Die amerikanische Wasserstoffbombe wurde getestet. Was ist eine Wasserstoffbombe: wie sie funktioniert, Tests
Thermonukleare Waffen (H-Bombe) - eine Art Atomwaffe, deren Zerstörungskraft auf der Nutzung der Energie der Kernfusionsreaktion leichter Elemente zu schwereren Elementen beruht (z. B. die Synthese eines Kerns eines Heliumatoms aus zwei Deuteriumkernen). Atome), wodurch Energie freigesetzt wird.
allgemeine Beschreibung [ | ]
Ein thermonuklearer Sprengkörper kann entweder aus flüssigem Deuterium oder komprimiertem gasförmigem Deuterium gebaut werden. Die Entstehung thermonuklearer Waffen wurde jedoch nur dank einer Art Lithiumhydrid möglich – Lithium-6-Deuterid. Dies ist eine Kombination aus einem schweren Wasserstoffisotop – Deuterium – und einem Lithiumisotop mit der Massenzahl 6.
Lithium-6-Deuterid ist eine feste Substanz, die die Speicherung von Deuterium ermöglicht ( Normalzustand das unter normalen Bedingungen ein Gas ist) bei normale Bedingungen Darüber hinaus ist seine zweite Komponente – Lithium-6 – der Rohstoff für die Herstellung des seltensten Wasserstoffisotops – Tritium. Tatsächlich ist 6 Li die einzige industrielle Tritiumquelle:
3 6 L i + 0 1 n → 1 3 H + 2 4 H e + E 1 . (\displaystyle ()_(3)^(6)\mathrm (Li) +()_(0)^(1)n\to ()_(1)^(3)\mathrm (H) +() _(2)^(4)\mathrm (He) +E_(1).)Die gleiche Reaktion findet bei Lithium-6-Deuterid in einem thermonuklearen Gerät statt, wenn es mit schnellen Neutronen bestrahlt wird; freigesetzte Energie E 1 = 4,784 MeV. Das entstehende Tritium (3H) reagiert dann mit Deuterium und setzt dabei Energie frei E 2 = 17,59 MeV:
1 3 H + 1 2 H → 2 4 H e + 0 1 n + E 2 , (\displaystyle ()_(1)^(3)\mathrm (H) +()_(1)^(2)\ mathrm (H) \to ()_(2)^(4)\mathrm (He) +()_(0)^(1)n+E_(2),)Darüber hinaus entsteht ein Neutron mit einer kinetischen Energie von mindestens 14,1 MeV, das wiederum die erste Reaktion an einem anderen Lithium-6-Kern auslösen oder die Spaltung schwerer Uran- oder Plutoniumkerne in einer Hülle bewirken oder mit der Emission mehrerer auslösen kann mehr schnelle Neutronen.
Frühe thermonukleare Munition der USA verwendete auch natürliches Lithiumdeuterid, das hauptsächlich das Lithiumisotop mit der Massenzahl 7 enthält. Es dient auch als Tritiumquelle, allerdings müssen hierfür die an der Reaktion beteiligten Neutronen eine Energie von 10 MeV oder höher haben: Reaktion N+ 7 Li → 3 H + 4 He + N− 2,467 MeV ist endotherm und absorbiert Energie.
Eine nach dem Teller-Ulam-Prinzip arbeitende thermonukleare Bombe besteht aus zwei Stufen: einem Abzug und einem Behälter mit thermonuklearem Brennstoff.
Das 1952 von den Vereinigten Staaten getestete Gerät war eigentlich keine Bombe, sondern ein Laborprototyp, ein „dreistöckiges Haus gefüllt mit flüssigem Deuterium“, das in dieser Form entworfen wurde spezieller Entwurf. Sowjetische Wissenschaftler entwickelten genau die Bombe – ein komplettes Gerät, das für den praktischen militärischen Einsatz geeignet ist.
Die größte jemals gezündete Wasserstoffbombe ist die sowjetische 58-Megatonnen-Zar-Bombe, die am 30. Oktober 1961 auf dem Testgelände des Archipels Nowaja Semlja gezündet wurde. Nikita Chruschtschow scherzte später öffentlich, dass der ursprüngliche Plan darin bestand, eine 100-Megatonnen-Bombe zu zünden, aber die Ladung wurde reduziert, „um nicht das ganze Glas in Moskau zu zerbrechen“. Strukturell war die Bombe tatsächlich für 100 Megatonnen ausgelegt, und diese Leistung konnte durch den Ersatz von Blei durch Uran erreicht werden. Die Bombe wurde in einer Höhe von 4000 Metern über dem Übungsgelände Nowaja Semlja gezündet. Die Schockwelle nach der Explosion umkreiste dreimal den Globus. Trotz des erfolgreichen Tests wurde die Bombe nicht in Dienst gestellt; Dennoch hatten die Entwicklung und der Test der Superbombe große Auswirkungen politische Bedeutung Dies beweist, dass die UdSSR das Problem gelöst hat, nahezu jede Megatonnenzahl ihres Nukleararsenals zu erreichen.
USA [ | ]
Die Idee einer durch eine Atomladung ausgelösten Fusionsbombe wurde von Enrico Fermi seinem Kollegen Edward Teller im Herbst 1941, ganz am Anfang des Manhattan-Projekts, vorgeschlagen. Teller widmete einen Großteil seiner Arbeit während des Manhattan-Projekts der Arbeit am Fusionsbombenprojekt und vernachlässigte dabei bis zu einem gewissen Grad die Atombombe selbst. Sein Fokus auf Schwierigkeiten und die Position des „Advokaten des Teufels“ bei Diskussionen über Probleme zwangen Oppenheimer, Teller und andere „problematische“ Physiker in die Schranken zu weisen.
Die ersten wichtigen und konzeptionellen Schritte zur Umsetzung des Syntheseprojekts wurden von Tellers Mitarbeiter Stanislav Ulam unternommen. Etwas einleiten thermonukleare Fusion Ulam schlug vor, den thermonuklearen Brennstoff vor dem Erhitzen zu komprimieren und dabei Faktoren aus der primären Spaltungsreaktion zu nutzen. Außerdem sollte die thermonukleare Ladung getrennt von der primären Kernkomponente der Bombe platziert werden. Diese Vorschläge ermöglichten es, die Entwicklung thermonuklearer Waffen auf eine praktische Ebene zu übertragen. Auf dieser Grundlage schlug Teller vor, dass die durch die primäre Explosion erzeugten Röntgen- und Gammastrahlen genügend Energie auf die sekundäre Komponente übertragen könnten, die sich in einer gemeinsamen Hülle mit der primären befindet, um eine ausreichende Implosion (Kompression) durchzuführen und eine thermonukleare Reaktion auszulösen . Teller und seine Anhänger und Gegner diskutierten später Ulams Beitrag zur Theorie, die diesem Mechanismus zugrunde liegt.
Explosion „George“
Im Jahr 1951 wurde unter dem allgemeinen Namen Operation Greenhouse eine Reihe von Tests durchgeführt, bei denen Fragen der Miniaturisierung von Kernladungen bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer Leistung geklärt wurden. Einer der Tests dieser Serie war eine Explosion mit dem Codenamen „George“, bei der ein experimentelles Gerät gezündet wurde, bei dem es sich um eine Kernladung in Form eines Torus mit einer kleinen Menge flüssigem Wasserstoff in der Mitte handelte. Der Hauptteil der Explosionskraft wurde gerade durch die Wasserstofffusion gewonnen, was das allgemeine Konzept zweistufiger Geräte in der Praxis bestätigte.
„Evie Mike“
Bald zielte die Entwicklung thermonuklearer Waffen in den Vereinigten Staaten auf die Miniaturisierung des Teller-Ulam-Designs ab, das mit Interkontinentalraketen (ICBMs) und von U-Booten gestarteten ballistischen Raketen (SLBMs) ausgerüstet werden konnte. 1960 wurden die Sprengköpfe der Megatonnen-Klasse W47 eingeführt und auf U-Booten eingesetzt, die mit ballistischen Polaris-Raketen ausgerüstet waren. Die Sprengköpfe hatten eine Masse von 320 kg und einen Durchmesser von 50 cm. Spätere Tests zeigten die geringe Zuverlässigkeit der auf Polaris-Raketen installierten Sprengköpfe und die Notwendigkeit ihrer Modifikationen. Mitte der 1970er Jahre ermöglichte die Miniaturisierung neuer Versionen von Sprengköpfen nach dem Teller-Ulam-Design die Platzierung von 10 oder mehr Sprengköpfen in den Abmessungen des Sprengkopfes mehrerer Sprengköpfe (MIRV).
UdSSR [ | ]
Nordkorea [ | ]
Im Dezember dieses Jahres verbreitete KCNA eine Erklärung des nordkoreanischen Führers Kim Jong-un, in der er berichtete, dass Pjöngjang über eine eigene Wasserstoffbombe verfüge.
Am 12. August 1953 um 7.30 Uhr wurde auf dem Testgelände Semipalatinsk die erste sowjetische Wasserstoffbombe getestet, die den Dienstnamen „Produkt RDS-6c“ trug. Dies war der vierte sowjetische Atomwaffentest.
Der Beginn der ersten Arbeiten am thermonuklearen Programm in der UdSSR geht auf das Jahr 1945 zurück. Dann gingen Informationen über in den Vereinigten Staaten durchgeführte Forschungen zum thermonuklearen Problem ein. Sie wurden 1942 auf Initiative des amerikanischen Physikers Edward Teller ins Leben gerufen. Als Grundlage diente Tellers Konzept thermonuklearer Waffen, das in den Kreisen sowjetischer Nuklearwissenschaftler als „Rohr“ bezeichnet wurde – ein zylindrischer Behälter mit flüssigem Deuterium, der durch die Explosion eines Zündgeräts wie eines konventionellen erhitzt werden sollte Atombombe. Erst 1950 stellten die Amerikaner fest, dass die „Pfeife“ zwecklos war, und entwickelten weitere Designs. Doch zu diesem Zeitpunkt hatten sowjetische Physiker bereits selbstständig ein anderes Konzept thermonuklearer Waffen entwickelt, das bald – 1953 – zum Erfolg führte.
Ein alternativer Entwurf für eine Wasserstoffbombe wurde von Andrei Sacharow erfunden. Die Bombe basierte auf der Idee eines „Puffs“ und der Verwendung von Lithium-6-Deuterid. Entwickelt im KB-11 (heute ist es die Stadt Sarow, ehemals Arzamas-16, Region Nischni Nowgorod) Die thermonukleare Ladung RDS-6 war ein kugelförmiges System aus Schichten aus Uran und thermonuklearem Brennstoff, umgeben von einem chemischen Sprengstoff.
Um die Energiefreisetzung der Ladung zu erhöhen, wurde bei ihrem Design Tritium verwendet. Die Hauptaufgabe bei der Entwicklung einer solchen Waffe bestand darin, die bei der Explosion einer Atombombe freigesetzte Energie zu nutzen, um schweren Wasserstoff – Deuterium – zu erhitzen und zu zünden, um thermonukleare Reaktionen unter Freisetzung von Energie durchzuführen, die sich selbst unterstützen kann. Um den Anteil des „verbrannten“ Deuteriums zu erhöhen, schlug Sacharow vor, das Deuterium mit einer Hülle aus gewöhnlichem Natururan zu umgeben, was die Expansion verlangsamen und vor allem die Dichte des Deuteriums deutlich erhöhen sollte. Das Phänomen der Ionisationskompression von thermonuklearem Brennstoff, das zur Grundlage der ersten sowjetischen Wasserstoffbombe wurde, wird immer noch als „Verzuckerung“ bezeichnet.
Aufgrund der Ergebnisse der Arbeiten an der ersten Wasserstoffbombe erhielt Andrei Sacharow den Titel „Held der sozialistischen Arbeit“ und Träger des Stalin-Preises.
„Produkt RDS-6s“ wurde in Form einer transportablen Bombe mit einem Gewicht von 7 Tonnen hergestellt, die in der Bombenluke eines Tu-16-Bombers platziert wurde. Zum Vergleich: Die von den Amerikanern gebaute Bombe wog 54 Tonnen und hatte die Größe eines dreistöckigen Hauses.
Um die zerstörerischen Auswirkungen der neuen Bombe zu beurteilen, wurde auf dem Testgelände Semipalatinsk eine Stadt aus Industrie- und Verwaltungsgebäuden errichtet. Insgesamt befanden sich 190 verschiedene Bauwerke auf dem Spielfeld. Bei diesem Test kamen erstmals Vakuumeinlässe radiochemischer Proben zum Einsatz, die sich unter dem Einfluss einer Stoßwelle automatisch öffneten. Insgesamt wurden für den Test der RDS-6 500 verschiedene Mess-, Aufzeichnungs- und Filmgeräte vorbereitet, die in unterirdischen Kasematten und dauerhaften Bodenstrukturen installiert waren. Die luftfahrttechnische Unterstützung für die Tests – Messung des Drucks der Stoßwelle auf das Flugzeug in der Luft zum Zeitpunkt der Explosion des Produkts, Entnahme von Luftproben aus der radioaktiven Wolke und Luftaufnahmen des Gebiets – wurde von einem Spezialpersonal durchgeführt Flugeinheit. Die Bombe wurde aus der Ferne gezündet, indem ein Signal von einer im Bunker befindlichen Fernbedienung gesendet wurde.
Es wurde beschlossen, eine Explosion auf einem 40 Meter hohen Stahlturm durchzuführen, die Ladung befand sich in einer Höhe von 30 Metern. Der radioaktive Boden aus früheren Tests wurde in sicherer Entfernung entfernt, an eigenen Stellen wurden spezielle Strukturen auf alten Fundamenten errichtet und 5 Meter vom Turm entfernt wurde ein Bunker errichtet, um die am Institut für Chemische Physik der Akademie der UdSSR entwickelten Geräte zu installieren Wissenschaften, die thermonukleare Prozesse aufzeichneten.
Auf dem Feld installiert militärische Ausrüstung alle Teilstreitkräfte des Militärs. Bei den Tests wurden alle Versuchsstrukturen im Umkreis von bis zu vier Kilometern zerstört. Eine Wasserstoffbombenexplosion könnte eine Stadt mit einem Durchmesser von 8 Kilometern vollständig zerstören. Die Umweltfolgen der Explosion waren erschreckend: Die erste Explosion bestand zu 82 % aus Strontium-90 und zu 75 % aus Cäsium-137.
Die Kraft der Bombe erreichte 400 Kilotonnen, 20-mal mehr als die erste Atombomben in den USA und der UdSSR.
Die Arbeit zur Herstellung der Wasserstoffbombe wurde zum weltweit ersten intellektuellen „Geisteskampf“ von wirklich globalem Ausmaß. Die Entwicklung der Wasserstoffbombe leitete die Entstehung völlig neuer Dinge ein wissenschaftliche Richtungen— Physik des Hochtemperaturplasmas, Physik ultrahoher Energiedichten, Physik anomaler Drücke. Zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit wurden mathematische Modelle in großem Umfang eingesetzt.
Durch die Arbeit am „RDS-6s-Produkt“ wurde eine wissenschaftliche und technische Grundlage geschaffen, die dann zur Entwicklung einer unvergleichlich fortschrittlicheren Wasserstoffbombe eines grundlegend neuen Typs – einer zweistufigen Wasserstoffbombe – genutzt wurde.
Die von Sacharow entworfene Wasserstoffbombe wurde nicht nur zu einem ernstzunehmenden Gegenargument in der politischen Konfrontation zwischen den USA und der UdSSR, sondern war auch der Grund für die rasante Entwicklung der sowjetischen Kosmonautik in diesen Jahren. Es war nach erfolgreich Atomtests OKB Korolev erhielt einen wichtigen Regierungsauftrag zur Entwicklung eines Interkontinentalflugzeugs ballistische Rakete um die erzeugte Ladung an das Ziel zu liefern. Anschließend startete die Rakete mit dem Namen „Sieben“ den ersten künstlichen Erdsatelliten ins All, auf dem der erste Kosmonaut des Planeten, Juri Gagarin, startete.
Das Material wurde auf der Grundlage von Informationen aus offenen Quellen erstellt
Jeder hat bereits über eine der unangenehmsten Neuigkeiten des Dezembers gesprochen – den erfolgreichen Test einer Wasserstoffbombe durch Nordkorea. Kim Jong-un versäumte es nicht, anzudeuten (direkt zu sagen), dass er jederzeit bereit sei, seine Waffen von defensiven auf offensive Waffen umzustellen, was in der Presse auf der ganzen Welt für beispielloses Aufsehen sorgte. Allerdings gab es auch Optimisten, die erklärten, die Tests seien gefälscht: Sie sagen, dass der Schatten der Juche in die falsche Richtung falle und der radioaktive Niederschlag irgendwie nicht sichtbar sei. Aber warum ist die Präsenz einer Wasserstoffbombe im Aggressorland ein so bedeutender Faktor für freie Länder, denn das gilt sogar für Atomsprengköpfe? Nord Korea gibt es in Hülle und Fülle. Haben Sie jemals jemanden so erschreckt?
Die Wasserstoffbombe, auch Wasserstoffbombe oder HB genannt, ist eine unglaubliche Waffe zerstörerische Kraft, dessen Leistung in Megatonnen TNT gemessen wird. Das Funktionsprinzip von HB basiert auf der Energie, die bei der thermonuklearen Fusion von Wasserstoffkernen entsteht – genau der gleiche Prozess findet in der Sonne statt.
Wie unterscheidet sich eine Wasserstoffbombe von einer Atombombe?
Die Kernfusion, der Prozess, der bei der Detonation einer Wasserstoffbombe abläuft, ist die stärkste Energieart, die der Menschheit zur Verfügung steht. Wir haben noch nicht gelernt, es für friedliche Zwecke zu nutzen, aber wir haben es für militärische Zwecke adaptiert. Diese thermonukleare Reaktion, ähnlich wie sie in Sternen beobachtet werden kann, setzt einen unglaublichen Energiefluss frei. In der Atomenergie entsteht Energie durch Spaltung Atomkern, daher ist die Explosion einer Atombombe viel schwächer.
Erster Test
UND die Sowjetunion erneut vor vielen Rennteilnehmern kalter Krieg. Die erste Wasserstoffbombe, hergestellt unter der Führung des brillanten Sacharow, wurde auf dem geheimen Testgelände in Semipalatinsk getestet – und beeindruckte, gelinde gesagt, nicht nur Wissenschaftler, sondern auch westliche Spione.
Schockwelle
Die direkte zerstörerische Wirkung einer Wasserstoffbombe ist eine starke, hochintensive Schockwelle. Seine Kraft hängt von der Größe der Bombe selbst und der Höhe ab, in der die Ladung detonierte.
Thermischer Effekt
Eine Wasserstoffbombe von nur 20 Megatonnen (die Größe der größten getesteten Bombe). dieser Moment Bombe - 58 Megatonnen) erzeugt eine enorme Menge an Wärmeenergie: Beton schmilzt in einem Umkreis von fünf Kilometern um den Teststandort des Projektils. Im Umkreis von neun Kilometern werden alle Lebewesen zerstört; weder Ausrüstung noch Gebäude werden überleben. Der Durchmesser des durch die Explosion entstandenen Kraters wird mehr als zwei Kilometer betragen und seine Tiefe wird um etwa fünfzig Meter schwanken.
Feuerball
Das Spektakulärste, was Beobachtern nach der Explosion erscheinen wird, ist das Riesige Feuerball: Die flammenden Stürme, die durch die Detonation der Wasserstoffbombe ausgelöst werden, halten an und ziehen immer mehr brennbares Material in den Wirbel.
Strahlenbelastung
Aber am meisten gefährliche Konsequenz Eine Explosion führt natürlich zu einer Strahlenbelastung. Der Zerfall schwerer Elemente in einem tobenden feurigen Wirbelsturm füllt die Atmosphäre mit winzigen Partikeln radioaktiven Staubs – er ist so leicht, dass er beim Eintritt in die Atmosphäre den Globus zwei- oder dreimal umkreisen kann und erst dann in Form von Staub ausfällt Niederschlag. Somit könnte eine Explosion einer 100-Megatonnen-Bombe Folgen für den gesamten Planeten haben.
Zarenbombe
58 Megatonnen – so viel wog die größte Wasserstoffbombe, die auf dem Testgelände des Nowaja Semlja-Archipels explodierte. Die Schockwelle umkreiste dreimal den Globus und zwang die Gegner der UdSSR, sich erneut von der enormen Zerstörungskraft dieser Waffe zu überzeugen. Weseltschak Chruschtschow scherzte im Plenum, dass sie nur aus Angst, das Glas im Kreml könne zerbrechen, keine weitere Bombe gebaut hätten.
Der Inhalt des Artikels
H-BOMBE, eine Waffe mit großer Zerstörungskraft (in der Größenordnung von Megatonnen in TNT-Äquivalent), deren Funktionsprinzip auf der Reaktion der thermonuklearen Fusion leichter Kerne basiert. Die Quelle der Explosionsenergie sind Prozesse, die denen auf der Sonne und anderen Sternen ähneln.
Thermonukleare Reaktionen.
Im Inneren der Sonne befindet sich eine gigantische Menge Wasserstoff, der sich in einem Zustand ultrahoher Kompression bei einer Temperatur von ca. 30 °C befindet. 15.000.000 K. Bei so hohen Temperaturen und Plasmadichten kommt es zu ständigen Kollisionen zwischen Wasserstoffkernen, die teilweise zu ihrer Verschmelzung und schließlich zur Bildung schwererer Heliumkerne führen. Solche Reaktionen, sogenannte thermonukleare Fusion, gehen mit der Freisetzung enormer Energiemengen einher. Nach den Gesetzen der Physik beruht die Energiefreisetzung bei der Kernfusion darauf, dass bei der Bildung eines schwereren Kerns ein Teil der Masse der in seiner Zusammensetzung enthaltenen leichten Kerne in eine enorme Energiemenge umgewandelt wird. Deshalb verliert die Sonne, die eine gigantische Masse hat, bei der Kernfusion jeden Tag ca. 100 Milliarden Tonnen Materie und setzt Energie frei, wodurch Leben auf der Erde möglich wurde.
Isotope von Wasserstoff.
Das Wasserstoffatom ist das einfachste aller existierenden Atome. Es besteht aus einem Proton, dem Kern, um den sich ein einzelnes Elektron dreht. Sorgfältige Untersuchungen von Wasser (H 2 O) haben gezeigt, dass es vernachlässigbare Mengen an „schwerem“ Wasser enthält, das das „schwere Isotop“ von Wasserstoff – Deuterium (2 H) – enthält. Der Deuteriumkern besteht aus einem Proton und einem Neutron – einem neutralen Teilchen mit einer Masse ähnlich einem Proton.
Es gibt ein drittes Wasserstoffisotop, Tritium, dessen Kern ein Proton und zwei Neutronen enthält. Tritium ist instabil und reagiert spontan radioaktiver Zerfall, verwandelt sich in ein Heliumisotop. Spuren von Tritium wurden in der Erdatmosphäre gefunden, wo es durch die Wechselwirkung kosmischer Strahlung mit Gasmolekülen entsteht, aus denen die Luft besteht. Tritium wird künstlich hergestellt Kernreaktor, Bestrahlung des Lithium-6-Isotops mit einem Neutronenfluss.
Entwicklung der Wasserstoffbombe.
Vorläufige theoretische Analysen haben gezeigt, dass die Kernfusion am einfachsten in einer Mischung aus Deuterium und Tritium gelingt. Auf dieser Grundlage begannen US-Wissenschaftler Anfang 1950 mit der Umsetzung eines Projekts zur Herstellung einer Wasserstoffbombe (HB). Die ersten Tests einer Modell-Atombombe wurden im Frühjahr 1951 auf dem Enewetak-Testgelände durchgeführt; Die Kernfusion war nur teilweise. Ein bedeutender Erfolg wurde am 1. November 1951 beim Test eines massiven Nukleargeräts erzielt, dessen Explosionskraft 4 × 8 Mt in TNT-Äquivalent betrug.
Die erste Wasserstoff-Fliegerbombe wurde am 12. August 1953 in der UdSSR gezündet, und am 1. März 1954 zündeten die Amerikaner eine stärkere (ca. 15 Mio. Tonnen) Fliegerbombe auf dem Bikini-Atoll. Seitdem haben beide Mächte Explosionen moderner Megatonnenwaffen durchgeführt.
Die Explosion im Bikini-Atoll ging mit der Freisetzung von einher große Menge radioaktive Substanzen. Einige von ihnen fielen Hunderte Kilometer von der Explosionsstelle entfernt auf das japanische Fischereifahrzeug „Lucky Dragon“, während andere die Insel Rongelap bedeckten. Da bei der thermonuklearen Fusion stabiles Helium entsteht, sollte die Radioaktivität der Explosion einer reinen Wasserstoffbombe nicht höher sein als die eines atomaren Zünders einer thermonuklearen Reaktion. Allerdings unterschieden sich im vorliegenden Fall der vorhergesagte und der tatsächliche radioaktive Niederschlag in Menge und Zusammensetzung deutlich.
Der Wirkungsmechanismus einer Wasserstoffbombe.
Der Ablauf der Prozesse bei der Explosion einer Wasserstoffbombe lässt sich wie folgt darstellen. Zunächst explodiert die in der HB-Hülle befindliche Initiatorladung der thermonuklearen Reaktion (eine kleine Atombombe), was zu einem Neutronenblitz führt hohe Temperatur, notwendig, um die Kernfusion einzuleiten. Neutronen beschießen einen Einsatz aus Lithiumdeuterid, einer Verbindung aus Deuterium und Lithium (verwendet wird ein Lithiumisotop mit der Massenzahl 6). Lithium-6 wird unter dem Einfluss von Neutronen in Helium und Tritium gespalten. Somit erzeugt der Atomzünder die für die Synthese notwendigen Materialien direkt in der eigentlichen Bombe.
Dann beginnt eine thermonukleare Reaktion in einer Mischung aus Deuterium und Tritium, die Temperatur im Inneren der Bombe steigt rapide an, wodurch immer mehr Wasserstoff in die Synthese einbezogen wird. Bei einem weiteren Temperaturanstieg könnte eine für eine reine Wasserstoffbombe charakteristische Reaktion zwischen Deuteriumkernen beginnen. Alle Reaktionen laufen natürlich so schnell ab, dass sie als augenblicklich wahrgenommen werden.
Spaltung, Fusion, Spaltung (Superbombe).
Tatsächlich endet die oben beschriebene Abfolge der Prozesse in einer Bombe im Stadium der Reaktion von Deuterium mit Tritium. Darüber hinaus entschieden sich die Bombenkonstrukteure dafür, nicht die Kernfusion, sondern die Kernspaltung zu nutzen. Bei der Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen entstehen Helium und schnelle Neutronen, deren Energie hoch genug ist, um eine Kernspaltung von Uran-238 (dem Hauptisotop von Uran, viel billiger als das in herkömmlichen Atombomben verwendete Uran-235) auszulösen. Schnelle Neutronen spalten die Atome der Uranhülle der Superbombe. Bei der Spaltung einer Tonne Uran entsteht Energie, die 18 Mio. Tonnen entspricht. Energie fließt nicht nur in Explosionen und Wärmeerzeugung. Jeder Urankern spaltet sich in zwei hochradioaktive „Fragmente“. Die Spaltprodukte umfassen 36 verschiedene chemische Elemente und fast 200 radioaktive Isotope. All dies stellt den radioaktiven Niederschlag dar, der mit Superbombenexplosionen einhergeht.
Dank des einzigartigen Designs und des beschriebenen Wirkmechanismus können Waffen dieser Art beliebig stark gemacht werden. Es ist viel billiger als Atombomben gleicher Stärke.
Folgen der Explosion.
Stoßwelle und thermischer Effekt.
Die direkte (primäre) Auswirkung einer Superbombenexplosion ist dreifach. Die offensichtlichste direkte Auswirkung ist eine Schockwelle von enormer Intensität. Die Stärke ihres Aufpralls nimmt abhängig von der Kraft der Bombe, der Höhe der Explosion über der Erdoberfläche und der Beschaffenheit des Geländes mit der Entfernung vom Epizentrum der Explosion ab. Die thermische Wirkung einer Explosion wird von den gleichen Faktoren bestimmt, hängt aber auch von der Transparenz der Luft ab – Nebel verringert die Entfernung, in der ein thermischer Blitz schwere Verbrennungen verursachen kann, erheblich.
Berechnungen zufolge bleiben Menschen bei einer Explosion einer 20-Megatonnen-Bombe in der Atmosphäre in 50 % der Fälle am Leben, wenn sie 1) in einem unterirdischen Stahlbetonschutzraum in einer Entfernung von etwa 8 km vom Epizentrum der Bombe Zuflucht suchen Explosion (E), 2) befinden sich in gewöhnlichen städtischen Gebäuden in einer Entfernung von ca. 15 km von EV entfernt, 3) befanden sich auf offener Ort im Abstand von ca. 20 km von EV entfernt. Bei schlechten Sichtverhältnissen und in einer Entfernung von mindestens 25 km und bei klarer Atmosphäre steigt die Überlebenswahrscheinlichkeit für Menschen in offenen Gebieten mit der Entfernung vom Epizentrum schnell an; bei einer Entfernung von 32 km beträgt sein errechneter Wert mehr als 90 %. Der Bereich, in dem die bei einer Explosion erzeugte durchdringende Strahlung zum Tod führt, ist selbst bei einer Hochleistungs-Superbombe relativ klein.
Feuerball.
Abhängig von der Zusammensetzung und Masse des brennbaren Materials, das im Feuerball enthalten ist, können sich riesige, sich selbst tragende Feuerstürme bilden, die viele Stunden lang wüten. Die gefährlichste (wenn auch sekundäre) Folge der Explosion ist jedoch die radioaktive Kontamination der Umwelt.
Ausfallen.
Wie sie entstehen.
Wenn eine Bombe explodiert, ist der entstehende Feuerball mit einer großen Menge radioaktiver Partikel gefüllt. Typischerweise sind diese Partikel so klein, dass sie, sobald sie die obere Atmosphäre erreichen, dort lange verbleiben können. Wenn jedoch ein Feuerball mit der Erdoberfläche in Kontakt kommt, verwandelt er alles darauf in heißen Staub und Asche und zieht sie in einen feurigen Tornado. In einem Flammenwirbel vermischen und verbinden sie sich mit radioaktiven Partikeln. Radioaktiver Staub, mit Ausnahme des größten, setzt sich nicht sofort ab. Feinerer Staub wird von der entstehenden Wolke mitgerissen und fällt nach und nach heraus, während er sich mit dem Wind bewegt. Direkt am Ort der Explosion kann der radioaktive Niederschlag äußerst intensiv sein – hauptsächlich großer Staub, der sich auf dem Boden ablagert. Hunderte Kilometer vom Explosionsort entfernt und in größerer Entfernung, klein, aber immer noch für das Auge sichtbar Aschepartikel. Sie bilden oft eine wie gefallener Schnee fallende Decke, die für jeden, der sich zufällig in der Nähe aufhält, tödlich ist. Selbst kleinere und unsichtbare Partikel können, bevor sie sich auf dem Boden niederlassen, über Monate oder sogar Jahre in der Atmosphäre wandern und dabei viele Male den Globus umkreisen. Wenn sie herausfallen, ist ihre Radioaktivität deutlich geschwächt. Die gefährlichste Strahlung bleibt Strontium-90 mit einer Halbwertszeit von 28 Jahren. Sein Verlust ist überall auf der Welt deutlich zu beobachten. Es setzt sich auf Blättern und Gras ab und landet darin Nahrungskette, einschließlich Menschen. Infolgedessen wurden in den Knochen der Bewohner der meisten Länder merkliche, wenn auch noch nicht gefährliche Mengen Strontium-90 gefunden. Die Anreicherung von Strontium-90 in menschlichen Knochen ist auf lange Sicht sehr gefährlich, da sie zur Bildung bösartiger Knochentumoren führt.
Langfristige Kontamination des Gebiets mit radioaktivem Niederschlag.
Im Falle von Feindseligkeiten führt der Einsatz einer Wasserstoffbombe zu einer sofortigen radioaktiven Kontamination eines Gebiets im Umkreis von ca. 100 km vom Epizentrum der Explosion entfernt. Wenn eine Superbombe explodiert, wird eine Fläche von Zehntausenden Quadratkilometern verseucht. Ein solch riesiges Zerstörungsgebiet mit einer einzigen Bombe macht es zu einer völlig neuen Art von Waffe. Auch wenn die Superbombe das Ziel nicht trifft, d.h. wird das Objekt nicht mit schockthermischen Effekten treffen, die durchdringende Strahlung und der mit der Explosion einhergehende radioaktive Niederschlag machen den umgebenden Raum unbewohnbar. Solche Niederschläge können viele Tage, Wochen und sogar Monate andauern. Abhängig von ihrer Menge kann die Intensität der Strahlung tödlich sein gefährliches Niveau. Eine relativ kleine Anzahl an Superbomben reicht aus, um sie vollständig abzudecken großes Land eine Schicht aus radioaktivem Staub, die für alle Lebewesen tödlich ist. Somit markierte die Schaffung der Superbombe den Beginn einer Ära, in der es möglich wurde, ganze Kontinente unbewohnbar zu machen. Selbst nach lange Zeit Nach dem Ende der direkten Exposition gegenüber radioaktivem Niederschlag bleibt die Gefahr aufgrund der hohen Radiotoxizität von Isotopen wie Strontium-90 bestehen. Wenn Lebensmittel auf Böden angebaut werden, die mit diesem Isotop kontaminiert sind, gelangt Radioaktivität in den menschlichen Körper.
Der Inhalt des Artikels
H-BOMBE, eine Waffe mit großer Zerstörungskraft (in der Größenordnung von Megatonnen in TNT-Äquivalent), deren Funktionsprinzip auf der Reaktion der thermonuklearen Fusion leichter Kerne basiert. Die Quelle der Explosionsenergie sind Prozesse, die denen auf der Sonne und anderen Sternen ähneln.
Thermonukleare Reaktionen.
Im Inneren der Sonne befindet sich eine gigantische Menge Wasserstoff, der sich in einem Zustand ultrahoher Kompression bei einer Temperatur von ca. 30 °C befindet. 15.000.000 K. Bei so hohen Temperaturen und Plasmadichten kommt es zu ständigen Kollisionen zwischen Wasserstoffkernen, die teilweise zu ihrer Verschmelzung und schließlich zur Bildung schwererer Heliumkerne führen. Solche Reaktionen, sogenannte thermonukleare Fusion, gehen mit der Freisetzung enormer Energiemengen einher. Nach den Gesetzen der Physik beruht die Energiefreisetzung bei der Kernfusion darauf, dass bei der Bildung eines schwereren Kerns ein Teil der Masse der in seiner Zusammensetzung enthaltenen leichten Kerne in eine enorme Energiemenge umgewandelt wird. Deshalb verliert die Sonne, die eine gigantische Masse hat, bei der Kernfusion jeden Tag ca. 100 Milliarden Tonnen Materie und setzt Energie frei, wodurch Leben auf der Erde möglich wurde.
Isotope von Wasserstoff.
Das Wasserstoffatom ist das einfachste aller existierenden Atome. Es besteht aus einem Proton, dem Kern, um den sich ein einzelnes Elektron dreht. Sorgfältige Untersuchungen von Wasser (H 2 O) haben gezeigt, dass es vernachlässigbare Mengen an „schwerem“ Wasser enthält, das das „schwere Isotop“ von Wasserstoff – Deuterium (2 H) – enthält. Der Deuteriumkern besteht aus einem Proton und einem Neutron – einem neutralen Teilchen mit einer Masse ähnlich einem Proton.
Es gibt ein drittes Wasserstoffisotop, Tritium, dessen Kern ein Proton und zwei Neutronen enthält. Tritium ist instabil und zerfällt spontan radioaktiv, wodurch es zu einem Heliumisotop wird. Spuren von Tritium wurden in der Erdatmosphäre gefunden, wo es durch die Wechselwirkung kosmischer Strahlung mit Gasmolekülen entsteht, aus denen die Luft besteht. Tritium wird künstlich in einem Kernreaktor hergestellt, indem das Lithium-6-Isotop mit einem Neutronenstrom bestrahlt wird.
Entwicklung der Wasserstoffbombe.
Vorläufige theoretische Analysen haben gezeigt, dass die Kernfusion am einfachsten in einer Mischung aus Deuterium und Tritium gelingt. Auf dieser Grundlage begannen US-Wissenschaftler Anfang 1950 mit der Umsetzung eines Projekts zur Herstellung einer Wasserstoffbombe (HB). Die ersten Tests einer Modell-Atombombe wurden im Frühjahr 1951 auf dem Enewetak-Testgelände durchgeführt; Die Kernfusion war nur teilweise. Ein bedeutender Erfolg wurde am 1. November 1951 beim Test eines massiven Nukleargeräts erzielt, dessen Explosionskraft 4 × 8 Mt in TNT-Äquivalent betrug.
Die erste Wasserstoff-Fliegerbombe wurde am 12. August 1953 in der UdSSR gezündet, und am 1. März 1954 zündeten die Amerikaner eine stärkere (ca. 15 Mio. Tonnen) Fliegerbombe auf dem Bikini-Atoll. Seitdem haben beide Mächte Explosionen moderner Megatonnenwaffen durchgeführt.
Die Explosion im Bikini-Atoll ging mit der Freisetzung einer großen Menge radioaktiver Substanzen einher. Einige von ihnen fielen Hunderte Kilometer von der Explosionsstelle entfernt auf das japanische Fischereifahrzeug „Lucky Dragon“, während andere die Insel Rongelap bedeckten. Da bei der thermonuklearen Fusion stabiles Helium entsteht, sollte die Radioaktivität der Explosion einer reinen Wasserstoffbombe nicht höher sein als die eines atomaren Zünders einer thermonuklearen Reaktion. Allerdings unterschieden sich im vorliegenden Fall der vorhergesagte und der tatsächliche radioaktive Niederschlag in Menge und Zusammensetzung deutlich.
Der Wirkungsmechanismus einer Wasserstoffbombe.
Der Ablauf der Prozesse bei der Explosion einer Wasserstoffbombe lässt sich wie folgt darstellen. Zunächst explodiert die in der HB-Hülle befindliche Initiatorladung der thermonuklearen Reaktion (eine kleine Atombombe), was zu einem Neutronenblitz führt und die hohe Temperatur erzeugt, die zur Auslösung der thermonuklearen Fusion erforderlich ist. Neutronen beschießen einen Einsatz aus Lithiumdeuterid, einer Verbindung aus Deuterium und Lithium (verwendet wird ein Lithiumisotop mit der Massenzahl 6). Lithium-6 wird unter dem Einfluss von Neutronen in Helium und Tritium gespalten. Somit erzeugt der Atomzünder die für die Synthese notwendigen Materialien direkt in der eigentlichen Bombe.
Dann beginnt eine thermonukleare Reaktion in einer Mischung aus Deuterium und Tritium, die Temperatur im Inneren der Bombe steigt rapide an, wodurch immer mehr Wasserstoff in die Synthese einbezogen wird. Bei einem weiteren Temperaturanstieg könnte eine für eine reine Wasserstoffbombe charakteristische Reaktion zwischen Deuteriumkernen beginnen. Alle Reaktionen laufen natürlich so schnell ab, dass sie als augenblicklich wahrgenommen werden.
Spaltung, Fusion, Spaltung (Superbombe).
Tatsächlich endet die oben beschriebene Abfolge der Prozesse in einer Bombe im Stadium der Reaktion von Deuterium mit Tritium. Darüber hinaus entschieden sich die Bombenkonstrukteure dafür, nicht die Kernfusion, sondern die Kernspaltung zu nutzen. Bei der Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen entstehen Helium und schnelle Neutronen, deren Energie hoch genug ist, um eine Kernspaltung von Uran-238 (dem Hauptisotop von Uran, viel billiger als das in herkömmlichen Atombomben verwendete Uran-235) auszulösen. Schnelle Neutronen spalten die Atome der Uranhülle der Superbombe. Bei der Spaltung einer Tonne Uran entsteht Energie, die 18 Mio. Tonnen entspricht. Energie fließt nicht nur in Explosionen und Wärmeerzeugung. Jeder Urankern spaltet sich in zwei hochradioaktive „Fragmente“. Zu den Spaltprodukten gehören 36 verschiedene chemische Elemente und fast 200 radioaktive Isotope. All dies stellt den radioaktiven Niederschlag dar, der mit Superbombenexplosionen einhergeht.
Dank des einzigartigen Designs und des beschriebenen Wirkmechanismus können Waffen dieser Art beliebig stark gemacht werden. Es ist viel billiger als Atombomben gleicher Stärke.
Folgen der Explosion.
Stoßwelle und thermischer Effekt.
Die direkte (primäre) Auswirkung einer Superbombenexplosion ist dreifach. Die offensichtlichste direkte Auswirkung ist eine Schockwelle von enormer Intensität. Die Stärke ihres Aufpralls nimmt abhängig von der Kraft der Bombe, der Höhe der Explosion über der Erdoberfläche und der Beschaffenheit des Geländes mit der Entfernung vom Epizentrum der Explosion ab. Die thermische Wirkung einer Explosion wird von den gleichen Faktoren bestimmt, hängt aber auch von der Transparenz der Luft ab – Nebel verringert die Entfernung, in der ein thermischer Blitz schwere Verbrennungen verursachen kann, erheblich.
Berechnungen zufolge bleiben Menschen bei einer Explosion einer 20-Megatonnen-Bombe in der Atmosphäre in 50 % der Fälle am Leben, wenn sie 1) in einem unterirdischen Stahlbetonschutzraum in einer Entfernung von etwa 8 km vom Epizentrum der Bombe Zuflucht suchen Explosion (E), 2) befinden sich in gewöhnlichen städtischen Gebäuden in einer Entfernung von ca. 15 km von EV entfernt, 3) befanden sich auf einem offenen Platz in einer Entfernung von ca. 20 km von EV entfernt. Bei schlechten Sichtverhältnissen und in einer Entfernung von mindestens 25 km und bei klarer Atmosphäre steigt die Überlebenswahrscheinlichkeit für Menschen in offenen Gebieten mit der Entfernung vom Epizentrum schnell an; bei einer Entfernung von 32 km beträgt sein errechneter Wert mehr als 90 %. Der Bereich, in dem die bei einer Explosion erzeugte durchdringende Strahlung zum Tod führt, ist selbst bei einer Hochleistungs-Superbombe relativ klein.
Feuerball.
Abhängig von der Zusammensetzung und Masse des brennbaren Materials, das im Feuerball enthalten ist, können sich riesige, sich selbst tragende Feuerstürme bilden, die viele Stunden lang wüten. Die gefährlichste (wenn auch sekundäre) Folge der Explosion ist jedoch die radioaktive Kontamination der Umwelt.
Ausfallen.
Wie sie entstehen.
Wenn eine Bombe explodiert, ist der entstehende Feuerball mit einer großen Menge radioaktiver Partikel gefüllt. Typischerweise sind diese Partikel so klein, dass sie, sobald sie die obere Atmosphäre erreichen, dort lange verbleiben können. Wenn jedoch ein Feuerball mit der Erdoberfläche in Kontakt kommt, verwandelt er alles darauf in heißen Staub und Asche und zieht sie in einen feurigen Tornado. In einem Flammenwirbel vermischen und verbinden sie sich mit radioaktiven Partikeln. Radioaktiver Staub, mit Ausnahme des größten, setzt sich nicht sofort ab. Feinerer Staub wird von der entstehenden Wolke mitgerissen und fällt nach und nach heraus, während er sich mit dem Wind bewegt. Direkt an der Explosionsstelle kann der radioaktive Niederschlag äußerst intensiv sein – hauptsächlich großer Staub, der sich auf dem Boden ablagert. Hunderte Kilometer vom Explosionsort entfernt und in größerer Entfernung fallen kleine, aber noch sichtbare Aschepartikel zu Boden. Sie bilden oft eine schneebedeckte Decke, die für jeden, der sich in der Nähe aufhält, tödlich ist. Selbst kleinere und unsichtbare Partikel können, bevor sie sich auf dem Boden niederlassen, über Monate oder sogar Jahre in der Atmosphäre wandern und dabei viele Male den Globus umkreisen. Wenn sie herausfallen, ist ihre Radioaktivität deutlich geschwächt. Die gefährlichste Strahlung bleibt Strontium-90 mit einer Halbwertszeit von 28 Jahren. Sein Verlust ist überall auf der Welt deutlich zu beobachten. Wenn es sich auf Blättern und Gras niederlässt, gelangt es in die Nahrungskette, zu der auch der Mensch gehört. Infolgedessen wurden in den Knochen der Bewohner der meisten Länder merkliche, wenn auch noch nicht gefährliche Mengen Strontium-90 gefunden. Die Anreicherung von Strontium-90 in menschlichen Knochen ist auf lange Sicht sehr gefährlich, da sie zur Bildung bösartiger Knochentumoren führt.
Langfristige Kontamination des Gebiets mit radioaktivem Niederschlag.
Im Falle von Feindseligkeiten führt der Einsatz einer Wasserstoffbombe zu einer sofortigen radioaktiven Kontamination eines Gebiets im Umkreis von ca. 100 km vom Epizentrum der Explosion entfernt. Wenn eine Superbombe explodiert, wird eine Fläche von Zehntausenden Quadratkilometern verseucht. Ein solch riesiges Zerstörungsgebiet mit einer einzigen Bombe macht es zu einer völlig neuen Art von Waffe. Auch wenn die Superbombe das Ziel nicht trifft, d.h. wird das Objekt nicht mit schockthermischen Effekten treffen, die durchdringende Strahlung und der mit der Explosion einhergehende radioaktive Niederschlag machen den umgebenden Raum unbewohnbar. Solche Niederschläge können viele Tage, Wochen und sogar Monate andauern. Abhängig von ihrer Menge kann die Intensität der Strahlung tödliche Ausmaße erreichen. Eine relativ kleine Anzahl von Superbomben reicht aus, um ein großes Land vollständig mit einer für alle Lebewesen tödlichen Schicht radioaktiven Staubs zu bedecken. Somit markierte die Schaffung der Superbombe den Beginn einer Ära, in der es möglich wurde, ganze Kontinente unbewohnbar zu machen. Auch lange nach dem Ende der direkten Exposition gegenüber radioaktivem Niederschlag bleibt die Gefahr aufgrund der hohen Radiotoxizität von Isotopen wie Strontium-90 bestehen. Wenn Lebensmittel auf Böden angebaut werden, die mit diesem Isotop kontaminiert sind, gelangt Radioaktivität in den menschlichen Körper.