Jak działa bomba wodorowa i jakie są skutki eksplozji? Jak działa bomba wodorowa?

Nasz artykuł poświęcony jest historii powstania i ogólnym zasadom syntezy takiego urządzenia, zwanego czasem wodorem. Zamiast uwalniać energię wybuchową poprzez rozszczepienie jąder ciężkich pierwiastków, takich jak uran, generuje jeszcze więcej energii, łącząc jądra lekkich pierwiastków (takich jak izotopy wodoru) w jeden ciężki (taki jak hel).

Dlaczego synteza jądrowa jest lepsza?

W reakcji termojądrowej, która polega na fuzji jąder biorących w niej udział pierwiastki chemiczne, na jednostkę masy urządzenia fizycznego wytwarza się znacznie więcej energii niż w przypadku czystej bomby atomowej przeprowadzającej reakcję rozszczepienia jądrowego.

W bombie atomowej rozszczepialne paliwo jądrowe szybko, pod wpływem energii detonacji konwencjonalnych materiałów wybuchowych, łączy się w małą kulistą objętość, gdzie powstaje jego tzw. Masa krytyczna i rozpoczyna się reakcja rozszczepienia. W tym przypadku wiele neutronów uwolnionych z jąder rozszczepialnych spowoduje rozszczepienie innych jąder w masie paliwa, które również uwolnią dodatkowe neutrony, co doprowadzi do reakcji łańcuchowej. Pokrywa nie więcej niż 20% paliwa przed wybuchem bomby, a może znacznie mniej, jeśli warunki nie są idealne: jak w przypadku bomb atomowych Little Kid zrzuconych na Hiroszimę i Fat Man, które uderzyły w Nagasaki, wydajność (jeśli można takie określenie stosowane do nich) mają zastosowanie) wynosiły odpowiednio zaledwie 1,38% i 13%.

Fuzja (lub fuzja) jąder obejmuje całą masę ładunku bombowego i trwa tak długo, jak neutrony znajdą paliwo termojądrowe, które jeszcze nie przereagowało. Dlatego masa i siła wybuchowa takiej bomby są teoretycznie nieograniczone. Taka fuzja może teoretycznie trwać w nieskończoność. Rzeczywiście, bomba termojądrowa jest jednym z potencjalnych urządzeń zagłady, które mogą zniszczyć całe życie ludzkie.

Co to jest reakcja syntezy jądrowej?

Paliwem w reakcji syntezy termojądrowej są izotopy wodoru, deuter lub tryt. Pierwszy różni się od zwykłego wodoru tym, że jego jądro oprócz jednego protonu zawiera także neutron, a jądro trytu ma już dwa neutrony. W wodzie naturalnej na każde 7000 atomów wodoru przypada jeden atom deuteru, ale poza jego ilością. zawarty w szklance wody, w wyniku reakcji termojądrowej można uzyskać taką samą ilość ciepła, jak podczas spalania 200 litrów benzyny. Na spotkaniu z politykami w 1946 roku ojciec amerykańskiej bomby wodorowej Edward Teller podkreślił, że deuter dostarcza więcej energii na gram masy niż uran czy pluton, ale kosztuje dwadzieścia centów za gram w porównaniu z kilkoma setkami dolarów za gram paliwa rozszczepialnego. Tryt w ogóle nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym, jest więc znacznie droższy od deuteru, którego cena rynkowa wynosi jednak kilkadziesiąt tysięcy dolarów za gram największa liczba energia uwalniana jest właśnie w reakcji syntezy jąder deuteru i trytu, w której powstaje jądro atomu helu i uwalnia się neutron, unosząc nadmiar energii 17,59 MeV

D + T → 4 He + n + 17,59 MeV.

Reakcję tę przedstawiono schematycznie na poniższym rysunku.

Czy to dużo czy mało? Jak wiadomo, wszystkiego można się nauczyć przez porównanie. Zatem energia 1 MeV jest około 2,3 miliona razy większa niż energia uwolniona podczas spalania 1 kg oleju. W efekcie fuzja tylko dwóch jąder deuteru i trytu uwalnia tyle energii, ile powstaje podczas spalania 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 kg oleju. Ale mówimy tylko o dwóch atomach. Można sobie wyobrazić, jak wysoka była stawka w drugiej połowie lat 40. ubiegłego wieku, kiedy w USA i ZSRR rozpoczęto prace, których efektem była bomba termojądrowa.

Jak to się wszystko zaczęło

Już latem 1942 roku, na początku projektu bomby atomowej w Stanach Zjednoczonych (Projekt Manhattan), a później w podobnym programie sowieckim, na długo przed zbudowaniem bomby opartej na rozszczepieniu jąder uranu, uwagę część uczestników tych programów zachwyciła się urządzeniem, które może wykorzystać znacznie potężniejszą reakcję syntezy jądrowej. W USA zwolennikiem tego podejścia, a nawet, można powiedzieć, jego apologetą, był wspomniany już Edward Teller. W ZSRR kierunek ten rozwinął Andriej Sacharow, przyszły akademik i dysydent.

Dla Tellera jego fascynacja syntezą termojądrową podczas lat tworzenia bomby atomowej była raczej krzywdą. Jako uczestnik Projektu Manhattan uparcie nawoływał do przekierowania środków na realizację własnych pomysłów, których celem była bomba wodorowa i termojądrowa, co nie spodobało się kierownictwu i spowodowało napięcie w stosunkach. Ponieważ w tym czasie kierunek badań termojądrowych nie był wspierany, po stworzeniu bomby atomowej Teller opuścił projekt i zaczął uczyć, a także badać cząstki elementarne.

Jednak wybuch zimnej wojny, a przede wszystkim stworzenie i pomyślne przetestowanie radzieckiej bomby atomowej w 1949 roku, stał się dla zagorzałego antykomunisty Tellera nową szansą na realizację swoich naukowych pomysłów. Wraca do laboratorium w Los Alamos, gdzie powstała bomba atomowa, i wraz ze Stanislavem Ulamem i Corneliusem Everettem rozpoczyna obliczenia.

Zasada bomby termojądrowej

Aby rozpoczęła się reakcja syntezy jądrowej, ładunek bomby musi zostać natychmiast podgrzany do temperatury 50 milionów stopni. Zaproponowany przez Tellera schemat bomby termojądrowej wykorzystuje w tym celu eksplozję małej bomby atomowej, która znajduje się wewnątrz obudowy wodorowej. Można argumentować, że w latach 40. ubiegłego wieku w rozwoju jej projektu uczestniczyły trzy pokolenia:

• Odmiana Tellera, znana jako „klasyczny super”;
• bardziej złożone, ale także bardziej realistyczne projekty kilku koncentrycznych sfer;
• ostateczna wersja projektu Tellera-Ulama, na którym opierają się wszystkie funkcjonujące obecnie systemy broni termojądrowej.

Bomby termojądrowe ZSRR, których pionierem był Andriej Sacharow, przeszły podobne etapy projektowania. On najwyraźniej całkowicie niezależnie i niezależnie od Amerykanów (czego nie można powiedzieć o radzieckiej bombie atomowej, stworzonej wspólnym wysiłkiem naukowców i oficerów wywiadu pracujących w USA) przeszedł wszystkie powyższe etapy projektowania.

Pierwsze dwie generacje miały tę właściwość, że posiadały szereg powiązanych ze sobą „warstw”, z których każda wzmacniała jakiś aspekt poprzedniej, a w niektórych przypadkach dochodziło do sprzężenia zwrotnego. Nie było wyraźnego podziału na pierwotną bombę atomową i wtórną bombę termojądrową. Natomiast diagram bomby termojądrowej Tellera-Ulama wyraźnie rozróżnia eksplozję pierwotną, eksplozję wtórną i, jeśli to konieczne, eksplozję dodatkową.

Urządzenie bomby termojądrowej zgodnie z zasadą Tellera-Ulama

Wiele jej szczegółów nadal pozostaje tajnych, jednak można z całą pewnością stwierdzić, że cała dostępna obecnie broń termojądrowa opiera się na urządzeniu Edwarda Tellerosa i Stanisława Ulama, w którym bomba atomowa (czyli ładunek pierwotny) służy do generowania promieniowania, kompresji i podgrzewa paliwo termojądrowe. Andriej Sacharow w Związku Radzieckim najwyraźniej niezależnie wpadł na podobną koncepcję, którą nazwał „trzecim pomysłem”.

Konstrukcję bomby termojądrowej w tej wersji pokazano schematycznie na poniższym rysunku.

Miał kształt cylindryczny, z mniej więcej kulistą pierwotną bombą atomową na jednym końcu. Wtórny ładunek termojądrowy w pierwszych, jeszcze nie przemysłowych próbkach, był wykonany z ciekłego deuteru, nieco później stał się stały ze związku chemicznego zwanego deuterkiem litu.

Faktem jest, że przemysł od dawna wykorzystuje wodorek litu LiH do transportu wodoru bez użycia balonów. Twórcy bomby (pomysł ten po raz pierwszy zastosowano w ZSRR) po prostu zaproponowali po prostu wzięcie jej izotopu deuteru zamiast zwykłego wodoru i połączenie go z litem, ponieważ znacznie łatwiej jest wykonać bombę ze stałym ładunkiem termojądrowym.

Ładunek wtórny miał kształt cylindra umieszczonego w pojemniku z powłoką ołowianą (lub uranową). Pomiędzy ładunkami znajduje się tarcza chroniąca przed neutronami. Przestrzeń pomiędzy ściankami pojemnika z paliwem termojądrowym a korpusem bomby wypełniona jest specjalnym tworzywem sztucznym, najczęściej pianką polistyrenową. Sam korpus bomby wykonany jest ze stali lub aluminium.

Kształty te uległy zmianie w najnowszych projektach, takich jak ten pokazany poniżej.

W nim ładunek pierwotny jest spłaszczony, jak arbuz lub piłka do futbolu amerykańskiego, a ładunek wtórny jest kulisty. Takie kształty znacznie lepiej mieszczą się w wewnętrznej objętości stożkowych głowic rakietowych.

Sekwencja eksplozji termojądrowej

Kiedy pierwotna bomba atomowa eksploduje, w pierwszych chwilach tego procesu generowane jest silne promieniowanie rentgenowskie (strumień neutronów), które jest częściowo blokowane przez osłonę neutronową i odbija się od wewnętrznej wyściółki obudowy otaczającej ładunek wtórny , aby zdjęcia rentgenowskie opadać na nią symetrycznie na całej jej długości.

NA początkowe etapy W reakcji termojądrowej neutrony powstałe w wyniku eksplozji atomowej są pochłaniane przez plastikowy wypełniacz, aby zapobiec zbyt szybkiemu nagrzewaniu się paliwa.

Promienie rentgenowskie początkowo powodują pojawienie się gęstej plastikowej pianki wypełniającej przestrzeń pomiędzy obudową a ładunkiem wtórnym, która szybko przechodzi w stan plazmowy, który podgrzewa i ściska ładunek wtórny.

Ponadto promienie rentgenowskie odparowują powierzchnię pojemnika otaczającą ładunek wtórny. Substancja pojemnika parująca symetrycznie względem tego ładunku uzyskuje pewien impuls skierowany od swojej osi, a warstwy ładunku wtórnego zgodnie z zasadą zachowania pędu otrzymują impuls skierowany do osi urządzenia. Zasada jest tu taka sama jak w rakiecie, tylko jeśli wyobrazimy sobie, że paliwo rakietowe rozprasza się symetrycznie względem swojej osi, a ciało jest ściskane do wewnątrz.

W wyniku takiego sprężania paliwa termojądrowego jego objętość zmniejsza się tysiące razy, a temperatura osiąga poziom, przy którym rozpoczyna się reakcja syntezy jądrowej. Wybucha bomba termojądrowa. Reakcji towarzyszy powstawanie jąder trytu, które łączą się z jądrami deuteru obecnymi początkowo w ładunku wtórnym.

Pierwsze ładunki wtórne zbudowano wokół rdzenia z plutonu, nieformalnie zwanego „świecą”, który wszedł w reakcję rozszczepienia jądrowego, czyli przeprowadzono kolejną, dodatkową eksplozję atomową w celu dalszego podniesienia temperatury, aby zapewnić rozpoczęcie reakcję syntezy jądrowej. Obecnie uważa się, że więcej wydajne systemy kompresja wyeliminowała „świecę”, umożliwiając dalszą miniaturyzację konstrukcji bomby.

Operacja Ivy

Taką nazwę nadano testom amerykańskiej broni termojądrowej na Wyspach Marshalla w 1952 roku, podczas których zdetonowano pierwszą bombę termojądrową. Nazywał się Ivy Mike i został zbudowany według standardowego projektu Teller-Ulam. Jej wtórny ładunek termojądrowy umieszczono w cylindrycznym pojemniku, którym była izolowana termicznie kolba Dewara z paliwem termojądrowym w postaci ciekłego deuteru, wzdłuż którego osi biegła „świeca” z plutonu 239. Dewar z kolei został pokryty warstwą 238-uranu o masie ponad 5 ton, która odparowała podczas eksplozji, zapewniając symetryczne sprężanie paliwa termojądrowego. Pojemnik z ładunkiem pierwotnym i wtórnym umieszczono w stalowej obudowie o szerokości 80 cali i długości 244 cali, ze ścianami o grubości 10-12 cali, która największy przykład wyroby kute przed tym czasem. Powierzchnia wewnętrzna Obudowa została wyłożona arkuszami ołowiu i polietylenu, aby odbijać promieniowanie po eksplozji ładunku pierwotnego i tworzyć plazmę, która podgrzewa ładunek wtórny. Całe urządzenie ważyło 82 tony. Widok urządzenia na krótko przed eksplozją pokazano na poniższym zdjęciu.

Pierwszy test bomby termojądrowej odbył się 31 października 1952 roku. Moc eksplozji wyniosła 10,4 megaton. Attol Eniwetok, w którym był produkowany, został całkowicie zniszczony. Moment wybuchu pokazano na poniższym zdjęciu.

ZSRR daje symetryczną odpowiedź

Mistrzostwa USA w termojądrowej nie trwały długo. 12 sierpnia 1953 r. Na poligonie testowym w Semipałatyńsku przetestowano pierwszą radziecką bombę termojądrową RDS-6, opracowaną pod przewodnictwem Andrieja Sacharowa i Juliego Kharitona. Z powyższego opisu wynika, że ​​​​Amerykanie w Enewetoku tak naprawdę tego nie zrobili zdetonować bombę, ale rodzaj amunicji gotowej do użycia, a raczej urządzenie laboratoryjne, nieporęczne i bardzo niedoskonałe. Radzieccy naukowcy, pomimo małej mocy wynoszącej zaledwie 400 kg, przetestowali całkowicie gotową amunicję z paliwem termojądrowym w postaci stałego deuterku litu, a nie ciekłego deuteru, jak Amerykanie. Nawiasem mówiąc, należy zauważyć, że w deuterku litu stosuje się tylko izotop 6 Li (wynika to ze specyfiki reakcji termojądrowych), a w naturze jest on mieszany z izotopem 7 Li. Dlatego zbudowano specjalne zakłady produkcyjne, aby oddzielić izotopy litu i wybrać tylko 6 Li.

Osiągnięcie limitu mocy

Nastąpiła dekada ciągłego wyścigu zbrojeń, podczas którego moc amunicji termojądrowej stale rosła. Wreszcie 30 października 1961 roku w ZSRR nad poligonem Nowa Ziemia Najpotężniejsza bomba termojądrowa, jaką kiedykolwiek zbudowano i przetestowano, znana na Zachodzie jako Car Bomba, została zdetonowana w powietrzu na wysokości około 4 km.

Ta trójstopniowa amunicja została w rzeczywistości opracowana jako bomba o mocy 101,5 megaton, ale chęć zmniejszenia skażenia radioaktywnego obszaru zmusiła twórców do porzucenia trzeciego etapu o wydajności 50 megaton i zmniejszenia wydajności projektowej urządzenia do 51,5 megaton. . Jednocześnie moc eksplozji pierwotnego ładunku atomowego wyniosła 1,5 megaton, a drugi etap termojądrowy miał dać kolejne 50. Rzeczywista moc eksplozji wyniosła do 58 megaton. Pokazano wygląd bomby na zdjęciu poniżej.

Jego skutki były imponujące. Pomimo bardzo dużej wysokości eksplozji wynoszącej 4000 m, niesamowicie jasna kula ognia dolną krawędzią prawie dotarła do Ziemi, a górną krawędzią wzniosła się na wysokość ponad 4,5 km. Ciśnienie poniżej punktu rozerwania było sześciokrotnie wyższe niż ciśnienie szczytowe eksplozji w Hiroszimie. Błysk światła był tak jasny, że pomimo pochmurnej pogody był widoczny z odległości 1000 kilometrów. Jeden z uczestników testu przez ciemne okulary dostrzegł jasny błysk i odczuł skutki impulsu termicznego nawet z odległości 270 km. Zdjęcie momentu eksplozji pokazano poniżej.

Wykazano, że moc ładunku termojądrowego tak naprawdę nie ma ograniczeń. Przecież wystarczyło ukończyć trzeci etap, a obliczona moc została osiągnięta. Możliwe jest jednak dalsze zwiększenie liczby etapów, ponieważ waga Car Bomby nie przekraczała 27 ton. Wygląd tego urządzenia pokazano na zdjęciu poniżej.

Po tych testach dla wielu polityków i wojskowych zarówno w ZSRR, jak i w USA stało się jasne, że wyścig zbrojeń nuklearnych osiągnął swój kres i należy go powstrzymać.

Współczesna Rosja odziedziczyła arsenał nuklearny ZSRR. Dziś rosyjskie bomby termojądrowe w dalszym ciągu odstraszają tych, którzy pragną globalnej hegemonii. Miejmy nadzieję, że spełnią jedynie swoją rolę odstraszającą i nigdy nie zostaną zdetonowane.

Słońce jako reaktor termojądrowy

Powszechnie wiadomo, że temperatura Słońca, a dokładniej jego jądra, sięgająca 15 000 000 °K, utrzymuje się dzięki ciągłemu zachodzeniu reakcji termojądrowych. Jednak wszystko, co mogliśmy wywnioskować z poprzedniego tekstu, mówi o wybuchowym charakterze takich procesów. Dlaczego więc Słońce nie eksploduje jak bomba termojądrowa?

Faktem jest, że przy ogromnym udziale wodoru w masie Słońca, sięgającym 71%, udział jego izotopu deuteru, którego jądra mogą uczestniczyć jedynie w reakcji syntezy termojądrowej, jest znikomy. Faktem jest, że same jądra deuteru powstają w wyniku połączenia dwóch jąder wodoru, a nie tylko połączenia, ale rozpadu jednego z protonów na neutron, pozyton i neutrino (tzw. rozpad beta), co jest rzadkim wydarzeniem. W tym przypadku powstałe jądra deuteru są rozmieszczone dość równomiernie w całej objętości jądra Słońca. Dlatego też, dzięki swoim ogromnym rozmiarom i masie, pojedyncze i rzadkie centra reakcji termojądrowych o stosunkowo małej mocy są niejako rozsiane po całym jądrze Słońca. Ciepło wytworzone podczas tych reakcji oczywiście nie wystarczy, aby natychmiast spalić cały deuter znajdujący się w Słońcu, ale wystarczy, aby ogrzać go do temperatury zapewniającej życie na Ziemi.

Wielu naszych czytelników bomba wodorowa związane z energią jądrową, tylko znacznie potężniejsze. W rzeczywistości jest to zasadniczo nowa broń, która wymagała nieproporcjonalnie dużego wysiłku intelektualnego do jej stworzenia i działa na zasadniczo innych zasadach fizycznych.

"Ptyś"

Nowoczesna bomba

Jedyną cechą wspólną bomby atomowej i wodorowej jest to, że obie uwalniają kolosalną energię ukrytą w jądrze atomowym. Można tego dokonać na dwa sposoby: podzielić ciężkie jądra, na przykład uranu lub plutonu, na lżejsze (reakcja rozszczepienia) lub wymusić połączenie najlżejszych izotopów wodoru (reakcja termojądrowa). W wyniku obu reakcji masa powstałego materiału jest zawsze mniejsza niż masa pierwotnych atomów. Ale masa nie może zniknąć bez śladu – zamienia się w energię zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina E=mc2.

Bomba atomowa

Aby wytworzyć bombę atomową, warunkiem koniecznym i wystarczającym jest uzyskanie materiału rozszczepialnego w wystarczającej ilości. Praca jest dość pracochłonna, ale mało intelektualna, bliższa górnictwu niż wysokiej nauce. Główne zasoby do tworzenia takiej broni wydawane są na budowę gigantycznych kopalni uranu i zakładów wzbogacania. Dowodem prostoty urządzenia jest fakt, że pomiędzy wyprodukowaniem plutonu potrzebnego do pierwszej bomby a pierwszą sowiecką eksplozją nuklearną upłynął niecały miesiąc.

Przypomnijmy pokrótce zasadę działania takiej bomby, znaną ze szkolnych zajęć z fizyki. Opiera się na właściwości uranu i niektórych pierwiastków transuranowych, na przykład plutonu, polegających na uwalnianiu podczas rozpadu więcej niż jednego neutronu. Pierwiastki te mogą rozpadać się samoistnie lub pod wpływem innych neutronów.

Uwolniony neutron może opuścić materiał radioaktywny lub zderzyć się z innym atomem, powodując kolejną reakcję rozszczepienia. Po przekroczeniu określonego stężenia substancji (masy krytycznej) liczba nowo narodzonych neutronów, powodując dalsze rozszczepienie jądra atomowego, zaczyna przewyższać liczbę rozpadających się jąder. Liczba rozkładających się atomów zaczyna rosnąć niczym lawina, rodząc nowe neutrony, czyli zachodzi reakcja łańcuchowa. Dla uranu-235 masa krytyczna wynosi około 50 kg, dla plutonu-239 - 5,6 kg. Oznacza to, że kula plutonu ważąca nieco niecałe 5,6 kg jest po prostu ciepłym kawałkiem metalu, a masa nieco większa trwa zaledwie kilka nanosekund.

Rzeczywiste działanie bomby jest proste: bierzemy dwie półkule uranu lub plutonu, każda nieco mniejsza od masy krytycznej, umieszczamy je w odległości 45 cm, przykrywamy materiałem wybuchowym i detonujemy. Uran lub pluton spieka się w kawałek masy nadkrytycznej i rozpoczyna się reakcja jądrowa. Wszystko. Istnieje inny sposób rozpoczęcia reakcji jądrowej - skompresowanie kawałka plutonu potężną eksplozją: odległość między atomami zmniejszy się, a reakcja rozpocznie się przy niższej masie krytycznej. Wszystkie nowoczesne detonatory atomowe działają na tej zasadzie.

Problemy z bombą atomową zaczynają się w momencie, gdy chcemy zwiększyć siłę eksplozji. Samo zwiększenie ilości materiału rozszczepialnego nie wystarczy – gdy tylko jego masa osiągnie masę krytyczną, następuje detonacja. Wymyślono różne pomysłowe schematy, na przykład, aby bombę zrobić nie z dwóch części, ale z wielu, co sprawiło, że bomba zaczęła przypominać wypatroszoną pomarańczę, a następnie zmontowała ją w jedną całość za pomocą jednego wybuchu, ale jednak z mocą powyżej 100 kiloton, problemy stały się nie do pokonania.

Bomba wodorowa

Ale paliwo do syntezy termojądrowej nie ma masy krytycznej. Tutaj wisi nad głową Słońce wypełnione paliwem termojądrowym, w jego wnętrzu od miliardów lat zachodzi reakcja termojądrowa i nic nie eksploduje. Ponadto podczas reakcji syntezy np. deuteru i trytu (ciężkiego i superciężkiego izotopu wodoru) uwalniana jest energia 4,2 razy większa niż podczas spalania tej samej masy uranu-235.

Produkcja bomby atomowej była procesem raczej eksperymentalnym niż teoretycznym. Stworzenie bomby wodorowej wymagało pojawienia się zupełnie nowych dyscyplin fizycznych: fizyki plazmy wysokotemperaturowej i ultrawysokiego ciśnienia. Przed przystąpieniem do konstruowania bomby należało dokładnie poznać naturę zjawisk zachodzących wyłącznie w jądrze gwiazd. Żadne eksperymenty nie mogły tu pomóc – narzędziami badaczy była jedynie fizyka teoretyczna i wyższa matematyka. To nie przypadek, że gigantyczną rolę w rozwoju broni termojądrowej odgrywają matematycy: Ulam, Tichonow, Samarski itp.

Klasyczny super

Pod koniec 1945 roku Edward Teller zaproponował pierwszy projekt bomby wodorowej, zwany „klasycznym super”. Aby wytworzyć monstrualne ciśnienie i temperaturę niezbędną do rozpoczęcia reakcji syntezy jądrowej, należało użyć konwencjonalnej bomby atomowej. Sam „klasyczny super” był długim cylindrem wypełnionym deuterem. Zapewniono także pośrednią komorę „zapłonową” z mieszaniną deuteru i trytu – reakcja syntezy deuteru i trytu rozpoczyna się pod niższym ciśnieniem. Przez analogię do ognia deuter miał pełnić rolę drewna opałowego, mieszanina deuteru i trytu - szklanki benzyny, a bomba atomowa - zapałki. Schemat ten nazwano „fajką” - rodzajem cygara z zapalniczką atomową na jednym końcu. Radzieccy fizycy zaczęli opracowywać bombę wodorową, korzystając z tego samego schematu.

Jednak matematyk Stanisław Ulam za pomocą zwykłej suwaka logarytmicznego udowodnił Tellerowi, że zajście reakcji syntezy czystego deuteru w „super” jest prawie niemożliwe, a do mieszaniny potrzebna byłaby taka ilość trytu, że do jego wytworzenia wystarczyłoby konieczne będzie praktyczne zamrożenie produkcji plutonu do celów wojskowych w Stanach Zjednoczonych.

Posyp cukrem

W połowie 1946 r. Teller zaproponował kolejny projekt bomby wodorowej - „budzik”. Składał się z naprzemiennych sferycznych warstw uranu, deuteru i trytu. Podczas wybuchu jądrowego centralnego ładunku plutonu wytworzyło się ciśnienie i temperatura niezbędne do rozpoczęcia reakcji termojądrowej w innych warstwach bomby. Jednak „budzik” wymagał inicjatora atomowego dużej mocy, a Stany Zjednoczone (podobnie jak ZSRR) miały problemy z produkcją uranu i plutonu do celów wojskowych.

Jesienią 1948 roku Andriej Sacharow wpadł na podobny plan. W Związku Radzieckim projekt nazywał się „sloyka”. Dla ZSRR, który nie miał czasu wyprodukować w wystarczających ilościach uranu-235 i plutonu-239 do celów wojskowych, pasta francuska Sacharowa była panaceum. I oto dlaczego.

W konwencjonalnej bombie atomowej naturalny uran-238 jest nie tylko bezużyteczny (energia neutronów podczas rozpadu nie wystarczy do zainicjowania rozszczepienia), ale także szkodliwy, ponieważ chętnie pochłania neutrony wtórne, spowalniając reakcję łańcuchową. Dlatego 90% uranu do celów wojskowych składa się z izotopu uranu-235. Jednak neutrony powstałe w wyniku syntezy termojądrowej są 10 razy bardziej energetyczne niż neutrony rozszczepienia, a naturalny uran-238 napromieniowany takimi neutronami zaczyna doskonale się rozszczepiać. Nowa bomba umożliwiła wykorzystanie uranu-238, który wcześniej był uważany za produkt odpadowy, jako materiału wybuchowego.

Najważniejszym elementem „ciasta francuskiego” Sacharowa było także użycie białego płuca zamiast niezwykle rzadkiego trytu substancja krystaliczna— deuterek litu 6LiD.

Jak wspomniano powyżej, mieszanina deuteru i trytu zapala się znacznie łatwiej niż czysty deuter. Na tym jednak kończą się zalety trytu, a pozostają same wady: w stanie normalnym tryt jest gazem, co powoduje trudności w magazynowaniu; tryt jest radioaktywny i rozpada się na stabilny hel-3, który aktywnie pochłania bardzo potrzebne szybkie neutrony, ograniczając okres trwałości bomby do kilku miesięcy.

Nieradioaktywny deutrek litu, po napromieniowaniu neutronami o powolnym rozszczepieniu – w wyniku eksplozji bezpiecznika atomowego – zamienia się w tryt. Zatem promieniowanie z pierwotnej eksplozji atomowej natychmiast wytwarza wystarczającą ilość trytu do dalszej reakcji termojądrowej, a deuter jest początkowo obecny w deutrideku litu.

Właśnie taka bomba RDS-6 została pomyślnie przetestowana 12 sierpnia 1953 r. na wieży poligonu w Semipałatyńsku. Siła eksplozji wyniosła 400 kiloton i nadal toczy się dyskusja, czy była to prawdziwa eksplozja termojądrowa, czy superpotężna eksplozja atomowa. Przecież reakcja syntezy termojądrowej w paście francuskiej Sacharowa stanowiła nie więcej niż 20% całkowitej mocy ładunku. Główny wkład w eksplozję miała reakcja rozpadu uranu-238 napromieniowanego szybkimi neutronami, dzięki czemu RDS-6 otworzyły erę tzw. „brudnych” bomb.

Faktem jest, że główne skażenie radioaktywne pochodzi z produktów rozpadu (w szczególności strontu-90 i cezu-137). Zasadniczo „ciasto francuskie” Sacharowa było gigantyczną bombą atomową, tylko nieznacznie wzmocnioną reakcją termojądrową. To nie przypadek, że podczas jednej eksplozji „ciasta francuskiego” wytworzyło się 82% strontu-90 i 75% cezu-137, które przedostały się do atmosfery przez całą historię poligonu w Semipałatyńsku.

Bomby amerykańskie

Jednak to Amerykanie jako pierwsi zdetonowali bombę wodorową. 1 listopada 1952 roku na atolu Elugelab na Pacyfiku pomyślnie przetestowano urządzenie termojądrowe Mike'a o mocy 10 megaton. Trudno byłoby nazwać 74-tonowym amerykańskim urządzeniem bombą. „Mike” był nieporęcznym urządzeniem wielkości dwupiętrowy dom, wypełniony ciekłym deuterem o temperaturze bliskiej absolutne zero(„Ciasto francuskie” Sacharowa było produktem całkowicie przenośnym). Jednak główną atrakcją „Mike’a” nie był jego rozmiar, ale genialna zasada sprężania materiałów wybuchowych termojądrowych.

Przypomnijmy, że główną ideą bomby wodorowej jest stworzenie warunków do syntezy (ultrawysokie ciśnienie i temperatura) poprzez eksplozję jądrową. W schemacie „zaciągnięcia” ładunek jądrowy znajduje się w środku i dlatego nie tyle ściska deuter, co rozprasza go na zewnątrz - zwiększenie ilości termojądrowego materiału wybuchowego nie prowadzi do wzrostu mocy - po prostu nie mają czas na detonację. Właśnie to ogranicza maksymalną moc tego schematu - najpotężniejszy „puff” na świecie, Orange Herald, wysadzony w powietrze przez Brytyjczyków 31 maja 1957 r., dał tylko 720 kiloton.

Idealnie byłoby, gdybyśmy mogli spowodować eksplozję zapalnika atomowego w środku, ściskając termojądrowy materiał wybuchowy. Ale jak to zrobić? Edward Teller przedstawił genialny pomysł: kompresować paliwo termojądrowe nie energią mechaniczną i strumieniem neutronów, ale promieniowaniem pierwotnego zapalnika atomowego.

W nowym projekcie Tellera inicjująca jednostka atomowa została oddzielona od jednostki termojądrowej. Kiedy ładunek atomowy został wyzwolony, promieniowanie rentgenowskie poprzedziło falę uderzeniową i rozprzestrzeniło się wzdłuż ścian cylindrycznego korpusu, odparowując i zamieniając wewnętrzną wyściółkę polietylenową korpusu bomby w plazmę. Plazma z kolei ponownie wyemitowała bardziej miękkie promieniowanie rentgenowskie, które zostało pochłonięte przez zewnętrzne warstwy wewnętrznego cylindra uranu-238 – „popychacza”. Warstwy zaczęły gwałtownie parować (zjawisko to nazywa się ablacją). Gorącą plazmę uranową można porównać do strumieni superpotężnego silnika rakietowego, którego ciąg kierowany jest do cylindra z deuterem. Cylinder uranowy zapadł się, ciśnienie i temperatura deuteru osiągnęły poziom krytyczny. To samo ciśnienie sprężyło centralną rurę plutonu do masy krytycznej i doszło do detonacji. Eksplozja zapalnika plutonu nacisnęła deuter od wewnątrz, dodatkowo ściskając i podgrzewając termojądrowy materiał wybuchowy, który zdetonował. Intensywny strumień neutronów rozszczepia jądra uranu-238 w „popychaczu”, powodując reakcję wtórnego rozpadu. Wszystko to wydarzyło się przed momentem, gdy fala uderzeniowa z pierwotnego wybuchu jądrowego dotarła do jednostki termojądrowej. Obliczenie wszystkich tych zdarzeń, zachodzących w miliardowych częściach sekundy, wymagało siły umysłowej najsilniejszych matematyków na planecie. Twórcy „Mike’a” przeżyli nie horror po 10-megatonowym wybuchu, ale nieopisaną rozkosz – udało im się nie tylko zrozumieć procesy zachodzące prawdziwy świat udać się jedynie do jąder gwiazd, ale także przetestować swoje teorie eksperymentalnie, zakładając własną małą gwiazdę na Ziemi.

Brawo

Przewyższywszy Rosjan pięknem konstrukcji, Amerykanie nie byli w stanie stworzyć kompaktowego urządzenia: zamiast sproszkowanego deuterku litu Sacharowa użyli ciekłego przechłodzonego deuteru. W Los Alamos na „ciasto francuskie” Sacharowa zareagowali z pewną dozą zazdrości: „zamiast wielkiej krowy z wiadrem surowe mleko Rosjanie używają paczki mleka w proszku.” Obie strony nie miały jednak przed sobą tajemnic. 1 marca 1954 roku w pobliżu atolu Bikini Amerykanie przetestowali 15-megatonową bombę „Bravo” wykorzystującą deutrek litu, a 22 listopada 1955 roku pierwszą radziecką dwustopniową bombę termojądrową RDS-37 o mocy 1,7 megatony eksplodował nad poligonem testowym w Semipałatyńsku, niszcząc prawie połowę poligonu. Od tego czasu konstrukcja bomby termojądrowej uległa niewielkim zmianom (na przykład między bombą inicjującą a ładunkiem głównym pojawiła się tarcza uranowa) i stała się kanoniczna. I nie ma już na świecie tak wielkich tajemnic natury, które dałoby się rozwiązać za pomocą tak spektakularnego eksperymentu. Być może narodziny supernowej.

Broń termojądrowa (bomba wodorowa)- rodzaj broni nuklearnej, której niszczycielska siła opiera się na wykorzystaniu energii reakcji syntezy jądrowej lekkich pierwiastków w cięższe (na przykład synteza jednego jądra atomu helu z dwóch jąder deuteru atomy), co uwalnia energię.

Opis ogólny [ | ]

Termonuklearne urządzenie wybuchowe można zbudować przy użyciu ciekłego deuteru lub sprężonego deuteru gazowego. Ale pojawienie się broni termojądrowej stało się możliwe tylko dzięki rodzajowi wodorku litu - deuterkowi litu-6. Jest to połączenie ciężkiego izotopu wodoru – deuteru i izotopu litu o liczbie masowej 6.

Deuterek litu-6 - solidny, który pozwala na przechowywanie deuteru (którego zwykłym stanem w normalnych warunkach jest gaz) w normalnych warunkach, a dodatkowo jego drugi składnik – lit-6 – jest surowcem do produkcji najrzadszego izotopu wodoru – trytu . Właściwie 6 Li jest jedynym przemysłowym źródłem trytu:

(\ Displaystyle () _ (3) ^ (6) \ operatorname (Li) + () _ (0) ^ (1) n \ do () _ (1) ^ (3) \ operatorname (H) + () _(2)^(4)\mathrm (On) +E_(1).) Ta sama reakcja zachodzi w deuterku litu-6 w urządzeniu termojądrowym po napromieniowaniu szybkimi neutronami; uwolniona energia mi 1 = 4,784 MeV Ta sama reakcja zachodzi w deuterku litu-6 w urządzeniu termojądrowym po napromieniowaniu szybkimi neutronami; uwolniona energia. Powstały tryt (3H) następnie reaguje z deuterem, uwalniając energię:

Ponadto powstaje neutron o energii kinetycznej co najmniej 14,1 MeV, który może ponownie zapoczątkować pierwszą reakcję na innym jądrze litu-6, spowodować rozszczepienie jąder ciężkiego uranu lub plutonu w powłoce lub wywołać emisję kilku więcej szybkich neutronów.

Wczesna amerykańska amunicja termojądrowa wykorzystywała również naturalny deuterek litu, który zawiera głównie izotop litu o liczbie masowej 7. Służy również jako źródło trytu, ale w tym celu neutrony biorące udział w reakcji muszą mieć energię 10 MeV lub wyższą: reakcja N+ 7 Li → 3 H + 4 He + N− 2,467 MeV jest endotermiczny i pochłania energię.

Bomba termojądrowa działająca na zasadzie Tellera-Ulama składa się z dwóch etapów: spustu i pojemnika z paliwem termojądrowym.

Urządzenie testowane przez Stany Zjednoczone w 1952 r. nie było właściwie bombą, ale prototypem laboratoryjnym, „trzypiętrowym domem wypełnionym ciekłym deuterem”, wykonanym w formie specjalnego projektu. Radzieccy naukowcy opracowali właśnie bombę - kompletne urządzenie nadające się do praktycznego zastosowania wojskowego.

Największą bombą wodorową, jaką kiedykolwiek zdetonowano, jest radziecka 58-megatonowa bomba carska, zdetonowana 30 października 1961 r. na poligonie testowym archipelagu Nowa Ziemia. Nikita Chruszczow później publicznie zażartował, że pierwotny plan zakładał zdetonowanie 100-megatonowej bomby, ale ładunek zmniejszono, „aby nie rozbić całego szkła w Moskwie”. Strukturalnie bomba została rzeczywiście zaprojektowana na 100 megaton, a moc tę można było osiągnąć poprzez zastąpienie ołowiu uranem. Bomba została zdetonowana na wysokości 4000 metrów nad poligonem Nowa Ziemia. Fala uderzeniowa po eksplozji okrążyła kulę ziemską trzykrotnie. Pomimo udanego testu bomba nie weszła do służby; Jednak stworzenie i przetestowanie superbomby miało ogromne znaczenie polityczne, pokazując, że ZSRR rozwiązał problem osiągnięcia praktycznie dowolnego poziomu megatonażu w swoim arsenale nuklearnym.

USA [ | ]

Pomysł bomby termojądrowej inicjowanej ładunkiem atomowym Enrico Fermi zaproponował swojemu koledze Edwardowi Tellerowi jesienią 1941 roku, na samym początku Projektu Manhattan. Teller poświęcił większość swojej pracy podczas Projektu Manhattan pracy nad projektem bomby termojądrowej, nieco zaniedbując samą bombę atomową. Jego skupienie się na trudnościach i pozycja „adwokata diabła” w dyskusjach o problemach zmusiła Oppenheimera do skierowania Tellera i innych „problematycznych” fizyków na bocznicę.

Pierwsze ważne i koncepcyjne kroki w kierunku realizacji projektu syntezy podjął współpracownik Tellera Stanislav Ulam. Aby zainicjować syntezę termojądrową, Ulam zaproponował sprężenie paliwa termojądrowego przed jego podgrzaniem przy użyciu czynników pochodzących z pierwotnej reakcji rozszczepienia, a także umieszczenie ładunku termojądrowego oddzielnie od głównego składnika jądrowego bomby. Propozycje te umożliwiły przeniesienie rozwoju broni termojądrowej na poziom praktyczny. Na tej podstawie Teller zaproponował, że promienie rentgenowskie i gamma generowane przez eksplozję pierwotną mogą przekazać wystarczającą ilość energii do składnika wtórnego, znajdującego się we wspólnej powłoce z pierwotnym, aby przeprowadzić implozję (kompresję) wystarczającą do zainicjowania reakcji termojądrowej . Teller oraz jego zwolennicy i przeciwnicy omawiali później wkład Ulama w teorię leżącą u podstaw tego mechanizmu.

Eksplozja „George”

W 1951 roku przeprowadzono serię testów pod ogólną nazwą Operacja Szklarnia, podczas których opracowano zagadnienia miniaturyzacji ładunków jądrowych przy jednoczesnym zwiększaniu ich mocy. Jednym z testów z tej serii była eksplozja o kryptonimie „George”, podczas której zdetonowano eksperymentalne urządzenie, którym był ładunek jądrowy w postaci torusa z niewielką ilością ciekłego wodoru umieszczoną w środku. Główną część mocy wybuchu uzyskano właśnie w wyniku syntezy wodoru, co potwierdziło w praktyce ogólną koncepcję urządzeń dwustopniowych.

„Evie Mike”

Wkrótce rozwój broni termojądrowej w Stanach Zjednoczonych ukierunkowany był na miniaturyzację konstrukcji Tellera-Ulama, która mogła być wyposażona w międzykontynentalne rakiety balistyczne (ICBM) i rakiety balistyczne wystrzeliwane z łodzi podwodnych (SLBM). Do 1960 roku przyjęto głowice bojowe klasy megatonowej W47 i rozmieszczono je dalej łodzie podwodne, wyposażony w rakiety balistyczne Polaris. Głowice miały masę 320 kg i średnicę 50 cm. Późniejsze testy wykazały niską niezawodność głowic instalowanych w rakietach Polaris i potrzebę ich modyfikacji. W połowie lat 70. miniaturyzacja nowych wersji głowic Tellera-Ulama umożliwiła umieszczenie 10 lub więcej głowic o wymiarach pocisku wielogłowicowego (MIRV).

ZSRR [ | ]

Korea Północna [ | ]

W grudniu tego roku KCNA rozpowszechniła oświadczenie przywódcy Korei Północnej Kim Dzong-una, w którym poinformował, że Pjongjang posiada własną bombę wodorową.

BOMBA WODOROWA
broń o dużej sile niszczycielskiej (rzędu megaton w przeliczeniu na TNT), której zasada działania opiera się na reakcji syntezy termojądrowej lekkich jąder. Źródłem energii wybuchu są procesy podobne do tych zachodzących na Słońcu i innych gwiazdach.
Reakcje termojądrowe. Wnętrze Słońca zawiera gigantyczną ilość wodoru, który znajduje się w stanie ultrawysokiej kompresji w temperaturze ok. Przy tak wysokich temperaturach i gęstościach plazmy jądra wodoru ulegają ciągłym zderzeniom ze sobą, a niektóre z nich kończą się fuzją i ostatecznie utworzeniem cięższych jąder helu. Reakcjom takim, zwanym syntezą termojądrową, towarzyszy uwolnienie ogromnych ilości energii. Zgodnie z prawami fizyki uwolnienie energii podczas syntezy termojądrowej wynika z faktu, że podczas tworzenia cięższego jądra część masy lekkich jąder wchodzących w jego skład zamienia się w kolosalną ilość energii. Dlatego też Słońce posiadające gigantyczną masę traci każdego dnia w procesie syntezy termojądrowej ok. 100 miliardów ton materii i uwalnia energię, dzięki której życie na Ziemi stało się możliwe.
Izotopy wodoru. Atom wodoru jest najprostszym ze wszystkich istniejących atomów. Składa się z jednego protonu, który jest jego jądrem, wokół którego obraca się pojedynczy elektron. Dokładne badania wody (H2O) wykazały, że zawiera ona znikome ilości „ciężkiej” wody zawierającej „ciężki izotop” wodoru – deuter (2H). Jądro deuteru składa się z protonu i neutronu – cząstki obojętnej o masie zbliżonej do protonu. Istnieje trzeci izotop wodoru - tryt, którego jądro zawiera jeden proton i dwa neutrony. Tryt jest niestabilny i ulega samoistnemu rozpadowi radioaktywnemu, zamieniając się w izotop helu. Ślady trytu odkryto w ziemskiej atmosferze, gdzie powstaje on w wyniku oddziaływania promieni kosmicznych z cząsteczkami gazu tworzącymi powietrze. Tryt wytwarzany jest sztucznie w reaktorze jądrowym poprzez napromienianie izotopu litu-6 strumieniem neutronów.
Opracowanie bomby wodorowej. Wstępna analiza teoretyczna wykazała, że ​​fuzję termojądrową najłatwiej przeprowadzić w mieszaninie deuteru i trytu. Na tej podstawie amerykańscy naukowcy na początku 1950 r. rozpoczęli realizację projektu mającego na celu stworzenie bomby wodorowej (HB). Pierwsze testy modelowego urządzenia jądrowego przeprowadzono na poligonie Enewetak wiosną 1951 roku; fuzja termojądrowa była tylko częściowa. Znaczący sukces odniesiono 1 listopada 1951 r. podczas testów masywnego urządzenia nuklearnego, którego siła wybuchu wynosiła 4e8 Mt w przeliczeniu na TNT. Pierwsza bomba wodorowa została zdetonowana w ZSRR 12 sierpnia 1953 r., a 1 marca 1954 r. Amerykanie zdetonowali potężniejszą (około 15 Mt) bombę lotniczą na atolu Bikini. Od tego czasu oba mocarstwa przeprowadzały eksplozje zaawansowanej broni megatonowej. Eksplozji na atolu Bikini towarzyszyło uwolnienie duża ilość
substancje radioaktywne. Niektóre z nich spadły setki kilometrów od miejsca eksplozji na japońskim statku rybackim Lucky Dragon, inne zaś przykryły wyspę Rongelap. Ponieważ synteza termojądrowa wytwarza stabilny hel, radioaktywność wybuchu bomby wodorowej nie powinna być większa niż radioaktywność detonatora atomowego reakcji termojądrowej. Jednakże w rozpatrywanym przypadku przewidywany i rzeczywisty opad promieniotwórczy różnił się istotnie pod względem ilości i składu. Mechanizm działania bomby wodorowej.
Sekwencję procesów zachodzących podczas wybuchu bomby wodorowej można przedstawić w następujący sposób. Najpierw eksploduje ładunek inicjatora reakcji termojądrowej (mała bomba atomowa) znajdujący się wewnątrz powłoki NB, powodując błysk neutronów i wytwarzając wysoką temperaturę niezbędną do zainicjowania syntezy termojądrowej. Neutrony bombardują wkład wykonany z deuterku litu – związku deuteru z litem (stosuje się izotop litu o liczbie masowej 6). Lit-6 pod wpływem neutronów rozkłada się na hel i tryt. W ten sposób bezpiecznik atomowy tworzy materiały niezbędne do syntezy bezpośrednio w samej bombie. Następnie rozpoczyna się reakcja termojądrowa w mieszaninie deuteru i trytu, temperatura wewnątrz bomby gwałtownie wzrasta, angażując do syntezy coraz więcej wodoru. Wraz z dalszym wzrostem temperatury może rozpocząć się reakcja pomiędzy jądrami deuteru, charakterystyczna dla bomby wodorowej. Wszystkie reakcje zachodzą oczywiście tak szybko, że można je postrzegać jako natychmiastowe. W rzeczywistości w bombie sekwencja procesów opisanych powyżej kończy się na etapie reakcji deuteru z trytem. Co więcej, projektanci bomb zdecydowali się nie używać syntezy jądrowej, ale rozszczepienia jądrowego. W wyniku fuzji jąder deuteru i trytu powstaje hel i szybkie neutrony, których energia jest wystarczająco wysoka, aby spowodować rozszczepienie jądra uranu-238 (głównego izotopu uranu, znacznie tańszego niż uran-235 używany w konwencjonalnych bombach atomowych). Szybkie neutrony rozszczepiają atomy uranowej powłoki superbomby. Rozszczepienie jednej tony uranu wytwarza energię równoważną 18 Mt. Energia służy nie tylko wybuchowi i wytwarzaniu ciepła. Każde jądro uranu dzieli się na dwa wysoce radioaktywne „fragmenty”. Produkty rozszczepienia obejmują 36 różnych pierwiastków chemicznych i prawie 200 izotopów promieniotwórczych. Wszystko to składa się na opad radioaktywny towarzyszący eksplozjom superbomb. Dzięki unikalnej konstrukcji i opisanemu mechanizmowi działania, broń tego typu może być tak potężna, jak to konieczne. Jest znacznie tańsza niż bomby atomowe o tej samej mocy.
Konsekwencje eksplozji. Fala uderzeniowa i efekt termiczny. Bezpośredni (główny) wpływ eksplozji superbomby jest potrójny. Najbardziej oczywistym bezpośrednim skutkiem jest fala uderzeniowa o ogromnej intensywności. Siła jej uderzenia, w zależności od mocy bomby, wysokości eksplozji nad powierzchnią ziemi i charakteru terenu, maleje wraz z odległością od epicentrum eksplozji. O termicznym wpływie wybuchu decydują te same czynniki, ale zależy także od przezroczystości powietrza – mgła gwałtownie zmniejsza odległość, z której rozbłysk termiczny może spowodować poważne oparzenia. Według obliczeń, podczas wybuchu w atmosferze bomby 20-megatonowej w 50% przypadków ludzie przeżyją, jeśli 1) schronią się w podziemnym żelbetowym schronie w odległości około 8 km od epicentrum wybuchu eksplozja (E), 2) znajdują się w zwykłych budynkach miejskich w odległości ok. 15 km od EV, 3) znaleźli się na otwartej przestrzeni w odległości ok. 20 km od EV. W warunkach słabej widoczności i w odległości co najmniej 25 km, jeśli atmosfera jest czysta, dla ludzi na terenach otwartych prawdopodobieństwo przeżycia gwałtownie rośnie wraz z odległością od epicentrum; w odległości 32 km obliczona wartość wynosi ponad 90%. Obszar, na którym przenikliwe promieniowanie powstające podczas eksplozji powoduje śmierć, jest stosunkowo niewielki, nawet w przypadku superbomby o dużej mocy.
Piorun kulisty. W zależności od składu i masy łatwopalnego materiału zawartego w kuli ognia, mogą tworzyć się gigantyczne, samopodtrzymujące się burze ogniowe, które szaleją przez wiele godzin. Jednak najbardziej niebezpieczną (aczkolwiek wtórną) konsekwencją eksplozji jest radioaktywne skażenie środowiska.
Opad. Jak powstają.
Kiedy bomba eksploduje, powstała kula ognia wypełnia się ogromna ilość cząstki radioaktywne. Zazwyczaj cząstki te są tak małe, że gdy dotrą do górnych warstw atmosfery, mogą tam pozostać przez długi czas. Ale jeśli kula ognia zetknie się z powierzchnią Ziemi, zamienia wszystko na niej w gorący pył i popiół i wciąga je w ogniste tornado. W wirze płomieni mieszają się i wiążą z cząsteczkami radioaktywnymi. Pył radioaktywny, z wyjątkiem największych, nie osiada natychmiast. Drobniejszy pył jest unoszony przez powstałą chmurę i stopniowo opada wraz z wiatrem. Bezpośrednio w miejscu wybuchu opad radioaktywny może być niezwykle intensywny – na ziemi osiadają głównie duże ilości pyłu. Setki kilometrów od miejsca eksplozji i na większych odległościach, małych, ale jednak widoczne dla oka cząstki popiołu. Często tworzą osłonę przypominającą opadły śnieg, zabójczą dla każdego, kto znajdzie się w pobliżu. Nawet mniejsze i niewidoczne cząstki, zanim opadną na ziemię, mogą wędrować w atmosferze miesiącami, a nawet latami, wielokrotnie okrążając kulę ziemską. Do czasu wypadnięcia ich radioaktywność jest znacznie osłabiona. Najbardziej niebezpiecznym promieniowaniem pozostaje stront-90 z okresem półtrwania wynoszącym 28 lat. Jego utratę wyraźnie widać na całym świecie. Osiadając na liściach i trawie, wchodzi do łańcuchów pokarmowych obejmujących ludzi. W rezultacie w kościach mieszkańców większości krajów stwierdzono zauważalne, choć jeszcze nie niebezpieczne, ilości strontu-90. Kumulacja strontu-90 w kościach człowieka jest w dłuższej perspektywie bardzo niebezpieczna, gdyż prowadzi do powstawania złośliwych nowotworów kości.
Długotrwałe skażenie terenu opadem radioaktywnym. W przypadku działań wojennych użycie bomby wodorowej spowoduje natychmiastowe skażenie radioaktywne obszaru w promieniu ok. 100 km od epicentrum eksplozji. Jeśli wybuchnie superbomba, obszar dziesiątek tysięcy kilometrów kwadratowych zostanie skażony. Tak ogromny obszar zniszczenia jedną bombą sprawia, że ​​jest to zupełnie nowy rodzaj broni. Nawet jeśli superbomba nie trafi w cel, tj. nie uderzy w obiekt z efektem szokowo-termicznym, przenikające promieniowanie i opad radioaktywny towarzyszący eksplozji sprawią, że otaczająca przestrzeń nie będzie nadawać się do zamieszkania. Takie opady mogą utrzymywać się przez wiele dni, tygodni, a nawet miesięcy. W zależności od ich ilości intensywność promieniowania może osiągnąć zabójczy poziom. Stosunkowo niewielka liczba superbomb wystarczy, aby całkowicie pokryć duży kraj warstwą radioaktywnego pyłu, który jest zabójczy dla wszystkich żywych istot. W ten sposób stworzenie superbomby zapoczątkowało erę, w której możliwe stało się uczynienie całych kontynentów niezdatnymi do zamieszkania. Nawet po długo Po ustaniu bezpośredniego narażenia na opad promieniotwórczy niebezpieczeństwo wynikające z wysokiej radiotoksyczności izotopów takich jak stront-90 pozostanie. W przypadku żywności uprawianej na glebach zanieczyszczonych tym izotopem radioaktywność przedostanie się do organizmu człowieka.
Zobacz także
fuzja JĄDROWA;
BROŃ JĄDROWA;
WOJNA JĄDROWA.
LITERATURA
Skutki broni nuklearnej. M., 1960 Wybuch nuklearny w kosmosie, na ziemi i pod ziemią. M., 1970

Encyklopedia Colliera. - Społeczeństwo otwarte. 2000 .

Zobacz, co oznacza „BOMBA WODOROWA” w innych słownikach:

Przestarzała nazwa bomby atomowej o wielkiej niszczycielskiej sile, której działanie opiera się na wykorzystaniu energii uwalnianej podczas reakcji syntezy lekkich jąder (patrz Reakcje termojądrowe). Pierwsza bomba wodorowa została przetestowana w ZSRR (1953)… Wielki słownik encyklopedyczny

Broń termojądrowa to rodzaj broni masowego rażenia, której niszczycielska siła opiera się na wykorzystaniu energii reakcji syntezy jądrowej lekkich pierwiastków w cięższe (na przykład synteza dwóch jąder deuteru (ciężki wodór ) atomy w jeden ... ... Wikipedia

Bomba atomowa o wielkiej niszczycielskiej sile, której działanie opiera się na wykorzystaniu energii uwolnionej podczas reakcji syntezy lekkich jąder (patrz Reakcje termojądrowe). Pierwszy ładunek termojądrowy (o mocy 3 Mt) został zdetonowany 1 listopada 1952 roku w USA.… … Słownik encyklopedyczny

bomba wodorowa- vandenilinė bomba statusas T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas – deuteris ir tritis. atitikmenys: pol. Hbomba; bomba wodorowa ros. bomba wodorowa ryšiai: sinonimas – H bomba… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

bomba wodorowa- vandenilinė bomba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. bomba wodorowa vok. Wasserstoffbombe, f rus. bomba wodorowa, f pranc. bombe à hydrogène, f … Fizikos terminų žodynas

bomba wodorowa- vandenilinė bomba statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Bomba, kurios branduolinis užtaisas – vandenilio izotopai: deuteris ir tritis. atitikmenys: pol. Hbomba; bomba wodorowa vok. Wasserstoffbombe, f rus. bomba wodorowa, f... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Wybuchowa bomba o wielkiej niszczycielskiej sile. Akcja V.b. w oparciu o reakcję termojądrową. Zobacz broń nuklearną... Wielka encyklopedia radziecka

Treść artykułu

BOMBA WODOROWA, broń o dużej sile niszczycielskiej (rzędu megaton w przeliczeniu na TNT), której zasada działania opiera się na reakcji syntezy termojądrowej lekkich jąder. Źródłem energii wybuchu są procesy podobne do tych zachodzących na Słońcu i innych gwiazdach.

Reakcje termojądrowe.

Wnętrze Słońca zawiera gigantyczną ilość wodoru, który znajduje się w stanie ultrawysokiej kompresji w temperaturze ok. Przy tak wysokich temperaturach i gęstościach plazmy jądra wodoru ulegają ciągłym zderzeniom ze sobą, a niektóre z nich kończą się fuzją i ostatecznie utworzeniem cięższych jąder helu. Reakcjom takim, zwanym syntezą termojądrową, towarzyszy uwolnienie ogromnych ilości energii. Zgodnie z prawami fizyki uwolnienie energii podczas syntezy termojądrowej wynika z faktu, że podczas tworzenia cięższego jądra część masy lekkich jąder wchodzących w jego skład zamienia się w kolosalną ilość energii. Dlatego też Słońce posiadające gigantyczną masę traci każdego dnia w procesie syntezy termojądrowej ok. 100 miliardów ton materii i uwalnia energię, dzięki której życie na Ziemi stało się możliwe.

Izotopy wodoru.

Atom wodoru jest najprostszym ze wszystkich istniejących atomów. Składa się z jednego protonu, który jest jego jądrem, wokół którego obraca się pojedynczy elektron. Dokładne badania wody (H 2 O) wykazały, że zawiera ona znikome ilości „ciężkiej” wody zawierającej „ciężki izotop” wodoru – deuter (2 H). Jądro deuteru składa się z protonu i neutronu – cząstki obojętnej o masie zbliżonej do protonu.

Istnieje trzeci izotop wodoru, tryt, którego jądro zawiera jeden proton i dwa neutrony. Tryt jest niestabilny i ulega samoistnemu rozpadowi radioaktywnemu, zamieniając się w izotop helu. Ślady trytu odkryto w ziemskiej atmosferze, gdzie powstaje on w wyniku oddziaływania promieni kosmicznych z cząsteczkami gazu tworzącymi powietrze. Tryt wytwarzany jest sztucznie w reaktorze jądrowym poprzez napromienianie izotopu litu-6 strumieniem neutronów.

Opracowanie bomby wodorowej.

Wstępna analiza teoretyczna wykazała, że ​​fuzję termojądrową najłatwiej przeprowadzić w mieszaninie deuteru i trytu. Na tej podstawie amerykańscy naukowcy na początku 1950 r. rozpoczęli realizację projektu mającego na celu stworzenie bomby wodorowej (HB). Pierwsze testy modelowego urządzenia jądrowego przeprowadzono na poligonie Enewetak wiosną 1951 roku; fuzja termojądrowa była tylko częściowa. Znaczący sukces osiągnięto 1 listopada 1951 r. podczas testów masywnego urządzenia nuklearnego, którego siła wybuchu wynosiła 4 × 8 Mt w przeliczeniu na trotyl.

Pierwsza bomba wodorowa została zdetonowana w ZSRR 12 sierpnia 1953 r., a 1 marca 1954 r. Amerykanie zdetonowali potężniejszą (około 15 Mt) bombę lotniczą na atolu Bikini. Od tego czasu oba mocarstwa przeprowadzały eksplozje zaawansowanej broni megatonowej.

Eksplozji na atolu Bikini towarzyszyło uwolnienie dużej ilości substancji radioaktywnych. Część z nich spadła setki kilometrów od miejsca eksplozji na japońskim statku rybackim „Lucky Dragon”, inne zaś przykryły wyspę Rongelap. Ponieważ synteza termojądrowa wytwarza stabilny hel, radioaktywność wybuchu bomby wodorowej nie powinna być większa niż radioaktywność detonatora atomowego reakcji termojądrowej. Jednakże w rozpatrywanym przypadku przewidywany i rzeczywisty opad promieniotwórczy różnił się istotnie pod względem ilości i składu.

Mechanizm działania bomby wodorowej.

Sekwencję procesów zachodzących podczas wybuchu bomby wodorowej można przedstawić w następujący sposób. Najpierw eksploduje ładunek inicjatora reakcji termojądrowej (mała bomba atomowa) znajdujący się wewnątrz powłoki HB, powodując błysk neutronów i wytwarzając wysoką temperaturę niezbędną do zainicjowania syntezy termojądrowej. Neutrony bombardują wkład wykonany z deuterku litu, związku deuteru i litu (stosuje się izotop litu o liczbie masowej 6). Lit-6 pod wpływem neutronów rozkłada się na hel i tryt. W ten sposób bezpiecznik atomowy tworzy materiały niezbędne do syntezy bezpośrednio w samej bombie.

Następnie rozpoczyna się reakcja termojądrowa w mieszaninie deuteru i trytu, temperatura wewnątrz bomby gwałtownie wzrasta, angażując do syntezy coraz więcej wodoru. Wraz z dalszym wzrostem temperatury może rozpocząć się reakcja pomiędzy jądrami deuteru, charakterystyczna dla bomby wodorowej. Wszystkie reakcje zachodzą oczywiście tak szybko, że można je postrzegać jako natychmiastowe.

Rozszczepienie, fuzja, rozszczepienie (superbomba).

W rzeczywistości w bombie sekwencja procesów opisanych powyżej kończy się na etapie reakcji deuteru z trytem. Co więcej, projektanci bomb zdecydowali się nie używać syntezy jądrowej, ale rozszczepienia jądrowego. W wyniku fuzji jąder deuteru i trytu powstaje hel i szybkie neutrony, których energia jest wystarczająco wysoka, aby spowodować rozszczepienie jądra uranu-238 (głównego izotopu uranu, znacznie tańszego niż uran-235 używany w konwencjonalnych bombach atomowych). Szybkie neutrony rozszczepiają atomy uranowej powłoki superbomby. Rozszczepienie jednej tony uranu wytwarza energię równoważną 18 Mt. Energia służy nie tylko wybuchowi i wytwarzaniu ciepła. Każde jądro uranu dzieli się na dwa wysoce radioaktywne „fragmenty”. Produkty rozszczepienia obejmują 36 różnych pierwiastków chemicznych i prawie 200 izotopów promieniotwórczych. Wszystko to składa się na opad radioaktywny towarzyszący eksplozjom superbomb.

Dzięki unikalnej konstrukcji i opisanemu mechanizmowi działania, broń tego typu może być tak potężna, jak to konieczne. Jest znacznie tańsza niż bomby atomowe o tej samej mocy.

Konsekwencje eksplozji.

Fala uderzeniowa i efekt termiczny.

Bezpośredni (główny) wpływ eksplozji superbomby jest potrójny. Najbardziej oczywistym bezpośrednim skutkiem jest fala uderzeniowa o ogromnej intensywności. Siła jej uderzenia, w zależności od mocy bomby, wysokości eksplozji nad powierzchnią ziemi i charakteru terenu, maleje wraz z odległością od epicentrum eksplozji. O termicznym wpływie wybuchu decydują te same czynniki, ale zależy także od przezroczystości powietrza – mgła gwałtownie zmniejsza odległość, z której rozbłysk termiczny może spowodować poważne oparzenia.

Według obliczeń, podczas wybuchu w atmosferze bomby 20-megatonowej w 50% przypadków ludzie przeżyją, jeśli 1) schronią się w podziemnym żelbetowym schronie w odległości około 8 km od epicentrum wybuchu eksplozja (E), 2) znajdują się w zwykłych budynkach miejskich w odległości ok. 15 km od EV, 3) znaleźli się na otwartej przestrzeni w odległości ok. 20 km od EV. W warunkach słabej widoczności i w odległości co najmniej 25 km, jeśli atmosfera jest czysta, dla ludzi na terenach otwartych prawdopodobieństwo przeżycia gwałtownie rośnie wraz z odległością od epicentrum; w odległości 32 km obliczona wartość wynosi ponad 90%. Obszar, na którym przenikliwe promieniowanie powstające podczas eksplozji powoduje śmierć, jest stosunkowo niewielki, nawet w przypadku superbomby o dużej mocy.

Piorun kulisty.

W zależności od składu i masy łatwopalnego materiału zawartego w kuli ognia, mogą tworzyć się gigantyczne, samopodtrzymujące się burze ogniowe, które szaleją przez wiele godzin. Jednak najbardziej niebezpieczną (aczkolwiek wtórną) konsekwencją eksplozji jest radioaktywne skażenie środowiska.

Opad.

Jak powstają.

Kiedy bomba eksploduje, powstała kula ognia wypełniona jest ogromną ilością radioaktywnych cząstek. Zazwyczaj cząstki te są tak małe, że gdy dotrą do górnych warstw atmosfery, mogą tam pozostać przez długi czas. Ale jeśli kula ognia zetknie się z powierzchnią Ziemi, zamienia wszystko na niej w gorący pył i popiół i wciąga je w ogniste tornado. W wirze płomieni mieszają się i wiążą z cząsteczkami radioaktywnymi. Pył radioaktywny, z wyjątkiem największych, nie osiada natychmiast. Drobniejszy pył jest unoszony przez powstałą chmurę i stopniowo opada wraz z wiatrem. Bezpośrednio w miejscu wybuchu opad radioaktywny może być niezwykle intensywny – na ziemi osiadają głównie duże ilości pyłu. Setki kilometrów od miejsca eksplozji i w większych odległościach na ziemię spadają drobne, ale wciąż widoczne cząsteczki popiołu. Często tworzą osłonę przypominającą opadły śnieg, zabójczą dla każdego, kto znajdzie się w pobliżu. Nawet mniejsze i niewidoczne cząstki, zanim opadną na ziemię, mogą wędrować w atmosferze miesiącami, a nawet latami, wielokrotnie okrążając kulę ziemską. Do czasu wypadnięcia ich radioaktywność jest znacznie osłabiona. Najbardziej niebezpiecznym promieniowaniem pozostaje stront-90 z okresem półtrwania wynoszącym 28 lat. Jego utratę wyraźnie widać na całym świecie. Osiadając na liściach i trawie, wchodzi do łańcuchów pokarmowych obejmujących ludzi. W rezultacie w kościach mieszkańców większości krajów stwierdzono zauważalne, choć jeszcze nie niebezpieczne, ilości strontu-90. Kumulacja strontu-90 w kościach człowieka jest w dłuższej perspektywie bardzo niebezpieczna, gdyż prowadzi do powstawania złośliwych nowotworów kości.

Długotrwałe skażenie terenu opadem radioaktywnym.

W przypadku działań wojennych użycie bomby wodorowej spowoduje natychmiastowe skażenie radioaktywne obszaru w promieniu ok. 100 km od epicentrum eksplozji. Jeśli wybuchnie superbomba, obszar dziesiątek tysięcy kilometrów kwadratowych zostanie skażony. Tak ogromny obszar zniszczenia jedną bombą sprawia, że ​​jest to zupełnie nowy rodzaj broni. Nawet jeśli superbomba nie trafi w cel, tj. nie uderzy w obiekt z efektem szokowo-termicznym, przenikające promieniowanie i opad radioaktywny towarzyszący eksplozji sprawią, że otaczająca przestrzeń nie będzie nadawać się do zamieszkania. Takie opady mogą utrzymywać się przez wiele dni, tygodni, a nawet miesięcy. W zależności od ich ilości intensywność promieniowania może osiągnąć zabójczy poziom. Stosunkowo niewielka liczba superbomb wystarczy, aby całkowicie pokryć duży kraj warstwą radioaktywnego pyłu, który jest zabójczy dla wszystkich żywych istot. W ten sposób stworzenie superbomby zapoczątkowało erę, w której możliwe stało się uczynienie całych kontynentów niezdatnymi do zamieszkania. Nawet długo po ustaniu bezpośredniego narażenia na opad radioaktywny zagrożenie wynikające z wysokiej radiotoksyczności izotopów, takich jak stront-90, pozostanie. W przypadku żywności uprawianej na glebach zanieczyszczonych tym izotopem radioaktywność przedostanie się do organizmu człowieka.