Bomba wodorowa (Hydrogen Bomb, HB, WB) to broń masowego rażenia, która ma niesamowitą siłę niszczenia (jej moc szacowana jest przez megaton w TNT). Zasada działania bomby i schemat budowy opiera się na wykorzystaniu energii syntezy termonuklearnej jąder wodoru. Procesy zachodzące podczas wybuchu, podobne do tych, które występują na gwiazdach (w tym Słońcu). Pierwszy test WB odpowiedni do transportu na długich dystansach (projekt A.D. Sacharowa) przeprowadzono w Związku Radzieckim na terenie niedaleko Semipałatyńska.
Reakcja termojądrowa
Słońce zawiera ogromne rezerwy wodoru, który jest pod stałym wpływem ultra wysokiego ciśnienia i temperatury (około 15 milionów Kelwinów). Przy tak ekstremalnej gęstości i temperaturze plazmy jądra atomów wodoru zderzają się losowo. Rezultatem zderzeń jest fuzja jądrowa, w wyniku której powstają jądra cięższego pierwiastka - helu. Reakcje tego typu nazywane są syntezą termojądrową, charakteryzują się uwalnianiem ogromnych ilości energii.
Prawa fizyki wyjaśniają uwalnianie energii podczas reakcji termojądrowej w następujący sposób: część masy lekkich jąder zaangażowanych w tworzenie cięższych pierwiastków pozostaje niewykorzystana i zamienia się w czystą energię w ogromnych ilościach. Dlatego nasze ciało niebieskie traci około 4 milionów ton materii na sekundę, jednocześnie uwalniając ciągły przepływ energii w przestrzeń kosmiczną.
Izotopy wodoru
Najprostszym ze wszystkich istniejących atomów jest atom wodoru. Składa się z tylko jednego protonu, tworzącego jądro i jedynego elektronu obracającego się wokół niego. W wyniku badań naukowych wody (H2O) stwierdzono, że tak zwana "ciężka" woda występuje w niej w niewielkich ilościach. Zawiera "ciężkie" izotopy wodoru (2H lub deuteru), których jądra, oprócz jednego protonu, zawierają także jeden neutron (cząstkę zbliżoną do masy protonu, ale pozbawioną ładunku).
Nauka zna również tryt, trzeci izotop wodoru, którego jądro zawiera jednocześnie 1 proton i 2 neutrony. Tryt charakteryzuje się niestabilnością i stałym spontanicznym rozpadem z uwolnieniem energii (promieniowania), w wyniku czego powstaje izotop helowy. Ślady trytu znajdują się w górnych warstwach atmosfery ziemskiej: tam, pod wpływem promieni kosmicznych, cząsteczki gazów tworzących powietrze ulegają podobnym zmianom. Uzyskiwanie trytu jest również możliwe w reaktorze jądrowym przez naświetlanie izotopu litu 6 silnym strumieniem neutronów.
Opracowanie i pierwsze testy bomby wodorowej
W wyniku dokładnej analizy teoretycznej specjaliści z ZSRR i USA doszli do wniosku, że mieszanka deuteru i trytu ułatwia rozpoczęcie reakcji termojądrowej fuzji. Uzbrojeni w tę wiedzę naukowcy ze Stanów Zjednoczonych w latach 50. ubiegłego stulecia zaczęli tworzyć bomby wodorowe. Wiosną 1951 r. Przeprowadzono test testowy w miejscu Enyvetok (atol na Oceanie Spokojnym), ale wtedy osiągnięto jedynie częściowe połączenie termojądrowe.
Nieco ponad rok minęło, aw listopadzie 1952 r. Przeprowadzono drugi test bomby wodorowej o mocy około 10 Mt w TNT. Jednak tej eksplozji trudno nazwać eksplozją bomby termojądrowej we współczesnym znaczeniu: w rzeczywistości był to duży pojemnik (wielkości trzypiętrowego domu) wypełniony płynnym deuterem.
Również w Rosji podjęto prace nad udoskonaleniem broni atomowej i pierwszej bomby wodorowej projektu A.D. Sacharow został przetestowany w miejscu testowym Semipałatyńska 12 sierpnia 1953 r. RDS-6 (ten rodzaj broni masowego rażenia nazywany był "zaciągnięciem" Sacharowa, ponieważ jego plan zakładał sekwencyjne rozmieszczenie warstw deuteru otaczających inicjator ładunku) miał moc 10 Mt. Jednak w przeciwieństwie do amerykańskiego "trzypiętrowego budynku" sowiecka bomba była zwarta i mogła zostać szybko dostarczona do miejsca ataku na terytorium wroga na strategicznego bombowcę.
Po zaakceptowaniu wyzwania, w marcu 1954 r. Stany Zjednoczone dokonały eksplozji mocniejszej bomby lotniczej (15 Mt) na miejscu testowym na atolu Bikini (Pacyfik). Test był przyczyną uwolnienia do atmosfery dużej ilości radioaktywnych substancji, z których część spadła wraz z opadami setek kilometrów od epicentrum eksplozji. Japoński statek "Happy Dragon" i urządzenia zainstalowane na wyspie Rogelap odnotowały gwałtowny wzrost promieniowania.
Ponieważ w wyniku procesów zachodzących podczas detonacji bomby wodorowej tworzy się stabilny, bezpieczny hel, oczekiwano, że emisje radioaktywne nie powinny przekraczać poziomu zanieczyszczenia z detonatora atomowego fuzji termojądrowej. Jednak obliczenia i pomiary rzeczywistego opadu radioaktywnego różniły się znacznie, zarówno pod względem ilości, jak i składu. Dlatego przywódcy USA podjęli decyzję o tymczasowym zawieszeniu projektu tej broni do czasu pełnego zbadania jej wpływu na środowisko i człowieka.
Wideo: testy w ZSRR
Car Bomb - ZSRR Bomba termojądrowa
Gruby punkt w łańcuchu ton bomby wodorowej został ustalony przez ZSRR, kiedy 30 października 1961 r. Przeprowadzono na Nowej Ziemi Zemlę 50-megaton (największy w historii) test "bomby carskiej" - wynik długotrwałej pracy grupy badawczej AD Sacharow. Wybuch zagrzmiał na wysokości 4 kilometrów, a fale uderzeniowe zostały zarejestrowane trzy razy na urządzeniach na całym świecie. Pomimo faktu, że test nie ujawnił żadnych błędów, bomba nigdy nie weszła do służby. Ale sam fakt posiadania takiej broni przez Sowietów wywarł niezatarte wrażenie na całym świecie, podczas gdy w Stanach Zjednoczonych przestali oni zdobywać tonaż arsenału nuklearnego. W Rosji zdecydowali się zrezygnować z wprowadzenia głowic z ładunkami wodoru w służbie bojowej.
Zasada działania bomby wodorowej
Bomba wodorowa jest najbardziej złożonym urządzeniem technicznym, którego eksplozja wymaga sekwencyjnego przepływu szeregu procesów.
Najpierw następuje detonacja ładunku inicjatora wewnątrz powłoki WB (miniaturowej bomby atomowej), co powoduje silne wyrzucanie neutronów i tworzenie wysokiej temperatury wymaganej do rozpoczęcia termojądrowej fuzji w ładunku głównym. Rozpocznie się masowe bombardowanie neutronowe wkładki deuterowej litu (wytworzonej przez połączenie deuteru z izotopem litu 6).
Pod wpływem neutronów lit-6 dzieli się na tryt i hel. W tym przypadku bezpiecznik atomowy staje się źródłem materiałów koniecznych do wystąpienia termojądrowej fuzji w samej bombie detonowanej.
Mieszanina trytu i deuteru wywołuje reakcję termojądrową, w wyniku której następuje gwałtowny wzrost temperatury wewnątrz bomby, a coraz więcej wodoru bierze udział w procesie.
Zasada działania bomby wodorowej implikuje ultraszybki przepływ tych procesów (do tego przyczynia się urządzenie ładujące i układ głównych elementów), które natychmiast obserwują obserwatora.
Superbomb: podział, synteza, podział
Sekwencja opisanych powyżej procesów kończy się po rozpoczęciu reakcji deuteru trytem. Ponadto zdecydowano się użyć rozszczepienia jądrowego, zamiast syntezy cięższych. Po stopieniu się jąder trytu i deuteru uwalniane są wolne hel i szybkie neutrony, które mają wystarczającą energię, aby zainicjować początek rozszczepienia uranu-238. Szybkie neutrony mogą oddzielać atomy od powłoki uranu superbombu. Podział tony uranu generuje energię rzędu 18 Mt. W tym przypadku energia jest zużywana nie tylko na wytworzenie fali uderzeniowej i uwolnienie ogromnej ilości ciepła. Każdy atom uranu wpada w dwa radioaktywne "fragmenty". Tworzy cały "bukiet" różnych pierwiastków chemicznych (do 36) i około dwustu radioaktywnych izotopów. Z tego powodu generowane są liczne opady radioaktywne, zarejestrowane setki kilometrów od epicentrum eksplozji.
Po upadku "żelaznej kurtyny" okazało się, że ZSRR planuje rozwinąć "Króla bomby" o mocy 100 Mt. Z uwagi na fakt, że w tamtym czasie nie było samolotów zdolnych do przewożenia tak ogromnego ładunku, pomysł został porzucony na rzecz bomby 50 Mt.
Konsekwencje wybuchu bomby wodorowej
Fala uderzeniowa
Wybuch bomby wodorowej pociąga za sobą ogromne zniszczenia i konsekwencje, a pierwotny (bezpośredni, bezpośredni) wpływ ma trojaki charakter. Najbardziej oczywistym ze wszystkich efektów bezpośrednich jest fala uderzeniowa o bardzo wysokiej intensywności. Jego zdolność niszczycielska maleje wraz z odległością od epicentrum eksplozji, a także zależy od mocy samej bomby i wysokości, na której ładunek detonuje.
Efekt cieplny
Wpływ ciepła z wybuchu zależy od tych samych czynników, co moc fali uderzeniowej. Ale dodaje się do nich jeszcze jeden - stopień przejrzystości mas powietrza. Mgła lub nawet niewielkie zmętnienie drastycznie zmniejsza promień uszkodzenia, w którym błysk ciepła może spowodować poważne oparzenia i utratę wzroku. Eksplozja bomby wodorowej (ponad 20 Mt) generuje niesamowitą ilość energii cieplnej, wystarczającą do stopienia betonu w odległości 5 km, odparowania wody prawie całej wody z małego jeziora w odległości 10 km, zniszczenia siły wroga wroga, sprzętu i budynków w tej samej odległości . W środku tworzy się lejek o średnicy 1-2 km i głębokości 50 m, pokryty grubą warstwą szklistej masy (kilka metrów skał o wysokiej zawartości piasku topi się niemal natychmiast, zamieniając się w szkło).
Zgodnie z obliczeniami uzyskanymi podczas rzeczywistych testów, ludzie mają 50% szansy na pozostanie przy życiu, jeśli:
- Znajdują się one w betonowym schronie (podziemnym), 8 km od epicentrum eksplozji (EV);
- Znajduje się w budynkach mieszkalnych w odległości 15 km od EV;
- Będą na otwartej przestrzeni w odległości większej niż 20 km od EV przy słabej widoczności (dla "czystej" atmosfery, minimalna odległość w tym przypadku wynosi 25 km).
W miarę oddalania się od EV prawdopodobieństwo drzemiące w ludziach znajdujących się na otwartej przestrzeni wzrasta dramatycznie. Tak więc, w odległości 32 km, będzie to 90-95%. Promień 40-45 km jest granicą pierwotnego uderzenia eksplozji.
Kula ognia
Innym oczywistym skutkiem wybuchu bomby wodorowej są samowystarczalne burze (huragany), które powstają w wyniku wciągnięcia ogromnych mas materiałów palnych w kulę ognia. Ale mimo to najgroźniejszym ze względu na stopień wybuchu będzie zanieczyszczenie środowiska promieniowaniem o dziesiątki kilometrów wokół.
Fallout
Kula ognista, która pojawiła się po wybuchu, szybko wypełnia się radioaktywnymi cząstkami w dużych ilościach (produkty rozkładu ciężkich jąder). Wielkość cząstek jest tak mała, że w górnej strefie atmosfery są w stanie utrzymać się przez bardzo długi czas. Wszystko, co ognista kula osiągnęła na powierzchni ziemi, natychmiast zamienia się w popiół i pył, a następnie zostaje wciągnięte do słupa ognia. Wirniki płomienia mieszają te cząstki z naładowanymi cząstkami, tworząc niebezpieczną mieszaninę radioaktywnego pyłu, a proces sedymentacji granulek rozciąga się przez długi czas.
Pył gruboziarnisty osadza się dość szybko, ale drobny pył jest przenoszony przez powietrze na duże odległości, stopniowo wypadając z nowo utworzonej chmury. W bezpośrednim sąsiedztwie EV gromadzą się największe i najbardziej naładowane cząstki, a cząstki popiołu, które są widoczne przez oko, wciąż można znaleźć w odległości setek kilometrów od niego. Tworzą zabójczą osłonę o grubości kilku centymetrów. Każdy, kto jest blisko niego, ryzykuje otrzymanie poważnej dawki promieniowania.
Mniejsze i nierozróżnialne cząstki mogą "unosić się" w atmosferze przez wiele lat, wielokrotnie pochylając się wokół Ziemi. Zanim opadną na powierzchnię, tracą radioaktywność. Najbardziej niebezpieczny stront-90, którego okres półtrwania wynosi 28 lat i generuje stabilne promieniowanie przez cały ten czas. Jego wygląd determinują instrumenty na całym świecie. "Lądując" na trawie i liściach, angażuje się w łańcuchy żywnościowe. Z tego powodu osoby, które znajdują się tysiące kilometrów od miejsca testowania podczas badania, znalazły stront-90, zgromadzone w kościach. Nawet jeśli jego zawartość jest niezwykle mała, perspektywa bycia "miejscem do przechowywania odpadów radioaktywnych" nie jest dla człowieka dobrze wróżąca, co prowadzi do rozwoju nowotworów złośliwych kości. W regionach Rosji (a także innych krajów) w pobliżu miejsc próbnych startów bomb wodorowych obserwuje się nadal zwiększone promieniotwórcze tło, które po raz kolejny potwierdza zdolność tego typu broni do pozostawienia znaczących konsekwencji.
