Отличие ядерных реакций от химических. Чем отличается атомная бомба от термоядерной. «Малыш»: черный юмор или цинизм дяди Сэма

Согласно сообщениям новостей, Северная Корея угрожает протестировать водородную бомбу над Тихим океаном. В ответ президент Трамп назначает новые санкции для частных лиц, компаний и банков, которые ведут бизнес с страной.

«Я думаю, что это может быть испытание водородной бомбы на беспрецедентном уровне, возможно, над Тихоокеанским регионом», — сказал на этой неделе в ходе встречи на Генеральной Ассамблее Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке министр иностранных дел Северной Кореи Ри Йонг Хо. Ри добавил, что «это зависит от нашего лидера».

Атомная и водородная бомба: отличия

Водородные бомбы или термоядерные бомбы являются более мощными, чем атомные или «делящие» бомбы. Отличия между водородными бомбами и атомными бомбами начинается с атомного уровня.

Атомные бомбы, как и те, которые использовались для опустошения японских городов Нагасаки и Хиросимы во время Второй мировой войны, работают путем расщепления ядра атома. Когда нейтроны или нейтральные частицы ядра расщепляются, некоторые попадают в ядра соседних атомов, разделяя их тоже. Результатом является очень взрывная цепная реакция. По данным Союза ученых, бомбы упали на Хиросиму и Нагасаки с мощностью 15 килотонн и 20 килотонн т.э.

Напротив, первое испытание термоядерного оружия или водородной бомбы в Соединенных Штатах в ноябре 1952 года привело к взрыву порядка 10 000 килотонн тротила. Термоядерные бомбы начинаются с той же реакции деления, которая управляет атомными бомбами, — но большая часть урана или плутония в атомных бомбах фактически не используется. В термоядерной бомбе дополнительный шаг означает, что появляется больше взрывной мощности бомбы.

Во-первых, воспламеняющийся взрыв сжимает сферу плутония-239, материал, который затем будет делиться. Внутри этой ямы плутония-239 находится камера газообразного водорода. Высокие температуры и давления, создаваемые делением плутония-239, заставляют атомы водорода сливаться. Этот процесс синтеза высвобождает нейтроны, которые возвращаются в плутоний-239, расщепляя больше атомов и усиливая цепную реакцию деления.

Смотрите видео: Атомная и водородная бомбы,какая мощнее? И в чём их отличие?

Ядерные испытания

Правительства во всем мире используют глобальные системы мониторинга для обнаружения ядерных испытаний в рамках усилий по обеспечению соблюдения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года. Есть 183 участника этого договора, но он не действует, поскольку ключевые страны, включая Соединенные Штаты, не ратифицировали его.

С 1996 года Пакистан, Индия и Северная Корея провели ядерные испытания. Тем не менее в договоре была введена система сейсмического мониторинга, которая может отличать ядерный взрыв от землетрясения. Международная система мониторинга также включает в себя станции, которые обнаруживают инфразвук — звук, частота которого слишком низкая для ушей человека для обнаружения взрывов. Восемьдесят станций радионуклидного мониторинга по всему миру измеряют атмосферные осадки, которые могут доказать, что взрыв, обнаруженный другими системами мониторинга, был по сути ядерным.

На вопрос Чем отличаются ядерные реакции от химических? заданный автором Ёабзали Давлатов лучший ответ это Химические реакции происходят на молекулярном уровне, а ядерные- на атомарном.

Ответ от Боевое Яйцо [гуру]
При химических реакциях одни вещества превращаются в другие, но превращения одних атомов в другие не происходит. При ядерных реакциях происходит превращение атомов одних химических элементов в другие.

Ответ от Zvagelski michael-michka [гуру]
Ядерная реакция. - процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом, часто приводящий к выделению колоссального количества энергии. Спонтанные (происходящие без воздействия налетающих частиц) процессы в ядрах - например, радиоактивный распад - обычно не относят к ядерным реакциям. Для осуществления реакции между двумя или несколькими частицами необходимо, чтобы взаимодействующие частицы (ядра) сблизились на расстояние порядка 10 в минус 13 степени см, то есть характерного радиуса действия ядерных сил. Ядерные реакции могут происходить как с выделением, так и с поглощением энергии. Реакции первого типа, экзотермические, служат основой ядерной энергетики и являются источником энергии звёзд. Реакции, идущие с поглощением энергии (эндотермические) , могут происходить только при условии, что кинетическая энергия сталкивающихся частиц (в системе центра масс) выше определённой величины (порога реакции) .

Химическая реакция. - превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции) - химические соединения. В отличии от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число атомов в реагирующей системе, а также изотопный состав химических элементов.
Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ) , действии света (фотохимические реакции) , электрического тока (электродные процессы) , ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции) , механического воздействия (механохимические реакции) , в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Превращение частиц (атомов, молекул) осуществляется при условии, что они обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, разделяющего исходное и конечное состояния системы (Энергия активации) .
Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.

Природа развивается в динамике, живое и инертное вещество непрерывно проходит процессы трансформации. Наиболее важными преобразованиями являются те, которые влияют на состав вещества. Формирование пород, химическая эрозия, рождение планеты или дыхание млекопитающих все это наблюдаемые процессы, влекущие за собой изменения других веществ. Несмотря на различия, все они составляют нечто общее: изменения на молекулярном уровне.

В ходе химических реакций элементы не теряют свою идентичность. В этих реакциях участвуют только электроны внешней оболочки атомов, в то время как ядра атомов остаются неизменными.
Реакционная способность элемента к химической реакции зависит от степени окисления элемента. В обычных химических реакциях Ра и Ра 2+ ведут себя совершенно по-разному.
Различные изотопы элемента имеют почти такую же химическую реакционную способность.
Скорость химической реакции в значительной степени зависит от температуры и давления.
Химическая реакция может быть отменена.
Химические реакции сопровождаются относительно небольшими изменениями энергии.

Ядерные реакции

В ходе ядерных реакций, ядра атомов претерпевают изменения и, следовательно, в результате образуются новые элементы.
Реакционная способность элемента к ядерной реакции практически не зависит от степени окисления элемента. Например, Ra или Ra 2+ ионов в Ка С 2 ведут себя аналогичным образом при ядерных реакциях.
В ядерных реакциях, изотопы ведут себя совершенно по-разному. Например, U-235 подвергается делению спокойно и легко, но U-238 этого не делает.
Скорость ядерной реакции не зависит от температуры и давления.
Ядерная реакция не может быть отменена.
Ядерные реакции сопровождаются большими изменениями энергии.

Разница между химической и ядерной энергией

Потенциальная энергия, которая может быть преобразована в другие формы в первую очередь тепла и света когда образуются связи.
Чем сильнее связь, тем больше преобразованная химическая энергия.

Ядерная энергия не связана с образованием химических связей (которые обусловлены взаимодействием электронов)
Может быть преобразована в другие формы, когда происходит изменение в ядре атома.

Ядерное изменение происходит во всех трех основных процессах:

Расщепление ядра
Соединение двух ядер, чтобы сформировать новое ядро.
Высвобождение высокой энергии электромагнитного излучения (гамма-излучение), создавая более стабильную версию того же ядра.

Сравнение преобразования энергии

Количество освобожденной химической энергии (или преобразованной) в химическом взрыве составляет:

5кДж на каждый грамм тротила
Количество ядерной энергии в выпущенной атомной бомбе: 100млн кДж на каждый грамм урана или плутония

Одно из основных отличий между ядерной и химической реакцией связано с тем, как реакция происходит в атоме. В то время как ядерная реакция происходит в ядре атома, электроны в атоме отвечают за происходящую химическую реакцию.

Химические реакции включают:

Передачи
Потери
Усиление
Разделение электронов

Согласно теории атома материи объясняются в результате перегруппировки, чтобы дать новые молекулы. Вещества, участвующие в химической реакции и пропорции, в которых они образуются, выражаются в соответствующих химических уравнениях, лежащих в основе для выполнения различных видов химических расчетов.

Ядерные реакции отвечают за распад ядра и не имеют ничего общего с электронами. Когда ядро распадается, оно может перейти к другому атому, из-за потери нейтронов или протонов. В ядерной реакции, протоны и нейтроны взаимодействуют внутри ядра. В химических реакциях электроны реагируют вне ядра.

Результатом ядерной реакции можно назвать какое-либо деление или слияния. Новый элемент образуется из-за действия протона или нейтрона. В результате химической реакции, вещество, изменяется на одно или более веществ из-за действия электронов. Новый элемент образуется из-за действия протона или нейтрона.

При сравнении энергии, химическая реакция включает в себя только низкое изменение энергии, тогда как ядерная реакция имеет изменение очень высокой энергии. В ядерной реакции, энергетические изменения величины 10 ^ 8 кДж. Это 10 — 10 ^ 3 кДж / моль в химических реакциях.

В то время как одни элементы преобразуются в другие в ядерной, число атомов остается неизменным в химических. В ядерной реакции, изотопы реагируют по-разному. Но в результате химической реакции, изотопы также вступают в реакцию.

Хотя ядерная реакция не зависит от химических соединений, химическая реакция, в значительной степени зависит от химических соединений.

Резюме

Химические реакции охватывают – передачи, потери, усиление и разделение электронов, не вовлекая в процесс ядро. Ядерные реакции включают распад ядра и не имеют ничего общего с электронами.
В ядерной реакции, протоны и нейтроны реагируют внутри ядра, в химических реакциях электроны взаимодействуют вне ядра.
При сравнении энергий химическая реакция использует только низкое изменение энергии, тогда как ядерная реакция имеет изменение очень высокой энергии.

Для точного ответа на вопрос придётся серьёзно углубиться в такую отрасль человеческого знания, как ядерная физика — и разобраться с ядерно-/термоядерными реакциями.

Изотопы

Из курса общей химии мы помним, что материя вокруг состоит из атомов разных «сортов», причём их «сортность» определяет, как именно они будут вести себя в химреакциях. Физика добавляет, что происходит это по причине тонкого строения атомного ядра: внутри ядра находятся протоны и нейтроны, его формирующие — а вокруг по «орбитам» безостановочно «носятся» электроны. Протоны обеспечивают положительный заряд ядра, а электроны — отрицательный, его компенсирующий, из-за чего атом обычно электронейтрален.

С химической точки зрения «функция» нейтронов сводится к тому, чтобы «разбавить» единообразие ядер одного «сорта» ядрами с несколько различающейся массой, поскольку на химические свойства повлияет лишь заряд ядра (через число электронов, за счёт которых атом может образовывать химсвязи с другими атомами). С точки же зрения физики нейтроны (как и протоны) участвуют в сохранении атомных ядер за счёт специальных и очень мощных ядерных сил — в противном бы случае ядро атома мгновенно разлетелось бы из-за кулоновского отталкивания одноимённо заряженных протонов. Именно нейтроны позволяют существовать изотопам: ядрам с одинаковыми зарядами (то есть идентичными химсвойствами), но при этом отличным по массе.

Важно, что создавать ядра из протонов/нейтронов произвольным образом нельзя: есть их «магические» комбинации (на самом деле магии тут нет никакой, просто физики условились так называть особенно энергетически выгодные ансамбли из нейтронов/протонов), которые невероятно стабильны — но «отходя» от них всё дальше можно получить радиоактивные ядра, которые «разваливаются» сами собой (чем дальше они отстоят от «магических» комбинаций — тем их распад вероятнее со временем).

Нуклеосинтез

Чуть выше выяснилось, что согласно определённым правилам можно «конструировать» атомные ядра, создавая из протонов/нейтронов всё более тяжёлые. Тонкость же в том, что процесс этот энергетически выгоден (то есть протекает с выделением энергии) лишь до определённого предела, после чего на создание всё более тяжёлых ядер требуется потратить больше энергии чем выделяется при их синтезе, а сами они становится весьма неустойчивыми. В природе этот процесс (нуклеосинтез) идёт в звёздах, где чудовищные давления и температуры «утрамбовывают» ядра так плотно, что некоторая их часть сливается, образуя более тяжёлые и выделяя энергию, за счёт которой звезда светит.

Условная «граница эффективности» проходит по синтезу ядер железа: синтез более тяжёлых ядер энергозатратен и железо в итоге «убивает» звезду, а более тяжёлые ядра образуется либо в следовых количествах из-за захвата протонов/нейтронов, либо массово в момент гибели звезды в виде катастрофической вспышки сверхновой, когда потоки излучений достигают поистине чудовищных величин (одной световой энергии в момент вспышки типичная сверхновая выделяет столько, сколько наше Солнце за примерно миллиард лет своего существования!)

Ядерные/термоядерные реакции

Итак, теперь уже можно дать необходимые определения:

Термоядерная реакция (она же реакция синтеза или по-английски nuclear fusion ) — такой вид ядерной реакции, где более лёгкие ядра атомов за счёт энергии их кинетического движения (тепла) сливаются в более тяжёлые.

Ядерная реакция деления (она же реакция распада или по-английски nuclear fission ) — такой вид ядерной реакции, где ядра атомов спонтанно либо под действием частицы «снаружи» распадаются на осколки (обычно две-три более лёгкие частицы либо ядра).

В принципе, в обеих типах реакций высвобождается энергия: в первом случае из-за прямой энергетической выгодности процесса, а во втором — высвобождается та энергия, которая во время «смерти» звезды потратилась на возникновение атомов тяжелее железа.

Сущностное отличие ядерной и термоядерной бомб

Ядерной (атомной) бомбой принято называть такое устройство взрывного типа, где основная доля высвобождаемой энергии при взрыве выделяется за счёт ядерной реакции деления, а водородной (термоядерной) — такое, где основная доля энергии произведена посредством реакции термоядерного синтеза. Бомба атомная — синоним бомбы ядерной, бомба водородная — термоядерной.

В СМИ часто можно услышать громкие слова о ядерном оружии, но очень редко уточняется разрушительная способность того или иного взрывного заряда, поэтому как правило в один ряд ставятся термоядерные боеголовки мощностью в несколько мегатонн и атомные бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки в конце второй мировой войны, мощность которых составляла всего от 15 до 20 килотонн, то есть в тысячу раз меньше. Что же стоит за этим колоссальным разрывом в разрушительной способности видов ядерного оружия?

Стоит за этим разная технология и принцип заряда. Если устаревшие «атомные бомбы», вроде тех, что были сброшены на Японию, работают на чистом делении ядер тяжелых металлов, то термоядерные заряды представляют из себя «бомбу в бомбе», наибольшее действие которой создает синтез гелия, а распад ядер тяжелых элементов является лишь детонатором этого синтеза.

Немного физики: тяжелые металлы – это чаще всего или уран с высоким содержанием изотопа 235 или плутоний 239. Они радиоактивны и их ядра не стабильны. Когда концентрация таких материалов в одном месте резко возрастает до определенного порога, происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, когда нестабильные ядра, разрушаясь на части, провоцируют такой же распад соседних ядер своими осколками. При этом распаде выделяется энергия. Много энергии. Так работают взрывные заряды атомных бомб, а также ядерные реакторы АЭС.

Что касается термоядерной реакции или термоядерного взрыва, то там ключевое место отводится совсем иному процессу, а именно – синтезу гелия. При высоких температурах и давлении происходит так, что сталкиваясь, ядра водорода слипаются, создавая из себя более тяжелый элемент – гелий. При этом также выделяется огромное количество энергии, чему свидетельство – наше Солнце, где постоянно происходит этот синтез. В чем преимущества термоядерной реакции:

Во-первых, нет ограничения в возможной мощности взрыва, ведь он зависит исключительно от количества материала, из которого осуществляется синтез (чаще всего в качестве такого материала используют дейтерид лития).

Во-вторых, нет продуктов радиоактивного распада, то есть тех самых осколков ядер тяжелых элементов, что существенно снижает радиоактивное загрязнение.

Ну и в третьих, нет тех колоссальных сложностей в производстве взрывного материала, как в случае с ураном и плутонием.

Есть, правда, минус: требуется огромная температура и невероятное давление для начала такого синтеза. Вот для создания этого давления и жара, как раз требуется детонирующий заряд, работающий по принципу обыкновенного распада тяжелых элементов.

В заключении хочется сказать, что создание той или иной страной взрывного ядерного заряда чаще всего означает маломощную «атомную бомбу», а не действительно страшную и способную стереть с лица земли большой мегаполис термоядерную.