НАВУКА ПРО ВОДЕНЮ БОМБИ З кожного крана - DER SPIEGEL 141950
Ніхто не повинен боятися знищення всього життя на землі водневими бомбами ", - сказав Льюїс Л. Стросс з Комісії з атомної енергії США, намагаючись заспокоїти зневірену воднем американську громадськість. Хоча водневі бомби можуть спустошити великі території," для воєнних потреб потрібно набагато менше енергії ніж це необхідно для руйнування землі ".
Стаття у форматі PDF
Провідні атомники США не погодились майже одноголосно. "Воднева бомба легко може стати самогубцею", - попередили вони. Вітри могли переносити радіоактивний пил по всьому світу після вибуху. Він поширився б по континентах як смертельна ковдра, а «отруєння» атмосфери радіаційними частинками означало б кінець усім живим істотам. У людства буде пільговий період "між кількома днями та кількома місяцями".
Експерт з питань атомів Dr. Лео Сіллард з Чиказького університету мав готовий розрахунок знищення: "500 тонн важкого водню достатньо, щоб повністю винищити людство". Лікар. Ганс Бете кинув останню соломинку надії для всіх, хто вважає водневі бомби початком кінця: "Може, це взагалі не працює!"
Багато років Ганс Бете працював завідувачем кафедри "Теоретичної фізики" в Лос-Аламосі, найкращому інституті атомної фізики в США. Основною сферою його роботи були процеси на Сонці, яке є своєрідною водневою бомбою у великих масштабах.
Надзвичайно висока температура під поверхнею сонця утримує всі атомні частинки в швидкому русі. Ядра водню (протони) "літають" навколо з великою швидкістю, стикаються з іншими ядрами, розбивають їх або "зливаються" з ними. Відбувається складний ланцюг реакцій.
Кінцевим продуктом є плавлення ядер водню з утворенням ядер гелію. Атомні ядра водню є, так би мовити, паливом сонця. Атомні ядра гелію "попіл". Цей процес є принципом роботи водневої бомби.
Сонячна хімія. На сонці при глибокій температурі 20 мільйонів градусів Цельсія хімії у земному розумінні немає. На землі атоми мають, так би мовити, електричний одяг, залежно від кількості електронних оболонок одна на одній. В глибині сонця легкі атоми голі, а важкі лише погано одягнені.
Але: на сонці перетворення займає мільйони років і веде до багатьох проміжних етапів. У водневій бомбі синтез повинен відбуватися за частку секунди. Необхідне тепло у багато мільйонів градусів вже недоступне, і лише тоді легкі атоми оголюються і готові до злиття.
Єдиним детонатором, який в даний час може забезпечити цю температуру, є "стара" бомба з ураном-235 або плутонієм. Найважчі ядра розщеплюються в уранових бомбах, а найлегші ядра сплавляються у водневій бомбі. В обох випадках виділяється енергія, так звана атомна енергія.
Коли важке атомне ядро розбито на два середньо важкі атомні ядра, виникає щось дивне: фрагменти разом важать менше, ніж ціле ядро. Деяка "маса" втрачена. Але нічого у світі не можна «загубити». "Втратою маси" стала вільна енергія.
У 1905 році Альберт Ейнштейн підрахував, скільки з нього вийде, використовуючи свій знаменитий закон еквівалентності: енергія = маса, помножена на квадрат швидкості світла *). Крихітна маса тому відповідає гігантській енергії. Атомна бомба була експериментальним доказом тверджень Ейнштейна, блискучим, жахливим випробуванням прикладу.
Якщо атомні ядра водню сплавляються, утворюючи атомні ядра гелію, маса також втрачається. На сонці 4 мільйони тонн в секунду. На думку Ейнштейна, це відповідає немислимо великій кількості енергії. Половина трильйонного з цього потрапляє на землю. Цього вистачає на все земне життя.
Нобелівські премії. Згідно з волею Альфреда Нобеля, слід вшановувати досягнення, "які принесли найбільшу користь людству протягом минулого року". Науковий шлях до атомної бомби прокладений Нобелівськими преміями: німець Вільгельм Конрад Рентген відкрив промені, названі його ім'ям в 1895 році. Перша Нобелівська премія з фізики в 1901 р. Француз Анрі Беккерель тоді знайшов випромінювання урансодержащей смоли від Йоахімшталя. Він проаналізував їх в альфа-, бета- та гамма-променях. 1903 р. Нобелівська премія з фізики разом із Кюрі.
Французька пара Кюрі виявила радіоактивні елементи, включаючи радій. Після смерті свого чоловіка Марія Кюрі, уроджена Полін, отримала в 1911 році Нобелівську премію лише з хімії. Новозеландець сер Ернест Резерфорд, який помер у 1937 році, виявив причину радіоактивності. Нобелівська премія з хімії 1908 р. Німець Макс Планк, який помер у 1947 р., Відкрив природу променистої енергії. 1918 р. Нобелівська премія з фізики.
Народжений німець Альберт Ейнштейн, найбільший теоретик фізики сучасності, розробив квантову теорію Планка. Нобелівська премія з фізики 1921 р. Датчанин Нільс Бор, заснований на висновках Резерфорда і Планка, пояснив атом на моделі. Нобелівська премія з фізики 1922 р. Англієць Чарльз Вілсон зробив політ атомних ядер видимим у своїй хмарній камері як протилежність. Нобелівська премія з фізики 1927 р. Англієць сер Джеймс Чадвік відкрив камеру Вільсона - найнебезпечніший снаряд для поділу атома - нейтрон. 1935 р. Нобелівська премія з фізики.
Лікар. Фредерік Жоліо-Кюрі, зять Радіум-Кюрі, перший дослідник атомної галузі та комуніст Франції, відкрив штучну радіоактивність. Нобелівська премія з хімії 1935 р. Італієць Енріко Фермі викликав реакції атомного ядра, бомбардуючи їх нейтроном Чадвіка. Нобелівська премія з фізики 1938 р. Німець Отто Ган відкрив (спільно з Ф. Штрасманом та Лізе Майтнер) поділ атома. Нобелівська премія з хімії 1945 р.
Планетарна система. Атом середнього розміру має одну п’ятимільйонну частину міліметра в діаметрі. У край "надто тонкого" леза для гоління (0,08 мм) ви можете упакувати 400 000 атомів заліза поруч. Якщо ви покладете сто мільйонів атомів поруч один з одним, це призведе лише до відстані в один сантиметр. В одному грамі газоподібного водню знаходиться приблизно шістсот тисяч трильйонів атомів.
Будова атома схожа на крихітну планетарну систему. У центрі стоїть атомне ядро як "сонце", яке містить елементарні будівельні блоки речовини в різних варіаціях: позитивно електрично заряджені частинки, протони та "євнухові частинки" без електричного заряду - нейтрони. Ці крихітні будівельні блоки утримуються разом атомною енергією.
Як "планети", крихітні частинки негативної електрики, електрони, обертають ядро на різних орбітах. Кількість кружляючих електронів завжди відповідає кількості протонів в ядрі. Отже, атом як одиниця є електрично нейтральним.
Як і планетарна система, атом складається здебільшого з "порожнього простору". Діаметр електронної планетарної орбіти в десять тисяч разів більший за діаметр ядра "сонця". Це відповідає співвідношенню розмірів "горох у соборі".
Кількість протонів визначає природу речовини. Сума протонів і нейтронів в атомному ядрі дає атомну вагу. Уран має найскладніше і найважче атомне ядро в природі: 92 протони плюс 143-146 нейтронів. Так працює "стара" атомна бомба. Водень має найпростіше і найлегше атомне ядро: одиничний протон. Ось як працює нова атомна бомба (див. Креслення).
Сер Ернест Резерфорд зробив перший "вистріл", який спостерігався в 1919 році. Його снаряд, атомне ядро гелію, потрапив у атомне ядро азоту. Атомне ядро водню було вибито. Блоки євнуха, нейтрони, небезпечніші за гелієві снаряди.
Атомні ядра - фортеці. Ви не можете підірвати його тиском або кислотами. Це можливо лише зі снарядами, які літають у 10 000 разів швидше гранат: атомні будівельні блоки, які постійно викидаються радіоактивними речовинами, такими як радій.
Нейтронна куля в ядрі урану-235 розщеплює її навпіл. Викидаються два-три нейтрони. Вони, в свою чергу, діють як вибухонебезпечні снаряди, якщо їх лише трохи уповільнити (наприклад, графітом). Якщо є достатня кількість урану 235, цей процес є "заразним". Це ніби граната потрапляє у склад боєприпасів: виникає "ланцюгова реакція", яка за частки секунди переростає в енергетичну лавину атомного вибуху
Уран займає 25-е місце у списку достатку елементів. Це залізно-сірий, металеподібний, дуже твердий, дуже важкий матеріал. Найбільші родовища - шахти Haut Katanga в Бельгійському Конго. Виробництво в 1945 р. Становило понад 10 000 тонн. 750 грамів радію (продукту розпаду урану), вироблених на сьогоднішній день, надходять майже виключно з регіону Конго.
Вибуху природного урану не побоюватися, навіть якщо сотні тонн лежать разом. Уран - це "змішаний" елемент із трьох ізотопів, атомних "сестер" з хімічно однаковими властивостями, але різною атомною вагою. Природний уран складається з понад 99% урану 238, лише 0,7% урану 235 і лише мізерні сліди урану 234. Тільки уран 235 є "вибухонебезпечним"
Критична маса. Для секвестру U 235 потрібен трудомісткий і дорогий процес. Зазвичай це відбувається так: Уран перетворюється на газоподібну сполуку. Цей газ пропускається через пористі мембрани. Легкі молекули швидше рухаються через пори. Після 5000 проходів ви отримуєте майже чистий газ U 235. З цього отримують "вибухівку Хіросіми".
Однак нешкідливий уран 238 перетворюється на штучний елемент, плутоній, "вибухівку від" Нагасакі донині "за допомогою добре дозованого нейтронного граду (який також уповільнюється графітом).
Плутоній є принаймні настільки ж небезпечним, як і уран 235. Якщо викид інфекційного нейтрона всередину відбувається швидше, ніж втрата нейтронів на його поверхні, він "вибухає". Це відбувається автоматично, коли досягається "критичний розмір". Він повинен бути розміщений у бомбі, інакше він не може вибухнути.
Цей процес спрощений за допомогою моделі атомної бомби: плутоній розміщений у двох окремих півкулях. Півкуля сама по собі менше критичної маси, сума двох півкуль більше. Технічне займання відбувається при контакті, лавина переростає у вибух. Для їх спрацьовування достатньо одного нейтрона. Оскільки контакт повинен бути якомога швидшим та інтимнішим, одна половина плутонію стріляється в іншу. Порошковий заряд є лише для цього (див. Креслення).
Критичну масу дає професор Хан від 10 до максимум 30 кілограмів, "приблизно за розміром конусоподібної кульки, кокосового горіха або навіть менше". За останньою інформацією, це 13,5 кг, кулька плутонію розміром з дитячу кульку. Для урану 235 був розрахований діаметр сфери 11 см.
Найпізніше за рік Американські техніки з атомних бомб хочуть виконати першу випробувальну бомбу на водні (вартість: 100 мільйонів доларів). Комісія з атомної енергії США вже припинила всю роботу над проектом з розвитку атомної енергетики в мирних промислових цілях з метою прискорення виробництва водневої бомби.
Основною вибуховою речовиною в Н-бомбі є тритій (надважкий водень). Ядро тритію складається з протона і двох нейтронів. Якщо його "розстріляти" протоном, два зливаються, утворюючи ядро гелію, раптово виділяється велика кількість енергії (див. Креслення, реакція А).
При одному кілограмі водню вироблена енергія відповідає 160 мільйонам кіловат-годин. Запас боєприпасів для протонних і нейтронних снарядів - дейтерій (важкий водень, ядро складається з протона та нейтрона).
Однак вибухівка в Н-бомбі, ймовірно, є сумішшю, яка, крім дейтерію та тритію, містить також металевий елемент літій. Літій 6 (ізотоп літію з 3 протонами та 3 нейтронами) зливається з ядром тритію, випромінюючи енергію, утворюючи два ядра гелію. Під час цього процесу виділяється нейтрон (реакція В).
Літій 7 складається з трьох протонів і чотирьох нейтронів. Ядру літію-7 також потрібно зіткнутися лише з одним протоном, щоб злитися з ним, утворивши два ядра гелію (реакція С).
Ці інгредієнти упаковані в Н-бомбу навколо детонатора плутонію. Коли детонація детонатора досягла температури 20 мільйонів градусів, все це перетворюється на пекло зигзагоподібних ядер, що мчать навколо. Відбуваються сутички. Багато зіткнень викликають процес плавлення водню і гелію. Енергія, що виділяється за частки секунди в результаті незліченних процесів злиття, є "силою бомби".
Для водневої бомби немає обмежень, таких як "критичний розмір" плутонієвої бомби. Крім того, процес плавлення водню і гелію забезпечує в сім разів більше енергії, ніж розщеплення плутонію з такою ж кількістю «вибухового речовини». Воднева бомба, яка в 140 разів важча за плутонієву бомбу, тобто в 140 разів 13,5 кг = 1890 кг водню, мала б в 1000 разів більший ефект від плутонієвої бомби Нагасакі.
Є один момент, коли виробників водневих бомб це не стосується. Хоча у світі є лише кілька родовищ уранованого урану, "вибухівки" водневої бомби не бракує. Це тече з кожного крана.