частицу (нуклон). Удельная энергия связи, приходящаяся на одну ядерную частицу, составляет для гелия приблизительно 7 МэВ. Для разных ядер эта энергия имеет различную величину. На рис. 1.4 представлена кривая зависимости удельной энергии связи в функции массового числа элемента. Эта кривая дает наглядное представление об относительной устойчи­вости (прочности) атомных ядер. Чем больше взаимодействие между нуклонами, тем прочнее ядро и тем больше энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Энергия связи протона ¹₁Н равна

нулю. У других лёгких ядер имеются максимумы при А = 4 (ге­лий ²₂Не), А = 8 (бериллии ⁸₄Ве), А = 12 (углерод ¹²₆С) и т. д. Наи­большее значение Е/А = 8,75 МэВ соответствует ядрам атомов с массовым числом, близким к 60. Для ядер атомов среднего веса (А = 120) отношение Е/А = 8,6 МэВ. Для тяжелых ядер урана ²³⁸₉₂ U Е/А = 7,5 МэВ.

Рис. 1.4. Зависимость удельной энергии связи (Е/А) от массового числа А

Следовательно, ядра атомов, расположенных в начале и в кон­це периодической системы, имеют меньшую энергию связи по сравнению с ядрами атомов, расположенных в середине периоди­ческой системы. Для многих ядер удельная энергия связи близка к 8 МэВ. Это означает, что полная энергия связи этих ядер прибли­зительно прямо пропорциональна массовому числу, т. е. числу нуклонов в ядре. Этот факт подтверждает высказанное выше положение о том, что каждый нуклон в ядре взаимодействует лишь с ближайшими своими соседями. Если бы нуклон взаимодействовал со всеми другими нуклонами ядра, то полная анергия связи росла бы, по крайней мере, пропорционально квадрату массового числа.

Иногда удельную энергию связи рассчитывают не на нуклон, а на килограмм данного вещества. В этом случае необходимо пол­ную энергию связи ядра умножить на число атомов, содержащих­ся в одном килограмме данного вещества. Число же атомов в ки­лограмме любого элемента равно числу Авогадро (6,02^. 10²⁶), де­ленному на атомный вес этого элемента.

Например: у гелия в одном килограмме содержится атомов. Полная энергия связи ядра ⁴₂Не составляет 46*10^-13 Дж. Удельная энергия связи гелия равна 6,9*10¹⁴ Дж/кг. Такое колоссальное количество тепла выделилось бы, если бы дам удалось синтезировать килограмм гелия из протонов и нейтронов. Рассчитанная подобным образом и для других элементов энергия связи на килограмм вещества отложена по оси координат (рис. 2.4).

Кривая Е/А в функции А (см. рис. 1.4) указывает возможные пути освобождения внутриядерной энергии. Для освобождения ядерной энергии совсем не обязательно осуществлять синтез ядер из протонов и нейтронов. Выделения внутриядерной энергии мож­но достичь, превращая какие-либо ядра в ядра другого химичес­кого элемента, обладающие большой устойчивостью и имеющие соответственно большую энергию связи. При таком превращении выделится энергия, равная разности энергий связи конечных и исходных ядер. Из кривой рис. 1.4 видно, что удельная энергия связи ²³⁵₉₂U составляет около 7,24- 10¹⁴ Дж/кг. С другой стороны, удельная энергия связи для элементов среднего веса (олово и др.) составляет приблизительно 8,12*10¹⁴ Дж/кг. Если же осуществ­лять ядерную реакцию, в которой ядра олова и соседних с ним элементов будут образовываться :не из протонов и дейтронов, а пу­тем деления более тяжелых ядер урана, то при этом будет выде­ляться около 0,87-Ю¹⁴ Дж на каждый килограмм вещества или 1 МэВ на каждую ядерную частицу (200 Мэв на одно деление). Реакция же соединения ядер среднего веса в ядра урана потребует затраты такого же количества энергии и поэтому не годится для получения ее. Второй путь выделения внутриядерной энергии включается в использовании реакции соединения очень легких ядер в более тяжелые ядра. Чем легче соединяющиеся ядра, тем больше энергии может быть получено при таких превращениях (реакциях). Рассмотрим, например, возможную реакцию слияния ядер дейтерия и трития, в результате которой получается ядро гелия и один свободный нейтрон. Соответственно тому, что атомный вес дейтерия равен двум, а трития — трем, в этой реакции из 2 кг дейтерия и 3 кг трития образуется 4 кг гелия и 1 кг нейтронов. При этом выделяется около 4,18*10¹⁴ Дж энергии на каждый ки­лограмм гелия. Действительно, удельная энергия связи, как это видно из кривой Е/А, для дейтерия равна 1,04 • 10¹⁴ Дж/кг, а для трития — 2,67 • 10¹⁴ Дж/кг.

Таким образом, энергия, выделяющаяся при образовании 2 кг дейтерия и 3 кг трития, составит 1,04*2 + 2,67*3 = 10,1 • 10¹⁴ Дж. Удельная энергия связи для гелия равна 6,9- 10¹⁴ Дж/кг.

Следовательно, при образовании 4 кг гелия из протонов и ней­тронов выделится 6,9*10¹⁴ • 4 = 27,6*10¹⁴ Дж. В случае же обра­зования гелия из дейтерия и трития выделится 27,6*10¹⁴ —10,1 • 10¹⁴= 17,5*10¹⁴ Дж, что и дает около 4,18 • 10¹⁴ Дж на каждый кг гелия.

В рассмотренных выше способах, которые являются основны­ми, получение внутриядерной энергии осуществляется за счет:

— реакции синтеза ядер из элементарный частиц;

— реакции соединения легких атомных ядер в ядра среднего веса с энергией связи ~8,6 МэВ на частицу;

— реакция деления тяжелых ядер на ядра среднего веса.

В обоих последних случаях выделяется энергия, равная раз­ности энергий связи конечных и исходных ядер. Помимо этого, можно использовать также местные изменения удельной энергии связи между легкими ядрами. Если, например, ядра лития ⁷₃Li, у которого энергия связи 5,6 МэВ/нуклон превращаются в ядра со­седнего гелия ⁴₂Не, то при этом будет выделяться около 1,4 Мэв на каждый нуклон, что в пересчете на единицу массы вещества дает значительное количество энергии порядка 3,34*10¹⁴ Дж/кг.

Энергия, выделяющаяся при образовании атомных ядер из «элементарных» частиц и при всяких иных превращениях атомных ядер, называется атомной энергией или ядерной энергией.

Превращения атомных ядер одного химического элемента в ядра какого-либо другого элемента называются ядерными реак­циями.