Наземные ядерные силы
Наземные ядерные силы
Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных).
Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10 –15 м. Длина (1,5 – 2,2)·10 –15 м называется радиусом действия ядерных сил.
Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов – протонного или нейтронного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи зеркальных ядер. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов другом. Например, ядра гелия 
и тяжелого водорода – трития 
. Энергии связи этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ.
Разность энергий связи ядер, равная 0,77 МэВ, соответствует энергии кулоновского отталкивания двух протонов в ядре . Полагая эту величину равной 
, можно найти, что среднее расстояние r между протонами в ядре равно 1,9·10 –15 м, что согласуется с величиной радиуса ядерных сил.
Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Именно поэтому наблюдается линейная зависимость энергий связи ядер от их массовых чисел A. Практически полное насыщение ядерных сил достигается у α-частицы, которая является очень устойчивым образованием.
Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Это подтверждается различным характером рассеяния нейтронов молекулами орто- и параводорода. В молекуле ортоводорода спины обоих протонов параллельны друг другу, а в молекуле параводорода они антипараллельны. Опыты показали, что рассеяние нейтронов на параводороде в 30 раз превышает рассеяние на ортоводороде. Ядерные силы не являются центральными.
Итак, перечислим общие свойства ядерных сил:
· малый радиус действия ядерных сил (R
· большая величина ядерного потенциала U
· зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц;
· тензорный характер взаимодействия нуклонов;
· ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы);
· ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения;
· зарядовая независимость ядерных сил;
· обменный характер ядерного взаимодействия;
· притяжение между нуклонами на больших расстояниях (r > 1 Фм), сменяется отталкиванием на малых (r
ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
– силы взаимодействия между нуклонами; обеспечивают большую величину энергии связи ядер по сравнению с др. системами. Я. с. являются наиб. важным и распространённым примером сильного взаимодействия (СВ). Когда-то эти понятия были синонимами и сам термин “сильное взаимодействие” был введён для подчёркивания огромной величины Я. с. по сравнению с др. известными в природе силами: эл.-магн., слабыми, гравитационными. После открытия p-,r– идр. мезонов, гиперо-нов и др. адронов термин “сильное взаимодействие” стали применять в более широком смысле – как взаимодействие адронов. В 1970-х гг. квантовая хромодинамика (КХД) утвердилась как общепризнанная микроскопич. теория СВ. Согласно этой теории, адроны являются составными частицами, состоящими из кварков и глюонов, а под СВ стали понимать взаимодействие этих фундам. частиц.
С др. стороны, Я. с. как силы взаимодействия между нуклонами включают не только СВ, но и эл.-магн., слабое и гравитац. взаимодействия нуклонов. С точки зрения совр. теории, эл.-магн. и слабое взаимодействия являются проявлениями одного, более фундаментального, электрослабого взаимодействия. Однако при тех пространственно-временных масштабах (
10 -23 с), с к-рыми обычно имеют дело в атомных ядрах, единая природа эл.-магн. и слабых сил практически не проявляется и их можно рассматривать как независимые. Эти взаимодействия, будучи гораздо слабее СВ, в большинстве ядерных процессов малосущественны, но возможны ситуации, когда их роль становится определяющей. Так, эл.-магн. взаимодействие (наиб. существ. часть к-рого – кулоновское отталкивание между протонами), в отличие от СВ, является дальнодействующим. Поэтому обусловленная им положит. кулоновская энергия ядра растёт с увеличением числа частиц А в ядре быстрее, чем отрицат. часть ядерной энергии, обусловленная СВ. В результате тяжёлые ядра становятся при больших А нестабильными – сначала по отношению к делению (см. Деление ядер), а затем и абсолютно нестабильными. Со слабым взаимодействием нуклонов связано такое явление, как несохранение чётности в нуклон-нуклонном рассеянии и в др. ядерных явлениях (см. Несохранение чётности в ядрах). Гравитац. силы, действующие между нуклонами, пренебрежимо малы во всех ядерных явлениях и существенны только в астрофиз. условиях (см. Нейтронные звёзды).
Основой Я. с. является сильное взаимодействие нуклонов. Сильное взаимодействие нуклонов в ядрах отличается от взаимодействия свободных нуклонов, однако последнее является фундаментом, на к-ром строится вся ядерная физика и теория Я. с. Это взаимодействие обладает изотопической инвариантностью. Суть её в том, что взаимодействие между 2 нейтронами, 2 протонами или между протоном и нейтроном в одинаковых квантовых состояниях одинаково. Поэтому можно говорить о взаимодействии между нуклонами, не уточняя, о каких нуклонах идёт речь (см. также Изотопическая инвариантность ядерных сил). Я. с. являются короткодействующими (радиус их действия
10 -13 см) и обладают свойством насыщения, к-рое заключается в том, что с увеличением числа нуклонов в ядре уд. энергия связи нуклонов остаётся примерно постоянной (рис. 1). Это приводит к возможности существования ядерной материи.
Поскольку нуклоны в ядре движутся, как правило, со сравнительно небольшими скоростями (в 3-4 раза меньше скорости света), то для построения модели СВ нуклонов в ядрах можно пользоваться нерелятивистской теорией и приближённо описывать его потенциалом, к-рый является ф-цией расстояния r между нуклонами. В отличие от кулоновского и гравитац. потенциалов, обратно пропорциональных расстоянию, потенциал Я. с. зависит от r гораздо сложнее. Кроме того, потенциал Я. с. зависит от спинов нуклонов и орбитального момента L относительного движения нуклонов.
Нерелятивистский потенциал Я. с. содержит неск. компонентов: центральный VC, тензорный VT, спин-орбитальный VLS и квадратичный спин-орбитальный потенциал VLL. Наиб. важный из них – центральный – является комбинацией сильного отталкивания на малых расстояниях (т.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Ядерные силы США и России: Кто круче в 2019 – 2020 году? Подробный разбор
Государственный департамент США опубликовал данные СНВ по состоянию на 1 марта 2019 года. Россия заявила, что развернула 1461 боеголовок и 524 носителя. Общее количество перевозчиков, включая неразвернутых, составляет 760. В сентябре 2018 года эти показатели составили 1420, 517 и 775 соответственно. Стратегический ядерный арсенал США состоял из 1365 боеголовок, 656 дислоцированных и 800 полных носителей в марте 2019 года (1398, 659 и 800 в сентябре 2018 года).
Через несколько лет потолки СНВ (1550/800/700) ограничат Россию больше, чем американцев. Согласно докладу комитета Конгресса, опубликованному 1 ноября 2017 года, модернизация и поддержание ядерного арсенала в ближайшие 30 лет обойдутся США в 1,2 триллиона долларов. Военно-воздушные силы хотят сосредоточить основные исследования и разработки на системах нападения, в частности на разработку стратегического бомбардировщика B-21 и межконтинентальных баллистических ракет наземного базирования ( GBSD ) для замены бомбардировщиков B-1B, B-2 и МБР Minutemen III.
ВМС США работают над созданием атомных подводных лодок с баллистическими ракетами ПЛАРБ ( SSBN ) под кодовым названием SSBN-X . В 2016 году проект был назван в честь головной ПЛ SSBN Columbia (бортовой номер SSBN-826). Серия из 12 ПЛАРБ должна заменить 14 действующих подводных лодок класса Огайо. Пентагон уделяет большое внимание именно эти программам.
Выход из договора по СНВ поможет России увеличить свои ядерные силы, в основном наземную составляющую РВСН. Итого мы сможем развернуть 46-50 пусковых установок тяжелой МБР «Сармат» РС-28 вместо 24.
Закуплены мобильные ракетные пусковые установки «Ярс» РС-24 , чтобы заменить стареющий советский Тополь. 39-я (Нижний Новгород) и 42-я (Нижний Тагил) ракетные дивизии (шесть полков по 54 ракеты РС-24) и 54-я дивизия (два полка из 18 РС-24 и два полка из 18 РС-12М1 Тополь-М) были полностью перевооружены новыми комплексами. 35-я и 7-я дивизии ждут своей очереди. 28-я ракетная дивизия в Козельске (два полка по 10 ракет) переходит на ракеты «Ярс» РС-24 шахтного базирования. Ожидается, что в 2021 году «Сармат» будет развернут в 13-м (Домбаровский, Ясная) и 62-м (Ужур-4, Солнечный) полках для замены ракеты «Воевода» Р-36М2. В настоящее время 13-я дивизия имеет три полка с 18 Р-36М2, а 62-я – четыре полка с 28 ракетами.
В марте 2018 года источник в министерстве обороны сообщил, что мобильные ракетные комплексы РС-26 « Рубеж » и « Баргузин » были исключены из программы вооружений до 2027 года. Вместо этого программа включает ракеты с боевым блоком «Авангард», которые более важны для национальных интересов.
Развертывание гиперзвукового « Авангарда » и тяжелой МБР «Сармат» , вероятно, будет связано с трудностями, по крайней мере, в первые годы. В программе вооружений на 2018–2027 гг. говорится, что два полка будут иметь по шесть ракет с «Авангардом». Итого 12 боевых блоков. Ракета УР-100Н (15А35) будет являться первым носителем «Авангарда» и сможет нести всего один блок, а «Сармат» уже три.
Ядерный институт ВНИИЭФ создал за десять лет три совершенно новых типа (для МБР и БРПЛ) боевых блоков малой, средней и высокой мощности – 150, 500 КТ и 2МТ.
По оценкам западных экспертов, в начале 2019 года российские РВСН имели 318 боевых ракетных комплексов пяти различных типов. МБР несут 1165 боеголовок. Силы состоят из трех армий: 27-й, 31-й и 33-й. Доля современных ракет в войсках составляет 82 процента.
Новый договор по СНВ, вероятно, обречен и станет историей в ближайшие годы..
Наземный компонент ядерных стратегических сил США состоит из 400 МБР « Минитмен III », которые являются частью трех ракетных крыльев стратегического авиационного командования (САК), похожих на российские дивизии. Каждый имеет 100 или 150 шахтных пусковых установок в двух или трех эскадронах по 50 МБР. У России есть новые ракеты, в то время как новейшей американской МБР 42 года. а самой старой 46 лет!.
Производство Minuteman III прекратилось в феврале 1977 года. Последние 19 ракет были выпущены в январе. Их производство в 1960-1977 годах составило 2423 единицы. В 1978 году САК решил модернизировать ракету, чтобы увеличить вероятность уничтожения укрепленных шахт новых советских ракет четвертого поколения. В 1979 году консультативный совет ВВС рекомендовал срочно модернизировать боеголовки Mk.12 и удвоить точность и мощность до уровня Mk.12A. Национальной лаборатории Лос-Аламоса, имеющей опыт разработки миниатюрных мощных боеголовок МБР, была поручена разработка термоядерного заряда. Продукт W-78 появился в 1974 году. Масса боеголовок увеличилась незначительно с 1150 до 1200 кг, но это сказалось на дальности. Она сократилась с 13 000 до 11 300 км, сделав таким образом, советские ракеты на юге страны неуязвимыми для минитменов.
В дальнейшем сроки эксплуатации американских ракет неоднократно продлевались и модернизировались, но все же это совсем уже устаревшие системы.
Итого, в настоящее время в Соединенных Штатах нет новых ракет или ядерных боеголовок даже на бумаге.
