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Armi nucleari pulite. Arma termonucleare pulita

A differenza delle bombe all'uranio e al plutonio, i materiali basati su elementi leggeri non hanno una massa critica, il che porta a grandi difficoltà nella creazione di armi nucleari. Tuttavia, durante la fusione termonucleare di deuterio e trizio, viene rilasciata 4,2 volte più energia rispetto alla fissione di nuclei della stessa massa 2 35U. Pertanto, una bomba all'idrogeno è un'arma molto più potente di quella atomica.

Le armi termonucleari sono armi di distruzione di massa, il cui potere distruttivo si basa sull'uso dell'energia della reazione di fusione nucleare di elementi leggeri in elementi più pesanti (ad esempio, la sintesi di un nucleo di atomo di elio da due nuclei di atomo di deuterio) . Questo rilascia una quantità colossale di energia.

I candidati per il ruolo delle reazioni termonucleari applicabili per una bomba all'idrogeno sono:

Alle temperature raggiunte nelle bombe atomiche, la reazione (1) avviene 10 volte più velocemente delle reazioni (2) e (3) combinate. Questo spiega perché i primi esperimenti di fusione coinvolsero il trizio. Le reazioni (2) e (3), a loro volta, sono dieci volte più veloci della reazione (4). Inoltre, la velocità di tutti questi processi (1-4) aumenta esponenzialmente con la temperatura. All'aumentare della temperatura, la velocità della reazione (4) supera la velocità delle reazioni (2)+(3) combinate. Le reazioni (5) e (6) non sono termonucleari. Si tratta di normali reazioni di fissione che si verificano quando il litio cattura un neutrone nell'intervallo di energia desiderato. Ma durante il loro corso viene rilasciato il trizio, che partecipa anche al processo. Reazione 6 Li+ N richiede un neutrone con un'energia di diversi MeV, 7 Li+ P - neutrone non inferiore a 4 MeV. Utilizzando una miscela di deuterio-trizio facile da accendere ma costosa, è possibile avviare una reazione anche alla consueta densità del combustibile termonucleare, utilizzando solo il calore di un'esplosione atomica (504-100 milioni di gradi). Il trizio è costoso da produrre (un ordine di grandezza più costoso del plutonio per uso militare) e inoltre decade con T= 12,32 anni. Questo lo rende di scarsa utilità. Ciò che rimane è 2 H - deuterio - un combustibile completamente accessibile per le reazioni (2) e (h).

Il deuterio puro è stato utilizzato solo una volta: durante i test Ivy Mike(U.S.A). Il suo svantaggio è che deve essere compresso molto fortemente o liquefatto a temperature criogeniche, il che non è pratico. Il problema viene risolto combinando il deuterio con il litio nel LiD. Allo stesso tempo, a causa della fissione del litio, gran numero trizio per la reazione (l). Per effettuare la reazione di sintesi è necessario: l) provvedere ad alta velocità avanzamento della reazione (cioè alta temperatura); 2) mantenere la condizione precedente per un tempo sufficiente affinché la reazione avvenga; h) fornire una grande produzione di energia, proporzionale al prodotto (velocità di reazione) (tempo di reazione).

L'idea di base della bomba all'idrogeno (Teller-Ulam) si basa sul fatto che quando esplosione atomica L'80% dell'energia viene rilasciata sotto forma di raggi X molli e non sotto forma di frammenti di fissione. I raggi X sono molto più veloci dei residui di plutonio in espansione (ad una velocità di circa 100 km/s). Ciò consente loro di essere utilizzati per comprimere e accendere un contenitore separato con combustibile termonucleare (secondo stadio), comprimendolo con radiazioni, prima che la carica primaria in espansione lo distrugga.

Termo bomba nucleare, funzionante secondo il principio Teller-Ulam, è costituito da due stadi: un grilletto e un contenitore con combustibile termonucleare. L'innesco è una piccola carica nucleare di plutonio potenziata termonucleare con una resa di diversi kilotoni. Il compito del trigger è creare condizioni necessarie per innescare una reazione termonucleare: alta temperatura e pressione.

Riso. 6.

I componenti della bomba sono collocati in un alloggiamento cilindrico di spinta a forma di cilindro con una carica atomica ("grilletto") a un'estremità. Un contenitore con combustibile termonucleare è l'elemento principale di una bomba. Il suo corpo è costituito da 2 × 8 i, una sostanza che decade sotto l'influenza dei neutroni veloci (>1 MeV) rilasciati durante la reazione di fusione e assorbe neutroni lenti. Il contenitore è ricoperto da uno strato di assorbitore di neutroni (composto di boro) per impedire il riscaldamento prematuro del combustibile termonucleare da parte del flusso di neutroni dal grilletto, che può impedirne l'efficace compressione. All'interno del contenitore si trova il combustibile termonucleare - 6 LiD, e una barra di plutonio in ^Pu situata lungo l'asse del contenitore, che svolge il ruolo di miccia per una reazione termonucleare. Il grilletto e il contenitore sono riempiti di plastica, che conduce le radiazioni dal grilletto al contenitore, e collocati nel corpo della bomba in acciaio. Il grilletto è separato dal cilindro del carburante da una copertura protettiva in uranio o tungsteno.

Dopo l'esplosione della carica di avviamento raggi X, emesso dalla regione della reazione di fissione, si diffonde in tutto il riempitivo plastico. I componenti principali della plastica sono gli atomi di carbonio e di idrogeno, che sono completamente ionizzati e diventano completamente trasparenti radiazione a raggi X. Uno schermo di uranio tra il grilletto e la capsula del carburante, nonché il corpo della capsula stessa, impedisce il riscaldamento prematuro del deuteruro di litio. L'equilibrio termico viene stabilito in modo estremamente rapido, in modo che la temperatura e la densità di energia rimangano costanti durante l'intero percorso di propagazione della radiazione.

Quando un grilletto esplode, l'80% dell'energia rilasciata da esso viene spesa in un potente impulso di radiazione a raggi X morbidi, che viene assorbita dal guscio del secondo stadio. Come risultato del forte riscaldamento del guscio di uranio, la massa viene portata via (ablazione) della sostanza del guscio e appare la spinta del getto che, insieme alla leggera pressione, comprime il secondo stadio. Il fenomeno di trascinamento, come un getto infuocato di un motore a razzo diretto nella capsula, sviluppa un'enorme pressione sul combustibile termonucleare, provocandone la progressiva compressione (il diametro della capsula diminuisce di 30 volte, la densità del materiale aumenta di 1000 volte ). Il combustibile da fusione viene riscaldato a temperature sufficienti per avviare una reazione di fusione. La barra di plutonio entra in uno stato supercritico e all'interno del contenitore inizia una reazione nucleare. I neutroni emessi dalla barra di plutonio in fiamme interagiscono con 6 Li, producendo trizio, che reagisce con il deuterio. Ablazione - rimozione della massa dalla superficie solido flusso di gas caldi che scorre attorno a questa superficie. L'ablazione avviene a seguito di erosione, fusione, sublimazione.

I neutroni veloci, disponibili in eccesso durante l'innesco della fissione, vengono rallentati dal deuteruro di litio a velocità termiche e iniziano una reazione a catena nella barra non appena questa entra in uno stato supercritico. La sua esplosione, agendo come una candela, aumenta la pressione e la temperatura al centro della capsula, rendendola sufficiente per innescare una reazione termonucleare. Successivamente, la reazione di combustione autosufficiente si sposta verso le regioni esterne della capsula del carburante.

Il corpo della capsula impedisce alla radiazione termica di fuoriuscire oltre i suoi confini, aumentando notevolmente l'efficienza della combustione. Le temperature che si verificano durante la reazione termonucleare raggiungono gli 8 K. Per il funzionamento di questo schema, le condizioni di simmetria di carica e il rigoroso rispetto delle condizioni di effettiva implosione del raggio sono estremamente importanti.

Se il guscio del contenitore fosse costituito da uranio naturale, i neutroni veloci generati a seguito della reazione di fusione provocano reazioni di fissione di atomi 2 ^ 8 U al suo interno, aggiungendo la loro energia all'energia totale dell'esplosione. In modo simile si crea un'esplosione termonucleare di potenza praticamente illimitata, poiché dietro il guscio possono esserci altri strati di deuteruro di litio e gli strati 2, 8 e (sbuffo).

Il circuito Teller-Ulam a due stadi consente di creare cariche tanto potenti quanto la potenza del grilletto è sufficiente per comprimere ultravelocemente una grande quantità di carburante. Per aumentare ulteriormente la quantità di carica, l'energia del secondo stadio può essere utilizzata per comprimere il terzo. In generale, in ciascuna fase di tali dispositivi è possibile un'amplificazione di potenza di -100 volte.

Le munizioni termonucleari esistono sia sotto forma di bombe aeree (bombe all'idrogeno o termonucleari) che di testate per missili balistici e da crociera.

Iniziatore dell'esplosione (trigger). Questo tipo di arma non crea contaminazione radioattiva a lungo termine, grazie all'assenza di sostanze in decomposizione al suo interno. Attualmente è considerato teoricamente possibile, ma le modalità di attuazione pratica non sono chiare.

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Sottotitoli

Concetto

Nelle moderne armi termonucleari, le condizioni necessarie per l'avvio di una reazione di fusione nucleare vengono create dalla detonazione di un innesco: un piccolo plutonio carica nucleare. L'esplosione dell'innesco crea l'elevata temperatura e pressione necessarie per avviare una reazione termonucleare nel deuteruro di litio. Allo stesso tempo, la parte principale della contaminazione radioattiva a lungo termine è durante la termica esplosione nucleare fornito dalle sostanze radioattive nel grilletto.

Tuttavia, le condizioni per l'inizio di una reazione termonucleare possono essere create senza l'uso di un innesco nucleare. Tali condizioni vengono create in esperimenti di laboratorio e sperimentali reattori termonucleari. Teoricamente è possibile creare un'arma termonucleare in cui la reazione viene avviata senza l'uso di una carica di innesco: un'arma "termonucleare pura".

Tale arma avrà i seguenti vantaggi:

Versione neutronica di un'arma termonucleare pulita

Il principale fattore dannoso in un dispositivo puramente termonucleare può essere un potente rilascio di radiazioni di neutroni [ ], non un flash termico o un’onda d’urto [ ] . Pertanto, i danni collaterali derivanti dalla detonazione di tali armi possono essere limitati. D’altra parte, questo rende le armi puramente termonucleari no il miglior rimedio per quelle situazioni in cui è necessario demolire strutture durevoli che non contengono materia biologica o dispositivi elettronici (ad esempio ponti).

Gli svantaggi della versione a neutroni di un'arma termonucleare pura sono gli stessi di qualsiasi arma a neutroni:

A causa del forte assorbimento e dispersione dei neutroni nell'atmosfera, l'intervallo di distruzione mediante radiazione di neutroni, rispetto all'intervallo di distruzione di bersagli non protetti da parte di un'onda d'urto derivante dall'esplosione di una carica nucleare convenzionale della stessa potenza, è ridotto.
L'interazione dei neutroni con materiali strutturali e biologici porta alla comparsa di radioattività indotta, cioè l'arma non è completamente “pulita”.
I veicoli corazzati, a partire dagli anni '60, sono stati sviluppati tenendo conto della possibilità di utilizzare armi a neutroni. Sono stati sviluppati nuovi tipi di armature, che sono già in grado di proteggere l'equipaggiamento e il suo equipaggio dalle radiazioni di neutroni. A questo scopo, fogli con alto contenuto il boro, che è un buon assorbitore di neutroni, e l'uranio impoverito vengono aggiunti all'acciaio per armature. Inoltre, la composizione dell'armatura è selezionata in modo tale da non contenere elementi che producono una forte radioattività indotta sotto l'influenza dell'irradiazione di neutroni. Pertanto, i moderni veicoli corazzati sono estremamente resistenti alle armi a neutroni.

Possibili soluzioni

Dal 1992 vengono prese in considerazione diverse soluzioni al problema delle armi termonucleari pulite, ma non hanno ancora prodotto risultati positivi. Il problema principaleè la notevole difficoltà di creare le condizioni per l'inizio di una reazione termonucleare. Negli esperimenti di laboratorio e nei reattori termonucleari tali condizioni vengono create da impianti di grandi dimensioni, che sono anche ad alta intensità energetica. Al momento, non è possibile creare armi termonucleari adatte all'uso in condizioni di combattimento, basate, ad esempio, sull'accensione laser di una reazione: i laser necessari per questo sono di dimensioni enormi e consumano importo significativo energia.

Esistono diversi modi teoricamente possibili per risolvere il problema:

Arma termonucleare pura che utilizza un emettitore di onde d'urto

Sembra teoricamente possibile creare un'arma puramente termonucleare relativamente compatta basata su un emettitore di onde d'urto. In questo caso, un impulso di radiazione elettromagnetica nella gamma delle radiofrequenze viene utilizzato per innescare una reazione termonucleare.

Secondo i calcoli teorici, puro dispositivo termonucleare sull'emettitore dell'onda d'urto avrà un equivalente di TNT approssimativamente paragonabile alla sua stessa massa, o anche meno. In questo modo, come ordigno esplosivo sarà completamente inefficace. Tuttavia, la maggior parte (fino all'80%) dell'energia verrà rilasciata sotto forma di un flusso di neutroni, in grado di colpire il nemico a una distanza di centinaia di metri dall'epicentro. Un’arma del genere sarebbe, infatti, un’arma a neutroni pulita, che non lascerebbe alcuna contaminazione radioattiva e non creerebbe praticamente alcun danno collaterale.

L'arma termonucleare (nota anche come bomba all'idrogeno) è un tipo di arma di distruzione di massa, il cui potere distruttivo si basa sull'uso dell'energia della reazione di fusione nucleare di elementi leggeri in elementi più pesanti (ad esempio, la sintesi di un nucleo di un atomo di elio da due nuclei di atomi di deuterio (idrogeno pesante), in cui viene rilasciata una quantità colossale di energia. Avere lo stesso fattori dannosi Come le armi nucleari, le armi termonucleari hanno un potere di esplosione molto maggiore. In teoria, è limitato solo dal numero di componenti disponibili. Va notato che l'affermazione spesso citata che contaminazione radioattiva da un'esplosione termonucleare è molto più debole che da un'esplosione atomica, riguarda reazioni di fusione che vengono utilizzate solo insieme a reazioni di fissione molto più "sporche". Il termine "pistola pulita", apparso nella letteratura in lingua inglese, cadde in disuso alla fine degli anni '70. In effetti, tutto dipende dal tipo di reazione selezionato utilizzato in un particolare prodotto. Pertanto, l'inclusione di elementi dell'uranio-238 in una carica termonucleare (allo stesso tempo, l'uranio-238 utilizzato in una bomba all'idrogeno si disintegra sotto l'influenza di neutroni veloci e produce frammenti radioattivi. I neutroni stessi producono radioattività indotta.) consente di significativamente (fino a cinque volte) aumenta la potenza totale dell'esplosione, ma significativamente (5-10 volte) aumenta la quantità di ricadute radioattive.

Schema Teller-Ulam.

Descrizione generale

Un ordigno esplosivo termonucleare può essere costruito utilizzando deuterio liquido o deuterio gassoso compresso. Ma l'emergere delle armi termonucleari è diventato possibile solo grazie a un tipo di idruro di litio: il deuteruro di litio-6. Questo è un composto di un isotopo pesante dell'idrogeno - deuterio e di un isotopo del litio con un numero di massa pari a 6.

Il deuteruro di litio-6 è una sostanza solida che consente di immagazzinare il deuterio (il cui stato normale in condizioni normali è un gas) a temperature positive e, inoltre, il suo secondo componente - litio-6 - è la materia prima per la produzione l'isotopo più scarso dell'idrogeno: il trizio. In realtà, il 6Li è l'unica fonte industriale di trizio:

Le prime munizioni termonucleari statunitensi utilizzavano anche il deuteruro di litio naturale, che contiene principalmente un isotopo di litio con numero di massa 7. Serve anche come fonte di trizio, ma per questo i neutroni coinvolti nella reazione devono avere un'energia di 10 MeV o superiore.

Una bomba termonucleare che funziona secondo il principio Teller-Ulam è composta da due stadi: un grilletto e un contenitore con combustibile termonucleare.

L'innesco è una piccola carica nucleare di plutonio potenziata termonucleare con una resa di diversi kilotoni. Il compito del grilletto è creare le condizioni necessarie per innescare una reazione termonucleare: alta temperatura e pressione.

Un contenitore con combustibile termonucleare è l'elemento principale di una bomba. È costituito da uranio-238, una sostanza che decade sotto l'influenza dei neutroni veloci (>1 MeV) rilasciati durante una reazione di fusione e assorbe neutroni lenti. Può essere fatto di piombo. Il contenitore è ricoperto da uno strato di assorbitore di neutroni (composti di boro) per impedire il riscaldamento prematuro del combustibile termonucleare da parte del flusso di neutroni proveniente dal grilletto, che può impedirne l'efficace compressione. All'interno del contenitore si trova il combustibile termonucleare - deuteruro di litio-6 - e una barra di plutonio situata lungo l'asse del contenitore, che svolge il ruolo di miccia per una reazione termonucleare. Il grilletto e il contenitore, disposti coassialmente, sono riempiti con una plastica speciale che conduce le radiazioni dal grilletto al contenitore e sono collocati nel corpo della bomba in acciaio o alluminio.

Un'opzione è possibile quando la seconda fase non è realizzata sotto forma di cilindro, ma sotto forma di sfera. Il principio di funzionamento è lo stesso, ma al posto dell'asta di accensione del plutonio viene utilizzata una sfera cava di plutonio, situata all'interno e intervallata da strati di deuteruro di litio-6. I test nucleari delle bombe con un secondo stadio sferico hanno mostrato una maggiore efficienza rispetto alle bombe che utilizzano un secondo stadio cilindrico.

UN Testata prima dell'esplosione; il primo gradino è in alto, il secondo gradino è in basso. Entrambi i componenti di una bomba termonucleare.
B L'esplosivo fa esplodere il primo stadio, comprimendo il nucleo di plutonio in uno stato supercritico e avviando una reazione a catena di fissione.
C Durante il processo di scissione, nella prima fase, si verifica un impulso di raggi X che si propaga lungo l'interno del guscio, penetrando nel riempitivo di polistirolo espanso.
D Il secondo stadio si contrae per ablazione (evaporazione) sotto l'influenza dei raggi X, e la barra di plutonio all'interno del secondo stadio entra in uno stato supercritico, avviando una reazione a catena, rilasciando enormi quantità di calore.
E Nel deuteruro di litio-6 compresso e riscaldato, si verifica una reazione di fusione il flusso di neutroni emesso avvia la reazione di scissione della manomissione. La palla di fuoco si espande...

La Corea del Nord minaccia gli Stati Uniti con test di bomba all’idrogeno superpotenti l'oceano Pacifico. Il Giappone, che potrebbe soffrire a causa dei test, ha definito i piani della Corea del Nord del tutto inaccettabili. I presidenti Donald Trump e Kim Jong-un discutono nelle interviste e parlano di conflitto militare aperto. Per coloro che non capiscono le armi nucleari, ma vogliono essere informati, The Futurist ha compilato una guida.

Come funzionano le armi nucleari?

Come un normale candelotto di dinamite, una bomba nucleare utilizza energia. Solo che non viene rilasciato durante una reazione chimica primitiva, ma in complessi processi nucleari. Esistono due modi principali per estrarre energia nucleare da un atomo. IN fissione nucleare il nucleo di un atomo decade in due frammenti più piccoli con un neutrone. Fusione nucleare – il processo mediante il quale il Sole produce energia – prevede l’unione di due atomi più piccoli per formarne uno più grande. In qualsiasi processo, fissione o fusione, vengono rilasciate grandi quantità di energia termica e radiazioni. A seconda che si utilizzi la fissione o la fusione nucleare, le bombe si dividono in nucleare (atomico) E termonucleare .

Potete dirmi di più sulla fissione nucleare?

Esplosione bomba atomica su Hiroshima (1945)

Come ricorderete, un atomo è composto da tre tipi di particelle subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni. Il centro dell'atomo, chiamato nucleo , è costituito da protoni e neutroni. I protoni hanno carica positiva, gli elettroni hanno carica negativa e i neutroni non hanno alcuna carica. Il rapporto protone-elettrone è sempre uno a uno, quindi l'atomo nel suo insieme ha una carica neutra. Ad esempio, un atomo di carbonio ha sei protoni e sei elettroni. Le particelle sono tenute insieme da una forza fondamentale: forza nucleare forte .

Le proprietà di un atomo possono cambiare in modo significativo a seconda di quante particelle diverse contiene. Se cambi il numero di protoni, ne avrai uno diverso elemento chimico. Se cambi il numero di neutroni, ottieni isotopo lo stesso elemento che hai tra le mani. Ad esempio, il carbonio ha tre isotopi: 1) carbonio-12 (sei protoni + sei neutroni), che è una forma stabile e comune dell'elemento, 2) carbonio-13 (sei protoni + sette neutroni), che è stabile ma raro , e 3) carbonio -14 (sei protoni + otto neutroni), che è raro e instabile (o radioattivo).

La maggior parte dei nuclei atomici sono stabili, ma alcuni sono instabili (radioattivi). Questi nuclei emettono spontaneamente particelle che gli scienziati chiamano radiazione. Questo processo si chiama decadimento radioattivo . Esistono tre tipi di decadimento:

Decadimento alfa : Il nucleo emette una particella alfa: due protoni e due neutroni legati insieme. Decadimento beta : Un neutrone si trasforma in un protone, un elettrone e un antineutrino. L'elettrone espulso è una particella beta. Fissione spontanea: il nucleo si disintegra in più parti ed emette neutroni ed emette anche un impulso di energia elettromagnetica: un raggio gamma. È quest'ultimo tipo di decadimento utilizzato in una bomba nucleare. Iniziano i neutroni liberi emessi a seguito della fissione reazione a catena , che rilascia una quantità colossale di energia.

Di cosa sono fatte le bombe nucleari?

Possono essere costituiti da uranio-235 e plutonio-239. L'uranio si presenta in natura come una miscela di tre isotopi: 238 U (99,2745% dell'uranio naturale), 235 U (0,72%) e 234 U (0,0055%). Il 238 U più comune non supporta una reazione a catena: solo il 235 U è in grado di farlo. Per ottenere la massima potenza di esplosione, è necessario che il contenuto di 235 U nel “riempimento” della bomba sia almeno dell'80%. Pertanto, l'uranio viene prodotto artificialmente arricchire . Per fare ciò, la miscela di isotopi di uranio viene divisa in due parti in modo che una di esse contenga più di 235 U.

In genere, la separazione isotopica lascia dietro di sé una grande quantità di uranio impoverito che non è in grado di subire una reazione a catena, ma esiste un modo per farlo. Il fatto è che il plutonio-239 non si trova in natura. Ma può essere ottenuto bombardando 238 U con neutroni.

Come viene misurata la loro potenza?

La potenza di una carica nucleare e termonucleare viene misurata in equivalente TNT, la quantità di trinitrotoluene che deve essere fatta esplodere per ottenere un risultato simile. Si misura in kilotoni (kt) e megatoni (Mt). Potenza ultra piccola armi nucleariè inferiore a 1 kt, mentre le bombe pesanti danno più di 1 mt.

La potenza della “Bomba dello Zar” sovietica era, secondo varie fonti, compresa tra 57 e 58,6 megatoni in equivalente TNT; la potenza della bomba termonucleare, testata dalla RPDC all’inizio di settembre, era di circa 100 kilotoni.

Chi ha creato le armi nucleari?

Il fisico americano Robert Oppenheimer e il generale Leslie Groves

Negli anni '30, fisico italiano Enrico Fermi dimostrò che gli elementi bombardati dai neutroni potevano essere trasformati in nuovi elementi. Il risultato di questo lavoro è stata la scoperta neutroni lenti , così come la scoperta di nuovi elementi non rappresentati nella tavola periodica. Subito dopo la scoperta di Fermi, scienziati tedeschi Otto Hahn E Fritz Strassmann bombardò l'uranio con neutroni, dando luogo alla formazione di un isotopo radioattivo del bario. Conclusero che i neutroni a bassa velocità provocano la rottura del nucleo di uranio in due pezzi più piccoli.

Questo lavoro ha eccitato le menti di tutto il mondo. All'Università di Princeton Niels Bohr lavorato con John Wheeler sviluppare un modello ipotetico del processo di fissione. Hanno suggerito che l'uranio-235 subisca la fissione. Nello stesso periodo altri scienziati scoprirono che il processo di fissione produceva ancora più neutroni. Ciò spinse Bohr e Wheeler a porsi una domanda importante: i neutroni liberi creati dalla fissione potrebbero avviare una reazione a catena che rilascerebbe enormi quantità di energia? Se è così, allora è possibile creare armi di potenza inimmaginabile. Le loro ipotesi furono confermate da un fisico francese Frédéric Joliot-Curie . La sua conclusione divenne l'impulso per gli sviluppi nella creazione di armi nucleari.

Fisici provenienti da Germania, Inghilterra, Stati Uniti e Giappone hanno lavorato alla creazione di armi atomiche. Prima dell'inizio della seconda guerra mondiale Albert Einstein ha scritto al presidente degli Stati Uniti Franklin Roosevelt che la Germania nazista intende purificare l'uranio-235 e creare una bomba atomica. Ora si scopre che la Germania era ben lungi dall’attuare una reazione a catena: stavano lavorando su una bomba “sporca” e altamente radioattiva. Comunque sia, il governo degli Stati Uniti ha dedicato tutti i suoi sforzi alla creazione di una bomba atomica il prima possibile. Fu lanciato il Progetto Manhattan, guidato da un fisico americano Robert Oppenheimer e generale Leslie Groves . Vi hanno partecipato eminenti scienziati emigrati dall'Europa. Nell'estate del 1945 fu creato armi atomiche, basato su due tipi di materiale fissile: uranio-235 e plutonio-239. Una bomba, la “Thing” al plutonio, fu fatta esplodere durante i test, e altre due, la “Baby” all’uranio e la “Fat Man” al plutonio, furono sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki.

Come funziona una bomba termonucleare e chi l'ha inventata?

La bomba termonucleare si basa sulla reazione fusione nucleare . A differenza della fissione nucleare, che può avvenire spontaneamente o forzatamente, la fusione nucleare è impossibile senza l’apporto di energia esterna. I nuclei atomici sono carichi positivamente, quindi si respingono a vicenda. Questa situazione è chiamata barriera di Coulomb. Per superare la repulsione, queste particelle devono essere accelerate a velocità folli. Ciò può essere fatto a temperature molto elevate, dell'ordine di diversi milioni di Kelvin (da cui il nome). Esistono tre tipi di reazioni termonucleari: autosufficienti (si verificano nelle profondità delle stelle), controllate e incontrollate o esplosive: vengono utilizzate nelle bombe all'idrogeno.

L'idea di una bomba a fusione termonucleare avviata da una carica atomica fu proposta da Enrico Fermi al collega Edoardo Teller nel 1941, proprio all'inizio del Progetto Manhattan. Tuttavia, questa idea non era richiesta in quel momento. Gli sviluppi di Teller sono stati migliorati Stanislav Ulam , rendendo realizzabile nella pratica l'idea di una bomba termonucleare. Nel 1952, il primo ordigno esplosivo termonucleare fu testato sull'atollo di Enewetak durante l'operazione Ivy Mike. Si trattava però di un campione di laboratorio, inadatto al combattimento. Un anno dopo Unione Sovieticaè esplosa la prima bomba termonucleare al mondo, assemblata secondo il progetto dei fisici Andrej Sacharov E Yulia Kharitona . Il dispositivo somigliava torta a strati, Ecco perché arma formidabile soprannominato "Sloika". Nel corso di ulteriori sviluppi, la maggior parte potente bomba sulla Terra, "lo zar Bomba" o "la madre di Kuzka". Nell'ottobre 1961 fu testato nell'arcipelago di Novaya Zemlya.

Di cosa sono fatte le bombe termonucleari?

Se lo pensassi idrogeno e le bombe termonucleari sono cose diverse, ti sbagliavi. Queste parole sono sinonimi. È l'idrogeno (o meglio i suoi isotopi: deuterio e trizio) che è necessario per effettuare una reazione termonucleare. Tuttavia, c'è una difficoltà: per far esplodere una bomba all'idrogeno, è necessario prima ottenere un'alta temperatura durante un'esplosione nucleare convenzionale - solo allora i nuclei atomici inizieranno a reagire. Pertanto, nel caso di una bomba termonucleare, il design gioca un ruolo importante.

Due schemi sono ampiamente conosciuti. Il primo è la “pasta sfoglia” di Sakharov. Al centro c'era un detonatore nucleare, circondato da strati di deuteruro di litio mescolato con trizio, intervallati da strati di uranio arricchito. Questo disegno ha permesso di raggiungere una potenza entro 1 Mt. Il secondo è lo schema americano Teller-Ulam, in cui la bomba nucleare e gli isotopi dell'idrogeno erano localizzati separatamente. Appariva così: sotto c'era un contenitore con una miscela di deuterio liquido e trizio, al centro del quale c'era una "candela" - un'asta di plutonio, e sopra - una carica nucleare convenzionale, e tutto questo in un guscio di metalli pesanti (ad esempio, uranio impoverito). I neutroni veloci prodotti durante l'esplosione provocano reazioni di fissione atomica nel guscio di uranio e aggiungono energia all'energia totale dell'esplosione. L'aggiunta di ulteriori strati di deuteruro di litio uranio-238 consente di creare proiettili di potenza illimitata. Nel 1953 Fisico sovieticoVittorio Davidenko ripeté accidentalmente l'idea di Teller-Ulam e, sulla base di essa, Sakharov elaborò uno schema in più fasi che permise di creare armi di potenza senza precedenti. "La madre di Kuzka" ha funzionato esattamente secondo questo schema.

Quali altre bombe ci sono?

Ce ne sono anche di neutroni, ma questo generalmente fa paura. Essenzialmente, una bomba ai neutroni è una bomba termonucleare a bassa potenza, la cui energia di esplosione è costituita per l'80% da radiazioni (radiazioni di neutroni). Si presenta come una normale carica nucleare di bassa potenza, alla quale è stato aggiunto un blocco con un isotopo di berillio, fonte di neutroni. Quando una carica nucleare esplode, si innesca una reazione termonucleare. Questo tipo di arma è stata sviluppata da un fisico americano Samuel Cohen . Si credeva così arma a neutroni distrugge tutti gli esseri viventi anche nei rifugi, tuttavia, il raggio di distruzione di tali armi è piccolo, poiché l'atmosfera disperde flussi di neutroni veloci e l'onda d'urto è più forte a grandi distanze.

E la bomba al cobalto?

No, figliolo, è fantastico. Ufficialmente nessun paese possiede bombe al cobalto. Teoricamente, si tratta di una bomba termonucleare con un guscio di cobalto, che garantisce una forte contaminazione radioattiva dell'area anche con un'esplosione nucleare relativamente debole. 510 tonnellate di cobalto possono infettare l'intera superficie della Terra e distruggere tutta la vita sul pianeta. Fisico Leo Szilard , che descrisse questo ipotetico progetto nel 1950, lo chiamò "Doomsday Machine".

Cos'è più interessante: una bomba nucleare o termonucleare?

Modello in scala reale della "Bomba dello Zar"

La bomba all’idrogeno è molto più avanzata e tecnologicamente avanzata di quella atomica. La sua potenza esplosiva supera di gran lunga quella atomica ed è limitata solo dal numero di componenti disponibili. In una reazione termonucleare per ciascun nucleone (i cosiddetti nuclei costituenti, protoni e neutroni) viene rilasciata molta più energia che in una reazione nucleare. Ad esempio, la fissione di un nucleo di uranio produce 0,9 MeV (megaelettronvolt) per nucleone e la fusione di un nucleo di elio da nuclei di idrogeno rilascia un'energia di 6 MeV.

Come le bombe consegnareall'obiettivo?

All'inizio furono lanciati dagli aerei, ma i mezzi difesa aerea costantemente migliorato e fornire armi nucleari in questo modo si è rivelato imprudente. Con l'aumento della produzione tecnologia missilistica tutti i diritti di consegnare armi nucleari furono trasferiti a balistici e missili da crociera di varie basi. Pertanto, una bomba ora non significa una bomba, ma una testata.

Si ritiene che la bomba all'idrogeno nordcoreana sia troppo grande per essere montata su un razzo, quindi se la Corea del Nord decide di mettere in atto la minaccia, verrà trasportata via nave fino al luogo dell'esplosione.

Quali sono le conseguenze di una guerra nucleare?

Hiroshima e Nagasaki sono solo una piccola parte possibile apocalisse. Ad esempio, è nota l'ipotesi dell'“inverno nucleare”, avanzata dall'astrofisico americano Carl Sagan e dal geofisico sovietico Georgy Golitsyn. Si presume che se esplodono diverse testate nucleari (non nel deserto o nell'acqua, ma in aree popolate) scoppieranno molti incendi e nell’atmosfera verranno rilasciate grandi quantità di fumo e fuliggine, provocando un raffreddamento globale. L'ipotesi è stata criticata confrontando l'effetto con l'attività vulcanica, che ha scarso effetto sul clima. Inoltre, alcuni scienziati sottolineano che è più probabile che si verifichi il riscaldamento globale che il raffreddamento, anche se entrambe le parti sperano che non lo sapremo mai.

Le armi nucleari sono consentite?

Dopo la corsa agli armamenti del 20° secolo, i paesi sono tornati in sé e hanno deciso di limitare l’uso delle armi nucleari. Le Nazioni Unite hanno adottato trattati sulla non proliferazione delle armi nucleari e sulla loro proibizione test nucleari(quest'ultimo non è stato firmato dal giovane potenze nucleari India, Pakistan e Corea del Nord). Nel luglio 2017 è stato adottato nuovo accordo sulla proibizione delle armi nucleari.

“Ciascuno Stato parte si impegna a non sviluppare, testare, produrre, fabbricare o altrimenti acquisire, possedere o immagazzinare armi nucleari o altri dispositivi esplosivi nucleari”, si legge nel primo articolo del trattato.

Tuttavia, il documento non entrerà in vigore finché non sarà ratificato da 50 stati.

Alla fine degli anni '30 del secolo scorso, in Europa erano già state scoperte le leggi della fissione e del decadimento e la bomba all'idrogeno passò dalla categoria della finzione alla realtà. La storia dello sviluppo dell'energia nucleare è interessante e rappresenta ancora un'entusiasmante competizione tra il potenziale scientifico dei paesi: Germania nazista, URSS e Stati Uniti. La bomba più potente che ogni stato sognava di possedere non era solo un'arma, ma anche un potente strumento politico. Il paese che lo aveva nel suo arsenale divenne effettivamente onnipotente e poté dettare le proprie regole.

La bomba all'idrogeno ha una sua storia di creazione, che si basa su leggi fisiche, vale a dire sul processo termonucleare. Inizialmente, veniva erroneamente chiamato atomico e la colpa era dell'analfabetismo. Lo scienziato Bethe, che in seguito divenne un vincitore Premio Nobel, ha lavorato su una fonte artificiale di energia: la fissione dell'uranio. Questo era il momento di punta attività scientifica molti fisici, e tra loro c'era l'opinione che i segreti scientifici non dovessero esistere affatto, poiché inizialmente le leggi della scienza sono internazionali.

In teoria la bomba all'idrogeno era stata inventata, ma ora, con l'aiuto dei progettisti, doveva acquisire forme tecniche. Non restava che imballarlo in un guscio specifico e testarne la potenza. Ci sono due scienziati i cui nomi saranno per sempre associati alla creazione di questo armi potenti: negli Stati Uniti è Edward Teller, e in URSS è Andrei Sakharov.

Negli Stati Uniti, un fisico iniziò a studiare il problema termonucleare nel 1942. Per ordine di Harry Truman, allora presidente degli Stati Uniti, i migliori scienziati del paese lavorarono su questo problema, creando un'arma di distruzione fondamentalmente nuova. Inoltre, l’ordine del governo prevedeva una bomba con una capacità di almeno un milione di tonnellate di TNT. La bomba all'idrogeno è stata creata da Teller e ha mostrato all'umanità di Hiroshima e Nagasaki le sue capacità illimitate ma distruttive.

Su Hiroshima fu sganciata una bomba che pesava 4,5 tonnellate e conteneva 100 kg di uranio. Questa esplosione corrispondeva a quasi 12.500 tonnellate di TNT. La città giapponese di Nagasaki fu distrutta da una bomba al plutonio della stessa massa, ma equivalente a 20.000 tonnellate di TNT.

Il futuro accademico sovietico A. Sakharov nel 1948, sulla base delle sue ricerche, presentò il progetto di una bomba all'idrogeno sotto il nome RDS-6. La sua ricerca seguì due filoni: il primo venne chiamato “puff” (RDS-6s), e la sua caratteristica era una carica atomica, circondata da strati di elementi pesanti e leggeri. Il secondo ramo è il “tubo” o (RDS-6t), in cui la bomba al plutonio era contenuta nel deuterio liquido. Successivamente è stata fatta una scoperta molto importante, che ha dimostrato che la direzione del "tubo" è un vicolo cieco.

Il principio di funzionamento di una bomba all'idrogeno è il seguente: in primo luogo, all'interno del guscio esplode una carica HB, che è l'iniziatore di una reazione termonucleare, che provoca un lampo di neutroni. In questo caso il processo è accompagnato dal rilascio alta temperatura, che è necessario per ulteriori I neutroni iniziano a bombardare l'inserto di deuteruro di litio e, a sua volta, sotto l'azione diretta dei neutroni, si divide in due elementi: trizio ed elio. La miccia atomica utilizzata costituisce i componenti necessari affinché la fusione avvenga nella bomba già fatta esplodere. Questo è il complicato principio di funzionamento di una bomba all'idrogeno. Dopo questa azione preliminare, la reazione termonucleare inizia direttamente in una miscela di deuterio e trizio. In questo momento, la temperatura nella bomba aumenta sempre di più e una quantità crescente di idrogeno partecipa alla sintesi. Se controlli il tempo di queste reazioni, la velocità della loro azione può essere caratterizzata come istantanea.

Successivamente, gli scienziati hanno iniziato a utilizzare non la sintesi dei nuclei, ma la loro fissione. La fissione di una tonnellata di uranio crea un'energia equivalente a 18 Mt. Questa bomba ha un potere enorme. La bomba più potente creata dall'umanità apparteneva all'URSS. È persino entrata nel Guinness dei primati. La sua onda d'urto era equivalente a 57 (circa) megatoni di TNT. Fu fatto saltare in aria nel 1961 nell'area dell'arcipelago di Novaya Zemlya.