termonukleära vapen
termonukleärt vapen(det är H-bomb ) - en typ av kärnvapen, vars destruktiva kraft är baserad på användningen av energin från reaktionen från kärnfusion av lätta element till tyngre (till exempel syntesen av en kärna av en heliumatom från två kärnor av deuteriumatomer), i vilka en enorm mängd energi frigörs.
allmän beskrivning
En termonukleär explosiv anordning kan byggas med antingen flytande deuterium eller gasformigt komprimerat deuterium. Men utseendet på termo kärnvapen möjliggjort endast av en mängd olika litiumhydrider - litium-6 deuterid. Detta är en förening av den tunga isotopen av väte - deuterium och isotopen av litium med ett massnummer av 6.
Litium-6-deuterid är ett fast ämne som gör att du kan lagra deuterium (vars normala tillstånd är en gas under normala förhållanden) vid positiva temperaturer, och dessutom är dess andra komponent, litium-6, ett råmaterial för att få ut det mesta knapp isotop av väte - tritium. Egentligen är 6 Li den enda industriella källan till tritium:
Tidig amerikansk termonukleär ammunition använde också naturlig litiumdeuterid, som huvudsakligen innehåller en litiumisotop med masstalet 7. Den fungerar också som en källa till tritium, men för detta måste neutronerna som deltar i reaktionen ha en energi på 10 MeV och högre.
En termonukleär bomb, som fungerar enligt Teller-Ulam-principen, består av två steg: en avtryckare och en behållare med termonukleärt bränsle.
Avtryckaren är ett litet plutonium kärnladdning med termonukleär amplifiering och ett utbyte på flera kiloton. Avtryckarens uppgift är att skapa de nödvändiga förutsättningarna för att tända värmen kärnreaktion- hög temperatur och högt tryck.
Den termonukleära bränslebehållaren är huvudelementet i bomben. Inuti det finns termonukleärt bränsle - litium-6-deuterid - och en plutoniumstav placerad längs behållarens axel, som spelar rollen som en säkring för en termonukleär reaktion. Behållarens skal kan tillverkas både av uran-238, ett ämne som klyvs under påverkan av snabba neutroner (>0,5 MeV) som frigörs under fusionsreaktionen, och från bly. Behållaren är täckt med ett lager neutronabsorbator (borföreningar) för att skydda termonukleärt bränsle från för tidig uppvärmning av neutronflöden efter utlösande explosion. Koaxialavtryckaren och behållaren är fyllda med en speciell plast som leder strålning från avtryckaren till behållaren, och placeras i en bombkropp av stål eller aluminium.
Det är möjligt att det andra steget inte görs i form av en cylinder, utan i form av en sfär. Funktionsprincipen är densamma, men istället för en plutoniumtändningsstav används en ihålig plutoniumsfär, placerad inuti och varvat med lager av litium-6-deuterid. Kärnvapenprovning av bomber med ett sfäriskt andrasteg visade sig vara mer effektivt än bomber med ett cylindriskt andrasteg.
När avtryckaren exploderar frigörs 80 % av energin i form av en kraftfull puls av mjuk röntgenstrålning, som absorberas av det andra stegets skal och plastfyllmedlet, som förvandlas till ett högtemperaturplasma under högt tryck. Som ett resultat av den skarpa uppvärmningen av uran (bly) skalet sker ablation av skalämnet och en jettryck uppstår, som tillsammans med trycket från ljus och plasma komprimerar det andra steget. Samtidigt minskar dess volym flera tusen gånger, och termonukleärt bränsle värms upp till enorma temperaturer. Men trycket och temperaturen är fortfarande otillräckliga för att starta en termonukleär reaktion, skapandet av de nödvändiga förhållandena fullbordar plutoniumstaven, som går in i ett superkritiskt tillstånd - en kärnreaktion börjar inuti behållaren. Neutronerna som emitteras av den brinnande plutoniumstaven interagerar med litium-6, vilket resulterar i tritium, som interagerar med deuterium.
A Stridsspets före explosion; det första steget är överst, det andra steget är längst ner. Båda termokomponenterna atombomb.
B Sprängämnet detonerar det första steget, komprimerar plutoniumkärnan till ett superkritiskt tillstånd och initierar en klyvningskedjereaktion.
C Klyvningsprocessen i det första steget producerar en röntgenpuls som fortplantar sig längs insidan av skalet och penetrerar genom EPS-kärnan.
D Det andra steget komprimeras på grund av ablation (avdunstning) under påverkan av röntgenstrålar, och plutoniumstaven inuti det andra steget går in i ett superkritiskt tillstånd, initierar en kedjereaktion och frigör en enorm mängd värme.
E I den komprimerade och uppvärmda litium-6-deuteriden inträffar en fusionsreaktion, det emitterade neutronflödet är initiatorn till sabotagedelningsreaktionen. Eldklotet expanderar...
Om skalet på behållaren var gjord av naturligt uran, då snabba neutroner, bildad som ett resultat av fusionsreaktionen, orsakar klyvningsreaktioner av uran-238-atomer i den, vilket lägger till deras energi till explosionens totala energi. På liknande sätt skapas en termonukleär explosion med praktiskt taget obegränsad kraft, eftersom andra lager av litiumdeuterid och lager av uran-238 (puff) kan placeras bakom skalet.
Termonukleär ammunitionsanordning
Termonukleär ammunition finns både i form av flygbomber ( väte eller termonukleär bomb ), och stridsspetsar för ballistiska missiler och kryssningsmissiler.
Berättelse
Den största vätebomb som någonsin detonerat är den sovjetiska 50 megaton "Tsar Bomba", som detonerades den 30 oktober 1961 vid testplatsen i Novaja Zemlja-skärgården. Nikita Chrusjtjov skämtade därefter offentligt om att bomben på 100 megaton ursprungligen skulle detoneras, men laddningen reducerades "för att inte krossa alla fönster i Moskva". Strukturellt var bomben verkligen designad för 100 megaton, och denna kraft kunde uppnås genom att ersätta blymanipuleringen med uran. Bomben detonerades på en höjd av 4000 meter över testplatsen. Ny jord». stötvåg Efter explosionen gick den runt jorden tre gånger. Trots ett lyckat test kom bomben inte i tjänst; ändå var skapandet och testandet av superbomben av stor politisk betydelse, vilket visade att Sovjetunionen hade löst problemet med att uppnå praktiskt taget alla nivåer av megatonnage av en kärnvapenarsenal. Det är märkligt att tillväxten av den amerikanska kärnvapenarsenalens megatonnage stannade efter det.
Sovjetunionen
Det första sovjetiska projektet av en termonukleär enhet liknade en lagerkaka och fick därför kodnamnet "Sloyka". Projektet utvecklades 1949 (även innan testningen av den första sovjetiska kärnvapenbomben) av Andrei Sacharov och Vitaly Ginzburg och hade en laddningskonfiguration som skilde sig från det nu kända separata Teller-Ulam-schemat (Engelsk) ryska . I laddningen växlade lager av klyvbart material med lager av fusionsbränsle - litiumdeuterid blandat med tritium ("Sakharovs första idé"). Fusionsladdningen placerad runt fissionsladdningen ökade inte effektivt enhetens totala kraft ( moderna apparater typ "Teller-Ulam" kan ge en multiplikationsfaktor på upp till 30 gånger). Dessutom var områdena för fission och fusionsladdningar varvade med konventionella sprängämnen - initiatorn till den primära fissionsreaktionen, vilket ytterligare ökade den erforderliga massan av konventionella sprängämnen. Den första enheten RDS-6s av typen "Sloyka" testades 1953 och fick namnet i väst "Jo-4" (den första sovjetiska kärnvapenprov fick kodnamn från det amerikanska smeknamnet Joseph (Joseph) Stalin "Farbror Joe"). Explosionens kraft motsvarade 400 kiloton med en verkningsgrad på endast 15-20%. Beräkningar visade att expansionen av oreagerat material förhindrar en ökning av kraften över 750 kiloton.
Efter att USA genomfört Evie Mike-testet i november 1952, vilket bevisade möjligheten att skapa megatonbomber, Sovjetunionen började jobba på ett annat projekt. Som Andrei Sacharov nämnde i sina memoarer, lades den "andra idén" fram av Ginzburg redan i november 1948 och föreslog att man skulle använda litiumdeuterid i bomben, som, när den bestrålas med neutroner, bildar tritium och frigör deuterium.
Snart var utvecklingen av termonukleära vapen i USA riktad mot miniatyrisering av Teller-Ulam-designen, som kunde utrustas med interkontinentala ballistiska missiler (ICBMs/ICBMs) och ubåtsuppskjutna ballistiska missiler (SLBMs/SLBMs). 1960 antogs stridsspetsarna av W47 megatonklass som placerats ut på ubåtar utrustade med Polaris ballistiska missiler. Stridsspetsarna vägde 700 pund (320 kg) och var 18 tum (50 cm) i diameter. Senare tester visade den låga tillförlitligheten hos stridsspetsarna installerade på Polaris-missilerna och behovet av deras förbättringar. I mitten av 70-talet gjorde miniatyriseringen av nya versioner av stridsspetsar enligt Teller-Ulam-schemat det möjligt att placera 10 eller fler stridsspetsar i dimensionerna av stridsspetsen av missiler med flera stridsspetsar (MIRV).
Storbritannien
Spanien, 1966
Den 17 januari 1966 kolliderade ett amerikanskt B-52 bombplan med ett tankfartyg över Spanien och dödade sju människor. Av de fyra termonukleära bomberna som fanns ombord på flygplanet upptäcktes tre omedelbart, en - efter två månaders sökning.
Grönland, 1968
Den 21 januari 1968 kraschade ett B-52-flygplan som lyfte från flygfältet i Plattsburgh (New York) klockan 21:40 CET in i isskalet på North Star Bay (Grönland) femton kilometer från den amerikanska flygvapenbasen Thule. Ombord på flygplanet fanns fyra termonukleära bomber.
Branden bidrog till att hjälpladdningar detonerade i alla fyra atombomberna i tjänst med bombplanen, men ledde inte till en explosion direkt. kärntekniska anordningar, eftersom de inte sattes i beredskap av besättningen. Mer än 700 danska civila och amerikanska militärer arbetade under farliga förhållanden utan personlig skyddsutrustning och avlägsnade radioaktiv kontaminering. 1987 försökte nästan 200 danska arbetare utan framgång stämma USA. Vissa uppgifter har dock släppts av amerikanska myndigheter enligt Freedom of Information Act. Men Kaare Ulbak, chefskonsult för det danska National Institute of Radiation Hygiene, sade att Danmark noggrant hade undersökt hälsan hos arbetarna i Tula och inte hittat några bevis för en ökning av dödsfall eller cancerfrekvens.
Pentagon publicerade information om att alla fyra atomstridsspetsar hittades och förstördes. Men i november 2008, på grund av sekretessperiodens utgång, avslöjades informationen som klassificerats som "hemlig". Dokumenten sa att den kraschade bombplanen bar fyra stridsspetsar, men inom några veckor kunde forskare upptäcka endast 3 stridsspetsar från fragment. I augusti 1968 skickades ubåten Star III till basen för att leta efter en förlorad bomb, serienummer 78252, till havs. Men den har inte hittats hittills. För att undvika panik bland befolkningen släppte USA information om de fyra förstörda bomberna som hittats.
Den ökända amerikanska B61-bomben är en termonukleär bomb, eller som de ännu inte är helt korrekta, utan ofta kallade vätebomber. Dess destruktiva effekt är baserad på användningen av kärnfusionsreaktionen av lätta element till tyngre (till exempel att få en heliumatom från två deuteriumatomer), där en enorm mängd energi frigörs. Teoretiskt är det möjligt att starta en sådan reaktion i flytande deuterium, men det är svårt ur designsynpunkt. Även om de första provsprängningarna på testplatsen genomfördes på detta sätt. Men att få en produkt som kunde levereras till målet med flyg var det bara möjligt tack vare anslutningen tung isotop väte (deuterium) och en isotop av litium med massatalet 6, idag känd som litium-6 deuterid. Förutom de "nukleära" egenskaperna är dess främsta fördel att den är fast och låter dig lagra deuterium vid positiva omgivningstemperaturer. Egentligen var det med tillkomsten av den prisvärda 6Li som det blev möjligt att omsätta den i praktiken i form av ett vapen.
Den amerikanska termonukleära bomben bygger på Teller-Ulam-principen. Med en viss grad av konventionalitet kan det representeras som ett hållbart fodral, inuti vilket finns en initierande utlösare och en behållare med termonukleärt bränsle. Utlösaren, eller enligt vår mening detonatorn, är en liten plutoniumladdning, vars uppgift är att skapa de initiala förutsättningarna för att starta en termonukleär reaktion - hög temperatur och tryck. Den "termonukleära behållaren" innehåller litium-6-deuterid och en plutoniumstav placerad strikt längs den längsgående axeln, som spelar rollen som en säkring för en termonukleär reaktion. Själva behållaren (kan vara gjord av både uran-238 och bly) är belagd med borföreningar för att skydda innehållet från för tidig uppvärmning av neutronflödet från avtryckaren. Noggrannheten i den relativa positionen för avtryckaren och behållaren är extremt viktig, därför, efter montering av produkten, fylls det inre utrymmet med en speciell plast som leder strålning, men samtidigt ger tillförlitlig fixering under lagring och före detonationen skede.
När avtryckaren avfyras frigörs 80 % av dess energi i form av en puls av så kallad mjuk röntgenstrålning, som absorberas av plasten och skalet på den "termonukleära" behållaren. Under processens gång förvandlas båda till högtemperaturplasma, som står under högt tryck, och komprimerar innehållet i behållaren till en volym som är mindre än en tusendel av originalet. Således går plutoniumstaven in i ett superkritiskt tillstånd och blir källan till sin egen kärnreaktion. Förstörelsen av plutoniumkärnor skapar ett neutronflöde, som, i samverkan med litium-6 kärnor, frigör tritium. Det interagerar redan med deuterium och samma fusionsreaktion börjar och frigör explosionens huvudenergi.
Här är ett diagram för dig:
A: Stridsspets före detonation; det första steget är överst, det andra steget är längst ner. Båda komponenterna i en termonukleär bomb.
B: Sprängämnet detonerar det första steget, komprimerar plutoniumkärnan till ett superkritiskt tillstånd och startar en klyvningskedjereaktion.
C: Under klyvningsprocessen i det första steget uppstår en röntgenpuls, som fortplantar sig längs insidan av skalet och tränger igenom EPS-kärnan.
D: Det andra steget krymper på grund av röntgenablation (avdunstning), och plutoniumstaven inuti det andra steget blir superkritisk, startar en kedjereaktion och frigör en enorm mängd värme.
E: En fusionsreaktion inträffar i komprimerad och upphettad litium-6-deuterid, det emitterade neutronflödet är initiatorn tillen. Eldklotet expanderar...
Under tiden smällde det inte, den termonukleära B61 är ett välbekant "bombformat järnstycke" 3,58 meter långt och 33 cm i diameter, bestående av flera delar. I noskonen - styrelektronik. Bakom den finns ett fack med en laddning som ser ut som en helt diskret metallcylinder. Sedan fanns det ett relativt litet elektronikfack och en stjärt med stelt fixerade stabilisatorer innehållande en bromsstabiliserande fallskärm för att bromsa fallhastigheten så att planet som släppte bomben hann ta sig ur sprängzonen.
Förresten, det finns 12 B61-bomber på Ramstein Air Base i Tyskland.
Den totala produktionen av alla modifieringar av B61 är cirka 3155 föremål, varav cirka 150 strategiska bomber är i tjänst, plus cirka 400 icke-strategiska bomber, och cirka 200 fler icke-strategiska bomber lagras i reserv - totalt cirka 750 föremål. Vart tar resten vägen? Ja, de förlorade några av dem – men inte mer än två tusen.
Det visade sig att även bomber rostar. Även nukleära sådana. Även om detta uttryck inte ska tas bokstavligt, är den allmänna innebörden av vad som händer exakt det. Av olika naturliga skäl förlorar komplexa vapen sina ursprungliga egenskaper med tiden i en sådan utsträckning att det finns mycket allvarliga tvivel om deras funktion, om det kommer till det. Tillverkare av kärnstridsspetsar på båda sidor om havet ger samma garantiperiod för sina produkter - vanligtvis 20 år (och mycket sällan upp till 30 år). Eftersom det är osannolikt att vi talar om företags maskopi av monopolister, är det uppenbart att problemet ligger i fysikens lagar.
Det är inte alls för tråkighetens skull som jag i detalj beskrev enheten för den amerikanska taktiska "kärnvapenbatongen" ovan. Utan honom skulle det vara svårt att förstå kärnan i problemet som USA står inför, och som har försökt dölja i åtminstone de senaste 15 åren. Kom ihåg att en bomb består av en "bränsletank" och en plutoniumavtryckare, en tändare. Det finns inga problem med tritium. Litium-6-deuterid är ett fast ämne och är, enligt dess egenskaper, ganska stabilt. Vanliga sprängämnen, som utgör detonationssfären för den ursprungliga triggerinitiatorn, ändrar naturligtvis sina egenskaper med tiden, men att ersätta den skapar inget särskilt problem. Men det finns frågor om plutonium.
Vapenplutonium - det förmultnar. Konstant och ostoppbar. Problemet med stridsförmågan hos "gamla" plutoniumladdningar är att koncentrationen av Plutonium 239 minskar med tiden. På grund av alfasönderfall (kärnorna i Plutonium-239 "förlorar" alfapartiklar, som är kärnorna i heliumatomen), en förorening av uran bildas istället 235. Följaktligen växer kritisk massa. För rent Plutonium är 239 11 kg (10 cm sfär), för uran är det 47 kg (17 cm sfär). Uran-235 sönderfaller också (detta är också fallet med Plutonium-239, även alfasönderfall), förorenar plutoniumsfären med Thorium-231 och Helium. En inblandning av plutonium 241 (och det finns alltid, om än bråkdelar av en procent) med en halveringstid på 14 år, sönderfaller också (i det här fallet pågår beta-sönderfall redan - Plutonium-241 "förlorar" en elektron och en neutrino), vilket ger Americium 241, vilket ytterligare försämrar kritisk prestanda (Americium-241 försämras i alfa till Neptunium-237 och allt det där eller Helium).
När jag pratade om rost så skojade jag inte riktigt. Plutoniumladdningar "blir gamla". Och de kan liksom inte "uppdateras". Ja, teoretiskt sett är det möjligt att ändra designen av initiatorn, smälta 3 gamla bollar, smälta 2 nya från dem ... Genom att öka massan, med hänsyn till nedbrytningen av plutonium. Men "smutsigt" plutonium är opålitligt. Även en förstorad "boll" kanske inte når ett superkritiskt tillstånd när den komprimeras under en explosion ... Och om plötsligt, på grund av något statistiskt infall, ett ökat innehåll av Plutonium-240 bildas i den resulterande kulan (den bildas från 239 av neutroninfångning) - då kan den tvärtom slå direkt på fabriken. Det kritiska värdet är 7% Plutonium-240, vars överskott kan leda till ett elegant formulerat "problem" - "för tidig detonation".
Således kommer vi till slutsatsen att för att uppdatera B61-flottan behöver staterna nya, fräscha plutoniuminitiatorer. Men officiellt stängdes uppfödningsreaktorerna i Amerika redan 1988. Det vill säga, det finns ingenstans att få tag i ny plutonium-239. Vi måste rengöra den gamla från föroreningar - och denna process är inte utan förluster. Amerikanskt plutonium "torkar ut" som shagreen läder.
Dock enligt uppgifterna öppna källor, medan kärnkraftsfyllningen i B61 ännu inte är helt "rutten". I 15–20 år kommer produkten fortfarande att fungera på något sätt – men om installation på maximal kraft du kan glömma. Betyder vad? Så vi måste ta reda på hur samma bomb kan placeras mer exakt.
Om noggrannheten och tillämpningsområdet. Fälttester av B61 av de första modellerna visade att från ett avstånd av 40-45 kilometer föll 67% av produkterna i en cirkel med en radie på cirka 180 meter.
En seriell uppsättning utrustning för att återutrusta en konventionell högexplosiv bomb av GBU-typ av jämförbar storlek och vikt till en högprecisionsbom i USA kostar bara 75 tusen dollar. Det är lätt att gissa att ur detta kits synvinkel finns det ingen grundläggande skillnad mellan en konventionell och en atombomb. Men vet du hur mycket det kommer att kosta att uppgradera B61?
Experter från NNSA förutspår kostnaden för att omarbeta hela den nuvarande B61-ammunitionen till ett belopp av minst 8,1 miljarder dollar till 2024. Detta är om ingenting stiger i pris någonstans vid den tiden, att det finns en helt fantastisk förväntning på amerikanska militärprogram. Om denna budget delas med 600 produkter som är tänkta att uppgraderas, så säger kalkylatorn mig att pengar kommer att behövas åtminstone 13,5 miljoner dollar styck. Känner du storleken på gesheften och skär degen?
Det finns dock en mycket icke-noll sannolikhet att hela B61-12-programmet aldrig kommer att genomföras fullt ut. Detta belopp har redan orsakat allvarligt missnöje med den amerikanska kongressen, som är seriöst upptagen med att leta efter möjligheter att binda ihop utgifter och minska budgetprogram. Inklusive försvar.
Kim Jong-un misslyckades inte med att antyda (förklara rakt på sak) att han när som helst var redo att vända vapen från defensiv till offensiv, vilket orsakade en aldrig tidigare skådad spänning i pressen runt om i världen. Men det fanns också optimister som tillkännagav förfalskning av tester.
Men varför är närvaron av en vätebomb i det angripande landet en så viktig faktor för fria länder, eftersom till och med kärnstridsspetsar, som Nordkorea finns i överflöd, har någon blivit så rädd än?
Vad är det
Vätebomben, även känd som vätebomben eller HB, är ett vapen med otrolig destruktiv kraft, vars avkastning mäts i megaton TNT. Funktionsprincipen för HB bygger på den energi som produceras under den termonukleära fusionen av vätekärnor - exakt samma process sker på solen.
Hur skiljer sig en vätebomb från en atombomb?
Termonukleär fusion - den process som sker under detonationen av en vätebomb - är den mest kraftfulla typen av energi som finns tillgänglig för mänskligheten. Vi har ännu inte lärt oss hur man använder det för fredliga syften, men vi har anpassat det till militären. Denna termonukleära reaktion, liknande den som kan observeras i stjärnor, frigör ett otroligt flöde av energi. I atomenergi erhålls energi från klyvningen av atomkärnan, så explosionen atombomb mycket svagare.
Första testet
Och Sovjetunionen överträffade återigen många deltagare i det kalla krigets ras. Den första vätebomben, gjord under ledning av den briljante Sacharov, testades på den hemliga testplatsen Semipalatinsk - och milt uttryckt imponerade de inte bara på forskare, utan också på västerländska spioner.
stötvåg
Den direkta destruktiva effekten av en vätebomb är den starkaste högintensiva stötvågen. Dess kraft beror på själva bombens storlek och höjden vid vilken laddningen detonerade.
termisk effekt
En vätebomb på bara 20 megaton (storleken på den största bomben som testats hittills är 58 megaton) skapar en enorm mängd termisk energi: betong smälts inom en radie av fem kilometer från projektilens testplats. Inom en radie på nio kilometer kommer allt levande att förstöras, varken utrustning eller byggnader kommer att stå. Diametern på tratten som bildas av explosionen kommer att överstiga två kilometer, och dess djup kommer att fluktuera cirka femtio meter.
Eldboll
Det mest spektakulära efter explosionen kommer att vara ett enormt eldklot för observatörer: flammande stormar, initierade av detonationen av en vätebomb, kommer att stödja sig själva och dra in mer och mer brännbart material i tratten.
strålningsförorening
Men den farligaste konsekvensen av explosionen blir naturligtvis strålningsförorening. Förfallet av tunga grundämnen i en rasande brinnande virvelvind kommer att fylla atmosfären med de minsta partiklarna av radioaktivt stoft - det är så lätt att när det kommer in i atmosfären kan det gå runt jordklotet två eller tre gånger och först då falla ut i atmosfären. form av nederbörd. En 100 megaton bombexplosion kan alltså få konsekvenser för hela planeten.
Tsarbomb
58 megaton – så mycket vägde den största vätebomben, som detonerade vid testplatsen i Novaya Zemlya-skärgården. Chockvågen cirklade jorden runt tre gånger, vilket tvingade Sovjetunionens motståndare att återigen bli övertygade om den enorma destruktiva kraften hos dessa vapen.
