Термоядрена бомба. Водородната бомба е модерно оръжие за масово унищожение
Термоядрени оръжия (водородна бомба)- вид ядрено оръжие, чиято разрушителна сила се основава на използването на енергията на реакцията на ядрен синтез на леки елементи в по-тежки (например синтез на едно ядро на атом на хелий от две ядра на деутерий атоми), което освобождава енергия.
Общо описание [ | ]
Термоядрено експлозивно устройство може да бъде изградено с помощта на течен деутерий или компресиран газообразен деутерий. Но появата на термоядрени оръжия стана възможна само благодарение на един вид литиев хидрид - литиев-6 деутерид. Това е комбинация от тежък изотоп на водорода - деутерий и изотоп на литий с масово число 6.
Литиев-6 деутерид е твърдо вещество, което ви позволява да съхранявате деутерий (чието обичайно състояние е в нормални условия- газ) при нормални условия и в допълнение вторият му компонент - литий-6 - е суровината за получаване на най-оскъдния изотоп на водорода - тритий. Всъщност 6 Li е единственият индустриален източник на тритий:
3 6 L i + 0 1 n → 1 3 H + 2 4 H e + E 1 .(\displaystyle ()_(3)^(6)\mathrm (Li) +()_(0)^(1)n\to ()_(1)^(3)\mathrm (H) +() _(2)^(4)\mathrm (Той) +E_(1).) Същата реакция протича в литиев-6 деутерид в термоядрено устройство, когато се облъчва с бързи неутрони; освободена енергияд 1 = 4,784 MeV Същата реакция протича в литиев-6 деутерид в термоядрено устройство, когато се облъчва с бързи неутрони; освободена енергия. Полученият тритий (3H) след това реагира с деутерий, освобождавайки енергия:
2 = 17,59 MeV1 3 H + 1 2 H → 2 4 H e + 0 1 n + E 2 , (\displaystyle ()_(1)^(3)\mathrm (H) +()_(1)^(2)\ mathrm (H) \to ()_(2)^(4)\mathrm (He) +()_(0)^(1)n+E_(2),)
Освен това се произвежда неутрон с кинетична енергия от най-малко 14,1 MeV, който може отново да инициира първата реакция на друго ядро от литий-6 или да причини делене на тежки уранови или плутониеви ядра в обвивка или да задейства с излъчване на няколко повече бързи неутрони. Ранните американски термоядрени боеприпаси също използват естествен литиев деутерид, който съдържа основно литиев изотоп с масово число 7. Той също така служи като източник на тритий, но за това неутроните, участващи в реакцията, трябва да имат енергия от 10 MeV или по-висока: реакцияп Ранните американски термоядрени боеприпаси също използват естествен литиев деутерид, който съдържа основно литиев изотоп с масово число 7. Той също така служи като източник на тритий, но за това неутроните, участващи в реакцията, трябва да имат енергия от 10 MeV или по-висока: реакция+ 7 Li → 3 H + 4 He +− 2,467 MeV
Термоядрена бомба, работеща на принципа на Телер-Улам, се състои от две степени: спусък и контейнер с термоядрено гориво.
Устройството, тествано от Съединените щати през 1952 г., всъщност не беше бомба, а лабораторен прототип, „3-етажна къща, пълна с течен деутерий“, направена под формата на специален дизайн. Съветските учени разработиха именно бомбата - цялостно устройство, подходящо за практическа военна употреба.
Най-голямата водородна бомба, детонирана някога, е съветската 58-мегатонна „Цар Бомба“, взривена на 30 октомври 1961 г. на полигона на архипелага Нова Земя. По-късно Никита Хрушчов публично се пошегува, че първоначалният план е бил да се взриви 100-мегатонна бомба, но зарядът е намален, „за да не се счупят всички стъкла в Москва“. Конструктивно бомбата наистина е проектирана за 100 мегатона и тази мощност може да се постигне чрез замяна на оловото с уран. Бомбата е била взривена на височина 4000 метра над полигона Нова Земля. Ударната вълна след взрива обиколи три пъти глобус. Въпреки успешния тест, бомбата не влезе в експлоатация; въпреки това създаването и тестването на супербомбата имаше голямо въздействие политическо значение, демонстрирайки, че СССР е решил проблема с постигането на почти всяко ниво на мегатонаж на своя ядрен арсенал.
САЩ [ | ]
Идеята за термоядрена бомба, инициирана от атомен заряд, е предложена от Енрико Ферми на неговия колега Едуард Телър през есента на 1941 г., в самото начало на проекта Манхатън. Телър посвещава голяма част от работата си по време на проекта Манхатън на работата по проекта за термоядрена бомба, като до известна степен пренебрегва самата атомна бомба. Фокусът му върху трудностите и позицията на „адвокат на дявола“ в дискусиите по проблемите принуждават Опенхаймер да отведе Телър и други „проблемни“ физици на страничната линия.
Първите важни и концептуални стъпки към осъществяването на проекта за синтез са направени от сътрудника на Телър Станислав Улам. За да започнете термо ядрен синтезУлам предложи термоядреното гориво да се компресира, преди да се нагрее, като се използват фактори от първичната реакция на делене и също така термоядреният заряд да се постави отделно от първичния ядрен компонент на бомбата. Тези предложения направиха възможно прехвърлянето на развитието термо ядрени оръжияна практическо ниво. Въз основа на това Телър предложи рентгеновите и гама лъчите, генерирани от първичната експлозия, да могат да прехвърлят достатъчно енергия към вторичния компонент, разположен в обща обвивка с първичния, за да извършат достатъчна имплозия (компресия), за да започнат термоядрена реакция . Телър и неговите поддръжници и опоненти по-късно обсъждат приноса на Улам към теорията, залегнала в основата на този механизъм.
Експлозия "Джордж"
През 1951 г. е извършена поредица от тестове под общото наименование Operation Greenhouse, по време на които са разработени въпроси за миниатюризация на ядрените заряди при увеличаване на тяхната мощност. Един от тестовете в тази серия беше експлозия с кодово име "Джордж", при която беше детонирано експериментално устройство, което представляваше ядрен заряд под формата на тор с малко количество течен водород, поставен в центъра. Основната част от мощността на експлозията беше получена именно благодарение на водородния синтез, което потвърди на практика общата концепция за двустепенни устройства.
"Еви Майк"
Скоро развитието на термоядрените оръжия в Съединените щати беше насочено към миниатюризиране на дизайна на Teller-Ulam, който можеше да бъде оборудван с междуконтинентални балистични ракети (ICBM) и балистични ракети, изстрелвани от подводници (SLBM). До 1960 г. са приети бойните глави W47 от мегатон клас, разположени на подводници, оборудвани с балистични ракети Polaris. Бойните глави имаха маса 320 kg и диаметър 50 cm. По-късните тестове показаха ниската надеждност на бойните глави, монтирани на ракетите Polaris, и необходимостта от техните модификации. До средата на 70-те години миниатюризацията на нови версии на бойни глави според дизайна на Teller-Ulam направи възможно поставянето на 10 или повече бойни глави в размерите на бойната глава на множество бойни глави (MIRV).
СССР [ | ]
Северна Корея [ | ]
През декември тази година KCNA разпространи изявление на севернокорейския лидер Ким Чен-ун, в което той съобщава, че Пхенян има свои водородна бомба
На 12 август 1953 г. в 7.30 сутринта на полигона в Семипалатинск е изпробвана първата съветска водородна бомба, която има служебното име „Продукт RDS-6c“. Това беше четвъртият опит на съветско ядрено оръжие.
Началото на първите работи по термоядрената програма в СССР датира от 1945 г. Тогава беше получена информация за провеждане на изследвания в САЩ по термоядрения проблем. Те са започнати по инициатива на американския физик Едуард Телър през 1942 г. Основата беше взета от концепцията на Телър за термоядрени оръжия, която в кръговете на съветските ядрени учени се наричаше „тръба“ - цилиндричен контейнер с течен деутерий, който трябваше да се нагрее от експлозията на иницииращо устройство като конвенционален атомна бомба. Едва през 1950 г. американците установиха, че „тръбата“ е безсмислена и продължиха да разработват други проекти. Но по това време съветските физици вече са разработили независимо друга концепция за термоядрени оръжия, която скоро - през 1953 г. - доведе до успех.
Алтернативен дизайн на водородна бомба е изобретен от Андрей Сахаров. Бомбата се основава на идеята за "пуф" и използването на литиев-6 деутерид. Разработен в KB-11 (днес това е град Саров, бивш Арзамас-16, Област Нижни Новгород) термоядреният заряд RDS-6s беше сферична система от слоеве уран и термоядрено гориво, заобиколени от химически експлозив.
За да се увеличи освобождаването на енергия от заряда, в дизайна му е използван тритий. Основната задача при създаването на такова оръжие беше да се използва енергията, освободена по време на експлозията на атомна бомба, за нагряване и запалване на тежък водород - деутерий, за извършване на термоядрени реакции с освобождаване на енергия, която може да се поддържа. За да се увеличи делът на „изгорял“ деутерий, Сахаров предложи да се заобиколи деутерият с обвивка от обикновен естествен уран, който трябваше да забави разширяването и най-важното - значително да увеличи плътността на деутерия. Феноменът на йонизационното компресиране на термоядреното гориво, което стана основата на първата съветска водородна бомба, все още се нарича "захаризация".
Въз основа на резултатите от работата по първата водородна бомба Андрей Сахаров получава званието Герой на социалистическия труд и лауреат на Сталинската награда.
„Продукт RDS-6s“ е направен под формата на транспортируема бомба с тегло 7 тона, която е поставена в бомбения люк на бомбардировач Ту-16. За сравнение, бомбата, създадена от американците, тежеше 54 тона и беше с размерите на триетажна къща.
За да се оцени разрушителният ефект на новата бомба, на полигона в Семипалатинск е построен град от промишлени и административни сгради. Общо на терена имаше 190 различни структури. В този тест за първи път са използвани вакуумни приемници на радиохимични проби, които автоматично се отварят под въздействието на ударна вълна. За тестване на RDS-6s бяха подготвени общо 500 различни измервателни, записващи и заснемащи устройства, монтирани в подземни каземати и издръжливи наземни конструкции. Авиационно техническо осигуряване на изпитанията - измерване на налягането на ударната вълна върху самолета във въздуха в момента на експлозията на продукта, вземане на проби от въздуха от радиоактивния облак и въздушно заснемане на района от спец. летателна единица. Бомбата е взривена дистанционно чрез подаване на сигнал от дистанционно управление, разположено в бункера.
Беше решено да се извърши експлозия на стоманена кула с височина 40 метра, зарядът беше разположен на височина 30 метра. Радиоактивната почва от предишни тестове беше отстранена на безопасно разстояние, специални конструкции бяха изградени на собствени места върху стари основи, а на 5 метра от кулата беше построен бункер за инсталиране на оборудване, разработено в Института по химическа физика на Академията на СССР. Науки, регистрирали термоядрени процеси.
Инсталиран на полето военна техникавсички клонове на армията. По време на тестовете всички експериментални конструкции в радиус до четири километра бяха унищожени. Експлозия на водородна бомба може напълно да унищожи град с диаметър 8 километра. Последствията за околната среда от експлозията бяха ужасяващи: първата експлозия представляваше 82% стронций-90 и 75% цезий-137.
Мощността на бомбата достига 400 килотона, 20 пъти повече от първата атомни бомбив САЩ и СССР.
Работата по създаването на водородната бомба се превърна в първата в света интелектуална „битка на разума“ в наистина глобален мащаб. Създаването на водородната бомба инициира появата на напълно нови научни направления - физиката на високотемпературната плазма, физиката на свръхвисоките енергийни плътности и физиката на аномалното налягане. За първи път в човешката история математическото моделиране беше използвано в голям мащаб.
Работата върху „продукта RDS-6s“ създаде научна и техническа основа, която след това беше използвана при разработването на несравнимо по-модерна водородна бомба от принципно нов тип - двустепенна водородна бомба.
Водородната бомба на дизайна на Сахаров не само се превърна в сериозен контрааргумент в политическата конфронтация между САЩ и СССР, но и послужи като причина за бързото развитие на съветската космонавтика през онези години. Беше след успех ядрени опитиОКБ Королев получи важна държавна задача да разработи междуконтинентална балистична ракета, която да достави създадения заряд до целта. Впоследствие ракетата, наречена „седем“, изстреля първия изкуствен спътник на Земята в космоса и именно на него стартира първият космонавт на планетата Юрий Гагарин.
Материалът е изготвен въз основа на информация от открити източници
Много от нашите читатели свързват водородната бомба с атомна, само че много по-мощна. Всъщност това е принципно ново оръжие, чието създаване е изисквало непропорционално големи интелектуални усилия и работи на принципно различни физически принципи.
"пуф"
Модерна бомба
Единственото общо нещо между атомната и водородната бомби е, че и двете освобождават колосална енергия, скрита в атомното ядро. Това може да стане по два начина: да се разделят тежки ядра, например уран или плутоний, на по-леки (реакция на делене) или да се принудят най-леките изотопи на водорода да се слеят (реакция на синтез). В резултат на двете реакции масата на получения материал винаги е по-малка от масата на първоначалните атоми. Но масата не може да изчезне безследно - тя се превръща в енергия според известната формула на Айнщайн E=mc2.
Атомна бомба
За да се създаде атомна бомба, необходимо и достатъчно условие е да се получи делящ се материал в достатъчно количество. Работата е доста трудоемка, но нискоинтелектуална, по-близка до минната индустрия, отколкото до високата наука. Основните ресурси за създаването на такива оръжия се изразходват за изграждането на гигантски уранови мини и заводи за обогатяване на уран. Доказателство за простотата на устройството е фактът, че между производството на плутония, необходим за първата бомба и първата съветска ядрена експлозия, е минал по-малко от месец.
Нека си припомним накратко принципа на действие на такава бомба, известен от училищния курс по физика. Тя се основава на свойството на урана и някои трансуранови елементи, например плутоний, да освобождават повече от един неутрон по време на разпадане. Тези елементи могат да се разпадат спонтанно или под въздействието на други неутрони.
Освободеният неутрон може да напусне радиоактивния материал или да се сблъска с друг атом, причинявайки друга реакция на делене. Когато се превиши определена концентрация на вещество (критична маса), броят на новородените неутрони, причиняващи по-нататъшно делене на атомното ядро, започва да надвишава броя на разпадащите се ядра. Броят на разпадащите се атоми започва да расте лавинообразно, раждайки нови неутрони, т.е. възниква верижна реакция. За уран-235 критичната маса е около 50 кг, за плутоний-239 - 5,6 кг. Тоест топка от плутоний с тегло малко по-малко от 5,6 кг е просто топло парче метал, а масата малко повече издържа само няколко наносекунди.
Действителното действие на бомбата е просто: вземаме две полукълба от уран или плутоний, всяко малко по-малко от критичната маса, поставяме ги на разстояние 45 см, покриваме ги с експлозиви и детонираме. Уранът или плутоният се синтероват в парче суперкритична маса и започва ядрена реакция. Всички. Има и друг начин да започнете ядрена реакция - да компресирате парче плутоний с мощна експлозия: разстоянието между атомите ще намалее и реакцията ще започне при по-ниска критична маса. Всички съвременни атомни детонатори работят на този принцип.
Проблемите с атомната бомба започват от момента, в който искаме да увеличим силата на експлозията. Простото увеличаване на делящия се материал не е достатъчно - веднага щом масата му достигне критична маса, той детонира. Бяха измислени различни гениални схеми, например да се направи бомба не от две части, а от много, което накара бомбата да започне да прилича на изкормен портокал и след това да се сглоби в едно цяло с един взрив, но все пак с мощност от над 100 килотона, проблемите станаха непреодолими.
H-бомба
Но горивото за термоядрен синтезняма критична маса. Тук Слънцето, пълно с термоядрено гориво, виси отгоре, вътре в него от милиарди години протича термоядрена реакция и нищо не експлодира. Освен това, по време на реакцията на синтез на, например, деутерий и тритий (тежък и свръхтежък изотоп на водорода), енергията се освобождава 4,2 пъти повече, отколкото при изгарянето на същата маса уран-235.
Създаването на атомната бомба е по-скоро експериментален, отколкото теоретичен процес. Създаването на водородна бомба изисква появата на напълно нови физически дисциплини: физиката на високотемпературната плазма и свръхвисокото налягане. Преди да се започне конструирането на бомба, беше необходимо да се разбере задълбочено природата на явленията, които се случват само в ядрото на звездите. Никакви експерименти не биха могли да помогнат тук - бяха само инструментите на изследователите теоретична физикаи висша математика. Не е случайно, че гигантска роля в разработването на термоядрени оръжия принадлежи на математиците: Улам, Тихонов, Самарски и др.
Класически супер
До края на 1945 г. Едуард Телър предлага първия дизайн на водородна бомба, наречен "класически супер". За да се създаде чудовищното налягане и температура, необходими за започване на реакцията на синтез, трябваше да се използва конвенционална атомна бомба. Самият „класически супер“ беше дълъг цилиндър, пълен с деутерий. Осигурена е и междинна камера за „запалване“ с деутерий-тритиева смес - реакцията на синтез на деутерий и тритий започва при по-ниско налягане. По аналогия с огъня, деутерият трябваше да играе ролята на дърва за огрев, смес от деутерий и тритий - чаша бензин, а атомна бомба - кибрит. Тази схема беше наречена „лула“ - вид пура с атомна запалка в единия край. Съветските физици започнаха да разработват водородната бомба по същата схема.
Въпреки това, математикът Станислав Улам, използвайки обикновена логаритмична линейка, доказа на Телър, че появата на реакция на синтез на чист деутерий в „супер“ едва ли е възможна и сместа ще изисква такова количество тритий, че за да го произведе, ще е необходимо на практика да се замрази производството на оръжеен плутоний в Съединените щати.
Бутер със захар
В средата на 1946 г. Телър предложи друг дизайн на водородна бомба - „будилника“. Състои се от редуващи се сферични слоеве от уран, деутерий и тритий. По време на ядрената експлозия на централния заряд на плутония се създават необходимото налягане и температура за започване на термоядрена реакция в други слоеве на бомбата. „Будилникът“ обаче изискваше атомен инициатор с висока мощност и Съединените щати (както и СССР) имаха проблеми с производството на оръжеен уран и плутоний.
През есента на 1948 г. Андрей Сахаров стигна до подобна схема. В Съветския съюз дизайнът се наричаше „слойка“. За СССР, който нямаше време да произведе оръжейни уран-235 и плутоний-239 в достатъчни количества, бутер пастата на Сахаров беше панацея. И ето защо.
В конвенционална атомна бомба естественият уран-238 е не само безполезен (неутронната енергия по време на разпада не е достатъчна, за да инициира делене), но и вреден, защото ненаситно абсорбира вторични неутрони, забавяйки верижна реакция. Следователно 90% от оръжейния уран се състои от изотопа уран-235. Въпреки това, неутроните, получени в резултат на термоядрен синтез, са 10 пъти по-енергични от неутроните на делене и естественият уран-238, облъчен с такива неутрони, започва да се дели отлично. Новата бомба направи възможно използването на уран-238, който преди беше смятан за отпадъчен продукт, като експлозив.
Акцентът на „бутер тестото“ на Сахаров също беше използването на бял дроб вместо остро дефицитния тритий кристално вещество— литиев деутерид 6LiD.
Както бе споменато по-горе, смес от деутерий и тритий се запалва много по-лесно от чистия деутерий. Тук обаче предимствата на трития свършват и остават само недостатъците: в нормално състояние тритият е газ, което създава трудности при съхранението; тритият е радиоактивен и се разпада на стабилен хелий-3, който активно изразходва така необходимите бързи неутрони, ограничавайки срока на годност на бомбата до няколко месеца.
Нерадиоактивният литиев деутрид, когато се облъчва с неутрони на бавно делене - последствията от експлозия на атомен предпазител - се превръща в тритий. По този начин излъчването на първичния атомна експлозиянезабавно произвежда достатъчно количество тритий за по-нататъшна термоядрена реакция, а деутерият първоначално присъства в литиевия деутерид.
Именно такава бомба, RDS-6s, беше успешно тествана на 12 август 1953 г. в кулата на полигона Семипалатинск. Мощността на експлозията е 400 килотона и все още се спори дали е истинска термоядрен взрив или свръхмощен атомен. В крайна сметка реакцията на термоядрен синтез в бутер пастата на Сахаров представлява не повече от 20% от общата мощност на заряда. Основният принос за експлозията беше реакцията на разпадане на уран-238, облъчен от бързи неутрони, благодарение на което RDS-6 откриха ерата на така наречените „мръсни“ бомби.
Факт е, че основното радиоактивно замърсяване идва от продуктите на разпадане (по-специално стронций-90 и цезий-137). По същество „бутер тестото“ на Сахаров беше гигантска атомна бомба, само леко подобрена от термоядрена реакция. Неслучайно само една експлозия на „бутер тесто“ произведе 82% от стронций-90 и 75% от цезий-137, които навлязоха в атмосферата през цялата история на полигона в Семипалатинск.
американски бомби
Американците обаче бяха първите, които взривиха водородната бомба. 1 ноември 1952 г. на атола Елугелаб в Тихия океанТермоядреното устройство Майк с мощност 10 мегатона беше успешно тествано. Би било трудно да се нарече бомба 74-тонно американско устройство. „Майк“ беше обемисто устройство с размерите на двуетажна къща, пълен с течен деутерий при температура близка до абсолютна нула(“Бутер тестото” на Сахаров беше напълно преносим продукт). Връхната точка на „Майк“ обаче не беше неговият размер, а гениалният принцип на компресиране на термоядрени експлозиви.
Нека припомним, че основната идея на водородната бомба е да създаде условия за синтез (свръхвисоко налягане и температура) чрез ядрен взрив. В схемата „пуф“ ядреният заряд се намира в центъра и следователно не толкова компресира деутерия, колкото го разпръсква навън - увеличаването на количеството термоядрен експлозив не води до увеличаване на мощността - просто не имат време да детонират. Точно това ограничава максималната мощност на тази схема - най-мощният "пуф" в света, Orange Herald, взривен от британците на 31 май 1957 г., дава само 720 килотона.
Би било идеално, ако можем да накараме атомния предпазител да избухне вътре, компресирайки термоядрения експлозив. Но как да стане това? Едуард Телър предложи гениална идея: термоядреното гориво да се компресира не с механична енергия и неутронен поток, а с излъчването на първичния атомен предпазител.
IN нов дизайнИницииращата атомна единица на Телър беше отделена от термоядрената единица. Когато атомният заряд се задейства, рентгеновото лъчение предшества ударната вълна и се разпространява по стените на цилиндричното тяло, изпарявайки се и превръщайки полиетиленовата вътрешна обвивка на тялото на бомбата в плазма. Плазмата от своя страна отново излъчва по-меки рентгенови лъчи, които се абсорбират от външните слоеве на вътрешния цилиндър от уран-238 - „тласкача“. Слоевете започнаха да се изпаряват експлозивно (това явление се нарича аблация). Горещата уранова плазма може да се сравни със свръхмощни струи ракетен двигател, чиято тяга е насочена вътре в цилиндъра с деутерий. Урановият цилиндър се срути, налягането и температурата на деутерия достигнаха критично ниво. Същото налягане компресира централната плутониева тръба до критична маса и тя детонира. Експлозията на плутониевия фитил притисна деутерия отвътре, като допълнително компресира и нагрява термоядрения експлозив, който детонира. Интензивен поток от неутрони разделя ядрата на уран-238 в „тласкача“, причинявайки реакция на вторичен разпад. Всичко това успя да се случи до момента, в който взривна вълнаот първичната ядрена експлозия достигна до термоядрения блок. Изчисляването на всички тези събития, случващи се за милиардни от секундата, изисква умствената сила на най-силните математици на планетата. Създателите на "Майк" изпитаха не ужас от 10-мегатонната експлозия, а неописуема наслада - те успяха не само да разберат процесите, които реален святда отидат само до ядрата на звездите, но и да тестват своите теории експериментално, като създадат своя собствена малка звезда на Земята.
браво
След като надминаха руснаците по красота на дизайна, американците не успяха да направят устройството си компактно: те използваха течен преохладен деутерий вместо прахообразния литиев деутерид на Сахаров. В Лос Аламос реагираха на „бутер тестото“ на Сахаров с известна завист: „вместо огромна крава с кофа сурово млякоРуснаците използват пакет мляко на прах. И двете страни обаче не успяха да скрият тайни една от друга. На 1 март 1954 г. близо до атола Бикини американците тестваха 15-мегатонна бомба „Браво“ с литиев деутерид, а на 22 ноември 1955 г. първата съветска двустепенна термоядрена бомба РДС-37 с мощност 1,7 мегатона избухна над полигона в Семипалатинск, разрушавайки почти половината от полигона. Оттогава дизайнът на термо ядрена бомбапретърпя незначителни промени (например се появи уранов екран между иницииращата бомба и основния заряд) и стана каноничен. И в света вече не са останали мащабни мистерии на природата, които биха могли да бъдат разрешени с такъв грандиозен експеримент. Може би раждането на свръхнова.
ВОДОРОДНА БОМБА
оръжие с голяма разрушителна сила (от порядъка на мегатони в тротилов еквивалент), чийто принцип на действие се основава на реакцията на термоядрен синтез на леки ядра. Източникът на енергията на експлозията са процеси, подобни на тези, протичащи на Слънцето и други звезди.
Термоядрени реакции.Вътрешността на Слънцето съдържа гигантско количество водород, който е в състояние на свръхвисока компресия при температура от прибл. 15 000 000 К. При такива високи температури и плътност на плазмата, водородните ядра изпитват постоянни сблъсъци едно с друго, някои от които завършват със сливането им и в крайна сметка образуването на по-тежки хелиеви ядра. Такива реакции, наречени термоядрен синтез, са придружени от освобождаване на огромно количество енергия. Според законите на физиката отделянето на енергия при термоядрения синтез се дължи на факта, че при образуването на по-тежко ядро част от масата на леките ядра, влизащи в неговия състав, се превръща в колосално количество енергия. Ето защо Слънцето, имайки гигантска маса, губи всеки ден в процеса на термоядрен синтез. 100 милиарда тона материя и освобождава енергия, благодарение на които животът на Земята стана възможен.
Изотопи на водорода.Водородният атом е най-простият от всички съществуващи атоми. Състои се от един протон, който е неговото ядро, около което се върти един електрон. Внимателните изследвания на водата (H2O) показват, че тя съдържа незначителни количества "тежка" вода, съдържаща "тежкия изотоп" на водорода - деутерий (2H). Ядрото на деутерия се състои от протон и неутрон - неутрална частица с маса, близка до протона. Има трети изотоп на водорода - тритий, чието ядро съдържа един протон и два неутрона. Тритият е нестабилен и претърпява спонтанен радиоактивен разпад, превръщайки се в изотоп на хелия. Следи от тритий са открити в земната атмосфера, където той се образува в резултат на взаимодействието на космическите лъчи с газовите молекули, изграждащи въздуха. Тритият се произвежда изкуствено в ядрен реактор чрез облъчване на изотопа литий-6 с поток от неутрони.
Разработване на водородната бомба.Предварителен теоретичен анализпоказаха, че термоядреният синтез се осъществява най-лесно в смес от деутерий и тритий. Вземайки това като основа,американски учени
В началото на 1950 г. те започнаха да изпълняват проекта за създаване на водородна бомба (HB). Първите тестове на модел на ядрено устройство са извършени на полигона Enewetak през пролетта на 1951 г.; термоядреният синтез е бил само частичен. Значителен успех беше постигнат на 1 ноември 1951 г. по време на тестването на масивно ядрено устройство, чиято експлозивна мощност беше 4e8 Mt в TNT еквивалент. Първата водородна авиационна бомба е взривена в СССР на 12 август 1953 г., а на 1 март 1954 г. американците детонират по-мощна (приблизително 15 Mt) авиационна бомба на атола Бикини. Оттогава и двете сили са извършили експлозии на модерни мегатонни оръжия. Експлозията в атола Бикини беше придружена от изпускане на големи количества радиоактивни вещества. Някои от тях паднаха на стотици километри от мястото на експлозията на японския риболовен кораб Lucky Dragon, а други покриха остров Ронгелап. Тъй като термоядреният синтез произвежда стабилен хелий, радиоактивността от експлозията на чиста водородна бомба не трябва да бъде повече от тази на атомен детонатор на термоядрена реакция. Въпреки това, в разглеждания случай, прогнозираните и действителните радиоактивни утайки се различават значително по количество и състав.Механизмът на действие на водородна бомба. Последователността на процесите, протичащи по време на експлозията на водородна бомба, може да бъде представена по следния начин. Първо, зарядът на инициатора на термоядрената реакция (малка атомна бомба), разположен вътре в черупката на NB, експлодира, което води до неутронна светкавица и създава висока температура, необходима за започване на термоядрен синтез. Неутроните бомбардират вложка от литиев деутерид - съединение на деутерий с литий (използва се литиев изотоп с масово число 6). Литий-6 се разделя на хелий и тритий под въздействието на неутрони. Така атомният предпазител създава необходимите материали за синтез директно в самата бомба. След това започва термоядрена реакция в смес от деутерий и тритий, температурата вътре в бомбата бързо се повишава, включвайки все повече и повечеповече
водород. При по-нататъшно повишаване на температурата може да започне реакция между ядрата на деутерий, характерна за чиста водородна бомба. Всички реакции, разбира се, се случват толкова бързо, че се възприемат като мигновени.Всъщност в една бомба последователността от процеси, описани по-горе, завършва на етапа на реакция на деутерий с тритий. Освен това конструкторите на бомбата избраха да не използват ядрен синтез, а ядрен делене. Сливането на ядрата на деутерий и тритий произвежда хелий и бързи неутрони, чиято енергия е достатъчно висока, за да предизвика ядрено делене на уран-238 (основният изотоп на урана, много по-евтин от уран-235, използван в конвенционалните атомни бомби). Бързите неутрони разцепват атомите на урановата обвивка на супербомбата. Деленето на един тон уран създава енергия, еквивалентна на 18 Mt. Енергията отиване само за експлозия и генериране на топлина. Всяко ураново ядро се разделя на два силно радиоактивни „фрагмента“. Продуктите на делене включват 36 различни химически елементии почти 200 радиоактивни изотопа. Всичко това съставлява радиоактивните утайки, които придружават експлозиите на супербомби. Благодарение на уникалния дизайн и описания механизъм на действие, оръжията от този тип могат да бъдат направени толкова мощни, колкото желаете. Тя е много по-евтина от атомните бомби със същата мощност.
Последици от експлозията.Ударна вълна и топлинен ефект. Директното (първично) въздействие на експлозия на супербомба е тройно. Най-очевидното пряко въздействие е ударна вълна с огромна интензивност. Силата на удара му, в зависимост от мощността на бомбата, височината на експлозията над повърхността на земята и характера на терена, намалява с отдалечаване от епицентъра на експлозията. Термичното въздействие на експлозия се определя от същите фактори, но зависи и от прозрачността на въздуха - мъглата рязко намалява разстоянието, на което топлинна светкавица може да причини сериозни изгаряния. Според изчисленията, по време на експлозия в атмосферата на 20-мегатонна бомба, хората ще останат живи в 50% от случаите, ако 1) се укрият в подземно стоманобетонно убежище на разстояние приблизително 8 км от епицентъра на експлозия (E), 2) са в обикновени градски сгради на разстояние прибл. 15 km от EV, 3) се озоваха на открито място на разстояние ок. На 20 км от Е.В. В условия на лоша видимост и на разстояние най-малко 25 км, ако атмосферата е чиста, за хората на открити площи вероятността за оцеляване нараства бързо с разстоянието от епицентъра; на разстояние 32 км изчислена стойносте повече от 90%. Площта, върху която проникващата радиация, генерирана по време на експлозия, причинява смърт, е относително малка, дори в случай на супербомба с висока мощност.
Огнена топка.В зависимост от състава и масата на запалимия материал, участващ в огненото кълбо, гигантски самоподдържащи се огнени бури могат да се образуват и бушуват в продължение на много часове. Най-опасната (макар и вторична) последица от експлозията обаче е радиоактивното замърсяване на околната среда.
Fallout. Как се формират.
Когато бомба избухне, получената огнена топка е пълна с огромно количество радиоактивни частици. Обикновено тези частици са толкова малки, че след като достигнат горните слоеве на атмосферата, те могат да останат там за дълго време. Но ако огнена топка влезе в контакт с повърхността на Земята, тя превръща всичко, което е върху нея, в горещ прах и пепел и ги привлича в огнено торнадо. Във вихрушка от пламък те се смесват и свързват с радиоактивни частици. Радиоактивният прах, с изключение на най-големия, не се утаява веднага. По-финият прах се отнася от получения облак и постепенно изпада, докато се движи с вятъра. Директно на мястото на експлозията радиоактивните утайки могат да бъдат изключително интензивни - основно голям прах, който се утаява на земята. На стотици километри от мястото на взрива и на по-големи разстояния, малки, но все пак видими за окоточастици пепел. Те често образуват покривка, подобна на паднал сняг, смъртоносна за всеки, който се намира наблизо. Дори по-малки и невидими частици, преди да се утаят на земята, могат да се скитат в атмосферата месеци и дори години, обикаляйки земното кълбо многократно. Докато изпаднат, тяхната радиоактивност е значително отслабена. Най-опасната радиация остава стронций-90 с период на полуразпад 28 години. Загубата му се наблюдава ясно в целия свят. Настанявайки се върху листа и трева, той се озовава в хранителни вериги, включително хора. В резултат на това в костите на жителите на повечето страни са открити забележими, макар и все още не опасни, количества стронций-90. Натрупване на стронций-90 в човешките кости в дългосрочен планмного опасно, тъй като води до образуването на злокачествени костни тумори.
Дълготрайно замърсяване на района с радиоактивни отпадъци.В случай на военни действия използването на водородна бомба ще доведе до незабавно радиоактивно замърсяване на зона в радиус от прибл. 100 км от епицентъра на експлозията. Ако избухне супербомба, ще бъде замърсена площ от десетки хиляди квадратни километра. Такава огромна площ на унищожение с една бомба го прави напълно нов тип оръжие. Дори супербомбата да не порази целта, т.е. няма да удари обекта с ударно-термични ефекти, проникващата радиация и радиоактивните отлагания, придружаващи експлозията, ще направят околното пространство необитаемо. Такива валежи могат да продължат много дни, седмици и дори месеци. В зависимост от тяхното количество интензитетът на радиацията може да достигне смъртоносни нива. Сравнително малък брой супербомби са достатъчни за пълно покриване голяма странаслой радиоактивен прах, който е смъртоносен за всички живи същества. По този начин създаването на супербомбата бележи началото на една ера, когато стана възможно да се направят цели континенти необитаеми. Дори дълго след прекратяване на прякото излагане радиоактивни утайкиЩе остане опасност поради високата радиотоксичност на изотопи като стронций-90. С храна, отглеждана върху почви, замърсени с този изотоп, радиоактивността ще навлезе в човешкото тяло.
Вижте също
ЯДРЕЕН синтез;
ЯДРЕНИ ОРЪЖИЯ;
ЯДРЕНА ВОЙНА.
ЛИТЕРАТУРА
Ефект на ядрените оръжия. М., 1960 Ядрена експлозияв космоса, на земята и под земята. М., 1970
Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .
Вижте какво е „ВОДОРОДНА БОМБА“ в други речници:
Остаряло име за ядрена бомба с голяма разрушителна сила, чието действие се основава на използването на енергия, освободена по време на реакцията на синтез на леки ядра (виж Термоядрени реакции). Първата водородна бомба е тествана в СССР (1953) ... Голям енциклопедичен речник
Термоядрено оръжие тип оръжие масово унищожение, чиято разрушителна сила се основава на използването на енергията на реакцията на ядрен синтез на леки елементи в по-тежки (например синтез на две ядра на атоми на деутерий (тежък водород) в един ... ... Уикипедия
Ядрена бомба с голяма разрушителна сила, чието действие се основава на използването на енергия, освободена по време на реакцията на синтез на леки ядра (виж Термоядрени реакции). Първият термоядрен заряд (3 Mt) е детониран на 1 ноември 1952 г. в САЩ. Енциклопедичен речник
водородна бомба- vandenilinė bomba statusas T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas – deuteris ir tritis. атитикменис: англ. Hbomb; водородна бомба рус. водородна бомба ryšiai: sinonimas – H bomba… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
водородна бомба- vandenilinė bomba statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. водородна бомба вок. Wasserstoffbombe, рус. водородна бомба, f пранц. bombe à hydrogène, f … Fizikos terminų žodynas
водородна бомба- vandenilinė bomba statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Bomba, kurios branduolinis užtaisas – vandenilio izotopai: deuteris ir tritis. атитикменис: англ. Hbomb; водородна бомба вок. Wasserstoffbombe, рус. водородна бомба, май... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Експлозивна бомба с голяма разрушителна сила. Действие V. b. на базата на термоядрена реакция. Вижте ядрени оръжия... Велика съветска енциклопедия
На 12 август 1953 г. на полигона в Семипалатинск е изпробвана първата съветска водородна бомба.
И на 16 януари 1963 г., в разгара на студена война, Никита Хрушчовказа на света това съветски съюзразполага с нови оръжия за масово унищожение в своя арсенал. Година и половина по-рано СССР произвежда най-много мощна експлозияводородна бомба в света - на Нова Земля е взривен заряд с мощност над 50 мегатона. В много отношения именно това изявление на съветския лидер накара света да осъзнае заплахата от по-нататъшна ескалация на надпреварата ядрени оръжия: още на 5 август 1963 г. в Москва е подписано споразумение за забрана на опитите с ядрени оръжия в атмосферата, космическото пространствои под вода.
История на създаването
Теоретичната възможност за получаване на енергия чрез термоядрен синтез беше известна още преди Втората световна война, но войната и последвалата надпревара във въоръжаването повдигнаха въпроса за създаването техническо средствопрактически да създаде тази реакция. Известно е, че в Германия през 1944 г. е извършена работа за иницииране на термоядрен синтез чрез компресия ядрено горивоизползвайки конвенционални експлозивни заряди - но те бяха неуспешни, защото не можаха да постигнат необходимите температури и налягания. САЩ и СССР разработват термоядрени оръжия от 40-те години, като почти едновременно тестваха първите термоядрени устройства в началото на 50-те години. През 1952 г. на атола Ениветак САЩ взривяват заряд с мощност 10,4 мегатона (което е 450 пъти по-мощен от бомбата, хвърлена над Нагасаки), а през 1953 г. СССР тества устройство с мощност 400 килотона .Дизайнът на първите термоядрени устройства не беше подходящ за реалност бойна употреба. Например, устройството, тествано от Съединените щати през 1952 г., беше наземна конструкция с височината на двуетажна сграда и тежаща над 80 тона. Течното термоядрено гориво се съхранява в него с помощта на огромен хладилен агрегат. Следователно в бъдещето серийно производствотермоядрените оръжия са извършени с помощта на твърдо гориво - деутерид литий-6. През 1954 г. Съединените щати изпробват устройство на негова основа на атола Бикини, а през 1955 г. на полигона в Семипалатинск е изпробвана нова съветска термоядрена бомба. През 1957 г. във Великобритания са извършени изпитания на водородна бомба. През октомври 1961 г. в СССР на Нова Земля е взривена термоядрена бомба с мощност 58 мегатона - най-много мощна бомбаизпробвана някога от човечеството, останала в историята под името „Цар Бомба“.
По-нататъшното развитие беше насочено към намаляване на размера на дизайна на водородни бомби, за да се осигури доставката им до целта чрез балистични ракети. Още през 60-те години масата на устройствата е намалена до няколкостотин килограма, а до 70-те години балистични ракетимогат да носят над 10 бойни глави едновременно - това са ракети с множество бойни глави, като всяка от частите може да порази собствена цел. Днес САЩ, Русия и Великобритания разполагат с термоядрени арсенали, изпитания на термоядрени заряди са извършени и в Китай (през 1967 г.) и във Франция (през 1968 г.).
Принципът на действие на водородна бомба
Действието на водородната бомба се основава на използването на енергията, освободена по време на реакцията на термоядрен синтез на леки ядра. Именно тази реакция протича в дълбините на звездите, където под въздействието на свръхвисоки температури и огромно налягане водородните ядра се сблъскват и се сливат в по-тежки хелиеви ядра. По време на реакцията част от масата на водородните ядра се превръща в голям бройенергия - благодарение на това звездите постоянно отделят огромно количество енергия. Учените копират тази реакция, използвайки водородни изотопи деутерий и тритий, давайки й името „водородна бомба“. Първоначално течни изотопи на водорода са били използвани за производство на заряди, а по-късно е използван литиев-6 деутерид, твърдо съединение на деутерий и изотоп на литий.
Деутеридът литий-6 е основният компонент на водородната бомба, термоядреното гориво. Той вече съхранява деутерий, а литиевият изотоп служи като суровина за образуването на тритий. За да започне реакция на термоядрен синтез, е необходимо да се създаде висока температураи налягане, а също и за изолиране на тритий от литий-6. Тези условия са предвидени, както следва.
Обвивката на контейнера за термоядрено гориво е направена от уран-238 и пластмаса, а до контейнера е поставен конвенционален ядрен заряд с мощност няколко килотона - той се нарича тригерен или инициаторен заряд на водородна бомба. По време на експлозията на плутониев инициатор се зарежда под въздействието на мощен рентгеново лъчениечерупката на контейнера се превръща в плазма, компресира се хиляди пъти, което създава необходимото високо кръвно наляганеи огромна температура. В същото време неутроните, излъчвани от плутоний, взаимодействат с литий-6, образувайки тритий. Ядрата на деутерий и тритий взаимодействат под въздействието на свръхвисока температура и налягане, което води до термоядрен взрив.
Ако направите няколко слоя уран-238 и литиев-6 деутерид, тогава всеки от тях ще добави своя собствена мощност към експлозията на бомбата - тоест такова „издухване“ ви позволява да увеличите мощността на експлозията почти неограничено. Благодарение на това водородната бомба може да бъде направена с почти всяка мощност и ще бъде много по-евтина от конвенционалната ядрена бомба със същата мощност.
Търсене
Можем да ви уведомяваме за нови статии,