De waterstofbom (waterstofbom, HB, WB) is een massavernietigingswapen dat een ongelooflijke destructieve kracht heeft (het vermogen wordt geschat op megaton in TNT-equivalent). Het principe van de werking van de bom en het structuurschema is gebaseerd op het gebruik van de energie van thermonucleaire synthese van waterstofkernen. De processen die plaatsvinden tijdens de explosie, vergelijkbaar met die van de sterren (inclusief de zon). De eerste test van WB geschikt voor transport over lange afstanden (het project van A.D. Sacharov) werd uitgevoerd in de Sovjet-Unie op de locatie bij Semipalatinsk.
Thermonucleaire reactie
De zon bevat enorme hoeveelheden waterstof, die onder het constante effect zijn van ultrahoge druk en temperatuur (ongeveer 15 miljoen Kelvin). Bij een dergelijke extreme dichtheid en plasmatemperatuur botsen de kernen van waterstofatomen willekeurig met elkaar. Het resultaat van botsingen is een kernfusie, en als een resultaat, de vorming van kernen van een zwaarder element - helium. Reacties van dit type worden thermonucleaire fusie genoemd, ze worden gekenmerkt door het vrijkomen van enorme hoeveelheden energie.
De wetten van de fysica verklaren de energievrijgave tijdens een thermonucleaire reactie als volgt: een deel van de massa van lichte kernen die betrokken zijn bij de vorming van zwaardere elementen blijft ongebruikt en verandert in enorme hoeveelheden in schone energie. Dat is de reden waarom ons hemellichaam ongeveer 4 miljoen ton materie per seconde verliest, terwijl er een continue stroom van energie de ruimte in vrijkomt.
Waterstof isotopen
De eenvoudigste van alle bestaande atomen is een waterstofatoom. Het bestaat uit slechts één proton, vormt de kern en het enige elektron dat eromheen draait. Als resultaat van wetenschappelijke studies van water (H2O), bleek dat er zogenaamd "zwaar" water in kleine hoeveelheden aanwezig is. Het bevat "zware" isotopen van waterstof (2H of deuterium), waarvan de kernen, naast een proton, ook een neutron bevatten (een deeltje dat zich in de massa tot een proton bevindt, maar zonder lading).
De wetenschap kent ook tritium, de derde isotoop van waterstof, waarvan de kern tegelijkertijd 1 proton en 2 neutronen bevat. Tritium wordt gekenmerkt door instabiliteit en constant spontaan verval met afgifte van energie (straling), waardoor een heliumisotoop wordt gevormd. Sporen van tritium worden gevonden in de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde: het is daar, onder de invloed van kosmische stralen, dat de moleculen van gassen die de lucht vormen soortgelijke veranderingen ondergaan. Het verkrijgen van tritium is ook mogelijk in een kernreactor door het lithium-6-isotoop te bestralen met een krachtige neutronenflux.
Ontwikkeling en eerste testen van de waterstofbom
Als resultaat van een grondige theoretische analyse kwamen specialisten uit de USSR en de VS tot de conclusie dat het mengsel van deuterium en tritium het gemakkelijker maakt om de reactie van thermonucleaire fusie te starten. Gewapend met deze kennis begonnen wetenschappers uit de Verenigde Staten in de jaren 50 van de vorige eeuw een waterstofbom te maken. En in het voorjaar van 1951 werd een testproef uitgevoerd op de Enyvetok-site (een atol in de Stille Oceaan), maar toen werd slechts gedeeltelijke thermonucleaire fusie bereikt.
Er ging iets meer dan een jaar voorbij en in november 1952 werd de tweede test van een waterstofbom met een kracht van ongeveer 10 Mt in TNT uitgevoerd. Die explosie kan echter nauwelijks een explosie van een thermonucleaire bom in moderne zin worden genoemd: in feite was het apparaat een grote container (de grootte van een huis met drie verdiepingen) gevuld met vloeibaar deuterium.
Ook in Rusland ondernamen ze de verbetering van atoomwapens en de eerste waterstofbom van het project van A.D. Sacharov werd getest op de testsite van Semipalatinsk op 12 augustus 1953. RDS-6 (dit type massavernietigingswapen werd Sakharovs 'bladerdeeg' genoemd, omdat het schema impliceerde dat de deuteriumlagen rondom de ladinginitiator sequentieel werden ingezet) had een kracht van 10 Mt. In tegenstelling tot het Amerikaanse 'drie verdiepingen tellende gebouw' was de Sovjet-bom echter compact en kon deze snel worden afgeleverd op de locatie van een aanval op het grondgebied van de vijand op een strategische bommenwerper.
Na de uitdaging aangenomen te hebben, maakten de Verenigde Staten in maart 1954 een explosie van een krachtigere luchtbom (15 Mt) op de testlocatie op het Bikini-atol (Stille Oceaan). De test was de oorzaak van het vrijkomen in de atmosfeer van een grote hoeveelheid radioactieve stoffen, waarvan sommige vielen met neerslag op honderden kilometers van het epicentrum van de explosie. Het Japanse vaartuig "Happy Dragon" en de op het eiland Rogelap geïnstalleerde apparaten registreerden een sterke toename van de straling.
Omdat als gevolg van de processen die tijdens de detonatie van de waterstofbom ontstonden, stabiel en veilig helium werd gevormd, werd verwacht dat de radioactieve emissies het niveau van verontreiniging door de atoomdetonator van thermonucleaire fusie niet zouden overschrijden. Maar de berekeningen en metingen van de werkelijke radioactieve neerslag varieerden sterk, zowel qua hoeveelheid als qua samenstelling. Daarom nam het Amerikaanse leiderschap een besluit om het ontwerp van dit wapen tijdelijk op te schorten tot een volledige studie van de impact ervan op het milieu en de mens.
Video: tests in de USSR
Tsaarbom - USSR-thermonucleaire bom
Het vetpunt in de keten van waterstofbommen werd vastgesteld door de USSR toen op 30 oktober 1961 een 50-megaton (de grootste in de geschiedenis) "Tsaarbom" -test werd uitgevoerd op Novaya Zemlya - het resultaat van het lange-termijnwerk van de onderzoeksgroep AD Sacharov. De explosie donderde op een hoogte van 4 kilometer en schokgolven werden driemaal geregistreerd op apparaten over de hele wereld. Ondanks het feit dat de test geen fouten onthulde, is de bom nooit in dienst getreden. Maar het feit van het bezit van dergelijke wapens door de Sovjets heeft een onuitwisbare indruk op de hele wereld gemaakt, terwijl ze in de Verenigde Staten zijn gestopt met het verkrijgen van een tonnage van een nucleair arsenaal. In Rusland besloten ze op hun beurt de introductie van kernkoppen met waterstofheffingen op gevechtsdoelen in te trekken.
Het principe van de waterstofbom
De waterstofbom is het meest complexe technische apparaat, waarvan de explosie de opeenvolgende stroom van een aantal processen vereist.
Ten eerste is er een detonatie van de initiatorlading in de schaal van de WB (miniatuuratomische bom), wat resulteert in een krachtige uitwerping van neutronen en het creëren van een hoge temperatuur die vereist is voor de start van thermonucleaire fusie in de hoofdlading. Een massaal neutronenbombardement van een lithium deuteridevoering begint (geproduceerd door deuterium te combineren met lithium-6 isotoop).
Onder de werking van neutronen splitst lithium-6 zich op in tritium en helium. De atoomzekering wordt in dit geval een bron van materialen die nodig is voor het optreden van thermonucleaire fusie in de ontplofte bom zelf.
Een mengsel van tritium en deuterium triggert een thermonucleaire reactie, waardoor de temperatuur in de bom snel toeneemt en er steeds meer waterstof in het proces wordt betrokken.
Het principe van de werking van de waterstofbom impliceert een ultrasnelle stroom van deze processen (de ladingsinrichting en de lay-out van de hoofdelementen dragen hiertoe bij), die ogenblikkelijk op de waarnemer lijken.
Superbomb: divisie, synthese, divisie
De sequentie van de hierboven beschreven processen eindigt na het begin van deuteriumreactie met tritium. Verder werd besloten om kernsplijting te gebruiken, in plaats van de synthese van zwaardere. Na de fusie van de kernen van tritium en deuterium komen vrije helium en snelle neutronen vrij, die genoeg energie hebben om het begin van de splijting van uranium-238 op gang te brengen. Snelle neutronen kunnen atomen van de uraniumschil van een superbrom scheiden. Het splijten van een ton uranium genereert energie in de orde van grootte van 18 Mt. In dit geval wordt energie niet alleen besteed aan het creëren van een explosiegolf en het vrijkomen van een enorme hoeveelheid warmte. Elk atoom van uranium valt in twee radioactieve "fragmenten". Vormt een heel "boeket" van verschillende chemische elementen (tot 36) en ongeveer tweehonderd radioactieve isotopen. Het is om deze reden dat tal van radioactieve fall-out wordt gegenereerd, opgenomen honderden kilometers van het epicentrum van de explosie.
Na de val van het "ijzeren gordijn" werd bekend dat de USSR van plan was een "Koning van de bom" te ontwikkelen met een capaciteit van 100 Mt. Vanwege het feit dat er in die tijd geen vliegtuig was dat zo'n enorme lading kon vervoeren, werd het idee opgegeven ten gunste van de 50 Mt bom.
De gevolgen van een waterstofbomexplosie
Schokgolf
De waterstofbomexplosie brengt grootschalige vernietiging en gevolgen met zich mee, en de primaire (expliciete, directe) impact heeft een drievoudig karakter. Het meest voor de hand liggende van alle directe effecten is een schokgolf met ultrahoge intensiteit. Het destructieve vermogen neemt af met de afstand tot het epicentrum van de explosie en hangt ook af van de kracht van de bom zelf en de hoogte waarop de lading ontploft.
Warmte effect
Het effect van warmte van een explosie hangt af van dezelfde factoren als de kracht van de schokgolf. Maar er is nog een toegevoegd: de mate van transparantie van de luchtmassa's. Nevel of zelfs een lichte bewolking vermindert drastisch de straal van de laesie, waarbij een hitteflits ernstige brandwonden en verlies van gezichtsvermogen kan veroorzaken. De waterstofbomexplosie (meer dan 20 Mt) genereert een ongelooflijke hoeveelheid thermische energie, genoeg om beton te smelten op een afstand van 5 km, water bijna al het water uit een klein meer op een afstand van 10 km te verdampen, vijandelijke mankracht, apparatuur en gebouwen op dezelfde afstand vernietigen . In het midden wordt een trechter met een diameter van 1-2 km en een diepte van 50 m gevormd, bedekt met een dikke laag glazige massa (enkele meters rotsen met een hoog zandgehalte smelten bijna onmiddellijk en veranderen in glas).
Volgens de berekeningen verkregen tijdens de eigenlijke tests krijgen mensen een kans van 50% om in leven te blijven als ze:
- Ze bevinden zich in een betonnen schuilplaats (ondergronds), 8 km van het epicentrum van de explosie (EV);
- Gelegen in residentiële gebouwen op een afstand van 15 km van de EV;
- Ze bevinden zich in een open gebied op een afstand van meer dan 20 km van de EV bij slecht zicht (voor een "schone" atmosfeer is de minimumafstand in dit geval 25 km).
Met de afstand van de EV neemt de kans om in leven te blijven bij mensen die zich in een open gebied bevinden dramatisch toe. Dus, op een afstand van 32 km, zal het 90-95% zijn. Een straal van 40-45 km is de limiet voor de primaire impact van een explosie.
vuurbol
Een ander voor de hand liggend effect van de waterstofbomexplosie zijn zelfvoorzienende vuurstormen (orkanen), die worden gevormd als gevolg van de enorme massa's brandbaar materiaal die in de vuurbal worden getrokken. Maar ondanks dit, zal de meest gevaarlijke door de mate van impact van de explosie stralingvervuiling van het milieu tientallen kilometers rond zijn.
fallout
De vuurbal die verscheen na de explosie wordt snel gevuld met radioactieve deeltjes in grote hoeveelheden (afbraakproducten van zware kernen). De deeltjesgrootte is zo klein dat ze daar in de bovenste atmosfeer heel lang kunnen blijven. Alles dat de vuurbal op het oppervlak van de aarde heeft bereikt, verandert onmiddellijk in as en stof en wordt dan in de vuurkolom getrokken. Vortexen van vlam roeren deze deeltjes met geladen deeltjes, vormen een gevaarlijk mengsel van radioactief stof, waarvan het sedimentatieproces van de korrels zich lange tijd uitstrekt.
Grof stof nestelt vrij snel, maar fijn stof wordt door de lucht over lange afstanden gedragen en valt geleidelijk uit de nieuw gevormde wolk. In de onmiddellijke nabijheid van de EV zijn de grootste en meest geladen deeltjes afgezet en kunnen asdeeltjes die zichtbaar zijn door het oog nog steeds honderden kilometers er vandaan worden gevonden. Ze vormen een dodelijke dekking van enkele centimeters dik. Iedereen die dicht bij hem staat, riskeert een serieuze dosis straling.
Kleinere en niet te onderscheiden deeltjes kunnen vele jaren in de atmosfeer 'zweven' en buigen zich vaak rond de aarde. Tegen de tijd dat ze naar de oppervlakte vallen, verliezen ze behoorlijk de radioactiviteit. Het gevaarlijkste strontium-90, dat een halfwaardetijd van 28 jaar heeft en gedurende deze tijd een stabiele uitstraling genereert. Het uiterlijk wordt bepaald door instrumenten over de hele wereld. "Landing" op het gras en gebladerte, raakt hij betrokken bij voedselketens. Om deze reden vonden mensen die duizenden kilometers verwijderd waren van de testlocaties tijdens het onderzoek strontium-90, geaccumuleerd in de botten. Zelfs als de inhoud ervan uiterst klein is, voorspelt het vooruitzicht van "een site voor het opslaan van radioactief afval" niet goed voor een persoon, wat leidt tot de ontwikkeling van kwaadaardige tumoren in het bot. In de regio's van Rusland (evenals andere landen) dichtbij de locaties van proeflanceringen van waterstofbommen, wordt nog steeds een verhoogde radioactieve achtergrond waargenomen, wat eens te meer bewijst dat dit soort wapens aanzienlijke gevolgen kunnen hebben.
