Arme cu hidrogen. Cum funcționează o bombă cu hidrogen și care sunt consecințele exploziei? Infografice

La 12 august 1953, prima bombă sovietică cu hidrogen a fost testată la locul de testare de la Semipalatinsk.

Și pe 16 ianuarie 1963, în apogeul Războiului Rece, Nikita Hrușciov a anunțat lumii că Uniunea Sovietică deține noi arme de distrugere în masă în arsenalul său. Cu un an și jumătate mai devreme, cea mai puternică explozie cu hidrogen din lume a avut loc în URSS - o încărcătură cu o capacitate de peste 50 de megatone a fost detonată pe Novaia Zemlya. În multe privințe, această declarație a liderului sovietic a făcut lumea să realizeze amenințarea unei escalade în continuare a cursei înarmărilor nucleare: deja la 5 august 1963, a fost semnat la Moscova un acord care interzicea testele de arme nucleare în atmosferă, în exterior. spațiu și sub apă.

Istoria creației

Posibilitatea teoretică de obținere a energiei prin fuziune termonucleară era cunoscută încă înainte de cel de-al Doilea Război Mondial, dar războiul și cursa înarmărilor ulterioare au pus problema creării unui dispozitiv tehnic pentru crearea practică a acestei reacții. Se știe că în Germania, în 1944, au fost efectuate lucrări pentru inițierea fuziunii termonucleare prin comprimarea combustibilului nuclear folosind încărcături de explozivi convenționali - dar nu au avut succes, deoarece nu a fost posibil să se obțină temperaturile și presiunile necesare. SUA și URSS au dezvoltat arme termonucleare încă din anii '40, testând aproape simultan primele dispozitive termonucleare la începutul anilor '50. În 1952, Statele Unite au explodat o încărcătură cu un randament de 10,4 megatone pe atolul Eniwetak (care este de 450 de ori mai puternică decât bomba aruncată pe Nagasaki), iar în 1953, URSS a testat un dispozitiv cu un randament de 400 de kilotone.

Proiectele primelor dispozitive termonucleare erau prost potrivite pentru utilizarea efectivă în luptă. De exemplu, dispozitivul testat de Statele Unite în 1952 era o structură la sol de înălțimea unei clădiri cu două etaje și cântărind peste 80 de tone. Combustibilul termonuclear lichid a fost depozitat în el folosind o unitate de refrigerare uriașă. Prin urmare, în viitor, producția în serie de arme termonucleare a fost efectuată folosind combustibil solid - deuterură de litiu-6. În 1954, Statele Unite au testat un dispozitiv bazat pe acesta la atolul Bikini, iar în 1955, o nouă bombă termonucleară sovietică a fost testată la locul de testare de la Semipalatinsk. În 1957, în Marea Britanie au fost efectuate teste ale unei bombe cu hidrogen. În octombrie 1961, o bombă termonucleară cu o capacitate de 58 de megatone a fost detonată în URSS pe Novaia Zemlya - cea mai puternică bombă testată vreodată de omenire, care a intrat în istorie sub numele de „Tsar Bomba”.

Dezvoltarea ulterioară a avut ca scop reducerea dimensiunii proiectării bombelor cu hidrogen pentru a asigura livrarea lor către țintă prin rachete balistice. Deja în anii 60, masa dispozitivelor a fost redusă la câteva sute de kilograme, iar până în anii 70, rachetele balistice puteau transporta peste 10 focoase în același timp - acestea sunt rachete cu mai multe focoase, fiecare parte își poate atinge propria țintă. Astăzi, SUA, Rusia și Marea Britanie au arsenale termonucleare; teste de încărcare termonucleară au fost efectuate și în China (în 1967) și în Franța (în 1968).

Principiul de funcționare al unei bombe cu hidrogen

Acțiunea unei bombe cu hidrogen se bazează pe utilizarea energiei eliberate în timpul reacției de fuziune termonucleară a nucleelor ​​ușoare. Este această reacție care are loc în adâncurile stelelor, unde, sub influența temperaturilor ultra-înalte și a presiunii enorme, nucleele de hidrogen se ciocnesc și se contopesc în nuclee mai grele de heliu. În timpul reacției, o parte din masa nucleelor ​​de hidrogen este convertită într-o cantitate mare de energie - datorită acesteia, stelele eliberează în mod constant cantități uriașe de energie. Oamenii de știință au copiat această reacție folosind izotopi de hidrogen deuteriu și tritiu, dându-i numele de „bombă cu hidrogen”. Inițial, izotopii lichizi ai hidrogenului au fost utilizați pentru a produce încărcături, iar mai târziu a fost folosit deuterură de litiu-6, un compus solid de deuteriu și un izotop de litiu.

Deuterura de litiu-6 este componenta principală a bombei cu hidrogen, combustibilul termonuclear. Deja stochează deuteriu, iar izotopul de litiu servește drept materie primă pentru formarea tritiului. Pentru a începe o reacție de fuziune termonucleară, este necesar să se creeze temperaturi și presiuni ridicate, precum și să se separe tritiul de litiu-6. Aceste condiții sunt prevăzute după cum urmează.

Carcasa containerului pentru combustibil termonuclear este realizată din uraniu-238 și plastic, iar lângă container este plasată o încărcătură nucleară convențională cu o putere de câteva kilotone - se numește declanșator sau încărcătură inițiatoare a unei bombe cu hidrogen. În timpul exploziei încărcăturii inițiatoare de plutoniu, sub influența unei puternice radiații cu raze X, învelișul recipientului se transformă în plasmă, comprimându-se de mii de ori, ceea ce creează presiunea ridicată necesară și o temperatură enormă. În același timp, neutronii emiși de plutoniu interacționează cu litiul-6, formând tritiu. Nucleele de deuteriu și tritiu interacționează sub influența temperaturii și presiunii ultra-înalte, ceea ce duce la o explozie termonucleară.

Dacă faceți mai multe straturi de uraniu-238 și litiu-6 deuteridă, atunci fiecare dintre ele își va adăuga propria putere la explozia unei bombe - adică o astfel de „pufă” vă permite să creșteți puterea exploziei aproape nelimitat. . Datorită acestui fapt, o bombă cu hidrogen poate fi făcută din aproape orice putere și va fi mult mai ieftină decât o bombă nucleară convențională de aceeași putere.

Armele nucleare sunt arme de distrugere în masă cu acțiune explozivă, bazate pe utilizarea energiei de fisiune a nucleelor ​​grele ale unor izotopi de uraniu și plutoniu sau în reacții termonucleare de sinteză a nucleelor ​​ușoare de izotopi de hidrogen de deuteriu și tritiu, în altele mai grele, de exemplu, nucleele izotopilor de heliu.

Pot fi echipate cu încărcături nucleare focoase de rachete și torpile, avioane și încărcături de adâncime, obuze de artilerie și mine. Pe baza puterii lor, armele nucleare sunt împărțite în ultra-mici (mai puțin de 1 kt), mici (1-10 kt), medii (10-100 kt), mari (100-1000 kt) și super-mari (mai mult de 1000 kt). În funcție de sarcinile care se rezolvă, este posibil să se utilizeze arme nucleare sub formă de explozii subterane, terestre, aeriene, subacvatice și de suprafață. Caracteristicile efectului distructiv al armelor nucleare asupra populației sunt determinate nu numai de puterea muniției și de tipul exploziei, ci și de tipul dispozitivului nuclear. În funcție de încărcătură, se disting: arme atomice, care au la bază reacția de fisiune; arme termonucleare - atunci când se utilizează o reacție de fuziune; taxe combinate; arme cu neutroni.

Singura substanță fisionabilă găsită în natură în cantități apreciabile este izotopul uraniului cu o masă nucleară de 235 de unități de masă atomică (uraniul-235). Conținutul acestui izotop în uraniu natural este de numai 0,7%. Restul este uraniu-238. Deoarece proprietățile chimice ale izotopilor sunt exact aceleași, separarea uraniului-235 de uraniul natural necesită un proces destul de complex de separare a izotopilor. Rezultatul poate fi uraniu foarte îmbogățit, care conține aproximativ 94% uraniu-235, care este potrivit pentru utilizarea în arme nucleare.

Substanțele fisionabile pot fi produse artificial, iar cea mai puțin dificilă din punct de vedere practic este producția de plutoniu-239, care se formează ca urmare a captării unui neutron de către un nucleu de uraniu-238 (și lanțul ulterioar de radioactiv). dezintegrari ale nucleelor ​​intermediare). Un proces similar poate fi efectuat într-un reactor nuclear care funcționează cu uraniu natural sau ușor îmbogățit. În viitor, plutoniul poate fi separat de combustibilul uzat al reactorului în procesul de reprocesare chimică a combustibilului, care este considerabil mai simplu decât procesul de separare a izotopilor efectuat la producerea uraniului de calitate pentru arme.

Pentru a crea dispozitive explozive nucleare se pot folosi și alte substanțe fisionabile, de exemplu, uraniul-233, obținut prin iradierea toriu-232 într-un reactor nuclear. Cu toate acestea, doar uraniul-235 și plutoniul-239 și-au găsit utilizare practică, în primul rând datorită facilității relative de obținere a acestor materiale.

Posibilitatea utilizării practice a energiei eliberate în timpul fisiunii nucleare se datorează faptului că reacția de fisiune poate avea o natură în lanț, autosusținută. Fiecare eveniment de fisiune produce aproximativ doi neutroni secundari, care, atunci când sunt capturați de nucleele materialului fisionabil, îi pot determina fisiune, ceea ce, la rândul său, duce la formarea și mai multor neutroni. Când sunt create condiții speciale, numărul de neutroni și, prin urmare, evenimentele de fisiune, crește de la o generație la alta.

Primul dispozitiv exploziv nuclear a fost detonat de Statele Unite pe 16 iulie 1945 la Alamogordo, New Mexico. Dispozitivul era o bombă cu plutoniu care folosea o explozie direcționată pentru a crea criticitate. Puterea exploziei a fost de aproximativ 20 kt. În URSS, primul dispozitiv exploziv nuclear similar celui american a explodat pe 29 august 1949.

În armele termonucleare, energia de explozie este generată în timpul reacțiilor de fuziune a nucleelor ​​ușoare precum deuteriu, tritiu, care sunt izotopi ai hidrogenului sau litiului. Astfel de reacții pot avea loc numai la temperaturi foarte ridicate, la care energia cinetică a nucleelor ​​este suficientă pentru a aduce nucleele împreună la o distanță suficient de mică.

Utilizarea reacțiilor de fuziune pentru a crește puterea unei explozii se poate face în diferite moduri. Prima metodă presupune plasarea unui recipient cu deuteriu sau tritiu (sau deuterură de litiu) în interiorul unui dispozitiv nuclear convențional. Temperaturile ridicate care apar în momentul exploziei duc la faptul că nucleele elementelor ușoare intră într-o reacție, datorită căreia se eliberează energie suplimentară. Folosind această metodă, puteți crește semnificativ puterea exploziei. În același timp, puterea unui astfel de dispozitiv exploziv este încă limitată de timpul finit de dispersie a materialului fisionabil.

O altă metodă este crearea dispozitivelor explozive în mai multe etape, în care, datorită unei configurații speciale a dispozitivului exploziv, energia unei sarcini nucleare convenționale (așa-numita sarcină primară) este utilizată pentru a crea temperaturile necesare într-un mod separat. sarcină termonucleară „secundară” localizată, a cărei energie, la rândul ei, poate fi folosită pentru a detona a treia sarcină etc. Primul test al unui astfel de dispozitiv - explozia "Mike" - a fost efectuat în SUA la 1 noiembrie 1952. În URSS, un dispozitiv similar a fost testat pentru prima dată la 22 noiembrie 1955. Puterea unui dispozitiv exploziv proiectat în acest mod poate fi arbitrar de mare. Cea mai puternică explozie nucleară a fost efectuată folosind un dispozitiv exploziv în mai multe etape. Puterea exploziei a fost de 60 Mt și a fost folosită doar o treime din puterea dispozitivului.

Spre deosebire de bombele cu uraniu și plutoniu, materialele bazate pe elemente ușoare nu au o masă critică, ceea ce duce la mari dificultăți în crearea armelor nucleare. Cu toate acestea, în timpul fuziunii termonucleare a deuteriului și tritiului, este eliberată de 4,2 ori mai multă energie decât în ​​timpul fisiunii nucleelor ​​de aceeași masă 2 35U. Prin urmare, o bombă cu hidrogen este o armă mult mai puternică decât una atomică.

Armele termonucleare sunt arme de distrugere în masă, a căror putere distructivă se bazează pe utilizarea energiei reacției de fuziune nucleară a elementelor ușoare în altele mai grele (de exemplu, sinteza unui nucleu de atom de heliu din două nuclee de atomi de deuteriu) . Acest lucru eliberează o cantitate colosală de energie.

Candidații pentru rolul reacțiilor termonucleare aplicabile pentru o bombă cu hidrogen sunt:

La temperaturile atinse în bombele atomice, reacția (1) are loc de 10 ori mai rapid decât reacțiile (2) și (3) combinate. Aceasta explică de ce primele experimente de fuziune au implicat tritiu. Reacțiile (2) și (3), la rândul lor, sunt de zece ori mai rapide decât reacția (4). Mai mult, rata tuturor acestor procese (1-4) crește exponențial cu temperatura. Pe măsură ce temperatura crește, viteza de reacție (4) depășește viteza reacțiilor (2)+(3) combinate. Reacțiile (5) și (6) nu sunt termonucleare. Acestea sunt reacții de fisiune obișnuite care apar atunci când litiul captează un neutron în intervalul de energie dorit. Dar în timpul cursului lor, se eliberează tritiu, care participă și el la proces. Reacția 6 Li+ P necesită un neutron cu o energie de câțiva MeV, 7 Li+ P - neutroni nu mai puțin de 4 MeV. Folosind un amestec de deuteriu-tritiu ușor de aprins, dar scump, este posibilă inițierea unei reacții chiar și la densitatea obișnuită a combustibilului termonuclear, folosind doar căldura dintr-o explozie atomică (504-100 milioane de grade). Tritiul este scump de produs (un ordin de mărime mai scump decât plutoniul pentru arme) și, în plus, se descompune cu T= 12,32 ani. Acest lucru îl face de puțin folos. Ceea ce rămâne este 2 H - deuteriu - un combustibil complet accesibil pentru reacțiile (2) și (h).

Deuteriu pur a fost folosit o singură dată - în timpul testării Ivy Mike(STATELE UNITE ALE AMERICII). Dezavantajul său este că trebuie să fie comprimat foarte puternic sau lichefiat la temperaturi criogenice, ceea ce este nepractic. Problema este rezolvată prin combinarea deuteriului cu litiul în LiD. În acest caz, din cauza fisiunii litiului, se produce o cantitate mare de tritiu pentru reacție (l). Pentru a efectua o reacție de sinteză este necesar: l) să se asigure o viteză mare de reacție (adică temperatură ridicată); 2) menține starea anterioară pentru un timp suficient pentru ca reacția să aibă loc; h) asigură o putere mare de energie, proporțională cu produsul (viteza de reacție) (timpul de reacție).

Ideea de bază a bombei cu hidrogen (Teller-Ulam) se bazează pe faptul că, într-o explozie atomică, 80% din energie este eliberată sub formă de raze X moi și nu sub formă de fragmente de fisiune. Razele X sunt mult mai rapide decât resturile de plutoniu în expansiune (la o viteză de ~100 km/s). Acest lucru le permite să fie folosite pentru a comprima și a aprinde un recipient separat cu combustibil termonuclear (a doua etapă), prin comprimarea acestuia cu radiații, înainte ca sarcina primară în expansiune să o distrugă.

O bombă termonucleară care funcționează pe principiul Teller-Ulam constă din două etape: un declanșator și un recipient cu combustibil termonuclear. Declanșatorul este o mică sarcină nucleară de plutoniu îmbunătățită cu termonucleu, cu un randament de câteva kilotone. Sarcina declanșatorului este de a crea condițiile necesare pentru aprinderea unei reacții termonucleare - temperatură și presiune ridicată.

Orez. 6.

Componentele bombei sunt plasate într-o carcasă cilindrică de împingere sub forma unui cilindru cu o sarcină de tragere atomică ("declanșator") la un capăt. Un container cu combustibil termonuclear este elementul principal al unei bombe. Corpul său este format din 2 × 8 i, o substanță care se descompune sub influența neutronilor rapizi (>1 MeV) eliberați în timpul reacției de fuziune și absoarbe neutroni lenți. Recipientul este acoperit cu un strat de absorbant de neutroni (compus de bor) pentru a preveni încălzirea prematură a combustibilului termonuclear de către fluxul de neutroni de la declanșator, ceea ce poate preveni comprimarea eficientă a acestuia. În interiorul recipientului se află combustibil termonuclear - 6 LiD, și o tijă de plutoniu din ^Pu situată de-a lungul axei recipientului, care joacă rolul unei siguranțe pentru o reacție termonucleară. Declanșatorul și recipientul sunt umplute cu plastic, care conduce radiația de la declanșator la container și sunt plasate într-un corp de oțel al unei bombe. Declanșatorul este separat de cilindrul de combustibil printr-un capac de protecție din uraniu sau tungsten.

După ce încărcătura de lansare explodează, razele X emise din regiunea de reacție de fisiune se răspândesc în umplutura de plastic. Principalele componente ale plasticului sunt atomii de carbon și hidrogen, care sunt complet ionizați și devin complet transparenți la razele X. Un ecran de uraniu între declanșator și capsula de combustibil, precum și corpul capsulei în sine, previne încălzirea prematură a deuteridei de litiu. Echilibrul termic se stabilește extrem de rapid, astfel încât temperatura și densitatea de energie rămân constante pe întreaga cale de propagare a radiației.

Când un declanșator explodează, 80% din energia eliberată din acesta este cheltuită pe un puls puternic de radiație moale de raze X, care este absorbită de carcasa celui de-al doilea stadiu. Ca urmare a încălzirii puternice a învelișului de uraniu, masa este transportată (ablația) a substanței învelișului și apare împingerea jetului, care, împreună cu presiunea ușoară, comprimă a doua etapă. Fenomenul de antrenare, ca un jet de foc al unui motor de rachetă direcționat în capsulă, dezvoltă o presiune enormă asupra combustibilului termonuclear, determinând compresia lui progresivă (diametrul capsulei scade de 30 de ori, densitatea materialului crește de 1000 de ori). ). Combustibilul de fuziune este încălzit la temperaturi suficiente pentru a iniția o reacție de fuziune. Tija de plutoniu intră într-o stare supercritică și începe o reacție nucleară în interiorul recipientului. Neutronii emiși de tija de plutoniu care arde interacționează cu 6 Li, rezultând tritiu, care reacționează cu deuteriul. Ablația - îndepărtarea masei de pe suprafața unui corp solid printr-un flux de gaze fierbinți care curge în jurul acestei suprafețe. Ablația are loc ca urmare a eroziunii, topirii, sublimării.

Neutronii rapizi, care sunt disponibili în exces în timpul declanșării fisiunii, sunt încetiniți de deuterură de litiu la viteze termice și încep o reacție în lanț în tijă la fel de repede cu cât aceasta intră într-o stare supercritică. Explozia sa, acționând ca o bujie, crește presiunea și temperatura în centrul capsulei, făcându-l suficient pentru a aprinde o reacție termonucleară. Apoi, reacția de combustie auto-susținută se deplasează în regiunile exterioare ale capsulei de combustibil.

Corpul capsulei împiedică radiația termică să scape dincolo de limitele sale, crescând semnificativ eficiența arderii. Temperaturile care apar în timpul reacției termonucleare ajung până la 8 K. Pentru funcționarea acestei scheme, condițiile de simetrie a sarcinii și respectarea strictă a condițiilor de implozie efectivă a fasciculului sunt extrem de importante.

Dacă învelișul containerului a fost făcut din uraniu natural, atunci neutronii rapizi generați ca urmare a reacției de fuziune provoacă reacții de fisiune de 2 ^ 8 atomi U în el, adăugând energia lor la energia totală a exploziei. În mod similar, se creează o explozie termonucleară de putere practic nelimitată, deoarece în spatele carcasei pot exista alte straturi de deuterură de litiu și straturi 2, 8 și (puf).

Circuitul Teller-Ulam în două trepte vă permite să creați încărcări la fel de puternice pe cât este suficientă puterea de declanșare pentru a comprima ultra-rapid o cantitate mare de combustibil. Pentru a crește și mai mult cantitatea de încărcare, energia celei de-a doua etape poate fi utilizată pentru a o comprima pe a treia. În general, în fiecare etapă a unor astfel de dispozitive, este posibilă amplificarea puterii de -100 de ori.

Munițiile termonucleare există atât sub formă de bombe de avioane (bombe cu hidrogen sau termonucleare), cât și sub formă de focoase pentru rachete balistice și de croazieră.

La sfârșitul anilor 30 ai secolului trecut, legile fisiunii și dezintegrarii erau deja descoperite în Europa, iar bomba cu hidrogen a trecut din categoria ficțiunii în realitate. Istoria dezvoltării energiei nucleare este interesantă și încă reprezintă o competiție incitantă între potențialul științific al țărilor: Germania nazistă, URSS și SUA. Cea mai puternică bombă, pe care orice stat a visat să o dețină, nu era doar o armă, ci și un instrument politic puternic. Țara care o avea în arsenalul său a devenit de fapt omnipotentă și și-a putut dicta propriile reguli.

Bomba cu hidrogen are propria sa istorie de creație, care se bazează pe legi fizice și anume procesul termonuclear. Inițial, a fost numit incorect atomic, iar analfabetismul a fost de vină. Omul de știință Bethe, care mai târziu a devenit câștigător al Premiului Nobel, a lucrat la o sursă artificială de energie - fisiunea uraniului. Acest moment a fost apogeul activității științifice a multor fizicieni, iar printre aceștia a existat opinia că secretele științifice nu ar trebui să existe deloc, deoarece legile științei erau inițial internaționale.

Teoretic, bomba cu hidrogen fusese inventată, dar acum, cu ajutorul designerilor, trebuia să dobândească forme tehnice. Tot ce a rămas a fost să-l împachetăm într-o carcasă specifică și să-l testăm pentru putere. Există doi oameni de știință ale căror nume vor fi pentru totdeauna asociate cu crearea acestei arme puternice: în SUA este Edward Teller, iar în URSS este Andrei Saharov.

În Statele Unite, un fizician a început să studieze problema termonucleară încă din 1942. Din ordinul lui Harry Truman, pe atunci președintele Statelor Unite, cei mai buni oameni de știință din țară au lucrat la această problemă, au creat o armă de distrugere fundamental nouă. Mai mult, ordinul guvernului era pentru o bombă cu o capacitate de cel puțin un milion de tone de TNT. Bomba cu hidrogen a fost creată de Teller și a arătat umanității din Hiroshima și Nagasaki capacitățile ei nelimitate, dar distructive.

Pe Hiroshima a fost aruncată o bombă care cântărea 4,5 tone și conținea 100 kg de uraniu. Această explozie a corespuns la aproape 12.500 de tone de TNT. Orașul japonez Nagasaki a fost distrus de o bombă cu plutoniu de aceeași masă, dar echivalentă cu 20.000 de tone de TNT.

Viitorul academician sovietic A. Saharov în 1948, pe baza cercetărilor sale, a prezentat proiectarea unei bombe cu hidrogen sub numele RDS-6. Cercetările sale au urmat două ramuri: prima a fost numită „puf” (RDS-6s), iar caracteristica sa era o sarcină atomică, care era înconjurată de straturi de elemente grele și ușoare. A doua ramură este „țeava” sau (RDS-6t), în care bomba cu plutoniu era conținută în deuteriu lichid. Ulterior, a fost făcută o descoperire foarte importantă, care a demonstrat că direcția „țeavă” este o fundătură.

Principiul de funcționare al unei bombe cu hidrogen este următorul: mai întâi, o sarcină HB explodează în interiorul carcasei, care este inițiatorul unei reacții termonucleare, rezultând o fulgerare de neutroni. În acest caz, procesul este însoțit de eliberarea temperaturii ridicate, care este necesară pentru ca neutronii suplimentari să înceapă să bombardeze inserția de deuterură de litiu și, la rândul său, sub acțiunea directă a neutronilor, se împarte în două elemente: tritiu și heliu. . Siguranța atomică folosită formează componentele necesare pentru ca fuziunea să aibă loc în bomba deja detonată. Acesta este principiul complicat de funcționare al unei bombe cu hidrogen. După această acțiune prealabilă, reacția termonucleară începe direct într-un amestec de deuteriu și tritiu. În acest moment, temperatura din bombă crește din ce în ce mai mult și o cantitate tot mai mare de hidrogen participă la sinteza. Dacă monitorizați timpul acestor reacții, atunci viteza acțiunii lor poate fi caracterizată ca fiind instantanee.

Ulterior, oamenii de știință au început să folosească nu sinteza nucleelor, ci fisiunea lor. Fisiunea unei tone de uraniu creează energie echivalentă cu 18 Mt. Această bombă are o putere enormă. Cea mai puternică bombă creată de omenire a aparținut URSS. A intrat chiar și în Cartea Recordurilor Guinness. Valul său de explozie a fost echivalent cu 57 (aproximativ) megatone de TNT. A fost aruncat în aer în 1961 în zona arhipelagului Novaya Zemlya.

Bomba cu hidrogen (Hydrogen Bomb, HB) este o armă de distrugere în masă cu o putere distructivă incredibilă (puterea sa este estimată la megatone de TNT). Principiul de funcționare al bombei și structura acesteia se bazează pe utilizarea energiei fuziunii termonucleare a nucleelor ​​de hidrogen. Procesele care au loc în timpul exploziei sunt similare cu cele care au loc pe stele (inclusiv Soarele). Primul test al unui VB potrivit pentru transportul pe distanțe lungi (proiectat de A.D. Saharov) a fost efectuat în Uniunea Sovietică la un loc de testare lângă Semipalatinsk.

Reacția termonucleară

Soarele conține rezerve uriașe de hidrogen, care se află sub influența constantă a presiunii și temperaturii ultra-înalte (aproximativ 15 milioane de grade Kelvin). La o astfel de densitate și temperatură a plasmei extreme, nucleele atomilor de hidrogen se ciocnesc aleatoriu unul cu celălalt. Rezultatul coliziunilor este fuziunea nucleelor ​​și, în consecință, formarea nucleelor ​​unui element mai greu - heliu. Reacțiile de acest tip se numesc fuziune termonucleară; ele sunt caracterizate prin eliberarea de cantități colosale de energie.

Legile fizicii explică eliberarea de energie în timpul unei reacții termonucleare astfel: o parte din masa nucleelor ​​ușoare implicate în formarea elementelor mai grele rămâne neutilizată și este transformată în energie pură în cantități colosale. De aceea, corpul nostru ceresc pierde aproximativ 4 milioane de tone de materie pe secundă, eliberând în același timp un flux continuu de energie în spațiul cosmic.

Izotopi ai hidrogenului

Cel mai simplu dintre toți atomii existenți este atomul de hidrogen. Este format dintr-un singur proton, care formează nucleul, și un singur electron care orbitează în jurul lui. Ca urmare a studiilor științifice ale apei (H2O), s-a constatat că aceasta conține așa-numita apă „grea” în cantități mici. Conține izotopi „grei” ai hidrogenului (2H sau deuteriu), ale căror nuclee, pe lângă un proton, conțin și un neutron (o particulă apropiată ca masă de un proton, dar lipsită de sarcină).

Știința cunoaște și tritiul, al treilea izotop al hidrogenului, al cărui nucleu conține 1 proton și 2 neutroni. Tritiul se caracterizează prin instabilitate și dezintegrare spontană constantă cu eliberarea de energie (radiații), ducând la formarea unui izotop de heliu. Urme de tritiu se găsesc în straturile superioare ale atmosferei Pământului: acolo, sub influența razelor cosmice, moleculele de gaze care formează aer suferă modificări similare. Tritiul poate fi produs și într-un reactor nuclear prin iradierea izotopului de litiu-6 cu un flux puternic de neutroni.

Dezvoltarea și primele teste ale bombei cu hidrogen

În urma unei analize teoretice amănunțite, experții din URSS și SUA au ajuns la concluzia că un amestec de deuteriu și tritiu face cea mai ușoară lansarea unei reacții de fuziune termonucleară. Înarmați cu aceste cunoștințe, oamenii de știință din Statele Unite în anii 50 ai secolului trecut au început să creeze o bombă cu hidrogen.Și deja în primăvara anului 1951, un test de testare a fost efectuat la locul de testare Enewetak (un atol din Oceanul Pacific), dar apoi s-a realizat doar fuziunea termonucleară parțială.

A trecut puțin mai mult de un an, iar în noiembrie 1952 a fost efectuat al doilea test al unei bombe cu hidrogen cu un randament de aproximativ 10 Mt de TNT. Cu toate acestea, acea explozie cu greu poate fi numită o explozie a unei bombe termonucleare în sensul modern: de fapt, dispozitivul era un container mare (de dimensiunea unei clădiri cu trei etaje) umplut cu deuteriu lichid.

Rusia a preluat, de asemenea, sarcina de a îmbunătăți armele atomice și prima bombă cu hidrogen a proiectului A.D. Saharov a fost testat la locul de testare Semipalatinsk pe 12 august 1953. RDS-6 (acest tip de armă de distrugere în masă a fost poreclit „puful lui Saharov”, deoarece designul său implica plasarea secvențială a straturilor de deuteriu din jurul încărcăturii inițiatoare) avea o putere de 10 Mt. Cu toate acestea, spre deosebire de „casa cu trei etaje” americană, bomba sovietică era compactă și putea fi livrată rapid la locul de lansare de pe teritoriul inamic pe un bombardier strategic.

Acceptând provocarea, în martie 1954, Statele Unite au explodat o bombă aeriană mai puternică (15 Mt) la un loc de testare de pe atolul Bikini (Oceanul Pacific). Testul a provocat eliberarea în atmosferă a unei cantități mari de substanțe radioactive, dintre care unele au căzut în precipitații la sute de kilometri de epicentrul exploziei. Nava japoneză „Lucky Dragon” și instrumentele instalate pe insula Rogelap au înregistrat o creștere bruscă a radiațiilor.

Deoarece procesele care au loc în timpul detonării unei bombe cu hidrogen produc heliu stabil și inofensiv, era de așteptat ca emisiile radioactive să nu depășească nivelul de contaminare de la un detonator de fuziune atomică. Dar calculele și măsurătorile precipitațiilor radioactive reale au variat foarte mult, atât ca cantitate, cât și ca compoziție. Prin urmare, conducerea SUA a decis să suspende temporar proiectarea acestei arme până când impactul acesteia asupra mediului și asupra oamenilor va fi studiat pe deplin.

Video: teste în URSS

Tsar Bomba - bombă termonucleară a URSS

URSS a marcat punctul final în lanțul producției de bombe cu hidrogen când, la 30 octombrie 1961, o „bombă țarului” de 50 de megatone (cea mai mare din istorie) a fost testată pe Novaia Zemlya - rezultatul multor ani de muncă a lui A.D. grupul de cercetare al lui. Saharov. Explozia a avut loc la o altitudine de 4 kilometri, iar unda de șoc a fost înregistrată de trei ori de instrumente de pe tot globul. În ciuda faptului că testul nu a evidențiat niciun eșec, bomba nu a intrat niciodată în funcțiune. Dar însuși faptul că sovieticii dețineau astfel de arme a făcut o impresie de neșters asupra întregii lumi, iar Statele Unite au încetat să acumuleze tonajul arsenalului său nuclear. Rusia, la rândul său, a decis să renunțe la introducerea focoaselor cu încărcături cu hidrogen în serviciul de luptă.

O bombă cu hidrogen este un dispozitiv tehnic complex, a cărui explozie necesită apariția secvențială a unui număr de procese.

În primul rând, sarcina inițiatoare situată în interiorul carcasei VB (bombă atomică în miniatură) detonează, rezultând o eliberare puternică de neutroni și crearea temperaturii ridicate necesare pentru a începe fuziunea termonucleară în sarcina principală. Începe bombardarea masivă cu neutroni a inserției de deuterură de litiu (obținută prin combinarea deuteriului cu izotopul litiu-6).

Sub influența neutronilor, litiul-6 se împarte în tritiu și heliu. Siguranța atomică în acest caz devine o sursă de materiale necesare pentru ca fuziunea termonucleară să aibă loc în bomba detonată însăși.

Un amestec de tritiu și deuteriu declanșează o reacție termonucleară, determinând creșterea rapidă a temperaturii din interiorul bombei și tot mai mult hidrogen este implicat în proces.
Principiul de funcționare al unei bombe cu hidrogen implică apariția ultra-rapidă a acestor procese (dispozitivul de încărcare și dispunerea elementelor principale contribuie la aceasta), care pentru observator par instantanee.

Superbombă: fisiune, fuziune, fisiune

Secvența proceselor descrise mai sus se termină după începerea reacției deuteriului cu tritiu. Apoi, s-a decis să se folosească fisiunea nucleară mai degrabă decât fuziunea celor mai grele. După fuziunea nucleelor ​​de tritiu și deuteriu, se eliberează heliu liber și neutroni rapizi, a căror energie este suficientă pentru a iniția fisiunea nucleelor ​​de uraniu-238. Neutronii rapizi sunt capabili să despartă atomii din învelișul de uraniu al unei superbombe. Fisiunea unei tone de uraniu generează energie de aproximativ 18 Mt. În acest caz, energia este cheltuită nu numai pentru a crea un val de explozie și pentru a elibera o cantitate colosală de căldură. Fiecare atom de uraniu se descompune în două „fragmente” radioactive. Se formează un întreg „buchet” de diferite elemente chimice (până la 36) și aproximativ două sute de izotopi radioactivi. Tocmai din acest motiv se formează numeroase precipitații radioactive, înregistrate la sute de kilometri de epicentrul exploziei.

După căderea Cortinei de Fier, a devenit cunoscut faptul că URSS plănuia să dezvolte o „bombă țarului” cu o capacitate de 100 Mt. Datorită faptului că la acel moment nu exista nicio aeronavă capabilă să transporte o încărcătură atât de masivă, ideea a fost abandonată în favoarea unei bombe de 50 Mt.

Consecințele exploziei unei bombe cu hidrogen

Unda de soc

Explozia unei bombe cu hidrogen implică distrugeri și consecințe pe scară largă, iar impactul primar (evident, direct) este triplu. Cel mai evident dintre toate impacturile directe este unda de șoc de intensitate ultra-înalta. Capacitatea sa distructivă scade odată cu distanța de la epicentrul exploziei și depinde, de asemenea, de puterea bombei în sine și de înălțimea la care a detonat încărcătura.

Efect termic

Efectul impactului termic al unei explozii depinde de aceiași factori ca și puterea undei de șoc. Dar la ei se adaugă încă un lucru - gradul de transparență al maselor de aer. Ceața sau chiar înnorarea ușoară reduc drastic raza de deteriorare peste care un flash termic poate provoca arsuri grave și pierderea vederii. Explozia unei bombe cu hidrogen (mai mult de 20 Mt) generează o cantitate incredibilă de energie termică, suficientă pentru a topi betonul la o distanță de 5 km, pentru a evapora aproape toată apa dintr-un mic lac la o distanță de 10 km, pentru a distruge personalul inamic. , echipamente si cladiri la aceeasi distanta . În centru se formează o pâlnie cu un diametru de 1-2 km și o adâncime de până la 50 m, acoperită cu un strat gros de masă sticloasă (mai mulți metri de roci cu un conținut ridicat de nisip se topesc aproape instantaneu, transformându-se în sticlă). ).

Conform calculelor bazate pe teste din viața reală, oamenii au șanse de 50% de a supraviețui dacă:

• Sunt amplasate într-un adăpost din beton armat (subteran) la 8 km de epicentrul exploziei (EV);
• Sunt amplasate în clădiri rezidențiale la o distanță de 15 km de EV;
• Se vor găsi într-o zonă deschisă la o distanță de peste 20 km de EV cu vizibilitate slabă (pentru o atmosferă „curată”, distanța minimă în acest caz va fi de 25 km).

Odată cu distanța față de vehiculele electrice, probabilitatea de a supraviețui la persoanele care se află în zone deschise crește brusc. Deci, la o distanță de 32 km va fi 90-95%. O rază de 40-45 km este limita pentru impactul inițial al unei explozii.

Minge de foc

Un alt impact evident al exploziei unei bombe cu hidrogen sunt furtunile de foc auto-susținute (uraganele), formate ca urmare a maselor colosale de material combustibil care au fost atrase în minge de foc. Dar, în ciuda acestui fapt, cea mai periculoasă consecință a exploziei în ceea ce privește impactul va fi contaminarea prin radiații a mediului pe zeci de kilometri în jur.

Cade afară

Mingea de foc care apare după explozie este rapid umplută cu particule radioactive în cantități uriașe (produse ale dezintegrarii nucleelor ​​grele). Dimensiunea particulelor este atât de mică încât, atunci când intră în atmosfera superioară, pot rămâne acolo foarte mult timp. Tot ceea ce ajunge mingea de foc pe suprafața pământului se transformă instantaneu în cenușă și praf, apoi este atras în stâlpul de foc. Vortexurile de flacără amestecă aceste particule cu particule încărcate, formând un amestec periculos de praf radioactiv, procesul de sedimentare a granulelor durează mult timp.

Praful grosier se depune destul de repede, dar praful fin este transportat de curenții de aer pe distanțe mari, căzând treptat din norul nou format. Particulele mari și cele mai încărcate se depun în imediata vecinătate a CE; particulele de cenușă vizibile pentru ochi pot fi încă găsite la sute de kilometri distanță. Ele formează o acoperire mortală, de câțiva centimetri grosime. Oricine se apropie de el riscă să primească o doză serioasă de radiații.

Particulele mai mici și care nu se pot distinge pot „pluti” în atmosferă mulți ani, înconjurând în mod repetat Pământul. Până când cad la suprafață, au pierdut o cantitate destul de mare de radioactivitate. Cel mai periculos este stronțiul-90, care are un timp de înjumătățire de 28 de ani și generează radiații stabile în tot acest timp. Aspectul său este detectat de instrumente din întreaga lume. „Aterizarea” pe iarbă și frunziș, se implică în lanțurile trofice. Din acest motiv, examinările persoanelor aflate la mii de kilometri de locurile de testare relevă stronțiu-90 acumulat în oase. Chiar dacă conținutul său este extrem de scăzut, perspectiva de a fi un „depozit pentru depozitarea deșeurilor radioactive” nu este de bun augur pentru o persoană, ceea ce duce la dezvoltarea unor malignități osoase. În regiunile Rusiei (precum și în alte țări) apropiate locurilor de lansare de testare a bombelor cu hidrogen, se observă în continuare un fond radioactiv crescut, ceea ce demonstrează încă o dată capacitatea acestui tip de arme de a lăsa consecințe semnificative.

Video despre bomba cu hidrogen

Dacă aveți întrebări, lăsați-le în comentariile de sub articol. Noi sau vizitatorii noștri vom fi bucuroși să le răspundem