Termonukleárna bomba. Vodíková bomba je modernou zbraňou hromadného ničenia
Termonukleárne zbrane (H-bomba)- druh jadrovej zbrane, ktorej deštruktívna sila je založená na využití energie reakcie jadrovej fúzie ľahkých prvkov na ťažšie (napríklad fúzia jedného jadra atómu hélia z dvoch jadier atómov deutéria ), pri ktorom sa uvoľňuje energia.
všeobecný popis [ | ]
Termonukleárne výbušné zariadenie je možné postaviť buď z tekutého deutéria alebo zo stlačeného plynu. Vzhľad termonukleárnych zbraní bol však možný len vďaka typu hydridu lítneho - deuteridu lítium -6. Je to zlúčenina ťažkého izotopu vodíka - deutéria a izotopu lítia s hmotnostným číslom 6.
Deuterid lítny-6 je tuhá látka, ktorá vám umožňuje skladovať deutérium (za normálnych podmienok je za normálnych podmienok plyn) za normálnych podmienok a navyše jeho druhá zložka, lítium-6, je surovinou na získavanie najvzácnejší izotop vodíka, trícium. V skutočnosti je 6 Li jediným priemyselným zdrojom výroby trícia:
3 6 L i + 0 1 n → 1 3 H + 2 4 He + E 1. (\ Displaystyle () _ (3) ^ (6) \ mathrm (Li) + () _ (0) ^ (1) n \ to () _ (1) ^ (3) \ mathrm (H) + () _ (2) ^ (4) \ mathrm (He) + E_ (1).)K tej istej reakcii dochádza v deuteride lítnom-6 v termonukleárnom zariadení ožiarenom rýchlymi neutrónmi; uvoľnená energia E 1 = 4,784 MeV... Vytvorené trícium (3 H) potom reaguje s deutériom a uvoľňuje energiu E 2 = 17,59 MeV:
1 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),)navyše vzniká neutrón s kinetickou energiou najmenej 14,1 MeV, ktorý môže opäť iniciovať prvú reakciu na inom jadre lítia-6, alebo spôsobiť štiepenie jadier ťažkého uránu alebo plutónia v obale alebo spúšťač s emisiou niekoľko ďalších rýchlych neutrónov.
Prvá termonukleárna munícia v USA používala tiež prírodný deuterid lítny, ktorý obsahuje hlavne izotop lítia s hmotnostným číslom 7. Slúži tiež ako zdroj trícia, ale na to musia mať neutróny zúčastnené na reakcii energiu 10 MeV a viac: reakcia n+ 7 Li → 3 H + 4 He + n- 2,467 MeV je endotermický, absorbuje energiu.
Termonukleárna bomba fungujúca na princípe Teller-Ulam pozostáva z dvoch stupňov: spúšť a zásobník s termonukleárnym palivom.
Zariadenie, testované Spojenými štátmi v roku 1952, nebolo v skutočnosti bombou, ale laboratórnou vzorkou, „3-poschodovým domom naplneným tekutým deutériom“, vyrobeným v špeciálnom prevedení. Sovietski vedci naopak vyvinuli presne bombu - kompletné zariadenie vhodné na praktické vojenské použitie.
Najväčšou odpálenou vodíkovou bombou je sovietska 58-megatonová „cárska bomba“, ktorá bola odpálená 30. októbra 1961 na súostroví Nová Zem. Nikita Chruščov následne verejne zažartoval, že pôvodne mala odpáliť 100-megatonovú bombu, ale náboj bol znížený, „aby sa v Moskve nerozbilo všetko sklo“. Konštrukčne bola bomba skutočne navrhnutá na 100 megatónov a tejto sily bolo možné dosiahnuť nahradením olova uránom. Bomba bola odpálená vo výške 4000 metrov nad testovacím miestom Nová Zem. Rázová vlna po výbuchu obišla trikrát Zem... Napriek úspešnému testu bomba nevstúpila do služby; napriek tomu malo vytvorenie a testovanie superbomby skvelé politický význam, čo dokazuje, že ZSSR vyriešil problém dosiahnutia prakticky akejkoľvek úrovne megatonnage jadrového arzenálu.
USA [ | ]
Myšlienku jadrovej fúzie navrhol Enrico Fermi svojmu kolegovi Edwardovi Tellerovi na jeseň roku 1941, na úplnom začiatku projektu Manhattan. Teller venoval veľkú časť svojej práce počas projektu Manhattan práci na projekte fúznej bomby, pričom trochu zanedbával samotnú atómovú bombu. Jeho zameranie na ťažkosti a pozícia „diablovho obhajcu“ v diskusiách o problémoch prinútili Oppenheimera postaviť Tellera a ďalších „problémových“ fyzikov na vedľajšiu koľaj.
Prvé dôležité a koncepčné kroky k implementácii projektu syntézy urobil zamestnanec spoločnosti Teller Stanislav Ulam. Na spustenie termo jadrovej fúzie Ulam navrhol stlačiť termonukleárne palivo pred zahriatím pomocou faktorov primárnej štiepnej reakcie a tiež umiestniť termonukleárny náboj oddelene od primárnej jadrovej zložky bomby. Tieto návrhy umožnili previesť vývoj termonukleárnych zbraní do praktickej roviny. Na základe toho Teller navrhol, že röntgenové a gama lúče generované primárnou explóziou môžu prenášať dostatok energie na sekundárnu zložku umiestnenú v spoločnom obale s primárnou, aby sa dosiahla dostatočná implózia (stlačenie) a spustila termonukleárna reakcia. Teller, jeho priaznivci a odporcovia neskôr diskutovali o Ulamovom príspevku k teórii tohto mechanizmu.
Výbuch „George“
V roku 1951 bola vykonaná séria testov pod všeobecným názvom Operácia skleník, počas ktorých boli vypracované otázky miniaturizácie jadrových nábojov so zvýšením ich výkonu. Jedným z testov v tejto sérii bol výbuch s kódovým označením „George“, pri ktorom bolo odpálené experimentálne zariadenie, ktorým bol jadrový náboj vo forme torusu s malým množstvom kvapalného vodíka umiestneným v strede. Hlavná časť energie výbuchu bola získaná práve vďaka fúzii vodíka, ktorá v praxi potvrdila všeobecnú koncepciu dvojstupňových zariadení.
"Eevee Mike"
Vývoj termonukleárnych zbraní v USA čoskoro smeroval k miniaturizácii konštrukcie Teller-Ulam, ktorá by mohla byť vybavená medzikontinentálnymi balistickými raketami (ICBM) a podmorskými balistickými raketami (SLBM). V roku 1960 boli prijaté bojové hlavice triedy W47 megaton nasadené na ponorkách vybavených balistickými raketami Polaris. Hlavice mali hmotnosť 320 kg a priemer 50 cm. Neskoršie testy ukázali nízku spoľahlivosť hlavíc inštalovaných na raketách Polaris a potrebu ich úprav. V polovici 70. rokov 20. storočia miniaturizácia nových verzií hlavíc podľa schémy Teller-Ulam umožnila umiestniť 10 alebo viac hlavíc v rozmeroch hlavice MIRV.
ZSSR [ | ]
Severná Kórea [ | ]
V decembri TsTAK rozoslal vyhlásenie šéfa KĽDR Kim Čong-una, v ktorom oznámil, že Pchjongjang má vlastnú vodíkovú bombu.
12. augusta 1953 o 7.30 h bola na testovacom mieste Semipalatinsk testovaná prvá sovietska vodíková bomba, ktorá mala služobný názov „Výrobok RDS-6c“. Išlo o štvrtý test sovietskych jadrových zbraní.
Začiatok prvých prác na termonukleárnom programe v ZSSR sa datuje do roku 1945. Potom boli prijaté informácie o výskume termonukleárneho problému v USA. V roku 1942 ich inicioval americký fyzik Edward Teller. Ako základ bol vzatý Tellerov koncept termonukleárnych zbraní, ktorý bol v kruhoch sovietskych jadrových vedcov nazývaný „rúrka“ - valcovitý kontajner s kvapalným deutériom, ktorý sa mal ohrievať výbuchom iniciačného zariadenia, akým je napr. konvenčná atómová bomba. Až v roku 1950 Američania zistili, že „fajka“ je zbytočná, a pokračovali vo vývoji ďalších návrhov. Ale v tom čase už sovietski fyzici nezávisle vyvinuli ďalší koncept termonukleárnych zbraní, ktorý čoskoro - v roku 1953 - viedol k úspechu.
Alternatívnu schému vodíkovej bomby vynašiel Andrej Sacharov. Bomba bola založená na myšlienke „nafúknutia“ a použití deuteridu lítneho-6. Vyvinuté v KB-11 (dnes je to mesto Sarov, predtým Arzamas-16, Región Nižný Novgorod) termonukleárny náboj RDS-6s bol sférický systém vrstiev uránu a termonukleárneho paliva, obklopený chemickou trhavinou.
Na zvýšenie uvoľňovania energie náboja bolo pri jeho návrhu použité trícium. Hlavnou úlohou pri vytváraní takejto zbrane bolo zahrievať a zapaľovať ťažký vodík - deutérium pomocou energie uvoľnenej pri výbuchu atómovej bomby, vykonávať termonukleárne reakcie s uvoľňovaním energie, schopné sa samy udržať. Aby sa zvýšil podiel „spáleného“ deutéria, Sacharov navrhol obklopiť deutérium plášťom obyčajného prírodného uránu, ktorý mal spomaliť expanziu a hlavne výrazne zvýšiť hustotu deutéria. Fenomén ionizačnej kompresie termonukleárneho paliva, ktorý sa stal základom prvej sovietskej vodíkovej bomby, sa dodnes nazýva „sacharifikácia“.
Podľa výsledkov prác na prvej vodíkovej bombe získal Andrej Sacharov titul Hrdina socialistickej práce a laureát Stalinovej ceny.
„Výrobok RDS-6s“ bol vyrobený vo forme prenosnej bomby s hmotnosťou 7 ton, ktorá bola umiestnená do poklopu bomby bombardéra Tu-16. Pre porovnanie, bomba, ktorú vytvorili Američania, vážila 54 ton a mala veľkosť trojposchodovej budovy.
Na posúdenie ničivých účinkov novej bomby bolo na testovacom mieste Semipalatinsk postavené mesto priemyselných a administratívnych budov. Celkovo bolo na ihrisku 190 rôznych štruktúr. V tomto teste boli prvýkrát použité vákuové prívody pre rádiochemické vzorky, ktoré sa automaticky otvorili pôsobením rázovej vlny. Na testovanie RDS-6 bolo pripravených celkom 500 rôznych meracích, záznamových a filmovacích zariadení inštalovaných v podzemných kasematách a pevných pozemných štruktúrach. Letecká technická podpora skúšok - meranie tlaku rázovej vlny na lietadlo vo vzduchu v momente výbuchu produktu, vzorkovanie vzduchu z rádioaktívneho mraku, letecké snímkovanie oblasti realizovala špeciálna letová jednotka. Bombu odpálili na diaľku vydaním signálu z diaľkového ovládača, ktorý bol v bunkri.
Bolo rozhodnuté vykonať výbuch na oceľovej veži vysokej 40 metrov, nálož sa nachádzala vo výške 30 metrov. Rádioaktívna pôda z minulých testov bola odstránená do bezpečnej vzdialenosti, špeciálne štruktúry boli prestavané na vlastných miestach na starých základoch, 5 metrov od veže bol postavený bunker na inštaláciu zariadenia vyvinutého na Ústave chemickej fyziky Akadémie ZSSR Vedy, záznam termonukleárnych procesov.
Nainštalované na poli vojenské vybavenie všetkých typov vojsk. Počas testov boli zničené všetky experimentálne štruktúry v okruhu až štyroch kilometrov. Výbuch vodíkovej bomby by mohol úplne zničiť mesto s priemerom 8 kilometrov. Následky výbuchu na životné prostredie boli hrozné, pričom prvý výbuch predstavoval 82% stroncia-90 a 75% cézia-137.
Sila bomby dosiahla 400 kilotónov, 20 -krát viac ako prvá atómové bomby v USA a ZSSR.
Práce na vytvorení vodíkovej bomby boli prvým intelektuálnym „bojom myslí“ na svete v skutočne globálnom meradle. Vytvorenie vodíkovej bomby iniciovalo vznik úplne nových vedeckých smerov-fyzika vysokoteplotnej plazmy, fyzika ultra vysokých energetických hustôt, fyzika anomálnych tlakov. Prvýkrát v histórii ľudstva sa vo veľkom používalo matematické modelovanie.
Práce na „produkte RDS-6s“ vytvorili vedecký a technický základ, ktorý bol potom použitý pri vývoji neporovnateľne pokročilejšej vodíkovej bomby zásadne nového typu-dvojstupňovej vodíkovej bomby.
Sacharovova vodíková bomba sa stala nielen vážnym protiargumentom v politickej konfrontácii medzi USA a ZSSR, ale slúžila aj ako dôvod rýchleho rozvoja sovietskej kozmonautiky v týchto rokoch. Bolo to po úspechu jadrové testy OKB Korolev dostal dôležitú vládnu úlohu vyvinúť medzikontinentálnu balistickú raketu na dodanie vytvoreného náboja do cieľa. Následne raketa s názvom „Sedem“ vypustila do vesmíru prvú umelú družicu Zeme a práve na nej štartoval prvý kozmonaut planéty Jurij Gagarin.
Materiál bol pripravený na základe informácií z otvorených zdrojov
Pre mnohých našich čitateľov je vodíková bomba spojená s atómovou bombou, len oveľa silnejšou. V skutočnosti ide o zásadne novú zbraň, ktorá si pri svojom vytvorení vyžiadala nesmierne veľké intelektuálne úsilie a funguje na zásadne odlišných fyzikálnych princípoch.
"Bafať"
Moderná bomba
Jediná spoločná vec medzi atómovou bombou a vodíkovou bombou je, že obidve uvoľňujú kolosálnu energiu skrytú v atómovom jadre. To je možné vykonať dvoma spôsobmi: rozdeliť ťažké jadrá, napríklad urán alebo plutónium, na ľahšie (štiepna reakcia) alebo prinútiť najľahšie izotopy vodíka k zlúčeniu (fúzna reakcia). V dôsledku oboch reakcií je hmotnosť výsledného materiálu vždy menšia ako hmotnosť pôvodných atómov. Hmota však nemôže zmiznúť bez stopy - mení sa na energiu podľa slávneho Einsteinovho vzorca E = mc2.
A-bomba
Na vytvorenie atómovej bomby je nevyhnutnou a dostatočnou podmienkou získanie dostatočného množstva štiepneho materiálu. Práca je dosť namáhavá, ale málo intelektuálna, leží bližšie k ťažobnému priemyslu ako k vysokej vede. Hlavné zdroje na výrobu takýchto zbraní smerujú k výstavbe obrovských uránových baní a závodov na obohacovanie uránu. Dôkazom jednoduchosti zariadenia je fakt, že neuplynul ani mesiac medzi prijatím plutónia potrebného na prvú bombu a prvým sovietskym jadrovým výbuchom.
Stručne si pripomeňme princíp fungovania takejto bomby, známy z kurzu školskej fyziky. Je založená na vlastnosti uránu a niektorých transuranických prvkov, ako je plutónium, uvoľňovať počas rozpadu viac ako jeden neutrón. Tieto prvky sa môžu rozpadnúť spontánne aj pod vplyvom iných neutrónov.
Uvoľnený neutrón môže opustiť rádioaktívny materiál alebo sa môže zraziť s iným atómom, čo spôsobí ďalšiu štiepnu reakciu. Keď je prekročená určitá koncentrácia látky (kritická hmotnosť), počet novonarodených neutrónov, spôsobujúci ďalšie štiepenie atómového jadra, začne presahovať počet rozpadajúcich sa jadier. Počet rozpadajúcich sa atómov začína rásť ako lavína, čo spôsobuje vznik nových neutrónov, to znamená, že dochádza k reťazovej reakcii. Pre urán-235 je kritická hmotnosť asi 50 kg, pre plutónium-239-5,6 kg. To znamená, že guľa plutónia s hmotnosťou necelých 5,6 kg je len teplý kus kovu a s hmotnosťou o niečo viac existuje iba niekoľko nanosekúnd.
Skutočná prevádzka bomby je jednoduchá: odoberieme dve pologule sféry uránu alebo plutónia, každú o niečo menšiu ako kritická hmotnosť, umiestnime ich do vzdialenosti 45 cm, obklopíme ich výbušninami a vybuchneme. Urán alebo plutónium sa spečie na kus superkritickej hmoty a začne sa jadrová reakcia. Všetko. Existuje ďalší spôsob, ako začať jadrovú reakciu - stlačiť kúsok plutónia silným výbuchom: vzdialenosť medzi atómami sa zníži a reakcia začne pri nižšej kritickej hmotnosti. Na tomto princípe fungujú všetky moderné atómové rozbušky.
Problémy atómovej bomby začínajú od momentu, keď chceme zvýšiť silu výbuchu. Od jednoduchého zvýšenia štiepneho materiálu nemožno upustiť - akonáhle jeho hmotnosť dosiahne kritickú hodnotu, vybuchne. Boli vynájdené rôzne dômyselné schémy, napríklad, aby sa bomba nevyrábala z dvoch častí, ale z mnohých, čím sa bomba podobala na vypitvaný pomaranč, a potom ju zozbierala do jedného kusu s jednou explóziou, ale napriek tomu mala silu viac ako 100 kiloton, problémy sa stali neprekonateľnými.
H-bomba
Palivo pre termonukleárnu fúziu však nemá kritickú hmotnosť. Tu visí nad hlavou Slnko naplnené termonukleárnym palivom, v ktorom už miliardy rokov prebieha termonukleárna reakcia a nič nevybuchne. Okrem toho sa počas fúznej reakcie, napríklad deutéria a trícia (ťažkého a superťažkého izotopu vodíka), uvoľní 4,2-krát viac energie, ako keď sa spaľuje rovnaká hmotnosť uránu-235.
Výroba atómovej bomby bola viac experimentálnym než teoretickým procesom. Vytvorenie vodíkovej bomby si vyžiadalo vznik úplne nových fyzikálnych disciplín: fyziky vysokoteplotnej plazmy a ultra vysokých tlakov. Pred začatím navrhovania bomby bolo potrebné dôkladne porozumieť povahe javov, ktoré sa vyskytujú iba v jadre hviezd. Tu nemohli pomôcť žiadne experimenty - nástrojmi výskumníkov boli iba teoretická fyzika a vyššia matematika. Nie je náhoda, že obrovská úloha vo vývoji termonukleárnych zbraní patrí práve matematikom: Ulam, Tichonov, Samarskij atď.
Klasika super
Koncom roku 1945 Edward Teller navrhol prvý dizajn vodíkovej bomby, prezývaný „klasická super“. Na vytvorenie obludného tlaku a teploty potrebnej na spustenie fúznej reakcie mala údajne použiť obyčajnú atómovú bombu. Samotné „klasické super“ bol dlhý valec naplnený deutériom. Počítalo sa aj s medziľahlou „zapaľovacou“ komorou so zmesou deutéria a trícia - reakcia syntézy deutéria a trícia začína pri nižšom tlaku. Analogicky s ohňom malo deutérium hrať úlohu palivového dreva, zmesi deutéria s tríciom - pohárom benzínu a atómovej bomby -. Táto schéma sa nazýva "fajka" - druh cigary s atómovým zapaľovačom na jednom konci. Podľa tej istej schémy začali sovietski fyzici vyvíjať vodíkovú bombu.
Matematik Stanislav Ulam však Tellerovi na obyčajnom sklíčku dokázal, že syntéza čistého deutéria v „super“ je len ťažko možná a zmes by vyžadovala také množstvo trícia, že na jeho výrobu by bolo potrebné prakticky zmraziť. výroba plutónia na úrovni zbraní v USA.
Cukrový lístok
V polovici roku 1946 Teller navrhol inú schému vodíkovej bomby - „budík“. Pozostával zo striedajúcich sa sférických vrstiev uránu, deutéria a trícia. Pri jadrovom výbuchu centrálnej náplne plutónia bol vytvorený potrebný tlak a teplota na spustenie termonukleárnej reakcie v ďalších vrstvách bomby. „Budík“ však vyžadoval atómový iniciátor vysokého výkonu a Spojené štáty (rovnako ako ZSSR) mali problémy s výrobou uránu a plutónia na zbrojné účely.
Na jeseň roku 1948 prišiel k podobnej schéme Andrej Sacharov. V Sovietskom zväze sa táto štruktúra nazývala „puff“. Pre ZSSR, ktorý nemal čas vyrábať v dostatočnom množstve zbrane urán-235 a plutónium-239, bol Sacharovov obláčik všeliekom. A preto.
V bežnej atómovej bombe je prírodný urán-238 nielen zbytočný (energia neutrónov počas rozpadu nestačí na začatie štiepenia), ale je aj škodlivá, pretože chamtivo absorbuje sekundárne neutróny a spomaľuje reťazová reakcia... Preto je urán vhodný na zbrane z 90% zložený z izotopu uránu-235. Neutróny vyplývajúce z termonukleárnej fúzie sú však 10-krát energetickejšie ako štiepne neutróny a prírodný urán-238, ožiarený takýmito neutrónmi, sa začína excelentne štiepiť. Nová bomba umožnila použiť urán-238 ako výbušninu, ktorá bola predtým považovaná za odpad z výroby.
Vrcholom Sacharovovho „obláčka“ bolo tiež použitie bielych pľúc namiesto akútne deficitného trícia kryštalická látka- deutrid lítny 6LiD.
Ako je uvedené vyššie, zmes deutéria a trícia sa zapaľuje oveľa jednoduchšie ako čisté deutérium. Tu však výhody tritia končia, ale zostávajú iba nevýhody: v normálnom stave je trícium plyn, ktorý spôsobuje problémy so skladovaním; trícium je rádioaktívne a rozpadá sa na stabilné hélium-3, pričom aktívne pohlcuje veľmi potrebné rýchle neutróny, čo obmedzuje trvanlivosť bomby na niekoľko mesiacov.
Nerádioaktívny deuterid lítny sa po ožiarení neutrónmi s pomalým štiepením - dôsledky výbuchu atómovej poistky - zmení na trícium. Žiarenie primárneho atómového výbuchu v okamihu produkuje dostatočné množstvo trícia na ďalšiu termonukleárnu reakciu a deutérium je spočiatku prítomné v deutride lítnom.
Bola to taká bomba RDS-6s, ktorá bola úspešne testovaná 12. augusta 1953 vo veži testovacieho miesta Semipalatinsk. Sila výbuchu bola 400 kilotónov a dodnes sa vedú spory o tom, či bol skutočný termonukleárny výbuch alebo super silný atómový. Reakcia termonukleárnej fúzie v Sacharovskom obláčiku predstavovala nie viac ako 20% z celkového nabíjacieho výkonu. Hlavný podiel na výbuchu mala rozpadová reakcia uránu-238 ožiareného rýchlymi neutrónmi, vďaka ktorému RDS-6 otvorili éru takzvaných „špinavých“ bômb.
Faktom je, že hlavná rádioaktívna kontaminácia pochádza z produktov rozpadu (najmä stroncia-90 a cézia-137). Sacharovov „obláčik“ bol v podstate gigantická atómová bomba, len mierne vylepšená termonukleárnou reakciou. Nie je náhoda, že iba jedna explózia „obláčka“ poskytla 82% stroncia-90 a 75% cézia-137, ktoré sa dostalo do atmosféry počas celej histórie testovacieho miesta Semipalatinsk.
Americké bomby
Napriek tomu to boli Američania, ktorí odpálili prvú vodíkovú bombu. 1. novembra 1952 na atole Elugelab v Pacifiku 10 megatonové fúzne zariadenie „Mike“ bolo úspešne testované. 74-tonové americké zariadenie možno len ťažko nazvať bombou. Mike bol objemné zariadenie veľkosti dvojposchodový dom naplnené tekutým deutériom pri teplote blízkej absolútnej nule (Sacharovov „obláčik“ bol celkom prenosný produkt). Vrcholom „Mike“ však nebola veľkosť, ale geniálny princíp stláčania termonukleárnych výbušnín.
Pripomeňme, že hlavnou myšlienkou vodíkovej bomby je vytvoriť podmienky pre fúziu (ultra vysoký tlak a teplota) prostredníctvom jadrového výbuchu. V schéme „nafúknutia“ je jadrový náboj umiestnený v strede, a preto nekomprimuje deutérium tak, ako by ho rozptýlil smerom von - zvýšenie množstva termonukleárnych výbušnín nevedie k zvýšeniu výkonu - jednoducho ide nemať čas vybuchnúť. Práve to obmedzuje maximálny výkon tejto schémy - najmocnejší „puff“ na svete Orange Herald, odpálený Britmi 31. mája 1957, dal iba 720 kiloton.
Ideálne by bolo nechať atómovú poistku explodovať dovnútra a stlačiť termonukleárne výbušniny. Ale ako to urobiť? Edward Teller predložil geniálny nápad: stlačiť termonukleárne palivo nie mechanickou energiou a neutrónovým tokom, ale žiarením primárnej atómovej poistky.
V Tellerovom novom dizajne bola iniciačná atómová jednotka oddelená od termonukleárnej jednotky. Keď bol spustený atómový náboj, röntgenové lúče boli pred rázovou vlnou a šírili sa pozdĺž stien valcového telesa, odparovali sa a transformovali polyetylénovú vnútornú výstelku telesa bomby na plazmu. Plazma zase emitovala mäkšie röntgenové lúče, ktoré boli absorbované vonkajšími vrstvami vnútorného valca vyrobeného z uránu-238-„posúvača“. Vrstvy sa začali explozívne odparovať (tento jav sa nazýva ablácia). Žiarivú uránovú plazmu je možné porovnať s tryskami supervýkonnej sily raketový motor, ktorého ťah je nasmerovaný do valca s deutériom. Uránový valec sa zrútil, tlak a teplota deutéria dosiahli kritické hodnoty. Rovnaký tlak stlačil centrálnu plutóniovú trubicu na kritickú hmotnosť a došlo k jej výbuchu. Výbuch poistky plutónia pritlačil na deutérium zvnútra, čím sa dodatočne stlačila a zahriala termonukleárna trhavina, ktorá vybuchla. Intenzívny tok neutrónov štiepi jadrá uránu-238 v „tlačidle“, čo spôsobuje sekundárnu rozkladnú reakciu. To všetko malo čas sa stať, až do okamihu, keď výbuchová vlna z počiatočného jadrového výbuchu sa dostal do termonukleárneho bloku. Výpočet všetkých týchto udalostí, ktoré sa vyskytli v miliardtinách sekundy, si vyžiadal myseľ najsilnejších matematikov planéty. Tvorcovia „Mike“ nezažili hrôzu z 10 -megatonovej explózie, ale neopísateľnú radosť - dokázali nielen pochopiť procesy, ktoré reálny svetísť iba do jadier hviezd, ale tiež experimentálne testovať svoje teórie usporiadaním vlastnej malej hviezdy na Zemi.
Bravo
Američania, ktorí obišli Rusov v kráse dizajnu, nemohli urobiť svoje zariadenie kompaktným: namiesto práškového deutridu lítia od Sacharova použili tekuté podchladené deutérium. V Los Alamos reagovali na Sacharovov „obláčik“ zrnkom závisti: „namiesto obrovskej kravy s vedrom surové mlieko Rusi používajú kartón sušeného mlieka. “ Obe strany však nedokázali navzájom tajiť tajomstvá. 1. marca 1954 Američania testovali 15-megatónovú bombu Bravo na deutride lítia pri atole Bikini a 22. novembra 1955 nad Semipalatinskom explodovala prvá sovietska dvojstupňová termonukleárna bomba RDS-37 s kapacitou 1,7 megatónu testovacie miesto, pričom sa búra takmer polovica mnohouholníka. Od tej doby bol dizajn atómová bomba prešiel menšími zmenami (napríklad medzi iniciačnou bombou a hlavným nábojom sa objavil uránový štít) a stal sa kanonickým. A na svete už nie sú také rozsiahle záhady prírody, ktoré by bolo možné vyriešiť takým veľkolepým experimentom. Je to zrod supernovy?
H-BOMBA
zbraň s veľkou ničivou silou (rádovo megatóny v ekvivalente TNT), ktorej princíp fungovania je založený na reakcii termonukleárnej fúzie ľahkých jadier. Zdrojom energie výbuchu sú procesy podobné procesom prebiehajúcim v Slnku a iných hviezdach.
Termonukleárne reakcie. Vnútro Slnka obsahuje obrovské množstvo vodíka, ktorý je v stave ultra vysokého stlačenia pri teplote cca. 15 000 000 K. Pri tak vysokej teplote a hustote plazmy dochádza k jadrám vodíka k neustálym vzájomným zrážkam, z ktorých niektoré sa končia ich fúziou a v konečnom dôsledku aj tvorbou ťažších jadier hélia. Takéto reakcie, nazývané termonukleárna fúzia, sú sprevádzané uvoľňovaním obrovského množstva energie. Podľa fyzikálnych zákonov je uvoľnenie energie pri termonukleárnej fúzii spôsobené tým, že počas tvorby ťažšieho jadra sa časť hmotnosti ľahkých jadier zahrnutých v jeho zložení premení na kolosálne množstvo energie. Preto Slnko, ktoré má obrovskú hmotnosť, v procese termonukleárnej fúzie denne stráca približne. 100 miliárd ton hmoty a uvoľňuje energiu, vďaka čomu bol život na Zemi možný.
Izotopy vodíka. Atóm vodíka je najjednoduchším zo všetkých existujúcich atómov. Skladá sa z jedného protónu, čo je jeho jadro, okolo ktorého sa otáča jediný elektrón. Dôkladné štúdie o vode (H2O) ukázali, že obsahuje stopové množstvá „ťažkej“ vody obsahujúcej „ťažký izotop“ vodíka - deutéria (2H). Jadro deutéria pozostáva z protónu a neutrónu - neutrálnej častice s hmotnosťou blízkou protónu. Existuje tretí izotop vodíka, tritium, ktorý obsahuje v jadre jeden protón a dva neutróny. Tritium je nestabilné a podlieha spontánnemu rádioaktívnemu rozpadu, pričom sa mení na izotop hélia. Stopy trícia sa nachádzajú v zemskej atmosfére, kde vzniká v dôsledku interakcie kozmického žiarenia s molekulami plynu, ktoré tvoria vzduch. Tritium sa vyrába umelo v jadrovom reaktore ožiarením izotopu lítia-6 tokom neutrónov.
Vývoj vodíkovej bomby. Predbežné teoretická analýza ukázali, že termonukleárnu fúziu je možné najľahšie uskutočniť v zmesi deutéria a trícia. Berúc to ako základ, Americkí vedci na začiatku päťdesiatych rokov minulého storočia bol spustený projekt vodíkovej bomby (HB). Prvé testy modelového jadrového zariadenia boli vykonané na testovacom mieste Eniwetok na jar 1951; termonukleárna fúzia bola len čiastočná. Významný úspech bol dosiahnutý 1. novembra 1951 pri testovaní masívneho jadrového zariadenia, ktorého sila výbuchu bola 4e8 Mt v ekvivalente TNT. Prvá vodíková letecká bomba bola odpálená v ZSSR 12. augusta 1953 a 1. marca 1954 Američania odpálili na atole Bikini silnejšiu (asi 15 Mt) leteckú bombu. Odvtedy obe mocnosti uskutočnili výbuchy pokročilých megatonových zbraní. Explóziu na atole Bikini sprevádzalo uvoľnenie veľkého množstva rádioaktívnych látok. Niektorí z nich padli stovky kilometrov od miesta výbuchu na japonskej rybárskej lodi „Happy Dragon“ a druhý zasypal ostrov Rongelap. Pretože stabilné hélium vzniká v dôsledku termonukleárnej fúzie, rádioaktivita pri výbuchu čisto vodíkovej bomby by nemala byť väčšia ako rádioaktivita atómovej rozbušky termonukleárnej reakcie. V posudzovanom prípade sa však predpovedaný a skutočný rádioaktívny spad výrazne líšil v množstve a zložení.
Mechanizmus účinku vodíkovej bomby. Sled procesov, ku ktorým dochádza počas výbuchu vodíkovej bomby, je možné znázorniť nasledovne. Najprv exploduje iniciátor náboja termonukleárnej reakcie (malá atómová bomba) vo vnútri obalu HB, v dôsledku čoho dôjde k záblesku neutrónov a vytvorí sa vysoká teplota, ktorá je potrebná na spustenie termonukleárnej fúzie. Neutróny bombardujú vložku deuteridu lítia - zlúčeninu deutéria s lítiom (používa sa izotop lítia s hmotnostným číslom 6). Lítium-6 sa pôsobením neutrónov rozdeľuje na hélium a trícium. Atómová poistka teda vytvára materiály potrebné na syntézu priamo v samotnej bombe. Potom začne termonukleárna reakcia v zmesi deutéria a trícia, teplota vo vnútri bomby rýchlo stúpa a zahŕňa stále viac veľká kvantita vodík. S ďalším nárastom teploty sa mohla začať reakcia medzi jadrami deutéria, charakteristická pre čisto vodíkovú bombu. Všetky reakcie sú, samozrejme, také rýchle, že sú vnímané ako okamžité.
Delenie, syntéza, delenie (superbomba). V skutočnosti v bombe postupnosť vyššie opísaných procesov končí v štádiu reakcie deutéria s tríciom. Konštruktéri bômb ďalej uprednostnili použitie jadrového štiepenia pred jadrovou syntézou. V dôsledku fúzie jadier deutéria a trícia vzniká hélium a rýchle neutróny, ktorých energia je dostatočne veľká na to, aby spôsobila štiepenie uránu-238 (hlavný izotop uránu, oveľa lacnejší ako urán-235 používaný v konvenčnom atómové bomby). Rýchle neutróny rozdeľujú atómy uránovej škrupiny superbomby. Štiepením jednej tony uránu sa vytvorí energia ekvivalentná 18 Mt. Energia nejde len do výbuchu a uvoľnenia tepla. Každé jadro uránu sa rozdelí na dva vysoko rádioaktívne „fragmenty“. Štiepne produkty obsahujú 36 rôznych chemické prvky a takmer 200 rádioaktívnych izotopov. To všetko predstavuje rádioaktívny spad sprevádzajúci výbuchy superombom. Vďaka jedinečnému designu a popísanému mechanizmu účinku môžu byť zbrane tohto typu vyrobené tak silne, ako sa požaduje. Je to oveľa lacnejšie ako atómové bomby rovnakej sily.
Následky výbuchu. Rázová vlna a tepelný efekt. Priamy (primárny) účinok výbuchu superbomby je trojnásobný. Najviditeľnejším z priamych nárazov je rázová vlna obrovskej intenzity. Sila jeho nárazu v závislosti od sily bomby, výšky výbuchu nad zemským povrchom a charakteru terénu klesá so vzdialenosťou od epicentra výbuchu. Tepelný účinok výbuchu je určený rovnakými faktormi, ale navyše závisí od priehľadnosti vzduchu - hmla dramaticky znižuje vzdialenosť, na ktorú môže tepelný blesk spôsobiť vážne popáleniny. Podľa výpočtov pri výbuchu 20-megatonovej bomby v atmosfére ľudia zostanú nažive v 50% prípadov, ak sa 1) skryjú v podzemnom železobetónovom úkryte vo vzdialenosti asi 8 km od epicentra výbuchu (EE) ), 2) sú v bežných mestských budovách vo vzdialenosti približne ... 15 km od EV, 3) boli na otvorenom mieste vo vzdialenosti cca. 20 km od EV. V podmienkach zlej viditeľnosti a vo vzdialenosti najmenej 25 km, ak je atmosféra čistá, u ľudí na otvorených priestranstvách sa pravdepodobnosť prežitia rýchlo zvyšuje so vzdialenosťou od epicentra; vo vzdialenosti 32 km vypočítaná hodnota je viac ako 90%. Plocha, na ktorej prenikavé žiarenie, ku ktorému dochádza pri výbuchu, spôsobuje smrť, je relatívne malá, a to aj v prípade superbomby s vysokým výnosom.
Ohnivá guľa. V závislosti od zloženia a hmotnosti horľavého materiálu obsiahnutého v ohnivej guli sa môžu vytvárať obrovské samonosné požiarne hurikány, ktoré zúria mnoho hodín. Najnebezpečnejším (aj keď sekundárnym) dôsledkom výbuchu je však rádioaktívna kontaminácia životného prostredia.
Fallout. Ako sa tvoria.
Pri výbuchu bomby je výsledná ohnivá guľa naplnená obrovským množstvom rádioaktívnych častíc. Tieto častice sú zvyčajne také malé, že keď sa dostanú do vyšších vrstiev atmosféry, môžu tam dlho zostať. Ak sa však ohnivá guľa dotkne povrchu Zeme, všetko, čo je na nej, sa zmení na horúci prach a popol a vtiahne ich do požiarne tornádo... Vo víre plameňa sa zmiešajú a naviažu sa na rádioaktívne častice. Rádioaktívny prach, okrem najväčšieho, sa neusadzuje okamžite. Jemnejší prach je unášaný vznikajúcim oblakom výbuchu a pri pohybe vo vetre postupne vypadáva. Priamo v mieste výbuchu môže byť rádioaktívny spad mimoriadne intenzívny - hlavne sa na zemi usádza hrubý prach. Stovky kilometrov od miesta výbuchu a na väčšie vzdialenosti, malé, ale predsa viditeľné pre okočastice popola. Často tvoria pokrývku podobnú napadnutému snehu, smrteľnú pre každého, kto je náhodou v blízkosti. Aj menšie a neviditeľné častice, než sa usadia na Zemi, môžu v atmosfére blúdiť mesiace a dokonca roky, mnohokrát po celom svete. V čase, keď vypadnú, je ich rádioaktivita výrazne oslabená. Najnebezpečnejšie je žiarenie stroncia-90 s polčasom rozpadu 28 rokov. Jeho spad je zreteľne viditeľný po celom svete. Usadením sa na lístí a tráve sa dostáva do potravinového reťazca vrátane ľudí. Výsledkom bolo, že v kostiach obyvateľov väčšiny krajín bolo nájdené viditeľné, aj keď ešte nie nebezpečné, množstvo stroncia-90. Akumulácia stroncia-90 v ľudských kostiach v dlhý termín veľmi nebezpečné, pretože vedie k tvorbe kostných zhubných nádorov.
Dlhodobá kontaminácia oblasti rádioaktívnym spadom. V prípade nepriateľských akcií povedie použitie vodíkovej bomby k okamžitej rádioaktívnej kontaminácii oblasti v okruhu cca. 100 km od epicentra výbuchu. Keď exploduje superbomba, oblasť desaťtisíc kilometrov štvorcových bude kontaminovaná. Tak obrovská oblasť ničenia s jedinou bombou z neho robí úplne nový typ zbrane. Aj keď super bomba netrafí cieľ, t.j. nezasiahne objekt šokovo-tepelnými účinkami, prenikajúce žiarenie a rádioaktívny spad sprevádzajúci výbuch spôsobia, že okolitý priestor bude nevhodný na bývanie. Takéto zrážky môžu trvať niekoľko dní, týždňov alebo dokonca mesiacov. V závislosti od ich množstva môže intenzita žiarenia dosiahnuť smrteľné úrovne. Na úplné krytie stačí relatívne malý počet superbômb veľká krajina vrstva rádioaktívneho prachu, ktorý je smrteľný pre všetky živé veci. Vytvorenie superbomby teda znamenalo začiatok éry, keď bolo možné urobiť celé kontinenty neobývateľnými. Aj po dlhom čase po zastavení priameho vplyvu rádioaktívneho spadu nebezpečenstvo zostane kvôli vysokej rádiotoxicite izotopov, ako je stroncium-90. S potravinárskymi výrobkami pestovanými na pôdach kontaminovaných týmto izotopom sa rádioaktivita dostane do ľudského tela.
pozri tiež
JADROVÁ SYNTÉZA;
JADROVÁ ZBRAŇ ;
VOJNOVÁ JADRO.
LITERATÚRA
Pôsobenie jadrových zbraní. M., 1960 Jadrový výbuch vo vesmíre, na zemi i v podzemí. M., 1970
Collierova encyklopédia. - otvorená spoločnosť. 2000 .
Pozrite sa, čo je „HYDROGENNÁ BOMBA“ v iných slovníkoch:
Zastaraný názov jadrovej bomby s veľkou ničivou silou, ktorej pôsobenie je založené na využití energie uvoľnenej pri reakcii fúzie ľahkých jadier (pozri. Termonukleárne reakcie). Vodíková bomba bola prvýkrát testovaná v ZSSR (1953) ... Veľký encyklopedický slovník
Termonukleárna zbraň typ zbrane masová deštrukcia, ktorého deštruktívna sila je založená na využití energie reakcie jadrovej fúzie ľahkých prvkov na ťažšie (napríklad fúzia dvoch jadier atómov deutéria (ťažkého vodíka) do jedného ... ... Wikipedia
Jadrová bomba s veľkou ničivou silou, ktorej pôsobenie je založené na využití energie uvoľnenej pri reakcii fúzie ľahkých jadier (pozri. Termonukleárne reakcie). Prvý termonukleárny náboj (s kapacitou 3 Mt) bol odpálený 1. novembra 1952 v USA ... ... encyklopedický slovník
H-bomba- vandenilinė bomba statusas T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas - deuteris ir tritis. atitikmenys: angl. H bomba; vodíková bomba rus. vodíková bomba ryšiai: sinonimas - H bomba ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
H-bomba- vandenilinė bomba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. vodíková bomba vok. Wasserstoffbombe, f rus. vodíková bomba, f pranc. bombe à hydrogène, f ... Fizikos terminų žodynas
H-bomba- vandenilinė bomba statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Bomba, kurios branduolinis užtaisas - vandenilio izotopai: deuteris ir tritis. atitikmenys: angl. H bomba; vodíková bomba vok. Wasserstoffbombe, f rus. vodíková bomba, ... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Výbušná bomba s veľkou ničivou silou. Akcia V. na základe termonukleárnej reakcie. Pozrite sa na jadrové zbrane ... Veľká sovietska encyklopédia
12. augusta 1953 bola na testovacom mieste Semipalatinsk testovaná prvá sovietska vodíková bomba.
A 16. januára 1963, uprostred studená vojna, Nikita Chruščov povedal to svetu Sovietsky zväz má vo svojom arzenáli nové zbrane hromadného ničenia. Rok a pol pred tým, najviac silný výbuch vodíková bomba na svete - na Novej Zemi bola odpálená nálož s kapacitou viac ako 50 megatónov. Práve toto vyhlásenie sovietskeho vodcu v mnohých ohľadoch prinútilo svet uvedomiť si hrozbu ďalšej eskalácie rasy. jadrové zbrane: už 5. augusta 1963 bola v Moskve podpísaná dohoda o zákaze skúšok jadrových zbraní v atmosfére, vonkajší priestor a pod vodou.
História stvorenia
Teoretická možnosť získavania energie termonukleárnou fúziou bola známa ešte pred 2. svetovou vojnou, ale práve vojna a následné preteky v zbrojení nastolili otázku vytvorenia technického zariadenia na praktické vytvorenie tejto reakcie. Je známe, že v Nemecku sa v roku 1944 pracovalo na zahájení termonukleárnej fúzie kompresiou jadrové palivo použitím nábojov konvenčnej výbušniny - neboli však korunované úspechom, pretože nebolo možné dosiahnuť požadované teploty a tlaky. USA a ZSSR vyvíjajú termonukleárne zbrane od 40. rokov, prakticky súčasne testujú prvé termonukleárne zariadenia na začiatku 50. rokov. V roku 1952 na atole Enewetak USA vybuchli nálož s kapacitou 10,4 megatónov (čo je 450 -krát viac, ako bol výkon bomby zhodenej na Nagasaki) a v roku 1953 bolo zariadenie s kapacitou 400 kiloton testované v r. ZSSR.Návrhy prvých termonukleárnych zariadení neboli skutočne vhodné bojové použitie... Napríklad zariadenie testované v USA v roku 1952 malo pozemnú stavbu vysokú ako dvojpodlažná budova a hmotnosť viac ako 80 ton. Tekuté termonukleárne palivo v ňom bolo uložené pomocou obrov chladiaca jednotka... Preto v budúcnosti masová výroba termonukleárne zbrane boli vykonávané s použitím tuhého paliva - deuteridu lítneho -6. V roku 1954 Spojené štáty testovali zariadenie založené na nich na atole Bikini a v roku 1955 bola na testovacom mieste Semipalatinsk testovaná nová sovietska termonukleárna bomba. V roku 1957 bola vo Veľkej Británii testovaná vodíková bomba. V októbri 1961 bola v Novom Zemlyi v ZSSR odpálená 58 megatunová termonukleárna bomba - najsilnejšia bomba, akú kedy ľudstvo testovalo a ktorá sa do dejín zapísala ako cár Bomba.
Ďalší vývoj bol zameraný na zníženie veľkosti štruktúry vodíkových bômb s cieľom zabezpečiť ich dodanie do cieľa balistickými raketami. Už v 60. rokoch sa hmotnosť zariadení znížila na niekoľko stoviek kilogramov a do 70. rokov balistické rakety mohli niesť viac ako 10 hlavíc súčasne - sú to rakety s viacerými hlavicami, každá z častí môže zasiahnuť svoju vlastnú cieľ. USA, Rusko a Veľká Británia majú doteraz termonukleárny arzenál; testy termonukleárnych nábojov sa uskutočnili aj v Číne (v roku 1967) a vo Francúzsku (v roku 1968).
Ako funguje vodíková bomba
Činnosť vodíkovej bomby je založená na využití energie uvoľnenej pri reakcii termonukleárnej fúzie ľahkých jadier. Práve táto reakcia prebieha vo vnútri hviezd, kde sa pôsobením ultra vysokých teplôt a obrovského tlaku jadrá vodíka zrazia a splynú v ťažšie jadrá hélia. Počas reakcie sa časť hmotnosti jadier vodíka premení na veľké množstvo energia - vďaka tomu hviezdy a vyžarujú neustále obrovské množstvo energie. Vedci skopírovali túto reakciu pomocou izotopov vodíka - deutéria a trícia, ktoré dali názov „vodíková bomba“. Na výrobu nábojov sa pôvodne používali kvapalné izotopy vodíka a neskôr sa začal používať deuterid lítium-6, tuhá látka, zlúčenina deutéria a izotop lítia.
Deuterid lítny-6 je hlavnou súčasťou vodíkovej bomby, termonukleárneho paliva. Ukladá už deutérium a izotop lítia slúži ako surovina na tvorbu trícia. Na spustenie termonukleárnej fúznej reakcie musíte vytvoriť vysoká teplota a tlaku, ako aj izolovať trícium z lítia-6. Tieto podmienky sú poskytnuté nasledovne.
Plášť obalu na termonukleárne palivo je vyrobený z uránu-238 a plastu, vedľa kontajnera je umiestnený konvenčný jadrový náboj s kapacitou niekoľko kiloton-hovorí sa mu spúšťač alebo iniciátor nabíjania vodíkovej bomby . Pri výbuchu náboja iniciátora plutónia pod vplyvom silného röntgenškrupina obalu sa zmení na plazmu, tisíckrát zmenšujúca sa, čo vytvára potrebné vysoký tlak a enormná teplota. Neutróny emitované plutóniom súčasne interagujú s lítiom-6 za vzniku trícia. Jadrá deutéria a tritia interagujú pod vplyvom ultra vysokej teploty a tlaku, čo vedie k termonukleárnej explózii.
Ak vyrobíte niekoľko vrstiev deuteridu uránu-238 a lítia-6, potom každá z nich dodá výbuchu bomby svoju vlastnú silu-to znamená, že taký „obláčik“ vám umožní zvýšiť silu výbuchu takmer na neurčito. . Vďaka tomu môže byť vodíková bomba vyrobená takmer z akéhokoľvek výkonu a bude oveľa lacnejšia ako konvenčná jadrová bomba rovnakej sily.
Vyhľadávanie
Môžeme vás upozorniť na nové články,