O rodzajach broni jądrowej
Wybuch pierwszej sowieckiej bomby atomowej RDS-1, 1949. Fot. Wikimedia Commons
Od połowy lat czterdziestych jądrowa i termojądrowa broń - układy o specjalnej mocy, wykorzystujące reakcje rozpadu lub syntezy jądra atomowego. W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy i inżynierowie zaproponowali wiele odmian takiej broni o różnych zasadach działania, cechach konstrukcyjnych i możliwościach. Niektóre z tych propozycji pomyślnie przeszły etap badań i testów praktycznych, potwierdziły swój potencjał i weszły do służby.
Energia rozpadu
Jako pierwsi zaproponowali, teoretycznie uzasadnili, wyprodukowali i przetestowali broń jądrową lub atomową. To właśnie ta klasa obejmowała amerykańskie produkty Gadget, Little Boy i Fat Man, radziecki RDS-1 itp. Przez pewien czas stanowił podstawę arsenałów nuklearnych - aż do pojawienia się układów termojądrowych, które mają szereg istotnych różnic.
Taka broń wykorzystuje zasadę lawinowej reakcji łańcuchowej rozpadu jądra atomowego z uwolnieniem dużej ilości energii. Bloki uranu-235 lub plutonu-239 o wysokim stopniu wzbogacenia są stosowane jako ładunek jednostopniowy w takich produktach. Prowadzono badania innych izotopów, ale nie doczekały się one praktycznej kontynuacji. Ładunki mogą mieć różne konfiguracje i być stosowane w urządzeniach o różnych obwodach.
Reakcja łańcuchowa jest uruchamiana przez wprowadzenie materiału rozszczepialnego w stan krytyczny – połączenie kilku bloków lub sprężenie pojedynczego ładunku. Następnie rozpoczyna się rozpad jąder na lżejsze pierwiastki wraz z uwolnieniem różnych cząstek, m.in. neutrony, które „rozbijają” kolejne jądra, co prowadzi do kontynuacji reakcji.
Test Ivy Mike'a - pierwsza eksplozja termojądrowa w USA, 1952. Zdjęcie Departamentu Obrony USA
„Konwencjonalna” broń atomowa wyróżnia się ograniczoną skutecznością: tylko kilkadziesiąt procent uranu/pluton wchodzi w reakcję. Dodatkowo istnieje możliwość tzw. pops (fizzle) - reakcje niedostatecznej ilości substancji o niewystarczającej mocy. Jednak nawet w optymalnych warunkach ładunek jądrowy z jednym stopniem ma ograniczony potencjał i pozwala uzyskać moc nie większą niż setki kiloton trotylu.
Wydajność ładunku jądrowego można zwiększyć poprzez tzw. wzmocnienie lub wzmocnienie. Ładunek wzmacniający wyróżnia się obecnością niewielkiej ilości mieszaniny deuteru i litu. Pod wpływem głównego ładunku w takiej mieszaninie rozpoczyna się reakcja syntezy termojądrowej. W tym przypadku uwalniana jest dodatkowa liczba neutronów, które działają na materiał rozszczepialny. Boosting pozwala zmaksymalizować wydajność energetyczną przy minimalnym komplikowaniu konstrukcji urządzenia.
Reakcja syntezy
W 1952 i 1953 r USA i ZSRR przeprowadziły pierwsze testy swoich ładunków termojądrowych. Taka broń wykorzystywała nowy schemat, który umożliwił zwiększenie ich mocy do dziesiątek megaton. Z oczywistych względów głowice termojądrowe szybko przeszły etap testów i weszły do służby. W przyszłości broń termojądrowa wyszła na pierwszy plan i prawie całkowicie zastąpiła produkty poprzedniej generacji.
Model bomby AN602. Zdjęcie z Wikimedia Commons
Amunicja termojądrowa znacznie różni się od broni jądrowej. Jest dwustopniowy i działa na zasadzie dwufazowej. Pierwszy stopień to „normalny” ładunek atomowy, a drugi to deuter i deuterek litu-6, stosowane jako tzw. paliwo termojądrowe. Również w projekcie produktu znajdują się dodatkowe urządzenia i komponenty do różnych celów.
Pod wpływem reakcji jądrowej pierwszego etapu, w drugim rozpocznie się synteza termojądrowa. Hel powstaje z uwolnieniem neutronów i dużej ilości energii. W zależności od ilości tzw. paliwo termojądrowe i inne parametry, moc dwóch reakcji może osiągnąć 20-25 Mt.
Zastosowanie bardziej skomplikowanych konstrukcji pozwala jeszcze bardziej zwiększyć siłę eksplozji. Tak więc w 1961 roku przetestowano radziecką swobodnie spadającą bombę termojądrową AN602 o szacowanej wydajności 50 Mt i rzeczywistej mocy 58 Mt. Jednocześnie oryginalny projekt umożliwił uzyskanie wydajności energetycznej przekraczającej 100 Mt.
W produkcie AN602 zaimplementowano trójstopniowy schemat urządzeń. Pierwsze dwa stopnie to dwufazowe urządzenia termojądrowe o mocy 750 kt każdy. Miały rozpocząć reakcję w trzecim etapie, w tym paliwo termojądrowe i ładunek uranu. Równoczesne reakcje rozkładu i syntezy umożliwiły maksymalne wykorzystanie dostępnych materiałów i uzyskanie maksymalnej mocy. Jednocześnie ze względów bezpieczeństwa eksperymentalna bomba nie otrzymała pierwiastków uranu.
Głowice W78 do amerykańskich rakiet. Zdjęcie Departamentu Obrony USA
Jednak AN602 pozostał produktem eksperymentalnym. Weszliśmy do serii i weszliśmy do służby z głowicami o mniejszej mocy. Kosztem rozsądnego ograniczenia mocy udało się uzyskać niezbędną wydajność przy akceptowalnych gabarytach i masie.
Zwiększona wydajność neutronów
Odmianą broni termojądrowej jest neutron. Ta koncepcja przewiduje stworzenie specjalnego ładunku, który wytwarza potężny strumień szybkich neutronów. Cząsteczki te charakteryzują się dużą siłą penetrującą, co zapewnia skuteczne niszczenie siły roboczej i innych celów, m.in. za różnymi barierami. Ponadto ładunek neutronowy powoduje indukowaną radioaktywność w otaczających obiektach.
Ładunek neutronowy jest wariantem urządzenia dwufazowego ze specjalnym ładunkiem drugiego stopnia, który daje zwiększoną wydajność neutronową. Ponadto ładunek wymaga powłoki, która nie zatrzymuje takich cząstek. Odpowiednio zaprojektowane urządzenie uwalnia do 75-80 proc. energię w postaci neutronów. W tym przypadku szybkie cząsteczki w pełni rekompensują straty w innych czynnikach niszczących.
Broń neutronowa ma jednak pewne ograniczenia. Tak więc podczas podmuchu powietrza strumień neutronów jest rozpraszany i pochłaniany przez atmosferę. Zmniejsza to zasięg zniszczenia siły roboczej do 1-1,5 km, niezależnie od obecności ochrony. W rezultacie ładunek neutronowy nie ma znaczącej przewagi nad bronią innych klas.
Głowica ICBM z nowoczesnymi blokami W87. Zdjęcie Departamentu Energii USA
Jednocześnie głowice neutronowe znalazły zastosowanie w projektach obrony przeciwrakietowej i przeciwkosmicznej. Na dużych wysokościach, w rozrzedzonej atmosferze lub poza nią neutrony nie napotykają zakłóceń i mogą latać na duże odległości - uderzając w ludzi i sprzęt lub powodując wybuchy jądrowe.
Zagrożenie teoretyczne
Jeszcze na początku lat pięćdziesiątych amerykańscy fizycy zaproponowali pomysł bomby kobaltowej. Ta koncepcja przewidywała stworzenie specjalnej modyfikacji ładunku termojądrowego zdolnego do tworzenia stabilnego skażenia radiacyjnego obszaru. Zaledwie kilka z tych produktów o dużej mocy, niezależnie od ich lokalizacji, może w krótkim czasie zniszczyć całe życie na planecie. W rezultacie bomba kobaltowa została również nazwana Urządzeniem Doomsday.
Taka „Maszyna” w swojej konstrukcji powtarza dwustopniowy ładunek termojądrowy, ale w drugim etapie dodaje się kobalt-59. Po wybuchu izotop ten otrzymuje neutron i zamienia się w radioaktywny kobalt-60 o okresie półtrwania 5,2 roku; powstaje również szereg innych niebezpiecznych pierwiastków.
Szczególne niebezpieczeństwo związane z bombą kobaltową uczyniłoby ją skutecznym środkiem odstraszającym. Próba zaatakowania jej pana może zakończyć się katastrofą radiacyjną na pełną skalę. Pomysły te nie spotkały się jednak z poparciem, a urządzenie Doomsday pozostało wyłącznie teoretycznym rozwinięciem. Ponadto taka broń mocno wkroczyła w kulturę popularną.
Wystrzelenie rakiety R-36M. Na pokładzie rakiety może znajdować się od 10 głowic o masie 10 Mt do jednej o masie 20 Mt. Zdjęcie Ministerstwa Obrony Federacji Rosyjskiej
W latach dziewięćdziesiątych także w USA tzw. bomba hafnowa. Argumentowano, że izomer hafnu-178m2 pod wpływem czynników zewnętrznych może zacząć rozpadać się wraz z uwolnieniem promieniowania gamma. Według obliczeń taka reakcja pozwoliła uzyskać energię 100 tysięcy razy większą niż równoważna ilość materiału wybuchowego, choć 100 razy mniejsza niż rozpad jądrowy.
W 1998 roku grupa naukowców poinformowała, że udało im się wywołać rozpad hafnu-178m2, ale wydajność energetyczna była minimalna. Założono, że dalsze badania pomogą znaleźć optymalne reżimy i zapoczątkować rozpad. Jednak nikt nie był w stanie powtórzyć nawet początkowego doświadczenia, nie mówiąc już o jakimkolwiek postępie. Najwyraźniej nastąpiła jakaś pomyłka lub celowe oszustwo.
postęp nuklearny
Od momentu powstania broń jądrowa przeszła długą drogę. Zaproponowano i wdrożono różne schematy o określonych cechach i zaletach. Na ich podstawie opracowano prawdziwą amunicję do celów taktycznych i strategicznych oraz środki jej przenoszenia. Stworzono i wdrożono różnorodne taktyki i strategie użytkowania i stosowania.
Należy zauważyć, że nie wszystkie pomysły i rozwiązania znalazły praktyczne zastosowanie. Niektóre propozycje zostały odrzucone po analizie teoretycznej lub w wyniku dalszych dopracowań. W rezultacie tylko najbardziej udane i wydajne projekty trafiały do produkcji i eksploatacji. A w ciągu ostatnich kilku dekad zapewniały bezpieczeństwo państwom-twórcom.
informacja