Mūsu raksts ir veltīts šādas ierīces, ko dažreiz sauc par ūdeņradi, radīšanas vēsturei un vispārējiem sintēzes principiem. Tā vietā, lai atbrīvotu sprādzienbīstamu enerģiju, sadalot smago elementu, piemēram, urāna, kodolus, tas rada vēl vairāk enerģijas, sapludinot vieglo elementu kodolus (piemēram, ūdeņraža izotopus) vienā smagā kodolā (piemēram, hēlijā).
Kāpēc priekšroka tiek dota kodolsintēzei?
Kodoltermiskajā reakcijā, kas sastāv no tajā iesaistīto kodolu saplūšanas ķīmiskie elementi, uz fiziskas ierīces masas vienību tiek ģenerēts ievērojami vairāk enerģijas nekā tīrā atombumbā, kas īsteno kodola skaldīšanas reakciju.
Atombumbā skaldāmā kodoldegviela ātri, parasto sprāgstvielu detonācijas enerģijas ietekmē, apvienojas nelielā sfēriskā tilpumā, kur veidojas tā sauktā kritiskā masa un sākas skaldīšanās reakcija. Šajā gadījumā daudzi neitroni, kas izdalās no skaldāmajiem kodoliem, izraisīs citu kodolu sadalīšanos degvielas masā, kas arī atbrīvo papildu neitronus, izraisot ķēdes reakciju. Tas sedz ne vairāk kā 20% no degvielas pirms bumbas eksplodēšanas vai, iespējams, daudz mazāk, ja apstākļi nav ideāli: kā atombumbās Little Kid, kuras nometa uz Hirosimu un Fat Man, kas skāra Nagasaki, efektivitāte (ja tāds var būt tiem piemēroja) attiecas) bija attiecīgi tikai 1,38% un 13%.
Kodolu saplūšana (vai saplūšana) aptver visu bumbas lādiņa masu un ilgst tik ilgi, kamēr neitroni var atrast kodoldegvielu, kas vēl nav reaģējusi. Tāpēc šādas bumbas masa un sprādzienbīstamība teorētiski ir neierobežota. Šāda apvienošanās teorētiski var turpināties bezgalīgi. Patiešām, kodoltermiskā bumba ir viena no iespējamām pastardienas ierīcēm, kas varētu iznīcināt visu cilvēku dzīvību.
Kas ir kodolsintēzes reakcija?
Kodolsintēzes reakcijas degviela ir ūdeņraža izotopi deitērijs vai tritijs. Pirmais atšķiras no parastā ūdeņraža ar to, ka tā kodolā papildus vienam protonam ir arī neitrons, bet tritija kodolā jau ir divi neitroni. Dabiskajā ūdenī ir viens deitērija atoms uz katriem 7000 ūdeņraža atomiem, bet no tā daudzuma. kas atrodas glāzē ūdens, kodoltermiskās reakcijas rezultātā var iegūt tādu pašu siltuma daudzumu kā sadegot 200 litriem benzīna. 1946. gadā tiekoties ar politiķiem, amerikāņu ūdeņraža bumbas tēvs Edvards Tellers uzsvēra, ka deitērijs nodrošina vairāk enerģijas uz svara gramu nekā urāns vai plutonijs, bet maksā divdesmit centus par gramu, salīdzinot ar vairākiem simtiem dolāru par gramu skaldīšanas degvielas. Tritijs dabā brīvā stāvoklī vispār nav sastopams, tāpēc tas ir daudz dārgāks par deitēriju, kura tirgus cena ir desmitiem tūkstošu dolāru par gramu, tomēr lielākais skaitlis enerģija izdalās tieši deitērija un tritija kodolu saplūšanas reakcijā, kurā veidojas hēlija atoma kodols un atbrīvojas neitrons, aiznesot 17,59 MeV lieko enerģiju.
D + T → 4 He + n + 17,59 MeV.
Šī reakcija shematiski parādīta zemāk esošajā attēlā.
Vai tas ir daudz vai maz? Kā zināms, visu iemācās salīdzinot. Tātad 1 MeV enerģija ir aptuveni 2,3 miljonus reižu lielāka nekā tā, kas izdalās 1 kg eļļas sadegšanas laikā. Līdz ar to tikai divu deitērija un tritija kodolu saplūšana atbrīvo tik daudz enerģijas, cik izdalās 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 kg eļļas sadegšanas laikā. Bet mēs runājam tikai par diviem atomiem. Varat iedomāties, cik lielas likmes bija pagājušā gadsimta 40. gadu otrajā pusē, kad ASV un PSRS sākās darbs, kura rezultātā tapa kodoltermiskā bumba.
Kā tas viss sākās
Jau 1942. gada vasarā, sākoties atombumbas projektam ASV (Manhetenas projekts) un vēlāk līdzīgā padomju programmā, ilgi pirms tika uzbūvēta uz urāna kodolu skaldīšanas balstīta bumba, tika pievērsta uzmanība daži šo programmu dalībnieki tika piesaistīti ierīcei, kurā var izmantot daudz jaudīgāku kodolsintēzes reakciju. ASV šīs pieejas piekritējs un pat, varētu teikt, apoloģēts bija jau minētais Edvards Tellers. PSRS šo virzienu attīstīja topošais akadēmiķis un disidents Andrejs Saharovs.
Telleram viņa aizraušanās ar kodolsintēzi atombumbas radīšanas gados bija drīzāk lāča pakalpojums. Būdams Manhetenas projekta dalībnieks, viņš neatlaidīgi aicināja novirzīt līdzekļus savu ideju īstenošanai, kuru mērķis bija ūdeņraža un kodoltermiskā bumba, kas vadību neiepriecināja un radīja spriedzi attiecībās. Tā kā tolaik termokodolpētniecības virziens netika atbalstīts, pēc atombumbas radīšanas Tellers pameta projektu un sāka mācīt, kā arī pētīt elementārdaļiņas.
Tomēr aukstā kara uzliesmojums un galvenokārt padomju atombumbas izveide un veiksmīga izmēģināšana 1949. gadā kļuva par jaunu iespēju dedzīgajam antikomunistam Telleram realizēt savas zinātniskās idejas. Viņš atgriežas Los Alamos laboratorijā, kur tika izveidota atombumba, un kopā ar Staņislavu Ulamu un Kornēliju Everetu sāk aprēķinus.
Kodoltermiskās bumbas princips
Lai sāktos kodolsintēzes reakcija, bumbas lādiņš uzreiz jāuzsilda līdz 50 miljonu grādu temperatūrai. Tellera piedāvātā kodolbumbas shēma šim nolūkam izmanto nelielas atombumbas sprādzienu, kas atrodas ūdeņraža korpusa iekšpusē. Var apgalvot, ka pagājušā gadsimta 40. gados viņas projekta izstrādē bija trīs paaudzes:
- Tellera variācija, kas pazīstama kā "klasiskais super";
- sarežģītāki, bet arī reālistiskāki vairāku koncentrisku sfēru dizaini;
- Teller-Ulam dizaina galīgā versija, kas ir visu mūsdienās darbojošos kodolieroču sistēmu pamatā.
Līdzīgus projektēšanas posmus izgāja PSRS termokodolbumbas, kuru izveides aizsācējs bija Andrejs Saharovs. Viņš, acīmredzot, pilnīgi neatkarīgi un neatkarīgi no amerikāņiem (ko nevar teikt par padomju atombumbu, kas radīta ar ASV strādājošo zinātnieku un izlūkdienestu kopējiem centieniem) izgāja cauri visiem iepriekšminētajiem projektēšanas posmiem.
Pirmajām divām paaudzēm bija īpašība, ka tām bija virkne savstarpēji saistītu "slāņu", no kuriem katrs pastiprināja kādu iepriekšējā aspektu, un dažos gadījumos tika izveidota atgriezeniskā saite. Nebija skaidra sadalījuma starp primāro atombumbu un sekundāro kodoltermisko bumbu. Turpretim Tellera-Ulama kodolbumbas diagramma krasi nošķir primāro sprādzienu, sekundāro sprādzienu un, ja nepieciešams, papildu sprādzienu.
Kodolbumbas ierīce pēc Teller-Ulam principa
Daudzas no tā detaļām joprojām ir klasificētas, taču ir diezgan skaidrs, ka visi pašlaik pieejamie kodolieroči ir balstīti uz Edvarda Tellero un Staņislava Ulama radīto ierīci, kurā atombumba (t.i. primārais lādiņš) tiek izmantota starojuma radīšanai, saspiež. un silda kodolsintēzes degvielu. Andrejs Saharovs Padomju Savienībā acīmredzot neatkarīgi nāca klajā ar līdzīgu koncepciju, ko viņš sauca par "trešo ideju".
Kodolbumbas dizains šajā versijā shematiski parādīts zemāk esošajā attēlā.
Tam bija cilindriska forma ar aptuveni sfērisku primāro atombumbu vienā galā. Sekundārais kodoltermiskais lādiņš pirmajos, vēl nerūpnieciskajos paraugos, tika izgatavots no šķidrā deitērija, nedaudz vēlāk tas kļuva ciets no ķīmiskā savienojuma, ko sauc par litija deiterīdu.
Fakts ir tāds, ka rūpniecība jau sen izmanto litija hidrīdu LiH ūdeņraža transportēšanai bez baloniem. Bumbas izstrādātāji (šo ideju pirmo reizi izmantoja PSRS) vienkārši ierosināja parastā ūdeņraža vietā ņemt tā izotopu deitēriju un apvienot to ar litiju, jo ir daudz vieglāk izgatavot bumbu ar cietu kodoltermisko lādiņu.
Sekundārā lādiņa forma bija cilindrs, kas ievietots traukā ar svina (vai urāna) apvalku. Starp lādiņiem ir neitronu aizsardzības vairogs. Telpu starp konteinera ar kodoltermisko degvielu sienām un bumbas korpusu piepilda ar speciālu plastmasu, parasti putupolistirolu. Pats bumbas korpuss ir izgatavots no tērauda vai alumīnija.
Šīs formas ir mainījušās jaunākajos dizainparaugos, piemēram, tālāk redzamajā.
Tajā primārais lādiņš ir saplacināts kā arbūzam vai amerikāņu futbola bumbiņai, un sekundārais lādiņš ir sfērisks. Šādas formas daudz efektīvāk iekļaujas konisko raķešu kaujas galviņu iekšējā tilpumā.
Kodoltermiskā sprādziena secība
Detonējot primārajai atombumbai, šī procesa pirmajos brīžos rodas spēcīgs rentgenstaru starojums (neitronu plūsma), ko daļēji bloķē neitronu vairogs un atstarojas no korpusa iekšējās oderes, kas ieskauj sekundāro lādiņu. , tātad rentgenstari simetriski nokrist uz tā visā garumā.
Ieslēgts sākuma posmi Kodoltermiskās reakcijas laikā neitronus no atomu sprādziena absorbē plastmasas pildviela, lai novērstu degvielas pārāk ātru uzsilšanu.
Rentgenstari sākotnēji izraisa blīvu plastmasas putu parādīšanos, kas aizpilda telpu starp korpusu un sekundāro lādiņu, kas ātri pārvēršas plazmas stāvoklī, kas silda un saspiež sekundāro lādiņu.
Turklāt rentgena stari iztvaiko konteinera virsmu, kas ieskauj sekundāro lādiņu. Tvertnes viela, simetriski iztvaikojot attiecībā pret šo lādiņu, iegūst noteiktu impulsu, kas virzīts no tās ass, un sekundārā lādiņa slāņi saskaņā ar impulsa nezūdamības likumu saņem impulsu, kas vērsts uz ierīces asi. Princips šeit ir tāds pats kā raķetē, tikai tad, ja iedomājaties, ka raķetes degviela simetriski izkliedējas no savas ass un ķermenis tiek saspiests uz iekšu.
Šādas kodoltermiskās degvielas saspiešanas rezultātā tās tilpums samazinās tūkstošiem reižu, un temperatūra sasniedz līmeni, kurā sākas kodolsintēzes reakcija. Eksplodē termokodolbumba. Reakciju pavada tritija kodolu veidošanās, kas saplūst ar deitērija kodoliem, kas sākotnēji atrodas sekundārajā lādiņā.
Pirmie sekundārie lādiņi tika uzbūvēti ap plutonija stieņa serdi, ko neoficiāli sauca par "sveci", kas iekļuva kodola skaldīšanas reakcijā, t.i., tika veikts vēl viens, papildu atomu sprādziens, lai vēl vairāk paaugstinātu temperatūru, lai nodrošinātu sveces sākšanos. kodolsintēzes reakcija. Pašlaik tiek uzskatīts, ka vairāk efektīvas sistēmas kompresija likvidēja "sveci", ļaujot tālāk miniaturizēt bumbas dizainu.
Operācija Ivy
Tā 1952. gadā Māršala salās tika nosaukti amerikāņu kodoltermisko ieroču izmēģinājumi, kuru laikā tika uzspridzināta pirmā kodoltermiskā bumba. To sauca par Ivy Mike un uzbūvēja pēc Teller-Ulam standarta projekta. Tās sekundārais kodoltermiskais lādiņš tika ievietots cilindriskā traukā, kas bija termiski izolēta Djūāra kolba ar kodoldegvielu šķidrā deitērija veidā, pa kuras asi skrēja 239-plutonija “svece”. Savukārt Djūrs tika pārklāts ar vairāk nekā 5 tonnas smagu 238 urāna slāni, kas sprādziena laikā iztvaikoja, nodrošinot kodoltermiskās degvielas simetrisku saspiešanu. Tvertne ar primāro un sekundāro lādiņu tika ievietota tērauda korpusā, kura platums bija 80 collas un 244 collas garš ar 10–12 collu biezām sienām. lielākais piemērs kalti izstrādājumi pirms šī laika. Iekšējā virsma Korpuss tika izklāts ar svina un polietilēna loksnēm, lai atspoguļotu starojumu pēc primārā lādiņa eksplozijas un radītu plazmu, kas silda sekundāro lādiņu. Visa iekārta svēra 82 tonnas. Ierīces skats īsi pirms sprādziena ir parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.
Pirmā kodolbumbas pārbaude notika 1952. gada 31. oktobrī. Sprādziena jauda bija 10,4 megatonnas. Attol Eniwetok, kur tas tika ražots, tika pilnībā iznīcināts. Sprādziena brīdis ir parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.
PSRS sniedz simetrisku atbildi
ASV kodoltermisko čempionāts nebija ilgi. 1953. gada 12. augustā Semipalatinskas izmēģinājumu poligonā tika izmēģināta pirmā padomju kodolbumba RDS-6, kas tika izstrādāta Andreja Saharova un Jūlija Haritona vadībā uzspridzināt bumbu, bet gan lietošanai gatavas munīcijas veids, bet drīzāk laboratorijas ierīce, apgrūtinoša un ļoti nepilnīga. Padomju zinātnieki, neskatoties uz nelielo jaudu, tikai 400 kg, pārbaudīja pilnībā gatavu munīciju ar kodoldegvielu cietā litija deiterīda veidā, nevis šķidrā deitērija veidā, kā amerikāņi. Starp citu, jāņem vērā, ka litija deiterīda sastāvā tiek izmantots tikai 6 Li izotops (tas ir saistīts ar kodoltermisko reakciju īpatnībām), un dabā tas ir sajaukts ar 7 Li izotopu. Tāpēc tika uzbūvētas īpašas ražotnes, lai atdalītu litija izotopus un atlasītu tikai 6 Li.
Jaudas limita sasniegšana
Sekoja desmitgade nepārtrauktas bruņošanās sacensības, kuru laikā kodoltermiskās munīcijas jauda nepārtraukti pieauga. Visbeidzot 1961. gada 30. oktobrī PSRS virs poligona Jaunā Zeme Apmēram 4 km augstumā gaisā tika uzspridzināta jaudīgākā jebkad uzbūvētā un pārbaudītā kodolbumba, ko Rietumos sauca par cara Bombu.
Šī trīspakāpju munīcija faktiski tika izstrādāta kā 101,5 megatonu bumba, taču vēlme samazināt apgabala radioaktīvo piesārņojumu lika izstrādātājiem atteikties no trešā posma ar 50 megatonnu ražu un samazināt ierīces projektēto jaudu līdz 51,5 megatonnām. . Tajā pašā laikā primārā atoma lādiņa sprādziena jauda bija 1,5 megatonnas, un otrajai kodoltermiskajai pakāpei vajadzēja dot vēl 50. Faktiskā sprādziena jauda bija līdz 58 megatonām. Parādīts bumbas izskats zemāk esošajā fotoattēlā.
Tās sekas bija iespaidīgas. Neskatoties uz ļoti ievērojamo sprādziena augstumu 4000 m, neticami spilgtā ugunsbumba ar apakšējo malu gandrīz sasniedza Zemi un ar augšējo malu pacēlās vairāk nekā 4,5 km augstumā. Spiediens zem sprādziena punkta bija sešas reizes lielāks par Hirosimas sprādziena maksimālo spiedienu. Gaismas zibspuldze bija tik spilgta, ka bija redzama 1000 kilometru attālumā, neskatoties uz mākoņaino laiku. Viens no testa dalībniekiem redzēja spilgtu zibspuldzi caur tumšām brillēm un sajuta termiskā impulsa ietekmi pat 270 km attālumā. Zemāk redzama sprādziena brīža fotogrāfija.
Tika parādīts, ka kodoltermiskā lādiņa jaudai patiešām nav ierobežojumu. Galu galā pietika, lai pabeigtu trešo posmu, un aprēķinātā jauda būtu sasniegta. Bet ir iespējams vēl vairāk palielināt posmu skaitu, jo cara Bombas svars bija ne vairāk kā 27 tonnas. Šīs ierīces izskats ir parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.
Pēc šiem izmēģinājumiem daudziem politiķiem un militārpersonām gan PSRS, gan ASV kļuva skaidrs, ka kodolbruņošanās sacensības ir sasniegušas savu robežu un ir jāpārtrauc.
Mūsdienu Krievija mantoja PSRS kodolarsenālu. Mūsdienās Krievijas kodoltermiskās bumbas turpina atturēt tos, kas tiecas pēc globālās hegemonijas. Cerēsim, ka viņi pildīs tikai savu atturēšanas lomu un nekad netiks uzspridzināti.
Saule kā kodolsintēzes reaktors
Ir labi zināms, ka Saules vai, precīzāk, tās kodola temperatūra, sasniedzot 15 000 000 °K, tiek uzturēta, pateicoties nepārtrauktai kodoltermisko reakciju norisei. Tomēr viss, ko varējām smelties no iepriekšējā teksta, liecina par šādu procesu sprādzienbīstamību. Kāpēc tad Saule neeksplodē kā kodoltermiskā bumba?
Fakts ir tāds, ka ar milzīgu ūdeņraža daļu Saules masā, kas sasniedz 71%, tā izotopa deitērija daļa, kuras kodoli var piedalīties tikai termokodolsintēzes reakcijā, ir niecīga. Fakts ir tāds, ka paši deitērija kodoli veidojas divu ūdeņraža kodolu saplūšanas rezultātā, nevis tikai saplūšanas rezultātā, bet arī, vienam no protoniem sadaloties neitronā, pozitronā un neitrīno (tā sauktā beta sabrukšana), kas ir rets notikums. Šajā gadījumā iegūtie deitērija kodoli tiek sadalīti diezgan vienmērīgi visā saules kodola tilpumā. Tāpēc ar savu milzīgo izmēru un masu atsevišķi un reti relatīvi mazas jaudas termokodolreakciju centri ir it kā izsmērēti visā Saules kodolā. Ar šo reakciju laikā izdalīto siltumu nepārprotami nepietiek, lai acumirklī izdegtu viss Saulē esošais deitērijs, taču pietiek, lai to uzsildītu līdz temperatūrai, kas nodrošina dzīvību uz Zemes.
Daudzi mūsu lasītāji ūdeņraža bumba saistīts ar kodolenerģiju, tikai daudz jaudīgāks. Faktiski šis ir principiāli jauns ierocis, kura izveide prasīja nesamērīgi lielus intelektuālos pūliņus un darbojas uz principiāli atšķirīgiem fiziskiem principiem.
"Puff"
Mūsdienu bumba
Vienīgais, kas kopīgs atombumbām un ūdeņraža bumbām ir tas, ka abas atbrīvo kolosālu enerģiju, kas paslēpta atoma kodolā. To var izdarīt divos veidos: sadalīt smagos kodolus, piemēram, urānu vai plutoniju, vieglākos (šķelšanās reakcija) vai piespiest vieglākos ūdeņraža izotopus apvienoties (sintēzes reakcija). Abu reakciju rezultātā iegūtā materiāla masa vienmēr ir mazāka par sākotnējo atomu masu. Bet masa nevar pazust bez pēdām - tā pārvēršas enerģijā saskaņā ar Einšteina slaveno formulu E=mc2.
A-bumba
Lai izveidotu atombumbu, nepieciešams un pietiekams nosacījums ir iegūt skaldāmo materiālu pietiekamā daudzumā. Darbs ir diezgan darbietilpīgs, bet ar zemu intelektuālo līmeni, kas atrodas tuvāk kalnrūpniecības nozarei, nevis augstajai zinātnei. Galvenie resursi šādu ieroču radīšanai tiek tērēti milzu urāna raktuvju un bagātināšanas rūpnīcu celtniecībai. Par ierīces vienkāršību liecina fakts, ka starp pirmajai bumbai nepieciešamā plutonija ražošanu un pirmo padomju kodolsprādzienu pagāja mazāk nekā mēnesis.
Īsi atcerēsimies šādas bumbas darbības principu, kas pazīstams no skolas fizikas kursa. Tas ir balstīts uz urāna un dažu transurāna elementu, piemēram, plutonija, īpašību sabrukšanas laikā atbrīvot vairāk nekā vienu neitronu. Šie elementi var sabrukt vai nu spontāni, vai citu neitronu ietekmē.
Atbrīvotais neitrons var atstāt radioaktīvo materiālu vai arī tas var sadurties ar citu atomu, izraisot citu skaldīšanas reakciju. Pārsniedzot noteiktu vielas koncentrāciju (kritisko masu), jaundzimušo neitronu skaits, izraisot tālāku atoma kodola šķelšanos, sāk pārsniegt pūšanas kodolu skaitu. Bojājošo atomu skaits sāk augt kā lavīna, dzemdējot jaunus neitronus, tas ir, notiek ķēdes reakcija. Urānam-235 kritiskā masa ir aptuveni 50 kg, plutonija-239 - 5,6 kg. Tas ir, plutonija bumbiņa, kas sver nedaudz mazāk par 5,6 kg, ir tikai silts metāla gabals, un masa, kas ir nedaudz lielāka, ilgst tikai dažas nanosekundes.
Faktiskā bumbas darbība ir vienkārša: mēs ņemam divas urāna vai plutonija puslodes, katra nedaudz mazāka par kritisko masu, novietojam tās 45 cm attālumā, pārklājam ar sprāgstvielām un detonējam. Urāns vai plutonijs tiek saķepināts superkritiskās masas gabalā, un sākas kodolreakcija. Visi. Ir vēl viens veids, kā uzsākt kodolreakciju - saspiest plutonija gabalu ar spēcīgu sprādzienu: attālums starp atomiem samazināsies, un reakcija sāksies pie mazākas kritiskās masas. Visi mūsdienu atomu detonatori darbojas pēc šī principa.
Atombumbas problēmas sākas no brīža, kad vēlamies palielināt sprādziena jaudu. Nepietiek tikai ar skaldāmā materiāla palielināšanu – tiklīdz tā masa sasniedz kritisko masu, tas detonē. Tika izdomātas dažādas ģeniālas shēmas, piemēram, izgatavot bumbu nevis no divām daļām, bet no daudzām, kas lika bumbai sākt atgādināt izķidātu apelsīnu un pēc tam ar vienu sprādzienu salikt to vienā gabalā, bet tomēr ar jaudu. vairāk nekā 100 kilotonnām, problēmas kļuva nepārvaramas.
H-bumba
Bet kodolsintēzes degvielai nav kritiskās masas. Šeit virs galvas karājas ar kodoltermisko degvielu piepildīta Saule, tās iekšienē jau miljardiem gadu notiek kodoltermiskā reakcija, un nekas nesprāgst. Turklāt, piemēram, deitērija un tritija (smagais un supersmagais ūdeņraža izotops) sintēzes reakcijas laikā enerģijas izdalās 4,2 reizes vairāk nekā tādas pašas urāna-235 masas sadegšanas laikā.
Atombumbas izgatavošana bija eksperimentāls, nevis teorētisks process. Ūdeņraža bumbas izveide prasīja pilnīgi jaunu fizisko disciplīnu rašanos: augstas temperatūras plazmas un īpaši augsta spiediena fiziku. Pirms sākat konstruēt bumbu, bija rūpīgi jāizprot to parādību būtība, kas notiek tikai zvaigžņu kodolā. Šeit nevarēja palīdzēt nekādi eksperimenti - pētnieku instrumenti bija tikai teorētiskā fizika un augstākā matemātika. Nav nejaušība, ka gigantiska loma kodoltermisko ieroču izstrādē pieder matemātiķiem: Ulamam, Tihonovam, Samarskim utt.
Klasika super
Līdz 1945. gada beigām Edvards Tellers ierosināja pirmo ūdeņraža bumbas dizainu, ko sauca par "klasisko super". Lai radītu milzīgo spiedienu un temperatūru, kas nepieciešama kodolsintēzes reakcijas sākšanai, bija paredzēts izmantot parasto atombumbu. Pats “klasiskais super” bija garš cilindrs, kas piepildīts ar deitēriju. Tika nodrošināta arī starpposma “aizdedzes” kamera ar deitērija-tritija maisījumu - deitērija un tritija sintēzes reakcija sākas ar zemāku spiedienu. Pēc analoģijas ar uguni, deitērijam vajadzēja spēlēt malkas lomu, deitērija un tritija maisījumam - glāzi benzīna un atombumbai - sērkociņu. Šo shēmu sauca par "pīpi" - sava veida cigāru ar atomu šķiltavu vienā galā. Padomju fiziķi sāka izstrādāt ūdeņraža bumbu, izmantojot to pašu shēmu.
Tomēr matemātiķis Staņislavs Ulams, izmantojot parastu slaidu likumu, Telleram pierādīja, ka tīra deitērija saplūšanas reakcija “superā” diez vai ir iespējama un maisījumam būtu nepieciešams tik daudz tritija, ka tā ražošanai. praktiski iesaldētu ieroču kvalitātes plutonija ražošanu Amerikas Savienotajās Valstīs.
Uzpūš ar cukuru
1946. gada vidū Tellers ierosināja citu ūdeņraža bumbas dizainu - "modinātāju". Tas sastāvēja no mainīgiem sfēriskiem urāna, deitērija un tritija slāņiem. Plutonija centrālā lādiņa kodolsprādziena laikā tika radīts nepieciešamais spiediens un temperatūra termokodolreakcijas sākšanai citos bumbas slāņos. Tomēr "modinātājam" bija nepieciešams lieljaudas atomu iniciators, un ASV (kā arī PSRS) bija problēmas ar ieroču kvalitātes urāna un plutonija ražošanu.
1948. gada rudenī Andrejs Saharovs nonāca pie līdzīgas shēmas. Padomju Savienībā dizainu sauca par "sloyka". PSRS, kurai nebija laika pietiekamā daudzumā ražot ieroču kvalitātes urānu-235 un plutoniju-239, Saharova kārtainā pasta bija panaceja. Un lūk, kāpēc.
Parastajā atombumbā dabiskais urāns-238 ir ne tikai bezjēdzīgs (neitronu enerģija sabrukšanas laikā nav pietiekama, lai uzsāktu skaldīšanu), bet arī kaitīgs, jo tas dedzīgi absorbē sekundāros neitronus, palēninot ķēdes reakciju. Tāpēc 90% ieroču kvalitātes urāna sastāv no urāna-235 izotopa. Tomēr neitroni, kas rodas kodolsintēzes rezultātā, ir 10 reizes enerģiskāki nekā skaldīšanas neitroni, un ar šādiem neitroniem apstarotais dabiskais urāns-238 sāk lieliski skaldīties. Jaunā bumba ļāva kā sprāgstvielu izmantot urānu-238, kas iepriekš tika uzskatīts par atkritumu produktu.
Saharova “kārtainās mīklas” galvenā iezīme bija arī baltās plaušas izmantošana ļoti deficīta tritija vietā. kristāliska viela— litija deiterīds 6LiD.
Kā minēts iepriekš, deitērija un tritija maisījums aizdegas daudz vieglāk nekā tīrs deitērijs. Tomēr šeit tritija priekšrocības beidzas, un paliek tikai trūkumi: normālā stāvoklī tritijs ir gāze, kas rada grūtības ar uzglabāšanu; tritijs ir radioaktīvs un sadalās par stabilu hēliju-3, kas aktīvi patērē tik nepieciešamos ātros neitronus, ierobežojot bumbas glabāšanas laiku līdz dažiem mēnešiem.
Neradioaktīvais litija deutrīds, apstarojot ar lēnas skaldīšanas neitroniem – atomu drošinātāja sprādziena sekas – pārvēršas par tritiju. Tādējādi primārā atomu sprādziena radītais starojums acumirklī rada pietiekamu daudzumu tritija turpmākai kodoltermiskai reakcijai, un deitērijs sākotnēji atrodas litija deutrīdā.
Tieši šādu bumbu RDS-6 veiksmīgi pārbaudīja 1953. gada 12. augustā Semipalatinskas poligona tornī. Sprādziena jauda bija 400 kilotonnu, un joprojām notiek diskusijas par to, vai tas bija īsts kodoltermiskais sprādziens vai superjaudīgs atomu sprādziens. Galu galā kodolsintēzes reakcija Saharova kārtainās pastā veidoja ne vairāk kā 20% no kopējās uzlādes jaudas. Galveno ieguldījumu sprādzienā sniedza ātru neitronu apstarotā urāna-238 sabrukšanas reakcija, pateicoties kurai RDS-6 atklāja tā saukto “netīro” bumbu ēru.
Fakts ir tāds, ka galveno radioaktīvo piesārņojumu rada sabrukšanas produkti (jo īpaši stroncijs-90 un cēzijs-137). Būtībā Saharova “kārtainā mīkla” bija milzīga atombumba, ko tikai nedaudz uzlaboja kodoltermiskā reakcija. Nav nejaušība, ka tikai viens “kārtainās mīklas” sprādziens radīja 82% stroncija-90 un 75% cēzija-137, kas nonāca atmosfērā visā Semipalatinskas izmēģinājumu poligona vēsturē.
Amerikāņu bumbas
Tomēr tieši amerikāņi bija pirmie, kas uzspridzināja ūdeņraža bumbu. 1952. gada 1. novembrī Elugelaba atolā Klusajā okeānā veiksmīgi tika izmēģināta Mike kodoltermiskā iekārta ar 10 megatonu jaudu. 74 tonnas smagu amerikāņu ierīci būtu grūti nosaukt par bumbu. "Mike" bija liela izmēra ierīce divstāvu māja, piepildīts ar šķidru deitēriju temperatūrā, kas ir tuvu absolūtā nulle(Saharova “kārtainā mīkla” bija pilnībā transportējams produkts). Tomēr “Maika” izcilākais bija nevis izmērs, bet gan ģeniālais kodoltermisko sprāgstvielu saspiešanas princips.
Atcerēsimies, ka ūdeņraža bumbas galvenā ideja ir radīt apstākļus kodolsintēzei (īpaši augsts spiediens un temperatūra), izmantojot kodolsprādzienu. “Puff” shēmā kodollādiņš atrodas centrā, un tāpēc tas ne tik daudz saspiež deitēriju, cik izkliedē to uz āru - kodoltermiskās sprāgstvielas daudzuma palielināšana neizraisa jaudas palielināšanos - tas vienkārši nenotiek. ir laiks detonēt. Tieši tas ierobežo šīs shēmas maksimālo jaudu - pasaulē visspēcīgākais "dvesma" Orange Herald, ko briti uzspridzināja 1957. gada 31. maijā, deva tikai 720 kilotonu.
Būtu ideāli, ja mēs varētu likt atoma drošinātājam eksplodēt iekšā, saspiežot kodoltermisko sprāgstvielu. Bet kā to izdarīt? Edvards Tellers izvirzīja izcilu ideju: saspiest kodoltermisko degvielu nevis ar mehānisko enerģiju un neitronu plūsmu, bet gan ar primārā atoma drošinātāja starojumu.
Tellera jaunajā dizainā iniciējošā atoma vienība tika atdalīta no kodoltermiskās vienības. Kad tika iedarbināts atomu lādiņš, rentgena starojums bija pirms triecienviļņa un izplatījās pa cilindriskā korpusa sienām, iztvaikojot un pārvēršot bumbas korpusa polietilēna iekšējo oderējumu plazmā. Savukārt plazma atkārtoti izstaroja mīkstākus rentgena starus, kurus absorbēja urāna-238 iekšējā cilindra - "stūmēja" - ārējie slāņi. Slāņi sāka sprādzienbīstami iztvaikot (šo parādību sauc par ablāciju). Karsto urāna plazmu var salīdzināt ar superjaudīga raķešu dzinēja strūklām, kuras vilces spēks tiek virzīts cilindrā ar deitēriju. Urāna cilindrs sabruka, deitērija spiediens un temperatūra sasniedza kritisko līmeni. Tas pats spiediens saspieda centrālo plutonija cauruli līdz kritiskajai masai, un tā detonēja. Plutonija drošinātāja sprādziens no iekšpuses nospieda deitēriju, tālāk saspiežot un uzkarsējot kodoltermisko sprāgstvielu, kas detonēja. Intensīva neitronu plūsma sadala urāna-238 kodolus "stūmējā", izraisot sekundāru sabrukšanas reakciju. Tas viss izdevās notikt pirms brīža, kad sprādziena vilnis no primārā kodolsprādziena sasniedza kodoltermisko bloku. Lai aprēķinātu visus šos notikumus, kas notiek sekundes miljarddaļās, bija nepieciešamas planētas spēcīgāko matemātiķu prāta spējas. “Maika” veidotāji piedzīvoja nevis šausmas no 10 megatonu sprādziena, bet gan neaprakstāmu sajūsmu – viņiem izdevās ne tikai izprast procesus, kas reālā pasaule dodieties tikai uz zvaigžņu kodoliem, bet arī pārbaudiet to teorijas eksperimentāli, uzstādot uz Zemes savu mazo zvaigzni.
Bravo
Pārspējot krievus dizaina skaistumā, amerikāņi nespēja padarīt savu ierīci kompaktu: viņi izmantoja šķidru pārdzesētu deitēriju, nevis Saharova pulverveida litija deiterīdu. Losalamosā viņi uz Saharova “kārtaino mīklu” reaģēja ar zināmu skaudību: “nevis milzīgas govs ar spaini svaigpiens Krievi izmanto paciņu piena pulvera. Tomēr abām pusēm neizdevās slēpt noslēpumus vienai no otras. 1954. gada 1. martā netālu no Bikini atola amerikāņi izmēģināja 15 megatonu “Bravo” bumbu, izmantojot litija deutrīdu, bet 1955. gada 22. novembrī – pirmo padomju divpakāpju kodoltermisko bumbu RDS-37 ar 1,7 megatonu jaudu. eksplodēja virs Semipalatinskas poligona, nojaucot gandrīz pusi no poligona. Kopš tā laika kodoltermiskās bumbas dizains ir piedzīvojis nelielas izmaiņas (piemēram, starp iniciējošo bumbu un galveno lādiņu parādījās urāna vairogs) un kļuvis kanonisks. Un pasaulē vairs nav palikuši liela mēroga dabas noslēpumi, kurus varētu atrisināt ar tik iespaidīgu eksperimentu. Varbūt supernovas dzimšana.
Kodolieroči (ūdeņraža bumba)- kodolieroču veids, kura iznīcinošā jauda ir balstīta uz vieglo elementu kodolsintēzes reakcijas enerģijas izmantošanu smagākos (piemēram, hēlija atoma viena kodola sintēze no diviem deitērija kodoliem atomi), kas atbrīvo enerģiju.
Vispārīgs apraksts [ | ]
Kodoltermisko sprādzienbīstamu ierīci var uzbūvēt, izmantojot vai nu šķidru deitēriju, vai saspiestu gāzveida deitēriju. Bet kodoltermisko ieroču parādīšanās kļuva iespējama tikai pateicoties litija hidrīda veidam - litija-6 deuterīdam. Tas ir smagā ūdeņraža deitērija izotopa un litija izotopa ar masas skaitli 6 kombinācija.
Litija-6 deiterīds - ciets, kas ļauj normālos apstākļos uzglabāt deitēriju (kura parastais stāvoklis normālos apstākļos ir gāze), turklāt tā otrais komponents - litijs-6 - ir izejviela vistrūcīgākā ūdeņraža izotopa - tritija - ražošanai. . Faktiski 6 Li ir vienīgais rūpnieciskais tritija avots:
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 (Viņš) +E_(1).) Tāda pati reakcija notiek litija-6 deuterīdā termokodolierīcē, kad to apstaro ar ātriem neitroniem; atbrīvota enerģija E 1 = 4,784 MeV Tāda pati reakcija notiek litija-6 deuterīdā termokodolierīcē, kad to apstaro ar ātriem neitroniem; atbrīvota enerģija. Pēc tam iegūtais tritijs (3H) reaģē ar deitēriju, atbrīvojot enerģiju:
2 = 17,59 MeVTurklāt tiek ražots neitrons ar kinētisko enerģiju vismaz 14,1 MeV, kas var atkal ierosināt pirmo reakciju uz citu litija-6 kodolu vai izraisīt smagā urāna vai plutonija kodolu sadalīšanos čaulā vai sprūda ar vairāku kodolu emisiju. vairāk ātru neitronu.
Agrīnā ASV kodoltermiskā munīcija izmantoja arī dabisko litija deiterīdu, kas galvenokārt satur litija izotopu ar masas numuru 7. Tas kalpo arī kā tritija avots, bet tam neitronu, kas piedalās reakcijā, enerģijai jābūt 10 MeV vai lielākai: reakcija n+ 7 Li → 3 H + 4 He + n− 2,467 MeV ir endotermisks, absorbē enerģiju.
Kodolbumba, kas darbojas pēc Teller-Ulam principa, sastāv no diviem posmiem: sprūda un tvertnes ar kodoltermisko degvielu.
Ierīce, ko ASV pārbaudīja 1952. gadā, patiesībā nebija bumba, bet gan laboratorijas prototips, “trīsstāvu māja, kas piepildīta ar šķidru deitēriju”, kas izgatavota īpaša dizaina veidā. Padomju zinātnieki izstrādāja tieši bumbu - pilnīgu ierīci, kas piemērota praktiskai militārai lietošanai.
Lielākā ūdeņraža bumba, kas jebkad ir uzspridzināta, ir padomju 58 megatonu smagā "Tsar Bomba", kas tika uzspridzināta 1961. gada 30. oktobrī Novaja Zemļas arhipelāga izmēģinājumu poligonā. Ņikita Hruščovs vēlāk publiski jokoja, ka sākotnējais plāns bija uzspridzināt 100 megatonnu bumbu, taču lādiņš tika samazināts, "lai nesaplīstu viss stikls Maskavā". Strukturāli bumba patiešām bija paredzēta 100 megatonnām, un šo jaudu varēja sasniegt, aizstājot svinu ar urānu. Bumba tika uzspridzināta 4000 metru augstumā virs Novaja Zemļas poligona. Trieciena vilnis pēc sprādziena trīs reizes riņķoja ap zemeslodi. Neskatoties uz veiksmīgo izmēģinājumu, bumba ekspluatācijā nenonāca; Tomēr superbumbas izveidei un pārbaudei bija liela politiska nozīme, parādot, ka PSRS ir atrisinājusi problēmu, lai sasniegtu praktiski jebkuru megatonnāžas līmeni savā kodolarsenālā.
ASV [ | ]
Ideju par kodolsintēzes bumbu, ko ierosināja atomu lādiņš, Enriko Fermi ierosināja savam kolēģim Edvardam Telleram 1941. gada rudenī, pašā Manhetenas projekta sākumā. Tellers Manhetenas projekta laikā lielu daļu sava darba veltīja kodolsintēzes bumbas projektam, nedaudz atstājot novārtā pašu atombumbu. Viņa koncentrēšanās uz grūtībām un "velna aizstāvja" nostāja problēmu diskusijās piespieda Oppenheimeru novest Telleru un citus "problemātiskos" fiziķus uz apšuvumu.
Pirmos svarīgos un konceptuālos soļus ceļā uz sintēzes projekta realizāciju spēra Tellera līdzstrādnieks Staņislavs Ulams. Lai uzsāktu kodolsintēzi, Ulams ierosināja saspiest kodoldegvielu pirms tās karsēšanas, izmantojot primārās skaldīšanas reakcijas faktorus, kā arī novietojot kodoltermisko lādiņu atsevišķi no bumbas primārās kodolkomponentes. Šie priekšlikumi ļāva pārcelt kodoltermisko ieroču izstrādi uz praktisko līmeni. Pamatojoties uz to, Tellers ierosināja, ka primārā sprādziena radītie rentgena un gamma stari varētu pārnest pietiekami daudz enerģijas uz sekundāro komponentu, kas atrodas kopīgā apvalkā ar primāro, lai veiktu pietiekamu saspiešanu (saspiešanu), lai uzsāktu kodoltermisko reakciju. . Tellers un viņa atbalstītāji un pretinieki vēlāk apsprieda Ulama ieguldījumu teorijā, kas ir šī mehānisma pamatā.
Sprādziens "Džordžs"
1951. gadā ar vispārīgo nosaukumu Operācija Siltumnīca tika veikta virkne testu, kuru laikā tika izstrādāti kodollādiņu miniaturizācijas jautājumi, vienlaikus palielinot to jaudu. Viens no šīs sērijas izmēģinājumiem bija sprādziens ar kodētu nosaukumu "Džordžs", kurā tika uzspridzināta eksperimentāla iekārta, kas bija kodollādiņš tora formā ar nelielu daudzumu šķidrā ūdeņraža, kas novietots centrā. Galvenā sprādziena jaudas daļa tika iegūta tieši ūdeņraža saplūšanas rezultātā, kas praksē apstiprināja vispārējo divpakāpju ierīču koncepciju.
"Evie Mike"
Drīz vien termokodolieroču izstrāde Amerikas Savienotajās Valstīs tika virzīta uz Teller-Ulam konstrukcijas miniaturizāciju, ko varēja aprīkot ar starpkontinentālajām ballistiskajām raķetēm (ICBM) un no zemūdenēm palaižamām ballistiskajām raķetēm (SLBM). Līdz 1960. gadam tika pieņemtas W47 megatonnu klases kaujas galviņas, kuras tika izvietotas tālāk zemūdenes, aprīkots ar Polaris ballistiskajām raķetēm. Kaujas galviņu masa bija 320 kg un diametrs 50 cm. Vēlāk veiktie testi parādīja uz Polaris raķetēm uzstādīto kaujas galviņu zemo uzticamību un nepieciešamību pēc to modifikācijām. Līdz 1970. gadu vidum Teller-Ulam kaujas galviņu jauno versiju miniaturizācija ļāva izvietot 10 vai vairāk kaujas galviņas vairāku kaujas galviņu (MIRV) raķetes izmēros.
PSRS [ | ]
Ziemeļkoreja [ | ]
Šā gada decembrī KCNA izplatīja Ziemeļkorejas līdera Kima Čenuna paziņojumu, kurā viņš ziņoja, ka Phenjanai ir sava ūdeņraža bumba.
ŪDEŅRAŽA BOMBA
lielas iznīcinošas jaudas ierocis (tNT ekvivalentā par megatonnām), kura darbības princips balstās uz vieglo kodolu termokodolsintēzes reakciju. Sprādziena enerģijas avots ir procesi, kas līdzīgi tiem, kas notiek uz Saules un citām zvaigznēm.
Termonukleārās reakcijas. Saules iekšpuse satur milzīgu daudzumu ūdeņraža, kas atrodas īpaši augstas kompresijas stāvoklī apm. 15 000 000 K. Pie tik augstām temperatūrām un plazmas blīvumiem ūdeņraža kodoli pastāvīgi saskaras viens ar otru, daži no tiem beidzas ar to saplūšanu un galu galā smagāku hēlija kodolu veidošanos. Šādas reakcijas, ko sauc par kodolsintēzi, pavada milzīga enerģijas daudzuma izdalīšanās. Saskaņā ar fizikas likumiem enerģijas izdalīšanās kodolsintēzes laikā ir saistīta ar to, ka smagāka kodola veidošanās laikā daļa no tā sastāvā iekļauto vieglo kodolu masas tiek pārvērsta kolosālā enerģijas daudzumā. Tāpēc Saule, kam ir gigantiska masa, katru dienu kodolsintēzes procesā zaudē apm. 100 miljardus tonnu matērijas un atbrīvo enerģiju, pateicoties kam kļuva iespējama dzīvība uz Zemes.
Ūdeņraža izotopi.Ūdeņraža atoms ir vienkāršākais no visiem esošajiem atomiem. Tas sastāv no viena protona, kas ir tā kodols, ap kuru griežas viens elektrons. Rūpīgi pētījumi par ūdeni (H2O) ir parādījuši, ka tas satur niecīgu daudzumu “smagā” ūdens, kas satur ūdeņraža “smago izotopu” - deitēriju (2H). Deitērija kodols sastāv no protona un neitrona - neitrālas daļiņas, kuras masa ir tuvu protonam. Ir trešais ūdeņraža izotops - tritijs, kura kodols satur vienu protonu un divus neitronus. Tritijs ir nestabils un tiek pakļauts spontānai radioaktīvai sabrukšanai, pārvēršoties par hēlija izotopu. Tritija pēdas ir atrastas Zemes atmosfērā, kur tas veidojas kosmisko staru mijiedarbības rezultātā ar gaisu veidojošām gāzes molekulām. Tritiju mākslīgi iegūst kodolreaktorā, litija-6 izotopu apstarojot ar neitronu plūsmu.
Ūdeņraža bumbas izstrāde. Sākotnējā teorētiskā analīze parādīja, ka kodolsintēzi visvieglāk var veikt deitērija un tritija maisījumā. Ņemot to par pamatu, ASV zinātnieki 1950. gada sākumā sāka īstenot projektu, lai izveidotu ūdeņraža bumbu (HB). Pirmie kodolierīces modeļa testi tika veikti Enewetak izmēģinājumu poligonā 1951. gada pavasarī; kodolsintēze bija tikai daļēja. Ievērojami panākumi tika gūti 1951. gada 1. novembrī, izmēģinot masīvu kodolierīci, kuras sprādziena jauda bija 4e8 Mt trotila ekvivalentā. Pirmā ūdeņraža aviācijas bumba tika uzspridzināta PSRS 1953. gada 12. augustā, bet 1954. gada 1. martā amerikāņi uzspridzināja jaudīgāku (aptuveni 15 Mt) aviācijas bumbu Bikini atolā. Kopš tā laika abas lielvaras ir veikušas modernu megatonu ieroču sprādzienus. Sprādzienu Bikini atolā pavadīja atbrīvošana liels daudzums
radioaktīvās vielas. Daži no tiem nokrita simtiem kilometru attālumā no sprādziena vietas uz Japānas zvejas kuģa Lucky Dragon, bet citi aptvēra Rongelapas salu. Tā kā kodolsintēze rada stabilu hēliju, tīras ūdeņraža bumbas sprādziena radītajai radioaktivitātei nevajadzētu būt lielākai par kodoltermiskās reakcijas atomu detonatora radioaktivitāti. Taču šajā gadījumā prognozētais un faktiskais radioaktīvo nokrišņu daudzums un sastāvs būtiski atšķīrās.Ūdeņraža bumbas darbības mehānisms.
Ūdeņraža bumbas sprādziena laikā notiekošo procesu secību var attēlot šādi. Pirmkārt, termokodolreakcijas iniciatora lādiņš (maza atombumba), kas atrodas NB korpusa iekšpusē, eksplodē, izraisot neitronu uzliesmojumu un radot augstu temperatūru, kas nepieciešama kodolsintēzes ierosināšanai. Neitroni bombardē ieliktni, kas izgatavota no litija deiterīda - deitērija savienojuma ar litiju (tiek izmantots litija izotops ar masas numuru 6). Litijs-6 neitronu ietekmē tiek sadalīts hēlijā un tritijā. Tādējādi atomu drošinātājs rada sintēzei nepieciešamos materiālus tieši pašā bumbā. Tad deitērija un tritija maisījumā sākas kodoltermiskā reakcija, temperatūra bumbas iekšpusē strauji paaugstinās, sintēzē iesaistot arvien vairāk ūdeņraža. Ar turpmāku temperatūras paaugstināšanos varētu sākties reakcija starp deitērija kodoliem, kas raksturīga tīrai ūdeņraža bumbai. Visas reakcijas, protams, notiek tik ātri, ka tās tiek uztvertas kā acumirklīgas. Faktiski bumbā iepriekš aprakstītā procesu secība beidzas deitērija reakcijas stadijā ar tritiju. Turklāt bumbu dizaineri izvēlējās neizmantot kodolsintēzi, bet gan kodola skaldīšanu. Deitērija un tritija kodolu saplūšana rada hēliju un ātrus neitronus, kuru enerģija ir pietiekami augsta, lai izraisītu urāna-238 (urāna galvenā izotopa, daudz lētāk nekā parastajās atombumbās izmantotais urāns-235) kodola skaldīšanu. Ātrie neitroni sadala superbumbas urāna apvalka atomus. Vienas tonnas urāna skaldīšana rada enerģiju, kas līdzvērtīga 18 Mt. Enerģija tiek izmantota ne tikai sprādzieniem un siltuma ražošanai. Katrs urāna kodols sadalās divos ļoti radioaktīvos "fragmentos". Sadalīšanās produkti ietver 36 dažādus ķīmiskos elementus un gandrīz 200 radioaktīvos izotopus. Tas viss veido radioaktīvos nokrišņus, kas pavada superbumbu sprādzienus. Pateicoties unikālajam dizainam un aprakstītajam darbības mehānismam, šāda veida ieročus var izgatavot pēc vēlēšanās. Tas ir daudz lētāks nekā tādas pašas jaudas atombumbas.
Sprādziena sekas. Trieciena vilnis un termiskais efekts. Superbumbas sprādziena tiešā (primārā) ietekme ir trīskārša. Visredzamākā tiešā ietekme ir milzīgas intensitātes triecienvilnis. Tās trieciena stiprums atkarībā no bumbas jaudas, sprādziena augstuma virs zemes virsmas un reljefa rakstura samazinās līdz ar attālumu no sprādziena epicentra. Sprādziena termisko ietekmi nosaka tie paši faktori, taču tā ir atkarīga arī no gaisa caurspīdīguma – migla krasi samazina attālumu, kurā termiskā zibspuldze var izraisīt nopietnus apdegumus. Pēc aprēķiniem, sprādziena laikā 20 megatonu bumbas atmosfērā cilvēki paliks dzīvi 50% gadījumu, ja viņi 1) patversies pazemes dzelzsbetona nojumē aptuveni 8 km attālumā no sprādziena epicentra. sprādziens (E), 2) atrodas parastās pilsētas ēkās apm. 15 km no EV, 3) atradās atklātā vietā apm. 20 km no EV. Sliktas redzamības apstākļos un vismaz 25 km attālumā, ja atmosfēra ir skaidra, cilvēkiem atklātās vietās izdzīvošanas iespējamība strauji palielinās līdz ar attālumu no epicentra; 32 km attālumā tā aprēķinātā vērtība ir lielāka par 90%. Teritorija, kurā sprādziena laikā radītais caururbjošais starojums izraisa nāvi, ir salīdzinoši mazs pat lielas jaudas superbumbas gadījumā.
Ugunsbumba. Atkarībā no ugunsbumbā iesaistītā uzliesmojošā materiāla sastāva un masas var veidoties milzīgas pašpietiekamas uguns vētras un plosīties daudzas stundas. Tomēr visbīstamākās (kaut arī sekundārās) sprādziena sekas ir vides radioaktīvais piesārņojums.
Fallout. Kā tie veidojas.
Kad sprādziens sprāgst bumba, uguns bumba piepildās milzīga summa radioaktīvās daļiņas. Parasti šīs daļiņas ir tik mazas, ka, sasniedzot atmosfēras augšējos slāņus, tās var tur palikt ilgu laiku. Bet, ja uguns bumba nonāk saskarē ar Zemes virsmu, tā visu uz tās pārvērš karstos putekļos un pelnos un ievelk tos ugunīgā tornado. Liesmas virpulī tie sajaucas un saistās ar radioaktīvām daļiņām. Radioaktīvie putekļi, izņemot lielākos, nenosēžas uzreiz. Izveidotais mākonis aiznes smalkākus putekļus un pamazām izkrīt, virzoties līdzi vējam. Tieši sprādziena vietā radioaktīvie nokrišņi var būt ārkārtīgi intensīvi - galvenokārt lieli putekļi, kas nosēžas uz zemes. Simtiem kilometru no sprādziena vietas un lielākos attālumos, mazs, bet tomēr acij redzams pelnu daļiņas. Tie bieži veido nokritušam sniegam līdzīgu segumu, kas ir nāvējošs ikvienam, kas pagadās tuvumā. Pat mazākas un neredzamas daļiņas, pirms tās nosēžas uz zemes, var klīst atmosfērā mēnešiem un pat gadiem, daudzas reizes riņķojot ap zemeslodi. Līdz brīdim, kad tie izkrīt, to radioaktivitāte ir ievērojami vājināta. Bīstamākais starojums joprojām ir stroncijs-90 ar pussabrukšanas periodu 28 gadi. Tās zudums ir skaidri novērots visā pasaulē. Kad tas nosēžas uz lapām un zālē, tas nonāk barības ķēdēs, kurās ietilpst arī cilvēki. Tā rezultātā lielākajā daļā valstu iedzīvotāju kaulos ir atrasts ievērojams, lai gan vēl ne bīstams, stroncija-90 daudzums. Stroncija-90 uzkrāšanās cilvēka kaulos ir ļoti bīstama ilgtermiņā, jo tā izraisa ļaundabīgu kaulu audzēju veidošanos.
Teritorijas ilgtermiņa piesārņojums ar radioaktīviem nokrišņiem. Karadarbības gadījumā ūdeņraža bumbas izmantošana izraisīs tūlītēju radioaktīvo piesārņojumu apm. rādiusā. 100 km no sprādziena epicentra. Ja superbumba eksplodēs, tiks piesārņota desmitiem tūkstošu kvadrātkilometru liela teritorija. Tik milzīga iznīcināšanas zona ar vienu bumbu padara to par pilnīgi jaunu ieroča veidu. Pat ja superbumba netrāpa mērķī, t.i. netrāpīs objektam ar triecientermisku iedarbību, sprādzienu pavadošais caururbjošais starojums un radioaktīvie nokrišņi padarīs apkārtējo telpu neapdzīvojamu. Šādi nokrišņi var turpināties daudzas dienas, nedēļas un pat mēnešus. Atkarībā no to daudzuma starojuma intensitāte var sasniegt nāvējošu līmeni. Pietiek ar salīdzinoši nelielu superbumbu skaitu, lai lielu valsti pilnībā pārklātu ar radioaktīvo putekļu slāni, kas ir nāvējošs visam dzīvajam. Tādējādi superbumbas izveide iezīmēja laikmeta sākumu, kad kļuva iespējams padarīt veselus kontinentus neapdzīvojamus. Pat pēc tam ilgu laiku Pēc tiešas radioaktīvo nokrišņu iedarbības pārtraukšanas saglabāsies izotopu, piemēram, stroncija-90, augstās radiotoksicitātes radītās briesmas. Ar pārtiku, kas audzēta augsnē, kas ir piesārņota ar šo izotopu, radioaktivitāte nonāks cilvēka ķermenī.
Skatīt arī
Kodolsintēze;
KODOLIEROČI;
KODOLKARU.
LITERATŪRA
Kodolieroču ietekme. M., 1960 Kodolsprādziens kosmosā, uz zemes un pazemē. M., 1970. gads
Koljēra enciklopēdija. - Atvērtā sabiedrība. 2000 .
Skatiet, kas ir “ūdeņraža bumba” citās vārdnīcās:
Novecojis nosaukums lielas iznīcinošas jaudas kodolbumbai, kuras darbības pamatā ir vieglo kodolu saplūšanas reakcijas laikā izdalītās enerģijas izmantošana (sk. Termonukleārās reakcijas). Pirmā ūdeņraža bumba tika izmēģināta PSRS (1953) ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
Kodoltermierocis ir masu iznīcināšanas ieroča veids, kura iznīcinošā spēka pamatā ir vieglo elementu kodolsintēzes reakcijas enerģijas izmantošana smagākos (piemēram, divu deitērija kodolu (smagais ūdeņradis) sintēze). ) atomi vienā ... ... Wikipedia
Lielas iznīcinošas jaudas kodolbumba, kuras darbības pamatā ir vieglo kodolu saplūšanas reakcijas laikā izdalītās enerģijas izmantošana (sk. Termonukleārās reakcijas). Pirmais kodoltermiskais lādiņš (3 Mt jauda) tika detonēts 1952. gada 1. novembrī ASV.… … Enciklopēdiskā vārdnīca
ūdeņraža bumba- vandenilinė bomba statusas T joma chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas – deuteris ir tritis. atitikmenys: engl. Hbomb; ūdeņraža bumba rus. ūdeņraža bumba ryšiai: sinonimas – H bomba… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
ūdeņraža bumba- vandenilinė bomba statusas T joma fizika atitikmenys: engl. ūdeņraža bumba vok. Wasserstoffbombe, f rus. ūdeņraža bumba, f pranc. bombe à hydrogène, f … Fizikos terminų žodynas
ūdeņraža bumba- vandenilinė bomba statusas T joma ekoloģija ir aplinkotyra apibrėžtis Bomba, kurios branduolinis užtaisas – vandenilio izotopai: deuteris ir tritis. atitikmenys: engl. Hbomb; ūdeņraža bumba vok. Wasserstoffbombe, f rus. ūdeņraža bumba, f... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Sprādzienbumba ar lielu postošo spēku. Darbība V. b. pamatojoties uz kodoltermisko reakciju. Skatīt Kodolieroči... Lielā padomju enciklopēdija
Raksta saturs
ŪDEŅRAŽA BOMBA, lielas iznīcinošas jaudas ierocis (tNT ekvivalentā par megatonnām), kura darbības princips balstās uz vieglo kodolu termokodolsintēzes reakciju. Sprādziena enerģijas avots ir procesi, kas līdzīgi tiem, kas notiek uz Saules un citām zvaigznēm.
Termonukleārās reakcijas.
Saules iekšpuse satur milzīgu daudzumu ūdeņraža, kas atrodas īpaši augstas kompresijas stāvoklī apm. 15 000 000 K. Pie tik augstām temperatūrām un plazmas blīvumiem ūdeņraža kodoli pastāvīgi saskaras viens ar otru, daži no tiem beidzas ar to saplūšanu un galu galā smagāku hēlija kodolu veidošanos. Šādas reakcijas, ko sauc par kodolsintēzi, pavada milzīga enerģijas daudzuma izdalīšanās. Saskaņā ar fizikas likumiem enerģijas izdalīšanās kodolsintēzes laikā ir saistīta ar to, ka smagāka kodola veidošanās laikā daļa no tā sastāvā iekļauto vieglo kodolu masas tiek pārvērsta kolosālā enerģijas daudzumā. Tāpēc Saule, kam ir gigantiska masa, katru dienu kodolsintēzes procesā zaudē apm. 100 miljardus tonnu matērijas un atbrīvo enerģiju, pateicoties kam kļuva iespējama dzīvība uz Zemes.
Ūdeņraža izotopi.
Ūdeņraža atoms ir vienkāršākais no visiem esošajiem atomiem. Tas sastāv no viena protona, kas ir tā kodols, ap kuru griežas viens elektrons. Rūpīgi pētījumi par ūdeni (H 2 O) ir parādījuši, ka tas satur niecīgu daudzumu “smagā” ūdens, kas satur ūdeņraža “smago izotopu” - deitēriju (2 H). Deitērija kodols sastāv no protona un neitrona - neitrālas daļiņas, kuras masa ir tuvu protonam.
Ir trešais ūdeņraža izotops, tritijs, kura kodolā ir viens protons un divi neitroni. Tritijs ir nestabils un tiek pakļauts spontānai radioaktīvai sabrukšanai, pārvēršoties par hēlija izotopu. Tritija pēdas ir atrastas Zemes atmosfērā, kur tas veidojas kosmisko staru mijiedarbības rezultātā ar gaisu veidojošām gāzes molekulām. Tritiju mākslīgi iegūst kodolreaktorā, litija-6 izotopu apstarojot ar neitronu plūsmu.
Ūdeņraža bumbas izstrāde.
Sākotnējā teorētiskā analīze parādīja, ka kodolsintēzi visvieglāk var veikt deitērija un tritija maisījumā. Ņemot to par pamatu, ASV zinātnieki 1950. gada sākumā sāka īstenot projektu, lai izveidotu ūdeņraža bumbu (HB). Pirmie kodolierīces modeļa testi tika veikti Enewetak izmēģinājumu poligonā 1951. gada pavasarī; kodolsintēze bija tikai daļēja. Ievērojami panākumi tika gūti 1951. gada 1. novembrī, izmēģinot masīvu kodolierīci, kuras sprādziena jauda bija 4 × 8 Mt trotila ekvivalentā.
Pirmā ūdeņraža aviācijas bumba tika uzspridzināta PSRS 1953. gada 12. augustā, bet 1954. gada 1. martā amerikāņi uzspridzināja jaudīgāku (aptuveni 15 Mt) aviācijas bumbu Bikini atolā. Kopš tā laika abas lielvaras ir veikušas modernu megatonu ieroču sprādzienus.
Sprādzienu Bikini atolā pavadīja liels daudzums radioaktīvu vielu. Daži no tiem nokrita simtiem kilometru attālumā no sprādziena vietas uz Japānas zvejas kuģa "Lucky Dragon", bet citi aptvēra Rongelapas salu. Tā kā kodolsintēze rada stabilu hēliju, tīras ūdeņraža bumbas sprādziena radītajai radioaktivitātei nevajadzētu būt lielākai par kodoltermiskās reakcijas atomu detonatora radioaktivitāti. Taču šajā gadījumā prognozētais un faktiskais radioaktīvo nokrišņu daudzums un sastāvs būtiski atšķīrās.
Ūdeņraža bumbas darbības mehānisms.
Ūdeņraža bumbas sprādziena laikā notiekošo procesu secību var attēlot šādi. Pirmkārt, termokodolreakcijas iniciatora lādiņš (maza atombumba), kas atrodas HB apvalka iekšpusē, eksplodē, izraisot neitronu uzliesmojumu un radot augstu temperatūru, kas nepieciešama kodolsintēzes ierosināšanai. Neitroni bombardē ieliktni, kas izgatavota no litija deiterīda, deitērija un litija savienojuma (tiek izmantots litija izotops ar masas skaitli 6). Litijs-6 neitronu ietekmē tiek sadalīts hēlijā un tritijā. Tādējādi atomu drošinātājs rada sintēzei nepieciešamos materiālus tieši pašā bumbā.
Tad deitērija un tritija maisījumā sākas kodoltermiskā reakcija, temperatūra bumbas iekšpusē strauji paaugstinās, sintēzē iesaistot arvien vairāk ūdeņraža. Ar turpmāku temperatūras paaugstināšanos varētu sākties reakcija starp deitērija kodoliem, kas raksturīga tīrai ūdeņraža bumbai. Visas reakcijas, protams, notiek tik ātri, ka tās tiek uztvertas kā acumirklīgas.
Skaldīšana, saplūšana, skaldīšana (superbumba).
Faktiski bumbā iepriekš aprakstītā procesu secība beidzas deitērija reakcijas stadijā ar tritiju. Turklāt bumbu dizaineri izvēlējās neizmantot kodolsintēzi, bet gan kodola skaldīšanu. Deitērija un tritija kodolu saplūšana rada hēliju un ātrus neitronus, kuru enerģija ir pietiekami augsta, lai izraisītu urāna-238 (urāna galvenā izotopa, daudz lētāk nekā parastajās atombumbās izmantotais urāns-235) kodola skaldīšanu. Ātrie neitroni sadala superbumbas urāna apvalka atomus. Vienas tonnas urāna skaldīšana rada enerģiju, kas līdzvērtīga 18 Mt. Enerģija tiek izmantota ne tikai sprādzieniem un siltuma ražošanai. Katrs urāna kodols sadalās divos ļoti radioaktīvos "fragmentos". Sadalīšanās produkti ietver 36 dažādus ķīmiskos elementus un gandrīz 200 radioaktīvos izotopus. Tas viss veido radioaktīvos nokrišņus, kas pavada superbumbu sprādzienus.
Pateicoties unikālajam dizainam un aprakstītajam darbības mehānismam, šāda veida ieročus var izgatavot pēc vēlēšanās. Tas ir daudz lētāks nekā tādas pašas jaudas atombumbas.
Sprādziena sekas.
Trieciena vilnis un termiskais efekts.
Superbumbas sprādziena tiešā (primārā) ietekme ir trīskārša. Visredzamākā tiešā ietekme ir milzīgas intensitātes triecienvilnis. Tās trieciena stiprums atkarībā no bumbas jaudas, sprādziena augstuma virs zemes virsmas un reljefa rakstura samazinās līdz ar attālumu no sprādziena epicentra. Sprādziena termisko ietekmi nosaka tie paši faktori, taču tā ir atkarīga arī no gaisa caurspīdīguma – migla krasi samazina attālumu, kurā termiskā zibspuldze var izraisīt nopietnus apdegumus.
Pēc aprēķiniem, sprādziena laikā 20 megatonu bumbas atmosfērā cilvēki paliks dzīvi 50% gadījumu, ja viņi 1) patversies pazemes dzelzsbetona nojumē aptuveni 8 km attālumā no sprādziena epicentra. sprādziens (E), 2) atrodas parastās pilsētas ēkās apm. 15 km no EV, 3) atradās atklātā vietā apm. 20 km no EV. Sliktas redzamības apstākļos un vismaz 25 km attālumā, ja atmosfēra ir skaidra, cilvēkiem atklātās vietās izdzīvošanas iespējamība strauji palielinās līdz ar attālumu no epicentra; 32 km attālumā tā aprēķinātā vērtība ir lielāka par 90%. Teritorija, kurā sprādziena laikā radītais caururbjošais starojums izraisa nāvi, ir salīdzinoši mazs pat lielas jaudas superbumbas gadījumā.
Ugunsbumba.
Atkarībā no ugunsbumbā iesaistītā uzliesmojošā materiāla sastāva un masas var veidoties milzīgas pašpietiekamas uguns vētras un plosīties daudzas stundas. Tomēr visbīstamākās (kaut arī sekundārās) sprādziena sekas ir vides radioaktīvais piesārņojums.
Fallout.
Kā tie veidojas.
Kad sprāgst bumba, iegūtā uguns bumba ir piepildīta ar milzīgu daudzumu radioaktīvo daļiņu. Parasti šīs daļiņas ir tik mazas, ka, sasniedzot atmosfēras augšējos slāņus, tās var tur palikt ilgu laiku. Bet, ja uguns bumba nonāk saskarē ar Zemes virsmu, tā visu uz tās pārvērš karstos putekļos un pelnos un ievelk tos ugunīgā tornado. Liesmas virpulī tie sajaucas un saistās ar radioaktīvām daļiņām. Radioaktīvie putekļi, izņemot lielākos, nenosēžas uzreiz. Izveidotais mākonis aiznes smalkākus putekļus un pamazām izkrīt, virzoties līdzi vējam. Tieši sprādziena vietā radioaktīvie nokrišņi var būt ārkārtīgi intensīvi - galvenokārt lieli putekļi, kas nosēžas uz zemes. Simtiem kilometru no sprādziena vietas un lielākos attālumos zemē nokrīt nelielas, bet joprojām redzamas pelnu daļiņas. Tie bieži veido nokritušam sniegam līdzīgu segumu, kas ir nāvējošs ikvienam, kas pagadās tuvumā. Pat mazākas un neredzamas daļiņas, pirms tās nosēžas uz zemes, var klīst atmosfērā mēnešiem un pat gadiem, daudzas reizes riņķojot ap zemeslodi. Līdz brīdim, kad tie izkrīt, to radioaktivitāte ir ievērojami vājināta. Bīstamākais starojums joprojām ir stroncijs-90 ar pussabrukšanas periodu 28 gadi. Tās zudums ir skaidri novērots visā pasaulē. Kad tas nosēžas uz lapām un zāles, tas nonāk barības ķēdēs, kurās ietilpst arī cilvēki. Tā rezultātā lielākajā daļā valstu iedzīvotāju kaulos ir atrasts ievērojams, lai gan vēl ne bīstams, stroncija-90 daudzums. Stroncija-90 uzkrāšanās cilvēka kaulos ir ļoti bīstama ilgtermiņā, jo tā izraisa ļaundabīgu kaulu audzēju veidošanos.
Teritorijas ilgtermiņa piesārņojums ar radioaktīviem nokrišņiem.
Karadarbības gadījumā ūdeņraža bumbas izmantošana izraisīs tūlītēju radioaktīvo piesārņojumu apm. rādiusā. 100 km no sprādziena epicentra. Ja superbumba eksplodēs, tiks piesārņota desmitiem tūkstošu kvadrātkilometru liela teritorija. Tik milzīga iznīcināšanas zona ar vienu bumbu padara to par pilnīgi jaunu ieroča veidu. Pat ja superbumba netrāpa mērķī, t.i. netrāpīs objektam ar triecientermisku iedarbību, sprādzienu pavadošais caururbjošais starojums un radioaktīvie nokrišņi padarīs apkārtējo telpu neapdzīvojamu. Šādi nokrišņi var turpināties daudzas dienas, nedēļas un pat mēnešus. Atkarībā no to daudzuma starojuma intensitāte var sasniegt nāvējošu līmeni. Pietiek ar salīdzinoši nelielu superbumbu skaitu, lai lielu valsti pilnībā pārklātu ar radioaktīvo putekļu slāni, kas ir nāvējošs visam dzīvajam. Tādējādi superbumbas izveide iezīmēja laikmeta sākumu, kad kļuva iespējams padarīt veselus kontinentus neapdzīvojamus. Pat ilgi pēc tiešas radioaktīvo nokrišņu iedarbības pārtraukšanas saglabāsies izotopu, piemēram, stroncija-90, augstās radiotoksicitātes radītās briesmas. Ar pārtiku, kas audzēta augsnē, kas ir piesārņota ar šo izotopu, radioaktivitāte nonāks cilvēka ķermenī.