Vodíková bomba (vodíková bomba, HB, WB) je zbraňou hromadného ničenia, ktorá má neuveriteľne deštruktívnu silu (jej výkon je odhadovaný megatónmi v ekvivalente TNT). Princíp fungovania bomby a schémy štruktúry je založený na využití energie termonukleárnej syntézy vodíkových jadier. Procesy vyskytujúce sa počas explózie, podobné tým, ktoré sa vyskytujú na hviezdach (vrátane Slnka). Prvý test WB vhodný na prepravu na dlhé vzdialenosti (projekt A.D. Sacharova) sa uskutočnil v Sovietskom zväze na mieste v blízkosti Semipalatinsk.
Termonukleárna reakcia
Slnko obsahuje obrovské rezervy vodíka, ktoré sú pod neustálym pôsobením ultra vysokého tlaku a teploty (asi 15 miliónov Kelvínov). Pri takej extrémnej hustote a teplote plazmy sa jadrá vodíkových atómov náhodne zrazia navzájom. Výsledkom kolízií je jadrová fúzia a v dôsledku toho tvorba jadier ťažšieho elementu - hélia. Reakcie tohto typu sa nazývajú termonukleárna fúzia, sú charakterizované uvoľnením obrovských množstiev energie.
Zákony fyziky vysvetľujú uvoľňovanie energie počas termonukleárnej reakcie nasledovne: časť hmoty ľahkých jadier, ktoré sa podieľajú na tvorbe ťažších prvkov, zostáva nevyužitá a v obrovských množstvách sa mení na čistú energiu. To je dôvod, prečo naše nebeské telo stráca približne 4 milióny ton látky za sekundu, pričom uvoľňuje nepretržitý tok energie do vesmíru.
Izotopy vodíka
Najjednoduchší zo všetkých existujúcich atómov je atóm vodíka. Skladá sa z jediného protónu tvoriaceho jadro a jediný elektrón, ktorý sa okolo neho otáča. V dôsledku vedeckých štúdií o vode (H2O) sa zistilo, že v malom množstve je prítomná takzvaná "ťažká" voda. Obsahuje "ťažké" izotopy vodíka (2H alebo deutérium), ktorých jadrá obsahujú okrem jedného protónu aj jeden neutron (častice blízko k protónu, ale bez náboja).
Veda tiež pozná tritium, tretí izotop vodíka, ktorého jadro obsahuje 1 protón a 2 neutróny naraz. Trícium je charakterizované nestabilitou a konštantným spontánnym rozpadom s uvoľnením energie (žiarenie), v dôsledku čoho sa vytvára izotop heliového. Stopy trícia sa nachádzajú v horných vrstvách zemskej atmosféry: pod vplyvom kozmických lúčov dochádza k podobným zmenám molekúl plynov, ktoré tvoria vzduch. Získanie trícia je tiež možné v jadrovom reaktore ožarovaním izotopu lítia-6 silným neutrónovým tokom.
Vývoj a prvé testy vodíkovej bomby
V dôsledku dôkladnej teoretickej analýzy odborníci zo ZSSR a USA dospeli k záveru, že zmes deutéria a trícia uľahčuje spustenie reakcie termonukleárnej fúzie. Ozbrojení s týmito poznatkami, vedci zo Spojených štátov v 50. rokoch minulého storočia začali vytvárať vodnú bombu. A na jar roku 1951 sa uskutočnil testovací test v lokalite Enyvetok (atol v Tichom oceáne), ale potom sa dosiahla iba čiastočná termonukleárna fúzia.
O niekoľko rokov prešlo a v novembri 1952 sa uskutočnil druhý test vodíkovej bomby s výkonom približne 10 miliónov ton v TNT. Avšak táto explózia sa nedá nazvať výbuchom termonukleárnej bomby v modernom zmysle: v skutočnosti to bol veľký kontajner (veľkosť trojpodlažného domu) naplnený kvapalným deutériom.
Aj v Rusku sa podarilo zlepšiť atómové zbrane a prvá vodíková bomba v projekte A.D. Sacharov bol testovaný na skúšobnom mieste Semipalatinsk 12. augusta 1953. RDS-6 (tento typ zbrane hromadného ničenia bol nazvaný Sacharovovým "puffom", pretože jeho schéma naznačuje postupné rozmiestnenie vrstiev deutéria okolo iniciátora náboja) malo silu 10 miliónov ton. Na rozdiel od americkej "trojpodlažnej budovy" bola však sovietska bomba kompaktná a mohla by byť okamžite doručená na miesto útoku na územie nepriateľa na strategickom bombardéri.
Po prijatí tejto výzvy v marci 1954 Spojené štáty urobili výbuch silnejšej leteckej bomby (15 miliónov ton) na skúšobnom mieste na atol Bikini (Tichý oceán). Test bol príčinou uvoľnenia veľkého množstva rádioaktívnych látok do ovzdušia, z ktorých niektoré padli so zrážkami stovky kilometrov od epicentra explózie. Japonské plavidlo "Happy Dragon" a zariadenia nainštalované na ostrove Rogelap zaznamenali prudký nárast žiarenia.
Pretože v dôsledku procesov, ku ktorým dochádza počas detonácie vodíkovej bomby, vzniká stabilné, bezpečné hélium, očakávalo sa, že rádioaktívne emisie by nemali presiahnuť úroveň kontaminácie z atomovej detonátora termonukleárnej fúzie. Výpočty a merania skutočného rádioaktívneho spadu sa však značne líšili, a to tak v množstve, ako aj v zložení. Preto sa vedenie USA rozhodlo dočasne pozastaviť dizajn tejto zbrane až do úplného preskúmania jej vplyvu na životné prostredie a človeka.
Video: testy v ZSSR
Tsar Bomb - Termočlánková bomba ZSSR
Tukový bod v tonáži vodíkových bômb bol stanovený Sovietskym zväzom, keď 30. októbra 1961 bol na Novy Zemlya vykonaný test na 50-megatón (najväčší v histórii), ktorý bol výsledkom dlhodobej práce výskumnej skupiny A.D. Sacharov. Výbuch sa hnal v nadmorskej výške 4 kilometre a vlny šokov boli zaznamenané trikrát na celom svete. Napriek tomu, že skúška neodhalila žiadne zlyhania, bomba nikdy vstúpila do služby. Samotná skutočnosť, že Sovieti držali takéto zbrane, urobili nezmazateľný dojem na celom svete, zatiaľ čo v Spojených štátoch prestali získavať tonáž jadrového arzenálu. V Rusku sa rozhodli opustiť zavedenie bojových hlavíc s vodíkovými poplatkami na bojové povinnosti.
Princíp vodíkovej bomby
Vodíková bomba je najkomplexnejším technickým zariadením, ktorého výbuch si vyžaduje postupný tok viacerých procesov.
Po prvé, existuje detonácia náboja iniciátora vo vnútri plášťa WB (miniatúrna atómová bomba), čo má za následok silné vysunutie neutrónov a vytvorenie vysokej teploty potrebnej na začiatok termonukleárnej fúzie v hlavnom náboji. Zahajuje sa masívne neutrónové bombardovanie lítium-deuteridovej vložky (vyrobené kombináciou deutéria s izotopom lítia-6).
Pod pôsobením neutrónov sa lítium-6 rozštiepi na trícium a hélium. Atómová poistka sa v tomto prípade stáva zdrojom materiálov potrebných na výskyt termonukleárnej fúzie v samotnej odpálenej bombe.
Zmes trícia a deutéria spúšťa termonukleárnu reakciu, v dôsledku čoho dochádza k rýchlemu zvýšeniu teploty vnútri bomby a do procesu sa zapája čoraz viac vodíka.
Princíp fungovania vodíkovej bomby znamená veľmi rýchly tok týchto procesov (k tomu prispieva aj nabíjacie zariadenie a usporiadanie hlavných prvkov), ktoré sú pre pozorovateľa okamžité.
Superbomb: delenie, syntéza, delenie
Postupnosť opísaných postupov končí po nástupe deutériovej reakcie s tríciom. Ďalej sa rozhodlo použiť jadrové štiepenie ako syntézu ťažších. Po zlúčení jadra trícia a deutéria sa uvoľní voľné hélium a rýchle neutróny, ktoré majú dostatok energie na začiatok štiepenia uránu-238. Rýchle neutróny môžu rozdeliť atómy z uránového plášťa superbomb. Rozdelenie tony uránu generuje energiu rádovo 18 miliónov ton. V tomto prípade sa energia vynakladá nielen na vytvorenie výbušnej vlny a uvoľnenie obrovského množstva tepla. Každý atóm uránu spadá do dvoch rádioaktívnych "fragmentov". Vytvára celú "kyticu" rôznych chemických prvkov (až 36) a približne dvesto rádioaktívnych izotopov. Práve z tohto dôvodu vzniká rad rádioaktívnych spadov, zaznamenaných stovky kilometrov od epicentra explózie.
Po páde "železnej opony" sa stalo známe, že ZSSR plánuje vyvinúť "kráľa bomby" s kapacitou 100 miliónov ton. Vzhľadom na skutočnosť, že v tom čase nebolo žiadne lietadlo schopné niesť taký obrovský náboj, táto myšlienka bola opustená v prospech 50-tonovej bomby.
Dôsledky výbuchu vodíkovej bomby
Šoková vlna
Výbuch vodíkových bômb spôsobuje rozsiahle zničenie a následky a primárny (priamy a jednoznačný) vplyv má trojaký charakter. Najzrejmejším zo všetkých priamych účinkov je mimoriadne vysoká intenzita nárazovej vlny. Jeho deštruktívna schopnosť klesá s odstupom od epicentra explózie a tiež závisí od sily samotnej bomby a od výšky, v ktorej náboj odpáči.
Teplo efekt
Účinok tepla z výbuchu závisí od rovnakých faktorov ako je účinok rázovej vlny. K tomu sa pridáva ešte jedna - stupeň transparentnosti vzdušných hmôt. Hmla alebo dokonca mierna oblačnosť drasticky znižuje polomer lézie, pri ktorom môže teplo spôsobiť vážne popáleniny a stratu videnia. Výbuch vodíkových bômb (viac ako 20 miliónov ton) vytvára neuveriteľné množstvo tepelnej energie, čo je dostatočné na roztopenie betónu vo vzdialenosti 5 km, odparenie vody takmer všetkej vody z malého jazera vo vzdialenosti 10 km, zničenie nepriateľskej pracovnej sily, zariadení a budov v rovnakej vzdialenosti , V strede sa vytvorí lievik s priemerom 1 až 2 km a hĺbkou 50 metrov, pokrytý hustou vrstvou sklovitej hmoty (niekoľko metrov skál s vysokým obsahom piesku sa takmer okamžite roztaví a prechádza do skla).
Podľa výpočtov získaných počas skutočných testov získajú ľudia 50% šancu zostať nažive, ak:
- Nachádzajú sa v konkrétnom prístave (v podzemí), 8 km od epicentra výbuchu (EV);
- Nachádza sa v obytných budovách vo vzdialenosti 15 km od EV;
- Budú sa v otvorenej oblasti vo vzdialenosti viac ako 20 km od EV v zlej viditeľnosti (pre "čistú" atmosféru, minimálna vzdialenosť v tomto prípade je 25 km).
So vzdialenosťou od EV sa pravdepodobne zvyšuje pravdepodobnosť, že ľudia, ktorí sa ocitnú na otvorenom priestranstve, zostanú nažive. Takže vo vzdialenosti 32 km bude 90-95%. Polomer 40-45 km je limit pre primárny dopad výbuchu.
ohnivá guľa
Ďalším zjavným účinkom výbuchu vodíkovej bomby sú samozatvárajúce sa požiarne búrky (hurikány), ktoré vznikajú v dôsledku obrovského množstva horľavého materiálu, ktorý sa vťahuje do ohnivého gule. No napriek tomu by najnebezpečnejším z hľadiska miery vplyvu výbuchu bolo radiačné znečistenie životného prostredia v okolí desiatok kilometrov.
spad
Ohnivá guľa, ktorá sa objavila po výbuchu, je rýchlo naplnená vo veľkom množstve rádioaktívnymi časticami (produkty rozkladu ťažkých jadier). Veľkosť častíc je taká malá, že sú v hornej atmosfére schopní tam zostať veľmi dlho. Všetko, čo ohnivá guľa dosiahla na povrchu zeme, sa okamžite zmení na popol a prach a potom sa vtiahne do ohňového stĺpca. Vortexy plameňa miešajú tieto častice s nabitými časticami, čím vytvárajú nebezpečnú zmes rádioaktívneho prachu, proces sedimentácie granúl sa dlhý čas tiahne.
Hrubý prach sa usadzuje pomerne rýchlo, ale jemný prach sa šíri vzduchom na dlhé vzdialenosti, postupne vypadáva z novovytvoreného oblaku. V bezprostrednej blízkosti EV sa nanášajú najväčšie a najviac nabité častice a častice popola, ktoré sú viditeľné na oku, sa stále nachádzajú vo vzdialenosti stoviek kilometrov. Tvoria smrteľnú obálku s hrúbkou niekoľkých centimetrov. Ktokoľvek, kto sa mu blíži, môže dostať vážnu dávku žiarenia.
Menšie a nerozoznateľné častice môžu "plavat" v atmosfére už mnoho rokov a mnohokrát sa ohýbajú okolo Zeme. V čase, keď klesnú na povrch, do značnej miery strácajú rádioaktivitu. Najnebezpečnejší stroncium-90, ktorý má polčas rozpadu 28 rokov a počas tejto doby vytvára stabilné žiarenie. Jeho vzhľad je určený nástrojmi po celom svete. "Pristátie" na tráve a lístie sa zapája do potravinových reťazcov. Z tohto dôvodu ľudia, ktorí sú tisíce kilometrov od testovacích miest počas vyšetrenia, našli stroncium-90, nahromadené v kostiach. Aj keď je jeho obsah extrémne malý, vyhliadka na to, že je "miestom na ukladanie rádioaktívneho odpadu", nie je pre človeka dobrá, čo vedie k rozvoju zhubných nádorov kostí. V regiónoch Ruska (ako aj v iných krajinách), ktoré sa nachádzajú v blízkosti miest na skúšobnej prevádzke vodíkových bômb, sa stále pozoruje zvýšené rádioaktívne pozadie, čo opäť dokazuje, že schopnosť tohto druhu zbrane ponecháva významné následky.
