Jądrowa broń termojądrowa. Zagubiona broń nuklearna
Pojęcie broń nuklearnałączy urządzenia wybuchowe, w których energia wybuchu jest generowana w wyniku rozszczepienia lub stopienia jąder. W wąskim znaczeniu pod bronie nuklearne zrozumieć urządzenia wybuchowe, które wykorzystują energię uwolnioną podczas rozszczepienia ciężkich jąder. Urządzenia wykorzystujące energię uwalnianą podczas syntezy lekkich jąder nazywa się termojądrowy.
Broń nuklearna
Reakcja jądrowa, której energia jest wykorzystywana w urządzeniach wybuchu jądrowego, polega na rozszczepieniu jądra w wyniku wychwycenia przez to jądro neutronu. Absorpcja neutronu może doprowadzić do rozszczepienia niemal każdego jądra, jednak w przypadku zdecydowanej większości pierwiastków reakcja rozszczepienia jest możliwa tylko wtedy, gdy neutron przed zaabsorbowaniem przez jądro miał energię przekraczającą określoną wartość progową. Możliwość praktycznego wykorzystania energii jądrowej w urządzeniach wybuchu jądrowego lub w reaktorach jądrowych wynika z istnienia pierwiastków, których jądra rozszczepiają się pod wpływem neutronów o dowolnej energii, w tym o dowolnie niskiej energii. Substancje o podobnych właściwościach nazywane są substancje rozszczepialne.
Jedyną substancją rozszczepialną występującą w przyrodzie w znacznych ilościach jest izotop uranu o masie jądrowej 235 jednostek masy atomowej (uran-235). Zawartość tego izotopu w uranie naturalnym wynosi zaledwie 0,7%. Pozostała część to uran-238. Ponieważ właściwości chemiczne izotopów są dokładnie takie same, oddzielenie uranu-235 od uranu naturalnego wymaga dość złożonego procesu separacji izotopów. W rezultacie możesz uzyskać wysoko wzbogacony uran, zawierający około 94% uranu-235, który nadaje się do stosowania w broni nuklearnej.
Substancje rozszczepialne można otrzymać sztucznie, a najmniej trudne z praktycznego punktu widzenia jest ich otrzymanie pluton-239, powstały w wyniku wychwytu neutronu przez jądro uranu-238 (i późniejszego łańcucha rozpadów radioaktywnych jąder pośrednich). Podobny proces można przeprowadzić w instalacji wykorzystującej uran naturalny lub lekko wzbogacony. W przyszłości pluton będzie można oddzielić od wypalonego paliwa reaktorowego w procesie chemicznego przerobu paliwa, który jest zauważalnie prostszy niż proces separacji izotopów przeprowadzany przy produkcji uranu do celów wojskowych.
Inne substancje rozszczepialne można również wykorzystać na przykład do wytworzenia nuklearnych urządzeń wybuchowych uran-233, otrzymywany przez napromienianie w reaktorze jądrowym toru-232. Jednak jedynie uran-235 i pluton-239 znalazły praktyczne zastosowanie, przede wszystkim ze względu na względną łatwość otrzymywania tych materiałów.
Możliwość praktycznego wykorzystania energii uwolnionej podczas rozszczepienia jądrowego wynika z faktu, że reakcja rozszczepienia może mieć charakter łańcuchowy, samopodtrzymujący. Każde zdarzenie rozszczepienia wytwarza około dwóch neutronów wtórnych, które wychwycone przez jądra materiału rozszczepialnego mogą spowodować ich rozszczepienie, co z kolei prowadzi do powstania jeszcze większej liczby neutronów. Kiedy powstają specjalne warunki, liczba neutronów, a tym samym zdarzeń rozszczepienia, rośnie z pokolenia na pokolenie.
Zależność liczby zdarzeń rozszczepienia od czasu można opisać za pomocą tzw. współczynnika mnożenia neutronów k, równego różnicy pomiędzy liczbą neutronów wytworzonych w jednym zdarzeniu rozszczepienia a liczbą neutronów utraconych w wyniku absorpcji, która nie prowadzi do rozszczepienia lub z powodu opuszczenia masy substancji rozszczepialnej. Parametr k odpowiada zatem liczbie zdarzeń rozszczepienia powodujących rozpad jednego jądra. Jeżeli parametr k jest mniejszy niż jeden, wówczas reakcja rozszczepienia nie ma charakteru łańcuchowego, ponieważ liczba neutronów zdolnych do spowodowania rozszczepienia jest mniejsza niż ich liczba początkowa. Po osiągnięciu wartości k=1 liczba neutronów powodujących rozszczepienie, a co za tym idzie rozpad, nie zmienia się z pokolenia na pokolenie. Reakcja rozszczepienia nabiera charakteru łańcuchowego, samopodtrzymującego. Stan materii, w którym jest realizowany reakcja łańcuchowa nazywa się dzielenie z k=1 krytyczny. Gdy k>1 mówimy o stanie nadkrytycznym.
Zależność liczby zdarzeń rozszczepienia od czasu można przedstawić w następujący sposób:
N=N o *exp((k-1)*t/T)
- N- całkowita liczba zdarzeń rozszczepienia, które miały miejsce w danym czasie T od początku reakcji,
- N 0— liczba jąder, które uległy rozszczepieniu w pierwszej generacji, współczynnik mnożenia k-neutronów,
- T to czas „zmiany pokoleniowej”, tj. średni czas pomiędzy kolejnymi aktami rozszczepienia, którego charakterystyczna wartość wynosi 10 -8 sekund.
Jeśli założymy, że reakcja łańcuchowa rozpoczyna się od jednego zdarzenia rozszczepienia, a mnożnik wynosi 2, wówczas łatwo oszacować liczbę pokoleń wymaganych do wyzwolenia energii równoważnej eksplozji 1 kilotony trójnitrotoluenu (10 12 kalorii lub 4,1910 12 J ). Ponieważ każde zdarzenie rozszczepienia uwalnia energię równą około 180 MeV (2,910 -11 J), powinno nastąpić rozpad 1.4510 23 (co odpowiada rozszczepieniu około 57 g materiału rozszczepialnego). Podobna liczba rozpadów nastąpi w ciągu około 53 pokoleń jąder rozszczepialnych. Cały proces zajmie około 0,5 mikrosekundy, a większość energii zostanie uwolniona w ciągu ostatnich kilku pokoleń. Wydłużenie procesu o zaledwie kilka pokoleń doprowadzi do znacznego wzrostu uwalnianej energii. Zatem, aby zwiększyć energię wybuchu 10-krotnie (do 100 kt), potrzeba jedynie pięciu dodatkowych generacji.
Głównym parametrem decydującym o możliwości zajścia reakcji łańcuchowej rozszczepienia i szybkości uwalniania energii podczas tej reakcji jest współczynnik mnożenia neutronów. Współczynnik ten zależy zarówno od właściwości jąder rozszczepialnych, takich jak liczba neutronów wtórnych, przekroje poprzeczne reakcji rozszczepienia i wychwytu, jak i od czynników zewnętrznych decydujących o utracie neutronów spowodowanej ich ucieczką z masy substancji rozszczepialnej. Prawdopodobieństwo ucieczki neutronów zależy od kształtu geometrycznego próbki i rośnie wraz ze wzrostem pola powierzchni. Prawdopodobieństwo wychwytu neutronu jest proporcjonalne do stężenia jąder substancji rozszczepialnej i długości drogi, jaką pokonuje neutron w próbce. Jeśli weźmiemy próbkę kulistą, to wraz ze wzrostem masy próbki prawdopodobieństwo wychwycenia neutronu prowadzącego do rozszczepienia rośnie szybciej niż prawdopodobieństwo jego ucieczki, co prowadzi do wzrostu mnożnika. Masę, przy której taka próbka osiąga stan krytyczny (k=1), nazywamy masą masa Krytyczna substancja rozszczepialna. W przypadku wysoko wzbogaconego uranu wartość masy krytycznej wynosi około 52 kg, dla plutonu do celów wojskowych - 11 kg. Masę krytyczną można zmniejszyć o około połowę, otaczając próbkę materiału rozszczepialnego warstwą materiału odbijającego neutrony, takiego jak beryl lub uran naturalny.
Reakcja łańcuchowa jest możliwa także w obecności mniejszej ilości materiału rozszczepialnego. Ponieważ prawdopodobieństwo wychwytu jest proporcjonalne do stężenia zarodków, wzrost gęstości próbki, na przykład w wyniku jej ściskania, może doprowadzić do pojawienia się w próbce stanu krytycznego. Tę metodę stosuje się w nuklearnych urządzeniach wybuchowych, w których masa materiału rozszczepialnego w stanie podkrytycznym jest przekształcana w stan nadkrytyczny za pomocą ukierunkowanej eksplozji, poddając ładunek wysokiemu stopniowi kompresji. Minimalna ilość materiału rozszczepialnego potrzebna do przeprowadzenia reakcji łańcuchowej zależy głównie od stopnia kompresji osiągalnego w praktyce.
Stopień i prędkość kompresji masy materiału rozszczepialnego określa nie tylko ilość materiału rozszczepialnego niezbędną do wytworzenia urządzenia wybuchowego, ale także moc eksplozji. Powodem tego jest fakt, że energia wyzwolona podczas reakcji łańcuchowej prowadzi do szybkiego nagrzania masy materiału rozszczepialnego i w efekcie do rozproszenia tej masy. Po pewnym czasie ładunek traci krytyczność i reakcja łańcuchowa ustaje. Ponieważ całkowita energia wybuchu zależy od liczby jąder, które uległy rozszczepieniu w czasie, w którym ładunek znajdował się w stanie krytycznym, aby uzyskać odpowiednio dużą moc wybuchu, należy zachować masę materiału rozszczepialnego w stanie krytycznym tak długo, jak to możliwe. W praktyce osiąga się to poprzez szybkie sprężanie ładunku za pomocą ukierunkowanej eksplozji, tak że w momencie rozpoczęcia reakcji łańcuchowej masa materiału rozszczepialnego ma bardzo duży margines krytyczności.
Ponieważ ładunek znajduje się w stanie krytycznym podczas procesu sprężania, konieczne jest wyeliminowanie zewnętrznych źródeł neutronów, które mogłyby rozpocząć reakcję łańcuchową, zanim ładunek osiągnie wymagany stopień krytyczności. Przedwczesny początek reakcji łańcuchowej doprowadzi po pierwsze do zmniejszenia szybkości uwalniania energii, a po drugie do wcześniejszego rozproszenia ładunku i utraty jego krytyczności. Gdy masa materiału rozszczepialnego osiągnie stan krytyczny, może rozpocząć się reakcja łańcuchowa w wyniku aktów spontanicznego rozszczepienia jąder uranu lub plutonu. Jednak intensywność spontanicznego rozszczepienia okazuje się niewystarczająca, aby zapewnić niezbędny stopień synchronizacji momentu rozpoczęcia reakcji łańcuchowej z procesem kompresji materii i zapewnić odpowiednio dużą liczbę neutronów w pierwszej generacji. Aby rozwiązać ten problem, nuklearne urządzenia wybuchowe wykorzystują specjalne źródło neutronów, które zapewnia „wtrysk” neutronów do masy materiału rozszczepialnego. Moment „wtrysku” neutronów musi być dokładnie zsynchronizowany z procesem kompresji, gdyż zbyt wczesne rozpoczęcie reakcji łańcuchowej doprowadzi do szybkiego rozpoczęcia dyspersji materiału rozszczepialnego, a w konsekwencji do znacznego spadku energii wybuchu .
Pierwsze jądrowe urządzenie wybuchowe zostało zdetonowane przez Stany Zjednoczone 16 lipca 1945 roku w Alamogordo w stanie Nowy Meksyk. Urządzeniem była bomba plutonowa, która wykorzystywała ukierunkowaną eksplozję do uzyskania krytyczności. Siła eksplozji wynosiła około 20 kt. W ZSRR pierwsze jądrowe urządzenie wybuchowe podobne do amerykańskiego eksplodowało 29 sierpnia 1949 r.
Broń termojądrowa
W broni termojądrowej energia wybuchu powstaje podczas reakcji syntezy lekkich jąder, takich jak deuter, tryt, które są izotopami wodoru lub litu. Takie reakcje mogą zachodzić jedynie w bardzo wysokich temperaturach, w których energia kinetyczna jąder jest wystarczająca, aby zbliżyć jądra na wystarczająco małą odległość. Temperatury, o których mowa, wynoszą około 10 7 -10 8 K.
Wykorzystanie reakcji termojądrowych w celu zwiększenia siły eksplozji można przeprowadzić na różne sposoby. Pierwsza metoda polega na umieszczeniu pojemnika z deuterem lub trytem (lub deuterkiem litu) wewnątrz konwencjonalnego urządzenia jądrowego. Wysokie temperatury powstające w momencie eksplozji powodują, że jądra lekkich pierwiastków wchodzą w reakcję, w wyniku czego uwalniana jest dodatkowa energia. Stosując tę metodę, możesz znacznie zwiększyć siłę eksplozji. Jednocześnie moc takiego urządzenia wybuchowego jest w dalszym ciągu ograniczona skończonym czasem rozproszenia materiału rozszczepialnego.
Inną metodą jest tworzenie wielostopniowych urządzeń wybuchowych, w których, dzięki specjalnej konfiguracji urządzenia wybuchowego, energia konwencjonalnego ładunku jądrowego (tzw. ładunku pierwotnego) wykorzystywana jest do wytworzenia niezbędnej temperatury w oddzielnie zlokalizowanym „wtórny” ładunek termojądrowy, którego energię z kolei można wykorzystać do zdetonowania trzeciego ładunku itp. Pierwszą próbę takiego urządzenia, eksplozję „Mike”, przeprowadzono w USA 1 listopada 1952 r. W ZSRR pierwsze próby podobnego urządzenia przeprowadzono 22 listopada 1955 r. Moc urządzenia wybuchowego zaprojektowanego w w ten sposób może być dowolnie duży. Najpotężniejszy wybuch nuklearny przeprowadzono przy użyciu wielostopniowego urządzenia wybuchowego. Siła eksplozji wyniosła 60 Mt, a wykorzystano tylko jedną trzecią mocy urządzenia.
Sekwencja zdarzeń podczas wybuchu jądrowego
Wyzwolenie ogromnej ilości energii zachodzące podczas reakcji łańcuchowej rozszczepienia prowadzi do szybkiego nagrzania substancji urządzenia wybuchowego do temperatur rzędu 10 7 K. W takich temperaturach substancja jest intensywnie emitującą zjonizowaną plazmą. Na tym etapie około 80% energii wybuchu jest uwalniane w postaci energii promieniowania elektromagnetycznego. Maksymalna energia tego promieniowania, zwana pierwotną, mieści się w zakresie widma rentgenowskiego. O dalszym przebiegu zdarzeń podczas wybuchu jądrowego decyduje przede wszystkim charakter oddziaływania pierwotnego promieniowania cieplnego z otoczeniem otaczającym epicentrum wybuchu, a także właściwości tego środowiska.
Jeżeli wybuch następuje na małej wysokości w atmosferze, pierwotne promieniowanie wybuchu jest pochłaniane przez powietrze w odległościach rzędu kilku metrów. Absorpcja promieni rentgenowskich powoduje powstanie chmury wybuchowej charakteryzującej się bardzo wysokimi temperaturami. W pierwszym etapie chmura ta powiększa się w wyniku radiacyjnego transferu energii z gorącego wnętrza chmury do jej zimnego otoczenia. Temperatura gazu w chmurze jest w przybliżeniu stała w całej jej objętości i maleje wraz ze wzrostem. W momencie, gdy temperatura chmury spadnie do około 300 tysięcy stopni, prędkość frontu chmury maleje do wartości porównywalnych z prędkością dźwięku. W tym momencie się tworzy fala uderzeniowa, którego przód „odrywa się” od granicy chmury wybuchowej. Dla eksplozji o mocy 20 kt zdarzenie to następuje około 0,1 ms po eksplozji. Promień chmury wybuchowej w tym momencie wynosi około 12 metrów.
Natężenie promieniowania cieplnego chmury wybuchowej jest całkowicie zdeterminowane temperaturą pozorną jej powierzchni. Powietrze ogrzane w wyniku przejścia fali podmuchowej maskuje przez pewien czas chmurę wybuchową, pochłaniając emitowane przez nią promieniowanie, tak że temperatura widocznej powierzchni chmury wybuchowej odpowiada temperaturze powietrza za chmurą wybuchową. front fali uderzeniowej, która maleje wraz ze wzrostem rozmiaru frontu. Około 10 milisekund od rozpoczęcia eksplozji temperatura frontu spada do 3000°C i ponownie staje się przezroczysta dla promieniowania chmury wybuchowej. Temperatura widocznej powierzchni chmury wybuchu zaczyna ponownie rosnąć i po około 0,1 sekundzie od rozpoczęcia wybuchu osiąga około 8000°C (dla eksplozji o mocy 20 kt). W tym momencie moc promieniowania chmury wybuchowej jest maksymalna. Następnie temperatura widocznej powierzchni chmury i odpowiednio emitowanej przez nią energii szybko spada. W rezultacie większość energii promieniowania jest emitowana w czasie krótszym niż jedna sekunda.
Powstawanie impulsu promieniowania cieplnego i powstawanie fali uderzeniowej następuje na najwcześniejszych etapach istnienia chmury wybuchowej. Ponieważ chmura zawiera większość substancji radioaktywnych powstałych podczas eksplozji, jej dalsza ewolucja determinuje powstanie śladu opadu radioaktywnego. Gdy chmura wybuchowa ostygnie na tyle, że nie będzie już emitować światła w widzialnym obszarze widma, proces zwiększania jej rozmiarów na skutek rozszerzalności cieplnej będzie kontynuowany i chmura zacznie się unosić w górę. Gdy chmura się unosi, niesie ze sobą znaczną masę powietrza i gleby. W ciągu kilku minut chmura osiąga wysokość kilku kilometrów i może dotrzeć do stratosfery. Szybkość występowania opadu radioaktywnego zależy od wielkości cząstek stałych, na których się on skrapla. Jeżeli w trakcie powstawania chmura wybuchowa dotrze do powierzchni, ilość gleby porwana podczas wznoszenia się chmury będzie dość duża, a substancje radioaktywne będą osadzać się głównie na powierzchni cząstek gleby, których wielkość może sięgać kilku milimetrów. Cząstki takie opadają na powierzchnię we względnej bliskości epicentrum eksplozji, a ich radioaktywność praktycznie nie maleje podczas opadu.
Jeśli chmura wybuchowa nie dotknie powierzchni, zawarte w niej substancje radioaktywne kondensują się w znacznie mniejsze cząstki o charakterystycznych rozmiarach 0,01-20 mikronów. Ponieważ cząstki takie mogą dość długo przebywać w górnych warstwach atmosfery, są rozproszone na bardzo dużym obszarze i w czasie, jaki upływa przed opadnięciem na powierzchnię, tracą znaczną część swojej radioaktywności. W tym przypadku radioaktywny ślad praktycznie nie zaobserwowano. Minimalna wysokość, na której wybuch nie powoduje powstania śladu radioaktywnego, zależy od siły wybuchu i wynosi około 200 metrów dla wybuchu o mocy 20 kt i około 1 km dla wybuchu o mocy 1 Góra
Fala uderzeniowa powstająca we wczesnych stadiach istnienia chmury wybuchowej jest jednym z głównych czynników uszkadzających atmosferyczną eksplozję jądrową. Głównymi cechami fali uderzeniowej są szczytowe nadciśnienie i ciśnienie dynamiczne na czole fali. Zdolność obiektów do wytrzymania uderzenia fali uderzeniowej zależy od wielu czynników, takich jak obecność elementów nośnych, materiał konstrukcyjny, orientacja względem przodu. Nadciśnienie 1 atm (15 psi) występujące w odległości 2,5 km od eksplozji gruntu o masie 1 Mt może zniszczyć wielopiętrowy budynek żelbetowy. Aby wytrzymać skutki fali uderzeniowej, obiekty wojskowe, zwłaszcza silosy rakiet balistycznych, są projektowane w taki sposób, aby mogły wytrzymać nadciśnienie setek atmosfer. Promień obszaru, w którym podczas eksplozji o masie 1 Mt powstaje podobne ciśnienie, wynosi około 200 metrów. W związku z tym celność ataku rakiet balistycznych odgrywa szczególną rolę w trafianiu w ufortyfikowane cele.
W początkowej fazie istnienia fali uderzeniowej jej czoło jest kulą, której środek znajduje się w punkcie wybuchu. Po dotarciu frontu do powierzchni powstaje fala odbita. Ponieważ fala odbita rozchodzi się w ośrodku, przez który przeszła fala bezpośrednia, prędkość jej propagacji okazuje się nieco większa. W efekcie w pewnej odległości od epicentrum dwie fale łączą się blisko powierzchni, tworząc front charakteryzujący się około dwukrotnie większym nadciśnieniem. Ponieważ dla eksplozji o danej mocy odległość, na jaką powstaje taki front, zależy od wysokości wybuchu, wysokość wybuchu można tak dobrać, aby uzyskać maksymalne wartości nadciśnienia na określonym obszarze. Jeżeli celem eksplozji jest zniszczenie ufortyfikowanych obiektów wojskowych, optymalna wysokość eksplozji jest bardzo mała, co nieuchronnie prowadzi do powstania znacznej ilości opadu radioaktywnego.
Kolejnym szkodliwym czynnikiem broni nuklearnej jest przenikliwy, czyli strumień wysokoenergetycznych neutronów i promieni gamma powstający zarówno bezpośrednio podczas wybuchu, jak i w wyniku rozpadu produktów rozszczepienia. Oprócz neutronów i promieni gamma w reakcjach jądrowych powstają również cząstki alfa i beta, których wpływ można zignorować, ponieważ są one bardzo skutecznie opóźniane na odległościach rzędu kilku metrów. Neutrony i promienie gamma są uwalniane jeszcze przez długi czas po eksplozji, co wpływa na sytuację radiacyjną. Rzeczywiste promieniowanie penetrujące obejmuje zwykle neutrony i kwanty gamma pojawiające się w ciągu pierwszej minuty po eksplozji. Definicja ta wynika z faktu, że w ciągu około jednej minuty chmura wybuchowa udaje się wznieść na wysokość wystarczającą, aby strumień promieniowania na powierzchni stał się praktycznie niewidoczny.
Natężenie przepływu penetrującego i odległość, na jaką jego działanie może spowodować znaczne szkody, zależą od mocy urządzenia wybuchowego i jego konstrukcji. , uzyskany w odległości około 3 km od epicentrum wybuchu termojądrowego o mocy 1 Mt wystarczy, aby spowodować poważne zmiany biologiczne w organizmie człowieka. Urządzenie wybuchu jądrowego można specjalnie zaprojektować tak, aby zwiększało szkody spowodowane promieniowaniem przenikliwym w porównaniu ze szkodami spowodowanymi przez inne szkodliwe czynniki (tzw. broń neutronowa).
Procesy zachodzące podczas wybuchu na znacznych wysokościach, gdzie gęstość powietrza jest niewielka, różnią się nieco od procesów zachodzących podczas wybuchu na małych wysokościach. Po pierwsze, ze względu na małą gęstość powietrza, absorpcja pierwotnego promieniowania cieplnego następuje na znacznie większe odległości, a wielkość chmury wybuchowej może sięgać kilkudziesięciu kilometrów. Procesy oddziaływania zjonizowanych cząstek chmury z polem magnetycznym Ziemi zaczynają mieć istotny wpływ na proces powstawania chmury wybuchowej. Zjonizowane cząstki powstałe podczas eksplozji mają także zauważalny wpływ na stan jonosfery, utrudniając, a czasami wręcz uniemożliwiając propagację fal radiowych (efekt ten można wykorzystać do oślepienia stacji radarowych).
Jednym ze skutków eksplozji na dużej wysokości jest pojawienie się potężnej Puls elektromagnetyczny, rozciągający się na bardzo dużym obszarze. Impuls elektromagnetyczny pojawia się również w wyniku eksplozji na małych wysokościach, ale w tym przypadku siła pola elektromagnetycznego szybko maleje w miarę oddalania się od epicentrum. W przypadku eksplozji na dużych wysokościach obszar działania impulsu elektromagnetycznego obejmuje niemal całą powierzchnię Ziemi widoczną z miejsca eksplozji.
Jeżeli eksplozja odbywa się pod ziemią, w początkowej fazie eksplozji absorpcja pierwotnego promieniowania cieplnego przez otoczenie prowadzi do powstania wnęki, w której ciśnienie wzrasta do kilku milionów atmosfer w czasie krótszym niż mikrosekunda. Następnie w ciągu ułamka sekundy w otaczającej skale powstaje fala uderzeniowa, której czoło wyprzedza propagację jamy wybuchowej. Fala uderzeniowa powoduje zniszczenie skały w bezpośrednim sąsiedztwie epicentrum, a słabnąc w miarę jej ruchu powoduje powstanie szeregu impulsów sejsmicznych towarzyszących podziemnej eksplozji. Jama eksplozji nadal rozszerza się z nieco mniejszą prędkością niż na początku, ostatecznie osiągając znaczne rozmiary. Zatem promień wnęki utworzonej przez eksplozję o mocy 150 kt może osiągnąć 50 metrów. Na tym etapie ściany jamy są stopioną skałą. W trzecim etapie gaz we wnęce ochładza się, a stopiona skała krzepnie na dnie.
W kolejnym etapie, który może trwać od kilku sekund do kilku godzin, ciśnienie gazów we wnęce spada tak, że nie są one już w stanie wytrzymać ciężaru zapadających się górnych warstw skał. Rezultatem jest pionowa konstrukcja w kształcie cygara wypełniona fragmentami skał. Wymiary tej konstrukcji zależą od rodzaju skały, w której przeprowadzono eksplozję. W górnym końcu tej konstrukcji znajduje się wnęka wypełniona radioaktywnymi gazami. Jeżeli eksplozja nastąpi na niewystarczająco głębokiej głębokości, część gazów może wydostać się na powierzchnię.
Jest to najbardziej niszczycielski ze wszystkich istniejących rodzajów broni. Liczba zapasów broni nuklearnej na Ziemi osiąga taką wielkość, że wystarczy kilkukrotne zniszczenie naszej planety.
Bomba wodorowa (Hydrogen Bomb, HB) to broń masowego rażenia o niesamowitej niszczycielskiej sile (jej moc szacowana jest na megatony trotylu). Zasada działania bomby i jej konstrukcja opierają się na wykorzystaniu energii syntezy termojądrowej jąder wodoru. Procesy zachodzące podczas eksplozji są podobne do tych zachodzących na gwiazdach (w tym na Słońcu). Pierwszy test VB nadającego się do transportu dalekobieżnego (zaprojektowanego przez A.D. Sacharowa) przeprowadzono w Związku Radzieckim na poligonie w pobliżu Semipałatyńska.
Reakcja termojądrowa
Słońce zawiera ogromne rezerwy wodoru, który znajduje się pod ciągłym wpływem ultrawysokiego ciśnienia i temperatury (około 15 milionów stopni Kelvina). Przy tak ekstremalnej gęstości i temperaturze plazmy jądra atomów wodoru losowo zderzają się ze sobą. W wyniku zderzeń dochodzi do fuzji jąder, a w konsekwencji do powstania jąder cięższego pierwiastka – helu. Reakcje tego typu nazywane są syntezą termojądrową i charakteryzują się wyzwoleniem kolosalnych ilości energii.
Prawa fizyki wyjaśniają uwalnianie energii podczas reakcji termojądrowej w następujący sposób: część masy lekkich jąder biorących udział w tworzeniu cięższych pierwiastków pozostaje niewykorzystana i jest przekształcana w czystą energię w kolosalnych ilościach. Dlatego nasze ciało niebieskie traci około 4 milionów ton materii na sekundę, uwalniając jednocześnie ciągły przepływ energii w przestrzeń kosmiczną.
Izotopy wodoru
Najprostszym ze wszystkich istniejących atomów jest atom wodoru. Składa się z tylko jednego protonu, który tworzy jądro, i pojedynczego elektronu krążącego wokół niego. W wyniku badań naukowych wody (H2O) stwierdzono, że zawiera ona w niewielkich ilościach tzw. „ciężką” wodę. Zawiera „ciężkie” izotopy wodoru (2H lub deuter), których jądra oprócz jednego protonu zawierają także jeden neutron (cząstka o masie zbliżonej do protonu, ale pozbawiona ładunku).
Nauka zna także tryt, trzeci izotop wodoru, którego jądro zawiera 1 proton i 2 neutrony. Tryt charakteryzuje się niestabilnością i ciągłym samorzutnym rozpadem wraz z wyzwoleniem energii (promieniowania), w wyniku czego powstaje izotop helu. Ślady trytu znajdują się w górnych warstwach ziemskiej atmosfery: to tam pod wpływem promieni kosmicznych podobnym zmianom ulegają cząsteczki gazów tworzących powietrze. Tryt można również wytwarzać w reaktorze jądrowym poprzez napromieniowanie izotopu litu-6 silnym strumieniem neutronów.
Opracowanie i pierwsze testy bomby wodorowej
W wyniku wnikliwej analizy teoretycznej eksperci z ZSRR i USA doszli do wniosku, że mieszanina deuteru i trytu ułatwia uruchomienie reakcji syntezy termojądrowej. Uzbrojeni w tę wiedzę naukowcy ze Stanów Zjednoczonych w latach 50. ubiegłego wieku rozpoczęli prace nad bombą wodorową. Już wiosną 1951 r. Przeprowadzono test testowy na poligonie Enewetak (atol na Oceanie Spokojnym), ale wtedy uzyskano jedynie częściową syntezę termojądrową.
Minęło nieco ponad rok i w listopadzie 1952 roku przeprowadzono drugą próbę bomby wodorowej o wydajności około 10 Mt trotylu. Jednak tej eksplozji trudno nazwać eksplozją bomby termojądrowej we współczesnym znaczeniu: w rzeczywistości urządzeniem był duży pojemnik (wielkości trzypiętrowego budynku) wypełniony ciekłym deuterem.
Rosja podjęła się także zadania udoskonalenia broni atomowej i pierwszej bomby wodorowej projektu A.D. Sacharow został poddany testom na poligonie w Semipałatyńsku 12 sierpnia 1953 r. RDS-6 (ten rodzaj broni masowego rażenia nazywano „puffem” Sacharowa, ponieważ jej konstrukcja polegała na sekwencyjnym układaniu warstw deuteru otaczających ładunek inicjujący) miał moc 10 Mt. Jednak w przeciwieństwie do amerykańskiego „trzypiętrowego domu” radziecka bomba była kompaktowa i można ją było szybko dostarczyć na miejsce zrzutu na terytorium wroga za pomocą bombowca strategicznego.
Podejmując wyzwanie, Stany Zjednoczone w marcu 1954 r. zdetonowały potężniejszą bombę lotniczą (15 Mt) w miejscu testowym na atolu Bikini (Ocean Spokojny). Test spowodował uwolnienie do atmosfery dużej ilości substancji radioaktywnych, z których część spadła w opadach atmosferycznych setki kilometrów od epicentrum eksplozji. Japoński statek „Lucky Dragon” i instrumenty zainstalowane na wyspie Rogelap odnotowały gwałtowny wzrost promieniowania.
Ponieważ w procesach zachodzących podczas detonacji bomby wodorowej powstaje stabilny, nieszkodliwy hel, oczekiwano, że emisje radioaktywne nie powinny przekraczać poziomu skażenia pochodzącego z detonatora syntezy atomowej. Jednak obliczenia i pomiary rzeczywistego opadu radioaktywnego znacznie się różniły, zarówno pod względem ilości, jak i składu. Dlatego przywódcy USA postanowili tymczasowo zawiesić konstrukcję tej broni do czasu pełnego zbadania jej wpływu na środowisko i ludzi.
Wideo: testy w ZSRR
Car Bomba - bomba termojądrowa ZSRR
ZSRR wyznaczył ostatni punkt w łańcuchu produkcji bomb wodorowych, kiedy 30 października 1961 r. na Nowej Ziemi przetestowano 50-megatonową (największą w historii) „Bombę Carską” - wynik wielu lat pracy A.D. grupa badawcza. Sacharow. Eksplozja nastąpiła na wysokości 4 kilometrów, a fala uderzeniowa została zarejestrowana trzykrotnie przez instrumenty na całym świecie. Pomimo tego, że test nie wykazał żadnych usterek, bomba nigdy nie weszła do służby. Ale sam fakt posiadania przez Sowietów takiej broni wywarł niezatarte wrażenie na całym świecie, a Stany Zjednoczone przestały gromadzić tonaż swojego arsenału nuklearnego. Rosja z kolei zdecydowała się zrezygnować z wprowadzenia do służby bojowej głowic z ładunkami wodorowymi.
Bomba wodorowa jest złożonym urządzeniem technicznym, którego wybuch wymaga sekwencyjnego wystąpienia szeregu procesów.
Najpierw następuje detonacja ładunku inicjatora znajdującego się wewnątrz powłoki VB (miniaturowej bomby atomowej), co powoduje silne uwolnienie neutronów i wytworzenie wysokiej temperatury wymaganej do rozpoczęcia syntezy termojądrowej w głównym ładunku. Rozpoczyna się masowe bombardowanie neutronami wkładu deuterku litu (otrzymanego przez połączenie deuteru z izotopem litu-6).
Pod wpływem neutronów lit-6 rozpada się na tryt i hel. Zapalnik atomowy staje się w tym przypadku źródłem materiałów niezbędnych do zajścia syntezy termojądrowej w samej zdetonowanej bombie.
Mieszanina trytu i deuteru wywołuje reakcję termojądrową, powodując gwałtowny wzrost temperatury wewnątrz bomby, a w procesie tym bierze udział coraz więcej wodoru.
Zasada działania bomby wodorowej zakłada ultraszybkie zachodzenie tych procesów (przyczynia się do tego urządzenie ładujące i układ głównych elementów), które dla obserwatora wydają się natychmiastowe.
Superbomba: rozszczepienie, fuzja, rozszczepienie
Opisana powyżej sekwencja procesów kończy się po rozpoczęciu reakcji deuteru z trytem. Następnie zdecydowano się zastosować rozszczepienie jądrowe zamiast syntezy cięższych. Po stopieniu jąder trytu i deuteru uwalniany jest wolny hel i szybkie neutrony, których energia jest wystarczająca do zainicjowania rozszczepienia jąder uranu-238. Szybkie neutrony są zdolne do rozszczepiania atomów z uranowej powłoki superbomby. Rozszczepienie tony uranu generuje energię około 18 Mt. W tym przypadku energia jest wydawana nie tylko na wytworzenie fali uderzeniowej i uwolnienie kolosalnej ilości ciepła. Każdy atom uranu rozpada się na dwa radioaktywne „fragmenty”. Tworzy się cały „bukiet” różnych pierwiastków chemicznych (do 36) i około dwustu izotopów promieniotwórczych. Z tego powodu powstają liczne opady radioaktywne, zarejestrowane setki kilometrów od epicentrum eksplozji.
Po upadku żelaznej kurtyny okazało się, że ZSRR planuje opracować „Bombę carską” o mocy 100 Mt. W związku z tym, że w tamtym czasie nie było samolotu zdolnego unieść tak potężny ładunek, pomysł porzucono na rzecz bomby 50 Mt.
Konsekwencje wybuchu bomby wodorowej
Fala uderzeniowa
Wybuch bomby wodorowej pociąga za sobą zniszczenia i konsekwencje na dużą skalę, a pierwotny (oczywisty, bezpośredni) wpływ jest potrójny. Najbardziej oczywistym ze wszystkich bezpośrednich wpływów jest fala uderzeniowa o bardzo dużej intensywności. Jego niszczycielska zdolność maleje wraz z odległością od epicentrum eksplozji, a także zależy od mocy samej bomby i wysokości, na której zdetonował ładunek.
Efekt termiczny
Efekt oddziaływania termicznego eksplozji zależy od tych samych czynników, co siła fali uderzeniowej. Ale dodaje się do nich jeszcze jedną rzecz - stopień przezroczystości mas powietrza. Mgła lub nawet niewielkie zachmurzenie znacznie zmniejsza promień uszkodzeń, powyżej których rozbłysk termiczny może spowodować poważne oparzenia i utratę wzroku. Wybuch bomby wodorowej (ponad 20 Mt) generuje niesamowitą ilość energii cieplnej, wystarczającej do stopienia betonu w odległości 5 km, odparowania prawie całej wody z małego jeziora w odległości 10 km, zniszczenia personelu wroga , sprzęt i budynki w tej samej odległości . W centrum tworzy się lejek o średnicy 1-2 km i głębokości do 50 m, pokryty grubą warstwą masy szklistej (kilka metrów skał o dużej zawartości piasku topi się niemal natychmiast, zamieniając się w szkło ).
Według obliczeń opartych na testach z życia codziennego, ludzie mają 50% szans na przeżycie, jeśli:
- Znajdują się one w żelbetowym schronie (podziemnym) w odległości 8 km od epicentrum eksplozji (EV);
- Znajdują się one w budynkach mieszkalnych w odległości 15 km od pojazdu elektrycznego;
- Znajdą się na otwartej przestrzeni w odległości ponad 20 km od pojazdu EV przy słabej widoczności (dla „czystej” atmosfery minimalna odległość w tym przypadku wyniesie 25 km).
Wraz ze wzrostem odległości od pojazdów elektrycznych prawdopodobieństwo przeżycia osób, które znajdą się na terenach otwartych, gwałtownie wzrasta. Tak więc w odległości 32 km będzie to 90-95%. Promień pierwotnego uderzenia eksplozji wynosi 40–45 km.
kula ognia
Innym oczywistym skutkiem eksplozji bomby wodorowej są samopodtrzymujące się burze ogniowe (huragany), powstałe w wyniku wciągnięcia kolosalnych mas materiału palnego do kuli ognia. Ale mimo to najniebezpieczniejszą konsekwencją eksplozji pod względem oddziaływania będzie skażenie radiacyjne środowiska w promieniu kilkudziesięciu kilometrów.
Opad
Kula ognia, która pojawia się po eksplozji, szybko wypełnia się cząstkami radioaktywnymi w ogromnych ilościach (produktami rozpadu ciężkich jąder). Rozmiar cząstek jest tak mały, że kiedy dostaną się do górnych warstw atmosfery, mogą tam pozostać przez bardzo długi czas. Wszystko, co kula ognia dotrze na powierzchnię ziemi, natychmiast zamienia się w popiół i pył, a następnie zostaje wciągnięte w słup ognia. Wiry płomieni mieszają te cząstki z cząstkami naładowanymi, tworząc niebezpieczną mieszaninę radioaktywnego pyłu, którego proces sedymentacji granulek trwa długo.
Gruby pył osiada dość szybko, natomiast drobny pył unoszony jest przez prądy powietrza na duże odległości, stopniowo wypadając z nowo utworzonej chmury. Duże i najbardziej naładowane cząstki osadzają się w bezpośrednim sąsiedztwie EC, cząstki popiołu widoczne gołym okiem nadal można znaleźć setki kilometrów dalej. Tworzą śmiercionośną osłonę o grubości kilku centymetrów. Każdy, kto się do niego zbliży, ryzykuje otrzymanie poważnej dawki promieniowania.
Mniejsze i nierozróżnialne cząstki mogą „unosić się” w atmosferze przez wiele lat, wielokrotnie krążąc wokół Ziemi. Zanim opadną na powierzchnię, utraciły znaczną ilość radioaktywności. Najbardziej niebezpieczny jest stront-90, którego okres półtrwania wynosi 28 lat i przez cały ten czas generuje stabilne promieniowanie. Jego pojawienie się jest wykrywane przez instrumenty na całym świecie. „Lądując” na trawie i liściach, włącza się w łańcuchy pokarmowe. Z tego powodu badania osób znajdujących się tysiące kilometrów od miejsc przeprowadzania testów wykazały, że w kościach gromadzi się stront-90. Nawet jeśli jego zawartość jest wyjątkowo niska, perspektywa bycia „składowiskiem do przechowywania odpadów radioaktywnych” nie wróży dobrze człowiekowi, co prowadzi do rozwoju nowotworów kości. W regionach Rosji (a także innych krajów) w pobliżu miejsc próbnych wystrzeleń bomb wodorowych nadal obserwuje się zwiększone tło radioaktywne, co po raz kolejny potwierdza zdolność tego rodzaju broni do pozostawiania znaczących konsekwencji.
Film o bombie wodorowej
Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w komentarzach pod artykułem. My lub nasi goście chętnie na nie odpowiemy
Korea Północna grozi Stanom Zjednoczonym przetestowaniem superpotężnej bomby wodorowej na Pacyfiku. Japonia, która może ucierpieć w wyniku testów, określiła plany Korei Północnej jako całkowicie nie do przyjęcia. Prezydenci Donald Trump i Kim Dzong-un kłócą się w wywiadach i rozmawiają o otwartym konflikcie zbrojnym. Dla tych, którzy nie rozumieją broni nuklearnej, ale chcą się o tym dowiedzieć, The Futurist przygotował przewodnik.
Jak działa broń nuklearna?
Podobnie jak zwykła laska dynamitu, bomba atomowa zużywa energię. Tyle że jest uwalniany nie podczas prymitywnej reakcji chemicznej, ale w złożonych procesach jądrowych. Istnieją dwa główne sposoby pozyskiwania energii jądrowej z atomu. W rozszczepienia jądrowego jądro atomu rozpada się na dwa mniejsze fragmenty wraz z neutronem. Fuzja nuklearna – proces, w którym Słońce wytwarza energię – polega na połączeniu dwóch mniejszych atomów w jeden większy. W każdym procesie rozszczepienia lub syntezy uwalniane są duże ilości energii cieplnej i promieniowania. W zależności od tego, czy stosuje się rozszczepienie jądrowe, czy syntezę jądrową, bomby dzielą się na nuklearny (atomowy) I termojądrowy .
Czy możesz mi powiedzieć więcej o rozszczepieniu jądra atomowego?
Wybuch bomby atomowej nad Hiroszimą (1945)
Jak pamiętacie, atom składa się z trzech rodzajów cząstek subatomowych: protonów, neutronów i elektronów. Środek atomu, tzw rdzeń , składa się z protonów i neutronów. Protony są naładowane dodatnio, elektrony są naładowane ujemnie, a neutrony nie mają żadnego ładunku. Stosunek protonów do elektronów wynosi zawsze jeden do jednego, zatem atom jako całość ma ładunek obojętny. Na przykład atom węgla ma sześć protonów i sześć elektronów. Cząstki trzymają się razem dzięki fundamentalnej sile - silne oddziaływanie nuklearne .
Właściwości atomu mogą się znacznie zmieniać w zależności od tego, ile różnych cząstek zawiera. Jeśli zmienisz liczbę protonów, będziesz mieć inny pierwiastek chemiczny. Jeśli zmienisz liczbę neutronów, otrzymasz izotop ten sam element, który masz w rękach. Na przykład węgiel ma trzy izotopy: 1) węgiel-12 (sześć protonów + sześć neutronów), który jest stabilną i powszechną formą pierwiastka, 2) węgiel-13 (sześć protonów + siedem neutronów), który jest stabilny, ale rzadki oraz 3) węgiel -14 (sześć protonów + osiem neutronów), który jest rzadki i niestabilny (lub radioaktywny).
Większość jąder atomowych jest stabilna, ale niektóre są niestabilne (radioaktywne). Jądra te spontanicznie emitują cząstki, które naukowcy nazywają promieniowaniem. Proces ten nazywa się rozpad radioaktywny . Wyróżnia się trzy rodzaje rozpadu:
Rozpad alfa : Jądro emituje cząstkę alfa - dwa protony i dwa neutrony połączone razem. Rozpad beta : Neutron zamienia się w proton, elektron i antyneutrino. Wyrzucony elektron jest cząstką beta. Spontaniczne rozszczepienie: jądro rozpada się na kilka części i emituje neutrony, a także emituje impuls energii elektromagnetycznej - promień gamma. To właśnie ten ostatni rodzaj rozpadu wykorzystuje się w bombie atomowej. Rozpoczynają się wolne neutrony emitowane w wyniku rozszczepienia reakcja łańcuchowa , co uwalnia kolosalną ilość energii.
Z czego zrobione są bomby atomowe?
Mogą być wykonane z uranu-235 i plutonu-239. Uran występuje w przyrodzie jako mieszanina trzech izotopów: 238 U (99,2745% uranu naturalnego), 235 U (0,72%) i 234 U (0,0055%). Najpopularniejszy 238 U nie obsługuje reakcji łańcuchowej: jest do tego zdolny tylko 235 U. Aby osiągnąć maksymalną moc wybuchu, konieczne jest, aby zawartość 235 U w „wypełnieniu” bomby wynosiła co najmniej 80%. Dlatego uran jest produkowany sztucznie wzbogacać . W tym celu mieszaninę izotopów uranu dzieli się na dwie części, tak aby jedna z nich zawierała więcej niż 235 U.
Zazwyczaj separacja izotopów pozostawia po sobie dużo zubożonego uranu, który nie może przejść reakcji łańcuchowej — ale istnieje sposób, aby to zrobić. Faktem jest, że pluton-239 nie występuje w przyrodzie. Można go jednak uzyskać bombardując 238 U neutronami.
Jak mierzona jest ich moc?
Moc ładunku jądrowego i termojądrowego mierzy się w ekwiwalencie TNT – ilości trinitrotoluenu, którą należy zdetonować, aby uzyskać podobny wynik. Mierzy się ją w kilotonach (kt) i megatonach (Mt). Wydajność ultramałej broni nuklearnej wynosi mniej niż 1 kt, podczas gdy superpotężne bomby dają ponad 1 t.
Według różnych źródeł moc radzieckiej „bomby carskiej” wynosiła od 57 do 58,6 megaton w przeliczeniu na trotyl, moc bomby termojądrowej, którą KRLD testowała na początku września, wynosiła około 100 kiloton.
Kto stworzył broń nuklearną?
Amerykański fizyk Robert Oppenheimer i generał Leslie Groves
W latach trzydziestych XX wieku włoski fizyk Enrico Fermi wykazało, że pierwiastki bombardowane przez neutrony można przekształcić w nowe pierwiastki. Efektem tej pracy było odkrycie powolne neutrony , a także odkrycie nowych pierwiastków, które nie są reprezentowane w układzie okresowym. Wkrótce po odkryciu Fermiego niemieccy naukowcy Otto Hahna I Fritza Strassmanna bombardował uran neutronami, w wyniku czego powstał radioaktywny izotop baru. Doszli do wniosku, że neutrony o małej prędkości powodują rozpad jądra uranu na dwie mniejsze części.
Ta praca poruszyła umysły całego świata. Na Uniwersytecie Princeton Nielsa Bohra pracować z Johna Wheelera opracować hipotetyczny model procesu rozszczepienia. Zasugerowali, że uran-235 ulega rozszczepieniu. Mniej więcej w tym samym czasie inni naukowcy odkryli, że w procesie rozszczepienia powstało jeszcze więcej neutronów. To skłoniło Bohra i Wheelera do zadania ważnego pytania: czy wolne neutrony powstałe w wyniku rozszczepienia mogą rozpocząć reakcję łańcuchową, która uwolniłaby ogromne ilości energii? Jeśli tak jest, możliwe jest stworzenie broni o niewyobrażalnej mocy. Ich przypuszczenia potwierdził francuski fizyk Fryderyk Joliot-Curie . Jego wniosek stał się impulsem do rozwoju w tworzeniu broni nuklearnej.
Fizycy z Niemiec, Anglii, USA i Japonii pracowali nad stworzeniem broni atomowej. Przed wybuchem II wojny światowej Alberta Einsteina napisał do prezydenta USA Franklina Roosevelta że nazistowskie Niemcy planują oczyścić uran-235 i stworzyć bombę atomową. Teraz okazuje się, że Niemcy byli dalecy od reakcji łańcuchowej: pracowali nad „brudną”, silnie radioaktywną bombą. Tak czy inaczej, rząd USA dołożył wszelkich starań, aby jak najszybciej stworzyć bombę atomową. Uruchomiono Projekt Manhattan, kierowany przez amerykańskiego fizyka Roberta Oppenheimera i ogólne Lesliego Grovesa . Wzięli w nim udział wybitni naukowcy, którzy wyemigrowali z Europy. Do lata 1945 r. Stworzono broń atomową opartą na dwóch rodzajach materiałów rozszczepialnych - uranie-235 i plutonie-239. Jedna bomba, plutonowa „Thing”, została zdetonowana podczas testów, a dwie kolejne, uranowa „Baby” i plutonowa „Fat Man”, zrzucono na japońskie miasta Hiroszima i Nagasaki.
Jak działa bomba termojądrowa i kto ją wynalazł?
Bomba termojądrowa opiera się na reakcji fuzja nuklearna . W przeciwieństwie do rozszczepienia jądrowego, które może nastąpić samoistnie lub wymuszonym, synteza jądrowa nie jest możliwa bez dostarczenia energii zewnętrznej. Jądra atomowe są naładowane dodatnio - więc odpychają się. Sytuację tę nazywa się barierą Coulomba. Aby pokonać odpychanie, cząstki te muszą zostać rozpędzone do szalonych prędkości. Można tego dokonać w bardzo wysokich temperaturach – rzędu kilku milionów Kelvinów (stąd nazwa). Wyróżnia się trzy rodzaje reakcji termojądrowych: samopodtrzymujące (zachodzące w głębinach gwiazd), kontrolowane i niekontrolowane oraz wybuchowe - stosowane są w bombach wodorowych.
Pomysł bomby z syntezą termojądrową inicjowaną ładunkiem atomowym zaproponował swojemu koledze Enrico Fermi Edwarda Tellera już w 1941 roku, na samym początku Projektu Manhattan. Jednak pomysł ten nie był wówczas pożądany. Rozwój Tellera został poprawiony Stanisław Ulam , dzięki czemu pomysł bomby termojądrowej staje się wykonalny w praktyce. W 1952 roku podczas operacji Ivy Mike na atolu Enewetak przetestowano pierwszy termojądrowy ładunek wybuchowy. Była to jednak próbka laboratoryjna, nienadająca się do walki. Rok później Związek Radziecki zdetonował pierwszą na świecie bombę termojądrową, zmontowaną według projektu fizyków Andriej Sacharow I Julia Kharitona . Urządzenie przypominało tort, dlatego potężną broń nazwano „Puff”. W trakcie dalszego rozwoju narodziła się najpotężniejsza bomba na Ziemi, „Car Bomba”, czyli „Matka Kuzki”. W październiku 1961 roku został przetestowany na archipelagu Nowa Ziemia.
Z czego wykonane są bomby termojądrowe?
Jeśli tak myślałeś wodór i bomby termojądrowe to dwie różne rzeczy, myliłeś się. Te słowa są synonimami. To wodór (a raczej jego izotopy - deuter i tryt) niezbędny jest do przeprowadzenia reakcji termojądrowej. Jest jednak pewna trudność: aby zdetonować bombę wodorową, należy najpierw uzyskać wysoką temperaturę podczas konwencjonalnego wybuchu jądrowego – dopiero wtedy jądra atomowe zaczną reagować. Dlatego w przypadku bomby termojądrowej dużą rolę odgrywa konstrukcja.
Powszechnie znane są dwa schematy. Pierwszym z nich jest „ciasto francuskie” Sacharowa. Pośrodku znajdował się detonator jądrowy, który był otoczony warstwami deuterku litu zmieszanego z trytem, przeplatanych warstwami wzbogaconego uranu. Taka konstrukcja umożliwiła osiągnięcie mocy w granicach 1 Mt. Drugi to amerykański schemat Tellera-Ulama, w którym bomba atomowa i izotopy wodoru znajdowały się osobno. Wyglądało to tak: poniżej znajdował się pojemnik z mieszaniną ciekłego deuteru i trytu, w środku którego znajdowała się „świeca zapłonowa” - pręt plutonowy, a na górze - konwencjonalny ładunek jądrowy, a wszystko to w skorupa z metalu ciężkiego (na przykład zubożonego uranu). Szybkie neutrony powstałe podczas eksplozji powodują reakcje rozszczepienia atomu w powłoce uranu i dodają energię do całkowitej energii eksplozji. Dodanie dodatkowych warstw deuterku litowo-uranu-238 umożliwia tworzenie pocisków o nieograniczonej mocy. W 1953 radziecki fizyk Wiktor Dawidenko przypadkowo powtórzył pomysł Tellera-Ulama i na jego podstawie Sacharow wymyślił wieloetapowy plan, który umożliwił stworzenie broni o niespotykanej mocy. „Matka Kuzki” działała dokładnie według tego schematu.
Jakie są inne bomby?
Są też neutronowe, ale generalnie jest to przerażające. Zasadniczo bomba neutronowa jest bombą termojądrową o małej mocy, której 80% energii wybuchu stanowi promieniowanie (promieniowanie neutronowe). Wygląda jak zwykły ładunek jądrowy małej mocy, do którego dodano blok z izotopem berylu, będącym źródłem neutronów. Kiedy ładunek jądrowy eksploduje, wyzwalana jest reakcja termojądrowa. Ten typ broni opracował amerykański fizyk Samuela Cohena . Uważano, że broń neutronowa niszczy wszystkie żywe istoty, nawet w schronach, ale zasięg zniszczenia takiej broni jest niewielki, ponieważ atmosfera rozprasza strumienie szybkich neutronów, a fala uderzeniowa jest silniejsza na dużych odległościach.
A co z bombą kobaltową?
Nie, synu, to jest fantastyczne. Oficjalnie żaden kraj nie ma bomb kobaltowych. Teoretycznie jest to bomba termojądrowa z powłoką kobaltową, która zapewnia silne skażenie radioaktywne terenu nawet przy stosunkowo słabym wybuchu nuklearnym. 510 ton kobaltu może zainfekować całą powierzchnię Ziemi i zniszczyć całe życie na planecie. Fizyk Leon Szilard , który opisał ten hipotetyczny projekt w 1950 roku, nazwał go „Maszyną Zagłady”.
Co jest fajniejsze: bomba atomowa czy termojądrowa?
Pełnowymiarowy model „Cara Bomby”
Bomba wodorowa jest znacznie bardziej zaawansowana i zaawansowana technologicznie niż bomba atomowa. Jego siła wybuchowa znacznie przewyższa siłę atomową i jest ograniczona jedynie liczbą dostępnych komponentów. W reakcji termojądrowej na każdy nukleon (tzw. jądra składowe, protony i neutrony) uwalnia się znacznie więcej energii niż w reakcji jądrowej. Na przykład rozszczepienie jądra uranu wytwarza 0,9 MeV (megaelektronowolt) na nukleon, a fuzja jądra helu z jąder wodoru uwalnia energię 6 MeV.
Jak bomby dostarczaćdo celu?
Początkowo zrzucano je z samolotów, jednak systemy obrony powietrznej były stale udoskonalane, a dostarczanie broni nuklearnej w ten sposób okazało się nierozsądne. Wraz ze wzrostem produkcji rakiet wszelkie prawa do dostarczania broni nuklearnej zostały przeniesione na rakiety balistyczne i manewrujące różnych baz. Dlatego bomba nie oznacza teraz bomby, ale głowicę bojową.
Uważa się, że północnokoreańska bomba wodorowa jest zbyt duża, aby można ją było zamontować na rakiecie – dlatego jeśli KRLD zdecyduje się zrealizować groźbę, zostanie przetransportowana statkiem na miejsce eksplozji.
Jakie są skutki wojny nuklearnej?
Hiroszima i Nagasaki to tylko niewielka część możliwej apokalipsy. Znana jest na przykład hipoteza „zimy nuklearnej”, wysunięta przez amerykańskiego astrofizyka Carla Sagana i radzieckiego geofizyka Georgija Golicyna. Zakłada się, że eksplozja kilku głowic nuklearnych (nie na pustyni czy w wodzie, ale na obszarach zaludnionych) spowoduje wiele pożarów, a do atmosfery przedostanie się duża ilość dymu i sadzy, co doprowadzi do globalnego ochłodzenia. Hipoteza została skrytykowana, porównując wpływ z aktywnością wulkaniczną, która ma niewielki wpływ na klimat. Ponadto część naukowców zauważa, że bardziej prawdopodobne jest globalne ocieplenie niż ochłodzenie – choć obie strony mają nadzieję, że nigdy się tego nie dowiemy.
Czy broń nuklearna jest dozwolona?
Po wyścigu zbrojeń w XX wieku kraje opamiętały się i postanowiły ograniczyć użycie broni nuklearnej. ONZ przyjęła traktaty o nierozprzestrzenianiu broni nuklearnej i zakazie prób nuklearnych (ten ostatni nie został podpisany przez młode potęgi nuklearne Indie, Pakistan i KRLD). W lipcu 2017 r. przyjęto nowy traktat o zakazie broni jądrowej.
„Każde Państwo-Strona zobowiązuje się, że nigdy, pod żadnym pozorem nie będzie opracowywać, testować, produkować, wytwarzać, nabywać, posiadać ani gromadzić broni nuklearnej lub innych nuklearnych urządzeń wybuchowych” – stwierdza pierwszy artykuł traktatu.
Dokument wejdzie jednak w życie dopiero, gdy ratyfikuje go 50 państw.
Wprowadzenie teoretyczne. Broń termojądrowa, jak można się domyślić, opiera się na organizacji reakcji syntezy termojądrowej jąder atomowych. Ze wszystkich reakcji znanych przyrodnikom, zachodzących w otaczającym nas świecie, reakcje termojądrowe charakteryzują się największym uwalnianiem określonej energii, tj. energia na jednostkę masy.
Naukowcy odkryli, że procesy termojądrowe są dość powszechne w przyrodzie, w szczególności są źródłem energii dla gwiazd. Nasze Słońce nie jest wyjątkiem. Obecnie Słońce jest zwyczajną gwiazdą, w jądrze której zachodzą reakcje termojądrowe, w wyniku których z jąder wodoru powstają jądra helu.
O..
. GIGANCI N
SUPERGIANTÓW
Co sekundę Słońce zużywa 6–1011 kg wodoru do reakcji termojądrowej, uzyskując 4–109 kg helu. Według astrofizyków obserwowany obecnie stan równowagi dynamicznej naszej ewoluującej gwiazdy będzie trwał około 5 miliardów lat.
BIAŁY** Krasnoludki.
Nie ma więc jeszcze powodów do obaw taktycznych. Intensywność reakcji termojądrowych można prześledzić na diagramie Hertzsprunga-Russella (ryc.
Ryż. 6.32. Ewolucja gwiazd w zależności od intensywności reakcji jądrowych
10 000 6 000 TEMPERATURA POWIERZCHNI, K
| M
|F| G I
- , który pokazuje zależność jasności gwiazd od ich temperatury, która jest jednocześnie wskaźnikiem klasy widmowej.
L = R52.
Kiedy z dwóch jąder wodoru powstaje jedno jądro helu, uwalniana jest energia 24 MeV. Przypomnijmy, że 1 eV to energia, jaką uzyskuje elektron przechodząc przez różnicę potencjałów równą 1 V, 1 eV « 1,6–10–19 J. 1 kg deuteru, izotopu wodoru, zawiera 1,5–1026 par łączące jądra.
Energię uwolnioną z 1 kg deuteru podczas syntezy helu można wyznaczyć w następujący sposób
E1 = 1,5 -1026 - 24 = 3,6 -1027 MeV = 1,62 -108 kW - godzina.
Jak wiadomo, deuter występuje w wodzie w małych stężeniach. W przeliczeniu na średnie stężenie deuteru, z 1 litra wody potencjalnie można uzyskać energię rzędu 6100 kWh, co równa się spaleniu 672 litrów benzyny przy wydatku około ośmiu ton tlenu na reakcję utleniania. Aby połączyć dwa jądra wodoru w jedno jądro helu, konieczne jest, aby te dodatnio naładowane jądra pokonały siły odpychające Coulomba
r 1 Ze1 - Ze1 r
FK = -Lr.
4P880 r
Aby połączyć pierwotne jądra wodoru, należy je zbliżyć na odległość proporcjonalną do wielkości jądra, tj. na „3-1015 m. W tej odległości energia potencjalna dwóch ładunków dodatnich (jąder wodoru) będzie równa
1 Ze Ze
P = e= 7,68 10-14 J = 5 105 eV.
4P880 G
Dwie naładowane cząstki mogą zbliżyć się na odległość proporcjonalną do wielkości jądra, jeśli mają energię kinetyczną większą lub równą połowie potencjalnej energii oddziaływania. Z fizyki molekularnej wiadomo, że energia kinetyczna elementów strukturalnych materii podczas ich chaotycznego ruchu termicznego jest zdeterminowana temperaturą
2-l
k 0 = mui.=2k,t,
0 2 2
co pozwala oszacować temperatury odpowiadające syntezie termojądrowej
13 0,5 kg;P; -Пgt;Кgt;- kBT,
2 2 B
T.i. 7"68-10-'' 1,83-10* 0K.
-23
3kB 3 -1,4 -10
Podczas eksplozji atomowych i wewnątrz gwiazd w krótkim czasie powstają temperatury tylko o dwa rzędy wielkości niższe. Według najnowszych danych kosmofizyków temperatura Słońca mieści się w przedziale 1,2-107 - 1,5-107 0K. W tak stosunkowo niskich temperaturach możliwe jest bezpośrednie wychwytywanie protonu przez proton
H1 + H1 ^ He2 + e+1 +v0,
W tym przypadku jądro He2 jest niestabilne i szybko zamienia się w ciężki wodór w wyniku rozpadu pozytonów. Pozyton zderzając się ze swoją antypodą - elektronem, anihiluje, zamieniając się w promieniowanie
H2 + H1 ^ He2 + y (5,5 MeV),
Następnie rozpoczyna się interakcja niestabilnych jąder helu
He2 + He2 ^ He2 + 2H1 (12,8 MeV), które przekształcają się w stabilną modyfikację helu. Kiedy 1 kg wodoru przekształca się w 883 g helu, Am. 7 g substancji ulega przemianie zgodnie z równaniem Olivera Heaviside'a w promieniowanie
E = Am - c° = 7-10-3 - 9-1016 = 6,3-1014 J.
Tyle energii uwalnia się podczas całkowitego utlenienia 1,6–1010 kg benzyny silnikowej. Naturalnie taka produkcja energii nie mogła nie zainteresować korony Natury - ludzkości, która zgodnie z najlepszymi tradycjami swojej ścieżki ewolucyjnej znalazła sposób na przystosowanie całej tej efektywności energetycznej wyłącznie do eksterminacji własnego gatunku i innych im podobnych.
Wada masy, odkryta w badaniach rozszczepienia jądrowego, oznacza w szczególności, że masa dowolnego stabilnego jądra jest mniejsza niż suma mas wchodzących w jego skład protonów i neutronów. Na przykład masa izotopu helu He42 jest mniejsza niż suma mas dwóch protonów i dwóch neutronów. Dlatego też, jeśli dwa protony i dwa neutrony zetkną się, tworząc jądro helu, wówczas fuzji będzie towarzyszyć spadek masy. Spadek masy Am objawia się wyzwoleniem ogromnej ilości energii właściwej (AE = Amc2). Powstawanie jąder w procesie łączenia poszczególnych protonów i neutronów lub lekkich jąder nazywa się fuzją jądrową.
Aby wyjaśnić szczegóły energetycznego aspektu tego procesu, zwróćmy się ponownie do danych na ryc. 4.14, które pokazują krzywą zmian specyficznej energii wiązania, tj. Energii na nukleon. Ze względu na ujemny znak defektu masy, syntezie jąder ciężkich pierwiastków (prawa gałąź krzywej) będzie towarzyszyło wyzwolenie energii.
Proces będzie wysoce endotermiczny, tj. jego wdrożenie wymaga znacznych kosztów energii. Na przykład reakcja syntezy dwóch jąder uranu jest możliwa tylko wtedy, gdy łączące się jądra mają co najmniej taką samą energię, jak energia uwolniona podczas rozszczepienia każdego z nich. Produkcja superciężkich jąder jest przedsięwzięciem bardzo energochłonnym i kosztownym, co obecnie nie jest możliwe.
Natomiast synteza lekkich jąder prowadzi do defektu masy, który jest związany z uwolnieniem znacznych energii wiązania. Kiedy dwa lekkie jądra łączą się, następuje proces egzotermiczny.
Gdy dwa protony i dwa neutrony połączą się w jądro helu, uzyskamy przyrost energii o wartości 28,2 MeV, a na 1 kg zsyntetyzowanego helu będzie to około 2-10 8 kWh. Nawet w porównaniu z energią rozszczepienia jądrowego jest imponująca, bardzo imponująca.
Na pierwszy rzut oka sposób przeprowadzenia reakcji syntezy jądrowej wydaje się prosty jak ameba, w istocie prościej jest połączyć dwa jądra deuteru i, oto hel:
D2 + D2 ^ He2 + 23,64 MeV, a pojawieniu się każdego nowego jądra towarzyszy uwolnienie energii 23,64 MeV. Naturalnym jest założenie, że energia ta jest równa różnicy pomiędzy całkowitą energią wiązania jądra atomu helu (28,2 MeV), utrzymującego razem cztery nukleony, a całkowitą energią wiązania dwóch jąder ciężkiego wodoru (2,28 MeV każde). Istnieje wiele innych reakcji stosowanych w pracach termojądrowych. Są też nieprzyzwoicie proste w wyglądzie.
D2 + D2 ^ He2 + 3,27 MeV,
D2 + D2 ^ T° + p1 + 4,03 MeV,
Li36 + n0 ^ T° + He4 + 4,6 MeV.
Fuzja np. dwóch ciężkich jąder wodoru jest możliwa, jeśli uda się je zbliżyć do odległości działania sił jądrowych, tj. do =3-10 - 15m. W tym celu konieczne jest przezwyciężenie odpychania Coulomba protonów w jądrach. Elementarne obliczenia pokazują, że na odległościach tej skali energia odpychania elektrostatycznego wynosi = 0,1 MeV.
Jedyną przeszkodą w zorganizowaniu reakcji termojądrowej w domu jest przezwyciężenie odpychania Coulomba, ponieważ protony i inne lekkie jądra są zawsze naładowane dodatnio.
Obliczenia pokazują, że dwa przeciwstawne protony zderzające się powinny mieć energię kinetyczną około 250 keV każdy. Energii tej nie można uzyskać poprzez konwencjonalne ogrzewanie, ponieważ nawet w temperaturze 107 0 K energia cząstek ledwo osiąga zaledwie = 1 keV. I trzeba ją podgrzać do temperatur rzędu 109 0K, aby energia ruchu cząstek była wystarczająca do pokonania wzajemnego odpychania jąder. W T = 10 K wchodzą w bezpośredni kontakt i jądra łączą się. Rzeczywista temperatura konieczna do utrzymania reakcji topnienia jest nieco niższa od obliczonej i wynosi około 108 0K, co wynika ze zjawiska efektu tunelowego.
Ponadto, zgodnie z funkcją rozkładu Maxwella, wiele cząstek ma energie znacznie wyższe od wartości średniej (E) = kT.
Po drugiej wojnie światowej stało się jasne, że podczas wybuchu bomby atomowej występują temperatury około 108 0K. Pojawił się pomysł wykorzystania bomby atomowej jako zapalnika dla bomby wodorowej, która umożliwiłaby reakcję syntezy jądrowej.
Uzyskanie niekontrolowanego uwolnienia kolosalnych ilości energii podczas wybuchu bomby wodorowej okazało się dość proste, po zdobyciu już doświadczenia z konwencjonalnymi eksplozjami jądrowymi.
Bomba termojądrowa składa się zasadniczo z bomby atomowej i ładunku termojądrowego. Bomba atomowa eksploduje wewnątrz powłoki wypełnionej lekkimi pierwiastkami zdolnymi do poddania się reakcjom termojądrowym. Przez bardzo krótki czas – milionowe części sekundy, temperatura wewnątrz wciąż nienaruszonej skorupy sięga kilkuset milionów stopni (108 0K), a ciśnienie – setek miliardów atmosfer.
W tak ekstremalnych warunkach rozpoczyna się fuzja jąder deuteru i trytu w jądro helu
d2 + m° ^ He2 + n0, w bardzo krótkim czasie uwalnia się ogromna energia, tj. następuje eksplozja (ryc.
- . Energia uwolniona w reakcji syntezy jądrowej na daną masę paliwa jest większa niż podczas rozszczepienia jądrowego. Ponadto w przypadku syntezy jądrowej problem usuwania promieni radiowych nie jest tak dotkliwy. 6.33. Synteza aktywnych jąder helu odpadowego.
Jednakże, aby wdrożyć kontrolowaną syntezę termojądrową, tj. Technicznie rzecz biorąc, niewybuchowe usuwanie energii okazało się bardzo trudnym zadaniem. Całość sprowadzała się do wytworzenia i utrzymania przez odpowiednio długi czas wysokich temperatur niezbędnych do syntezy jądrowej.
Każda substancja w omawianych temperaturach jest specjalnym ośrodkiem, który składa się z jąder i niepowiązanych z nimi elektronów. Ten stan materii nazywany jest plazmą.
Jeśli spojrzysz na odpowiednią sekcję podręcznika dotyczącą właściwości fizycznych substancji, przekonasz się, że ze wszystkich ich węglik hafnu ma najwyższą temperaturę topnienia Tm = 4000 0K, nawet w nim nie można „zawierać” środowisko o wysokiej temperaturze.
Konwencjonalne materiały odparowują w najlepszym przypadku w temperaturze 104 0K, dlatego nie nadają się do technologii termojądrowych. Ale Matka Natura zarządziła, że plazma posiadająca ogromną liczbę wolnych elektronów może przepuszczać prąd elektryczny i reagować na zewnętrzne pole magnetyczne.
Bomba wodorowa. Według jednej z wersji krążących w prasie historia pierwszego praktycznego zastosowania reakcji termojądrowej rozpoczyna się w roku 1941. Japoński fizyk Hagiwara z Uniwersytetu w Kioto, który nie został zbombardowany
- Pan Amerykanie, ze względu na słabą widoczność, w wykładzie dla swoich studentów przedstawił ideę możliwości zapoczątkowania reakcji termojądrowej pomiędzy jądrami wodoru w warunkach powstałych po wybuchu bomby atomowej na bazie U235.
Rysunek 6.35. Klausa Fuchsa
We wrześniu 1941 roku po drugiej stronie oceanu podobną myśl wyraził Enrico Fermi w rozmowie z Edwardem Tellerem (ryc. 6. 34). Pomysł Fermiego zachwycił naukowca, który stał się konsekwentnym i energicznym inicjatorem rozwoju broni tego typu.
Trzeba powiedzieć, że pomysł ten był również omawiany na zamkniętych seminariach fizyków ZSRR bezpośrednio po rozmieszczeniu projektu atomowego, przynajmniej nie dla Kurczatowa, nie dla Flerowa i innych naukowców zajmujących się energią jądrową, taki pomysł nie był nowością.
Na razie po prostu nie starczało czasu i energii, aby ją systematycznie rozwijać. Rozpoczął się wyścig atomowy i skoncentrowano na nim wszystkie wysiłki bardzo ograniczonych zasobów, zarówno intelektualnych, jak i materialnych.
Idea „klasycznego super” została sformalizowana w formie szkiców w Los Alamos pod koniec 1945 roku. Wiosną
- W przypadku użycia bomby atomowej jako zapalnika pan Klaus Fuchs zaproponował umieszczenie mieszaniny deuteru i trytu oraz zapalnika pierwotnego w reflektorze z tlenku berylu ogrzewanym promieniowaniem.
Ryż. 6.36. Schemat bomby Tellera-Ulama
W 1946 roku narodził się pomysł implozji radiacyjnej. Schemat zaproponowany przez Klausa Fuchsa stał się podstawą przyszłej konfiguracji Tellera-Ulama, która została uwzględniona we współczesnych podręcznikach technologii termojądrowej (ryc. 6.36).
Urządzenie składało się z dwóch funkcjonalnych części.W jednej obudowie znajdował się ładunek atomowy w postaci kulistej bomby plutonowej, która po uruchomieniu zapewniała wysokie temperatury i ciśnienia oraz w rzeczywistości paliwo termojądrowe, na zdjęciu w kolorze wiśni.
Współcześni fizycy jądrowi uznają, że idee niemieckiego fizyka Fuchsa wyprzedzały swoją epokę i stały się podstawą wielu późniejszych projektów urządzeń termojądrowych. 28 maja 1946 roku Fuchs i Von Neumann złożyli wniosek o wynalezienie nowego obwodu przedziału inicjującego wykorzystującego implozję radiacyjną.
Dopiero pięć lat później Stany Zjednoczone w pełni zdały sobie sprawę z ogromnego potencjału ideologicznego wszystkich propozycji Fuchsa. Pod koniec sierpnia 1946 roku niestrudzony Teller opublikował raport, w którym opracował nowy projekt bomby termojądrowej pod romantyczną nazwą „Budzik”.
Nowa wersja bomby, zaproponowana przez Tellera, miała składać się z naprzemiennych sferycznych warstw materiałów rozszczepialnych oraz paliwa termojądrowego, deuteru, trytu i ich związków chemicznych.
Reakcja łańcuchowa rozszczepienia zachodząca w jednej z warstw, ze względu na dużą liczbę szybkich neutronów, miała zapoczątkować procesy rozszczepienia w sąsiednich warstwach, co powinno zwiększyć wydzielanie energii, zwłaszcza ciepła.
W wyniku wybuchu atomowego powinno nastąpić zagęszczenie aktywnych pierwiastków rozszczepialnych, tj. zbieżność objętościowa jąder substancji pierwotnej. Gęstość paliwa termojądrowego wzrastała wraz ze wzrostem szybkości reakcji termojądrowych.
Jednak ładunek termojądrowy według tego schematu okazał się niedopuszczalnie duży, co uniemożliwia nawet teoretyczne rozważenie jego praktycznego zastosowania. Przez pewien czas specjaliści z Los Alamos rozwijali równolegle projekty „Classic Super” i „Alarmkick”.
W styczniu 1950 roku prezydent USA Harry Truman wydał publiczne oświadczenie, w którym oficjalnie zlecił naukowcom z Los Alamos opracowanie bomby wodorowej. Naturalnie praca w tym kierunku stała się bardziej dynamiczna.
Ryż. 6. 37. Ładunek fuzyjny Mike
We wrześniu 1951 r. rozpoczęto przygotowania do testów ładunku termojądrowego „Mike”, które pomyślnie przeprowadzono 1 listopada 1952 r. Siła wybuchu wyniosła 10 Mt w przeliczeniu na trotyl. Nawet przy rozciągnięciu trudno było to nazwać bronią (ryc. 6.37).
Kompletny brak transportu
Biel i wymiary odpowiadały przyzwoitej wielkości dwupiętrowemu budynkowi. Produkty rozszczepienia termojądrowego utrzymywano w temperaturze ciekłego azotu. W tym celu ładunek termojądrowy został wyposażony w stacjonarne agregaty chłodnicze zdolne do utrzymywania bardzo niskich temperatur podczas instalacji i testowania.
W ZSRR przed 1945 rokiem nie było możliwości oficjalnego zajęcia się zagadnieniami syntezy termojądrowej, poza rozważaniem aspektów teoretycznych. Kraj walczył i stworzył bombę atomową w przyspieszonym tempie, napinając się wszystkimi możliwymi i niepojętymi siłami.
Pierwszy oficjalny dokument dotyczący broni termojądrowej pochodzi z 22 września 1945 r., został sporządzony w imieniu I.V. Kurchatova, naukowca nuklearnego Jakowa Iljicza Frenkla, gdzie teoretycznie uzasadnił możliwość reakcji termojądrowych zachodzących w warunkach wybuchu bomby atomowej: „.... Ciekawe wydaje się wykorzystanie wysokich - miliardowych - temperatur powstających podczas wybuchu bomby atomowej bomba do przeprowadzania reakcji syntetycznych (na przykład tworzenia helu z wodoru), które są źródłem energii dla gwiazd i które mogą dodatkowo zwiększyć energię uwalnianą podczas eksplozji głównej substancji (uranu, bizmutu itp.). ”
Ryż. 6,38 Ya.I. Frenkla
Wysyłając notatkę do Kurczatowa, naukowiec nie mógł wiedzieć, że kwestie reakcji termojądrowych były od dawna omawiane przez twórców broni atomowej i że Kurczatow miał pełną informację o stanie spraw termojądrowych w Los Alamos.
We wrześniu 1945 roku kanałami wywiadu zagranicznego Kurczatow otrzymał materiał o amerykańskich pracach nad połączeniem armatniej bomby atomowej na bazie U°5 z reflektorem z tlenku berylu, komorą pośrednią z mieszaniną deuteru i trytu oraz cylindrem z ciekłym deuterem .
Otwarta informacja o możliwości stworzenia superbomby pojawiła się w brytyjskiej gazecie The Times 19 października 1945 roku, na długo przed testowaniem ładunków termojądrowych w Stanach Zjednoczonych.
Oczywiście takie przesłania nie mogły pozostać niezauważone przez czołowych przywódców ZSRR i czołowych naukowców zaangażowanych w programy atomowe. L.P. Beria poinstruował dyplomatów, aby wyjaśnili tę informację.
Zwróciliśmy się do Nielsa Bohra, który właśnie wrócił do Danii z USA. Bohr uznał za konieczne uspokoić wszystkich: „Co oznacza superbomba? Jest to albo bomba o większej masie niż ta już wynaleziona, albo bomba wykonana z jakiejś nowej substancji. No cóż, to pierwsze jest możliwe, ale bezcelowe, ponieważ, powtarzam, niszczycielska siła bomby jest już bardzo duża, a drugie, moim zdaniem, jest nierealne. Mimo niewątpliwego autorytetu w dziedzinie fizyki atomowej Bohrowi w naszym kraju nie wierzono.
Pod naciskiem Berii szef programu atomowego Kurczatow wydał instrukcje czołowym specjalistom Yu.B. Khariton, Ya.B.
Zeldovich, I.I. Gurewicz i I.Ya. Pomeranczuka do teoretycznego rozważenia kwestii możliwości wyzwolenia energii pierwiastków świetlnych i przedstawienia swoich wniosków na posiedzeniu Zespołu Technicznego
Niemniej jednak I.V. Kurchatov zwrócił się do Yu.B. Khariton z instrukcjami rozważenia Ria 6.39. JA BYM. Zeldowicz
wraz z I. I. Gurevichem, Ya. B. Zeldovichem i
I. Ja. Pomeranchuk zakwestionował możliwość uwolnienia energii pierwiastków świetlnych i przedstawił rozważania w tej sprawie na posiedzeniu Rady Technicznej Komitetu Specjalnego.
Rozważania I.I. Gurewicz, Ya.B. Zeldovich, I.Ya. Pomeranchuk i Yu.B. Kharitona zostały przedstawione w raporcie „Wykorzystanie energii jądrowej pierwiastków lekkich”, którego materiały zostały wysłuchane na posiedzeniu Rady Technicznej w dniu 17 grudnia 1945 r.
Prelegentem był Ya. B. Zeldovich. Podejście do rozwiązania problemu przedstawione w raporcie opierało się na idei możliwości wzbudzenia detonacji jądrowej w cylindrze z deuterem w warunkach spalania nierównowagowego.
Rozpatrywany na posiedzeniu raport został w całości opublikowany w czasopiśmie „Advances in Physical Sciences” nr 5 za rok 1991. Według raportu Ya.B. Zeldowicza na posiedzeniu Rady Technicznej w dniu 17 grudnia 1945 r. podjęto decyzję, która dotyczyła jedynie pomiarów przekrojów poprzecznych dla reakcji na lekkich jądrach i nie zawierała instrukcji związanych z organizacją i prowadzeniem badań obliczeniowo-teoretycznych oraz prac nad superbomba.
Niemniej jednak w czerwcu 1946 roku grupa teoretyków z Instytutu Fizyki Chemicznej Akademii Nauk ZSRR, w skład której wchodzili A.S. Kompaneets i S.P. Diakow pod przewodnictwem Ya.B. Zeldovich w ramach programu badawczego dotyczącego zagadnień spalania i eksplozji jądrowej rozpoczął teoretyczne rozważania nad możliwością uwolnienia energii jądrowej z lekkich pierwiastków.
Podczas gdy grupa Ya.B. Zeldovich prowadziła swoje badania, w ZSRR w latach 1946–1947 nadal otrzymywano raporty wywiadowcze o charakterze informacyjnym dotyczące prac w Stanach Zjednoczonych nad superbombą. Uzupełniono je nowymi doniesieniami w prasie ogólnodostępnej, m.in. artykułem E. Tellera w Biuletynie Naukowców Atomowych z lutego 1947 roku.
28 września 1947 r. w Londynie odbyło się pierwsze spotkanie K. Fuchsa, który wrócił z USA do Anglii, z przedstawicielem wywiadu sowieckiego A.S. Feklisow. A. S. Feklisov zwrócił się do K. Fuchsa z 10 pytaniami, z których pierwsze dotyczyło superbomby.
Z protokołu spotkania A.S. Feklisova z K. Fuchsem w dniu 28 września 1947 r. wynika, że K. Fuchs ustnie poinformował, że w USA pod przewodnictwem E. Tellera i E. Fermiego w Chicago prowadzone są prace teoretyczne nad superbombą.
K. Fuchs opisał niektóre cechy konstrukcyjne superbomby i zasady jej działania, a także zwrócił uwagę na użycie trytu wraz z deuterem. K. Fuchs ustnie poinformował, że już na początku 1946 r. E. Fermi i E. Teller udowodnili, że taka superbomba powinna działać skutecznie. Jednakże A.S. Feklisov, nie będąc fizykiem, był w stanie w bardzo przybliżony sposób odtworzyć cechy konstrukcyjne superbomby i jej działanie. K. Fuchs nie wiedział, czy w Stanach Zjednoczonych rozpoczęły się praktyczne prace nad stworzeniem superbomby i jakie będą ich rezultaty.
W czerwcu 1948 r. Rada Ministrów ZSRR przyjęła Uchwałę nr 1989 - 773 „W sprawie uzupełnienia planu pracy KB-11”, która w szczególności nakazała laboratorium fizyki jądrowej wraz z Instytutem Fizycznym Akademii ZSRR Nauk, do przeprowadzenia teoretycznych i doświadczalnych badań możliwości stworzenia bomby wodorowej, która w dokumentach otrzymała kod RDS-6.
Tylko I.V. znał materiały dotyczące wydarzeń amerykańskich. Kurchatova, który nie zadał sobie trudu przedstawienia ich swoim pracownikom.
Aby nie ograniczać swobody poszukiwania alternatywnych rozwiązań. I nie zwlekali z podążaniem za nimi.
Andriej Dmitriewicz Sacharow wraz z Jakowem Borysowiczem Zeldowiczem zaproponowali projekt bomby kombinowanej, w której stosuje się deuter w mieszaninie z U238. Innymi słowy, niezależnie od E. Theilera, krajowi naukowcy wpadli na pomysł bomby heterogenicznej, jak stała się znana wśród twórców „Sloiki”, która miała wykorzystywać zasadę kompresji jonizacyjnej paliwa termojądrowego.
Igor Evgenievich Tamm, szef A.D. Sacharowa podczas studiów magisterskich w listopadzie 1948 r. wysłał list do dyrektora Instytutu Fizycznego Akademii Nauk ZSRR S.I. Wawiłowa, w którym poinformował, że grupa fizyków, którym kierował, odkryła zasadniczą możliwość nowego sposobu metodą detonacji deuteru, polegającą na specjalnym sposobie łączenia go z ciężką wodą i naturalnym uranem U238. W tym samym piśmie zaproponowano zastosowanie schematu Li6 + n = T + He4 + 4,8 MeV do przeprowadzenia reakcji termojądrowej,
Ryż. 6.41. TJ. Tam M
gdzie deuteryt litu-6 jest używany jako broń termojądrowa.
Sacharow zaproponował schemat dodatkowego ładowania plutonu do wstępnego sprężenia „zaciągnięcia”. Taka była zasada konstrukcji dwustopniowej bomby termojądrowej.
Jak wiadomo, w USA 1 marca 1954 r. miała miejsce potężna eksplozja termojądrowa, co wskazywało, że program termojądrowy konkurentów przeszedł z etapu teoretycznego na płaszczyznę praktyczną.
To dało naszym naukowcom i politykom nową siłę. Dosłownie na początku kwietnia 1954 roku w KB-11 odkryto nową zasadę konstrukcji bomby termojądrowej.
Opracowanie specyfikacji technicznych nowego produktu termojądrowego RDS-37. W lipcu 1955 roku ukazał się raport uzasadniający konstrukcję produktu RDS-37.
Autorami raportu byli: E.N. Avrorin, V. A. Aleksandrow, Yu.N. Babaev, G. A. Goncharov, Ya. B. Zeldovich, V. N. Klimov, G. E. Klinishov, B. N. Kozlov, E. S. Pavlovsky, E. M. Rabinovich, Yu.A. Romanow, A.D. Sacharow, Yu.A. Trutnev, V.P. Fiodoritow, M.P. Szumajew, V.B. Adamsky, B.D. Bondarenko, Yu.S. Vakhrameev, G.M. Gandelman, GA Dvorovenko, N.A. Dmitriew, E.I. Zababachin, V.G. Zagrafow, T.D. Kuznetsova, I.A. Kuriłow, N.A. Popow, V.I. Ritus, V.N. Rodigin, L.P. Feoktistow, D.A. Frank-Kamenetsky, MD Churazow. Wśród autorów byli matematycy: I.A. Adamskaya, A. A. Bunatyan, I.M. Gelfand, A. A. Samarsky, K. A. Semendyaev, I.M. Khalatnikov, który pod przewodnictwem M.V. Keldysh i A.N. Tichonow wykonał świetną robotę, zapewniając wsparcie teoretyczne projektu.
Ryż. 6.42. Produkt RDS-37
W listopadzie 1955 r. odbyło się
wstępne testy jednostopniowego urządzenia termojądrowego, a 22 listopada 1955 r. pomyślnie zdetonowano dwustopniowy ładunek termojądrowy, zaprojektowany jako bomba lotnicza (ryc. 6.42).
Jak powiedział A.D. po teście.
Sacharow: „Test był zwieńczeniem wielu lat wysiłków, triumfem, który otworzył drogę do rozwoju całej gamy produktów o różnorodnych wysokich cechach (chociaż wielokrotnie napotykano nieoczekiwane trudności)”.
Tym samym pomyślnie zakończono kolejny etap tworzenia broni termojądrowej i osiągnięto następujące wyniki:
- Naukowcy ZSRR jako pierwsi w praktyce światowej (1952) zastosowali wysoce wydajne paliwo termojądrowe, deuterek litu Li6. W USA wykorzystanie tego materiału datuje się na początek 1956 roku;
- Krajowi naukowcy już na etapie pierwszych testów osiągnęli dużą dokładność zgodności teoretycznych parametrów wybuchu termojądrowego z charakterystykami obserwowanymi w praktyce;
- Poziom teoretycznego uzasadnienia projektu był na tyle wysoki, że możliwe stało się sztuczne zmniejszenie mocy podczas wybuchów eksperymentalnych w celu zmniejszenia wpływu na otaczającą przestrzeń;
- W dwóch testach przeprowadzonych w 1955 roku po raz pierwszy zrzucono ładunki termojądrowe z seryjnego bombowca TU-16.
Ryż. 6.43. Bombowiec TU-95 w chwili rozpoczęcia bombardowania
30 października 1961 r. nad Nową Ziemią, na wysokości 4000 m nad powierzchnią ziemi, zdetonowano najpotężniejszą na świecie bombę termojądrową o masie równoważnej 50 MGt TNT.
Bombę zrzucono z bombowca TU-95 (ryc. 6.43). Załogą dowodził major A. E. Durnovtsev.
Coś takiego nigdy wcześniej nie miało miejsca na planecie. Pomimo tego, że połowa ładunku została zdetonowana, błysk w pochmurnych warunkach był widoczny z odległości tysięcy kilometrów.
Ryż. 6,44. Krajowa bomba termojądrowa o mocy 100 MGt
Był to akt jednorazowej demonstracji siły, towarzyszącej specyficznym okolicznościom kuchni politycznej, „wielkiej gry” w zastraszaniu mocarstw.
Był to pojedynczy produkt, którego konstrukcja przy pełnym „załadowaniu” paliwem jądrowym i przy zachowaniu tych samych wymiarów umożliwiała osiągnięcie mocy nawet 100 megaton. Taka przerażająca eksplozja w warunkach bojowych natychmiast wywołałaby ogniste tornado, które pokryłoby ogromny obszar.
Po tym teście zrozumieno, że stworzona broń nie jest przeznaczona do wojny o życie - miała ona zniszczyć życie.
Oczywiście to właśnie po tej eksplozji przywódcy polityczni mocarstw „nuklearnych” zdali sobie sprawę z bezsensowności dalszego budowania swoich „mięśni termojądrowych”. Broni było już wystarczająco dużo, aby z dnia na dzień położyć kres wielu problemom współczesnej cywilizacji.
Nowa generacja może znacznie obniżyć próg stosowalności broni nuklearnej i zachwiać istniejącą równowagę strategiczną
W lipcu 2006 roku podczas operacji przeciwko bojownikom libańskiego ruchu Hezbollah armia izraelska użyła tzw. bomb burzących bunkry. W tym samym czasie w próbkach gleby pobranych z kraterów po bombach znaleziono ślady wzbogaconego uranu. Jednocześnie ustalono, że rozpadowi radioaktywnemu fragmentów rozszczepienia nie towarzyszyło promieniowanie gamma i powstawanie izotopu cezu137, a poziom promieniowania wysoko wewnątrz kraterów zmniejszył się o około połowę w odległości kilku metrów od nich.
Nie można wykluczyć możliwości, że Izrael użył broni nuklearnej nowej generacji (broni nuklearnej) w południowym Libanie. Mógł zostać dostarczony do Izraela ze Stanów Zjednoczonych specjalnie do testów w warunkach bojowych. Eksperci sugerują także, że podobnej broni użyto już w Iraku i Afganistanie.
Brak produktów wybuchu o długim okresie rozpadu, a także niewielkie skażenie radioaktywne terenu sugerują, że w południowym Libanie mogła zostać użyta tzw. „czysta” amunicja termojądrowa.
Wiadomo, że istniejące ładunki termojądrowe nie pozwalają na zauważalną lokalizację (zarówno w czasie, jak i obszarze) skali skażenia radioaktywnego środowiska, gdyż działanie ich jednostki wtórnej inicjowane jest reakcją rozszczepienia ciężkich jąder, co skutkuje długotrwałym -terminowe skażenie radioaktywne terenu.
Do tej pory to właśnie ta ostatnia okoliczność gwarantowała wysoki próg użycia wszelkich dostępnych obecnie rodzajów broni nuklearnej, w tym broni jądrowej o małej i bardzo małej mocy. Teraz, jeśli wyniki niezależnych badań odpowiadają rzeczywistości, możemy mówić o pojawieniu się nowej amunicji termojądrowej, której obecność na uzbrojeniu znacznie obniża psychologiczny próg przydatności broni nuklearnej.
Jednocześnie „czysta” amunicja termojądrowa nie podlega obecnie ograniczeniom żadnego z istniejących traktatów międzynarodowych i zgodnie z warunkami jej stosowania formalnie staje na tym samym poziomie co konwencjonalna broń precyzyjna (HPT), znacznie przewyższając ten ostatni pod względem niszczycielskiej mocy.
Nadal nie ma zgody wśród ekspertów co do tego, jak daleko Stany Zjednoczone i inne wiodące kraje zagraniczne poczyniły postępy w procesie opracowywania „czystej” amunicji termojądrowej.
Tymczasem pośrednim potwierdzeniem, że w warunkach ścisłej tajemnicy prace nad ich utworzeniem już w USA trwają pełną parą, są rezultaty praktycznych działań obecnej administracji amerykańskiej na rzecz zreformowania swoich strategicznych sił ofensywnych (SNA).
O planach stworzenia nowej generacji amunicji termojądrowej świadczą także wysiłki Wielkiej Brytanii mające na celu zmianę dotychczasowej struktury strategicznych sił nuklearnych (SNF) i rozbudowę nowej infrastruktury badawczej do badania problemów syntezy termojądrowej.
Przywódcy amerykańscy jako pierwsi spośród czołowych obcych państw zdali sobie sprawę, że zarówno obecna „brudna” strategiczna broń nuklearna, jak i konwencjonalna WTO, o której szeroko dyskutowano w ramach dyskusji na temat konieczności szybkiego przejścia do koncepcji „nie- odstraszania nuklearnego” nie pozwalają obecnie na rozwiązanie wszystkich problemów przypisanych siłom strategicznym.
Przede wszystkim dotyczy to gwarantowanego zniszczenia strategicznych, ściśle chronionych i głęboko zakopanych celów wroga, a także neutralizacji chemicznych i biologicznych składników broni masowego rażenia (BMR).
Nowa amerykańska strategia nuklearna
Analiza nowej strategii nuklearnej przyjętej przez Stany Zjednoczone w 2002 roku pokazuje, że „czystej” broni termojądrowej przypisywana jest rola kamienia węgielnego obiecującej amerykańskiej triady strategicznej.
Wyjątkowo wyraźnie wpisuje się także w przyjętą niedawno przez Stany Zjednoczone koncepcję „prewencyjnych” ataków nuklearnych, zgodnie z którą Siły Zbrojne USA otrzymały prawo do użycia broni nuklearnej nawet w warunkach pokoju.
Główne postanowienia nowej strategii nuklearnej Stanów Zjednoczonych zostały określone w Przeglądzie Stanu Energii Jądrowej przedłożonym Kongresowi USA w styczniu 2002 r. (Przegląd Stanu Energii Jądrowej, zwanym dalej dla zwięzłości „Przeglądem…”).
W tym dokumencie koncepcyjnym potrzebę opracowania i przyjęcia broni jądrowej nowej generacji uzasadniono w następujący sposób.
„...Współczesny arsenał nuklearny, wciąż odpowiadający potrzebom okresu zimnej wojny, charakteryzuje się niską celnością strzelania, ograniczonymi możliwościami ponownego namierzania, dużą mocą ładowarek głowic nuklearnych, rakietami balistycznymi stacjonującymi w silosach, na lądzie i na morzu z indywidualnie nakierowanymi głowicami bojowymi, niską zdolnością trafiania w zakopane cele”, dlatego też „...strategia nuklearna oparta wyłącznie na możliwościach strategicznych ofensywnych sił nuklearnych nie może odstraszyć potencjalnych przeciwników, z którymi Stany Zjednoczone zmierzą się w XXI wieku”.
Dalej „Przegląd…” formułuje podstawowe wymagania dla nowej generacji broni nuklearnej: „...nadanie współczesnym siłom nuklearnym nowych możliwości powinno zapewnić: zniszczenie obiektów stanowiących zagrożenie, takich jak cele silnie chronione i zakopane , nośników broni chemicznej i biologicznej; wykrywanie i niszczenie celów ruchomych i ruchomych; zwiększanie celności strzelania; ograniczanie szkód ubocznych podczas użycia broni nuklearnej.
W Przeglądzie stwierdza się również, że „zapewnienie takich możliwości poprzez intensywne prace badawczo-rozwojowe oraz wdrażanie nowych systemów uzbrojenia jest niezbędnym wymogiem utworzenia nowej triady”.
Jak widać, w prezentowanej koncepcji rozwoju amerykańskich sił nuklearnych, jednym z kluczowych wymagań stawianych nowym rodzajom broni nuklearnej jest ograniczenie szkód ubocznych podczas jej użycia.
Ponieważ w „czystej” amunicji termojądrowej reakcję termojądrową musi inicjować alternatywne dla reakcji rozszczepienia źródło energii, kluczowym punktem w ich rozwoju jest zastąpienie istniejącego „zapalnika” atomowego mocnym i kompaktowym „detonatorem”.
Co więcej, ten ostatni musi mieć wystarczającą ilość energii, aby zainicjować reakcję syntezy termojądrowej, a pod względem masy i wymiarów musi „pasować” do przednich części istniejących pojazdów dostawczych.
Można się spodziewać, że głównymi czynnikami niszczącymi nową broń nuklearną będą chwilowe promieniowanie gamma-neutronowe, fala uderzeniowa, a także promieniowanie świetlne. W tym przypadku promieniowanie penetrujące powstałe w wyniku rozpadu radioaktywnego fragmentów rozszczepienia będzie stosunkowo nieznaczne.
Wielu ekspertów uważa, że w pierwszej kolejności nowa broń termojądrowa będzie wykorzystywana do wyposażania precyzyjnych rakiet kierowanych i bomb powietrznych. Co więcej, jego moc może wahać się od kilku do kilkuset lub więcej ton ekwiwalentu trotylu.
Umożliwi to wykorzystanie „czystej” broni termojądrowej do selektywnego niszczenia celów wroga zlokalizowanych zarówno na terenach otwartych (w tym mobilnych zestawach rakiet balistycznych), jak i w wysokotemperaturowych systemach broni jądrowej, bez obawy o długotrwałe skażenie radioaktywne terenu.
Szacuje się, że ze względu na brak opadu radioaktywnego jednostki naziemne będą mogły działać na terenach dotkniętych uderzeniami broni nuklearnej w ciągu 48 godzin.
W przypadku użycia nowych rodzajów amunicji do zniszczenia VZSZZ, w tym magazynów broni nuklearnej, chemicznej i biologicznej, promieniowanie neutronowe i gamma powstałe bezpośrednio w momencie wybuchu zostaną niemal całkowicie pochłonięte przez warstwy gleby sąsiadujące z miejscem wybuchu.
Według szacunków ekspertów, aby zniszczyć VZSZZ znajdujący się na głębokości ponad 300 metrów, konieczne będzie wytworzenie amunicji termojądrowej o wydajności około 100 kt i większej.
Zdaniem amerykańskich ekspertów zastosowanie „czystej” amunicji termojądrowej jako głowic bojowych rakiet przeciwbalistycznych powinno także znacząco zwiększyć skuteczność tworzonego narodowego systemu obrony przeciwrakietowej.
Oczekuje się, że taka amunicja będzie miała wystarczająco szerokie możliwości niszczycielskie, aby zagwarantować neutralizację głowic rakiet balistycznych wroga wyposażonych w broń masowego rażenia. Jednocześnie zdetonowanie głowicy rakietowej nad jego terytorium, nawet na małej wysokości, nie doprowadzi do znaczącego skażenia radioaktywnego środowiska.
Nowa struktura amerykańskich sił strategicznych
Rozważmy teraz bardziej szczegółowo zmiany, jakie powinny nastąpić bezpośrednio w strukturze amerykańskiej SNA.
Obecnie amerykańska triada SNA składa się z międzykontynentalnych rakiet balistycznych (ICBM), okrętów podwodnych z rakietami balistycznymi o napędzie atomowym (SSBN) i bombowców strategicznych (SBA), które są uzbrojone w około 6000 „brudnych” głowic nuklearnych (DNW).
Nowa amerykańska strategia nuklearna zakłada utworzenie zamiast jakościowo odmiennej triady strategicznej, w skład której wejdą:
- nuklearna i niejądrowa strategiczna broń ofensywna;
- aktywna i pasywna strategiczna broń obronna;
- zmodernizowaną infrastrukturę wojskową, badawczą i przemysłową.
Wymienione elementy nowej triady muszą zostać połączone w jedną całość poprzez ulepszony system łączności, kontroli, rozpoznania i planowania adaptacyjnego.
Z kolei pierwszy (uderzenia) element nowej triady strategicznej będzie składał się z dwóch małych triad: triady sił „globalnego uderzenia” i starej triady o zmniejszonej sile SNA.
Rozmieszczenie sił „globalnego uderzenia” planowane jest w oparciu o samoloty SBA (w tym część obecnego komponentu lotniczego USA SNA), wielozadaniowe nuklearne okręty podwodne (NPS) i nawodne lotniskowce wystrzeliwanych z morza rakiet manewrujących (SLCM). , a także części międzykontynentalnych rakiet międzykontynentalnych i SLBM z SNA.
Oczekuje się, że siły „globalnego uderzenia” będą uzbrojone w zaawansowaną technologicznie broń, zarówno konwencjonalną, jak i nuklearną („czystą” broń nuklearną).
Istniejąca triada SNA w ramach Układu o ograniczeniu strategicznych potencjałów ofensywnych ulegnie radykalnej redukcji. Do 2012 roku w swoim arsenale będzie znajdować się 1700–2200 operacyjnie rozmieszczonych głowic nuklearnych. Pozostałe głowice nuklearne zostaną przeniesione do rezerwy czynnej lub pasywnej.
Kontrolę operacyjną nad obydwoma komponentami uderzeniowymi nowej triady strategicznej powierzono obecnie Zjednoczonemu Dowództwu Strategicznemu (USC) Sił Zbrojnych USA.
Na podstawie zadań powierzonych Dowództwu Sił Zbrojnych Stanów Zjednoczonych i Połączonym Dowództwu Stanów Zjednoczonych w strefach wysuniętych można założyć, że siły „globalnego uderzenia” zostaną wykorzystane do szybkiego przeprowadzenia uderzeń prewencyjnych na cele strategiczne wroga w dowolnym miejscu na świecie, a także prowadzenie działań bojowych w konfliktach regionalnych.
Siły nuklearne starej triady SNA, które zachowają w swoim arsenale dotychczasowe typy strategicznych głowic nuklearnych, będą w dalszym ciągu realizować zadania strategicznego odstraszania nuklearnego. W przypadku radykalnej zmiany sytuacji militarno-politycznej zostaną one wykorzystane do przeprowadzenia ataków rakietami nuklearnymi „przeciwdziałania” lub „przeciwwartości” na najważniejsze cele strategiczne wroga, za które uważa się przede wszystkim Rosję i Chiny.
Drugi komponent amerykańskiej triady strategicznej również będzie się składał z dwóch komponentów: sił uderzeniowych (aktywnych), których zadaniem jest szybkie niszczenie systemów rakietowych wroga w ich obszarach pozycyjnych, oraz sił obrony przeciwrakietowej do przechwytywania wystrzeliwanych rakiet balistycznych i ich głowic (siły pasywne). .
W 2003 roku Stany Zjednoczone wypowiedziały Traktat w sprawie rakiet przeciwbalistycznych. Ta okoliczność pozwala im rozpocząć nieograniczony rozwój, testowanie i rozmieszczanie systemów przeciwrakietowych dowolnej klasy wraz z rozmieszczeniem ich komponentów zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i za granicą.
Nowa amunicja termojądrowa organicznie „wpisuje się” w plany stworzenia trzeciego elementu amerykańskiej triady strategicznej – zmodernizowanej infrastruktury obronnej.
Zgodnie z planami amerykańskiego kierownictwa ma ona szybko opracować, przetestować, wyprodukować i przyjąć obiecujące systemy ofensywne i defensywne, w tym nuklearne, w odpowiedzi na pojawiające się zagrożenia.
Obecnie w Stanach Zjednoczonych rozmieszczono potężną bazę testową w celu zbadania problemu syntezy termojądrowej w trzech różnych kierunkach. Nie ma wątpliwości, że baza ta będzie wykorzystywana nie tylko do przemysłowego rozwoju energii termojądrowej, ale także do tworzenia nowych ładunków termojądrowych.
A więc w laboratorium Livermore. Lawrence (Kalifornia), do symulacji testów nuklearnych, stworzono najpotężniejszą na świecie laserową instalację termojądrową (LTU) NIF (National Ignition Facility), zdolną do realizacji temperatur i ciśnień obserwowanych w naturze jedynie w centrach gwiazd. Całkowity koszt instalacji szacuje się na 3,3 miliarda dolarów do roku 2008.
Do tych samych celów Narodowe Laboratorium Los Alamos (Nowy Meksyk) i Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych (Baza Sił Powietrznych Kirtland) wspólnie wykorzystują instalację MTF (Magnetized Target Fusion).
W celu badania procesów fizycznych o dużej gęstości energii, Narodowe Laboratorium Sandia (Albuquerque) modernizuje potężny generator impulsów elektrycznych, tak zwany „Zmachine”.
Stworzenie nowych rodzajów broni nuklearnej jest niemożliwe bez testów nuklearnych. Z tego powodu administracja Busha odmówiła ponownego przedłożenia Traktatu o całkowitym zakazie prób jądrowych Senatowi USA w celu ratyfikacji.
Będąc w ten sposób poza ramami prawnymi tego traktatu, Stany Zjednoczone zapewniły sobie możliwość wdrożenia wszelkich programów testów jądrowych w dogodnym dla siebie czasie.
Równolegle z badaniami naukowymi Stany Zjednoczone aktywnie wdrażają działania mające na celu skrócenie okresu gotowości poligonu w Nevadzie do wznowienia podziemnych wybuchów jądrowych z 36 do 12 miesięcy.
Strategia wyprzedzającego uderzenia nuklearnego
W 2005 roku Stany Zjednoczone dokonały ważnych zmian w swojej strategii dotyczącej broni nuklearnej.
Zgodnie z koncepcją „uderzeń wyprzedzających”, lepiej znaną jako „doktryna Busha”, armia amerykańska ma prawo przeprowadzać w czasie pokoju prewencyjne ataki nuklearne przeciwko krajom, które mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa narodowego Stanów Zjednoczonych lub jego sojusznicy.
Należy szczególnie podkreślić, że doktryna ta przewiduje także możliwość zwrotu Siłom Powietrznym i Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych (przede wszystkim bojownikom nawodnym i okrętom podwodnym) usuniętych w 1991 roku nośników taktycznej broni nuklearnej.
Należy dodać, że Stany Zjednoczone prawie kończą rozmieszczanie systemu uderzenia strategicznego opartego na nuklearnych okrętach podwodnych klasy Ohio (SSGN) wyposażonych w rakiety manewrujące Block IV Tomahawk, które stanowią optymalny sposób dostarczania nowej broni nuklearnej do celów.
Pod względem taktycznym i technicznym Tomahawk Block IV SLCM jest najbardziej zaawansowanym pociskiem manewrującym tej klasy. Jego maksymalny zasięg lotu wynosi już 2800 km. Pocisk może przebywać w docelowym obszarze przez 2 godziny w celu jego poszukiwania lub przeprowadzenia dodatkowego rozpoznania. Dzięki wyposażeniu SLCM w satelitarny kanał łączności możliwe jest także ponowne namierzenie rakiety w locie.
Każdy SSGN klasy Ohio może pomieścić do 154 SLCM.
W 2006 roku Wielka Brytania (w ślad za Stanami Zjednoczonymi) rozpoczęła radykalną rewizję swojej doktryny odstraszania nuklearnego.
Obecnie bazę strategicznych sił nuklearnych Wielkiej Brytanii stanowią cztery okręty podwodne przenoszące rakiety klasy Vanguard, z których każdy jest wyposażony w 16 rakiet balistycznych Trident 2 z wieloma głowicami bojowymi. Obecne strategiczne siły nuklearne Wielkiej Brytanii wydają się być przestarzałym modelem przeciwdziałania współczesnemu zagrożeniu nuklearnemu i bardziej niż obecnie odpowiadają realiom zimnej wojny. Alternatywą dla istniejącego systemu Vanguard byłby system uzbrojenia instalowany na okrętach podwodnych wyposażonych w nuklearne rakiety manewrujące. Szczególnie podkreśla się, że w interesie przestrzegania Układu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej głowice do rakiet manewrujących muszą być samodzielnie opracowywane przez Wielką Brytanię, a nie pozyskiwane od Stanów Zjednoczonych.
Wielka Brytania rozpoczęła już konwersję swoich wielozadaniowych atomowych okrętów podwodnych na lotniskowce Tomahawk SLCM w modyfikacji Block IV.
Atomowy okręt podwodny Trafalgar stał się pierwszą łodzią brytyjskiej marynarki wojennej zdolną do wystrzelenia tych rakiet. Łódź została wyposażona w najnowszy system kierowania ogniem Tomahawk SLCM (TTWCS), opracowany przez amerykańską firmę Lockheed Martin, oraz system dwukierunkowej komunikacji satelitarnej TSN (Tomahawk Strike Network), przeznaczony do ponownego namierzania SLCM tej modyfikacji w locie.
Przedstawiona wersja rozwoju strategicznych sił nuklearnych Wielkiej Brytanii nie jest czymś nowym. Jeszcze w połowie lat 70. Brytyjskie Ministerstwo Obrony zbadało kwestię przyjęcia do służby uzbrojonych w broń nuklearną amerykańskich samolotów SLCM klasy Tomahawk w swoich strategicznych siłach nuklearnych. Jednak w 1979 roku z wielu powodów rząd brytyjski porzucił tę opcję na rzecz obecnych SSBN klasy Vanguard z SLBM Trident2.
Równolegle z rozwojem nowej doktryny odstraszania nuklearnego Wielka Brytania realizuje szereg programów rozwoju infrastruktury nuklearnej, która może być niezbędna do stworzenia broni nuklearnej przeznaczonej na wyposażenie nowego komponentu brytyjskich strategicznych sił nuklearnych.
Jednocześnie Wielka Brytania (podobnie jak USA) koncentruje swoje wysiłki na stworzeniu bazy badawczej mającej na celu badanie problemu syntezy termojądrowej. W związku z tym oczekuje się, że w ślad za Stanami Zjednoczonymi „czysta” amunicja termojądrowa wkrótce pojawi się w arsenale zaktualizowanych brytyjskich strategicznych sił nuklearnych.
Latem 2005 roku na posiedzeniu Komisji Specjalnej ds. Obrony Izby Gmin brytyjskiego parlamentu ogłoszono rozbudowę brytyjskiego centrum badań nad bronią nuklearną. W mieście Aldermaston (Berkshire) rozpoczęła się budowa LTU, kosztująca około miliarda funtów szterlingów i zapowiada się, że do 2008 roku w tym centrum będzie dodatkowo zatrudnionych ponad 1 tysiąc specjalistów.
Według doniesień prasowych, po uruchomieniu nowy Orion LTU powinien zapewnić odtworzenie procesów fizycznych zachodzących w warunkach reakcji jądrowej. W ramach Traktatu o całkowitym zakazie prób jądrowych, którego Wielka Brytania jest stroną, LTU będzie także wykorzystywane do testowania elementów opracowywanej broni jądrowej.
Można zatem przypuszczać, że w najbliższej przyszłości Wielka Brytania skoncentruje się na utworzeniu nowej strategicznej „diady” nuklearnej, która składać się będzie z czterech SSBN klasy Vanguard z SLBM Trident2 i kilku SSGN klasy Trafalgar wyposażonych w SLCM Tomahawk. czystą” amunicję termojądrową.
Pociski SSBN klasy Vanguard będą na wyposażeniu zmodernizowanych brytyjskich strategicznych sił nuklearnych co najmniej do lat 2020–2025, kiedy wygaśnie żywotność rakiet balistycznych Trident2.
Szacuje się, że Wielka Brytania mogłaby wydać około 20 miliardów funtów na utworzenie nowej strategicznej „diady”.
Podsumowując, należy zwrócić uwagę na jedną ważną okoliczność. W przypadku pomyślnego opracowania nowej generacji broni nuklearnej Stany Zjednoczone i Wielka Brytania uzyskają znaczną przewagę wojskowo-techniczną w dziedzinie broni strategicznej. Obecna „brudna” strategiczna broń nuklearna w zasadzie staje się dla nich niepotrzebna.
W związku z tym należy być przygotowanym na to, że Stany Zjednoczone i Wielka Brytania, opierając się na tezie o zagrożeniu cywilizacji światowej ze strony „brudnej” broni nuklearnej, mogą wystąpić z inicjatywą jej powszechnego zakazu. Jednocześnie w arsenale krajów nuklearnych powinna pozostać wyłącznie „czysta” broń termojądrowa, dla której ~99% energii powinno zostać uwolnione w reakcjach termojądrowych.
Oczywiste jest, że amunicja termojądrowa, która obecnie stanowi podstawę broni strategicznej mocarstw nuklearnych, nie spełni tak wysokich wymagań.
Tym samym, wykorzystując kontrolowane organizacje międzynarodowe, USA i Wielka Brytania mogą stanowić swego rodzaju barierę naukową i techniczną dla reszty uczestników klubu nuklearnego. Może to oznaczać na przykład zobowiązania międzynarodowe dotyczące opracowania i przyjęcia wyłącznie głowic termojądrowych o aktywności fragmentacyjnej poniżej jednego procenta.
Będzie to wymagało od innych państw nuklearnych pilnego stworzenia potężnej bazy badawczej, produkcyjnej i testowej, co wiąże się z ogromnymi kosztami finansowymi i czasowymi.
Jednocześnie istniejąca rezerwa wojskowo-techniczna w zakresie „czystej” broni termojądrowej pozwoli Stanom Zjednoczonym i Wielkiej Brytanii na zdobycie jednostronnych przewag militarno-politycznych na dość długi czas.
Zatem:
- Stany Zjednoczone i Wielka Brytania aktywnie pracują nad nową generacją broni nuklearnej, której użycie pomoże ograniczyć szkody uboczne. W związku z tym zaczęli radykalnie reformować strukturę i skład swoich strategicznych sił nuklearnych, a także formy i metody bojowego użycia tych sił.
- Nowa broń jądrowa nie jest objęta ramami prawnymi wszystkich istniejących traktatów międzynarodowych dotyczących rozwoju, testowania, rozprzestrzeniania lub stosowania broni jądrowej.
- Przyjęcie broni nuklearnej nowej generacji pozwala znacznie obniżyć próg użycia broni jądrowej i praktycznie wyeliminować różnicę między nią a bronią ogólnego przeznaczenia pod względem użycia bojowego.
- Federacja Rosyjska musi pilnie podjąć odpowiednie środki w celu wzmocnienia swojej wewnętrznej zdolności odstraszania.