post

Термоядрена бомба (водородна бомба) – термоядрен синтез

Термоядрена бомба (водородна бомба) е оръжие за масово поразяване, което за първи път е разработене в средата XX-ти век. Неговият механизъм на действие включва конвенционален взрив, ядрено делене и най-вече термоядрен синтез. Отделената енергия от един голям термоядрен взрив е способна да унищожи огромни населени територии в това число и малки държави.

Ядрен синтез

Известно е, че при ядреното делене на тежките ядра се отделят големи количества енергия. Затова процесите на делене се използват като основа за изработката на атомно оръжие и атомни централи. Друг начин, по който може да се спечели енергия е чрез ядрен синтез.

Ядреният синтез е процес, при който се сливат две леки ядра. Масата на получената частица е по-малка от тази на изходните частици. Това ще рече, че се наблюдава дефект на масите, т.е. загубената маса се отделя под формата на енергия. Отделените енергийни количества са между 10 и 50 пъти по-малки от тези при ядреното делене. Въпреки това в реакциите на ядрен синтез участва много по-малко материя отколкото в тези на ядрен разпад, което ги прави енергетично по-изгодни.

Ядрен синтез може да се осъществи по два основни начина – с ускорени ядра и при термоядрени реакции.

Сливане на ускорени ядра

Ядрен синтез посредством сливане на ускорени атомни ядра изисква първоначално да се вложи енергия. Тази необходимост произлиза от факта, че трябва да се преодолее електромагнитното отблъскване между тях, за да се доближат на разстояния, при които ще попаднат под действието на ядрените сили на привличане. За целта се използват специално конструирани ускорители. Вложената енергия обаче се компенсира многократно от отделената при синтеза.

Проблемът при този метод е малката вероятност ускореното ядро да срещне другото, с което трябва да се слее. Необходимо е стотици хиляди ядра да се ускорят, за да се наблюдава само една реакция на ядрен синтез. Това прави подхода енергетически неизгоден.

Термоядрен синтез

Увеличаването на кинетичната енергия на ядрата може да стане и посредством повишаване на температурата. При температури от няколкостотин милиона градуса, топлинната енергия на движение на ядрата става достатъчна, за да се осъществи сливане. В такива условия атомите се намират в състояние на плазма – напълно йонизирани. Звездите във Вселената, както и нашето Слънце са заредени точно с такъв вид гориво.

Главният източник на ядра за термоядрен синтез са атомите на елемента водород. В природата той има три познати изотопа – протий (1Н), деутерий (2Н) и тритий (3Н). В различните реакции на сливане, поотделно могат да бъдат открити и трите.

сливане на протий: 11Н + 11Н → 21Н + е+ + ν

сливане на деутерий: 21Н + 21Н → 32Не + n0

сливане на деутерий: 21Н + 21Н → 31Н + 1Н

сливане на протий и деутерий: 11Н + 21Н → 32Не + γ

сливане на деутерий и тритий: 21Н + 31Н → 42Не + n0  енергиен ефект= 17,59 MeV

възможно е сливане и на протий с хелиеви ядра: 11Н + 32Не → 42Не + е+ + ν

термоядрен синтез – сливане на деутерий и тритий

Управляем термоядрен синтез все още не съществува, въпреки че повече от половин век се правят проучвания в тази насока. Използването на термоядрени електрически централи би решило основния енергиен проблем на Земята. От екологична гледна точка те също са за предпочитане пред атомната енергетика, защото не оставят радиоактивни отпадъци.

Съществените проблеми, които препятстват създаването на реактори за термоядрен синтез са няколко. Първият основен е, че не е възможно засега да се поддържа в контролирани условия толкова висока температура продължително време. Вторият голям проблем е конструирането на самия реактор. В него плазмата не трябва да се опира до стените, защото материалът, от който те са направени няма да издържи, а и йонизираният газ ще се охлади.

Неконтролиран термоядрен синтез – термоядрена бомба

Неуправляем термоядрен синтез вече се прилага в практиката. Той се използва като механизъм на действие на всяка термоядрена бомба (водородна бомба). Първият термоядрен взрив е осъществен от САЩ през 1952-ра, а първата термоядрена бомба е тествана от СССР през 1953 година.

Една термоядрена бомба може да се състои от две или три степени на действие (нива на организация).

Делене – синтез

термоядрена бомба

Термоядрена бомба модел Телър – Улам. Тази конструкция се води двустепенна, защото се сътои от две устройства, но дефакто има три степени на действие (делене-синтез-дилене).

Двустепенната водородна бомба се състои от класическа атомна бомба и термоядрен заряд. Атомната бомба включва уран-235 или плутоний и нейната основна функция е да действа като спусък. Тя създава необходимото налягане и температура за започването на термоядрения синтез. Обикновено термоядреното гориво е деутерий и тритий. За негов източник често се използва литиев деутерид 6Li2H.

Делене – синтез – делене

Тристепенната термоядрена бомба, освен атомен спусък и термоядрен заряд, включва и кожух от природен уран или чист уран-238. При него верижна реакция не се наблюдава, но при термоядрения синтез се отделят високоскоростни неутрони и достатъчно енергия, за да се инициира делене на урановите ядра в кожуха. В голяма степен на него се дължи радиацията и радиоактивното замърсяване след взрива. Мощта на взрива е резултат от деленето и синтеза, като приносът на двата вида процеси е приблизително еднакъв – 50/50.

Чиста термоядрена бомба се нарича онази, при която отделената при ядрения разпад енергия е многократно по-малко от тази получена след сливането на ядрата. При този вид оръжия за масово поразяване се отделя много по-малко радиоактивен прах. Той се получава предимно като резултат на взаимодействието между освободените от взрива неутрони с елементите от околната среда. Двустепенната бомба е по-чиста от тристепенната.

Подобно чисто оръжие е разработената неутронна бомба (високорадиоактивна термоядрена бомба). Тя не оставя продължително разпадащи се радиоактивни елементи. При нея пораженията не са толкова резултат от непосредствения взрив, колкото от масираната неутронна атака. Този факт свежда физическите щети на сградите и съоръженията в атакуваната цел до минимум, като нанася максимум поражения върху живата сила на противника. Тя превръща атомите на някои химични елементи в почвата и водата в радиоактивни.

Най-голямата водородна бомба на САЩ

термоядрена бомба

РДС-6с (първата водородна бомба), Bravo Castle (американската най-голяма бомба), Цар бомба

През 1954 година американските учени изработват свой вариант на термоядрена бомба на базата на литиев деутерид в алуминиев цилиндър. На атола Бикини въоръжените сили на САЩ провеждат ядрен опит под кодовото название Касъл Браво, от който се очаква да бъде най-големият в света с цел сплашване на СССР.

Планирната експлозия е с мощност 5 мегатона тротилов еквивалент – близо 250 пъти повече от тази над Хирошима и 12,5 пъти повече от съветската. Но заради грешни изчисления взривът достига още по-голяма мощ от 15 мегатона и превръща Бикини в заразен радиоактивен тропически рай. Американските учени знаят предварително, че 70% от термояденото гориво съдържа изотопа литий-7, но не смятат, че той ще допринесе за по-силна експлозия. Впреки това огромният взрив е налице и посланието към Съветска Русия е изпратено повече от успешно.

Най-голямата водородна бомба на СССР

През същата 54-ва година екипът на руския физик Игор Курчатов започва работа върху свой вариант на мега термоядрена бомба. В групата съветски учени работи и един от създателите на първата водородна бомба Андрей Сахаров. Бомбата е с планирана мощност от 100 мегатона тротилов еквивалент. Подобен ядрен взрив теоретично би следвало да надскочи атмосферата. Сахаров решава да сведе заряда наполовина, като отстранява урановия кожух.

На 13 август 1961 година взаимоотношенията между САЩ и СССР се обтягат и започва строежа на Берлинската стена. Този път е ред на руснаците да изпратят послание. На 17 октомври същата година, в атмосферата на 4 километра над Нова Земя е взривена Цар бомба. Стълбът на термоядрения взрив достига 68 километра във височина. Това остава и до днес най-голямата детонирана бомба в човешката история, като тя е наполовина от планираната си начална мощ.

Д-р Харолд Агню, ръководителят на американската лаборатория в Лос Аламос, споделя: „Бяхме изумени от това, което руснаците бяха конструирали и още повече, след като разбрахме, че са можели да я направят и по-голяма!„. След разсейването на радиоактивния облак, щетите от Цар бомба се оказват значителни. Това превръща Андрей Сахаров в отявлен противник на ядреното оръжие, за което получава нобелова награда за мир през 1975 година.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *