إن القنبلة الهيدروجينية (قنبلة هيدروجينية ، HB ، WB) هي سلاح للدمار الشامل ، ولديها قوة تدميرية مدهشة (تقدر قوتها بالميغاطن بمثيل تي إن تي). يستند مبدأ تشغيل القنبلة ومخطط البناء على استخدام طاقة التوليف النووي النووي لنوى الهيدروجين. العمليات التي تحدث أثناء الانفجار ، مشابهة لتلك التي تحدث على النجوم (بما في ذلك الشمس). تم إجراء الاختبار الأول للبنك الدولي المناسب للنقل لمسافات طويلة (مشروع A.D. Sakharov) في الاتحاد السوفياتي في الموقع بالقرب من سيميبالاتينسك.
تفاعل نووي حراري
تحتوى الشمس على احتياطيات هائلة من الهيدروجين ، تحت تأثير ثابت للضغط الشديد ودرجة الحرارة (حوالي 15 مليون كلفن). عند درجة حرارة شديدة الكثافة والبلازما ، تتصادم نوى ذرات الهيدروجين مع بعضها البعض بشكل عشوائي. نتيجة الاصطدامات هي الاندماج النووي ، ونتيجة لذلك ، فإن تكوين نوى عنصر أثقل - الهليوم. وتسمى ردود الفعل من هذا النوع الانصهار الحراري النووي ، وهي تتميز بإطلاق كميات هائلة من الطاقة.
تشرح قوانين الفيزياء إطلاق الطاقة خلال تفاعل نووي حراري على النحو التالي: جزء من كتلة النوى الخفيفة التي تشارك في تكوين العناصر الثقيلة لا تزال غير مستخدمة ويتحول إلى طاقة نظيفة بكميات هائلة. هذا هو السبب في أن جسمنا السماوي يخسر ما يقرب من 4 ملايين طن من المادة في الثانية ، في حين إطلاق تدفق مستمر للطاقة في الفضاء الخارجي.
نظائر الهيدروجين
أبسط جميع الذرات الموجودة هي ذرة الهيدروجين. ويتكون من بروتون واحد فقط ، يشكل النواة ، والإلكترون الوحيد الذي يدور حوله. نتيجة للدراسات العلمية للمياه (H2O) ، وجد أن ما يسمى بالماء "الثقيل" موجود فيه بكميات صغيرة. ويحتوي على نظائر هيدروجين "ثقيلة" (2H أو الديوتريوم) ، التي تحتوي نواتها أيضًا ، بالإضافة إلى بروتون واحد ، على نيوترون واحد (جسيم قريب في الكتلة إلى بروتون ، ولكن خاليًا من الشحنة).
يعرف العلم أيضًا التريتيوم ، النظير الثالث للهيدروجين ، الذي تحتوي نواته على 1 بروتون و 2 نيوترون في وقت واحد. يتميز التريتيوم بعدم الاستقرار والانحلال العفوي المستمر مع إطلاق الطاقة (الإشعاع) ، ونتيجة لذلك يتم تشكيل نظير الهيليوم. تم العثور على آثار التريتيوم في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض: إنه يوجد تحت تأثير الأشعة الكونية ، أن جزيئات الغازات التي تشكل الهواء تخضع لتغيرات مماثلة. الحصول على التريتيوم ممكن أيضا في مفاعل نووي عن طريق إشعاع نظير الليثيوم -6 مع تدفق نيوتروني قوي.
التطوير والاختبارات الأولى للقنبلة الهيدروجينية
وكنتيجة لتحليل نظري شامل ، توصل أخصائيون من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية إلى استنتاج مفاده أن خليط الديوتيريوم والتريتيوم يسهل بدء تفاعل الاندماج الحراري النووي. وبهذه المعرفة ، بدأ علماء من الولايات المتحدة في الخمسينات من القرن الماضي في إنتاج قنبلة هيدروجينية. وفي ربيع عام 1951 ، أُجري اختبار اختبار في موقع إنفيتوك (جزيرة مرجانية في المحيط الهادئ) ، ولكن بعد ذلك تم تحقيق اندماج حراري نووي جزئي فقط.
مر أكثر من عام بقليل ، وفي نوفمبر 1952 تم إجراء الاختبار الثاني لقنبلة هيدروجينية بقوة 10 مليمتر في تي إن تي. ومع ذلك ، فإن هذا الانفجار لا يمكن أن يسمى انفجار قنبلة نووية حرارية بالمعنى الحديث: في الواقع ، كان الجهاز عبارة عن حاوية كبيرة (حجم منزل من ثلاثة طوابق) مليئة الديوتريوم السائل.
في روسيا أيضا ، قاموا بتحسين الأسلحة الذرية ، وأول قنبلة هيدروجينية لمشروع A.D. تم اختبار ساخاروف في موقع اختبار سيميبالاتينسك في 12 أغسطس 1953. RDS-6 (هذا النوع من أسلحة الدمار الشامل كان يطلق عليه "نفخة" ساخاروف ، حيث أن مخططه يعني ضمنا أن النشر المتسلسل لطبقات الدوتريوم المحيطة ببادئ الشحنة) كان له قوة 10 Mt. ومع ذلك ، على عكس "المبنى المكون من ثلاثة طوابق" الأمريكي ، كانت القنبلة السوفييتية صغيرة الحجم ، ويمكن تسليمها على الفور إلى موقع الهجوم على أرض العدو على مفجر استراتيجي.
بعد قبول التحدي ، في مارس 1954 ، قامت الولايات المتحدة بتفجير قنبلة جوية أكثر قوة (15 طن) في موقع الاختبار في جزيرة بيكيني (المحيط الهادي). وكان الاختبار السبب في إطلاق كمية كبيرة من المواد المشعة في الغلاف الجوي ، سقط بعضها مع هطول الأمطار على بعد مئات الكيلومترات من مركز الزلزال. سجلت السفينة اليابانية "Happy Dragon" والأجهزة المثبتة في جزيرة روغيلاب زيادة حادة في الإشعاع.
وبما أنه نتيجة للعمليات التي تحدث أثناء تفجير القنبلة الهيدروجينية ، يتشكل الهيليوم المستقر والآمن ، كان من المتوقع ألا تتجاوز الانبعاثات المشعة مستوى التلوث من التفجير الذري للاندماج النووي الحراري. لكن الحسابات والقياسات الخاصة بالغبار الإشعاعي الحقيقي تباينت بشكل كبير ، من حيث الكمية والتركيب. لذلك ، اتخذت القيادة الأمريكية قرارًا مؤقتًا بتعليق تصميم هذا السلاح حتى إجراء دراسة كاملة عن تأثيره على البيئة والإنسان.
فيديو: اختبارات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية
قنبلة القيصر - اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية قنبلة حرارية نووية
تم تعيين نقطة الدهون في سلسلة من القنابل الهيدروجينية حمولة من قبل اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية عندما ، في 30 أكتوبر 1961 ، تم إجراء 50 ميجا طن (أكبر في التاريخ) "القنبلة القيصرية" اختبار على نوفايا زيمليا - نتيجة العمل على المدى الطويل من مجموعة البحث م ساخاروف. انفجر الانفجار على ارتفاع 4 كيلومترات ، وسجلت موجات الصدمة ثلاث مرات فوق الأجهزة حول العالم. على الرغم من حقيقة أن الاختبار لم يكشف عن أي إخفاقات ، فإن القنبلة لم تدخل الخدمة أبداً. لكن حقيقة امتلاك السوفييت لهذه الأسلحة قد تركت انطباعاً لا يمحى على العالم بأسره ، بينما توقفت في الولايات المتحدة عن الحصول على ترسانة نووية. في روسيا ، في المقابل ، قرروا التخلي عن إدخال الرؤوس الحربية مع رسوم الهيدروجين في مهمة قتالية.
مبدأ القنبلة الهيدروجينية
القنبلة الهيدروجينية هي أكثر الأجهزة التقنية تعقيدا ، حيث يتطلب انفجارها التدفق المتسلسل لعدد من العمليات.
أولاً ، هناك تفجير لشحنة البادئ داخل وعاء القنبلة الذرية الصغيرة (WB) ، مما يؤدي إلى طرد قوي للنيوترونات وخلق درجة حرارة عالية مطلوبة لبدء الاندماج الحراري النووي في الشحنة الرئيسية. يبدأ القصف النيوتروني الضخم لبطانة الليثيوم ديوتريد (ينتج عن طريق الجمع بين الديوتيريوم ونظير الليثيوم -6).
تحت تأثير النيوترونات ، ينقسم الليثيوم 6 إلى التريتيوم والهيليوم. يصبح الصمام الذري في هذه الحالة مصدراً للمواد اللازمة لحدوث اندماج حراري نووي في القنبلة المنفجرة نفسها.
يؤدي مزيج من التريتيوم والديوتيريوم إلى تفاعل حراري نووي ، ونتيجة لذلك هناك زيادة سريعة في درجة الحرارة داخل القنبلة ، ويشارك المزيد والمزيد من الهيدروجين في هذه العملية.
ينطوي مبدأ تشغيل القنبلة الهيدروجينية على تدفق فائق السرعة لهذه العمليات (جهاز الشحن وتخطيط العناصر الرئيسية التي تسهم في ذلك) ، والتي تبدو فورية للمراقب.
Superbomb: التقسيم ، التوليف ، القسمة
ينتهي تسلسل العمليات الموصوفة أعلاه بعد بداية تفاعل الدوتريوم بالتريتيوم. وعلاوة على ذلك ، تقرر استخدام الانشطار النووي ، بدلا من تركيب أثقل. بعد اندماج نوى التريتيوم والديوتريوم ، يتم تحرير الهليوم الحر والنيوترونات السريعة ، والتي لديها طاقة تكفي لبدء بداية انشطار اليورانيوم 238. يمكن للنيوترونات السريعة أن تقسم الذرات من قذيفة اليورانيوم في القنبلة الفائقة. تقسيم طن من اليورانيوم يولد الطاقة من أجل 18 جبل. في هذه الحالة ، تنفق الطاقة ليس فقط على خلق موجة الانفجار وإطلاق كمية هائلة من الحرارة. كل ذرة من اليورانيوم تقع في "شظايا" مشعة. يشكل "باقة" كاملة من العناصر الكيميائية المختلفة (ما يصل إلى 36) وحوالي مائتي نظائر مشعة. ولهذا السبب تم إنشاء العديد من العواقب الإشعاعية ، وسجلت مئات الكيلومترات من مركز الانفجار.
بعد سقوط "الستار الحديدي" ، أصبح من المعروف أن اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية كان يخطط لتطوير "ملك القنبلة" بسعة 100 طن متري. يرجع ذلك إلى حقيقة أنه في ذلك الوقت لم تكن هناك طائرة قادرة على حمل مثل هذه التهمة الهائلة ، تم التخلي عن الفكرة لصالح قنبلة 50 طن متري.
عواقب انفجار قنبلة هيدروجينية
موجة الصدمة
ينطوي انفجار القنبلة الهيدروجينية على دمار وعواقب واسعة النطاق ، ويكون التأثير الأساسي (الصريح والمباشر) ذو طبيعة ثلاثية. أكثر هذه الآثار المباشرة وضوحا هي موجة الصدمة شديدة الارتفاع. وتقل قدرتها المدمرة مع المسافة من مركز الانفجار ، وتعتمد أيضا على قوة القنبلة نفسها والارتفاع الذي تنفجر عنده الشحنة.
تأثير الحرارة
يعتمد تأثير الحرارة الناجمة عن الانفجار على نفس العوامل مثل قوة الموجة الصدمية. ولكن أضيف إليها واحد آخر - درجة شفافية الجماهير الجوية. ويقلل الضباب أو حتى الغيوم الطفيفة بشكل كبير من نصف قطر الآفة ، حيث يمكن أن يتسبب وميض الحرارة في حروق خطيرة وفقدان الرؤية. انفجار قنبلة هيدروجينية (أكثر من 20 مليون طن) يولد كمية لا تصدق من الطاقة الحرارية ، بما يكفي لإذابة الخرسانة على مسافة 5 كيلومترات ، يتبخر الماء تقريبا كل المياه من بحيرة صغيرة على مسافة 10 كم ، وتدمير الأعداء العدوانيين والمعدات والمباني على نفس المسافة . يتم تشكيل قمع قطره 1-2 كم وعمقه 50 متر في المركز ، مغطى بطبقة سميكة من الكتلة الزجاجية (عدة أمتار من الصخور ذات المحتوى العالي من الرمل تذوب على الفور تقريباً ، وتحول إلى زجاج).
وفقًا للحسابات التي تم الحصول عليها أثناء الاختبارات الفعلية ، يحصل الأشخاص على فرصة بنسبة 50٪ للبقاء على قيد الحياة إذا:
- وهي تقع في مأوى خرساني (تحت الأرض) ، على بعد 8 كيلومترات من مركز الانفجار (EV) ؛
- تقع في المباني السكنية على مسافة 15 كيلومترا من EV ؛
- سيكونون في منطقة مفتوحة على مسافة تزيد عن 20 كم من نقطة الضعف في الرؤية الضعيفة (لجو "نظيف" ، والمسافة الدنيا في هذه الحالة هي 25 كم).
مع المسافة من EV ، يزداد احتمال البقاء على قيد الحياة في الأشخاص الذين يجدون أنفسهم في منطقة مفتوحة بشكل كبير. لذلك ، على مسافة 32 كم ، سيكون 90-95 ٪. نصف قطر من 40 إلى 45 كم هو الحد الأقصى للتأثير الأساسي للانفجار.
كرة نارية
من الآثار الواضحة الأخرى لانفجار القنبلة الهيدروجينية هي العواصف الذاتية الاستدامة (الأعاصير) ، التي تتشكل نتيجة للكتل الهائلة من المواد القابلة للاحتراق التي يتم سحبها إلى كرة النار. ولكن بالرغم من ذلك ، فإن أخطر درجة من تأثير الانفجار سيكون التلوث الإشعاعي للبيئة عشرات الكيلومترات حولها.
تداعيات
يتم ملء كرة النار التي ظهرت بعد الانفجار بسرعة بالجسيمات المشعة بكميات كبيرة (منتجات التحلل من النوى الثقيلة). حجم الجسيمات صغير جدًا لدرجة أنه ، في الجو العلوي ، قادرًا على البقاء هناك لفترة طويلة جدًا. كل شيء وصلت إليه كرة النار على سطح الأرض يتحول على الفور إلى رماد وغبار ، ثم يتم سحبه إلى عمود النار. وتحرك دوامات اللهب هذه الجسيمات بجزيئات مشحونة ، وتشكل خليطًا خطيرًا من الغبار المشع ، وعملية ترسيب الحبيبات التي تمتد لفترة طويلة.
يستقر الغبار الخشن بسرعة كبيرة ، لكن الغبار الناعم يحمله الهواء لمسافات طويلة ، ويسقط تدريجيا من السحابة التي تشكلت حديثا. في المنطقة المجاورة مباشرة للـ EV ، ترسبت الجسيمات الأكبر والمشحونة ، ولا تزال جزيئات الرماد المرئية بالعين موجودة على بعد مئات الكيلومترات منها. أنها تشكل غطاء مميت ، عدة سنتيمترات سميكة. فأي شخص يصادفه بالقرب منه يخاطر بجرعة خطيرة من الإشعاع.
يمكن للجزيئات الأصغر والتي لا يمكن تمييزها أن "تطفو" في الغلاف الجوي لسنوات عديدة ، وهي الانحناء حول الأرض عدة مرات. في الوقت الذي يسقطون فيه على السطح ، فإنهم يفقدون النشاط الإشعاعي إلى حد كبير. أسترونتيوم 90 الأكثر خطورة ، والذي يبلغ عمر نصفه 28 سنة ويولد إشعاعًا ثابتًا طوال هذا الوقت. يتم تحديد مظهره بواسطة الآلات في جميع أنحاء العالم. "الهبوط" على العشب وأوراق الشجر ، يصبح متورطا في سلاسل الطعام. لهذا السبب ، وجد الناس الذين على بعد آلاف الكيلومترات من مواقع الاختبار أثناء الفحص سترونتيوم 90 ، المتراكمة في العظام. حتى لو كان محتواها صغيراً للغاية ، فإن احتمالية كونها "موقع لتخزين النفايات المشعة" لا تبشر بالخير بالنسبة لشخص ما ، مما يؤدي إلى تطور الأورام الخبيثة في العظام. في مناطق روسيا (وكذلك الدول الأخرى) القريبة من مواقع إطلاق قنابل الهيدروجين التجريبية ، لا يزال يتم رصد خلفية مشعة متزايدة ، والتي تثبت مرة أخرى قدرة هذا النوع من الأسلحة على ترك عواقب كبيرة.
