1 قنبلة هيدروجينية. الأسلحة النووية الحرارية. بقايا مشعة من انفجار قنبلة هيدروجينية

يقرن العديد من قرائنا القنبلة الهيدروجينية بالقنبلة الذرية ، لكنها أقوى بكثير. في الواقع ، هذا سلاح جديد في الأساس يتطلب جهودًا فكرية كبيرة بشكل غير متناسب لإنشائه ويعمل على مبادئ فيزيائية مختلفة اختلافًا جذريًا.

الطبعة مساء

"نفخة"

قنبلة حديثة

الشيء الوحيد الذي تشترك فيه القنبلة الذرية والقنبلة الهيدروجينية هو أن كليهما يطلق الطاقة الهائلة المخبأة في النواة الذرية. يمكن القيام بذلك بطريقتين: تقسيم النوى الثقيلة ، مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم ، إلى نوى أخف (تفاعل انشطار) أو إجبار أخف نظائر الهيدروجين على الاندماج (تفاعل الاندماج). نتيجة لكلا التفاعلين ، تكون كتلة المادة الناتجة دائمًا أقل من كتلة الذرات الأولية. لكن الكتلة لا يمكن أن تختفي بدون أثر - إنها تتحول إلى طاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة E = mc2.

قنبلة

لإنشاء قنبلة ذرية ، فإن الشرط الضروري والكافي هو الحصول على المواد الانشطارية بكميات كافية. العمل شاق إلى حد ما ، لكنه ليس فكريًا جدًا ، وهو أقرب إلى صناعة التعدين منه إلى العلوم العالية. تذهب الموارد الرئيسية في إنشاء مثل هذه الأسلحة إلى بناء مناجم اليورانيوم العملاقة ومصانع التخصيب. والدليل على بساطة الجهاز هو حقيقة أنه لم يمر شهر حتى بين الحصول على البلوتونيوم اللازم للقنبلة الأولى وأول انفجار نووي سوفيتي.

دعونا نتذكر بإيجاز مبدأ تشغيل مثل هذه القنبلة ، المعروف من مسار الفيزياء المدرسية. يقوم على خاصية اليورانيوم وبعض عناصر ما بعد اليورانيوم ، مثل البلوتونيوم ، لإطلاق أكثر من نيوترون واحد أثناء الاضمحلال. يمكن أن تتحلل هذه العناصر تلقائيًا وتحت تأثير النيوترونات الأخرى.

قد يترك النيوترون المنطلق المادة المشعة ، أو قد يصطدم بذرة أخرى ، مما يتسبب في تفاعل انشطار آخر. عندما يتم تجاوز تركيز معين من مادة (الكتلة الحرجة) ، فإن عدد النيوترونات حديثي الولادة التي تسبب المزيد من الانشطار للنواة الذرية يبدأ في تجاوز عدد النوى المتحللة. يبدأ عدد الذرات المتحللة في النمو مثل الانهيار الجليدي ، مما يؤدي إلى ولادة نيوترونات جديدة ، أي يحدث تفاعل متسلسل. بالنسبة لليورانيوم 235 ، تبلغ الكتلة الحرجة حوالي 50 كجم ، وبالنسبة للبلوتونيوم 239 ، 5.6 كجم. أي أن كرة البلوتونيوم التي تزن أقل بقليل من 5.6 كجم هي مجرد قطعة معدنية دافئة ، وتوجد كتلة أكبر قليلاً لبضع نانو ثانية فقط.

في الواقع ، تشغيل القنبلة بسيط: نأخذ نصفي كرة من اليورانيوم أو البلوتونيوم ، كل منهما أقل قليلاً من الكتلة الحرجة ، ونضعهما على مسافة 45 سم ، ونغطيهما بالمتفجرات وننفجر. يتم تلبيد اليورانيوم أو البلوتونيوم في قطعة من الكتلة فوق الحرجة ، ويبدأ التفاعل النووي. الجميع. هناك طريقة أخرى لبدء تفاعل نووي - لضغط قطعة من البلوتونيوم بانفجار قوي: ستنخفض المسافة بين الذرات ، وسيبدأ التفاعل عند كتلة حرجة أقل. تعمل جميع أجهزة التفجير الذرية الحديثة على هذا المبدأ.

تبدأ مشاكل القنبلة الذرية من اللحظة التي نريد فيها زيادة قوة الانفجار. لا غنى عن زيادة بسيطة في المواد الانشطارية - بمجرد أن تصل كتلتها إلى كتلة حرجة ، فإنها تنفجر. تم وضع مخططات بارعة مختلفة ، على سبيل المثال ، لصنع قنبلة ليس من جزأين ، ولكن من جزأين ، مما جعل القنبلة تبدأ في تشبه البرتقالة التالفة ، ثم تجميعها في قطعة واحدة بانفجار واحد ، ولكن مع قوة من أكثر من 100 كيلوطن ، أصبحت المشاكل مستعصية على الحل.

قنبلة ح

لكن وقود الاندماج النووي الحراري لا يحتوي على كتلة حرجة. هنا الشمس ، مليئة بالوقود النووي الحراري ، معلقة فوقها ، تفاعل نووي حراري يحدث داخلها منذ مليارات السنين ، ولا شيء ينفجر. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تفاعل الاندماج ، على سبيل المثال ، الديوتيريوم والتريتيوم (نظير الهيدروجين الثقيل والثقيل) ، يتم إطلاق 4.2 مرة من الطاقة أكثر مما يحدث عند حرق نفس كتلة اليورانيوم -235.

كان تصنيع القنبلة الذرية تجريبيًا أكثر منه نظريًا. تطلب إنشاء القنبلة الهيدروجينية ظهور تخصصات فيزيائية جديدة تمامًا: فيزياء البلازما ذات درجة الحرارة العالية والضغوط الفائقة. قبل البدء في تصميم القنبلة ، كان من الضروري أن نفهم تمامًا طبيعة الظواهر التي تحدث فقط في قلب النجوم. لا توجد تجارب يمكن أن تساعد هنا - فقط الفيزياء النظرية والرياضيات العليا كانت أدوات الباحثين. ليس من قبيل المصادفة أن دورًا هائلًا في تطوير الأسلحة النووية الحرارية يعود على وجه التحديد إلى علماء الرياضيات: أولام ، تيخونوف ، سامارسكي ، إلخ.

كلاسيك سوبر

بحلول نهاية عام 1945 ، اقترح إدوارد تيلر أول تصميم لقنبلة هيدروجينية أطلق عليها اسم "السوبر الكلاسيكي". لإنشاء الضغط الهائل ودرجة الحرارة اللازمة لبدء تفاعل الاندماج ، كان من المفترض استخدام قنبلة ذرية تقليدية. كانت "السوبر الكلاسيكية" نفسها عبارة عن أسطوانة طويلة مليئة بالديوتيريوم. كما تم توفير غرفة "اشتعال" وسيطة بخليط الديوتيريوم والتريتيوم - يبدأ تفاعل تخليق الديوتيريوم والتريتيوم عند ضغط منخفض. بالقياس على النار ، كان من المفترض أن يلعب الديوتيريوم دور الحطب ، ومزيج من الديوتيريوم والتريتيوم - كوب من البنزين ، والقنبلة الذرية - أعواد الثقاب. مثل هذا المخطط كان يسمى "الأنابيب" - نوع من السيجار مع ولاعة ذرية في أحد طرفيه. وفقًا للمخطط نفسه ، بدأ الفيزيائيون السوفييت في تطوير قنبلة هيدروجينية.

ومع ذلك ، أثبت عالم الرياضيات ستانيسلاف أولام لـ Teller وفقًا لقاعدة شريحة عادية أن حدوث تفاعل اندماج من الديوتيريوم النقي في "سوبر" غير ممكن ، وسيتطلب الخليط مثل هذه الكمية من التريتيوم التي ستكون ضرورية لإنتاجه لتجميد إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة في الولايات المتحدة عمليًا.

نفخة السكر

في منتصف عام 1946 ، اقترح تيلر مخططًا آخر للقنبلة الهيدروجينية - "المنبه". وهي تتألف من طبقات كروية متناوبة من اليورانيوم والديوتيريوم والتريتيوم. أثناء الانفجار النووي للشحنة المركزية للبلوتونيوم ، تم إنشاء الضغط ودرجة الحرارة اللازمين لبدء تفاعل حراري نووي في طبقات أخرى من القنبلة. ومع ذلك ، بالنسبة لـ "المنبه" ، كانت هناك حاجة إلى بادئ ذري عالي الطاقة ، وقد واجهت الولايات المتحدة (مثل الاتحاد السوفيتي بالفعل) مشاكل في إنتاج اليورانيوم والبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.

في خريف عام 1948 ، توصل أندريه ساخاروف إلى مخطط مماثل. في الاتحاد السوفياتي ، كان التصميم يسمى "سلويكا". بالنسبة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، الذي لم يكن لديه الوقت الكافي لإنتاج يورانيوم -235 والبلوتونيوم -239 من النوع الذي يستخدم في صنع الأسلحة ، كان نفخة ساخاروف حلاً سحريًا. وهذا هو السبب.

في القنبلة الذرية العادية ، لا يكون اليورانيوم 238 الطبيعي عديم الفائدة فقط (طاقة النيوترونات أثناء الاضمحلال ليست كافية لبدء الانشطار) ، ولكنه ضار أيضًا ، لأنه يمتص بجشع نيوترونات ثانوية ، مما يؤدي إلى إبطاء التفاعل المتسلسل. لذلك ، فإن اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة يتكون من 90٪ من نظير اليورانيوم -235. ومع ذلك ، فإن النيوترونات الناتجة عن الاندماج النووي الحراري أكثر نشاطًا بعشر مرات من نيوترونات الانشطار ، ويبدأ اليورانيوم الطبيعي 238 المشع بمثل هذه النيوترونات في الانشطار بشكل ممتاز. جعلت القنبلة الجديدة من الممكن استخدام اليورانيوم 238 كمادة متفجرة ، والتي كانت تعتبر في السابق نفايات.

كان أهم ما يميز "نفخة" ساخاروف هو استخدام مادة بلورية ذات ضوء أبيض ، وهي ديوتريد الليثيوم 6LiD ، بدلاً من التريتيوم الذي يعاني من نقص حاد.

كما ذكرنا أعلاه ، يشتعل خليط من الديوتيريوم والتريتيوم بسهولة أكبر بكثير من الديوتيريوم النقي. ومع ذلك ، هذا هو المكان الذي تنتهي فيه مزايا التريتيوم ، وتبقى العيوب فقط: في الحالة الطبيعية ، يعتبر التريتيوم غازًا ، مما يسبب صعوبات في التخزين ؛ يعتبر التريتيوم مشعًا ، وعندما يتحلل ، يتحول إلى هيليوم 3 مستقر ، يلتهم بنشاط النيوترونات السريعة التي تشتد الحاجة إليها ، مما يحد من العمر الافتراضي للقنبلة إلى بضعة أشهر.

ديوتريد الليثيوم غير المشع ، عند تعريضه للإشعاع بالنيوترونات الانشطارية البطيئة - عواقب انفجار فتيل ذري - يتحول إلى تريتيوم. وهكذا ، ينتج إشعاع الانفجار الذري الأولي في لحظة ما يكفي من التريتيوم لتفاعل نووي حراري إضافي ، والديوتيريوم موجود في الليثيوم الديوتيريوم منذ البداية.

تم اختبار هذه القنبلة ، RDS-6s ، بنجاح في 12 أغسطس 1953 على برج موقع اختبار سيميبالاتينسك. كانت قوة الانفجار 400 كيلوطن ، ولم تتوقف الخلافات بعد ما إذا كان انفجارًا نوويًا حراريًا حقيقيًا أم انفجارًا ذريًا فائق القوة. في الواقع ، فإن تفاعل الاندماج النووي الحراري في نفخة ساخاروف لم يمثل أكثر من 20 ٪ من إجمالي طاقة الشحن. كانت المساهمة الرئيسية في الانفجار من تفاعل اضمحلال اليورانيوم 238 المشع بالنيوترونات السريعة ، وبفضل ذلك فتحت RDS-6s عصر ما يسمى بالقنابل "القذرة".

الحقيقة هي أن التلوث الإشعاعي الرئيسي هو فقط منتجات الاضمحلال (على وجه الخصوص ، السترونشيوم 90 والسيزيوم 137). في جوهرها ، كانت "سلويكا" ساخاروف قنبلة ذرية عملاقة ، تم تعزيزها بشكل طفيف فقط من خلال تفاعل نووي حراري. ليس من قبيل المصادفة أن انفجارًا واحدًا فقط من "سلويكا" أنتج 82٪ من السترونشيوم 90 و 75٪ من السيزيوم 137 ، والتي دخلت الغلاف الجوي خلال التاريخ الكامل لوجود موقع اختبار سيميبالاتينسك.

القنابل الأمريكية

ومع ذلك ، كان الأمريكيون هم من فجروا القنبلة الهيدروجينية الأولى. في 1 نوفمبر 1952 ، تم اختبار جهاز الاندماج Mike بقوة 10 ميغا طن بنجاح في Elugelab Atoll في المحيط الهادئ. قد يكون من الصعب تسمية قنبلة بوزن 74 طنًا. كان "مايك" جهازًا ضخمًا بحجم منزل من طابقين ، مملوء بالديوتيريوم السائل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق (كان ساخاروف "سلويكا" منتجًا قابلاً للنقل تمامًا). ومع ذلك ، فإن أهم ما يميز "مايك" لم يكن الحجم ، ولكن المبدأ المبتكر لضغط المتفجرات النووية الحرارية.

تذكر أن الفكرة الرئيسية للقنبلة الهيدروجينية هي تهيئة الظروف للاندماج (ضغط ودرجة حرارة عاليان للغاية) من خلال انفجار نووي. في مخطط النفخ ، توجد الشحنة النووية في المركز ، وبالتالي فهي لا تضغط الديوتيريوم بقدر ما تشتت إلى الخارج - لا تؤدي الزيادة في كمية المتفجرات النووية الحرارية إلى زيادة الطاقة - فهي ببساطة لا تؤدي إلى زيادة لديك الوقت لتفجير. هذا هو بالضبط ما يحد من القوة القصوى لهذا المخطط - أعطت أقوى "نفخة" أورانج هيرالد ، التي نسفها البريطانيون في 31 مايو 1957 ، 720 كيلوطن فقط.

سيكون من المثالي أن ينفجر الفتيل الذري في الداخل ، ويضغط على المتفجرات النووية الحرارية. ولكن كيف نفعل ذلك؟ طرح إدوارد تيلر فكرة رائعة: ضغط الوقود النووي الحراري ليس عن طريق الطاقة الميكانيكية وتدفق النيوترونات ، ولكن عن طريق الإشعاع من الفتيل الذري الأساسي.

في التصميم الجديد لـ Teller ، تم تباعد العقدة الذرية البادئة بعيدًا عن الوحدة الحرارية النووية. عندما انطلقت الشحنة الذرية ، تجاوز إشعاع الأشعة السينية موجة الصدمة وانتشر على طول جدران الجسم الأسطواني ، وتبخر وتحويل البطانة الداخلية من البولي إيثيلين لجسم القنبلة إلى بلازما. أعادت البلازما ، بدورها ، إشعاع أشعة سينية أكثر ليونة ، والتي تم امتصاصها بواسطة الطبقات الخارجية لأسطوانة "دافع" اليورانيوم 238 الداخلية. بدأت الطبقات بالتبخر بشكل متفجر (تسمى هذه الظاهرة الاجتثاث). يمكن مقارنة بلازما اليورانيوم المتوهجة بطائرات محرك صاروخي فائق القوة ، يتم توجيه دفعها إلى الأسطوانة مع الديوتيريوم. انهارت اسطوانة اليورانيوم ، ووصل ضغط ودرجة حرارة الديوتيريوم إلى مستوى حرج. ضغط نفس الضغط على أنبوب البلوتونيوم المركزي إلى كتلة حرجة ، ثم انفجر. ضغط انفجار فتيل البلوتونيوم على الديوتيريوم من الداخل ، بالإضافة إلى ضغط وتسخين المتفجرات النووية الحرارية التي انفجرت. يقسم التدفق الشديد للنيوترونات نوى اليورانيوم 238 في الدافع ، مما يتسبب في تفاعل اضمحلال ثانوي. كان لكل هذا وقت لحدوثه قبل اللحظة التي وصلت فيها موجة الانفجار من الانفجار النووي الأولي إلى الوحدة الحرارية النووية. تطلب حساب كل هذه الأحداث التي تحدث في جزء من المليار من الثانية إجهاد عقول أقوى علماء الرياضيات على هذا الكوكب. لم يشعر مبتكرو فيلم "مايك" بالرعب من انفجار 10 ميغا طن ، بل بهجة لا توصف - فقد تمكنوا ليس فقط من فهم العمليات التي تحدث في العالم الحقيقي فقط في قلب النجوم ، ولكن أيضًا اختبار نظرياتهم تجريبياً من خلال ترتيبها نجم صغير على الأرض.

أحسنت

تفوق الأمريكيون على الروس من حيث جمال تصميمهم ، فلم يتمكنوا من جعل أجهزتهم مضغوطة: لقد استخدموا الديوتيريوم السائل فائق التبريد بدلاً من مسحوق ديوتريد الليثيوم المسحوق في ساخاروف. في لوس ألاموس ، تفاعلوا مع نفخة ساخاروف بدرجة من الحسد: "بدلاً من بقرة ضخمة مع دلو من الحليب الخام ، يستخدم الروس عبوة من الحليب المجفف." ومع ذلك ، فشل كلا الجانبين في إخفاء الأسرار عن بعضهما البعض. في 1 مارس 1954 ، بالقرب من بيكيني أتول ، اختبر الأمريكيون قنبلة برافو 15 ميغا طن على ديوتريد الليثيوم ، وفي 22 نوفمبر 1955 ، انفجرت أول قنبلة نووية حرارية سوفيتية من مرحلتين RDS-37 بسعة 1.7 ميغا طن فوق موقع اختبار Semipalatinsk ، مما أدى إلى هدم ما يقرب من نصف موقع الاختبار. منذ ذلك الحين ، خضع تصميم القنبلة النووية الحرارية لتغييرات طفيفة (على سبيل المثال ، ظهر درع من اليورانيوم بين القنبلة البادئة والشحنة الرئيسية) وأصبح قانونيًا. وفي العالم ، لم يعد هناك مثل هذا النطاق الواسع من ألغاز الطبيعة ، والتي يمكن حلها بمثل هذه التجربة المذهلة. هل هذا ولادة مستعر أعظم.

في 16 يناير 1963 ، أعلن نيكيتا خروتشوف عن إنشاء قنبلة هيدروجينية في الاتحاد السوفياتي. وهذه مناسبة أخرى للتذكير بحجم عواقبها المدمرة والتهديد الذي تشكله أسلحة الدمار الشامل.

في 16 يناير 1963 ، أعلن نيكيتا خروتشوف أنه تم إنشاء قنبلة هيدروجينية في الاتحاد السوفيتي ، وبعد ذلك توقفت التجارب النووية. أظهرت أزمة منطقة البحر الكاريبي عام 1962 مدى هشاشة العالم وعزله على خلفية التهديد النووي ، لذلك في سباق لا معنى له لتدمير بعضهما البعض ، تمكن الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة من التوصل إلى حل وسط والتوقيع على أول معاهدة تنظم تطوير الأسلحة النووية ، معاهدة حظر التجارب النووية.في الغلاف الجوي والفضاء وتحت الماء ، والتي انضمت إليها لاحقًا العديد من دول العالم.

في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية ، أجريت اختبارات الأسلحة النووية منذ منتصف الأربعينيات. كانت الإمكانية النظرية للحصول على الطاقة عن طريق الاندماج النووي الحراري معروفة حتى قبل الحرب العالمية الثانية. من المعروف أيضًا أنه في ألمانيا في عام 1944 ، كان العمل جارياً لبدء الاندماج النووي الحراري عن طريق ضغط الوقود النووي باستخدام الشحنات المتفجرة التقليدية ، لكنها لم تنجح لأنهم لم يتمكنوا من الحصول على درجات الحرارة والضغط المطلوبة.

على مدار 15 عامًا من اختبار الأسلحة النووية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية ، تم إجراء العديد من الاكتشافات في مجال الكيمياء والفيزياء ، مما أدى إلى إنتاج نوعين من القنابل - الذرية والهيدروجين. يختلف مبدأ عملهم اختلافًا طفيفًا: إذا أدى انفجار القنبلة الذرية إلى تحلل النواة ، فإن القنبلة الهيدروجينية تنفجر بسبب توليف العناصر مع إطلاق كمية هائلة من الطاقة. يحدث هذا التفاعل في الأجزاء الداخلية للنجوم ، حيث تحت تأثير درجات الحرارة العالية والضغط الهائل ، تتصادم نوى الهيدروجين وتندمج في نوى هيليوم أثقل. كمية الطاقة الناتجة كافية لبدء تفاعل متسلسل يتضمن كل الهيدروجين الممكن. هذا هو السبب في أن النجوم لا تنطفئ ، وانفجار القنبلة الهيدروجينية له مثل هذه القوة التدميرية.

كيف تعمل؟

نسخ العلماء هذا التفاعل باستخدام النظائر السائلة للهيدروجين - الديوتيريوم والتريتيوم ، والتي أطلق عليها اسم "القنبلة الهيدروجينية". بعد ذلك ، تم استخدام ديوتريد الليثيوم -6 ، وهو مركب صلب من الديوتيريوم ونظير الليثيوم ، والذي يعتبر ، في خصائصه الكيميائية ، نظيرًا للهيدروجين. وهكذا ، فإن ديوتريد الليثيوم 6 هو وقود قنبلة ، وفي الواقع ، تبين أنه أكثر "نظافة" من اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم ، اللذين يستخدمان في القنابل الذرية ويسببان إشعاعات قوية. ومع ذلك ، لكي يبدأ تفاعل الهيدروجين نفسه ، يجب أن يؤدي شيء ما إلى زيادة درجات الحرارة داخل المقذوف بشدة وبشكل كبير ، حيث يتم استخدام الشحنة النووية التقليدية. لكن حاوية الوقود النووي الحراري مصنوعة من اليورانيوم 238 المشع ، وتبدلها بطبقات من الديوتيريوم ، ولهذا سميت القنابل السوفيتية الأولى من هذا النوع بـ "الطبقات". بسببهم ، يمكن لجميع الكائنات الحية ، حتى على مسافة مئات الكيلومترات من الانفجار والنجاة من الانفجار ، أن تتلقى جرعة من الإشعاع تؤدي إلى مرض خطير وموت.

لماذا شكل الانفجار "عيش الغراب"؟

في الواقع ، تعتبر السحابة على شكل عيش الغراب ظاهرة فيزيائية عادية. تتشكل هذه الغيوم أثناء الانفجارات العادية ذات القوة الكافية ، أثناء الانفجارات البركانية والحرائق القوية وسقوط النيازك. يرتفع الهواء الساخن دائمًا فوق الهواء البارد ، ولكن هنا يسخن بسرعة وبقوة بحيث يرتفع في عمود مرئي ، ويلتف في دوامة حلقية ويسحب "ساقًا" خلفه - عمود من الغبار والدخان من سطح الأرض. عند ارتفاعه ، يبرد الهواء تدريجيًا ، ويصبح مثل السحابة العادية بسبب تكاثف بخار الماء. ومع ذلك ، هذا ليس كل شيء. أكثر خطورة بكثير على البشر هزة أرضية، متباينة على طول سطح الأرض من مركز الانفجار على طول دائرة نصف قطرها يصل إلى 700 كيلومتر ، وسقوط إشعاعي يسقط من تلك السحابة الفطرية.

60 قنابل هيدروجينية سوفيتية

حتى عام 1963 ، تم إجراء أكثر من 200 تفجير نووي في الاتحاد السوفيتي ، 60 منها كانت نوويًا حراريًا ، أي في هذه الحالة ، لم تكن قنبلة ذرية ، ولكن انفجرت قنبلة هيدروجينية. يمكن إجراء ثلاث أو أربع تجارب في مواقع الاختبار يوميًا ، حيث تمت دراسة ديناميكيات الانفجار وقدرات الضرب والضرر المحتمل للعدو.

تم تفجير النموذج الأولي الأول في 27 أغسطس 1949 ، وتم إجراء آخر اختبار لسلاح نووي في الاتحاد السوفيتي في 25 ديسمبر 1962. أجريت جميع الاختبارات بشكل أساسي في موقعين للاختبار - في موقع اختبار سيميبالاتينسك أو "سياب" ، الواقع على أراضي كازاخستان ، وفي نوفايا زيمليا ، وهو أرخبيل في المحيط المتجمد الشمالي.

12 أغسطس 1953: أول اختبار للقنبلة الهيدروجينية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

تم تنفيذ أول انفجار هيدروجين في الولايات المتحدة في عام 1952 في جزيرة إنيوتوك أتول. هناك نفذوا تفجير عبوة بسعة 10.4 ميغا طن ، والتي كانت 450 ضعف قوة قنبلة فات مان التي ألقيت على ناغازاكي. ومع ذلك ، من المستحيل تسمية هذا الجهاز بالقنبلة بالمعنى الحقيقي للكلمة. كان مبنى من ثلاثة طوابق مليء بالديوتيريوم السائل.

لكن تم اختبار أول سلاح نووي حراري في الاتحاد السوفياتي في أغسطس 1953 في موقع اختبار سيميبالاتينسك. لقد كانت بالفعل قنبلة حقيقية تم إسقاطها من طائرة. تم تطوير المشروع في عام 1949 (حتى قبل اختبار القنبلة النووية السوفيتية الأولى) من قبل أندريه ساخاروف ويولي خاريتون. كانت قوة الانفجار تعادل 400 كيلوطن ، لكن الدراسات أظهرت أنه يمكن زيادة الطاقة إلى 750 كيلوطن ، حيث تم استخدام 20٪ فقط من الوقود في تفاعل نووي حراري.

أقوى قنبلة في العالم

بدأ أقوى انفجار في التاريخ مجموعة من الفيزيائيين النوويين بقيادة الأكاديمي في أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية I.V. كورتشاتوف في 30 أكتوبر 1961 في ملعب تدريب Dry Nose في أرخبيل Novaya Zemlya. كانت القوة المقاسة للانفجار 58.6 ميغا طن ، وهي أعلى بعدة مرات من جميع التفجيرات التجريبية التي تم إجراؤها على أراضي الاتحاد السوفياتي أو الولايات المتحدة الأمريكية. كان من المخطط أصلاً أن تكون القنبلة أكبر وأكثر قوة ، لكن لم تكن هناك طائرة واحدة يمكنها رفع وزن أكبر في الهواء.

وصلت الكرة النارية للانفجار إلى دائرة نصف قطرها حوالي 4.6 كيلومترات. من الناحية النظرية ، يمكن أن تنمو على سطح الأرض ، ولكن تم منع ذلك من خلال موجة الصدمة المنعكسة ، والتي رفعت قاع الكرة وألقتها بعيدًا عن السطح. ارتفع انفجار الفطر النووي إلى ارتفاع 67 كيلومترًا (للمقارنة: طائرة ركاب حديثة تطير على ارتفاع 8-11 كيلومترًا). دارت موجة الضغط الجوي الملموسة التي نشأت نتيجة الانفجار حول الكرة الأرضية ثلاث مرات ، وانتشرت في ثوانٍ قليلة ، ووصلت الموجة الصوتية إلى جزيرة ديكسون على مسافة حوالي 800 كيلومتر من مركز الانفجار (المسافة من موسكو إلى سان بطرسبرج). كان كل شيء على مسافة كيلومترين أو ثلاثة كيلومترات ملوثًا بالإشعاع.

قنبلة هيدروجينية

سلاح نووي حراري- نوع من أسلحة الدمار الشامل ، تعتمد قوته التدميرية على استخدام طاقة تفاعل الاندماج النووي للعناصر الخفيفة في العناصر الأثقل (على سبيل المثال ، اندماج نواتين من ذرات الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل) إلى نواة واحدة من ذرة الهليوم) ، حيث يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. تمتلك الأسلحة النووية الحرارية نفس العوامل المدمرة مثل الأسلحة النووية ، ولها قوة انفجار أكبر بكثير. من الناحية النظرية ، يقتصر ذلك فقط على عدد المكونات المتاحة. وتجدر الإشارة إلى أن التلوث الإشعاعي الناتج عن انفجار نووي حراري أضعف بكثير من التلوث الذري ، خاصة فيما يتعلق بقوة الانفجار. أعطى هذا سببًا لتسمية الأسلحة النووية الحرارية بـ "نظيفة". هذا المصطلح ، الذي ظهر في الأدب الإنجليزي ، لم يعد مستخدمًا بحلول نهاية السبعينيات.

وصف عام

يمكن بناء جهاز متفجر نووي حراري باستخدام الديوتيريوم السائل أو الديوتيريوم المضغوط الغازي. لكن ظهور الأسلحة النووية الحرارية أصبح ممكنًا فقط بفضل مجموعة متنوعة من هيدريد الليثيوم - ديوتريد الليثيوم 6. هذا مركب من النظير الثقيل للهيدروجين - الديوتيريوم ونظير الليثيوم برقم كتلي 6.

الليثيوم -6 ديوتريد مادة صلبة تسمح لك بتخزين الديوتيريوم (الذي تكون حالته الطبيعية غازًا في ظل الظروف العادية) في درجات حرارة موجبة ، بالإضافة إلى مكونه الثاني ، الليثيوم 6 ، وهو مادة خام للحصول على أكثر نادر نظير الهيدروجين - التريتيوم. في الواقع ، 6 Li هو المصدر الصناعي الوحيد للتريتيوم:

استخدمت الذخائر النووية الحرارية الأمريكية المبكرة أيضًا ديوتريد الليثيوم الطبيعي ، والذي يحتوي أساسًا على نظير الليثيوم مع عدد كتلته 7. كما أنه يعمل كمصدر للتريتيوم ، ولكن لهذا ، يجب أن يكون للنيوترونات المشاركة في التفاعل طاقة 10 إلكترون فولت و أعلى.

من أجل إنشاء النيوترونات ودرجة الحرارة اللازمة لبدء تفاعل نووي حراري (حوالي 50 مليون درجة) ، تنفجر قنبلة ذرية صغيرة أولاً في قنبلة هيدروجينية. يصاحب الانفجار ارتفاع حاد في درجة الحرارة ، وإشعاع كهرومغناطيسي ، وظهور تدفق نيوتروني قوي. نتيجة لتفاعل النيوترونات مع نظير الليثيوم ، يتكون التريتيوم.

يؤدي وجود الديوتيريوم والتريتيوم عند درجة حرارة عالية من انفجار قنبلة ذرية إلى بدء تفاعل نووي حراري (234) ، والذي يعطي إطلاق الطاقة الرئيسي أثناء انفجار قنبلة هيدروجينية (نووية حرارية). إذا كان جسم القنبلة مصنوعًا من اليورانيوم الطبيعي ، فإن النيوترونات السريعة (تحمل 70٪ من الطاقة المنبعثة أثناء التفاعل (242)) تتسبب في سلسلة جديدة من التفاعلات الانشطارية غير المنضبط فيها. هناك مرحلة ثالثة لانفجار القنبلة الهيدروجينية. بهذه الطريقة ، يتم إنشاء انفجار نووي حراري لقوة غير محدودة عمليًا.

عامل ضار إضافي هو الإشعاع النيوتروني الذي يحدث في وقت انفجار القنبلة الهيدروجينية.

جهاز الذخيرة النووية الحرارية

توجد الذخائر الحرارية النووية في شكل قنابل جوية ( هيدروجينأو قنبلة نووية حرارية) والرؤوس الحربية للصواريخ الباليستية والجوالة.

تاريخ

الاتحاد السوفياتي

كان أول مشروع سوفيتي لجهاز نووي حراري يشبه كعكة طبقة ، وبالتالي حصل على الاسم الرمزي "سلويكا". تم تطوير التصميم في عام 1949 (حتى قبل اختبار القنبلة النووية السوفيتية الأولى) من قبل أندريه ساخاروف وفيتالي جينزبورغ ، وكان له تكوين شحنة مختلف عن تصميم الانقسام الشهير تيلر-أولام. في الشحنة ، تتناوب طبقات من المواد الانشطارية مع طبقات من وقود الاندماج - ديوتريد الليثيوم الممزوج بالتريتيوم ("الفكرة الأولى لساخاروف"). لم تفعل شحنة الاندماج ، الموجودة حول شحنة الانشطار ، سوى القليل لزيادة الطاقة الإجمالية للجهاز (يمكن لأجهزة Teller-Ulam الحديثة أن تعطي عامل مضاعفة يصل إلى 30 مرة). بالإضافة إلى ذلك ، كانت مناطق شحنات الانشطار والاندماج تتخللها المتفجرات التقليدية - البادئ في تفاعل الانشطار الأولي ، مما زاد من الكتلة المطلوبة للمتفجرات التقليدية. تم اختبار أول جهاز من نوع Sloika في عام 1953 وتم تسميته في الغرب باسم "Jo-4" (تمت تسمية التجارب النووية السوفيتية الأولى على اسم الشهرة الأمريكية جوزيف (جوزيف) ستالين "العم جو"). كانت قوة الانفجار تعادل 400 كيلوطن بكفاءة 15 - 20٪ فقط. أظهرت الحسابات أن تمدد المواد غير المتفاعلة يمنع زيادة الطاقة لأكثر من 750 كيلوطن.

بعد اختبار Evie Mike الذي أجرته الولايات المتحدة في نوفمبر 1952 ، والذي أثبت جدوى بناء قنابل ميغا طن ، بدأ الاتحاد السوفيتي في تطوير مشروع آخر. كما ذكر أندريه ساخاروف في مذكراته ، طرح جينزبورغ "الفكرة الثانية" في نوفمبر 1948 واقترحت استخدام ديوتريد الليثيوم في القنبلة ، والذي عند تعريضه للإشعاع بالنيوترونات ، يكون التريتيوم ويطلق الديوتيريوم.

في نهاية عام 1953 ، اقترح الفيزيائي فيكتور دافدينكو وضع الشحنات الأولية (الانشطار) والثانوية (الاندماج) في مجلدات منفصلة ، وبالتالي تكرار مخطط تيلر-أولام. تم اقتراح الخطوة الكبيرة التالية وتطويرها بواسطة ساخاروف وياكوف زيلدوفيتش في ربيع عام 1954. وتضمنت استخدام الأشعة السينية من تفاعل الانشطار لضغط ديوتريد الليثيوم قبل الاندماج ("انفجار الحزمة الداخلية"). تم اختبار "الفكرة الثالثة" لساخاروف خلال اختبارات RDS-37 بسعة 1.6 ميغا طن في نوفمبر 1955. أكد التطوير الإضافي لهذه الفكرة الغياب العملي للقيود الأساسية على قوة الشحنات النووية الحرارية.

أظهر الاتحاد السوفيتي هذا من خلال الاختبار في أكتوبر 1961 ، عندما تم تفجير قنبلة زنة 50 ميغا طن بواسطة قاذفة Tu-95 في نوفايا زيمليا. بلغت كفاءة الجهاز 97٪ تقريبًا ، وقد تم تصميمه في البداية بسعة 100 ميغا طن ، والتي تم تخفيضها لاحقًا إلى النصف بقرار قوي من إدارة المشروع. كان أقوى جهاز نووي حراري تم تطويره واختباره على الأرض. قوي جدًا لدرجة أن استخدامه العملي كسلاح فقد كل معناه ، حتى مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أنه تم اختباره بالفعل في شكل قنبلة جاهزة.

الولايات المتحدة الأمريكية

اقترح إنريكو فيرمي فكرة القنبلة الاندماجية بشحنة ذرية على زميله إدوارد تيلر في وقت مبكر من عام 1941 ، في بداية مشروع مانهاتن. قضى تيلر الكثير من عمله في مشروع مانهاتن في العمل على مشروع القنبلة الاندماجية ، متجاهلاً القنبلة الذرية نفسها إلى حد ما. أدى تركيزه على الصعوبات وموقفه "المحامي الشيطاني" في المناقشات حول المشكلات إلى جعل أوبنهايمر يقود تيلر وعلماء فيزياء "المشكلات" الآخرين إلى الانحياز.

تم اتخاذ الخطوات الأولى المهمة والمفاهيمية نحو تنفيذ مشروع التوليف بواسطة ستانيسلاف أولام ، المتعاون في تيلر. لبدء الاندماج النووي الحراري ، اقترح أولام ضغط الوقود النووي الحراري قبل أن يبدأ في التسخين ، باستخدام عوامل تفاعل الانشطار الأولي لهذا الغرض ، وكذلك لوضع الشحنة الحرارية النووية منفصلة عن المكون النووي الأساسي للقنبلة. جعلت هذه المقترحات من الممكن ترجمة تطوير الأسلحة النووية الحرارية إلى مستوى عملي. وبناءً على ذلك ، اقترح تيلر أن الأشعة السينية وأشعة جاما الناتجة عن الانفجار الأولي يمكن أن تنقل طاقة كافية إلى المكون الثانوي ، الموجود في غلاف مشترك مع الأولي ، لإجراء انفجار داخلي كافٍ (ضغط) وبدء تفاعل نووي حراري . في وقت لاحق ، ناقش تيلر وأنصاره ومنتقدوه مساهمة أولام في النظرية الكامنة وراء هذه الآلية.

ملاحظات

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هي "القنبلة الهيدروجينية" في القواميس الأخرى:

اسم عفا عليه الزمن لقنبلة نووية ذات قوة تدميرية كبيرة ، يعتمد عملها على استخدام الطاقة المنبعثة أثناء تفاعل اندماج النوى الخفيفة (انظر التفاعلات النووية الحرارية). تم اختبار أول قنبلة هيدروجينية في الاتحاد السوفياتي (1953) ... قاموس موسوعي كبير

قنبلة نووية ذات قوة تدميرية كبيرة ، يعتمد عملها على استخدام الطاقة المنبعثة أثناء تفاعل اندماج النوى الضوئية (انظر التفاعلات النووية الحرارية). تم تفجير أول شحنة نووية حرارية (بسعة 3 Mt) في 1 نوفمبر 1952 في الولايات المتحدة الأمريكية .... ... قاموس موسوعي

قنبلة هيدروجينية- vandenilinė bomba status as T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba، kurios užtaisas - deuteris ir tritis. atitikmenys: engl. قنبلة هيدروجينية روس القنبلة الهيدروجينية. قنبلة هيدروجينية ryšiai: sinonimas - H bomba ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

القوة التدميرية التي ، في حالة حدوث انفجار ، لا يمكن لأحد أن يوقفها. ما هي أقوى قنبلة في العالم؟ للإجابة على هذا السؤال ، تحتاج إلى فهم ميزات بعض القنابل.

ما هي القنبلة؟

تعمل محطات الطاقة النووية على مبدأ إطلاق الطاقة النووية وتقييدها. يجب التحكم في هذه العملية. يتم تحويل الطاقة المنبعثة إلى كهرباء. تسبب القنبلة الذرية تفاعلًا متسلسلًا لا يمكن السيطرة عليه تمامًا ، وتتسبب الكمية الهائلة من الطاقة المنبعثة في دمار هائل. اليورانيوم والبلوتونيوم ليسا عناصر غير ضارة في الجدول الدوري ، بل يؤديان إلى كوارث عالمية.

قنبلة ذرية

لفهم ما هي أقوى قنبلة ذرية على هذا الكوكب ، سوف نتعلم المزيد عن كل شيء. تنتمي القنابل الهيدروجينية والذرية إلى صناعة الطاقة النووية. إذا جمعت قطعتين من اليورانيوم ، ولكن سيكون لكل منهما كتلة أقل من الكتلة الحرجة ، فإن هذا "الاتحاد" سيتجاوز الكتلة الحرجة بشكل كبير. يشارك كل نيوترون في تفاعل متسلسل ، لأنه يقسم النواة ويطلق 2-3 نيوترونات أخرى ، مما يتسبب في تفاعلات انحلال جديدة.

قوة النيوترون خارجة تماما عن سيطرة الإنسان. في أقل من ثانية ، لا تطلق مئات المليارات من عمليات التحلل المتكونة حديثًا كمية هائلة من الطاقة فحسب ، بل تصبح أيضًا مصادر لأقوى إشعاع. يغطي هذا المطر المشع الأرض والحقول والنباتات وجميع الكائنات الحية في طبقة سميكة. إذا تحدثنا عن كوارث هيروشيما ، يمكننا أن نرى أن جرامًا واحدًا تسبب في وفاة 200 ألف شخص.

مبدأ العمل ومزايا القنبلة الفراغية

يُعتقد أن القنبلة الفراغية ، التي تم إنشاؤها باستخدام أحدث التقنيات ، يمكنها منافسة القنبلة النووية. الحقيقة هي أنه بدلاً من مادة تي إن تي ، يتم استخدام مادة غازية هنا ، والتي تكون أقوى بعشرات المرات. القنبلة الجوية عالية القوة هي أقوى قنبلة مفرغة غير نووية في العالم. يمكن أن تدمر العدو ، ولكن في نفس الوقت لن تتضرر المنازل والمعدات ، ولن تكون هناك منتجات تسوس.

ما هو مبدأ عملها؟ مباشرة بعد سقوطه من القاذفة ، ينطلق صاعق من مسافة ما من الأرض. انهار الهيكل وتناثرت سحابة ضخمة. عند مزجه بالأكسجين ، يبدأ في اختراق أي مكان - في المنازل والمخابئ والملاجئ. يشكل حرق الأكسجين فراغًا في كل مكان. عند إلقاء هذه القنبلة ، يتم إنتاج موجة تفوق سرعة الصوت وتتولد درجة حرارة عالية جدًا.

الفرق بين القنبلة المكنسة الامريكية والروسية

الاختلافات هي أن الأخير يمكن أن يدمر العدو ، حتى في المخبأ ، بمساعدة رأس حربي مناسب. أثناء الانفجار في الهواء ، يسقط الرأس الحربي ويضرب الأرض بقوة ، مختبئًا حتى عمق 30 مترًا. بعد الانفجار ، تتشكل سحابة ، تزداد في الحجم ، ويمكن أن تخترق الملاجئ وتنفجر هناك. من ناحية أخرى ، تمتلئ الرؤوس الحربية الأمريكية بمادة تي إن تي العادية ، وهذا هو سبب تدميرها للمباني. تدمر القنبلة الفراغية شيئًا معينًا ، نظرًا لأن نصف قطرها أصغر. لا يهم أي قنبلة هي الأقوى - أي منها يوجه ضربة مدمرة لا تضاهى تؤثر على جميع الكائنات الحية.

قنبلة هيدروجينية

القنبلة الهيدروجينية هي سلاح نووي رهيب آخر. إن مزيج اليورانيوم والبلوتونيوم لا يولد الطاقة فحسب ، بل يولد أيضًا درجة حرارة تصل إلى مليون درجة. تتحد نظائر الهيدروجين في نوى الهيليوم ، مما يخلق مصدرًا للطاقة الهائلة. القنبلة الهيدروجينية هي الأقوى - حقيقة. يكفي أن نتخيل أن انفجارها يعادل انفجار 3000 قنبلة ذرية في هيروشيما. في كل من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفيتي السابق ، يمكن للمرء أن يحصي 40 ألف قنبلة ذات قدرات مختلفة - نووية وهيدروجينية.

انفجار مثل هذه الذخيرة يمكن مقارنته بالعمليات التي يتم ملاحظتها داخل الشمس والنجوم. تقوم النيوترونات السريعة بتقسيم قذائف اليورانيوم للقنبلة نفسها بسرعة كبيرة. لا يتم إطلاق الحرارة فحسب ، بل يتم إطلاق السقوط الإشعاعي أيضًا. يوجد ما يصل إلى 200 نظير. إن إنتاج مثل هذه الأسلحة النووية أرخص من الأسلحة النووية ، ويمكن زيادة تأثيرها عدة مرات حسب الرغبة. هذه هي أقوى قنبلة انفجارية تم اختبارها في الاتحاد السوفيتي في 12 أغسطس 1953.

عواقب الانفجار

نتيجة انفجار القنبلة الهيدروجينية ثلاثة أضعاف. أول شيء يحدث هو ملاحظة موجة انفجار قوية. تعتمد قوتها على ارتفاع الانفجار ونوع التضاريس وكذلك درجة شفافية الهواء. يمكن أن تتشكل أعاصير نارية كبيرة لا تهدأ لعدة ساعات. ومع ذلك ، فإن النتيجة الثانوية والأكثر خطورة التي يمكن أن تسببها أقوى قنبلة نووية حرارية هي الإشعاع المشع وتلوث المنطقة المحيطة لفترة طويلة.

بقايا مشعة من انفجار قنبلة هيدروجينية

أثناء الانفجار ، تحتوي كرة النار على العديد من الجسيمات المشعة الصغيرة جدًا المحاصرة في طبقة الغلاف الجوي للأرض وتبقى هناك لفترة طويلة. عند ملامستها للأرض ، تخلق كرة النار هذه غبارًا متوهجًا يتكون من جزيئات تسوس. أولاً ، يستقر واحد كبير ، ثم أخف ، والذي ينتشر بمساعدة الريح على مدى مئات الكيلومترات. يمكن رؤية هذه الجسيمات بالعين المجردة ، على سبيل المثال ، يمكن رؤية هذا الغبار على الثلج. إنها قاتلة إذا كان أي شخص في الجوار. يمكن لأصغر الجسيمات البقاء في الغلاف الجوي لسنوات عديدة وبالتالي "تسافر" ، وتطير حول الكوكب بأكمله عدة مرات. سيصبح انبعاثها الإشعاعي أضعف بحلول الوقت الذي تتساقط فيه على شكل هطول.

انفجارها قادر على محو موسكو من على وجه الأرض في غضون ثوان. سوف يتبخر مركز المدينة بسهولة بالمعنى الحقيقي للكلمة ، ويمكن أن يتحول كل شيء آخر إلى أصغر الأنقاض. كانت أقوى قنبلة في العالم ستقضي على نيويورك بكل ناطحات السحاب. بعد ذلك ، ستبقى فوهة بركان ملساء بطول عشرين كيلومترًا. مع مثل هذا الانفجار ، لم يكن من الممكن الهروب بالنزول في مترو الأنفاق. سيتم تدمير المنطقة بأكملها داخل دائرة نصف قطرها 700 كيلومتر وإصابة الجسيمات المشعة.

انفجار "قنبلة القيصر" - أكون أو لا أكون؟

في صيف عام 1961 ، قرر العلماء اختبار ومراقبة الانفجار. كان من المفترض أن تنفجر أقوى قنبلة في العالم في موقع اختبار يقع في أقصى شمال روسيا. تحتل المساحة الضخمة للمضلع كامل أراضي جزيرة نوفايا زيمليا. كان حجم الهزيمة 1000 كيلومتر. كان من الممكن أن يتسبب الانفجار في إصابة مراكز صناعية مثل فوركوتا ودودينكا ونوريلسك بالعدوى. بعد أن فهم العلماء حجم الكارثة ، أخذوا رؤوسهم وأدركوا أن الاختبار قد أُلغي.

لم يكن هناك مكان لاختبار القنبلة الشهيرة والقوية بشكل لا يصدق في أي مكان على هذا الكوكب ، فقط القارة القطبية الجنوبية بقيت. لكنها فشلت أيضًا في تنفيذ انفجار في القارة الجليدية ، نظرًا لأن الإقليم يعتبر دوليًا ومن غير الواقعي ببساطة الحصول على إذن لمثل هذه الاختبارات. اضطررت إلى تقليل شحنة هذه القنبلة مرتين. ومع ذلك ، تم تفجير القنبلة في 30 أكتوبر 1961 في نفس المكان - في جزيرة نوفايا زمليا (على ارتفاع حوالي 4 كيلومترات). خلال الانفجار ، لوحظ فطر ذري ضخم وحشي ، ارتفع إلى 67 كيلومترًا ، ودارت موجة الصدمة الكوكب ثلاث مرات. بالمناسبة ، في متحف "Arzamas-16" ، في مدينة ساروف ، يمكنك مشاهدة نشرة إخبارية عن الانفجار في رحلة ، على الرغم من أنهم يقولون إن هذا المشهد ليس لضعاف القلوب.

محتوى المقال

H- قنبلة ،سلاح ذو قوة تدميرية كبيرة (بترتيب ميغا طن في مكافئ تي إن تي) ، يعتمد مبدأ تشغيله على تفاعل الاندماج الحراري النووي للنواة الخفيفة. مصدر الطاقة للانفجار عمليات مشابهة لتلك التي تحدث على الشمس والنجوم الأخرى.

التفاعلات النووية الحرارية.

يحتوي الجزء الداخلي من الشمس على كمية هائلة من الهيدروجين ، والذي يكون في حالة ضغط عالي للغاية عند درجة حرارة تقريبًا. 15.000.000 كلفن في مثل هذه الحرارة العالية وكثافة البلازما ، تتعرض نوى الهيدروجين لاصطدامات مستمرة مع بعضها البعض ، ينتهي بعضها بالاندماج ، وفي النهاية تكوين نوى هيليوم أثقل. هذه التفاعلات ، التي تسمى الاندماج النووي الحراري ، تكون مصحوبة بإطلاق كمية هائلة من الطاقة. وفقًا لقوانين الفيزياء ، فإن إطلاق الطاقة أثناء الاندماج الحراري النووي يرجع إلى حقيقة أنه عندما يتم تكوين نواة أثقل ، يتم تحويل جزء من كتلة نوى الضوء الموجودة في تركيبتها إلى كمية هائلة من الطاقة. هذا هو السبب في أن الشمس ، ذات الكتلة الهائلة ، تفقد تقريبًا. 100 مليار طن من المادة وتطلق الطاقة ، بفضلها أصبحت الحياة على الأرض ممكنة.

نظائر الهيدروجين.

ذرة الهيدروجين هي الأبسط بين جميع الذرات الموجودة. يتكون من بروتون واحد ، وهو نواته ، يدور حوله إلكترون واحد. أظهرت الدراسات الدقيقة للماء (H 2 O) أنه يحتوي على كميات ضئيلة من الماء "الثقيل" الذي يحتوي على "النظير الثقيل" للهيدروجين - الديوتيريوم (2 H). تتكون نواة الديوتيريوم من بروتون ونيوترون ، وهو جسيم محايد كتلته قريبة من كتلة البروتون.

يوجد نظير ثالث للهيدروجين ، التريتيوم ، والذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترونين في نواته. التريتيوم غير مستقر ويخضع لاضمحلال إشعاعي تلقائي ، ويتحول إلى نظير من نظائر الهيليوم. تم العثور على آثار من التريتيوم في الغلاف الجوي للأرض ، حيث يتكون نتيجة تفاعل الأشعة الكونية مع جزيئات الغاز التي يتكون منها الهواء. يتم الحصول على التريتيوم بشكل مصطنع في مفاعل نووي عن طريق تشعيع نظير الليثيوم 6 بتدفق نيوتروني.

تطوير القنبلة الهيدروجينية.

أظهر تحليل نظري أولي أن الاندماج النووي الحراري يتم بسهولة أكبر في مزيج من الديوتيريوم والتريتيوم. أخذ هذا كأساس ، بدأ العلماء الأمريكيون في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي في تنفيذ مشروع لإنشاء قنبلة هيدروجينية (HB). تم إجراء التجارب الأولى لجهاز نووي نموذجي في موقع اختبار Eniwetok في ربيع عام 1951 ؛ كان الاندماج النووي الحراري جزئيًا فقط. تم تحقيق نجاح كبير في 1 نوفمبر 1951 ، في اختبار جهاز نووي ضخم ، بلغت قوته التفجيرية 4 x 8 Mt في مكافئ TNT.

تم تفجير أول قنبلة جوية هيدروجينية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 12 أغسطس 1953 ، وفي 1 مارس 1954 ، فجر الأمريكيون قنبلة جوية أكثر قوة (حوالي 15 مليون طن) في جزيرة بيكيني أتول. منذ ذلك الحين ، قامت كلتا القوتين بتفجير أسلحة ميغا طن متطورة.

ورافق الانفجار في جزيرة بيكيني المرجانية إطلاق كمية كبيرة من المواد المشعة. سقط بعضها على بعد مئات الكيلومترات من موقع الانفجار على سفينة الصيد اليابانية لاكي دراجون ، بينما غطى البعض الآخر جزيرة رونجيلاب. نظرًا لأن الاندماج النووي الحراري ينتج الهيليوم المستقر ، فإن النشاط الإشعاعي في انفجار قنبلة هيدروجينية خالصة يجب ألا يكون أكثر من نشاط التفجير الذري للتفاعل النووي الحراري. ومع ذلك ، في الحالة قيد النظر ، اختلفت السقوط الإشعاعي المتوقع والفعلي اختلافًا كبيرًا من حيث الكمية والتركيب.

آلية عمل القنبلة الهيدروجينية.

يمكن تمثيل تسلسل العمليات التي تحدث أثناء انفجار القنبلة الهيدروجينية على النحو التالي. أولاً ، تنفجر شحنة بادئ التفاعل النووي الحراري (قنبلة ذرية صغيرة) داخل قشرة HB ، مما يؤدي إلى وميض نيوتروني وخلق درجة حرارة عالية ضرورية لبدء الاندماج النووي الحراري. تقصف النيوترونات مادة مصنوعة من ديوتريد الليثيوم ، وهو مركب من الديوتيريوم مع الليثيوم (يستخدم نظير الليثيوم برقم كتلي 6). ينقسم الليثيوم 6 بواسطة النيوترونات إلى هيليوم وتريتيوم. وهكذا ، فإن الفتيل الذري يخلق المواد اللازمة للتوليف مباشرة في القنبلة نفسها.

ثم يبدأ التفاعل النووي الحراري في خليط من الديوتيريوم والتريتيوم ، حيث ترتفع درجة الحرارة داخل القنبلة بسرعة ، بما في ذلك المزيد والمزيد من الهيدروجين في الاندماج. مع زيادة درجة الحرارة ، يمكن أن يبدأ التفاعل بين نوى الديوتيريوم ، وهو ما يميز القنبلة الهيدروجينية البحتة. جميع ردود الفعل ، بالطبع ، تستمر بسرعة كبيرة بحيث يُنظر إليها على أنها فورية.

التقسيم والتوليف والانقسام (superbomb).

في الواقع ، في القنبلة ، ينتهي تسلسل العمليات الموصوفة أعلاه في مرحلة تفاعل الديوتيريوم مع التريتيوم. علاوة على ذلك ، فضل مصممو القنبلة عدم استخدام اندماج النوى ، بل استخدام انشطارها. ينتج عن اندماج نوى الديوتيريوم والتريتيوم الهيليوم والنيوترونات السريعة ، والتي تكون طاقتها كبيرة بما يكفي لتسبب انشطار نوى اليورانيوم 238 (النظير الرئيسي لليورانيوم ، أرخص بكثير من اليورانيوم 235 المستخدم في القنابل الذرية التقليدية). تقوم النيوترونات السريعة بتقسيم ذرات غلاف اليورانيوم في القنبلة الخارقة. ينتج عن انشطار طن واحد من اليورانيوم طاقة تعادل 18 مليون طن. لا تذهب الطاقة فقط إلى الانفجار وإطلاق الحرارة. تنقسم كل نواة يورانيوم إلى "شظيتين" شديدتا النشاط الإشعاعي. تشمل نواتج الانشطار 36 عنصرًا كيميائيًا مختلفًا وما يقرب من 200 نظير مشع. كل هذا يشكل السقوط الإشعاعي الذي يصاحب انفجارات القنابل الخارقة.

نظرًا للتصميم الفريد وآلية العمل الموصوفة ، يمكن صنع أسلحة من هذا النوع بالقوة المطلوبة. إنها أرخص بكثير من القنابل الذرية بنفس القوة.

عواقب الانفجار.

موجة الصدمة والتأثير الحراري.

التأثير المباشر (الأساسي) لانفجار قنبلة خارقة هو ثلاثة أضعاف. أكثر التأثيرات المباشرة وضوحًا هي موجة الصدمة الشديدة الشدة. تتناقص قوة تأثيرها ، اعتمادًا على قوة القنبلة ، وارتفاع الانفجار فوق الأرض وطبيعة التضاريس ، مع المسافة من مركز الانفجار. يتم تحديد التأثير الحراري للانفجار من خلال نفس العوامل ، ولكن ، بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد أيضًا على شفافية الهواء - يقلل الضباب بشكل حاد من المسافة التي يمكن أن يتسبب فيها الفلاش الحراري في حروق خطيرة.

وفقًا للحسابات ، في حالة حدوث انفجار في الغلاف الجوي لقنبلة 20 ميغا طن ، سيبقى الناس على قيد الحياة في 50 ٪ من الحالات إذا 1) لجأوا إلى ملجأ من الخرسانة المسلحة تحت الأرض على مسافة حوالي 8 كيلومترات من مركز الانفجار (شرق) ، 2) في المباني الحضرية العادية على مسافة حوالي. 15 كم من الحرب الإلكترونية ، 3) كانت في العراء على مسافة تقريبية. 20 كم من EV. في ظروف ضعف الرؤية وعلى مسافة لا تقل عن 25 كم ، إذا كان الجو صافياً ، بالنسبة للأشخاص في المناطق المفتوحة ، تزداد احتمالية البقاء على قيد الحياة بسرعة مع المسافة من مركز الزلزال ؛ على مسافة 32 كم قيمته المحسوبة أكثر من 90٪. المنطقة التي يخترق فيها الإشعاع الذي يحدث أثناء الانفجار يؤدي إلى نتيجة مميتة ، تكون صغيرة نسبيًا ، حتى في حالة القنابل الخارقة عالية الإنتاجية.

كرة نارية.

اعتمادًا على تكوين وكتلة المادة القابلة للاحتراق الموجودة في كرة النار ، يمكن أن تتشكل عواصف نارية عملاقة ذاتية الاستمرارية وتستعر لساعات عديدة. ومع ذلك ، فإن أخطر عواقب الانفجار (وإن كانت ثانوية) هي التلوث الإشعاعي للبيئة.

يسقط.

كيف يتم تشكيلها.

عندما تنفجر القنبلة ، تمتلئ كرة النار الناتجة بكمية هائلة من الجسيمات المشعة. عادة ، تكون هذه الجسيمات صغيرة جدًا لدرجة أنها بمجرد وصولها إلى الغلاف الجوي العلوي ، يمكنها البقاء هناك لفترة طويلة. ولكن إذا لامست كرة النار سطح الأرض ، وكل ما عليها ، فإنها تتحول إلى غبار أحمر حار ورماد وتجذبهم إلى إعصار ناري. في دوامة اللهب ، يختلطون ويرتبطون بالجسيمات المشعة. الغبار المشع ، باستثناء الأكبر ، لا يستقر على الفور. يتم نقل الغبار الدقيق بعيدًا عن طريق سحابة الانفجار الناتجة ويسقط تدريجياً أثناء تحركه في اتجاه الريح. مباشرة في موقع الانفجار ، يمكن أن يكون التساقط الإشعاعي شديدًا للغاية - غالبًا ما يستقر الغبار الخشن على الأرض. على بعد مئات الكيلومترات من موقع الانفجار وعلى مسافات أطول ، تتساقط جزيئات الرماد الصغيرة ولكن المرئية على الأرض. غالبًا ما يشكلون غطاءً شبيهًا بالثلج ، مميتًا لأي شخص يصادف وجوده في مكان قريب. حتى الجسيمات الأصغر وغير المرئية ، قبل أن تستقر على الأرض ، يمكن أن تتجول في الغلاف الجوي لأشهر وحتى سنوات ، وتتجول حول العالم عدة مرات. بحلول الوقت الذي تسقط فيه ، يضعف نشاطها الإشعاعي بشكل كبير. الأخطر هو إشعاع السترونشيوم 90 مع نصف عمر 28 سنة. لوحظ سقوطه بوضوح في جميع أنحاء العالم. يستقر على أوراق الشجر والعشب ، ويدخل في سلاسل الغذاء ، بما في ذلك البشر. نتيجة لذلك ، تم العثور على كميات ملحوظة ، وإن لم تكن خطيرة بعد ، من السترونتيوم 90 في عظام سكان معظم البلدان. يعتبر تراكم السترونتيوم -90 في عظام الإنسان خطيرًا جدًا على المدى الطويل ، حيث يؤدي إلى تكوين أورام عظمية خبيثة.

تلوث المنطقة بالتساقط الإشعاعي لفترات طويلة.

في حالة الأعمال العدائية ، سيؤدي استخدام القنبلة الهيدروجينية إلى تلوث إشعاعي فوري للمنطقة داخل دائرة نصف قطرها تقريبًا. 100 كم من مركز الانفجار. في حالة حدوث انفجار قنبلة عملاقة ، سوف تتلوث مساحة عشرات الآلاف من الكيلومترات المربعة. هذه المساحة الضخمة من الدمار بقنبلة واحدة تجعلها نوعًا جديدًا تمامًا من الأسلحة. حتى لو لم تصيب القنبلة الخارقة الهدف ، أي لن تصطدم بالجسم بتأثيرات صدمة حرارية ، فإن اختراق الإشعاع والتساقط الإشعاعي المصاحب للانفجار سيجعل المنطقة المحيطة غير مناسبة للسكن. يمكن أن يستمر هطول الأمطار هذا لعدة أيام وأسابيع وحتى شهور. اعتمادًا على عددها ، يمكن أن تصل شدة الإشعاع إلى مستويات مميتة. يكفي عدد قليل نسبيًا من القنابل الخارقة لتغطية دولة كبيرة تمامًا بطبقة من الغبار المشع القاتل لجميع الكائنات الحية. وهكذا ، فإن إنشاء القنبلة الخارقة كان بمثابة بداية لعصر أصبح فيه من الممكن جعل قارات بأكملها غير صالحة للسكنى. حتى بعد فترة طويلة من توقف التعرض المباشر للتساقط الإشعاعي ، سيظل هناك خطر بسبب السمية الإشعاعية العالية للنظائر مثل السترونتيوم 90. مع الغذاء المزروع في التربة الملوثة بهذا النظير ، يدخل النشاط الإشعاعي إلى جسم الإنسان.