قوة القنبلة النووية الحرارية. كيف تعمل القنبلة الهيدروجينية وما هي عواقب انفجارها؟ الرسوم البيانية. الوصول إلى حد الطاقة

القوة التدميرية التي، عند انفجارها، لا يمكن لأحد أن يوقفها. ما هي أقوى قنبلة في العالم؟ للإجابة على هذا السؤال، عليك أن تفهم مميزات قنابل معينة.

ما هي القنبلة؟

تعمل محطات الطاقة النووية على مبدأ إطلاق الطاقة النووية وحبسها. يجب السيطرة على هذه العملية. وتتحول الطاقة المنبعثة إلى كهرباء. تتسبب القنبلة الذرية في تفاعل متسلسل لا يمكن السيطرة عليه تمامًا، والكمية الهائلة من الطاقة المنطلقة تسبب دمارًا رهيبًا. اليورانيوم والبلوتونيوم ليسا من العناصر الضارة في الجدول الدوري، بل يؤديان إلى كوارث عالمية.

قنبلة ذرية

لفهم ما هي أقوى قنبلة ذرية على هذا الكوكب، سنتعلم المزيد عن كل شيء. تنتمي القنابل الهيدروجينية والذرية إلى الطاقة النووية. إذا قمت بدمج قطعتين من اليورانيوم، ولكن كتلة كل منهما أقل من الكتلة الحرجة، فإن هذا "الاتحاد" سوف يتجاوز الكتلة الحرجة بكثير. يشارك كل نيوترون في تفاعل متسلسل لأنه يقسم النواة ويطلق 2-3 نيوترونات أخرى، مما يسبب تفاعلات اضمحلال جديدة.

قوة النيوترون خارجة تمامًا عن سيطرة الإنسان. في أقل من ثانية، مئات المليارات من الاضمحلالات المتكونة حديثًا لا تطلق كميات هائلة من الطاقة فحسب، بل تصبح أيضًا مصادر للإشعاع المكثف. يغطي هذا المطر المشع الأرض والحقول والنباتات وجميع الكائنات الحية بطبقة سميكة. وإذا تحدثنا عن كوارث هيروشيما، يمكننا أن نرى أن جرامًا واحدًا تسبب في وفاة 200 ألف شخص.

مبدأ العمل ومزايا القنبلة الفراغية

ويعتقد أن القنبلة الفراغية التي تم إنشاؤها باستخدام أحدث التقنيات يمكن أن تتنافس مع قنبلة نووية. الحقيقة هي أنه بدلاً من مادة TNT، يتم استخدام مادة غازية هنا، وهي أقوى بعشرات المرات. تعتبر قنبلة الطائرات عالية الطاقة أقوى قنبلة فراغية في العالم، وهي ليست سلاحًا نوويًا. يمكن أن تدمر العدو، لكن المنازل والمعدات لن تتضرر، ولن تكون هناك منتجات متحللة.

ما هو مبدأ عملها؟ مباشرة بعد إسقاطها من المفجر، يتم تفعيل المفجر على مسافة ما من الأرض. تم تدمير الجثة ورش سحابة ضخمة. عند خلطه بالأكسجين، يبدأ في اختراق أي مكان - في المنازل والمخابئ والملاجئ. يؤدي احتراق الأكسجين إلى خلق فراغ في كل مكان. عندما يتم إسقاط هذه القنبلة، يتم إنتاج موجة أسرع من الصوت وتولد درجة حرارة عالية جدًا.

الفرق بين القنبلة الفراغية الأمريكية والقنبلة الروسية

الاختلافات هي أن الأخير يمكنه تدمير العدو حتى في المخبأ باستخدام الرأس الحربي المناسب. وأثناء انفجار في الهواء، يسقط الرأس الحربي ويصطدم بالأرض بقوة، ويحفر حتى عمق 30 مترًا. بعد الانفجار تتشكل سحابة يمكن أن تخترق الملاجئ وتنفجر هناك مع زيادة حجمها. تمتلئ الرؤوس الحربية الأمريكية بمادة تي إن تي العادية، لذا فهي تدمر المباني. تدمر القنبلة الفراغية جسمًا محددًا لأن نصف قطره 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 الحرارة التي ترتفع إلى مليون درجة. تتحد نظائر الهيدروجين لتشكل نواة الهيليوم، مما يخلق مصدرًا هائلاً للطاقة. القنبلة الهيدروجينية هي الأقوى.. حقيقة. ويكفي فقط أن نتصور أن انفجارها يعادل انفجار 3000 قنبلة ذرية في هيروشيما. في كل من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي السابق، يمكن للمرء أن يحصي 40 ألف قنبلة ذات قوى مختلفة - النووية والهيدروجينية.

إن انفجار هذه الذخيرة يشبه العمليات التي تتم ملاحظتها داخل الشمس والنجوم. تقوم النيوترونات السريعة بتقسيم قذائف اليورانيوم للقنبلة نفسها بسرعة هائلة. لا يتم إطلاق الحرارة فحسب، بل يتم إطلاق الغبار المشع أيضًا. هناك ما يصل إلى 200 نظائر. إن إنتاج مثل هذه الأسلحة النووية أرخص من إنتاج الأسلحة النووية، ويمكن تعزيز تأثيرها عدة مرات حسب الرغبة. هذه هي أقوى قنبلة تم تفجيرها في الاتحاد السوفيتي في 12 أغسطس 1953.

عواقب الانفجار

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

بقايا مشعة من انفجار قنبلة هيدروجينية

عند حدوث انفجار، تحتوي الكرة النارية على العديد من الجزيئات المشعة الصغيرة جدًا التي يتم الاحتفاظ بها في طبقة الغلاف الجوي للأرض وتبقى هناك لفترة طويلة. عند ملامستها للأرض، تخلق هذه الكرة النارية غبارًا متوهجًا يتكون من جزيئات متحللة. في البداية، يستقر الأكبر، ثم الأخف وزنا، والذي يحمل مئات الكيلومترات بمساعدة الريح. ويمكن رؤية هذه الجسيمات بالعين المجردة، فمثلاً يمكن رؤية مثل هذا الغبار على الثلج. إنه أمر مميت إذا اقترب أي شخص. يمكن لأصغر الجزيئات أن تبقى في الغلاف الجوي لسنوات عديدة و"تسافر" بهذه الطريقة، لتدور حول الكوكب بأكمله عدة مرات. سوف تصبح انبعاثاتها المشعة أضعف عندما تتساقط على شكل أمطار.

انفجارها قادر على محو موسكو من على وجه الأرض في غضون ثوان. يمكن أن يتبخر وسط المدينة بسهولة بالمعنى الحرفي للكلمة، ويمكن أن يتحول كل شيء آخر إلى أنقاض صغيرة. أقوى قنبلة في العالم ستمحو نيويورك وكل ناطحات السحاب فيها. وسوف تترك وراءها حفرة ملساء منصهرة يبلغ طولها عشرين كيلومترا. مع مثل هذا الانفجار، لم يكن من الممكن الهروب عن طريق النزول إلى مترو الأنفاق. سيتم تدمير المنطقة بأكملها داخل دائرة نصف قطرها 700 كيلومتر وتصيبها بالجسيمات المشعة.

انفجار قنبلة القيصر - أن تكون أو لا تكون؟

وفي صيف عام 1961، قرر العلماء إجراء اختبار ومراقبة الانفجار. كان من المقرر أن تنفجر أقوى قنبلة في العالم في موقع اختبار يقع في أقصى شمال روسيا. تشغل المساحة الضخمة لموقع الاختبار كامل أراضي جزيرة نوفايا زيمليا. كان من المفترض أن يكون حجم الهزيمة 1000 كيلومتر. وكان من الممكن أن يكون الانفجار قد أدى إلى تلوث المراكز الصناعية مثل فوركوتا ودودينكا ونوريلسك. العلماء، بعد أن فهموا حجم الكارثة، جمعوا رؤوسهم وأدركوا أن الاختبار قد تم إلغاؤه.

لم يكن هناك مكان لاختبار القنبلة الشهيرة والقوية بشكل لا يصدق في أي مكان على هذا الكوكب، ولم يبق سوى القارة القطبية الجنوبية. ولكن لم يكن من الممكن أيضًا إجراء انفجار في القارة الجليدية، نظرًا لأن المنطقة تعتبر دولية والحصول على إذن لإجراء مثل هذه الاختبارات أمر غير واقعي. اضطررت إلى تقليل شحنة هذه القنبلة مرتين. ومع ذلك، تم تفجير القنبلة في 30 أكتوبر 1961 في نفس المكان - في جزيرة نوفايا زيمليا (على ارتفاع حوالي 4 كيلومترات). خلال الانفجار، لوحظ فطر ذري ضخم وحشي، ارتفع إلى 67 كيلومترا في الهواء، ودارت موجة الصدمة حول الكوكب ثلاث مرات. بالمناسبة، في متحف Arzamas-16 في مدينة ساروف، يمكنك مشاهدة النشرات الإخبارية للانفجار في رحلة، على الرغم من أنهم يدعون أن هذا المشهد ليس لضعاف القلوب.

وفي نهاية الثلاثينيات من القرن الماضي، تم بالفعل اكتشاف قوانين الانشطار والتحلل في أوروبا، وانتقلت القنبلة الهيدروجينية من فئة الخيال إلى الواقع. إن تاريخ تطور الطاقة النووية مثير للاهتمام ولا يزال يمثل منافسة مثيرة بين الإمكانات العلمية للدول: ألمانيا النازية والاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة الأمريكية. إن القنبلة الأقوى، التي حلمت أي دولة بامتلاكها، لم تكن سلاحاً فحسب، بل كانت أيضاً أداة سياسية قوية. إن الدولة التي كانت تمتلكها في ترسانتها أصبحت في الواقع قادرة على كل شيء، ويمكنها أن تملي قواعدها الخاصة.

القنبلة الهيدروجينية لها تاريخها الخاص في الإنشاء، والذي يعتمد على القوانين الفيزيائية، وهي العملية النووية الحرارية. في البداية، كان يطلق عليه بشكل غير صحيح الذرية، وكان اللوم على الأمية. عمل العالم بيته، الذي أصبح فيما بعد الحائز على جائزة نوبل، على مصدر اصطناعي للطاقة - انشطار اليورانيوم. وكانت هذه المرة ذروة النشاط العلمي للعديد من علماء الفيزياء، وكان من بينهم رأي مفاده أن الأسرار العلمية لا ينبغي أن تكون موجودة على الإطلاق، لأن قوانين العلم كانت دولية في البداية.

من الناحية النظرية، تم اختراع القنبلة الهيدروجينية، ولكن الآن، بمساعدة المصممين، كان عليها أن تكتسب أشكالًا تقنية. كل ما تبقى هو تعبئته في غلاف محدد واختباره للحصول على الطاقة. هناك عالمان سترتبط أسماؤهما إلى الأبد بإنشاء هذا السلاح القوي: في الولايات المتحدة الأمريكية، إدوارد تيلر، وفي اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، أندريه ساخاروف.

في الولايات المتحدة، بدأ الفيزيائي في دراسة المشكلة النووية الحرارية في عام 1942. بأمر من هاري ترومان، رئيس الولايات المتحدة آنذاك، عمل أفضل العلماء في البلاد على هذه المشكلة، فقد أنشأوا سلاحًا جديدًا للتدمير بشكل أساسي. علاوة على ذلك، كان أمر الحكومة يتعلق بقنبلة بسعة لا تقل عن مليون طن من مادة تي إن تي. تم إنشاء القنبلة الهيدروجينية بواسطة تيلر وأظهرت للبشرية في هيروشيما وناغازاكي قدراتها اللامحدودة ولكن المدمرة.

ألقيت على هيروشيما قنبلة تزن 4.5 طن وتحتوي على 100 كجم من اليورانيوم. يتوافق هذا الانفجار مع ما يقرب من 12500 طن من مادة تي إن تي. وتم تدمير مدينة ناغازاكي اليابانية بقنبلة بلوتونيوم بنفس الكتلة، لكن تعادل 20 ألف طن من مادة تي إن تي.

قدم الأكاديمي السوفيتي المستقبلي أ. ساخاروف في عام 1948، بناءً على بحثه، تصميم قنبلة هيدروجينية تحت اسم RDS-6. وقد اتبع بحثه فرعين: الأول سُمي «النفخة» (RDS-6s)، وكانت سمته الشحنة الذرية، التي كانت محاطة بطبقات من العناصر الثقيلة والخفيفة. أما الفرع الثاني فهو “الأنبوب” أو (RDS-6t) الذي كانت فيه قنبلة البلوتونيوم تحتوي على الديوتيريوم السائل. وبعد ذلك تم اكتشاف اكتشاف مهم للغاية، أثبت أن اتجاه "الأنبوب" هو طريق مسدود.

مبدأ تشغيل القنبلة الهيدروجينية هو كما يلي: أولاً، تنفجر شحنة HB داخل الغلاف، وهو البادئ لتفاعل نووي حراري، مما يؤدي إلى وميض نيوتروني. في هذه الحالة، تكون العملية مصحوبة بإطلاق درجة حرارة عالية، وهي ضرورية لبدء مزيد من النيوترونات في قصف ملحق ديوتريد الليثيوم، وهو بدوره، تحت التأثير المباشر للنيوترونات، ينقسم إلى عنصرين: التريتيوم والهيليوم . يشكل الصمام الذري المستخدم المكونات اللازمة لحدوث الاندماج في القنبلة التي تم تفجيرها بالفعل. هذا هو مبدأ التشغيل المعقد للقنبلة الهيدروجينية. بعد هذا الإجراء الأولي، يبدأ التفاعل النووي الحراري مباشرة في خليط من الديوتيريوم والتريتيوم. في هذا الوقت، تزداد درجة الحرارة في القنبلة أكثر فأكثر، وتشارك كمية متزايدة من الهيدروجين في التوليف. إذا قمت بمراقبة وقت ردود الفعل هذه، فيمكن وصف سرعة عملها بأنها لحظية.

بعد ذلك، بدأ العلماء في استخدام ليس تخليق النوى، ولكن انشطارهم. وينتج عن انشطار طن واحد من اليورانيوم طاقة تعادل 18 مليون طن. هذه القنبلة لديها قوة هائلة. أقوى قنبلة صنعتها البشرية كانت مملوكة للاتحاد السوفييتي. حتى أنها دخلت موسوعة غينيس للأرقام القياسية. وكانت موجة الانفجار تعادل 57 ميغاطن (تقريبًا) من مادة تي إن تي. تم تفجيره عام 1961 في منطقة أرخبيل نوفايا زيمليا.

الأسلحة النووية الحرارية

الأسلحة النووية الحرارية(الملقب ب قنبلة هيدروجينية) - نوع من الأسلحة النووية تعتمد قوته التدميرية على استخدام طاقة تفاعل الاندماج النووي للعناصر الخفيفة إلى عناصر أثقل (على سبيل المثال، تخليق نواة ذرة الهيليوم من نواتين من الديوتيريوم الذرات) والتي تطلق كمية هائلة من الطاقة.

وصف عام

يمكن بناء جهاز متفجر نووي حراري باستخدام إما الديوتيريوم السائل أو الديوتيريوم الغازي المضغوط. لكن ظهور الأسلحة النووية الحرارية أصبح ممكنا فقط بفضل نوع هيدريد الليثيوم - ديوتريد الليثيوم -6. هذا مركب من نظير ثقيل للهيدروجين - الديوتيريوم ونظير الليثيوم بعدد كتلي 6.

ديوترايد الليثيوم 6 هو مادة صلبة تسمح لك بتخزين الديوتيريوم (حالته المعتادة في الظروف العادية هي الغاز) عند درجات حرارة موجبة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن مكونه الثاني - الليثيوم 6 - هو المادة الخام لإنتاج أندر نظائر الهيدروجين - التريتيوم. في الواقع، 6 Li هو المصدر الصناعي الوحيد للتريتيوم:

استخدمت الذخائر النووية الحرارية الأمريكية المبكرة أيضًا ديوتريد الليثيوم الطبيعي، والذي يحتوي بشكل أساسي على نظير الليثيوم ذو العدد الكتلي 7. كما أنه بمثابة مصدر للتريتيوم، ولكن لهذا يجب أن تكون للنيوترونات المشاركة في التفاعل طاقة تبلغ 10 ميغا إلكترون فولت أو أعلى.

تتكون القنبلة النووية الحرارية التي تعمل وفقًا لمبدأ Teller-Ulam من مرحلتين: الزناد وحاوية الوقود النووي الحراري.

الزناد عبارة عن شحنة نووية صغيرة من البلوتونيوم معززة نوويًا حراريًا ويبلغ إنتاجها عدة كيلوطن. تتمثل مهمة الزناد في تهيئة الظروف اللازمة لإشعال التفاعل النووي الحراري - ارتفاع درجة الحرارة والضغط.

تعتبر الحاوية التي تحتوي على الوقود النووي الحراري العنصر الرئيسي في القنبلة. يوجد بداخله وقود نووي حراري - ديوتريد الليثيوم -6 - وقضيب بلوتونيوم يقع على طول محور الحاوية، والذي يلعب دور المصهر للتفاعل النووي الحراري. يمكن أن تكون قذيفة الحاوية مصنوعة إما من اليورانيوم 238، وهي مادة تنشطر تحت تأثير النيوترونات السريعة (> 0.5 ميغا إلكترون فولت) التي يتم إطلاقها أثناء تفاعل الاندماج، أو من الرصاص. الحاوية مغطاة بطبقة من ماص النيوترونات (مركبات البورون) لحماية الوقود النووي الحراري من التسخين المبكر بسبب تدفق النيوترونات بعد انفجار الزناد. الزناد والحاوية، الموجودان بشكل محوري، مملوءان ببلاستيك خاص ينقل الإشعاع من الزناد إلى الحاوية، ويوضعان في جسم قنبلة مصنوع من الفولاذ أو الألومنيوم.

يكون الخيار ممكنًا عندما لا تكون المرحلة الثانية على شكل أسطوانة، بل على شكل كرة. مبدأ التشغيل هو نفسه، ولكن بدلا من قضيب الإشعال البلوتونيوم، يتم استخدام كرة مجوفة من البلوتونيوم، وتقع في الداخل وتتخللها طبقات من ديوتريد الليثيوم 6. وقد أظهرت التجارب النووية للقنابل ذات المرحلة الثانية الكروية كفاءة أكبر من القنابل التي تستخدم مرحلة ثانية أسطوانية.

عندما ينفجر الزناد، يتم إطلاق 80% من الطاقة على شكل نبضة قوية من الأشعة السينية الناعمة، والتي يتم امتصاصها بواسطة غلاف المرحلة الثانية والحشو البلاستيكي، والذي يتحول إلى بلازما عالية الحرارة تحت ضغط مرتفع. نتيجة للتسخين الحاد لقذيفة اليورانيوم (الرصاص)، يحدث استئصال مادة القشرة ويظهر الدفع النفاث، الذي يضغط مع ضغط الضوء والبلازما على المرحلة الثانية. وفي الوقت نفسه، يتناقص حجمه عدة آلاف من المرات، ويسخن الوقود النووي الحراري إلى درجات حرارة هائلة. ومع ذلك، فإن الضغط ودرجة الحرارة لا يزالان غير كافيين لبدء تفاعل نووي حراري، وإنشاء الظروف اللازمة ينهي قضيب البلوتونيوم، الذي يدخل في حالة فوق حرجة - يبدأ التفاعل النووي داخل الحاوية. تتفاعل النيوترونات المنبعثة من قضيب البلوتونيوم المحترق مع الليثيوم 6، مما ينتج عنه التريتيوم، الذي يتفاعل مع الديوتيريوم.

أالرأس الحربي قبل الانفجار؛ الخطوة الأولى في الأعلى، والخطوة الثانية في الأسفل. كلا المكونين للقنبلة النووية الحرارية.
بتنفجر المادة المتفجرة في المرحلة الأولى، مما يؤدي إلى ضغط نواة البلوتونيوم إلى حالة فوق حرجة وبدء تفاعل متسلسل انشطاري.
جأثناء عملية الانقسام في المرحلة الأولى، تحدث نبضة من الأشعة السينية التي تنتقل على طول الجزء الداخلي من القشرة، وتخترق حشو رغوة البوليسترين الموسع.
دتتقلص المرحلة الثانية بسبب الاجتثاث (التبخر) تحت تأثير الأشعة السينية، ويدخل قضيب البلوتونيوم داخل المرحلة الثانية إلى حالة فوق حرجة، مما يؤدي إلى بدء تفاعل متسلسل، وإطلاق كميات هائلة من الحرارة.
هفي ديوتريد الليثيوم 6 المضغوط والمسخن، يحدث تفاعل اندماجي؛ حيث يبدأ تدفق النيوترونات المنبعثة تفاعل تقسيم العبث. كرة النار تتوسع..

وإذا كانت قذيفة الحاوية مصنوعة من اليورانيوم الطبيعي، فإن النيوترونات السريعة المتولدة نتيجة التفاعل الاندماجي تسبب تفاعلات انشطارية لذرات اليورانيوم -238 الموجودة فيها، مما يضيف طاقتها إلى الطاقة الكلية للانفجار. بطريقة مماثلة، يتم إنشاء انفجار نووي حراري ذو طاقة غير محدودة عمليا، لأنه خلف القشرة يمكن أن تكون هناك طبقات أخرى من ديوتريد الليثيوم وطبقات من اليورانيوم 238 (نفخة).

جهاز الذخيرة النووية الحرارية

توجد الذخائر النووية الحرارية على شكل قنابل جوية ( هيدروجينأو قنبلة نووية حرارية) والرؤوس الحربية للصواريخ الباليستية وصواريخ كروز.

قصة

كانت أكبر قنبلة هيدروجينية تم تفجيرها على الإطلاق هي القنبلة السوفيتية "قنبلة القيصر" بقوة 50 ميجا طن، والتي تم تفجيرها في 30 أكتوبر 1961 في موقع اختبار أرخبيل نوفايا زيمليا. وفي وقت لاحق قال نيكيتا خروتشوف علناً مازحاً إن الخطة الأصلية كانت تتمثل في تفجير قنبلة بقوة 100 ميغا طن، ولكن تم تخفيف التهمة "حتى لا يكسر كل الزجاج في موسكو". من الناحية الهيكلية، تم تصميم القنبلة بالفعل بقوة 100 ميغا طن، ويمكن تحقيق هذه القوة عن طريق استبدال العبث الرصاصي باليورانيوم. تم تفجير القنبلة على ارتفاع 4000 متر فوق ملعب التدريب نوفايا زيمليا. دارت موجة الصدمة بعد الانفجار حول الكرة الأرضية ثلاث مرات. وعلى الرغم من نجاح الاختبار، إلا أن القنبلة لم تدخل الخدمة؛ ومع ذلك، كان لإنشاء واختبار القنبلة العملاقة أهمية سياسية كبيرة، مما يدل على أن الاتحاد السوفييتي قد حل مشكلة تحقيق أي مستوى من الحمولة الضخمة في ترسانته النووية. ومن الغريب أنه بعد ذلك توقف نمو الحمولة الضخمة للترسانة النووية الأمريكية.

اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

كان أول مشروع سوفياتي لجهاز نووي حراري يشبه كعكة الطبقة، وبالتالي حصل على الاسم الرمزي "Sloyka". تم تطوير المشروع في عام 1949 (حتى قبل اختبار أول قنبلة نووية سوفيتية) على يد أندريه ساخاروف وفيتالي غينزبرغ وكان له تكوين شحن مختلف عن دائرة الانقسام الشهيرة تيلر-أولام. (إنجليزي)الروسية . وفي الشحنة، تناوبت طبقات من المواد الانشطارية مع طبقات من الوقود الاندماجي - ديوتريد الليثيوم الممزوج بالتريتيوم ("فكرة ساخاروف الأولى"). لم تكن شحنة الاندماج الموضوعة حول شحنة الانشطار فعالة في زيادة الطاقة الإجمالية للجهاز (يمكن لأجهزة Teller-Ulam الحديثة توفير عامل مضاعف يصل إلى 30 مرة). بالإضافة إلى ذلك، تخلل مناطق الشحنات الانشطارية والاندماجية مادة متفجرة تقليدية - البادئ لتفاعل الانشطار الأولي، مما أدى إلى زيادة الكتلة المطلوبة من المتفجرات التقليدية. تم اختبار أول جهاز RDS-6s من نوع "Sloika" في عام 1953، وحصل على اسم "Joe-4" في الغرب (تلقت التجارب النووية السوفيتية الأولى أسماء رمزية من اللقب الأمريكي لجوزيف (جوزيف) ستالين "العم جو" "). وكانت قوة الانفجار تعادل 400 كيلوطن بكفاءة 15-20% فقط. وقد أظهرت الحسابات أن انتشار المواد غير المتفاعلة يمنع زيادة الطاقة فوق 750 كيلوطن.

بعد أن أجرت الولايات المتحدة اختبار آيفي مايك في نوفمبر 1952، والذي أثبت إمكانية تصنيع قنابل ميجا طن، بدأ الاتحاد السوفيتي في تطوير مشروع آخر. وكما ذكر أندريه ساخاروف في مذكراته، فإن "الفكرة الثانية" طرحها جينزبرج في نوفمبر 1948 واقترح استخدام ديوتريد الليثيوم في قنبلة، والتي عند تشعيعها بالنيوترونات، تشكل التريتيوم وتطلق الديوتيريوم.

وسرعان ما تم توجيه تطوير الأسلحة النووية الحرارية في الولايات المتحدة نحو تصغير تصميم تيلر-أولام، والذي يمكن تجهيزه بصواريخ باليستية عابرة للقارات (ICBMs) وصواريخ باليستية تطلق من الغواصات (SLBMs). بحلول عام 1960، تم نشر الرؤوس الحربية من فئة W47 ميجاتون على الغواصات المجهزة بصواريخ بولاريس الباليستية. تبلغ كتلة الرؤوس الحربية 700 رطل (320 كجم) وقطرها 18 بوصة (50 سم). وأظهرت الاختبارات اللاحقة انخفاض موثوقية الرؤوس الحربية المثبتة على صواريخ بولاريس والحاجة إلى تعديلاتها. بحلول منتصف السبعينيات، أتاح تصغير الإصدارات الجديدة من الرؤوس الحربية وفقًا لمخطط Teller-Ulam وضع 10 رؤوس حربية أو أكثر في أبعاد الرأس الحربي للصواريخ ذات الرؤوس الحربية المتعددة (MIRV).

بريطانيا العظمى

اسبانيا، 1966

وفي 17 يناير 1966، اصطدمت قاذفة أمريكية من طراز B-52 بطائرة ناقلة فوق إسبانيا، مما أسفر عن مقتل سبعة أشخاص. ومن بين القنابل النووية الحرارية الأربع التي كانت على متن الطائرة، تم اكتشاف ثلاث قنابل على الفور، واحدة بعد بحث دام شهرين.

جرينلاند، 1968

في 21 يناير 1968، أقلعت طائرة من طراز B-52 من مطار في بلاتسبورج (نيويورك) في الساعة 21:40 بتوقيت أوروبا الوسطى، واصطدمت بالقشرة الجليدية لخليج نورث ستار (جرينلاند) على بعد خمسة عشر كيلومترًا من قاعدة ثول الجوية. وكانت هناك 4 قنابل نووية حرارية على متن الطائرة.

ساهم الحريق في تفجير الشحنات المساعدة في جميع القنابل الذرية الأربع التي كانت تحملها القاذفة، لكنها لم تؤد إلى انفجار الأجهزة النووية نفسها، حيث لم يتم وضعها في حالة الاستعداد القتالي من قبل الطاقم. عمل أكثر من 700 مدني دنماركي وعسكري أمريكي في ظروف خطيرة دون معدات الحماية الشخصية لتنظيف التلوث الإشعاعي. في عام 1987، حاول ما يقرب من 200 عامل دنماركي مقاضاة الولايات المتحدة دون جدوى. ومع ذلك، فقد نشرت السلطات الأمريكية بعض المعلومات بموجب قانون حرية المعلومات. لكن كار أولباك، كبير المستشارين في المعهد الوطني للصحة الإشعاعية في الدنمارك، قال إن الدنمارك درست بعناية صحة العمال في ثول ولم تجد أي دليل على زيادة معدلات الوفيات أو الإصابة بالسرطان.

آيفي مايك - أول اختبار جوي لقنبلة هيدروجينية أجرته الولايات المتحدة في إنيويتاك أتول في 1 نوفمبر 1952.

قبل 65 عامًا، فجر الاتحاد السوفييتي أول قنبلة نووية حرارية. كيف يعمل هذا السلاح وماذا يستطيع أن يفعل وماذا لا يستطيع أن يفعل؟ في 12 أغسطس 1953، تم تفجير أول قنبلة نووية حرارية "عملية" في الاتحاد السوفييتي. سنخبرك عن تاريخ إنشائها ونكتشف ما إذا كان صحيحًا أن هذه الذخيرة بالكاد تلوث البيئة، ولكنها يمكن أن تدمر العالم.

ظهرت فكرة الأسلحة النووية الحرارية، حيث يتم دمج نواة الذرات بدلا من تقسيمها، كما هو الحال في القنبلة الذرية، في موعد لا يتجاوز عام 1941. خطرت هذه الفكرة في ذهن الفيزيائيين إنريكو فيرمي وإدوارد تيلر. وفي نفس الوقت تقريبًا، انخرطوا في مشروع مانهاتن وساعدوا في إنشاء القنابل التي تم إسقاطها على هيروشيما وناغازاكي. تبين أن تصميم سلاح نووي حراري كان أكثر صعوبة.

يمكنك أن تفهم تقريبًا مدى تعقيد القنبلة النووية الحرارية مقارنة بالقنبلة الذرية من خلال حقيقة أن محطات الطاقة النووية العاملة كانت منذ فترة طويلة أمرًا شائعًا، ولا تزال محطات الطاقة النووية الحرارية العاملة والعملية خيالًا علميًا.

لكي تندمج النوى الذرية مع بعضها البعض، يجب تسخينها إلى ملايين الدرجات. حصل الأمريكيون على براءة اختراع لتصميم جهاز يسمح بذلك في عام 1946 (كان المشروع يسمى بشكل غير رسمي سوبر)، لكنهم تذكروه بعد ثلاث سنوات فقط، عندما نجح الاتحاد السوفييتي في اختبار قنبلة نووية.

وقال الرئيس الأميركي هاري ترومان إن الاختراق السوفييتي لابد أن يتم الرد عليه باستخدام "قنبلة الهيدروجين المزعومة".

بحلول عام 1951، قام الأمريكيون بتجميع الجهاز وإجراء الاختبارات تحت الاسم الرمزي "جورج". كان التصميم عبارة عن طارة - وبعبارة أخرى، كعكة - تحتوي على نظائر ثقيلة من الهيدروجين والديوتيريوم والتريتيوم. وقد تم اختيارها لأن دمج هذه النوى أسهل من دمج نوى الهيدروجين العادية. وكان الفتيل قنبلة نووية. أدى الانفجار إلى ضغط الديوتيريوم والتريتيوم، واندمجا، وأنتج دفقًا من النيوترونات السريعة وأشعل صفيحة اليورانيوم. في القنبلة الذرية التقليدية، لا ينشطر: هناك فقط نيوترونات بطيئة، والتي لا يمكنها التسبب في انشطار نظير مستقر لليورانيوم. وعلى الرغم من أن طاقة الاندماج النووي شكلت ما يقرب من 10% من إجمالي طاقة انفجار جورج، إلا أن "اشتعال" اليورانيوم 238 سمح للانفجار أن يكون أقوى مرتين من المعتاد، إلى 225 كيلوطن.

وبسبب اليورانيوم الإضافي، كانت قوة الانفجار ضعف قوة القنبلة الذرية التقليدية. لكن الاندماج النووي الحراري يمثل 10٪ فقط من الطاقة المنبعثة: أظهرت الاختبارات أن نوى الهيدروجين لم يتم ضغطها بقوة كافية.

ثم اقترح عالم الرياضيات ستانيسلاف أولام نهجا مختلفا - فتيل نووي على مرحلتين. وكانت فكرته هي وضع قضيب البلوتونيوم في منطقة "الهيدروجين" بالجهاز. أدى انفجار المصهر الأول إلى "إشعال" البلوتونيوم، واصطدمت موجتان صادمتان وتيارات من الأشعة السينية - قفز الضغط ودرجة الحرارة بما يكفي لبدء الاندماج النووي الحراري. تم اختبار الجهاز الجديد في جزيرة إنيويتوك المرجانية في المحيط الهادئ في عام 1952 - وكانت القوة الانفجارية للقنبلة بالفعل عشرة ميغا طن من مادة تي إن تي.

ومع ذلك، كان هذا الجهاز أيضًا غير مناسب للاستخدام كسلاح عسكري.

لكي تندمج نواة الهيدروجين، يجب أن تكون المسافة بينها في حدها الأدنى، لذلك تم تبريد الديوتيريوم والتريتيوم إلى الحالة السائلة، تقريبًا إلى الصفر المطلق. وهذا يتطلب تركيبًا مبردًا ضخمًا. الجهاز النووي الحراري الثاني، وهو في الأساس تعديل موسع لـ "جورج"، يزن 70 طنًا - لا يمكنك إسقاط ذلك من طائرة.

بدأ اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في تطوير قنبلة نووية حرارية في وقت لاحق: تم اقتراح المخطط الأول من قبل المطورين السوفييت فقط في عام 1949. كان من المفترض استخدام ديوترايد الليثيوم. هذا معدن، مادة صلبة، لا تحتاج إلى تسييل، وبالتالي لم تعد هناك حاجة إلى ثلاجة ضخمة، كما هو الحال في النسخة الأمريكية. وبنفس القدر من الأهمية، أنتج الليثيوم 6، عند قصفه بالنيوترونات من الانفجار، الهيليوم والتريتيوم، مما يزيد من تبسيط عملية اندماج النوى.

كانت قنبلة RDS-6s جاهزة في عام 1953. على عكس الأجهزة النووية الحرارية الأمريكية والحديثة، لم يكن يحتوي على قضيب البلوتونيوم. يُعرف هذا المخطط باسم "النفخة": تتخلل طبقات من ديوتريد الليثيوم مع طبقات اليورانيوم. في 12 أغسطس، تم اختبار RDS-6 في موقع اختبار سيميبالاتينسك.

بلغت قوة الانفجار 400 كيلو طن من مادة تي إن تي - أي أقل بـ 25 مرة من المحاولة الثانية التي قام بها الأمريكيون. لكن من الممكن إسقاط صواريخ RDS-6 من الجو. وكان من المقرر استخدام نفس القنبلة في الصواريخ الباليستية العابرة للقارات. وبالفعل في عام 1955، قام الاتحاد السوفييتي بتحسين من بنات أفكاره النووية الحرارية، وتجهيزه بقضيب البلوتونيوم.

واليوم، أصبحت جميع الأجهزة النووية الحرارية تقريبًا - حتى تلك الكورية الشمالية، على ما يبدو - عبارة عن تقاطع بين التصميمات السوفيتية والأمريكية المبكرة. جميعهم يستخدمون ديوتريد الليثيوم كوقود ويشعلونه بمفجر نووي على مرحلتين.

كما هو معروف من التسريبات، حتى أحدث الرؤوس الحربية النووية الحرارية الأمريكية، W88، تشبه RDS-6c: تتخلل طبقات من ديوتريد الليثيوم مع اليورانيوم.

والفرق هو أن الذخائر النووية الحرارية الحديثة ليست وحوشًا متعددة الميجا طن مثل قنبلة القيصر، ولكنها أنظمة يبلغ إنتاجها مئات الكيلوتونات، مثل RDS-6s. لا أحد لديه رؤوس حربية ميغا طن في ترساناته، لأنه من الناحية العسكرية، فإن عشرات الرؤوس الحربية الأقل قوة تكون أكثر قيمة من رأس حربي واحد قوي: وهذا يسمح لك بضرب المزيد من الأهداف.

يعمل الفنيون برأس حربي نووي حراري أمريكي W80

ما لا تستطيع القنبلة النووية الحرارية فعله

الهيدروجين عنصر شائع للغاية، ويوجد منه ما يكفي في الغلاف الجوي للأرض.

في وقت من الأوقات، ترددت شائعات بأن انفجارًا نوويًا حراريًا قويًا بدرجة كافية يمكن أن يؤدي إلى تفاعل متسلسل وسيحترق كل الهواء الموجود على كوكبنا. لكن هذه أسطورة.

ليس الهيدروجين الغازي فحسب، بل أيضًا الهيدروجين السائل ليس كثيفًا بدرجة كافية لبدء الاندماج النووي الحراري. ويجب أن يتم ضغطه وتسخينه بواسطة انفجار نووي، ويفضل أن يكون ذلك من جوانب مختلفة، كما يتم مع فتيل ذي مرحلتين. لا توجد مثل هذه الظروف في الغلاف الجوي، لذا فإن تفاعلات الاندماج النووي ذاتية الاستدامة مستحيلة هناك.

وهذا ليس المفهوم الخاطئ الوحيد حول الأسلحة النووية الحرارية. كثيراً ما يُقال إن الانفجار "أنظف" من الانفجار النووي: فهم يقولون إنه عندما تندمج نوى الهيدروجين، يكون عدد "الشظايا" أقل - وهي نوى ذرية خطيرة قصيرة العمر تنتج تلوثاً إشعاعياً - مقارنة بانشطار نواة اليورانيوم.

يعتمد هذا المفهوم الخاطئ على حقيقة أنه أثناء الانفجار النووي الحراري، من المفترض أن يتم إطلاق معظم الطاقة بسبب اندماج النوى. هذا غير صحيح. نعم، كانت قنبلة القيصر على هذا النحو، ولكن فقط بسبب استبدال "سترة" اليورانيوم بالرصاص للاختبار. تؤدي الصمامات الحديثة ذات المرحلتين إلى تلوث إشعاعي كبير.

منطقة الدمار الشامل المحتمل بفعل قنبلة القيصر، مرسومة على خريطة باريس. الدائرة الحمراء هي منطقة الدمار الكامل (نصف قطرها 35 كم). الدائرة الصفراء بحجم كرة النار (نصف قطرها 3.5 كم).

صحيح أنه لا يزال هناك ذرة من الحقيقة في أسطورة القنبلة "النظيفة". خذ أفضل رأس حربي نووي حراري أمريكي، W88. إذا انفجرت على الارتفاع الأمثل فوق المدينة، فإن منطقة الدمار الشديد سوف تتزامن عمليا مع منطقة الضرر الإشعاعي الذي يشكل خطرا على الحياة. سيكون هناك عدد قليل جدًا من الوفيات الناجمة عن مرض الإشعاع: سيموت الناس من الانفجار نفسه، وليس من الإشعاع.

تقول أسطورة أخرى أن الأسلحة النووية الحرارية قادرة على تدمير الحضارة الإنسانية بأكملها، وحتى الحياة على الأرض. وهذا أيضًا مستبعد عمليًا. يتم توزيع طاقة الانفجار في ثلاثة أبعاد، وبالتالي، مع زيادة قوة الذخيرة بألف مرة، يزيد نصف قطر العمل المدمر عشر مرات فقط - الرأس الحربي ميجا طن له نصف قطر تدمير أكبر بعشر مرات فقط من رأس حربي تكتيكي كيلوطن.

قبل 66 مليون سنة، أدى اصطدام كويكب بالأرض إلى انقراض معظم الحيوانات والنباتات البرية. بلغت قوة التأثير حوالي 100 مليون ميغا طن - أي أكثر بـ 10 آلاف مرة من القوة الإجمالية لجميع الترسانات النووية الحرارية على الأرض. قبل 790 ألف سنة، اصطدم كويكب بالكوكب، كان التأثير مليون ميغاطن، لكن لم يحدث بعد ذلك أي آثار لانقراض ولو متوسط ​​(بما في ذلك جنسنا هومو). كل من الحياة بشكل عام والناس أقوى بكثير مما يبدو.

الحقيقة حول الأسلحة النووية الحرارية لا تحظى بشعبية كبيرة مثل الأساطير. اليوم هو على النحو التالي: توفر الترسانات النووية الحرارية للرؤوس الحربية المدمجة ذات القوة المتوسطة توازنًا استراتيجيًا هشًا، ولهذا السبب لا يمكن لأحد أن يسوي دولًا أخرى في العالم بأسلحة ذرية بحرية. إن الخوف من الرد النووي الحراري هو أكثر من رادع كافٍ.

في 12 أغسطس 1953، في الساعة 7.30 صباحًا، تم اختبار أول قنبلة هيدروجينية سوفيتية في موقع اختبار سيميبالاتينسك، والذي كان يحمل اسم الخدمة "المنتج RDS-6c". كان هذا هو الاختبار الرابع للأسلحة النووية السوفيتية.

تعود بداية العمل الأول في البرنامج النووي الحراري في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية إلى عام 1945. ثم وردت معلومات حول الأبحاث الجارية في الولايات المتحدة حول المشكلة النووية الحرارية. وقد بدأوا بمبادرة من الفيزيائي الأمريكي إدوارد تيلر في عام 1942. تم اتخاذ الأساس من خلال مفهوم تيلر للأسلحة النووية الحرارية، والذي كان يُطلق عليه في أوساط العلماء النوويين السوفييت اسم "الأنبوب" - وهو عبارة عن حاوية أسطوانية تحتوي على الديوتيريوم السائل، والتي كان من المفترض أن يتم تسخينها عن طريق انفجار جهاز بدء مثل الجهاز التقليدي. قنبلة ذرية. فقط في عام 1950، أثبت الأمريكيون أن "الأنبوب" كان عديم الجدوى، واستمروا في تطوير تصميمات أخرى. ولكن بحلول هذا الوقت، كان الفيزيائيون السوفييت قد طوروا بشكل مستقل مفهومًا آخر للأسلحة النووية الحرارية، والذي أدى قريبًا - في عام 1953 - إلى النجاح.

اخترع أندريه ساخاروف تصميمًا بديلًا للقنبلة الهيدروجينية. واعتمدت القنبلة على فكرة “النفخة” واستخدام ديوترايد الليثيوم 6. تم تطوير الشحنة النووية الحرارية RDS-6s في KB-11 (مدينة ساروف حاليًا، أرزاماس 16 سابقًا، منطقة نيجني نوفغورود)، وهي عبارة عن نظام كروي من طبقات اليورانيوم والوقود النووي الحراري، محاطًا بمتفجرات كيميائية.

لزيادة إطلاق الطاقة من الشحنة، تم استخدام التريتيوم في تصميمها. كانت المهمة الرئيسية في إنشاء مثل هذا السلاح هي استخدام الطاقة المنبعثة أثناء انفجار قنبلة ذرية لتسخين وإشعال الهيدروجين الثقيل - الديوتيريوم، لإجراء تفاعلات نووية حرارية مع إطلاق الطاقة التي يمكن أن تدعم نفسها. ولزيادة نسبة الديوتيريوم "المحترق"، اقترح ساخاروف إحاطة الديوتيريوم بقشرة من اليورانيوم الطبيعي العادي، والتي كان من المفترض أن تؤدي إلى إبطاء التوسع، والأهم من ذلك، زيادة كثافة الديوتيريوم بشكل كبير. لا تزال ظاهرة ضغط التأين للوقود النووي الحراري، والتي أصبحت أساس القنبلة الهيدروجينية السوفيتية الأولى، تسمى "السكر".

بناء على نتائج العمل على القنبلة الهيدروجينية الأولى، حصل أندريه ساخاروف على لقب بطل العمل الاشتراكي والحائز على جائزة ستالين.

تم تصنيع "منتج RDS-6s" على شكل قنبلة قابلة للنقل تزن 7 أطنان، وتم وضعها في فتحة القنبلة في قاذفة القنابل Tu-16. وعلى سبيل المقارنة، فإن القنبلة التي صنعها الأمريكيون كانت تزن 54 طنا، وكان حجمها بحجم منزل مكون من ثلاثة طوابق.

ولتقييم الآثار المدمرة للقنبلة الجديدة، تم بناء مدينة من المباني الصناعية والإدارية في موقع اختبار سيميبالاتينسك. في المجموع، كان هناك 190 هيكلًا مختلفًا في الميدان. في هذا الاختبار، تم استخدام مآخذ الفراغ من العينات الكيميائية الإشعاعية لأول مرة، والتي فتحت تلقائيا تحت تأثير موجة الصدمة. في المجموع، تم إعداد 500 جهاز قياس وتسجيل وتصوير مختلف تم تركيبها في مساكن تحت الأرض وهياكل أرضية متينة لاختبار RDS-6s. الدعم الفني للطيران للاختبارات - قياس ضغط موجة الصدمة على الطائرة في الهواء وقت انفجار المنتج وأخذ عينات الهواء من السحابة المشعة، وتم التصوير الجوي للمنطقة بواسطة فريق خاص وحدة الطيران. وتم تفجير القنبلة عن بعد عن طريق إرسال إشارة من جهاز التحكم عن بعد الموجود في المخبأ.

وتقرر تنفيذ انفجار على برج فولاذي بارتفاع 40 متراً وكانت العبوة على ارتفاع 30 متراً. تمت إزالة التربة المشعة من الاختبارات السابقة إلى مسافة آمنة، وتم بناء هياكل خاصة في أماكنها الخاصة على أسس قديمة، وتم بناء مخبأ على بعد 5 أمتار من البرج لتركيب المعدات التي تم تطويرها في معهد الفيزياء الكيميائية التابع لأكاديمية اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. العلوم التي سجلت العمليات النووية الحرارية.

وتم تركيب المعدات العسكرية من كافة أفرع الجيش في الميدان. خلال الاختبارات، تم تدمير جميع الهياكل التجريبية داخل دائرة نصف قطرها ما يصل إلى أربعة كيلومترات. يمكن أن يؤدي انفجار قنبلة هيدروجينية إلى تدمير مدينة بعرض 8 كيلومترات بالكامل. كانت العواقب البيئية للانفجار مرعبة: الانفجار الأول كان يمثل 82٪ سترونتيوم -90 و 75٪ سيزيوم -137.

وصلت قوة القنبلة إلى 400 كيلو طن، أي 20 مرة أكثر من القنابل الذرية الأولى في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي.

أصبح العمل على صنع القنبلة الهيدروجينية أول "معركة ذكاء" فكرية في العالم على نطاق عالمي حقيقي. أدى إنشاء القنبلة الهيدروجينية إلى ظهور اتجاهات علمية جديدة تمامًا - فيزياء البلازما ذات درجة الحرارة العالية، وفيزياء كثافات الطاقة العالية جدًا، وفيزياء الضغوط الشاذة. لأول مرة في تاريخ البشرية، تم استخدام النمذجة الرياضية على نطاق واسع.

أدى العمل على "منتج RDS-6s" إلى إنشاء أساس علمي وتقني، والذي تم استخدامه بعد ذلك في تطوير قنبلة هيدروجينية أكثر تقدمًا بشكل لا يضاهى من نوع جديد بشكل أساسي - قنبلة هيدروجينية ذات مرحلتين.

لم تصبح القنبلة الهيدروجينية التي صممها ساخاروف حجة مضادة خطيرة في المواجهة السياسية بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي فحسب، بل كانت أيضًا بمثابة سبب للتطور السريع لرواد الفضاء السوفييتي في تلك السنوات. بعد التجارب النووية الناجحة، تلقى مكتب تصميم كوروليف مهمة حكومية مهمة لتطوير صاروخ باليستي عابر للقارات لتوصيل الشحنة التي تم إنشاؤها إلى الهدف. بعد ذلك، أطلق الصاروخ المسمى "السبعة" أول قمر صناعي للأرض إلى الفضاء، وعليه أطلق أول رائد فضاء للكوكب يوري جاجارين.

تم إعداد المادة بناءً على معلومات من مصادر مفتوحة