Термонуклеарна бомба: уређај. Прва термонуклеарна бомба. Тест термонуклеарне бомбе

20. 4. 2019.

Наш чланак је посвећен историји стварања и општим принципима синтезе таквог уређаја као термонуклеарне бомбе, који се понекад назива хидрогенска бомба. Уместо ослобађања енергије експлозије када се раздвајају језгра тешких елемената, као што је уранијум, она га још више генерише спајањем језгара лаких елемената (на пример, изотопа водоника) у један тешки (на пример, хелијум).

Зашто је преферирана нуклеарна фузија?

У термонуклеарној реакцији која се састоји од спајања језгара хемијских елемената који у њему учествују, ствара се много више енергије по јединици масе физичког уређаја него у чистој атомској бомби која спроводи реакцију нуклеарне фисије.

У атомској бомби, фисијско нуклеарно гориво се брзо, под дејством енергије детонације конвенционалних експлозива, комбинира у малом сферичном волумену, гдје настаје његова такозвана критична маса, и почиње реакција фисије. У исто вријеме, многи неутрони који се ослобађају из фисијских језгара узроковат ће фисију других језгара у маси горива, који такођер ослобађају додатне неутроне, што доводи до ланчане реакције. Он покрива не више од 20% горива пре него што бомба експлодира, или можда много мање ако услови нису савршени: тако да је у атомским бомбама Кид пао на Хирошиму и Масни хит Нагасаки, ефикасност (ако је такав термин могућ) само 1,38%, односно 13%.

Фузија (или синтеза) језгра покрива целу масу бомбе и траје све док неутрони не пронађу неизреагирано термонуклеарно гориво. Због тога су маса и експлозивна снага такве бомбе теоретски неограничене. Такво спајање може се теоријски наставити бесконачно. Заиста, термонуклеарна бомба је један од потенцијалних уређаја за судњи дан који може уништити сав људски живот.

Шта је реакција нуклеарне фузије?

Гориво за фузијску реакцију су изотопи водоника деутериј или тритијум. Први се разликује од обичног водика по томе што у њеном језгру, осим једног протона, постоји и неутрон, ау језгру трицијума већ постоје два неутрона. У природној води један атом деутеријума има 7.000 атома водоника, али његове количине. садржане у чаши воде, можете добити као резултат термонуклеарне реакције исту количину топлоте као и при сагоревању 200 литара бензина. На састанку 1946. године са политичарима, оцем Американца хидрогенска бомба Едвард Теллер је нагласио да деутеријум даје више енергије по граму тежине од уранијума или плутонијума, али кошта двадесет центи по граму у поређењу са неколико стотина долара по граму нуклеарног горива. Тритиј у природи уопште се не јавља у слободној држави, тако да је много скупљи од деутеријума, са тржишном ценом од неколико десетина хиљада долара по граму, али се највећа количина енергије ослобађа управо у реакцији фузије језгара деутеријума и тритијума, при чему се формира и ослобађа атом језгра хелија неутрон који одузима 17.59 МеВ вишка енергије

Д + Т → 4 Хе + н + 17,59 МеВ.

Ова реакција је схематски приказана на доњој слици. термонуклеарна бомба Да ли је то пуно или мало? Као што знате, све је релативно. Дакле, енергија од 1 МеВ је око 2,3 милиона пута више од 1 кг уља се ослобађа током изгарања. Сходно томе, фузија само два језгра деутеријума и тритијума ослобађа онолико енергије колико 2.3 2,3 10 6 .5 17,59 = 40,5 6 10 6 кг уља се ослобађа током сагоревања. Али говоримо само о два атома. Можете замислити колико су високи улози били у другој половини четрдесетих година прошлог века, када су почели радови у Сједињеним Државама и СССР-у, што је резултирало термонуклеарном бомбом.

Како је све почело

Већ у лето 1942. године, на почетку пројекта атомске бомбе у САД-у (пројекат Манхетен) и касније у сличном совјетском програму, много пре него што је бомба изграђена на основу фисија уранијумских језгри, пажња неких учесника ових програма привукла је уређај која може користити много снажнију термонуклеарну фузијску реакцију. У Сједињеним Америчким Државама, Едвард Теллер, већ горе споменути, био је присталица овог приступа, па чак и, може се рећи, његовог апологета. У СССР-у, овај правац је развио Андреј Сахаров, будући академик и дисидент.

За Теллера, његова фузија термонуклеарне фузије у годинама стварања атомске бомбе играла је прилично лошу услугу. Као учесник у пројекту на Менхетну, инсистирао је на преусмјеравању средстава за имплементацију властитих идеја, чија је сврха била водик и термонуклеарна бомба, што управа није вољела и узроковала напетост у односу. Пошто у то време није подржан термонуклеарни правац истраживања, након стварања атомске бомбе, Телер је напустио пројекат и ангажовао се у настави, као и на истраживању елементарних честица.

Међутим, избијање Хладног рата и, пре свега, стварање и успешно тестирање совјетске атомске бомбе 1949. године, за жестоку антикомунистичку Теллер-у постала је нова шанса да оствари своје научне идеје. Вратио се у лабораторију у Лос Аламосу, гдје је створена атомска бомба, и заједно са Станиславом Уламом и Цорнелиусом Евереттом наставља с прорачунима.

Принцип термонуклеарне бомбе

Да би реакција нуклеарне фузије почела, морате одмах загријати пуњење бомбе на температуру од 50 милиона степени. Шема термонуклеарне бомбе коју је предложила Телер користи за ову експлозију мале атомске бомбе, која се налази унутар резервоара водоника. Може се тврдити да су у развоју њеног пројекта у четрдесетим годинама прошлог века постојале три генерације:

  • варијанта која је позната као „класични супер“;
  • сложенији, али и реалнији дизајн из неколико концентричних сфера;
  • Коначна верзија Теллер-Улам дизајна, која је основа свих тренутно оперативних термонуклеарних система наоружања.

Прошле су сличне термо-нуклеарне бомбе у СССР-у, са Андрејем Сакхаровим на почетку њиховог стварања. Очигледно, он је потпуно самостално и независно од Американаца (што није случај са совјетском атомском бомбом насталом заједничким напорима научника и обавештајних официра који су радили у САД) прошао све горе наведене фазе пројектовања.

Прве две генерације поседовале су својство да су имале низ "спојених слојева", од којих је сваки ојачао неки аспект претходног, ау неким случајевима је успостављена и повратна информација. Није постојало јасно раздвајање између примарне атомске бомбе и секундарне термонуклеарне. Насупрот томе, Телер-Уламова развојна термонуклеарна бомба нагло разликује примарну експлозију, секундарну, и ако је потребно, додатну.

Уређај термонуклеарне бомбе по принципу Теллер-Улам

Многи његови детаљи су и даље класификовани, али постоји довољно уверење да сва термонуклеарна оружја која су тренутно доступна користе уређај који су направили Едвард Теллерос и Станислав Улам у којем се атомска бомба (тј. Примарно пуњење) користи за генерисање зрачења, као прототип компримира и загрева термонуклеарно гориво. Андреј Сахаров у Совјетском Савезу, изгледа, независно је дошао на сличан концепт, који је назвао "трећом идејом".

Уређај термонуклеарне бомбе у овој варијанти је схематски приказан на доњој слици. шема термонуклеарне бомбе Имао је цилиндрични облик, са грубо сферном примарном атомском бомбом на једном крају. Секундарни термонуклеарни набој у првим, још неиндустријским узорцима, био је из течног деутеријума, нешто касније постао је чврст из хемијског једињења званог литијум деутерид.

Чињеница је да се у индустрији литиј хидрид ЛиХ већ дуго користи за не-балонске транспорте водоника. Развијачи бомбе (ова идеја је први пут коришћена у СССР-у) једноставно су предложили да се изотоп деутериј уместо обичног водика обједини са литијумом, јер је много лакше извршити бомбу са солидним термонуклеарним набојем.

Облик секундарног набоја био је цилиндар постављен у посуду са оловном (или уранијумском) љуском. Између пуњења је штит неутронске заштите. Простор између зидова контејнера са термонуклеарним горивом и бомбе испуњен је специјалном пластиком, по правилу, са експандираним полистиреном. Сама бомба је направљена од челика или алуминијума.

Ови обрасци су се промијенили у новијим нацртима, као што је приказано на слици испод. уређај за термонуклеарну бомбу У њој се примарни набој сравни, као лубеница или лопта у америчком фудбалу, а секундарни набој је сферичан. Такви облици се много ефикасније уклапају у унутрашњу запремину конусних ракетних бојевих глава.

Секвенца термонуклеарне експлозије

Када примарна атомска бомба детонира, у првим тренуцима овог процеса моћна Кс-зраке (неутронски флукс), који је делимично блокиран заштитом неутрона, и рефлектује се од унутрашње облоге тела које окружује секундарни набој, тако да рендгенски зраци падају симетрично на њу дуж читаве његове дужине.

У почетним фазама термонуклеарне реакције, неутрони из атомске експлозије се апсорбирају у пластичном пунилу како би се спријечило пребрзо загријавање горива.

Кс-зраци прво изазивају густу пластичну пену која испуњава простор између тела и секундарног набоја, који се брзо претвара у плазму, која загрева и компримира секундарни набој.

Поред тога, Кс-зраке испаравају површину контејнера који окружује секундарни набој. Симетрично испаравајући у односу на тај набој, супстанца спремника добија одређени импулс усмјерен од његове оси, а слојеви секундарног набоја примају импулс усмјерен према оси уређаја према закону очувања момента. Принцип је исти као у ракети, само ако се замисли да ракетно гориво симетрично лети од своје осе, а тело је компримовано према унутра.

Као резултат такве компресије термонуклеарног горива, његова запремина се смањује хиљадама пута, а температура достиже ниво почетка реакције нуклеарне фузије. Експлозија термонуклеарне бомбе. Реакција је праћена формирањем језгара трицијума, које се спајају са језграма деутерија, које су у почетку присутне у саставу секундарног набоја.

Прве секундарне набоје су изграђене око језгра језгра плутонијума, неформално названог "свећа", која је ушла у реакцију нуклеарне фисије, тј., Друга, додатна атомска експлозија је извршена да би се температура још више подигла да би се осигурао почетак нуклеарне фузије. Тренутно се верује да су ефикаснији компресиони системи елиминисали "свећу", што је омогућило даљу минијатуризацију дизајна бомбе.

Оператион Иви

Тако су позвани тестови америчког термонуклеарног оружја на Маршалским острвима 1952. године, током којих је експлодирала прва термонуклеарна бомба. Звао се Иви Мике и изграђен је према типичној Теллер-Улам схеми. Његов секундарни термонуклеарни набој је постављен у цилиндрични контејнер, који је термички изолован Девар са термонуклеарним горивом у облику течног деутеријума, дуж чије оси је прошла "свећа" од 239 плутонијума . Деваро је, са своје стране, био прекривен слојем 238-уранијума тежине преко 5 метричких тона, који је испаравао током експлозије, обезбеђујући симетричну компресију термонуклеарног горива. Контејнер са примарним и секундарним набојем је постављен у челичну кутију ширине 80 инча и дугачку 244 инча са дебљинама 10-12 инча, што је био највећи пример кованог производа до тог времена. Унутрашња површина кућишта била је обложена листовима олова и полиетилена да рефлектује зрачење након експлозије примарног набоја и ствара плазму која загрева секундарни набој. Цијели уређај тежио је 82 тоне. Поглед на уређај непосредно пре експлозије приказан је на слици испод. тест термонуклеарне бомбе

Први тест термонуклеарне бомбе догодио се 31. октобра 1952. Снага експлозије била је 10,4 мегатона. Аттол Ениветок, на којем је произведен, потпуно је уништен. Тренутак експлозије је приказан на слици испод. прва термонуклеарна бомба

СССР даје симетрични одговор

Америчко Термонуклеарно првенство није дуго трајало. Дана 12.08.1953, прва совјетска термонуклеарна бомба РДС-6, развијена под водством Андреја Сакхарова и Иули Кхаритона, тестирана је на полигону Семипалатинск, а из горе наведеног описа је јасно да Американци нису експлодирали бомбу на Ениветоку, радије лабораторијски уређај, гломазан и веома несавршен. Совјетски научници, упркос малом капацитету од само 400 кг, тестирали су потпуно завршену муницију са термонуклеарним горивом у облику чврстог литијум деутерида, а не течног деутеријума, као код Американаца. Иначе, треба напоменути да се у саставу литијум деутерида користи само изотоп 6 Ли (то је због карактеристика пролаза термонуклеарних реакција), ау природи се мијеша са изотопом 7 Ли. Због тога су изграђене специјалне продукције за одвајање изотопа литијума и избор само 6 Ли.

Постизање максималне снаге

Након тога је уследила деценија континуираног трка наоружања током којих је снага термонуклеарне муниције стално расла. Коначно, 30.10.1961. Године, у СССР-у, најмоћнија термонуклеарна бомба која је икада изграђена и тестирана, позната на Западу као царска бомба, дигнута је у ваздух на висини од око 4 км у СССР-у.

Ова тростепена муниција је у ствари развијена као бомба од 101,5 мегатона, али жеља да се смањи радиоактивна контаминација територије приморала је програмере да напусте трећу фазу са капацитетом од 50 мегатона и да смање процијењену снагу уређаја на 51,5 мегатона. Истовремено, 1.5 мегатона је била снага експлозије примарног атомског набоја, а друга термонуклеарна фаза требала је дати још 50. Права снага експлозије била је до 58 мегатона, а изглед бомбе је приказан на слици испод. најмоћнија термонуклеарна бомба

Импликације тога су биле импресивне. Упркос веома значајној висини експлозије од 4000 м, невероватно сјајна ватрена кугла досегла је скоро доњу ивицу Земље, а горња се уздигла до висине преко 4,5 км. Притисак испод тачке прекида био је шест пута већи од вршног притиска у експлозији у Хирошими. Бљесак свјетла био је тако свијетао да је био видљив на удаљености од 1000 километара, упркос облачном времену. Један од учесника теста је видео бљесак кроз тамне наочаре и осјетио ефекте топлинског пулса чак и на удаљености од 270 км. Слика тренутка експлозије је приказана испод. експлозија термонуклеарне бомбе

Показано је да снага термонуклеарног набоја заиста нема ограничења. На крају крајева, било је довољно да се изведе трећи корак, а израчуната снага би била постигнута. Али можете повећати број степеница и даље, јер тежина "Царске бомбе" није била већа од 27 тона. Приказ овог уређаја је приказан на слици испод.

После ових тестова, многим политичарима и војсци у СССР-у и САД-у постало је јасно да је трка нуклеарног наоружања приведена крају и да мора бити заустављена.

Модерна Русија наследила је нуклеарни арсенал СССР-а. Данас, руске термонуклеарне бомбе настављају да служе као средство одвраћања за оне који траже глобалну хегемонију. Надајмо се да ће они одиграти своју улогу само у облику застрашивања и никада неће бити разнесени.

Сунце као фузиони реактор

Добро је познато температура сунца, прецизније, његово језгро, достигавши 15000000 ° К, подржано је континуираним протоком термонуклеарних реакција. Међутим, све што смо могли научити из претходног текста, говори о експлозивној природи таквих процеса. Зашто онда сунце не експлодира као термонуклеарна бомба?

Чињеница је да са огромном количином водоника у саставу соларне масе, која достиже 71%, удео његовог деутеријумског изотопа, чија језгра могу учествовати само у реакцији термонуклеарне фузије, је занемарљив. Чињеница је да су сама језгра деутеријума настала као резултат фузије два језгра водоника, а не само фузије, већ са распадом једног од протона у неутрон, позитрон и неутрино (који се назива и бета распадање), што је риједак догађај. У исто време, формирана језгра деутеријума су прилично равномерно распоређена по запремини соларног језгра. Стога, са својим огромним величинама и масом, појединачни и ретки жаришта термонуклеарних реакција релативно ниске снаге су, као што су, раширени по читавој његовој језгри Сунца. Топлота која се ослобађа током ових реакција очигледно није довољна да одмах изгори сав деутеријум на Сунцу, али је довољно да се загреје на температуру која осигурава живот на Земљи.