Den mänskliga utvecklingens historia har alltid åtföljts av krig som ett sätt att lösa konflikter genom våld. Civilisationen har drabbats av mer än femton tusen små och stora väpnade konflikter, förlusterna av människoliv uppskattas till miljontals. Bara under nittiotalet av förra seklet inträffade mer än hundra militära sammandrabbningar, som involverade nittio länder i världen.
Samtidigt har vetenskapliga upptäckter och tekniska framsteg gjort det möjligt att skapa förstörelsevapen med allt större kraft och sofistikerad användning. På nittonhundratalet Kärnvapen blev toppen av massförstörande effekter och ett politiskt instrument.
Atombombanordning
Moderna kärnvapenbomber som medel för att förstöra fienden skapas på basis av avancerade tekniska lösningar, vars kärna inte är allmänt publicerad. Men huvudelementen som är inneboende i denna typ av vapen kan undersökas med hjälp av exemplet på designen av en kärnvapenbomb med kodnamnet "Fat Man", som släpptes 1945 i en av städerna i Japan.
Explosionens kraft var 22,0 kt i TNT-ekvivalent.
Den hade följande designegenskaper:
- längden på produkten var 3250,0 mm, med en diameter på den volymetriska delen - 1520,0 mm. Totalvikt mer än 4,5 ton;
- kroppen är elliptisk till formen. För att undvika för tidig förstörelse på grund av luftvärnsammunition och andra oönskade stötar användes 9,5 mm pansarstål för dess tillverkning;
- kroppen är uppdelad i fyra inre delar: näsan, två halvor av ellipsoiden (den huvudsakliga är ett fack för kärnfyllningen) och svansen.
- bågfacket är utrustat med batterier;
- huvudfacket, som det nasala, dammsugs för att förhindra inträde av skadliga miljöer, fukt och för att skapa bekväma förhållanden för den skäggiga mannen att arbeta;
- ellipsoiden inhyste en plutoniumkärna omgiven av en uranmanipulation (skal). Det spelade rollen som en tröghetsbegränsare för förloppet av kärnreaktionen, vilket säkerställde maximal aktivitet av vapenplutonium genom att reflektera neutroner till sidan av laddningens aktiva zon.
En primär källa till neutroner, kallad en initiator eller "igelkott", placerades inuti kärnan. Representeras av beryllium sfärisk i diameter 20,0 mm med poloniumbaserad ytterbeläggning - 210.
Det bör noteras att expertsamfundet har fastställt att denna design av kärnvapen är ineffektiv och opålitlig vid användning. Neutroninitiering av okontrollerad typ användes inte vidare .
Funktionsprincip
Klyvningsprocessen av kärnorna av uran 235 (233) och plutonium 239 (detta är vad en kärnvapenbomb är gjord av) med ett enormt energiutsläpp samtidigt som volymen begränsas kallas en kärnexplosion. Atomstrukturen hos radioaktiva metaller har en instabil form - de delas ständigt upp i andra element.
Processen åtföljs av lossning av neuroner, av vilka några faller på angränsande atomer och initierar en ytterligare reaktion, åtföljd av frigörande av energi.
Principen är följande: förkortning av sönderfallstiden leder till ökad intensitet i processen, och koncentrationen av neuroner vid bombardering av kärnorna leder till en kedjereaktion. När två element kombineras till en kritisk massa skapas en superkritisk massa, vilket leder till en explosion.
Under vardagliga förhållanden är det omöjligt att provocera fram en aktiv reaktion - höga hastigheter för inflygning av elementen behövs - minst 2,5 km/s. Att uppnå denna hastighet i en bomb är möjligt genom att kombinera typer av sprängämnen (snabbt och långsamt), balansera tätheten hos den superkritiska massan som producerar en atomexplosion.
Kärnvapenexplosioner tillskrivs resultatet av mänsklig aktivitet på planeten eller dess omloppsbana. Naturliga processer av detta slag är möjliga endast på vissa stjärnor i yttre rymden.
Atombomber anses med rätta vara de mest kraftfulla och destruktiva massförstörelsevapen. Taktisk användning löser problemet med att förstöra strategiska, militära mål på marken, såväl som djupt baserade, och besegra en betydande ansamling av fiendens utrustning och arbetskraft.
Det kan endast tillämpas globalt med målet att fullständigt förstöra befolkningen och infrastrukturen i stora områden.
För att uppnå vissa mål och utföra taktiska och strategiska uppgifter kan explosioner av atomvapen utföras av:
- vid kritiska och låga höjder (över och under 30,0 km);
- i direkt kontakt med jordskorpan (vatten);
- under jord (eller undervattensexplosion).
En kärnvapenexplosion kännetecknas av att enorm energi frigörs omedelbart.
Leder till skador på föremål och människor enligt följande:
- Stötvåg. När en explosion inträffar över eller på jordskorpan (vatten) kallas det en luftvåg, under jorden (vatten) kallas det en seismisk explosionsvåg. En luftvåg bildas efter kritisk komprimering av luftmassor och fortplantar sig i en cirkel fram till dämpningen med en hastighet som överstiger ljudet. Leder till både direkt skada på arbetskraft och indirekt skada (interaktion med fragment av förstörda föremål). Verkan av övertryck gör att utrustningen inte fungerar genom att flytta och slå i marken;
- Ljusstrålning. Källan är den lätta delen som bildas av produktens avdunstning med luftmassor; för markanvändning är det jordånga. Effekten uppstår i det ultravioletta och infraröda spektrumet. Dess absorption av föremål och människor provocerar förkolning, smältning och bränning. Graden av skada beror på epicentrets avstånd;
- Penetrerande strålning- dessa är neutroner och gammastrålar som rör sig från bristningsplatsen. Exponering för biologisk vävnad leder till jonisering av cellmolekyler, vilket leder till strålningssjuka i kroppen. Skador på egendom är förknippade med fissionsreaktioner av molekyler i ammunitionens skadliga delar.
- Radioaktiv smitta. Under en markexplosion stiger jordångor, damm och annat upp. Ett moln dyker upp som rör sig i riktning mot luftmassornas rörelse. Källor till skada representeras av klyvningsprodukter av den aktiva delen av ett kärnvapen, isotoper och oförstörda delar av laddningen. När ett radioaktivt moln rör sig sker kontinuerlig strålningskontamination av området;
- Elektromagnetisk puls. Explosionen åtföljs av uppkomsten av elektromagnetiska fält (från 1,0 till 1000 m) i form av en puls. De leder till fel på elektriska enheter, kontroller och kommunikationer.
Kombinationen av faktorerna för en kärnvapenexplosion orsakar varierande nivåer av skador på fiendens personal, utrustning och infrastruktur, och dödligheten av konsekvenserna är endast associerad med avståndet från dess epicentrum.
Historien om skapandet av kärnvapen
Skapandet av vapen med hjälp av kärnreaktioner åtföljdes av ett antal vetenskapliga upptäckter, teoretisk och praktisk forskning, inklusive:
- 1905— relativitetsteorin skapades, som säger att en liten mängd materia motsvarar en signifikant frigöring av energi enligt formeln E = mc2, där "c" representerar ljusets hastighet (författare A. Einstein);
- 1938— Tyska forskare genomförde ett experiment med att dela en atom i delar genom att attackera uran med neutroner, vilket slutade framgångsrikt (O. Hann och F. Strassmann), och en fysiker från Storbritannien förklarade faktumet med frigörandet av energi (R. Frisch) ;
- 1939- forskare från Frankrike att när man utför en kedja av reaktioner av uranmolekyler kommer energi att frigöras som kan producera en explosion av enorm kraft (Joliot-Curie).
Det senare blev utgångspunkten för uppfinningen av atomvapen. Parallell utveckling genomfördes av Tyskland, Storbritannien, USA och Japan. Huvudproblemet var utvinningen av uran i de volymer som krävdes för att genomföra experiment i detta område.
Problemet löstes snabbare i USA genom att köpa råvaror från Belgien 1940.
Som en del av projektet, kallat Manhattan, från 1939 till 1945 byggdes en uranreningsanläggning, ett centrum för studier av kärntekniska processer skapades och de bästa specialisterna – fysiker från hela Västeuropa – rekryterades för att arbeta där.
Storbritannien, som genomförde sin egen utveckling, tvingades, efter den tyska bombningen, att frivilligt överföra utvecklingen av sitt projekt till den amerikanska militären.
Man tror att amerikanerna var de första som uppfann atombomben. Tester av den första kärnladdningen utfördes i delstaten New Mexico i juli 1945. Blixten från explosionen förmörkade himlen och det sandiga landskapet förvandlades till glas. Efter en kort tidsperiod skapades kärnladdningar kallade "Baby" och "Fat Man".
Kärnvapen i Sovjetunionen - datum och händelser
Uppkomsten av Sovjetunionen som en kärnvapenmakt föregicks av långt arbete av enskilda forskare och statliga institutioner. Nyckelperioder och viktiga datum för händelser presenteras enligt följande:
- 1920 betraktas som början på sovjetiska forskares arbete med atomklyvning;
- Sedan trettiotalet riktningen för kärnfysik blir en prioritet;
- oktober 1940— En initiativgrupp av fysiker kom med ett förslag att använda atomär utveckling för militära ändamål.
- Sommaren 1941 i samband med kriget överfördes kärnenergiinstituten till baksidan;
- Hösten 1941år informerade sovjetisk underrättelsetjänst landets ledarskap om början av kärnkraftsprogram i Storbritannien och Amerika;
- september 1942- Atomforskning började utföras i sin helhet, arbetet med uran fortsatte;
- februari 1943— Ett särskilt forskningslaboratorium skapades under ledning av I. Kurchatov, och den allmänna ledningen anförtroddes V. Molotov;
Projektet leddes av V. Molotov.
- augusti 1945- i samband med utförandet av kärnvapenbombningar i Japan, utvecklingens stora betydelse för Sovjetunionen, skapades en särskild kommitté under ledning av L. Beria;
- april 1946- KB-11 skapades, som började utveckla prover av sovjetiska kärnvapen i två versioner (med plutonium och uran);
- Mitten av 1948— Arbetet med uran stoppades på grund av låg effektivitet och höga kostnader.
- augusti 1949– när atombomben uppfanns i Sovjetunionen testades den första sovjetiska atombomben.
Minskningen av produktutvecklingstiden underlättades av det högkvalitativa arbetet från underrättelsetjänsten, som kunde få information om den amerikanska kärnkraftsutvecklingen. Bland dem som först skapade atombomben i Sovjetunionen var ett team av vetenskapsmän ledda av akademikern A. Sacharov. De har utvecklat mer lovande tekniska lösningar än de som används av amerikanerna.
Atombomb "RDS-1" Under 2015 - 2017 gjorde Ryssland ett genombrott för att förbättra kärnvapen och deras leveranssystem, och förklarade därigenom en stat kapabel att avvärja all aggression.
Första atombombtesterna
Efter att ha testat en experimentell kärnvapenbomb i New Mexico sommaren 1945 bombades de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki den 6 respektive 9 augusti.
Utvecklingen av atombomben slutfördes i år
1949, under förhållanden av ökad sekretess, slutförde sovjetiska designers av KB-11 och forskare utvecklingen av en atombomb kallad RDS-1 (jetmotor "C"). Den 29 augusti testades den första sovjetiska kärnkraftsanordningen på testplatsen i Semipalatinsk. Den ryska atombomben - RDS-1 var en "droppformad" produkt som vägde 4,6 ton, med en volymetrisk diameter på 1,5 m och en längd på 3,7 meter.
Den aktiva delen inkluderade ett plutoniumblock, vilket gjorde det möjligt att uppnå en explosionskraft på 20,0 kiloton, motsvarande TNT. Testplatsen täckte en radie på tjugo kilometer. Detaljerna för testdetonationsförhållandena har hittills inte offentliggjorts.
Den 3 september samma år fastställde amerikansk flygunderrättelsetjänst närvaron i luftmassorna i Kamchatka av spår av isotoper som indikerar testning av en kärnladdning. Den tjugotredje tillkännagav den högsta amerikanska tjänstemannen offentligt att Sovjetunionen hade lyckats testa en atombomb.
Nordkorea hotar USA med att testa en superkraftig vätebomb i Stilla havet. Japan, som kan bli lidande till följd av testerna, kallade Nordkoreas planer helt oacceptabla. Presidenterna Donald Trump och Kim Jong-un bråkar i intervjuer och pratar om öppen militär konflikt. För den som inte förstår sig på kärnvapen, men vill vara insatt, har The Futurist sammanställt en guide.
Hur fungerar kärnvapen?
Som en vanlig dynamitstav använder en kärnvapenbomb energi. Bara det frigörs inte under en primitiv kemisk reaktion, utan i komplexa nukleära processer. Det finns två huvudsakliga sätt att utvinna kärnenergi från en atom. I Kärnfission kärnan i en atom sönderfaller till två mindre fragment med en neutron. Kärnfusion – den process genom vilken solen producerar energi – innebär att två mindre atomer sammanfogas till en större. I alla processer, fission eller fusion, frigörs stora mängder värmeenergi och strålning. Beroende på om kärnklyvning eller fusion används, delas bomber in i nukleär (atomär) Och termonukleär .
Kan du berätta mer om kärnklyvning?
Atombombsexplosion över Hiroshima (1945)
Som ni minns är en atom uppbyggd av tre typer av subatomära partiklar: protoner, neutroner och elektroner. Atomens centrum, kallas kärna , består av protoner och neutroner. Protoner är positivt laddade, elektroner är negativt laddade och neutroner har ingen laddning alls. Proton-elektronförhållandet är alltid ett till ett, så atomen som helhet har en neutral laddning. Till exempel har en kolatom sex protoner och sex elektroner. Partiklar hålls samman av en fundamental kraft - stark kärnkraft .
En atoms egenskaper kan förändras avsevärt beroende på hur många olika partiklar den innehåller. Om du ändrar antalet protoner kommer du att ha ett annat kemiskt grundämne. Om du ändrar antalet neutroner får du isotop samma element som du har i dina händer. Till exempel har kol tre isotoper: 1) kol-12 (sex protoner + sex neutroner), som är en stabil och vanlig form av grundämnet, 2) kol-13 (sex protoner + sju neutroner), som är stabil men sällsynt och 3) kol -14 (sex protoner + åtta neutroner), vilket är sällsynt och instabilt (eller radioaktivt).
De flesta atomkärnor är stabila, men några är instabila (radioaktiva). Dessa kärnor sänder spontant ut partiklar som forskare kallar strålning. Denna process kallas radioaktivt avfall . Det finns tre typer av förfall:
Alfa förfall : Kärnan avger en alfapartikel - två protoner och två neutroner bundna tillsammans. Beta-förfall : En neutron förvandlas till en proton, elektron och antineutrino. Den utstötta elektronen är en beta-partikel. Spontan fission: kärnan sönderdelas i flera delar och sänder ut neutroner, och avger också en puls av elektromagnetisk energi - en gammastråle. Det är den senare typen av sönderfall som används i en kärnvapenbomb. Fria neutroner som emitteras till följd av fission börjar kedjereaktion , som frigör en kolossal mängd energi.
Vad är kärnvapenbomber gjorda av?
De kan tillverkas av uran-235 och plutonium-239. Uran förekommer i naturen som en blandning av tre isotoper: 238 U (99,2745 % av naturligt uran), 235 U (0,72 %) och 234 U (0,0055 %). Den vanligaste 238 U stöder inte en kedjereaktion: endast 235 U är kapabel till detta. För att uppnå maximal explosionskraft är det nödvändigt att innehållet av 235 U i bombens "fyllning" är minst 80%. Därför produceras uran på konstgjord väg berika . För att göra detta är blandningen av uranisotoper uppdelad i två delar så att en av dem innehåller mer än 235 U.
Vanligtvis lämnar isotopseparation efter sig mycket utarmat uran som inte kan genomgå en kedjereaktion - men det finns ett sätt att få det att göra det. Faktum är att plutonium-239 inte förekommer i naturen. Men det kan erhållas genom att bombardera 238 U med neutroner.
Hur mäts deras kraft?
Kraften hos en kärn- och termonukleär laddning mäts i TNT-ekvivalent - mängden trinitrotoluen som måste detoneras för att få ett liknande resultat. Det mäts i kiloton (kt) och megaton (Mt). Utbytet av ultrasmå kärnvapen är mindre än 1 kt, medan superkraftiga bomber ger mer än 1 mt.
Kraften hos den sovjetiska "tsarbomben" var, enligt olika källor, från 57 till 58,6 megaton i TNT-ekvivalent, kraften hos den termonukleära bomben, som Nordkorea testade i början av september, var cirka 100 kiloton.
Vem skapade kärnvapen?
Den amerikanske fysikern Robert Oppenheimer och general Leslie Groves
På 1930-talet italiensk fysiker Enrico Fermi visade att grundämnen bombarderade av neutroner kunde omvandlas till nya grundämnen. Resultatet av detta arbete var upptäckten långsamma neutroner , samt upptäckten av nya grundämnen som inte finns representerade i det periodiska systemet. Strax efter Fermis upptäckt, tyska forskare Otto Hahn Och Fritz Strassmann bombarderade uran med neutroner, vilket resulterade i bildandet av en radioaktiv isotop av barium. De drog slutsatsen att låghastighetsneutroner gör att urankärnan bryts i två mindre bitar.
Detta arbete upphetsade hela världens sinnen. På Princeton University Niels Bohr arbetade med John Wheeler att utveckla en hypotetisk modell av fissionsprocessen. De föreslog att uran-235 genomgår klyvning. Ungefär samtidigt upptäckte andra forskare att fissionsprocessen producerade ännu fler neutroner. Detta fick Bohr och Wheeler att ställa en viktig fråga: kan de fria neutroner som skapas av fission starta en kedjereaktion som skulle frigöra enorma mängder energi? Om det är så är det möjligt att skapa vapen med ofattbar kraft. Deras antaganden bekräftades av en fransk fysiker Frederic Joliot-Curie . Hans slutsats blev drivkraften för utvecklingen av skapandet av kärnvapen.
Fysiker från Tyskland, England, USA och Japan arbetade med att skapa atomvapen. Innan andra världskriget började Albert Einstein skrev till USA:s president Franklin Roosevelt att Nazityskland planerar att rena uran-235 och skapa en atombomb. Det visar sig nu att Tyskland var långt ifrån att genomföra en kedjereaktion: de arbetade på en "smutsig", högradioaktiv bomb. Hur som helst, USA:s regering gjorde alla sina ansträngningar för att skapa en atombomb så snart som möjligt. Manhattanprojektet lanserades, ledd av en amerikansk fysiker Robert Oppenheimer och allmänt Leslie Groves . Den besöktes av framstående vetenskapsmän som emigrerade från Europa. Sommaren 1945 skapades atomvapen baserade på två typer av klyvbart material - uran-235 och plutonium-239. En bomb, plutonium "Thing", detonerades under testning, och ytterligare två, uran "Baby" och plutonium "Fat Man", släpptes på de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki.
Hur fungerar en termonukleär bomb och vem uppfann den?
Termonukleär bomb är baserad på reaktionen kärnfusion . Till skillnad från kärnklyvning, som kan ske antingen spontant eller påtvingat, är kärnfusion omöjlig utan tillförsel av extern energi. Atomkärnor är positivt laddade - så de stöter bort varandra. Denna situation kallas Coulomb-barriären. För att övervinna repulsion måste dessa partiklar accelereras till galna hastigheter. Detta kan göras vid mycket höga temperaturer - i storleksordningen flera miljoner Kelvin (därav namnet). Det finns tre typer av termonukleära reaktioner: självuppehållande (utspelar sig i stjärnornas djup), kontrollerade och okontrollerade eller explosiva - de används i vätebomber.
Idén om en bomb med termonukleär fusion initierad av en atomladdning föreslog Enrico Fermi till sin kollega Edward Teller redan 1941, i början av Manhattan-projektet. Denna idé var dock inte efterfrågad på den tiden. Tellers utveckling förbättrades Stanislav Ulam , vilket gör idén om en termonukleär bomb genomförbar i praktiken. 1952 testades den första termonukleära sprängladdningen på Enewetak-atollen under Operation Ivy Mike. Det var dock ett laboratorieprov, olämpligt för strid. Ett år senare detonerade Sovjetunionen världens första termonukleära bomb, sammansatt enligt fysikers design Andrey Sacharov Och Yulia Kharitona . Enheten liknade en lagerkaka, så det formidabla vapnet fick smeknamnet "Puff". Under den fortsatta utvecklingen föddes den mest kraftfulla bomben på jorden, "Tsar Bomba" eller "Kuzkas mor". I oktober 1961 testades den på skärgården Novaja Zemlja.
Vad är termonukleära bomber gjorda av?
Om du trodde det väte och termonukleära bomber är olika saker, du hade fel. Dessa ord är synonyma. Det är väte (eller snarare dess isotoper - deuterium och tritium) som krävs för att utföra en termonukleär reaktion. Det finns dock en svårighet: för att detonera en vätebomb är det först nödvändigt att få en hög temperatur under en konventionell kärnvapenexplosion - först då kommer atomkärnorna att börja reagera. Därför spelar design en stor roll i fallet med en termonukleär bomb.
Två scheman är allmänt kända. Den första är Sacharovs "smördeg". I mitten fanns en kärnsprängkapsel, som var omgiven av lager av litiumdeuterid blandat med tritium, vilka var varvade med lager av anrikat uran. Denna design gjorde det möjligt att uppnå en effekt inom 1 Mt. Det andra är det amerikanska Teller-Ulam-schemat, där kärnvapenbomben och väteisotoperna var belägna separat. Det såg ut så här: nedanför fanns en behållare med en blandning av flytande deuterium och tritium, i mitten av vilken det fanns en "tändstift" - en plutoniumstav, och på toppen - en konventionell kärnladdning, och allt detta i en skal av tungmetall (till exempel utarmat uran). Snabba neutroner som produceras under explosionen orsakar atomklyvningsreaktioner i uranskalet och tillför energi till explosionens totala energi. Att lägga till ytterligare lager av litiumuran-238 deuterid gör det möjligt att skapa projektiler med obegränsad kraft. 1953, sovjetisk fysiker Victor Davidenko upprepade av misstag Teller-Ulam-idén, och på grundval av detta kom Sacharov med ett flerstegsschema som gjorde det möjligt att skapa vapen med aldrig tidigare skådad makt. "Kuzkas mamma" fungerade exakt enligt detta schema.
Vilka andra bomber finns det?
Det finns också neutroner, men detta är i allmänhet skrämmande. I huvudsak är en neutronbomb en termonukleär bomb med låg effekt, vars 80 % av explosionsenergin är strålning (neutronstrålning). Det ser ut som en vanlig kärnladdning med låg effekt, till vilken ett block med en berylliumisotop - en neutronkälla - har lagts till. När en kärnladdning exploderar utlöses en termonukleär reaktion. Denna typ av vapen utvecklades av en amerikansk fysiker Samuel Cohen . Man trodde att neutronvapen förstör allt levande, även i skyddsrum, men räckvidden för förstörelse av sådana vapen är liten, eftersom atmosfären sprider strömmar av snabba neutroner och stötvågen är starkare på stora avstånd.
Hur är det med koboltbomben?
Nej, min son, det här är fantastiskt. Officiellt har inget land koboltbomber. Teoretiskt är detta en termonukleär bomb med koboltskal, vilket säkerställer stark radioaktiv förorening av området även vid en relativt svag kärnvapenexplosion. 510 ton kobolt kan infektera hela jordens yta och förstöra allt liv på planeten. Fysiker Leo Szilard , som beskrev denna hypotetiska design 1950, kallade den "Domeday Machine".
Vad är coolare: en kärnvapenbomb eller en termonukleär?
Fullskalig modell av "Tsar Bomba"
Vätebomben är mycket mer avancerad och tekniskt avancerad än den atomära. Dess explosiva kraft överstiger vida den hos en atomkraft och begränsas endast av antalet tillgängliga komponenter. Vid en termonukleär reaktion frigörs mycket mer energi för varje nukleon (de så kallade ingående kärnorna, protonerna och neutronerna) än vid en kärnreaktion. Till exempel producerar klyvningen av en urankärna 0,9 MeV (megaelektronvolt) per nukleon, och fusionen av en heliumkärna från vätekärnor frigör en energi på 6 MeV.
Som bomber levereratill målet?
Först släpptes de från flygplan, men luftförsvarssystemen förbättrades hela tiden och att leverera kärnvapen på detta sätt visade sig vara oklokt. Med tillväxten av missilproduktion överfördes alla rättigheter att leverera kärnvapen till ballistiska missiler och kryssningsmissiler från olika baser. Därför betyder en bomb nu inte en bomb, utan en stridsspets.
Man tror att den nordkoreanska vätebomben är för stor för att monteras på en raket – så om Nordkorea bestämmer sig för att utföra hotet kommer den att bäras med fartyg till explosionsplatsen.
Vilka är konsekvenserna av ett kärnvapenkrig?
Hiroshima och Nagasaki är bara en liten del av den möjliga apokalypsen. Till exempel är hypotesen "kärnkraftsvinter" känd, som lades fram av den amerikanske astrofysikern Carl Sagan och den sovjetiske geofysikern Georgy Golitsyn. Det antas att explosionen av flera kärnstridsspetsar (inte i öknen eller vatten, utan i befolkade områden) kommer att orsaka många bränder, och en stor mängd rök och sot kommer att spilla ut i atmosfären, vilket kommer att leda till global avkylning. Hypotesen har kritiserats genom att jämföra effekten med vulkanisk aktivitet, som har liten effekt på klimatet. Dessutom noterar vissa forskare att det är mer sannolikt att global uppvärmning inträffar än att kyla - även om båda sidor hoppas att vi aldrig kommer att veta det.
Är kärnvapen tillåtna?
Efter kapprustningen på 1900-talet kom länder till sinnes och bestämde sig för att begränsa användningen av kärnvapen. FN antog fördrag om icke-spridning av kärnvapen och förbudet mot kärnvapenprov (det senare undertecknades inte av de unga kärnvapenmakterna Indien, Pakistan och Nordkorea). I juli 2017 antogs ett nytt fördrag om förbud mot kärnvapen.
"Varje konventionsstat förbinder sig aldrig under några omständigheter att utveckla, testa, tillverka, tillverka, på annat sätt förvärva, inneha eller lagra kärnvapen eller andra nukleära explosiva anordningar", står det i den första artikeln i fördraget.
Dokumentet kommer dock inte att träda i kraft förrän 50 stater har ratificerat det.
Strukturellt sett bestod den första atombomben av följande grundläggande komponenter:
- kärnladdning;
- sprängladdning och automatiskt detonationssystem med säkerhetssystem;
- luftbombens ballistiska kropp, som inhyste kärnladdningen och den automatiska detonationen.
De grundläggande villkoren som bestämde designen av RDS-1-bomben var relaterade till:
- med beslutet att så mycket som möjligt bevara grundkonstruktionen av den amerikanska atombomben som testades 1945;
- det är nödvändigt, av säkerhetsskäl, att utföra den slutliga monteringen av laddningen installerad i bombens ballistiska kropp under förhållandena på testplatsen, omedelbart före detonation;
- med förmågan att bomba RDS-1 från en tung bombplan TU-4.
RDS-1-bombens atomladdning var en flerskiktsstruktur där den aktiva substansen, plutonium, överfördes till ett superkritiskt tillstånd genom att komprimera den genom en konvergerande sfärisk detonationsvåg i sprängämnet.
I mitten av kärnladdningen fanns plutonium, strukturellt bestående av två halvklotformade delar. Massan av plutonium bestämdes i juli 1949, efter avslutade experiment för att mäta kärnkonstanter.
Stora framgångar har inte bara uppnåtts av teknologer, utan också av metallurger och radiokemister. Tack vare deras ansträngningar innehöll redan de första plutoniumdelarna små mängder föroreningar och mycket aktiva isotoper. Den sista punkten var särskilt betydelsefull, eftersom kortlivade isotoper, som är huvudkällan till neutroner, kan ha en negativ inverkan på sannolikheten för en för tidig explosion.
En neutronsäkring (NF) installerades i håligheten i plutoniumkärnan i ett kompositskal av naturligt uran. Under 1947-1948 övervägdes ett 20-tal olika förslag angående principerna för drift, design och förbättring av NZ.
En av de mest komplexa komponenterna i den första atombomben RDS-1 var en sprängladdning gjord av en legering av TNT och hexogen.
Valet av sprängämnets yttre radie bestämdes å ena sidan av behovet av att erhålla tillfredsställande energiutsläpp, och å andra sidan av produktens tillåtna yttre dimensioner och tekniska produktionsmöjligheter.
Den första atombomben utvecklades i förhållande till dess upphängning i TU-4-flygplanet, vars bombrum gav förmågan att rymma en produkt med en diameter på upp till 1500 mm. Baserat på denna dimension bestämdes mittsektionen av den ballistiska kroppen av RDS-1-bomben. Sprängladdningen var strukturellt en ihålig kula och bestod av två lager.
Det inre skiktet bildades av två halvsfäriska baser gjorda av en hushållslegering av TNT och hexogen.
Det yttre lagret av RDS-1-sprängladdningen var sammansatt av individuella element. Detta lager, avsett att bilda en sfärisk konvergerande detonationsvåg vid basen av sprängämnet och kallat fokuseringssystemet, var en av laddningens huvudfunktionella enheter, som till stor del bestämde dess taktiska och tekniska prestanda.
Huvudsyftet med bombens automationssystem var att utföra en kärnvapenexplosion vid en given bana. En del av bombens elektriska utrustning placerades på bärarflygplanet och dess individuella element placerades på kärnladdningen.
För att öka tillförlitligheten av produktens funktion gjordes individuella delar av den automatiska detonationen enligt en tvåkanalig (duplicerad) krets. I händelse av fel på säkringssystemen på hög höjd tillhandahölls en speciell anordning (slagsensor) i bombkonstruktionen för att utföra en kärnvapenexplosion när bomben träffar marken.
Redan i det allra inledande skedet av utvecklingen av kärnvapen blev det uppenbart att studiet av processerna som inträffade i laddningen skulle följa en beräknings- och experimentell väg, vilket gjorde det möjligt att korrigera den teoretiska analysen baserat på resultaten av experiment och experiment. experimentella data om de gasdynamiska egenskaperna hos kärnladdningar.
Generellt sett inkluderade gasdynamisk testning av en kärnladdning ett antal studier relaterade till att sätta upp experiment och registrera snabba processer, inklusive spridning av detonation och stötvågor i heterogena medier.
Studier av ämnens egenskaper i det gasdynamiska skedet av driften av kärnladdningar, när tryckområdet når värden på upp till hundratals miljoner atmosfärer, krävde utvecklingen av fundamentalt nya forskningsmetoder, vars kinetik krävde hög noggrannhet - upp till hundradelar av en mikrosekund. Sådana krav ledde till utvecklingen av nya metoder för att registrera höghastighetsprocesser. Det var inom forskningssektorn KB-11 som grunden för inhemsk höghastighetsfotokronografi lades med en skanningshastighet på upp till 10 km/s och en fotograferingshastighet på cirka en miljon bilder per sekund. Ultrahöghastighetsregistratorn utvecklad av A.D. Zakharenkov, G.D. Sokolov och V.K. Bobolev (1948) blev prototypen av seriella SFR-enheter utvecklade enligt de tekniska specifikationerna för KB-11 vid Institutet för kemisk fysik 1950.
Notera att denna fotokronograf, dreven av en luftturbin, redan vid den tiden gav en bildskanningshastighet på 7 km/s. Parametrarna för den seriella SFR-enheten (1950), som drivs av en elmotor, skapad på grundval av den är mer blygsamma - upp till 3,5 km/s.
E.K.Zavoisky |
För den beräkningsmässiga och teoretiska motiveringen av prestandan för den första produkten var det fundamentalt viktigt att känna till parametrarna för tillståndet för PV bakom fronten av detonationsvågen, såväl som dynamiken i den sfäriskt symmetriska kompressionen av den centrala delen av produkten. För detta ändamål föreslog och utvecklade E.K. Zavoisky 1948 en elektromagnetisk metod för att registrera masshastigheterna för explosionsprodukter bakom fronten av detonationsvågor, både i ett plan och i en sfärisk explosion.
Fördelningen av explosionsprodukternas hastighet utfördes parallellt och med metoden med pulserad radiografi av V.A. Tsukerman och medarbetare.
För att spela in snabba processer skapades unika flerkanalsinspelare ETAR-1 och ETAR-2, utvecklade av E.A. Etingof och M.S. Tarasov, med en tidsupplösning nära nanosekund. Därefter ersattes dessa inspelare av den serietillverkade OK-4-enheten utvecklad av A.I. Sokolik (ICP AN).
Användningen av nya metoder och nya inspelare i KB-11-forskning gjorde det möjligt att redan i början av arbetet med att skapa atomvapen erhålla nödvändiga uppgifter om den dynamiska kompressibiliteten av strukturella material.
Experimentella studier av konstanterna för de arbetsämnen som ingår i den fysiska kretsen av laddningen skapade grunden för verifiering av fysikaliska koncept för de processer som inträffar i laddningen i det gasdynamiska skedet av dess drift.
Allmän struktur för en atombomb
Huvudelementen i kärnvapen är:
- ram
- automationssystem
Huset är utformat för att rymma en kärnladdning och automationssystem, och skyddar dem också från mekaniska och i vissa fall termiska effekter. Automatiseringssystemet säkerställer explosionen av en kärnladdning vid en given tidpunkt och eliminerar dess oavsiktliga eller för tidig aktivering. Det inkluderar:
- säkerhets- och spännsystem
- nöddetonationssystem
- laddningsdetonationssystem
- strömförsörjning
- explosionssensorsystem
Medlen för att leverera kärnvapen kan vara ballistiska missiler, kryssnings- och luftvärnsmissiler och flygplan. Kärnvapenammunition används för att utrusta flygbomber, landminor, torpeder och artillerigranater (203,2 mm SG och 155 mm SG-USA).
Olika system har uppfunnits för att detonera atombomben. Det enklaste systemet är ett vapen av injektortyp, där en projektil gjord av klyvbart material kraschar in i mottagaren och bildar en superkritisk massa. Atombomben som USA släppte på Hiroshima den 6 augusti 1945 hade en sprängkapsel av injektionstyp. Och den hade en energiekvivalent på cirka 20 kiloton TNT.
Kärnvapenmuseum
Historical and Memorial Museum of Nuclear Weapons RFNC-VNIIEF (Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Research Institute of Experimental Physics) öppnades i staden Sarov den 13 november 1992. Detta är det första museet i landet som berättar om huvudstadierna för att skapa den inhemska kärnvapenskölden. De första utställningarna från museet visades upp inför dess besökare denna dag i byggnaden till den tidigare tekniska skolan, där museet fortfarande ligger.
Dess utställningar är prover på produkter som har blivit legender i historien om landets kärnkraftsindustri. Vad de största specialisterna arbetade med var, tills nyligen, en enorm statshemlighet inte bara för enbart dödliga, utan också för utvecklarna av kärnvapen själva.
Museets utställning innehåller utställningar från den allra första testmodellen 1949 till idag.
Exploderade nära Nagasaki. Döden och förstörelsen som åtföljde dessa explosioner var utan motstycke. Rädsla och fasa grep hela den japanska befolkningen och tvingade dem att kapitulera på mindre än en månad.
Efter andra världskrigets slut försvann dock inte atomvapen i bakgrunden. Utbrottet av det kalla kriget blev en enorm psykologisk pressfaktor mellan Sovjetunionen och USA. Båda sidor investerade enorma summor pengar i utvecklingen och skapandet av nya kärnkraftverk. Således har flera tusen atomsnäckor samlats på vår planet under 50 år. Detta är tillräckligt för att förstöra allt liv flera gånger. Av denna anledning undertecknades i slutet av 90-talet det första nedrustningsavtalet mellan USA och Ryssland för att minska risken för en världsomspännande katastrof. Trots detta har för närvarande 9 länder kärnvapen, vilket tar deras försvar till en annan nivå. I den här artikeln ska vi titta på varför atomvapen fick sin destruktiva kraft och hur atomvapen fungerar.
För att förstå atombombernas fulla kraft är det nödvändigt att förstå begreppet radioaktivitet. Som ni vet är den minsta strukturella enheten av materia som utgör hela världen omkring oss atomen. En atom består i sin tur av en kärna och något som roterar runt den. Kärnan består av neutroner och protoner. Elektroner har en negativ laddning och protoner har en positiv laddning. Neutroner, som namnet antyder, är neutrala. Vanligtvis är antalet neutroner och protoner lika med antalet elektroner i en atom. Men under påverkan av yttre krafter kan antalet partiklar i ett ämnes atomer förändras.
Vi är bara intresserade av alternativet när antalet neutroner ändras, och en isotop av ämnet bildas. Vissa isotoper av ett ämne är stabila och förekommer naturligt, medan andra är instabila och tenderar att sönderfalla. Till exempel har kol 6 neutroner. Det finns också en isotop av kol med 7 neutroner - ett ganska stabilt grundämne som finns i naturen. En isotop av kol med 8 neutroner är redan ett instabilt grundämne och tenderar att sönderfalla. Detta är radioaktivt sönderfall. I det här fallet sänder instabila kärnor ut tre typer av strålar:
1. Alfastrålar är en ganska ofarlig ström av alfapartiklar som kan stoppas med ett tunt pappersark och inte kan orsaka skada.
Även om levande organismer kunde överleva de två första, orsakar strålningsvågen mycket övergående strålsjuka som dödar på några minuter. Sådana skador är möjliga inom en radie av flera hundra meter från explosionen. Upp till några kilometer från explosionen kommer strålsjuka att döda en person på några timmar eller dagar. De utanför den omedelbara explosionen kan också utsättas för strålning genom att äta mat och andas in från det förorenade området. Dessutom försvinner inte strålningen omedelbart. Det ansamlas i miljön och kan förgifta levande organismer i många decennier efter explosionen.
Skadorna från kärnvapen är för farliga för att användas under några omständigheter. Civilbefolkningen lider oundvikligen av det och irreparabel skada orsakas på naturen. Därför är den huvudsakliga användningen av kärnvapenbomber i vår tid avskräckning från attack. Till och med kärnvapenprovning är för närvarande förbjudet i de flesta delar av vår planet.
Men detta är något vi ofta inte vet. Och varför exploderar en kärnvapenbomb också...
Låt oss börja på långt håll. Varje atom har en kärna, och kärnan består av protoner och neutroner - kanske alla vet detta. På samma sätt såg alla det periodiska systemet. Men varför placeras de kemiska elementen i det på detta sätt och inte på annat sätt? Absolut inte för att Mendeleev ville ha det så. Atomnumret för varje grundämne i tabellen anger hur många protoner som finns i kärnan av det grundämnets atom. Järn är med andra ord nummer 26 i tabellen eftersom det finns 26 protoner i en järnatom. Och om det inte finns 26 av dem är det inte längre järn.
Men det kan finnas olika antal neutroner i kärnorna i samma grundämne, vilket gör att massan på kärnorna kan vara olika. Atomer av samma grundämne med olika massor kallas isotoper. Uran har flera sådana isotoper: den vanligaste i naturen är uran-238 (dess kärna har 92 protoner och 146 neutroner, totalt 238). Den är radioaktiv, men man kan inte göra en atombomb av den. Men isotopen uran-235, varav en liten mängd finns i uranmalmer, är lämplig för en kärnladdning.
Läsaren kan ha stött på uttrycken "anrikat uran" och "utarmat uran". Anrikat uran innehåller mer uran-235 än naturligt uran; i utarmat tillstånd, motsvarande mindre. Anrikat uran kan användas för att producera plutonium, ett annat grundämne som är lämpligt för en kärnvapenbomb (det finns nästan aldrig i naturen). Hur uran anrikas och hur plutonium erhålls från det är ett ämne för en separat diskussion.
Så varför exploderar en kärnvapenbomb? Faktum är att vissa tunga kärnor tenderar att sönderfalla om de träffas av en neutron. Och du behöver inte vänta länge på en fri neutron – det finns många av dem som flyger runt. Så en sådan neutron träffar uran-235-kärnan och bryter den därigenom i "fragment". Detta frigör några fler neutroner. Kan du gissa vad som händer om det finns kärnor av samma grundämne runt omkring? Det stämmer, en kedjereaktion kommer att inträffa. Så här går det till.
I en kärnreaktor, där uran-235 är ”upplöst” i det mer stabila uran-238, sker ingen explosion under normala förhållanden. De flesta neutroner som flyger ut från sönderfallande kärnor flyger iväg till mjölken, utan att hitta uran-235 kärnorna. I reaktorn sker sönderfallet av kärnor "långsamt" (men detta räcker för att reaktorn ska ge energi). I en enda bit uran-235, om den har tillräcklig massa, kommer neutroner garanterat att bryta upp kärnorna, kedjereaktionen kommer att starta som en lavin, och... Sluta! När allt kommer omkring, om du gör en bit uran-235 eller plutonium med den massa som krävs för en explosion, kommer den att explodera direkt. Det är inte meningen.
Vad händer om du tar två bitar av subkritisk massa och trycker dem mot varandra med hjälp av en fjärrstyrd mekanism? Placera till exempel båda i ett rör och fäst en krutladdning på den ena så att den ena biten, som en projektil, i rätt ögonblick skjuts mot den andra. Här är lösningen på problemet.
Du kan göra det annorlunda: ta en sfärisk bit plutonium och fäst sprängladdningar över hela dess yta. När dessa laddningar detonerar på kommando från utsidan, kommer deras explosion att komprimera plutoniumet från alla sidor, komprimera det till en kritisk densitet, och en kedjereaktion kommer att inträffa. Däremot är noggrannhet och tillförlitlighet viktiga här: alla sprängladdningar måste slockna samtidigt. Om några av dem fungerar, och andra inte, eller vissa arbetar sent, kommer ingen kärnvapenexplosion att resultera: plutoniumet kommer inte att komprimeras till en kritisk massa, utan kommer att skingras i luften. Istället för en kärnvapenbomb får du en så kallad "smutsig".
Så här ser en kärnvapenbomb av implosionstyp ut. Laddningarna, som ska skapa en riktad explosion, är gjorda i form av polyedrar för att täcka plutoniumsfärens yta så tätt som möjligt.
Den första typen av anordning kallades en kanonanordning, den andra typen - en implosionsanordning.
Bomben "Little Boy" som släpptes på Hiroshima hade en uran-235-laddning och en anordning av kanontyp. Fat Man-bomben, som detonerade över Nagasaki, bar en plutoniumladdning, och sprängladdningen var en implosion. Nuförtiden används anordningar av pistoltyp nästan aldrig; implosions är mer komplicerade, men samtidigt låter de dig reglera massan av kärnladdningen och spendera den mer rationellt. Och plutonium har ersatt uran-235 som ett kärnsprängämne.
Det gick ganska många år och fysiker erbjöd militären en ännu kraftfullare bomb - en termonukleär bomb, eller, som den också kallas, en vätebomb. Det visar sig att väte exploderar kraftigare än plutonium?
Väte är verkligen explosivt, men inte så explosivt. Men det finns inget "vanligt" väte i en vätebomb, den använder sina isotoper - deuterium och tritium. Kärnan i "vanligt" väte har en neutron, deuterium har två och tritium har tre.
I en kärnvapenbomb är kärnorna i ett tungt grundämne uppdelade i kärnor av lättare. Vid termonukleär fusion sker den omvända processen: lätta kärnor smälter samman med varandra till tyngre. Deuterium- och tritiumkärnor, till exempel, kombineras för att bilda heliumkärnor (annars kända som alfapartiklar), och den "extra" neutronen skickas till "fri flygning". Detta frigör betydligt mer energi än under sönderfallet av plutoniumkärnor. Det är förresten exakt den process som äger rum på solen.
Fusionsreaktionen är dock endast möjlig vid ultrahöga temperaturer (vilket är anledningen till att den kallas termonukleär). Hur får man deuterium och tritium att reagera? Ja, det är väldigt enkelt: du måste använda en kärnvapenbomb som detonator!
Eftersom deuterium och tritium i sig är stabila, kan deras laddning i en termonukleär bomb vara godtyckligt enorm. Det betyder att en termonukleär bomb kan göras ojämförligt kraftfullare än en "enkel" kärnvapen. Den "Baby" som släpptes på Hiroshima hade en TNT-ekvivalent på inom 18 kiloton, och den kraftigaste vätebomben (den så kallade "Tsar Bomba", även känd som "Kuzkas Mother") var redan 58,6 megaton, mer än 3255 gånger mer kraftfull "Baby"!
"Svampmolnet" från tsaren Bomba steg till en höjd av 67 kilometer, och sprängvågen cirklade jorden runt tre gånger.
Men en sådan gigantisk makt är helt klart överdriven. Efter att ha "lekt tillräckligt" med megatonbomber tog militäringenjörer och fysiker en annan väg - vägen för miniatyrisering av kärnvapen. I sin konventionella form kan kärnvapen släppas från strategiska bombplan som flygbomber eller avfyras från ballistiska missiler; om man miniatyriserar dem får man en kompakt kärnladdning som inte förstör allt på kilometervis runtomkring, och som kan placeras på en artillerigranat eller en luft-till-mark-missil. Rörligheten kommer att öka och utbudet av uppgifter som ska lösas utökas. Förutom strategiska kärnvapen kommer vi att ta emot taktiska.
En mängd olika leveranssystem har utvecklats för taktiska kärnvapen - kärnvapenkanoner, granatkastare, rekylfria gevär (till exempel amerikanen Davy Crockett). Sovjetunionen hade till och med ett kärnvapenprojekt. Det var sant att det måste överges - kärnvapenkulor var så opålitliga, så komplicerade och dyra att tillverka och lagra att det inte var någon mening med dem.
"Davy Crockett." Ett antal av dessa kärnvapen var i tjänst hos USA:s väpnade styrkor, och den västtyska försvarsministern försökte utan framgång beväpna Bundeswehr med dem.
På tal om små kärnvapen är det värt att nämna en annan typ av kärnvapen - neutronbomben. Plutoniumladdningen i den är liten, men detta är inte nödvändigt. Om en termonukleär bomb följer vägen för att öka explosionens kraft, så förlitar sig en neutronbomb på en annan skadlig faktor - strålning. För att förbättra strålningen innehåller en neutronbomb ett förråd av berylliumisotop, som vid explosion producerar ett stort antal snabba neutroner.
Enligt dess skapare ska en neutronbomb döda fiendens personal, men lämna utrustningen intakt, som sedan kan fångas under en offensiv. I praktiken blev det något annorlunda: bestrålad utrustning blir oanvändbar - alla som vågar pilotera den kommer mycket snart att "tjäna" strålsjuka. Detta ändrar inte det faktum att en neutronbombexplosion är kapabel att träffa en fiende genom stridsvagnsrustning; neutronammunition utvecklades av USA specifikt som ett vapen mot sovjetiska stridsvagnsformationer. Men snart utvecklades tankpansar som gav något slags skydd mot flödet av snabba neutroner.
En annan typ av kärnvapen uppfanns 1950, men tillverkades aldrig (så vitt bekant). Detta är den så kallade koboltbomben - en kärnladdning med en koboltskal. Under explosionen blir kobolt, bestrålad av en ström av neutroner, en extremt radioaktiv isotop och sprids över hela området och förorenar det. Bara en sådan bomb med tillräcklig kraft skulle kunna täcka hela världen med kobolt och förstöra hela mänskligheten. Lyckligtvis förblev detta projekt ett projekt.
Vad kan vi säga avslutningsvis? En kärnvapenbomb är ett riktigt fruktansvärt vapen, och samtidigt (vilken paradox!) bidrog den till att upprätthålla relativ fred mellan supermakterna. Om din fiende har kärnvapen kommer du att tänka tio gånger innan du attackerar honom. Inget land med en kärnvapenarsenal har någonsin attackerats utifrån, och det har inte förekommit några krig mellan större stater i världen sedan 1945. Låt oss hoppas att det inte blir några.
