Kako deluje vodikova bomba in kakšne so posledice eksplozije? Kako deluje vodikova bomba?

Naš članek je posvečen zgodovini ustvarjanja in splošnim načelom sinteze takšne naprave, včasih imenovane vodik. Namesto sproščanja eksplozivne energije z cepljenjem jeder težkih elementov, kot je uran, ustvarja še več energije s spajanjem jeder lahkih elementov (kot so izotopi vodika) v eno težko (kot je helij).

Zakaj je jedrska fuzija boljša?

V termonuklearni reakciji, ki je sestavljena iz zlitja jeder, ki sodelujejo v njej kemični elementi, se ustvari bistveno več energije na enoto mase fizične naprave kot v čisti atomski bombi, ki izvaja reakcijo jedrske fisije.

V atomski bombi se cepljivo jedrsko gorivo pod vplivom energije detonacije običajnih eksplozivov hitro združi v majhnem sferičnem volumnu, kjer nastane njegova tako imenovana kritična masa in začne se reakcija cepitve. V tem primeru bo veliko nevtronov, sproščenih iz cepljivih jeder, povzročilo cepitev drugih jeder v masi goriva, ki prav tako sprostijo dodatne nevtrone, kar vodi do verižne reakcije. Ne zajema več kot 20 % goriva, preden bomba eksplodira, ali morda veliko manj, če pogoji niso idealni: kot v atomskih bombah, ki jih je Mali otrok odvrgel na Hirošimo, in Debelega moža, ki je zadel Nagasaki, učinkovitost (če je tak izraz mogoče veljajo zanje) veljajo) le 1,38 % oziroma 13 %.

Fuzija (ali fuzija) jeder zajema celotno maso naboja bombe in traja tako dolgo, dokler nevtroni najdejo termonuklearno gorivo, ki še ni reagiralo. Zato sta masa in eksplozivna moč takšne bombe teoretično neomejeni. Takšna združitev se teoretično lahko nadaljuje v nedogled. Pravzaprav je termonuklearna bomba ena od potencialnih naprav sodnega dne, ki bi lahko uničila vse človeško življenje.

Kaj je reakcija jedrske fuzije?

Gorivo za reakcijo termonuklearne fuzije sta vodikova izotopa devterij ali tritij. Prvo se od navadnega vodika razlikuje po tem, da njegovo jedro poleg enega protona vsebuje še nevtron, jedro tritija pa ima že dva nevtrona. V naravni vodi je en atom devterija na vsakih 7000 atomov vodika, vendar izven njegove količine. ki ga vsebuje kozarec vode, lahko zaradi termonuklearne reakcije pridobimo enako količino toplote kot pri zgorevanju 200 litrov bencina. Na srečanju s politiki leta 1946 je oče ameriške vodikove bombe Edward Teller poudaril, da devterij zagotavlja več energije na gram teže kot uran ali plutonij, vendar stane dvajset centov na gram v primerjavi z nekaj sto dolarji na gram fisijskega goriva. Tritij se v naravi sploh ne pojavlja v prostem stanju, zato je veliko dražji od devterija, s tržno ceno več deset tisoč dolarjev za gram, vendar največje število energija se sprosti prav pri reakciji fuzije jeder devterija in tritija, pri kateri nastane jedro atoma helija in se sprosti nevtron, ki odnese presežek energije 17,59 MeV.

D + T → 4 He + n + 17,59 MeV.

Ta reakcija je shematično prikazana na spodnji sliki.

Je to veliko ali malo? Kot veste, se vse naučimo s primerjavo. Torej je energija 1 MeV približno 2,3 milijona krat večja od tiste, ki se sprosti pri zgorevanju 1 kg olja. Posledično se pri fuziji samo dveh jeder devterija in tritija sprosti toliko energije, kot se sprosti pri zgorevanju 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 kg nafte. Vendar govorimo le o dveh atomih. Lahko si predstavljate, kako visoki so bili vložki v drugi polovici 40. let prejšnjega stoletja, ko so se v ZDA in ZSSR začela dela, ki so privedla do termonuklearne bombe.

Kako se je vse začelo

Že poleti 1942, na začetku projekta atomske bombe v ZDA (projekt Manhattan) in kasneje v podobnem sovjetskem programu, veliko preden je bila izdelana bomba na osnovi cepitve uranovih jeder, je pozornost nekatere udeležence teh programov je pritegnila naprava, ki lahko uporablja veliko močnejšo reakcijo jedrske fuzije. V ZDA je bil zagovornik tega pristopa in celo, lahko bi rekli, njegov apologet zgoraj omenjeni Edward Teller. V ZSSR je to smer razvil Andrej Saharov, bodoči akademik in disident.

Za Tellerja je bilo njegovo navdušenje nad termonuklearno fuzijo v letih ustvarjanja atomske bombe precej medvedja usluga. Kot udeleženec projekta Manhattan je vztrajno zahteval preusmeritev sredstev za uresničitev lastnih idej, katerih cilj je bila vodikova in termonuklearna bomba, kar ni bilo všeč vodstvu in je povzročilo napetost v odnosih. Ker takrat termonuklearna smer raziskav ni bila podprta, je Teller po nastanku atomske bombe zapustil projekt in začel poučevati, pa tudi raziskovati osnovne delce.

Vendar pa je izbruh hladne vojne, predvsem pa izdelava in uspešno testiranje sovjetske atomske bombe leta 1949, za gorečega antikomunista Tellerja postala nova priložnost za uresničitev njegovih znanstvenih idej. Vrne se v laboratorij v Los Alamosu, kjer je bila ustvarjena atomska bomba, in skupaj s Stanislavom Ulamom in Corneliusom Everettom začne z izračuni.

Načelo delovanja termonuklearne bombe

Da bi se reakcija jedrske fuzije začela, je treba naboj bombe takoj segreti na temperaturo 50 milijonov stopinj. Shema termonuklearne bombe, ki jo je predlagal Teller, v ta namen uporablja eksplozijo majhne atomske bombe, ki se nahaja v ohišju vodika. Lahko trdimo, da so v 40. letih prejšnjega stoletja pri razvoju njenega projekta sodelovale tri generacije:

• Tellerjeva različica, znana kot "klasični super";
• kompleksnejše, a tudi bolj realistične zasnove več koncentričnih krogel;
• končna različica Teller-Ulamove zasnove, ki je osnova vseh danes delujočih termonuklearnih oborožitvenih sistemov.

Termonuklearne bombe ZSSR, katerih začetnik ustvarjanja je bil Andrej Saharov, so šle skozi podobne faze načrtovanja. Očitno je popolnoma neodvisno in neodvisno od Američanov (česar ne moremo reči o sovjetski atomski bombi, ustvarjeni s skupnimi prizadevanji znanstvenikov in obveščevalcev, ki delajo v ZDA) šel skozi vse zgornje faze načrtovanja.

Prvi dve generaciji sta imeli to lastnost, da sta imeli zaporedje prepletenih "plasti", od katerih je vsaka krepila nekatere vidike prejšnje, v nekaterih primerih pa je bila vzpostavljena povratna informacija. Med primarno atomsko bombo in sekundarno termonuklearno ni bilo jasne ločitve. Nasprotno pa diagram termonuklearne bombe Teller-Ulam jasno razlikuje med primarno eksplozijo, sekundarno eksplozijo in, če je potrebno, dodatno.

Naprava termonuklearne bombe po principu Teller-Ulam

Številne podrobnosti še vedno ostajajo tajne, vendar je razumno gotovo, da vse trenutno razpoložljivo termonuklearno orožje temelji na napravi, ki sta jo ustvarila Edward Telleros in Stanislaw Ulam, v kateri se atomska bomba (tj. primarni naboj) uporablja za ustvarjanje sevanja, stiskanja in segreva fuzijsko gorivo. Andrej Saharov v Sovjetski zvezi je očitno samostojno prišel do podobnega koncepta, ki ga je poimenoval "tretja ideja".

Zasnova termonuklearne bombe v tej različici je shematično prikazana na spodnji sliki.

Bil je cilindrične oblike, s približno sferično primarno atomsko bombo na enem koncu. Sekundarni termonuklearni naboj v prvih, še neindustrijskih vzorcih, je bil narejen iz tekočega devterija, nekoliko kasneje pa je postal trden iz kemične spojine, imenovane litijev devterid.

Dejstvo je, da industrija že dolgo uporablja litijev hidrid LiH za transport vodika brez balonov. Razvijalci bombe (ta ideja je bila prvič uporabljena v ZSSR) so preprosto predlagali, da namesto navadnega vodika vzamejo njegov izotop devterij in ga združijo z litijem, saj je veliko lažje narediti bombo s trdnim termonuklearnim nabojem.

Oblika sekundarnega naboja je bila valj, nameščen v posodo s svinčenim (ali uranovim) tulcem. Med naboji je nevtronski zaščitni ščit. Prostor med stenami posode s termonuklearnim gorivom in ohišjem bombe je napolnjen s posebno plastiko, običajno polistirensko peno. Samo telo bombe je izdelano iz jekla ali aluminija.

Te oblike so se spremenile v zadnjih modelih, kot je prikazan spodaj.

V njem je primarni naboj sploščen, kot lubenica ali žoga za ameriški nogomet, sekundarni naboj pa sferičen. Takšne oblike se veliko bolj učinkovito prilegajo notranji prostornini stožčastih bojnih glav raket.

Zaporedje termonuklearne eksplozije

Ko primarna atomska bomba detonira, se v prvih trenutkih tega procesa ustvari močno rentgensko sevanje (nevtronski tok), ki ga delno blokira nevtronski ščit in se odbije od notranje obloge ohišja, ki obdaja sekundarni naboj. , tako da rentgenski žarki simetrično padajo nanj po vsej dolžini.

Vklopljeno začetnih fazah Pri termonuklearni reakciji nevtrone iz atomske eksplozije absorbira plastično polnilo, da prepreči prehitro segrevanje goriva.

Rentgenski žarki sprva povzročijo pojav goste plastične pene, ki zapolni prostor med ohišjem in sekundarnim nabojem, ki se hitro spremeni v stanje plazme, ki segreje in stisne sekundarni naboj.

Poleg tega rentgenski žarki izhlapijo površino vsebnika, ki obdaja sekundarni naboj. Snov posode, ki izhlapeva simetrično glede na ta naboj, pridobi določen impulz, usmerjen od svoje osi, plasti sekundarnega naboja pa v skladu z zakonom o ohranjanju gibalne količine prejmejo impulz, usmerjen na os naprave. Princip je enak kot pri raketi, le če si predstavljate, da se raketno gorivo simetrično razprši od svoje osi, telo pa je stisnjeno navznoter.

Zaradi takšnega stiskanja termonuklearnega goriva se njegova prostornina zmanjša na tisoče krat, temperatura pa doseže raven, pri kateri se začne reakcija jedrske fuzije. Eksplodira termonuklearna bomba. Reakcijo spremlja tvorba jeder tritija, ki se združijo z jedri devterija, ki so prvotno prisotna v sekundarnem naboju.

Prvi sekundarni naboji so bili zgrajeni okoli paličastega jedra iz plutonija, neuradno imenovanega "sveča", ki je vstopilo v reakcijo jedrske cepitve, tj. izvedena je bila še ena, dodatna atomska eksplozija, da bi se temperatura dodatno dvignila in zagotovila začetek reakcija jedrske fuzije. Trenutno velja, da več učinkovitih sistemov stiskanje je odpravilo "svečo", kar je omogočilo nadaljnjo miniaturizacijo zasnove bombe.

Operacija Ivy

Tako so poimenovali preizkuse ameriškega termonuklearnega orožja na Maršalovih otokih leta 1952, med katerimi je bila detonirana prva termonuklearna bomba. Imenoval se je Ivy Mike in je bil zgrajen po standardni zasnovi Teller-Ulam. Njegov sekundarni termonuklearni naboj je bil postavljen v valjasto posodo, ki je bila toplotno izolirana Dewarjeva bučka s termonuklearnim gorivom v obliki tekočega devterija, vzdolž katere osi je tekla "sveča" iz 239-plutonija. Dewar je bil prekrit s plastjo urana 238, ki je tehtala več kot 5 metričnih ton, ki je med eksplozijo izhlapela, kar je zagotovilo simetrično stiskanje termonuklearnega goriva. Posoda s primarnim in sekundarnim nabojem je bila postavljena v jekleno ohišje širine 80 in dolžine 244 palcev s stenami debeline 10-12 palcev, ki je bila največji primer kovani izdelki pred tem časom. Notranja površina Ohišje je bilo obloženo s ploščami svinca in polietilena, da bi odbijalo sevanje po eksploziji primarnega naboja in ustvarilo plazmo, ki segreva sekundarni naboj. Celotna naprava je tehtala 82 ton. Pogled na napravo tik pred eksplozijo je prikazan na spodnji fotografiji.

Prvi preizkus termonuklearne bombe je potekal 31. oktobra 1952. Moč eksplozije je bila 10,4 megatona. Attol Eniwetok, kjer so ga proizvajali, je bil popolnoma uničen. Trenutek eksplozije je prikazan na spodnji fotografiji.

ZSSR daje simetričen odgovor

Ameriško termonuklearno prvenstvo ni trajalo dolgo. 12. avgusta 1953 je bila prva sovjetska termonuklearna bomba RDS-6, razvita pod vodstvom Andreja Saharova in Julija Kharitona, testirana na poligonu Semipalatinsk. Iz zgornjega opisa postane jasno, da Američani v Enewetoku niso eksplodirali sama bomba, kot vrsta streliva, pripravljenega za uporabo, ampak bolj laboratorijska naprava, okorna in zelo nepopolna. Sovjetski znanstveniki so kljub majhni moči le 400 kg preizkusili popolnoma dokončano strelivo s termonuklearnim gorivom v obliki trdnega litijevega devterida in ne tekočega devterija, kot so Američani. Mimogrede, opozoriti je treba, da se v litijevem devteridu uporablja samo izotop 6 Li (to je posledica posebnosti termonuklearnih reakcij), v naravi pa se meša z izotopom 7 Li. Zato so bili zgrajeni posebni proizvodni obrati za ločevanje izotopov litija in selekcijo samo 6 Li.

Doseganje meje moči

Sledilo je desetletje nenehne oboroževalne tekme, med katero je moč termonuklearnega streliva nenehno naraščala. Končno, 30. oktobra 1961 v ZSSR nad poligonom Nova Zemlja Najmočnejša termonuklearna bomba, ki je bila kdajkoli izdelana in preizkušena, na Zahodu znana kot Tsar Bomba, je eksplodirala v zraku na višini približno 4 km.

To tristopenjsko strelivo je bilo dejansko razvito kot 101,5-megatonska bomba, vendar je želja po zmanjšanju radioaktivne kontaminacije območja prisilila razvijalce, da so opustili tretjo stopnjo z močjo 50 megatonov in zmanjšali načrtno moč naprave na 51,5 megatonov. . Hkrati je bila moč eksplozije primarnega atomskega naboja 1,5 megatona, druga termonuklearna stopnja pa naj bi dala še 50. Dejanska moč eksplozije je bila do 58 megatonov. Prikazan je videz bombe na spodnji fotografiji.

Njegove posledice so bile impresivne. Kljub zelo veliki višini eksplozije 4000 m je neverjetno svetla ognjena krogla s spodnjim robom skoraj dosegla Zemljo, z zgornjim robom pa se je dvignila na višino več kot 4,5 km. Tlak pod točko poka je bil šestkrat višji od najvišjega tlaka eksplozije v Hirošimi. Svetlobni blisk je bil tako močan, da je bil kljub oblačnemu vremenu viden na razdalji 1000 kilometrov. Eden od udeležencev testa je skozi temna očala videl svetel blisk in občutil učinke toplotnega impulza tudi na razdalji 270 km. Spodaj je prikazana fotografija trenutka eksplozije.

Pokazalo se je, da moč termonuklearnega naboja res nima omejitev. Navsezadnje je bilo dovolj za dokončanje tretje stopnje in dosežena je bila izračunana moč. Možno pa je še povečati število stopenj, saj teža Car bombe ni bila večja od 27 ton. Videz te naprave je prikazan na spodnji fotografiji.

Po teh poskusih je mnogim politikom in vojakom tako v ZSSR kot v ZDA postalo jasno, da je meja jedrske oboroževalne tekme dosežena in jo je treba ustaviti.

Moderna Rusija je podedovala jedrski arzenal ZSSR. Danes ruske termonuklearne bombe še naprej odvračajo tiste, ki si prizadevajo za svetovno hegemonijo. Upajmo, da bodo odigrali le svojo vlogo odvračanja in nikoli ne bodo razstreljeni.

Sonce kot fuzijski reaktor

Znano je, da se temperatura Sonca, natančneje njegovega jedra, ki doseže 15.000.000 °K, ohranja zaradi nenehnega poteka termonuklearnih reakcij. Vendar vse, kar smo lahko razbrali iz prejšnjega besedila, govori o eksplozivnosti tovrstnih procesov. Zakaj potem Sonce ne eksplodira kot termonuklearna bomba?

Dejstvo je, da je pri ogromnem deležu vodika v masi Sonca, ki dosega 71 %, delež njegovega izotopa devterija, katerega jedra lahko sodelujejo le v reakciji termonuklearne fuzije, zanemarljiv. Dejstvo je, da sama jedra devterija nastanejo kot posledica združitve dveh vodikovih jeder, in ne samo z združitvijo, ampak z razpadom enega od protonov v nevtron, pozitron in nevtrino (tako imenovani beta razpad), kar je redek dogodek. V tem primeru so nastala jedra devterija dokaj enakomerno porazdeljena po prostornini sončnega jedra. Zato so s svojo ogromno velikostjo in maso posamezna in redka središča termonuklearnih reakcij relativno majhne moči tako rekoč razmazana po celotnem jedru Sonca. Toplota, ki se sprosti med temi reakcijami, očitno ni dovolj, da bi v trenutku izgorela ves devterij na Soncu, vendar je dovolj, da se segreje na temperaturo, ki zagotavlja življenje na Zemlji.

Mnogi naši bralci vodikova bomba povezana z jedrsko energijo, le da je veliko močnejša. Pravzaprav gre za bistveno novo orožje, ki je za svojo izdelavo zahtevalo nesorazmerno velike intelektualne napore in deluje na bistveno drugačnih fizikalnih principih.

"puff"

Moderna bomba

Edina stvar, ki je skupna atomski in vodikovi bombi, je, da obe sproščata gromozansko energijo, skrito v atomskem jedru. To je mogoče storiti na dva načina: razdeliti težka jedra, na primer urana ali plutonija, na lažja (cepitvena reakcija) ali prisiliti najlažje izotope vodika, da se združijo (fuzijska reakcija). Zaradi obeh reakcij je masa nastalega materiala vedno manjša od mase prvotnih atomov. Toda masa ne more izginiti brez sledu - spremeni se v energijo po znameniti Einsteinovi formuli E=mc2.

A-bomba

Za izdelavo atomske bombe je nujen in zadosten pogoj pridobitev zadostne količine cepljivega materiala. Delo je precej delovno intenzivno, vendar nizko intelektualno, leži bližje rudarski industriji kot visoki znanosti. Glavni viri za ustvarjanje takšnega orožja se porabijo za gradnjo velikanskih rudnikov urana in obogatitev urana. Dokaz o preprostosti naprave je dejstvo, da je od proizvodnje plutonija, potrebnega za prvo bombo, do prve sovjetske jedrske eksplozije minilo manj kot mesec dni.

Na kratko se spomnimo principa delovanja takšne bombe, znanega iz šolskih tečajev fizike. Temelji na lastnosti urana in nekaterih transuranovih elementov, na primer plutonija, da med razpadom sprostijo več kot en nevtron. Ti elementi lahko razpadejo spontano ali pod vplivom drugih nevtronov.

Sproščeni nevtron lahko zapusti radioaktivni material ali pa trči z drugim atomom, kar povzroči novo reakcijo cepitve. Ko je določena koncentracija snovi (kritična masa) presežena, začne število novorojenih nevtronov, ki povzročajo nadaljnjo cepitev atomskega jedra, presegati število razpadajočih jeder. Število razpadajočih atomov začne rasti kot plaz, pri čemer se rodijo novi nevtroni, torej pride do verižne reakcije. Za uran-235 je kritična masa približno 50 kg, za plutonij-239 - 5,6 kg. To pomeni, da je kroglica plutonija, ki tehta nekaj manj kot 5,6 kg, le topel kos kovine, masa nekoliko večja pa traja le nekaj nanosekund.

Dejansko delovanje bombe je preprosto: vzamemo dve polobli urana ali plutonija, vsako malo manjšo od kritične mase, ju postavimo na razdaljo 45 cm, prekrijemo z razstrelivom in detoniramo. Uran ali plutonij se sintra v kos superkritične mase in začne se jedrska reakcija. Vse. Obstaja še en način za začetek jedrske reakcije - stisniti kos plutonija z močno eksplozijo: razdalja med atomi se bo zmanjšala in reakcija se bo začela pri nižji kritični masi. Na tem principu delujejo vsi sodobni atomski detonatorji.

Problemi atomske bombe se začnejo od trenutka, ko želimo povečati moč eksplozije. Preprosto povečanje cepljivega materiala ni dovolj – takoj ko njegova masa doseže kritično maso, eksplodira. Izumili so različne domiselne sheme, na primer, da bi bombo naredili ne iz dveh delov, ampak iz mnogih, zaradi česar je bomba začela spominjati na pomarančo brez drobovja in jo nato z eno eksplozijo, a še vedno z močjo, sestavili v en kos. več kot 100 kiloton, so težave postale nepremostljive.

H-bomba

Toda gorivo za termonuklearno fuzijo nima kritične mase. Tukaj nad glavo visi Sonce, napolnjeno s termonuklearnim gorivom, v njem že milijarde let poteka termonuklearna reakcija in nič ne eksplodira. Poleg tega se med reakcijo sinteze na primer devterija in tritija (težkega in supertežkega izotopa vodika) sprosti 4,2-krat več energije kot pri zgorevanju enake mase urana-235.

Izdelava atomske bombe je bila eksperimentalni in ne teoretični proces. Ustvarjanje vodikove bombe je zahtevalo nastanek popolnoma novih fizikalnih disciplin: fizike visokotemperaturne plazme in ultravisokih tlakov. Preden so začeli konstruirati bombo, je bilo treba temeljito razumeti naravo pojavov, ki se pojavljajo samo v jedru zvezd. Tu niso mogli pomagati nobeni poskusi - orodje raziskovalcev sta bili le teoretična fizika in višja matematika. Ni naključje, da velikanska vloga pri razvoju termonuklearnega orožja pripada matematikom: Ulam, Tikhonov, Samarsky itd.

Klasično super

Do konca leta 1945 je Edward Teller predlagal prvo zasnovo vodikove bombe, imenovano "klasična super". Za ustvarjanje pošastnega tlaka in temperature, potrebne za začetek fuzijske reakcije, naj bi uporabili običajno atomsko bombo. Sam »klasični super« je bil dolg valj, napolnjen z devterijem. Zagotovljena je bila tudi vmesna "vžigalna" komora z mešanico devterija in tritija - reakcija sinteze devterija in tritija se začne pri nižjem tlaku. Po analogiji z ognjem naj bi devterij igral vlogo drv, mešanica devterija in tritija - kozarec bencina, atomska bomba - vžigalica. Ta shema se je imenovala "cev" - nekakšna cigara z atomskim vžigalnikom na enem koncu. Sovjetski fiziki so po isti shemi začeli razvijati vodikovo bombo.

Vendar pa je matematik Stanislav Ulam z navadnim diapozitivom dokazal Tellerju, da je pojav fuzijske reakcije čistega devterija v "superju" komaj možen in da bi mešanica zahtevala takšno količino tritija, da bi ga proizvedli potrebno praktično zamrzniti proizvodnjo orožnega plutonija v Združenih državah.

Puff s sladkorjem

Sredi leta 1946 je Teller predlagal drugo zasnovo vodikove bombe - "budilko". Sestavljen je iz izmenjujočih se sferičnih plasti urana, devterija in tritija. Med jedrsko eksplozijo osrednjega naboja plutonija sta bila ustvarjena potreben tlak in temperatura za začetek termonuklearne reakcije v drugih plasteh bombe. Vendar pa je "budilka" zahtevala visoko zmogljiv atomski iniciator in Združene države (pa tudi ZSSR) so imele težave pri proizvodnji orožnega urana in plutonija.

Jeseni 1948 je Andrej Saharov prišel do podobne sheme. V Sovjetski zvezi se je dizajn imenoval "sloyka". Za ZSSR, ki ni imela časa za proizvodnjo orožnega urana-235 in plutonija-239 v zadostnih količinah, je bila Saharova listnata pasta zdravilo. In tukaj je razlog.

V običajni atomski bombi naravni uran-238 ni samo neuporaben (energija nevtronov med razpadom ni dovolj za sprožitev cepitve), ampak tudi škodljiv, ker vneto absorbira sekundarne nevtrone in upočasnjuje verižno reakcijo. Zato je 90 % urana za orožje sestavljeno iz izotopa urana-235. Vendar so nevtroni, ki nastanejo pri termonuklearni fuziji, 10-krat bolj energični od fisijskih nevtronov in naravni uran-238, obsevan s takšnimi nevtroni, začne odlično cepiti. Nova bomba je omogočila uporabo urana-238, ki je prej veljal za odpadni proizvod, kot eksploziv.

Vrhunec Saharovega "listnatega testa" je bila tudi uporaba belih pljuč namesto akutno redkega tritija kristalna snov— litijev devterid 6LiD.

Kot je navedeno zgoraj, se mešanica devterija in tritija vname veliko lažje kot čisti devterij. Vendar se tu prednosti tritija končajo in ostanejo le slabosti: v normalnem stanju je tritij plin, kar povzroča težave pri shranjevanju; tritij je radioaktiven in razpade v stabilen helij-3, ki aktivno porablja prepotrebne hitre nevtrone, kar omejuje rok trajanja bombe na nekaj mesecev.

Neradioaktivni litijev devtrid se ob obsevanju s počasnimi cepitvenimi nevtroni – posledicami eksplozije atomske vžigalne vrvice – spremeni v tritij. Tako sevanje iz primarne atomske eksplozije takoj proizvede zadostno količino tritija za nadaljnjo termonuklearno reakcijo, devterij pa je na začetku prisoten v litijevem devteridu.

Prav takšno bombo, RDS-6s, so uspešno testirali 12. avgusta 1953 na stolpu poligona Semipalatinsk. Moč eksplozije je bila 400 kiloton, še vedno pa potekajo razprave o tem, ali je šlo za pravo termonuklearno eksplozijo ali za supermočno atomsko. Navsezadnje termonuklearna fuzijska reakcija v Saharovovi listnati pasti ni predstavljala več kot 20% celotne moči naboja. K eksploziji je največ prispevala reakcija razpadanja urana-238, obsevanega s hitrimi nevtroni, zaradi česar so RDS-6 odprli obdobje tako imenovanih "umazanih" bomb.

Dejstvo je, da glavno radioaktivno onesnaženje izvira iz razpadnih produktov (zlasti stroncija-90 in cezija-137). V bistvu je bilo Saharovljevo »listnato pecivo« velikanska atomska bomba, ki jo je termonuklearna reakcija le nekoliko okrepila. Ni naključje, da je samo ena eksplozija "listnatega testa" proizvedla 82% stroncija-90 in 75% cezija-137, ki je vstopil v ozračje v celotni zgodovini poligona Semipalatinsk.

ameriške bombe

Vendar so Američani prvi detonirali vodikovo bombo. 1. novembra 1952 je bila na atolu Elugelab v Tihem oceanu uspešno testirana termonuklearna naprava Mike z močjo 10 megaton. 74-tonsko ameriško napravo bi težko imenovali bomba. "Mike" je bila zajetna naprava velikosti dvonadstropna hiša, napolnjen s tekočim devterijem pri temperaturi blizu absolutna ničla(Saharovljevo »listnato pecivo« je bilo popolnoma prenosljiv izdelek). Vendar vrhunec "Mikea" ni bila njegova velikost, temveč genialni princip stiskanja termonuklearnih eksplozivov.

Spomnimo se, da je glavna ideja vodikove bombe ustvariti pogoje za fuzijo (ultra visok tlak in temperatura) z jedrsko eksplozijo. V shemi "puff" se jedrski naboj nahaja v središču in zato devterija ne stisne toliko, kot ga razprši navzven - povečanje količine termonuklearnega eksploziva ne vodi do povečanja moči - preprosto ne imeti čas za detonacijo. Prav to omejuje največjo moč te sheme - najmočnejši "puff" na svetu, Orange Herald, ki so ga Britanci razstrelili 31. maja 1957, je dal le 720 kiloton.

Idealno bi bilo, če bi atomsko varovalko lahko eksplodirali v notranjosti in stisnili termonuklearni eksploziv. Toda kako to narediti? Edward Teller je predstavil briljantno idejo: stisniti termonuklearno gorivo ne z mehansko energijo in nevtronskim tokom, temveč s sevanjem primarne atomske varovalke.

V Tellerjevi novi zasnovi je bila začetna atomska enota ločena od termonuklearne enote. Ko se je atomski naboj sprožil, se je rentgensko sevanje pojavilo pred udarnim valom in se razširilo po stenah cilindričnega telesa, izhlapelo in spremenilo polietilensko notranjo oblogo telesa bombe v plazmo. Plazma pa je ponovno oddajala mehkejše rentgenske žarke, ki so jih absorbirale zunanje plasti notranjega cilindra urana-238 - "potiskača". Plasti so začele eksplozivno izhlapevati (ta pojav imenujemo ablacija). Vročo uranovo plazmo lahko primerjamo s curki super zmogljivega raketnega motorja, katerega potisk je usmerjen v valj z devterijem. Uranov valj se je zrušil, tlak in temperatura devterija sta dosegla kritično raven. Isti tlak je stisnil osrednjo plutonijevo cev na kritično maso in ta je eksplodirala. Eksplozija plutonijeve vžigalne vrvice je od znotraj pritisnila na devterij, dodatno stisnila in segrela termonuklearni eksploziv, ki je eksplodiral. Intenziven tok nevtronov razcepi jedra urana-238 v "potiskaču", kar povzroči sekundarno reakcijo razpada. Vse to se je zgodilo pred trenutkom, ko je udarni val primarne jedrske eksplozije dosegel termonuklearno enoto. Izračun vseh teh dogodkov, ki se zgodijo v milijardah sekunde, je zahteval možgansko moč najmočnejših matematikov na planetu. Ustvarjalci "Mike" niso doživeli groze zaradi 10-megatonske eksplozije, ampak nepopisno veselje - uspelo jim je ne le razumeti procese, ki resnični svet gredo samo do jeder zvezd, ampak svoje teorije tudi eksperimentalno preizkusijo tako, da na Zemlji postavijo svojo majhno zvezdo.

bravo

Ker so Američani presegli Ruse v lepoti zasnove, svoje naprave niso mogli narediti kompaktne: namesto litijevega devterida v prahu Saharova so uporabili tekoči prehlajeni devterij. V Los Alamosu so se na »listnato pecivo« Saharova odzvali z mero zavisti: »namesto ogromne krave z vedrom surovo mleko Rusi uporabljajo zavojček mleka v prahu. Vendar obema stranema ni uspelo skriti skrivnosti druga pred drugo. 1. marca 1954 so Američani v bližini atola Bikini preizkusili 15-megatonsko bombo Bravo z uporabo litijevega devtrida, 22. novembra 1955 pa prvo sovjetsko dvostopenjsko termonuklearno bombo RDS-37 z močjo 1,7 megatona. eksplodiral nad poligonom Semipalatinsk in uničil skoraj polovico poligona. Od takrat je zasnova termonuklearne bombe doživela manjše spremembe (na primer, med začetno bombo in glavnim nabojem se je pojavil uranov ščit) in je postala kanonična. In na svetu ni več obsežnih skrivnosti narave, ki bi jih bilo mogoče razrešiti s tako spektakularnim eksperimentom. Morda rojstvo supernove.

Termonuklearno orožje (vodikova bomba)- vrsta jedrskega orožja, katerega uničujoča moč temelji na uporabi energije reakcije jedrske fuzije lahkih elementov v težje (na primer sinteza enega jedra atoma helija iz dveh jeder devterija atomi), ki sprošča energijo.

Splošni opis [ | ]

Termonuklearno eksplozivno napravo je mogoče zgraditi z uporabo tekočega devterija ali stisnjenega plinastega devterija. Toda nastanek termonuklearnega orožja je postal mogoč le zahvaljujoč vrsti litijevega hidrida - litij-6 devteridu. To je kombinacija težkega izotopa vodika - devterija in izotopa litija z masnim številom 6.

Litijev-6 devterid - trdna, ki vam omogoča shranjevanje devterija (katerega običajno stanje v normalnih pogojih je plin) v normalnih pogojih, poleg tega pa je njegova druga komponenta - litij-6 - surovina za proizvodnjo najbolj redkega izotopa vodika - tritija . Pravzaprav je 6 Li edini industrijski vir tritija:

(\displaystyle ()_(3)^(6)\mathrm (Li) +()_(0)^(1)n\to ()_(1)^(3)\mathrm (H) +() _(2)^(4)\mathrm (He) +E_(1).) Enaka reakcija se zgodi v litijevem-6 devteridu v termonuklearni napravi, ko je obsevana s hitrimi nevtroni; sproščeno energijo E 1 = 4,784 MeV Enaka reakcija se zgodi v litijevem-6 devteridu v termonuklearni napravi, ko je obsevana s hitrimi nevtroni; sproščeno energijo. Nastali tritij (3H) nato reagira z devterijem, pri čemer se sprosti energija:

Poleg tega nastane nevtron s kinetično energijo najmanj 14,1 MeV, ki lahko ponovno sproži prvo reakcijo na drugem jedru litija-6 ali povzroči cepitev težkih uranovih ali plutonijevih jeder v lupini ali sproži z emisijo več več hitrih nevtronov.

Zgodnje ameriško termonuklearno strelivo je uporabljalo tudi naravni litijev devterid, ki vsebuje predvsem izotop litija z masnim številom 7. Služi tudi kot vir tritija, vendar morajo imeti za to nevtroni, ki sodelujejo v reakciji, energijo 10 MeV ali več: reakcija n+ 7 Li → 3 H + 4 He + n− 2,467 MeV je endotermna, absorbira energijo.

Termonuklearna bomba, ki deluje po principu Teller-Ulam, je sestavljena iz dveh stopenj: sprožilca in posode s termonuklearnim gorivom.

Naprava, ki so jo ZDA testirale leta 1952, pravzaprav ni bila bomba, ampak laboratorijski prototip, "3-nadstropna hiša, napolnjena s tekočim devterijem", izdelana v obliki posebnega dizajna. Sovjetski znanstveniki so razvili prav bombo - popolno napravo, primerno za praktično vojaško uporabo.

Največja vodikova bomba, ki je bila kdaj detonirana, je sovjetska 58-megatonska Car bomba, ki je bila detonirana 30. oktobra 1961 na poligonu otočja Nova Zemlja. Nikita Hruščov se je kasneje javno pošalil, da je bil prvotni načrt detonirati 100-megatonsko bombo, a so naboj zmanjšali, »da ne bi razbili vsega stekla v Moskvi«. Strukturno je bila bomba res zasnovana za 100 megatonov, to moč pa bi lahko dosegli z zamenjavo svinca z uranom. Bomba je bila detonirana na višini 4000 metrov nad poligonom Novaya Zemlya. Udarni val po eksploziji je trikrat obkrožil svet. Kljub uspešnemu preizkusu bomba ni prišla v uporabo; Vendar je bilo ustvarjanje in testiranje superbombe velikega političnega pomena, saj je pokazalo, da je ZSSR rešila problem doseganja praktično katere koli stopnje megatonaže v svojem jedrskem arzenalu.

ZDA [ | ]

Zamisel o fuzijski bombi, ki jo sproži atomski naboj, je Enrico Fermi predlagal svojemu kolegu Edwardu Tellerju jeseni 1941, na samem začetku projekta Manhattan. Teller je velik del svojega dela med projektom Manhattan posvetil delu na projektu fuzijske bombe, pri čemer je nekoliko zanemaril samo atomsko bombo. Njegova osredotočenost na težave in položaj "hudičevega odvetnika" v razpravah o problemih sta prisilila Oppenheimerja, da je Tellerja in druge "problematične" fizike odpeljal na stranski tir.

Prve pomembnejše in konceptualne korake k izvedbi sinteznega projekta je naredil Tellerjev sodelavec Stanislav Ulam. Za sprožitev termonuklearne fuzije je Ulam predlagal stiskanje termonuklearnega goriva pred segrevanjem z uporabo faktorjev iz primarne cepitvene reakcije in tudi postavitev termonuklearnega naboja ločeno od primarne jedrske komponente bombe. Ti predlogi so omogočili prenos razvoja termonuklearnega orožja na praktično raven. Na podlagi tega je Teller predlagal, da bi lahko rentgenski in gama žarki, ki jih ustvari primarna eksplozija, prenesli dovolj energije na sekundarno komponento, ki se nahaja v skupni lupini s primarno, da izvede zadostno implozijo (stiskanje), da sproži termonuklearno reakcijo. . Teller in njegovi podporniki ter nasprotniki so pozneje razpravljali o Ulamovem prispevku k teoriji, na kateri temelji ta mehanizem.

Eksplozija "George"

Leta 1951 je bila izvedena serija testov pod splošnim imenom Operation Greenhouse, med katerimi so bila obravnavana vprašanja miniaturizacije jedrskih nabojev ob povečanju njihove moči. Eden od testov v tej seriji je bila eksplozija s kodnim imenom "George", v kateri je bila detonirana eksperimentalna naprava, ki je bila jedrski naboj v obliki torusa z majhno količino tekočega vodika v središču. Glavnina moči eksplozije je bila pridobljena ravno zaradi vodikove fuzije, ki je v praksi potrdila splošni koncept dvostopenjskih naprav.

"Evie Mike"

Kmalu je bil razvoj termonuklearnega orožja v ZDA usmerjen v miniaturizacijo Teller-Ulamove zasnove, ki bi jo lahko opremili z medcelinskimi balističnimi raketami (ICBM) in balističnimi raketami, ki jih izstreljujejo podmornice (SLBM). Do leta 1960 so bile sprejete bojne glave W47 razreda megaton, ki so bile nameščene na podmornice, opremljen z balističnimi raketami Polaris. Bojne glave so imele maso 320 kg in premer 50 cm. Kasnejši testi so pokazali nizko zanesljivost bojnih glav, nameščenih na raketah Polaris, in potrebo po njihovih modifikacijah. Do sredine 1970-ih je miniaturizacija novih različic bojnih glav Teller-Ulam omogočila namestitev 10 ali več bojnih glav v dimenzije rakete z več bojnimi glavami (MIRV).

ZSSR [ | ]

Severna Koreja [ | ]

Decembra letos je KCNA objavila izjavo severnokorejskega voditelja Kim Jong-una, v kateri je poročal, da ima Pjongjang svojo vodikovo bombo.

VODIKOVA BOMBA
orožje velike rušilne moči (reda megatonov v TNT ekvivalentu), katerega princip delovanja temelji na reakciji termonuklearne fuzije lahkih jeder. Vir energije eksplozije so procesi, podobni tistim, ki se dogajajo na Soncu in drugih zvezdah.
Termonuklearne reakcije. Notranjost Sonca vsebuje velikansko količino vodika, ki je v stanju ultra visoke kompresije pri temperaturi cca. 15.000.000 K. Pri tako visokih temperaturah in gostotah plazme vodikova jedra doživljajo nenehne medsebojne trke, od katerih se nekatera končajo z zlitjem in končno s tvorbo težjih helijevih jeder. Takšne reakcije, imenovane termonuklearna fuzija, spremlja sproščanje ogromnih količin energije. V skladu z zakoni fizike je sproščanje energije med termonuklearno fuzijo posledica dejstva, da se med nastajanjem težjega jedra del mase lahkih jeder, vključenih v njegovo sestavo, pretvori v ogromno količino energije. Zato Sonce, ki ima ogromno maso, v procesu termonuklearne fuzije vsak dan izgubi cca. 100 milijard ton snovi in ​​sprošča energijo, zaradi česar je življenje na Zemlji postalo možno.
Izotopi vodika. Atom vodika je najpreprostejši od vseh obstoječih atomov. Sestavljen je iz enega protona, ki je njegovo jedro, okoli katerega se vrti en sam elektron. Natančne študije vode (H2O) so pokazale, da vsebuje zanemarljive količine "težke" vode, ki vsebuje "težki izotop" vodika - devterij (2H). Jedro devterija je sestavljeno iz protona in nevtrona - nevtralnega delca z maso blizu protona. Obstaja še tretji izotop vodika - tritij, katerega jedro vsebuje en proton in dva nevtrona. Tritij je nestabilen in je podvržen spontanemu radioaktivnemu razpadu ter se spremeni v izotop helija. Sledi tritija so našli v zemeljski atmosferi, kjer nastaja kot posledica interakcije kozmičnih žarkov z molekulami plina, ki sestavljajo zrak. Tritij se proizvaja umetno v jedrskem reaktorju z obsevanjem izotopa litija-6 s tokom nevtronov.
Razvoj vodikove bombe. Preliminarna teoretična analiza je pokazala, da je termonuklearno fuzijo najlažje doseči v mešanici devterija in tritija. Na podlagi tega so ameriški znanstveniki v začetku leta 1950 začeli izvajati projekt za izdelavo vodikove bombe (HB). Prvi testi modela jedrske naprave so bili izvedeni na poligonu Enewetak spomladi 1951; termonuklearna fuzija je bila le delna. Pomemben uspeh je bil dosežen 1. novembra 1951 med testiranjem ogromne jedrske naprave, katere moč eksplozije je bila 4e8 Mt v ekvivalentu TNT. Prva vodikova letalska bomba je bila v ZSSR detonirana 12. avgusta 1953, 1. marca 1954 pa so Američani na atolu Bikini detonirali močnejšo (približno 15 Mt) letalsko bombo. Od takrat sta obe sili izvedli eksplozije naprednega megatonskega orožja. Eksplozijo na atolu Bikini je spremljala sprostitev velika količina
radioaktivne snovi. Nekatera so padla več sto kilometrov od mesta eksplozije na japonski ribiški ladji Lucky Dragon, druga pa so zajela otok Rongelap. Ker termonuklearna fuzija proizvaja stabilen helij, radioaktivnost eksplozije čiste vodikove bombe ne sme biti večja od radioaktivnosti atomskega detonatorja termonuklearne reakcije. Vendar so se v obravnavanem primeru predvidene in dejanske radioaktivne padavine bistveno razlikovale po količini in sestavi. Mehanizem delovanja vodikove bombe.
Zaporedje procesov, ki se pojavljajo med eksplozijo vodikove bombe, je mogoče predstaviti na naslednji način. Najprej eksplodira naboj iniciatorja termonuklearne reakcije (majhna atomska bomba), ki se nahaja znotraj lupine NB, kar povzroči nevtronski blisk in ustvari visoko temperaturo, potrebno za sprožitev termonuklearne fuzije. Nevtroni obstreljujejo vložek iz litijevega devterida - spojine devterija z litijem (uporablja se izotop litija z masnim številom 6). Litij-6 se pod vplivom nevtronov razcepi na helij in tritij. Tako atomska varovalka ustvari materiale, potrebne za sintezo, neposredno v sami bombi. Nato se začne termonuklearna reakcija v mešanici devterija in tritija, temperatura v notranjosti bombe hitro narašča, pri čemer je v sintezo vključenih vedno več vodika. Z nadaljnjim povišanjem temperature bi se lahko začela reakcija med jedri devterija, značilna za čisto vodikovo bombo. Vse reakcije se seveda zgodijo tako hitro, da jih dojemamo kot hipne. Pravzaprav se v bombi zaporedje zgoraj opisanih procesov konča na stopnji reakcije devterija s tritijem. Poleg tega so se oblikovalci bombe odločili, da ne bodo uporabili jedrske fuzije, ampak jedrsko cepitev. Z fuzijo jeder devterija in tritija nastanejo helij in hitri nevtroni, katerih energija je dovolj visoka, da povzroči jedrsko cepitev urana-238 (glavni izotop urana, veliko cenejši od urana-235, ki se uporablja v običajnih atomskih bombah). Hitri nevtroni razcepijo atome uranove lupine superbombe. Cepitev ene tone urana ustvari energijo, enakovredno 18 Mt. Energija ne gre samo za eksplozijo in proizvodnjo toplote. Vsako jedro urana se razcepi na dva visoko radioaktivna "fragmenta". Produkti cepitve vključujejo 36 različnih kemičnih elementov in skoraj 200 radioaktivnih izotopov. Vse to predstavlja radioaktivne padavine, ki spremljajo eksplozije superbomb. Zahvaljujoč edinstveni zasnovi in ​​opisanemu mehanizmu delovanja je tovrstno orožje mogoče narediti poljubno zmogljivo. Je veliko cenejša od atomskih bomb enake moči.
Posledice eksplozije. Udarni val in toplotni učinek. Neposredni (primarni) učinek eksplozije superbombe je trojen. Najbolj očiten neposredni udar je udarni val ogromne intenzivnosti. Moč njenega udarca, odvisno od moči bombe, višine eksplozije nad zemeljsko površino in narave terena, se zmanjšuje z oddaljenostjo od epicentra eksplozije. Toplotni vpliv eksplozije določajo isti dejavniki, odvisen pa je tudi od prosojnosti zraka - megla močno zmanjša razdaljo, na kateri lahko toplotni blisk povzroči resne opekline. Po izračunih bodo ljudje med eksplozijo v atmosferi 20-megatonske bombe v 50% primerov ostali živi, ​​če se 1) zatečejo v podzemno železobetonsko zatočišče na razdalji približno 8 km od epicentra eksplozije (E), 2) so v običajnih mestnih zgradbah na razdalji pribl. 15 km od EV, 3) so se znašli na odprtem mestu na razdalji cca. 20 km od EV. V pogojih slabe vidljivosti in na razdalji vsaj 25 km, če je ozračje čisto, se za ljudi na odprtih območjih verjetnost preživetja hitro povečuje z oddaljenostjo od epicentra; na razdalji 32 km je njegova izračunana vrednost več kot 90 %. Območje, na katerem prodirajoče sevanje, ki nastane med eksplozijo, povzroči smrt, je relativno majhno, tudi v primeru superbombe velike moči.
Ognjena krogla. Odvisno od sestave in mase gorljivega materiala, vključenega v ognjeno kroglo, lahko nastanejo velikanske samozadostne požarne nevihte, ki divjajo več ur. Najnevarnejša (čeprav sekundarna) posledica eksplozije pa je radioaktivna kontaminacija okolja.
Fallout. Kako nastanejo.
Ko bomba eksplodira, se nastala ognjena krogla napolni ogromno količino radioaktivnih delcev. Običajno so ti delci tako majhni, da lahko, ko dosežejo zgornjo atmosfero, ostanejo tam dolgo časa. Če pa ognjena krogla pride v stik s površino Zemlje, spremeni vse na njej v vroč prah in pepel ter ju potegne v ognjeni tornado. V plamenskem vrtincu se mešajo in vežejo z radioaktivnimi delci. Radioaktivni prah, razen največji, se ne usede takoj. Nastali oblak odnese drobnejši prah in postopoma pada ven, ko se premika z vetrom. Neposredno na mestu eksplozije so lahko radioaktivne padavine izredno intenzivne - predvsem velik prah, ki se usede na tla. Na stotine kilometrov od mesta eksplozije in na večje razdalje, majhne, ​​a vseeno vidna očesu delci pepela. Pogosto tvorijo pokrov, podoben zapadlemu snegu, ki je smrtonosen za vsakogar, ki se nahaja v bližini. Tudi manjši in nevidni delci, preden se usedejo na tla, lahko mesece in celo leta tavajo v ozračju in večkrat obkrožijo svet. Ko izpadejo, je njihova radioaktivnost znatno oslabljena. Najbolj nevarno sevanje ostaja stroncij-90 z razpolovno dobo 28 let. Njegova izguba je jasno opažena po vsem svetu. Ko se naseli na listju in travi, vstopi v prehranjevalne verige, ki vključujejo ljudi. Posledično so v kosteh prebivalcev večine držav našli opazne, čeprav še ne nevarne količine stroncija-90. Kopičenje stroncija-90 v človeških kosteh je dolgoročno zelo nevarno, saj vodi v nastanek malignih tumorjev kosti.
Dolgotrajna kontaminacija območja z radioaktivnimi padavinami. V primeru sovražnosti bo uporaba vodikove bombe povzročila takojšnjo radioaktivno kontaminacijo območja v polmeru pribl. 100 km od epicentra eksplozije. Če eksplodira superbomba, bo okuženo območje več deset tisoč kvadratnih kilometrov. Zaradi tako velikega območja uničenja z eno bombo gre za popolnoma novo vrsto orožja. Tudi če superbomba ne zadene cilja, tj. ne bo udaril v predmet z udarno-termičnimi učinki, bodo zaradi prodornega sevanja in radioaktivnih padavin, ki spremljajo eksplozijo, okoliški prostor postal neprimeren za bivanje. Takšne padavine lahko trajajo več dni, tednov in celo mesecev. Glede na njihovo količino lahko intenzivnost sevanja doseže smrtonosne ravni. Relativno majhno število superbomb je dovolj, da veliko državo popolnoma prekrijejo s plastjo radioaktivnega prahu, ki je smrtonosen za vsa živa bitja. Tako je izdelava superbombe pomenila začetek dobe, ko je postalo mogoče cele celine narediti nenaseljive. Tudi po dolgo časa Po prenehanju neposredne izpostavljenosti radioaktivnim padavinam bo nevarnost zaradi visoke radiotoksičnosti izotopov, kot je stroncij-90, ostala. S hrano, pridelano na tleh, onesnaženih s tem izotopom, pride radioaktivnost v človeško telo.
Glej tudi
JEDRSKA fuzija;
JEDRSKO OROŽJE;
JEDRSKA VOJNA.
LITERATURA
Učinek jedrskega orožja. M., 1960 Jedrska eksplozija v vesolju, na zemlji in pod zemljo. M., 1970

Collierjeva enciklopedija. - Odprta družba. 2000 .

Oglejte si, kaj je "VODIKOVA BOMBA" v drugih slovarjih:

Zastarelo ime za jedrsko bombo velike uničevalne moči, katere delovanje temelji na uporabi energije, ki se sprosti med fuzijo lahkih jeder (glej Termonuklearne reakcije). Prva vodikova bomba je bila testirana v ZSSR (1953) ... Veliki enciklopedični slovar

Termonuklearno orožje je vrsta orožja za množično uničevanje, katerega rušilna moč temelji na uporabi energije reakcije jedrske fuzije lahkih elementov v težje (na primer sinteza dveh jeder devterija (težki vodik). ) atomov v eno ... ... Wikipedia

Jedrska bomba velike uničujoče moči, katere delovanje temelji na uporabi energije, ki se sprošča med fuzijo lahkih jeder (glej Termonuklearne reakcije). Prvi termonuklearni naboj (moč 3 Mt) je bil eksplodiran 1. novembra 1952 v ZDA. Enciklopedični slovar

vodikova bomba- vandenilinė bomba statusas T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas – deuteris ir tritis. atitikmenys: angl. Hbomb; vodikova bomba rus. vodikova bomba ryšiai: sinonimas – H bomba… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

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

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

Eksplozivna bomba z veliko uničevalno močjo. Akcija V. b. temelji na termonuklearni reakciji. Glej jedrsko orožje... Velika sovjetska enciklopedija

Vsebina članka

VODIKOVA BOMBA, orožje velike rušilne moči (reda megatonov v TNT ekvivalentu), katerega princip delovanja temelji na reakciji termonuklearne fuzije lahkih jeder. Vir energije eksplozije so procesi, podobni tistim, ki se dogajajo na Soncu in drugih zvezdah.

Termonuklearne reakcije.

Notranjost Sonca vsebuje velikansko količino vodika, ki je v stanju ultra visoke kompresije pri temperaturi cca. 15.000.000 K. Pri tako visokih temperaturah in gostotah plazme vodikova jedra doživljajo nenehne medsebojne trke, od katerih se nekatera končajo z zlitjem in končno s tvorbo težjih helijevih jeder. Takšne reakcije, imenovane termonuklearna fuzija, spremlja sproščanje ogromnih količin energije. V skladu z zakoni fizike je sproščanje energije med termonuklearno fuzijo posledica dejstva, da se med nastajanjem težjega jedra del mase lahkih jeder, vključenih v njegovo sestavo, pretvori v ogromno količino energije. Zato Sonce, ki ima ogromno maso, v procesu termonuklearne fuzije vsak dan izgubi cca. 100 milijard ton snovi in ​​sprošča energijo, zaradi česar je življenje na Zemlji postalo možno.

Izotopi vodika.

Atom vodika je najpreprostejši od vseh obstoječih atomov. Sestavljen je iz enega protona, ki je njegovo jedro, okoli katerega se vrti en sam elektron. Natančne študije vode (H 2 O) so pokazale, da vsebuje zanemarljive količine "težke" vode, ki vsebuje "težki izotop" vodika - devterij (2 H). Jedro devterija je sestavljeno iz protona in nevtrona - nevtralnega delca z maso blizu protona.

Obstaja še tretji izotop vodika, tritij, katerega jedro vsebuje en proton in dva nevtrona. Tritij je nestabilen in je podvržen spontanemu radioaktivnemu razpadu ter se spremeni v izotop helija. Sledi tritija so našli v zemeljski atmosferi, kjer nastaja kot posledica interakcije kozmičnih žarkov z molekulami plina, ki sestavljajo zrak. Tritij se proizvaja umetno v jedrskem reaktorju z obsevanjem izotopa litija-6 s tokom nevtronov.

Razvoj vodikove bombe.

Preliminarna teoretična analiza je pokazala, da je termonuklearno fuzijo najlažje doseči v mešanici devterija in tritija. Na podlagi tega so ameriški znanstveniki v začetku leta 1950 začeli izvajati projekt za izdelavo vodikove bombe (HB). Prvi testi modela jedrske naprave so bili izvedeni na poligonu Enewetak spomladi 1951; termonuklearna fuzija je bila le delna. Pomemben uspeh je bil dosežen 1. novembra 1951 med testiranjem ogromne jedrske naprave, katere moč eksplozije je bila 4 × 8 Mt v ekvivalentu TNT.

Prva vodikova letalska bomba je bila v ZSSR detonirana 12. avgusta 1953, 1. marca 1954 pa so Američani na atolu Bikini detonirali močnejšo (približno 15 Mt) letalsko bombo. Od takrat sta obe sili izvedli eksplozije naprednega megatonskega orožja.

Eksplozijo na atolu Bikini je spremljal izpust velike količine radioaktivnih snovi. Nekateri od njih so padli več sto kilometrov od mesta eksplozije na japonski ribiški ladji "Lucky Dragon", drugi pa so zajeli otok Rongelap. Ker termonuklearna fuzija proizvaja stabilen helij, radioaktivnost eksplozije čiste vodikove bombe ne sme biti večja od radioaktivnosti atomskega detonatorja termonuklearne reakcije. Vendar so se v obravnavanem primeru predvidene in dejanske radioaktivne padavine bistveno razlikovale po količini in sestavi.

Mehanizem delovanja vodikove bombe.

Zaporedje procesov, ki se pojavljajo med eksplozijo vodikove bombe, je mogoče predstaviti na naslednji način. Najprej eksplodira naboj iniciatorja termonuklearne reakcije (majhna atomska bomba), ki se nahaja znotraj lupine HB, kar povzroči nevtronski blisk in ustvari visoko temperaturo, potrebno za sprožitev termonuklearne fuzije. Nevtroni obstreljujejo vložek iz litijevega devterida, spojine devterija in litija (uporablja se izotop litija z masnim številom 6). Litij-6 se pod vplivom nevtronov razcepi na helij in tritij. Tako atomska varovalka ustvari materiale, potrebne za sintezo, neposredno v sami bombi.

Nato se začne termonuklearna reakcija v mešanici devterija in tritija, temperatura v notranjosti bombe hitro narašča, pri čemer je v sintezo vključenih vedno več vodika. Z nadaljnjim povišanjem temperature bi se lahko začela reakcija med jedri devterija, značilna za čisto vodikovo bombo. Vse reakcije se seveda zgodijo tako hitro, da jih dojemamo kot hipne.

Cepitev, fuzija, cepitev (superbomba).

Pravzaprav se v bombi zaporedje zgoraj opisanih procesov konča na stopnji reakcije devterija s tritijem. Poleg tega so se oblikovalci bombe odločili, da ne bodo uporabili jedrske fuzije, ampak jedrsko cepitev. Z fuzijo jeder devterija in tritija nastanejo helij in hitri nevtroni, katerih energija je dovolj visoka, da povzroči jedrsko cepitev urana-238 (glavni izotop urana, veliko cenejši od urana-235, ki se uporablja v običajnih atomskih bombah). Hitri nevtroni razcepijo atome uranove lupine superbombe. Cepitev ene tone urana ustvari energijo, enakovredno 18 Mt. Energija ne gre samo za eksplozijo in proizvodnjo toplote. Vsako jedro urana se razcepi na dva visoko radioaktivna "fragmenta". Produkti cepitve vključujejo 36 različnih kemičnih elementov in skoraj 200 radioaktivnih izotopov. Vse to predstavlja radioaktivne padavine, ki spremljajo eksplozije superbomb.

Zahvaljujoč edinstveni zasnovi in ​​opisanemu mehanizmu delovanja je tovrstno orožje mogoče narediti poljubno zmogljivo. Je veliko cenejša od atomskih bomb enake moči.

Posledice eksplozije.

Udarni val in toplotni učinek.

Neposredni (primarni) učinek eksplozije superbombe je trojen. Najbolj očiten neposredni udar je udarni val ogromne intenzivnosti. Moč njenega udarca, odvisno od moči bombe, višine eksplozije nad zemeljsko površino in narave terena, se zmanjšuje z oddaljenostjo od epicentra eksplozije. Toplotni vpliv eksplozije določajo isti dejavniki, odvisen pa je tudi od prosojnosti zraka - megla močno zmanjša razdaljo, na kateri lahko toplotni blisk povzroči resne opekline.

Po izračunih bodo ljudje med eksplozijo v atmosferi 20-megatonske bombe v 50% primerov ostali živi, ​​če se 1) zatečejo v podzemno železobetonsko zatočišče na razdalji približno 8 km od epicentra eksplozije (E), 2) so v običajnih mestnih zgradbah na razdalji pribl. 15 km od EV, 3) so se znašli na odprtem mestu na razdalji cca. 20 km od EV. V pogojih slabe vidljivosti in na razdalji vsaj 25 km, če je ozračje čisto, se za ljudi na odprtih območjih verjetnost preživetja hitro povečuje z oddaljenostjo od epicentra; na razdalji 32 km je njegova izračunana vrednost več kot 90 %. Območje, na katerem prodirajoče sevanje, ki nastane med eksplozijo, povzroči smrt, je relativno majhno, tudi v primeru superbombe velike moči.

Ognjena krogla.

Odvisno od sestave in mase gorljivega materiala, vključenega v ognjeno kroglo, lahko nastanejo velikanske samozadostne požarne nevihte, ki divjajo več ur. Najnevarnejša (čeprav sekundarna) posledica eksplozije pa je radioaktivna kontaminacija okolja.

Fallout.

Kako nastanejo.

Ko bomba eksplodira, je nastala ognjena krogla napolnjena z ogromno količino radioaktivnih delcev. Običajno so ti delci tako majhni, da lahko, ko dosežejo zgornjo atmosfero, ostanejo tam dolgo časa. Če pa ognjena krogla pride v stik s površino Zemlje, spremeni vse na njej v vroč prah in pepel ter ju potegne v ognjeni tornado. V plamenskem vrtincu se mešajo in vežejo z radioaktivnimi delci. Radioaktivni prah, razen največji, se ne usede takoj. Nastali oblak odnese drobnejši prah in postopoma pada ven, ko se premika z vetrom. Neposredno na mestu eksplozije so lahko radioaktivne padavine izredno intenzivne - predvsem velik prah, ki se usede na tla. Na stotine kilometrov od mesta eksplozije in na večjih razdaljah padajo na tla majhni, a še vidni delci pepela. Pogosto tvorijo pokrov, podoben zapadlemu snegu, ki je smrtonosen za vsakogar, ki se nahaja v bližini. Tudi manjši in nevidni delci, preden se usedejo na tla, lahko mesece in celo leta tavajo v ozračju in večkrat obkrožijo svet. Ko izpadejo, je njihova radioaktivnost znatno oslabljena. Najbolj nevarno sevanje ostaja stroncij-90 z razpolovno dobo 28 let. Njegova izguba je jasno opažena po vsem svetu. Ko se naseli na listju in travi, vstopi v prehranjevalne verige, ki vključujejo ljudi. Posledično so v kosteh prebivalcev večine držav našli opazne, čeprav še ne nevarne količine stroncija-90. Kopičenje stroncija-90 v človeških kosteh je dolgoročno zelo nevarno, saj vodi v nastanek malignih tumorjev kosti.

Dolgotrajna kontaminacija območja z radioaktivnimi padavinami.

V primeru sovražnosti bo uporaba vodikove bombe povzročila takojšnjo radioaktivno kontaminacijo območja v polmeru pribl. 100 km od epicentra eksplozije. Če eksplodira superbomba, bo okuženo območje več deset tisoč kvadratnih kilometrov. Zaradi tako velikega območja uničenja z eno bombo gre za popolnoma novo vrsto orožja. Tudi če superbomba ne zadene cilja, tj. ne bo udaril v predmet z udarno-termičnimi učinki, bodo zaradi prodornega sevanja in radioaktivnih padavin, ki spremljajo eksplozijo, okoliški prostor postal neprimeren za bivanje. Takšne padavine lahko trajajo več dni, tednov in celo mesecev. Glede na njihovo količino lahko intenzivnost sevanja doseže smrtonosne ravni. Relativno majhno število superbomb je dovolj, da veliko državo popolnoma prekrijejo s plastjo radioaktivnega prahu, ki je smrtonosen za vsa živa bitja. Tako je izdelava superbombe pomenila začetek dobe, ko je postalo mogoče cele celine narediti nenaseljive. Še dolgo po prenehanju neposredne izpostavljenosti radioaktivnim padavinam bo nevarnost zaradi visoke radiotoksičnosti izotopov, kot je stroncij-90, ostala. S hrano, pridelano na tleh, onesnaženih s tem izotopom, pride radioaktivnost v človeško telo.