Ładunek termojądrowy, zwany też wodorowym (
ang.
H-bomb) -
ładunek wybuchowy
w którym głównym źródłem
energii
wybuchu jest
reakcja termojądrowa
zachodząca podczas jego
wybuchu
.
Historia
1 listopada
1952
amerykańscy
fizycy
pod kierunkiem
Edwarda Tellera
i Polaka
Stanisława Ulama
, doprowadzili na
atolu Eniwetok
do pierwszego wybuchu bomby termojądrowej "Mike".
Bomba
wykorzystywała
deuter
i
tryt
jako paliwo termojądrowe. Siłę wybuchu oszacowano na 10,4
megaton
(MT) czyli około 700
bomb jądrowych
zrzuconych na
Hiroszimę
. Przy projektowaniu bomby termojądrowej brał udział
komputer
MANIAC I
.
8 miesięcy później,
20 sierpnia
1953
na terytorium radzieckim miała miejsce eksplozja bomby wodorowej (bomba H), którą wykryły zachodnie
sejsmografy
.
Największą dotychczas wywołaną eksplozją była detonacja ładunku termojądrowego zawartego w radzieckiej "
Car Bombie
". Bomba została zdetonowana
30 października
1961
na wysokości 4 km na
Nowej Ziemi
. Siłę jej wybuchu oszacowano na 58 megaton (prawie 4000 bomb zrzuconych na
Hiroszimę
) i dano miano "Zabójcy Miast". Wybuch wzniecił w górę takie ilości pyłów, że zasłoniły niebo na
Nowej Ziemi
na długi czas. Przyczyną takiej siły wybuchu były duże ilości materiałów nagromadzonych w bombie. Konstrukcja bomby umożliwiała wybuch z mocą 150 MT, jednakże siłę eksplozji ograniczono z obawy przed trudnymi do przewidzenia skutkami wybuchu.
Ładunkiem termojądrowym o najmniejszej sile wybuchu była brytyjska bomba "Short Granite" zdetonowana
15 maja
1957
na wyspie
Malden
(opodal
atolu
Kiritimati
) na wysokości 2400 m. Bomba została zrzucona z samolotu. Siłę jej wybuchu oszacowano na 300 kiloton[].
Zasada działania
Schemat budowy ładunku termojądrowego
A - Stopień rozszczepienia (ładunek pierwotny)
B - Stopień fuzji (ładunek właściwy (wtórny))
1 - chemiczny materiał wybuchowy
2 - osłona z uranu238
3 - próżnia
4 - pluton lub uran zawierający tryt w stanie gazowym
5 - styropian
6 - osłona uranu238
7 - deuterek litu-6 (paliwo fuzji)
8 - pluton
9 - reflektor
Reakcja termojądrowa to
synteza
jąder
lekkich
pierwiastków
, w wyniku której powstają
jądra
cięższe o większej energii wiązania w przeliczeniu na jeden
nukleon
. Warunkami umożliwiającymi reakcję syntezy jest silne rozpędzenie
jąder atomowych
(wysoka temperatura) oraz duża koncentracja odpowiednich jąder. Warunki takie uzyskuje się przez wybuch
bomby jądrowej
, w centrum której umieszczono materiał do syntezy termojądrowej.
Ze względu na to, że
wybuch
bardzo szybko rozrzuca reagujące
materiały
należy zastosować w bombie materiały umożliwiające przeprowadzenie reakcji termojądrowej w jak najniższej
temperaturze
. Pierwsze bomby zawierały deuter i tryt, ale tryt nie jest zbyt trwały (ma względnie krótki
okres półtrwania
– 12,26 lat) i tak skonstruowanej bomby nie można zbyt długo przechowywać. Rozwiązaniem jest generowanie trytu w trakcie wybuchu bomby.
Tryt
otrzymywany jest z
litu
poprzez bombardowanie jego jąder
neutronami
pochodzącymi głównie z
rozszczepienia jąder
ładunku inicjującego, którym jest zazwyczaj
uranowa
lub
plutonowa
bomba jądrowa o stosunkowo niewielkiej
mocy
. Zastosowanie związków deuteru i trytu z litem znacznie upraszcza konstrukcję bomby, umożliwiając przechowywanie tych substancji w
stanie stałym
, bez instalacji chłodzących.
Schemat głównych reakcji zachodzących w ładunku termojądrowym:
6
Li
+ n → 4He + T + 4,8
MeV
T
+
D
→ 4
He
+
n
+ 17,6 MeV
D + D → T +
p
+ 4 MeV
D + D → ³He + n + 3,3 MeV
Zasadnicze znaczenie mają dwie pierwsze reakcje, tworzą one samopodtrzymujący się cykl. Pierwsza dostarcza tryt dla drugiej, a druga neutrony dla pierwszej. Dwie pozostałe reakcje zachodzą z mniejszą częstością.
Typy ładunków termojądrowych
Bomba o konstrukcji wyżej opisanej jest nazywana bombą o ładunku dwufazowym. Faza I – reakcja rozszczepienie uranu lub plutonu, faza II – synteza helu.
W pierwszej i w drugiej fazie wybuchu ładunku wydziela się znaczna ilość szybkich neutronów. Większość z nich ucieka poza obszar wybuchu. Neutrony te można wykorzystać do inicjowania rozszczepienia jąder ulegających rozszczepieniu w wyniku bombardowania szybkimi neutronami.
W wersji trójfazowej ładunek o konstrukcji opisanej wyżej otacza się dodatkową powłoką z
izotopu
238
uranu
lub 232
toru
, która spełnia w pierwszym etapie rolę ekranu odbijającego neutrony, a następnie sama ulega rozszczepieniu. Izotopy te nie ulegają łańcuchowej reakcji rozszczepienia, ale w końcu bombardujące je szybkie neutrony powstałe w pierwszych dwóch etapach powodują ich rozszczepienie, co znacznie zwiększa sumaryczną moc wybuchu.
Specjalnym rodzajem ładunku termojądrowego jest
bomba neutronowa
. Siła jej wybuchu jest relatywnie niewielka, małe jest również skażenie promieniotwórcze terenu. Czynnikiem niszczącym jest natomiast
promieniowanie neutronowe
, zabójcze dla żywych organizmów.
Skutki eksplozji termojądrowej
W wyniku eksplozji wielostopniowej bomby wodorowej o mocy 20
MT
, kula ognia (fireball) ogarnie obszar w odległości ok. 3 km w każdym kierunku od punktu detonacji (
ground zero
). W odległości do 6,4 kilometra, podmuch powietrza spowoduje skokowy wzrost ciśnienia do 0,44
MPa
zaś prędkość wiatru przekroczy 1040 km/h. Spowoduje to zdruzgotanie nawet ukrytych pod ziemią schronów przeciwbombowych. Na dystansie 26,6 km od miejsca detonacji, rozszerzająca się fala cieplna zdolna będzie do zapalenia wszystkich palnych materiałów na swej drodze - domów, ubrań, roślin, paliw, itp., wzniecając setki tysięcy pożarów, zaś siła wiatru na tym obszarze przekroczy prędkość 160 km/h, co zamieni pożary w ogromną "burzę ogniową" i rozniesie ją na odległość 48 km, co stanowi łączny obszar 1280 km². Szacunki ofiar w ludziach dla ok. 3 milionowej strefy metropolitalnej wielkości
San Diego
wynoszą ok. 1 miliona zabitych osób w ciągu kilku minut i 500 000 rannych od uderzeń niesionych wiatrem płonących szczątków, ciężko poparzonych, z utratą słuchu, wzroku, czy też spowodowanym olbrzymim ciśnieniem powietrza pęknięciem płuc[1].
Zobacz też
Przypisy
- ↑ Bradley Graham: HIT TO KILL The new Battle Over Shielding America From Missile Attack. Public Affairs,
Nowy Jork
,
2001
. .