Ядерна та Термоядерна бомба

Ядерна та Термоядерна бомба. Зробили: Шик Богдан та Прозоров Ал’еша

Ядерна бомба. У середині минулого століття влаштування атомної бомби трималося в суворому секреті і було відомо лише вузькому колу вчених. Тепер же про нього можна дізнатися з відкритих джерел, проте, як і раніше, мало хто розуміє, як працює ця зброя, і чому вона здатна завдавати такої шкоди. Ядерна зброя працює за принципом ланцюгової реакції. Ядра деяких атомів (а саме – ізотопів) важких металів нестабільні і при контакті з пролітаючим повз вільним нейтроном відразу розпадаються. First generation. Second generation. Third generation

Ядерна бомба. Внаслідок руйнування ядра виникають ще кілька вільних нейтронів, які провокують розпад інших ядер. В результаті ізотопи розсипаються один за одним, подібно до лавини з доміно. А тепер уявіть, що замість доміно у вас є тротилові шашки. При розпаді ядер стрімко виділяється енергія, що призводить до ядерного вибуху. При цьому кожен грам ізотопу вибухає як 25 тонн тротилу. Однак не можна просто постукати двома шматками урану один об одного та отримати ядерний вибух. По-перше, злиток металу має бути досить великим. Мінімальна вибухонебезпечна кількість речовини становить 47 кілограмів для урану-235 та 10 кілограмів для плутонію-239. І це називають критичної масою. А по-друге, вільні нейтрони мають бути обмежені, щоб залишатися в зоні реакції. Інакше вони просто розлетяться на всі боки без відчутного ефекту.

Ядерна бомба. Але навіть дотримання цих умов не дає максимального ефекту. Щоб атомна бомба бабахала як слід, було розроблено спеціальний кульовий заряд. Він влаштований за принципом матрьошки: зовні знаходиться проста «хімічна» вибухівка та 64 детонатори. Якщо всі детонатори спрацюють одночасно, то до центру сфери вирушить потужна вибухова хвиля.

Ядерна бомба. Причому якщо хоча б один детонатор з 64 не спрацює, вибух буде асиметричним і бомба просто зруйнується. Це працює як своєрідний запобіжник і захищає від усіляких НП: бомба може впасти з великої висоти, згоріти і навіть пережити влучення снаряда. Як максимум від цього детонує зовнішній заряд, але жодного атомного вибуху не станеться. Слідом за вибухівкою йде алюміній. Він потрібен тільки для того, щоб збільшити розмір бомби – так на неї можна поставити більше вибухівки. Усередині алюмінієвої сфери знаходиться так званий тампер - порожня сфера з збідненого урану (побічного продукту збагачення урану). Вона є масивним поршнем, який передає ударну хвилю на останню порожню сферу, що складається з урану або плутонію – безпосередньої ядерної вибухівки.

Ядерна бомба. Останній крок – підштовхнути ядерний заряд до джерела вільних нейтронів. Його роль відіграє невелика доза спеціального матеріалу на основі тритію, яка знаходиться всередині порожнистої сфери з урану або плутонію. Як тільки концентричний зовнішній вибух здавлює важкий метал навколо тритію, починається та сама смертельна лавина з доміно.

Ядерна бомба. Цікаво, що у кульовому заряді ланцюговий розпад триває не до вичерпання пального, як у звичайній бомбі, а до руйнування пристрою. Реакція триває доти, поки урановий тампер здатний стримувати у собі енергію вибуху. У перших атомних бомбах цього часу вистачало, щоб встигли вигоріти лише 10% активної речовини. Коли тампер більше не може стримувати вибуху, він просто випаровується і весь вміст бомби розлітається по окрузі. Саме тому атомний вибух заражає місцевість радіацією: уран чи плутоній, який не встиг взяти участь у реакції, розщеплюється на дрібні частинки та застилає територію на кілометри навколо.

Термоядерна зброя. В основі дії термоядерної зброї лежить використання термоядерної реакції з воднем або її сполуками. У цих реакціях, що протікають при надвисоких температурах і тиску, енергія виділяється за рахунок утворення ядер гелію з ядер водню або ядер водню і літію. Для утворення гелію використовується переважно важкий водень – дейтерій, ядра якого мають незвичайну структуру – один протон і один нейтрон.

Термоядерна зброя. При нагріванні дейтерію до температур у кілька десятків мільйонів градусів його атому втрачають свої електронні оболонки при перших зіткненнях з іншими атомами. В результаті цього середовище виявляється складається з протонів і електронів, що рухаються незалежно від них. Швидкість теплового руху частинок досягає таких величин, що ядра дейтерію можуть зближуватись і завдяки дії потужних ядерних сил з'єднуватися один з одним, утворюючи ядра гелію. Результатом цього процесу стає виділення енергії.

Термоядерна зброя. Принципова схема водневої бомби є такою. Дейтерій та тритій у рідкому стані поміщаються в резервуар з теплонепроникною оболонкою, яка служить для тривалого збереження дейтерію та тритію у сильно охолодженому стані (для підтримки з рідинного агрегатного стану). Теплонепроникна оболонка може містити 3 шари, що складаються з твердого сплаву, твердої вуглекислоти та рідкого азоту. Поблизу резервуару з ізотопами водню міститься атомний заряд. При підриві атомного заряду ізотопи водню нагріваються до високих температур, створюються умови протікання термоядерної реакції та вибуху водневої бомби.

Термоядерна зброя. Однак, у процесі створення водневих бомб було встановлено, що непрактично використовувати ізотопи водню, тому що в такому випадку бомба набуває занадто великої ваги (більше 60 т.), через що не можна було й думати про використання таких зарядів на стратегічних бомбардувальниках, а особливо в балістичних ракетах будь-якої дальності. Другою проблемою, з якою зіткнулися розробники водневої бомби, була радіоактивність тритію, яка унеможливлювала його тривале зберігання. У ході дослідження 2 вищезазначені проблеми було вирішено. Рідкі ізотопи водню були замінені твердим хімічним з'єднанням дейтерію з літієм-6. Це дозволило значно зменшити розміри та вагу водневої бомби. Крім того, гідрид літію був використаний замість тритію, що дозволило розміщувати термоядерні заряди на винищувачах бомбардувальників та балістичних ракетах.

Термоядерна зброя. Створення водневої бомби не стало кінцем розвитку термоядерної зброї, з'являлися нові і нові її зразки, було створено воднево-уранову бомбу, а також деякі її різновиди - надпотужні і, навпаки, малокаліберні бомби. Останнім етапом удосконалення термоядерної зброї стало створення так званої чистої водневої бомби.

Дякую за увагу!