Ūdeņraža bumba (ūdeņraža bumba, HB, WB) ir masu iznīcināšanas ierocis, kam ir neticami destruktīva vara (tās jaudu nosaka megatoni TNT ekvivalentā). Bumbas un struktūras shēmas darbības princips ir balstīts uz ūdeņraža kodolu termo-kodolsintēzes enerģijas izmantošanu. Procesi, kas notiek sprādziena laikā, līdzīgi tiem, kas notiek uz zvaigznēm (ieskaitot Sauli). Pirmais WB tests, kas piemērots pārvadāšanai lielos attālumos (A.Saharova projekts), Padomju Savienībā notika vietā, kas atrodas pie Semipalatinskas.
Termomukleāra reakcija
Saulē ir milzīgas ūdeņraža rezerves, kas pastāvīgi ietekmē ultra augsto spiedienu un temperatūru (apmēram 15 miljoni Kelvina). Šādā ārkārtējā blīvumā un plazmas temperatūrā ūdeņraža atomu kodoli nejauši saduras viens ar otru. Sadursmju rezultāts ir kodolsintēze un rezultātā smagāka elementa - hēlija - kodolu veidošanās. Šāda veida reakcijas sauc par termo-kodolsintēzi, tās raksturo milzīgs enerģijas daudzums.
Fizikas likumi izskaidro enerģijas izdalīšanos termo kodolreakcijas laikā šādi: smagāko elementu veidošanā iesaistīto gaismas kodolu masas daļa paliek neizmantota un pārvēršas par tīru enerģiju milzīgos daudzumos. Tāpēc mūsu debess ķermenis zaudē aptuveni 4 miljonus tonnu vielas sekundē, vienlaikus atbrīvojot nepārtrauktu enerģijas plūsmu kosmosā.
Ūdeņraža izotopi
Vienkāršākais no visiem esošajiem atomiem ir ūdeņraža atoms. To veido tikai viens protons, kas veido kodolu, un vienīgais elektrons, kas rotē ap to. Ūdens (H2O) zinātnisko pētījumu rezultātā tika konstatēts, ka tajā ir neliels daudzums tā sauktais „smagais” ūdens. Tā satur „smagus” ūdeņraža izotopus (2H vai deuteriju), kuru kodoli papildus vienam protonam satur arī vienu neitronu (daļiņu, kas tuvu masai protonu, bet bez maksas).
Zinātne zina arī tritiju, trešo ūdeņraža izotopu, kura kodols satur 1 protonu un 2 neitronus uzreiz. Tritiju raksturo nestabilitāte un pastāvīga spontāna sabrukšana ar enerģijas (starojuma) izdalīšanos, kā rezultātā veidojas hēlija izotopu. Tritija pēdas atrodamas Zemes atmosfēras augšējos slāņos: kosmisko staru ietekmē ir tādas gāzes, kas veido gaisu, līdzīgi mainoties. Tritija iegūšana ir iespējama arī kodolreaktorā, apstarojot litija-6 izotopu ar spēcīgu neitronu plūsmu.
Ūdeņraža bumbas izstrāde un pirmie testi
Rūpīgas teorētiskās analīzes rezultātā PSRS un ASV speciālisti secināja, ka deitērija un tritija maisījums atvieglo kodoltermiskās reakcijas reakciju. Bruņoti ar šādām zināšanām zinātnieki no Amerikas Savienotajām Valstīm pagājušā gadsimta 50. gados sāka radīt ūdeņraža bumbu. Un 1951. gada pavasarī Enyvetok vietā (Atoll Klusajā okeānā) tika veikts testa tests, bet pēc tam tika panākta tikai daļēja termo-kodolsintēze.
Nedaudz vairāk nekā gadu pagāja, un 1952. gada novembrī tika veikts otrais ūdeņraža bumbas tests ar jaudu aptuveni 10 Mt TNT. Tomēr šo sprādzienu diez vai var saukt par termālās kodolspēles eksploziju mūsdienu nozīmē: patiesībā ierīce bija liels konteiners (trīsstāvu mājas izmērs), kas piepildīts ar šķidro deitēriju.
Arī Krievijā viņi veica atomu ieroču uzlabošanu un pirmo A.D. Saharovu pārbaudīja 1953. gada 12. augustā Semipalatinskas pārbaudes vietā. RDS-6 (šāda veida masu iznīcināšanas ierocis tika saukts par Saharova „pūšanu”, jo tā shēma nozīmēja, ka deuterija slāņi, kas ieskauj lādiņu-iniciatoru), bija 10 Mt. Tomēr, atšķirībā no amerikāņu “trīsstāvu ēkas”, padomju bumba bija kompakta, un to varēja ātri nogādāt uz ienaidnieka teritorijas uzbrukuma vietu stratēģiskā bumbvedēja vietā.
Ņemot vērā šo problēmu, Amerikas Savienotās Valstis 1954. gada martā Bikini atollā (Klusajā okeānā) izmēģinājuma vietā sprādzēja spēcīgāku gaisa bumbu (15 Mt). Tests bija iemesls daudzu radioaktīvo vielu izplūdei atmosfērā, no kuriem daži nokrita ar nokrišņiem simtiem kilometru attālumā no sprādziena epicentras. Japāņu kuģis "Happy Dragon" un ierīces, kas uzstādītas Rogelap salā, reģistrēja strauju radiācijas pieaugumu.
Tā kā ūdeņraža bumbas detonācijas laikā notikušo procesu rezultātā rodas stabils, drošs hēlijs, tika sagaidīts, ka radioaktīvās emisijas nedrīkst pārsniegt piesārņojuma līmeni no kodoltermiskās kodolsintēzes atomu detonatora. Taču reālā radioaktīvā nokrišņu aprēķini un mērījumi bija ļoti atšķirīgi gan daudzuma, gan sastāva ziņā. Tāpēc ASV vadība pieņēma lēmumu uz laiku apturēt šī ieroča dizainu līdz pilnīgai tās ietekmes uz vidi un cilvēku izpētei.
Video: testi PSRS
Cara bumba - PSRS termoelementa bumba
Tauku punktu ūdeņraža bumbu ķēdes tonnāžā noteica PSRS, kad 1961. gada 30. oktobrī Novaja Zemlijā tika veikts 50 megatonu (lielākais vēsturisks) "cara bumbas" tests - AD grupas ilgtermiņa darba rezultāts. Saharovs. Sprādziens pērkons bija 4 kilometru augstumā, un triecienu viļņi tika reģistrēti trīs reizes pa ierīcēm visā pasaulē. Neskatoties uz to, ka testā netika atklāti neveiksmes, bumba nekad nenonāca. Bet tas, ka padomju varas rīcībā ir šie ieroči, ir radījis neizdzēšamu iespaidu uz visu pasauli, bet Amerikas Savienotajās Valstīs viņi ir pārtraucuši iegūt kodolieroča tonnāžu. Savukārt Krievijā viņi nolēma atteikties no kaujas galviņu ieviešanas ar ūdeņraža apkarošanu.
Ūdeņraža bumbas princips
Ūdeņraža bumba ir vissarežģītākā tehniskā ierīce, kuras eksplozija prasa vairāku procesu secīgu plūsmu.
Pirmkārt, WB korpusa iekšpusē (miniatūras atomu bumba) ir detektora lādiņa detonācija, kas izraisa spēcīgu neitronu izplūdi un augstas temperatūras radīšanu, kas nepieciešama termoelementa kodolsintēzes sākumam galvenajā lādiņā. Sākas masveida neitronu bombardēšana ar litija deuterīda starpliku (ražots, apvienojot deitēriju ar litija-6 izotopu).
Neitronu iedarbībā litija-6 šķeļ tritijā un hēlijā. Šajā gadījumā atomu drošinātājs kļūst par materiālu avotu, kas nepieciešams termo kodoltermiskās sintēzes rašanos sprādzienbumbā.
Tritija un deitērija maisījums izraisa termo kodolreakciju, kā rezultātā strauji palielinās temperatūra bumbas iekšienē, un arvien vairāk ūdeņraža ir iesaistīta procesā.
Ūdeņraža bumbas darbības princips nozīmē šo procesu ultrafastu plūsmu (to veicina lādēšanas ierīce un galveno elementu izkārtojums), kas uzrauga novērotājam.
Superbomb: sadalīšana, sintēze, sadalīšana
Iepriekš aprakstīto procesu secība beidzas pēc deitērija reakcijas sākuma ar tritiju. Turklāt tika nolemts izmantot kodola skaldīšanu, nevis smagāku vielu sintēzi. Pēc tritija un deitērija kodolu saplūšanas atbrīvojas brīvs hēlijs un ātri neitroni, kuriem ir pietiekami daudz enerģijas, lai uzsāktu urāna-238 sadalīšanos. Ātri neitroni var sadalīt atomus no superbombas urāna apvalka. Tonnas urāna sadalīšana rada enerģiju 18 Mt. Šajā gadījumā enerģija tiek tērēta ne tikai domnas viļņa radīšanai un milzīga siltuma daudzuma atbrīvošanai. Katrs urāna atoms nonāk divos radioaktīvos "fragmentos". Veido visu "ķīmisko elementu" (līdz 36) un apmēram divdesmit radioaktīvo izotopu "buķeti". Šī iemesla dēļ rodas daudz radioaktīvo nokrišņu, kas reģistrēti simtiem kilometru attālumā no sprādziena epicentras.
Pēc “dzelzs priekškara” krišanas kļuva zināms, ka PSRS plāno attīstīt „bumbu karali” ar jaudu 100 Mt. Sakarā ar to, ka tajā laikā nebija lidmašīnu, kas varētu pārvadāt tik lielu masu, ideja tika atteikta par labu 50 Mt bumbai.
Ūdeņraža bumbu sprādziena sekas
Šoka vilnis
Ūdeņraža bumbu sprādzienam ir liela apjoma iznīcināšana un sekas, un primārajai (tiešajai, tiešajai) ietekmei ir trīs raksturs. Visredzamākais no visiem tiešajiem efektiem ir ultra-augstas intensitātes trieciena vilnis. Tās destruktīvā spēja samazinās līdz ar sprādziena epicentru, un tā ir atkarīga arī no pašas bumbas spēka un augstuma, kādā lādiņš detonējas.
Siltuma efekts
Karstuma ietekme no sprādziena ir atkarīga no tādiem pašiem faktoriem kā trieciena viļņa spēks. Bet tiem vēl viens ir pievienots - gaisa masu pārredzamības pakāpe. Migla vai pat neliela duļķošanās krasi samazina bojājuma rādiusu, kurā siltuma zibspuldze var izraisīt nopietnus apdegumus un redzes zudumu. Ūdeņraža bumbu sprādziens (virs 20 Mt) rada neticamu siltumenerģijas daudzumu, kas ir pietiekams, lai izkausētu betonu 5 km attālumā, iztvaicējot ūdeni gandrīz visu ūdeni no neliela ezera 10 km attālumā, iznīcinot ienaidnieka ienaidnieka darbaspēku, aprīkojumu un ēkas vienā attālumā . Centrā veidota piltuve ar diametru 1-2 km un 50 m dziļums, kas pārklāts ar biezu stikla masu (vairāki metri iežu ar augstu smilts saturu gandrīz uzreiz izkausē stiklu).
Saskaņā ar faktisko testu laikā iegūtajiem aprēķiniem, cilvēki saņem 50% izredzes dzīvot, ja viņi:
- Tās atrodas betona patversmē (pazemes), 8 km attālumā no sprādziena epicentras (EV);
- Atrodas dzīvojamās ēkās 15 km attālumā no EV;
- Tie būs atvērtajā zonā vairāk nekā 20 km attālumā no EV sliktas redzamības apstākļos (“tīras” atmosfēras gadījumā minimālais attālums šajā gadījumā ir 25 km).
Attālums no EV, dramatiski palielinās varbūtība, ka cilvēki paliks dzīvi atklātā vietā. Tātad, 32 km attālumā, tas būs 90-95%. 40-45 km rādiuss ir sprādziena primārās ietekmes robeža.
Fireball
Vēl viena acīmredzama ūdeņraža bumbas sprādziena ietekme ir pašpietiekami ugunsgrēki (viesuļvētras), kas veidojas ugunsdrošā materiāla milzīgo masu dēļ. Bet, neskatoties uz to, visbīstamākais ar sprādziena ietekmes pakāpi būs vides desmitiem kilometru apkārtējās vides piesārņojums.
Fallout
Ugunsmūris, kas parādījās pēc sprādziena, ātri tiek piepildīts ar radioaktīvām daļiņām lielos daudzumos (smago kodolu sadalīšanās produkti). Daļiņu izmērs ir tik mazs, ka tie, atrodoties augšējā atmosfērā, var tur palikt ļoti ilgi. Viss, ko ugunsgrēks ir sasniedzis uz zemes virsmas, uzreiz pārvēršas par pelniem un putekļiem, un pēc tam ievelk ugunsgrēkā. Liesmas virpuļi sajauc šīs daļiņas ar uzlādētām daļiņām, veidojot bīstamu radioaktīvo putekļu maisījumu, kura granulu nogulsnēšanās ilgst ilgi.
Rupjie putekļi nosēžas diezgan ātri, bet smalki putekļi tiek pārvadāti gaisā lielos attālumos, pakāpeniski nokrītot no jaunizveidotā mākoņa. EV tiešā tuvumā tiek noglabātas lielākās un visvairāk uzlādētās daļiņas, un acs redzamās pelnu daļiņas joprojām var atrast simtiem kilometru attālumā no tā. Tie veido nāvējošu vāku, kas ir vairāku centimetru biezs. Ikviens, kas atrodas tuvu viņam, var iegūt nopietnu radiācijas devu.
Mazākas un neatdalāmas daļiņas atmosfērā var “peldēt” daudzus gadus, daudzkārt liekoties pa Zemi. Līdz brīdim, kad tie nokrīt uz virsmas, tie ir diezgan zaudējuši radioaktivitāti. Visbīstamākais stroncija-90, kura pussabrukšanas periods ir 28 gadi un kas šajā laikā rada stabilu starojumu. Tās izskatu nosaka instrumenti visā pasaulē. "Nolaišanās" uz zāli un zaļumiem, viņš iesaistās pārtikas ķēdēs. Šā iemesla dēļ cilvēki, kuri pārbaudes laikā ir tūkstošiem kilometru attālumā no testa vietām, konstatēja, ka stroncijs-90, kas uzkrāts kaulos. Pat ja tā saturs ir ārkārtīgi mazs, iespēja būt „radioaktīvo atkritumu uzglabāšanas vietai” nav labs priekšstats par personu, kas noved pie ļaundabīgu kaulu audzēju rašanās. Krievijas reģionos (kā arī citās valstīs), kas atrodas netālu no ūdeņraža bumbu izmēģinājumu uzsākšanas vietām, joprojām tiek novērots radioaktīvā fona pieaugums, kas vēlreiz pierāda šāda veida ieroču spēju atstāt būtiskas sekas.
