Vodikova bomba (Hydrogen Bomb, HB, WB) je orožje za množično uničevanje, ki ima neverjetno destruktivno moč (njeno moč ocenjujejo megatoni v TNT ekvivalentu). Načelo delovanja bombe in strukturna shema temelji na uporabi energije termonuklearne sinteze vodikovih jeder. Procesi, ki se pojavljajo med eksplozijo, so podobni tistim, ki se pojavljajo na zvezdah (vključno s Soncem). Prvi test WB, primeren za prevoz na dolge razdalje (projekt A.D. Saharova), je bil izveden v Sovjetski zvezi na lokaciji blizu Semipalatinska.
Termonuklearna reakcija
Sonce vsebuje ogromne zaloge vodika, ki je pod stalnim učinkom ultravisokega tlaka in temperature (okoli 15 milijonov Kelvinov). Pri tako ekstremni gostoti in temperaturi plazme se jedra vodikovih atomov naključno trčijo med seboj. Posledica trkov je jedrska fuzija, zaradi česar nastane jedro težjega elementa - helija. Reakcije te vrste se imenujejo termonuklearna fuzija, za katere je značilno sproščanje ogromnih količin energije.
Fizikalni zakoni pojasnjujejo sproščanje energije pri termonuklearni reakciji: del mase lahkih jeder, ki sodelujejo pri nastajanju težjih elementov, ostane neuporabljen in se v ogromnih količinah spremeni v čisto energijo. Zato naše nebesno telo izgubi približno 4 milijone ton snovi na sekundo, medtem ko sprošča neprekinjen tok energije v vesolje.
Izotopi vodika
Najenostavnejši od vseh obstoječih atomov je atom vodika. Sestavlja ga samo en proton, ki tvori jedro, in edini elektron, ki se vrti okoli njega. Kot rezultat znanstvenih študij vode (H2O) je bilo ugotovljeno, da je v njej v majhnih količinah prisotna tako imenovana „težka“ voda. Vsebuje „težke“ izotope vodika (2H ali devterij), jedra katerih poleg enega protona vsebujejo tudi en nevtron (masni delež delcev, ki so protonski, vendar brez naboja).
Znanost pozna tudi tritij, tretji izotop vodika, katerega jedro vsebuje 1 proton in 2 nevtrona naenkrat. Za tritij je značilna nestabilnost in stalno spontano propadanje z sproščanjem energije (sevanja), zaradi česar nastane izotop helija. Sledi tritija najdemo v zgornjih plasteh Zemljine atmosfere: tam so pod vplivom kozmičnih žarkov molekule plinov, ki tvorijo zrak, podobno podobne. Pridobivanje tritija je možno tudi v jedrskem reaktorju z obsevanjem izotopa litij-6 z močnim nevtronskim tokom.
Razvoj in prvi preizkusi vodikove bombe
Kot rezultat temeljite teoretične analize so strokovnjaki iz ZSSR in ZDA ugotovili, da zmes devterija in tritija olajša začetek reakcije termonuklearne fuzije. Oboroženi s tem znanjem so znanstveniki iz Združenih držav v 50. letih prejšnjega stoletja začeli ustvarjati vodikove bombe. In spomladi leta 1951 je bil opravljen testni test na lokaciji Enyvetok (atol v Tihem oceanu), nato pa je bila dosežena le delna termonuklearna fuzija.
Minilo je nekaj več kot eno leto, novembra 1952 pa je bil izveden drugi preskus vodikove bombe z močjo približno 10 Mt v TNT. Vendar pa te eksplozije težko imenujemo eksplozijo termonuklearne bombe v sodobnem pomenu besede: v resnici je bila naprava velika posoda (velikosti trinadstropne hiše), napolnjena z tekočim devterijem.
Tudi v Rusiji so se lotili izboljšanja atomskega orožja in prve vodikove bombe projekta A.D. Saharov je bil testiran na Semipalatinsk testnem mestu 12. avgusta 1953. RDS-6 (tovrstno orožje za množično uničevanje se je imenovalo Saharovljevo »napihovanje«, ker je njegova shema pomenila zaporedno razporeditev devterijevih plasti okoli pobudnika-pobudnika) je imelo moč 10 Mt. Vendar pa je bila sovjetska bomba, za razliko od ameriške »tri-nadstropne zgradbe«, kompaktna in jo je bilo mogoče takoj dostaviti na mesto napada na ozemlje sovražnika na strateškega bombnika.
Po sprejetju izziva so Združene države marca 1954 na preskusni lokaciji na atoku Bikini (Tihi ocean) izvedle eksplozijo močnejše letalske bombe (15 milijonov ton). Preskus je bil vzrok za izpust velike količine radioaktivnih snovi v ozračje, od katerih so nekatere padle s padavinami na stotine kilometrov od epicentra eksplozije. Japonski plovilo "Happy Dragon" in naprave, nameščene na otoku Rogelap, so zabeležile močno povečanje sevanja.
Ker se zaradi procesov, ki so se zgodili med detonacijo vodikove bombe, ustvari stabilen, varen helij, se je pričakovalo, da radioaktivne emisije ne bi presegale ravni kontaminacije z atomskim detonatorjem termonuklearne fuzije. Toda izračuni in meritve dejanskih radioaktivnih padavin so se močno razlikovali, tako po količini kot po sestavi. Zato se je ameriško vodstvo odločilo, da začasno prekine oblikovanje tega orožja, dokler ne izvede celovite študije njegovega vpliva na okolje in človeka.
Video: testi v ZSSR
Carska bomba - termonuklearna bomba ZSSR
Maščobno točko v verigi vodikovega bombe je določila ZSSR, ko je 30. oktobra 1961 izvedla 50-megatonski (največji v zgodovini) test "Tsar-bomb" na Novi Zemli - rezultat dolgotrajnega dela raziskovalne skupine AD Saharov. Eksplozija je zagrinjala na nadmorski višini 4 kilometre in udarni valovi so bili zabeleženi trikrat nad napravami po vsem svetu. Kljub temu, da test ni razkril nobenih napak, bomba ni nikoli vstopila v službo. Toda samo dejstvo, da so Sovjeti posedovali takšno orožje, je naredilo neizbrisen vtis na ves svet, medtem ko so v Združenih državah prenehali pridobivati tonažo jedrskega orožja. V Rusiji pa so se odločili, da opustijo uvedbo bojnih glav z vodikovimi naboji na bojni dolžnosti.
Načelo vodikove bombe
Vodikova bomba je najbolj zapletena tehnična naprava, katere eksplozija zahteva zaporedni pretok več procesov.
Najprej je detonacija naboja iniciatorja znotraj lupine WB (miniaturna atomska bomba), kar ima za posledico močno izmetavanje nevtronov in ustvarjanje visoke temperature, ki je potrebna za začetek termonuklearne fuzije v glavnem polnilu. Začne se masivno nevtronsko bombardiranje litijevega deuteridnega sloja (proizvedeno z združevanjem devterija z litijevim izotopom).
Pod vplivom nevtronov se litij-6 razcepi v tritij in helij. Atomska varovalka v tem primeru postane vir materialov, potrebnih za pojav termonuklearne fuzije v sami eksplozivni bombi.
Mešanica tritija in devterija sproži termonuklearno reakcijo, zaradi katere se temperatura v notranjosti bombe hitro poveča, v proces pa je vključenih vedno več vodika.
Načelo delovanja vodikove bombe pomeni ultra hiter pretok teh procesov (k temu prispeva naprava za polnjenje in razporeditev glavnih elementov), ki gledalca opazujeta takoj.
Superbomb: delitev, sinteza, delitev
Zaporedje zgoraj opisanih procesov se konča po začetku deuterijeve reakcije s tritijem. Poleg tega je bila odločena uporaba jedrske fisije namesto sinteze težjih. Po združitvi jeder tritija in devterija se sprosti prosti helij in hitri nevtroni, ki imajo dovolj energije za začetek nastanka fisije urana-238. Hitri nevtroni lahko razcepijo atome iz uranske lupine superombona. Razdelitev tone urana ustvarja energijo okoli 18 Mt. V tem primeru se energija porabi ne samo za ustvarjanje udarnega vala in sproščanje ogromne količine toplote. Vsak atom urana pade v dva radioaktivna "fragmenta". Oblikuje celoten "šopek" različnih kemičnih elementov (do 36) in okoli dvesto radioaktivnih izotopov. Iz tega razloga nastajajo številni radioaktivni padci, ki so zabeleženi na stotine kilometrov od epicentra eksplozije.
Po padcu »železne zavese« je postalo znano, da ZSSR načrtuje razvoj »kralja bombe« s kapaciteto 100 Mt. Zaradi dejstva, da takrat ni bilo letala, ki bi lahko nosilo tako veliko polnjenje, je bila zamisel opuščena v korist bombe 50 Mt.
Posledice eksplozije vodikove bombe
Šok val
Eksplozija vodikove bombe povzroči uničenje in posledice v velikem obsegu, primarni (neposredni) vpliv pa ima trikraten značaj. Najbolj očiten od vseh neposrednih učinkov je ultra-intenzivni udarni val. Njena destruktivna sposobnost se zmanjšuje z razdaljo od epicentra eksplozije in je odvisna tudi od moči same bombe in višine, pri kateri se polni detonira.
Toplotni učinek
Učinek toplote iz eksplozije je odvisen od istih dejavnikov, kot je moč udarnega vala. Ampak jim dodamo še eno - stopnjo preglednosti zračnih mas. Megla ali celo rahla oblačnost drastično zmanjša polmer lezije, v katerem lahko vročina povzroči hude opekline in izgubo vida. Eksplozija vodikove bombe (več kot 20 Mt) ustvarja neverjetno količino toplotne energije, dovolj za taljenje betona na razdalji 5 km, izhlapevanje vode skoraj vse vode iz majhnega jezera na razdalji 10 km, uničenje sovražne sovražne sile, opreme in zgradb na enaki razdalji . Lijak s premerom 1–2 km in globino 50 m se oblikuje v središču, pokrit z debelo plastjo steklaste mase (več metrov skal z visoko vsebnostjo peska se topi skoraj v trenutku, spremeni v steklo).
Glede na izračune, pridobljene med dejanskimi preskusi, ljudje dobijo 50% možnosti, da ostanejo živi, če:
- Nahajajo se v betonskem zavetišču (podzemlje), 8 km od epicentra eksplozije (EV);
- Nahaja se v stanovanjskih stavbah na razdalji 15 km od EV;
- V slabi vidljivosti bodo na odprtem prostoru na razdalji več kot 20 km (za "čisto" atmosfero je minimalna razdalja 25 km).
Z oddaljenostjo od EV se dramatično povečuje verjetnost, da ostane živ pri ljudeh, ki se znajdejo na odprtem prostoru. Torej, na razdalji 32 km, bo 90-95%. Polmer 40-45 km je meja primarnega vpliva eksplozije.
Fireball
Še en očiten učinek eksplozije vodikove bombe so samozadostne ognjene nevihte (orkani), ki nastanejo zaradi ogromnih mas gorljivega materiala, ki se vleče v ognjeno kroglo. Ampak, kljub temu, najbolj nevarna s stopnjo vpliva eksplozije bo sevalno onesnaževanje okolja desetine kilometrov okoli.
Fallout
Ognjena krogla, ki se je pojavila po eksploziji, se hitro napolni z radioaktivnimi delci v velikih količinah (produkti razgradnje težkih jeder). Velikost delcev je tako majhna, da so lahko v zgornji atmosferi tam dolgo časa. Vse, kar je ognjena krogla dosegla na površini zemlje, se takoj spremeni v pepel in prah, nato pa se vleče v ognjeni steber. Vorteksi plamena mešajo te delce z nabitimi delci in tvorijo nevarno mešanico radioaktivnega prahu, pri čemer se proces sedimentacije granul, ki se razteza dolgo časa.
Grobi prah se razmeroma hitro usede, toda droben prah se prenaša z zrakom na dolge razdalje, postopoma izstopa iz na novo oblikovanega oblaka. V neposredni bližini EV se nalagajo največji in najbolj nabiti delci, delci pepela, ki jih vidimo v očesu, pa še vedno najdemo na stotine kilometrov stran od njega. Oblikujejo smrtonosni pokrov, debel nekaj centimetrov. Kdor se zgodi, da je blizu njega, tvega, da dobi resno dozo sevanja.
Manjši in nerazpoznavni delci lahko »plavajo« v ozračju že vrsto let in se večkrat upognejo okoli Zemlje. Do takrat, ko padejo na površje, so zelo izgubili radioaktivnost. Najnevarnejši stroncij-90, ki ima razpolovni čas 28 let in v tem času ustvari stabilno sevanje. Njegov videz določa svetovni instrument. "Pristanek" na travo in listje, postane vpleten v prehranjevalne verige. Iz tega razloga so ljudje, ki so na tisoče kilometrov od testnih mest med pregledom, našli stroncij-90, ki se je nabral v kosteh. Tudi če je njena vsebina zelo majhna, se možnost, da bi bila "lokacija za shranjevanje radioaktivnih odpadkov", ne bo dobro za človeka, kar vodi do razvoja malignih tumorjev kosti. V regijah Rusije (kot tudi v drugih državah) blizu območij poskusnih zagonov vodikovih bomb, je še vedno opaziti povečano radioaktivno ozadje, kar še enkrat dokazuje, da lahko ta vrsta orožja pušča pomembne posledice.
