Die Wasserstoffbombe (Hydrogen Bomb, HB, WB) ist eine Massenvernichtungswaffe, die eine unglaubliche Zerstörungskraft besitzt (ihre Stärke wird in Megatonen im TNT-Äquivalent geschätzt). Das Funktionsprinzip der Bombe und das Strukturschema basieren auf der Nutzung der Energie der thermonuklearen Synthese von Wasserstoffkernen. Die Prozesse während der Explosion ähneln denen, die auf den Sternen (einschließlich der Sonne) auftreten. Der erste Test von WB, der für den Transport über weite Strecken geeignet ist (das Projekt von A. D. Sacharov), wurde in der Sowjetunion am Standort in der Nähe von Semipalatinsk durchgeführt.
Thermonukleare Reaktion
Die Sonne enthält enorme Wasserstoffvorräte, die unter dem ständigen Einfluss von ultrahohem Druck und Temperatur stehen (etwa 15 Millionen Kelvin). Bei einer solchen extremen Dichte und Plasmatemperatur kollidieren die Kerne der Wasserstoffatome zufällig miteinander. Das Ergebnis von Kollisionen ist eine Kernfusion und folglich die Bildung von Kernen eines schwereren Elements - Helium. Reaktionen dieser Art werden als thermonukleare Fusion bezeichnet. Sie sind durch die Freisetzung enormer Mengen an Energie gekennzeichnet.
Die Gesetze der Physik erklären die Energiefreisetzung während einer thermonuklearen Reaktion wie folgt: Ein Teil der Masse der leichten Kerne, die an der Bildung schwererer Elemente beteiligt sind, bleibt ungenutzt und wandelt sich in enormen Mengen in saubere Energie um. Deshalb verliert unser Himmelskörper pro Sekunde ungefähr 4 Millionen Tonnen Materie und setzt dabei einen kontinuierlichen Energiefluss in den Weltraum frei.
Wasserstoffisotope
Das einfachste aller vorhandenen Atome ist ein Wasserstoffatom. Es besteht aus nur einem Proton, das den Kern bildet, und dem einzigen Elektron, das sich darum dreht. Als Ergebnis wissenschaftlicher Untersuchungen von Wasser (H2O) wurde festgestellt, dass sogenanntes „schweres“ Wasser in geringen Mengen vorhanden ist. Es enthält "schwere" Isotope von Wasserstoff (2H oder Deuterium), deren Kerne neben einem Proton auch ein Neutron enthalten (ein Teilchen, dessen Masse einem Proton nahekommt, aber frei von Ladung ist).
Die Wissenschaft kennt auch Tritium, das dritte Isotop des Wasserstoffs, dessen Kern 1 Proton und 2 Neutronen auf einmal enthält. Tritium zeichnet sich durch Instabilität und ständigen spontanen Zerfall unter Freisetzung von Energie (Strahlung) aus, wodurch ein Heliumisotop gebildet wird. Spuren von Tritium finden sich in den oberen Schichten der Erdatmosphäre: Dort werden unter dem Einfluss kosmischer Strahlung die Gasmoleküle, die die Luft bilden, ähnliche Veränderungen erfahren. Die Gewinnung von Tritium ist auch in einem Kernreaktor möglich, indem das Lithium-6-Isotop mit einem starken Neutronenfluss bestrahlt wird.
Entwicklung und erste Tests der Wasserstoffbombe
Nach einer gründlichen theoretischen Analyse kamen Fachleute aus der UdSSR und den USA zu dem Schluss, dass die Mischung aus Deuterium und Tritium den Start der thermonuklearen Fusion erleichtert. Mit diesem Wissen ausgestattet, begannen Wissenschaftler aus den USA in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts, eine Wasserstoffbombe zu bauen. Im Frühjahr 1951 wurde am Standort Enyvetok (einem Atoll im Pazifischen Ozean) ein Testversuch durchgeführt, aber dann wurde nur eine teilweise Kernfusion erreicht.
Etwas mehr als ein Jahr verging, und im November 1952 wurde der zweite Test einer Wasserstoffbombe mit einer Leistung von etwa 10 Mt in TNT durchgeführt. Diese Explosion kann jedoch kaum als Explosion einer thermonuklearen Bombe im modernen Sinne bezeichnet werden: Tatsächlich war das Gerät ein großer Behälter (von der Größe eines dreistöckigen Hauses), der mit flüssigem Deuterium gefüllt war.
Auch in Russland haben sie die Verbesserung der Atomwaffen übernommen und die erste Wasserstoffbombe des Projekts von A.D. Sacharow wurde am 12. August 1953 in Semipalatinsk getestet. RDS-6 (diese Art von Massenvernichtungswaffe wurde Sakharovs "Puff" genannt, da ihr Schema den sequentiellen Einsatz der Deuteriumschichten um den Ladungsinitiator implizierte) hatte eine Kraft von 10 Mt. Im Gegensatz zu dem amerikanischen „dreistöckigen Gebäude“ war die sowjetische Bombe jedoch kompakt und konnte umgehend an einen Ort gebracht werden, an dem ein strategischer Bomber im feindlichen Gebiet angegriffen wurde.
Nachdem die USA die Herausforderung angenommen hatten, explodierten sie im März 1954 auf dem Testgelände im Bikini Atoll (Pazifik) mit einer stärkeren Luftbombe (15 Mt). Der Test war die Ursache für die Freisetzung einer großen Menge radioaktiver Substanzen in die Atmosphäre, von denen einige mit Niederschlägen hunderte Kilometer vom Epizentrum der Explosion fielen. Das japanische Schiff "Happy Dragon" und die auf der Insel Rogelap installierten Geräte verzeichneten einen starken Anstieg der Strahlung.
Da durch die Prozesse während der Detonation der Wasserstoffbombe stabiles, sicheres Helium gebildet wird, wurde erwartet, dass die radioaktiven Emissionen den Kontaminationsgrad des Atomdetonators der thermonuklearen Fusion nicht überschreiten sollten. Die Berechnungen und Messungen des realen radioaktiven Ausfalls waren jedoch sowohl in Bezug auf die Menge als auch auf die Zusammensetzung sehr unterschiedlich. Daher entschied die US-Führung, das Design dieser Waffe vorübergehend auszusetzen, bis eine vollständige Untersuchung der Auswirkungen auf Umwelt und Mensch durchgeführt wurde.
Video: Tests in der UdSSR
Zarenbombe - UdSSR Thermonukleare Bombe
Der Fettpunkt in der Kette der Wasserstoffbomben-Tonnage wurde von der UdSSR festgelegt, als am 30. Oktober 1961 ein mit 50 Megatonnen (der größten in der Geschichte) "Zaren-Bomben" -Test auf Novaya Zemlya durchgeführt wurde - das Ergebnis der langjährigen Arbeit der Forschungsgruppe AD Sacharow Die Explosion donnerte in einer Höhe von 4 Kilometern, und Schockwellen wurden dreimal über Geräte auf der ganzen Welt aufgezeichnet. Trotz der Tatsache, dass der Test keine Fehler enthüllte, wurde die Bombe nie in Betrieb genommen. Aber die Tatsache, dass die Sowjets solche Waffen besitzen, hat auf der ganzen Welt einen unauslöschlichen Eindruck hinterlassen, während sie in den Vereinigten Staaten aufgehört hat, die Tonnage eines nuklearen Arsenals zu gewinnen. In Russland beschlossen sie ihrerseits, die Einführung von Sprengköpfen mit Wasserstoffabgaben im Kampfdienst einzustellen.
Das Prinzip der Wasserstoffbombe
Die Wasserstoffbombe ist das komplexeste technische Gerät, dessen Explosion den sequentiellen Ablauf einer Reihe von Prozessen erfordert.
Erstens kommt es zu einer Detonation der Initiatorladung in der Schale der WB (Miniatur-Atombombe), was zu einem starken Ausstoß von Neutronen und zur Erzeugung einer hohen Temperatur führt, die für den Beginn der thermonuklearen Fusion in der Hauptladung erforderlich ist. Ein massiver Neutronenbeschuss eines Lithium-Deuterid-Liners beginnt (hergestellt durch Kombination von Deuterium mit Lithium-6-Isotop).
Unter der Wirkung von Neutronen spaltet sich Lithium-6 in Tritium und Helium. Die atomare Sicherung wird in diesem Fall zu einer Materialquelle, die für das Auftreten einer thermonuklearen Fusion in der detonierten Bombe selbst notwendig ist.
Eine Mischung aus Tritium und Deuterium löst eine thermonukleare Reaktion aus, wodurch die Temperatur in der Bombe schnell ansteigt und immer mehr Wasserstoff an dem Prozess beteiligt ist.
Das Funktionsprinzip der Wasserstoffbombe impliziert einen ultraschnellen Fluss dieser Prozesse (dazu tragen das Ladegerät und das Layout der Hauptelemente bei), die für den Betrachter augenblicklich erscheinen.
Superbomb: Teilung, Synthese, Teilung
Die oben beschriebene Abfolge der Prozesse endet nach dem Einsetzen der Deuteriumreaktion mit Tritium. Ferner wurde beschlossen, die Kernspaltung anstelle der Synthese schwererer zu verwenden. Nach der Fusion der Kerne von Tritium und Deuterium werden freies Helium und schnelle Neutronen freigesetzt, die genug Energie haben, um den Beginn der Spaltung von Uran-238 einzuleiten. Schnelle Neutronen können Atome aus der Uranhülle einer Superbombe spalten. Die Aufteilung einer Tonne Uran erzeugt Energie in der Größenordnung von 18 Mt. In diesem Fall wird Energie nicht nur für die Erzeugung einer Druckwelle und die Abgabe einer enormen Wärmemenge aufgewendet. Jedes Uranatom fällt in zwei radioaktive "Fragmente". Bildet ein ganzes Bouquet aus verschiedenen chemischen Elementen (bis zu 36) und etwa zweihundert radioaktive Isotope. Aus diesem Grund werden zahlreiche radioaktive Ausfälle erzeugt, die hunderte Kilometer vom Epizentrum der Explosion entfernt aufgezeichnet wurden.
Nach dem Fall des "Eisernen Vorhangs" wurde bekannt, dass die UdSSR die Entwicklung eines "Königs der Bombe" mit einer Kapazität von 100 Mt geplant hatte. Da es damals noch kein Flugzeug gab, das eine derart massive Ladung befördern konnte, wurde die Idee zugunsten der 50-Tonnen-Bombe aufgegeben.
Die Folgen einer Wasserstoffbombenexplosion
Schockwelle
Die Explosion der Wasserstoffbombe hat weitreichende Zerstörungen und Konsequenzen zur Folge, und die primäre (explizite, direkte) Auswirkung hat einen dreifachen Charakter. Der offensichtlichste direkte Effekt ist eine Stoßwelle mit extrem hoher Intensität. Seine zerstörerische Fähigkeit nimmt mit der Entfernung vom Epizentrum der Explosion ab und hängt auch von der Stärke der Bombe selbst und der Höhe ab, bei der die Ladung explodiert.
Wärmeeffekt
Die Wirkung von Hitze durch eine Explosion hängt von denselben Faktoren ab wie die Stärke der Stoßwelle. Dazu kommt noch ein weiterer - der Transparenzgrad der Luftmassen. Nebel oder sogar eine leichte Bewölkung verringert den Radius der Läsion drastisch, wobei ein Hitzeblitz schwere Verbrennungen und Sehverlust verursachen kann. Die Wasserstoffbombenexplosion (über 20 Mt) erzeugt eine unglaubliche Menge an thermischer Energie, die ausreicht, um Beton in einer Entfernung von 5 km zu schmelzen, fast alles Wasser aus einem kleinen See in einer Entfernung von 10 km zu verdampfen und die feindlichen Arbeitskräfte, Ausrüstung und Gebäude in derselben Entfernung zu zerstören . In der Mitte bildet sich ein Trichter mit einem Durchmesser von 1-2 km und einer Tiefe von 50 m, der mit einer dicken Schicht aus glasartiger Masse bedeckt ist (mehrere Meter Felsen mit hohem Sandgehalt schmelzen fast augenblicklich zu Glas).
Nach den Berechnungen der tatsächlichen Tests besteht für die Menschen eine 50% ige Chance, am Leben zu bleiben, wenn sie:
- Sie befinden sich in einem Betonunterstand (unterirdisch), 8 km vom Epizentrum der Explosion (EV) entfernt;
- Befindet sich in Wohngebäuden in einer Entfernung von 15 km vom EV;
- Sie befinden sich in einem offenen Bereich in einer Entfernung von mehr als 20 km vom EV bei schlechter Sicht (für eine "saubere" Atmosphäre beträgt die Mindestentfernung in diesem Fall 25 km).
Mit der Entfernung vom Elektrofahrzeug steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen, die sich in einem offenen Bereich befinden, am Leben bleiben, dramatisch an. Bei einer Entfernung von 32 km sind es also 90-95%. Ein Radius von 40 bis 45 km ist der Grenzwert für die Hauptwirkung einer Explosion.
Feuerball
Ein weiterer offensichtlicher Effekt der Explosion durch Wasserstoffbomben sind sich selbst erhaltende Feuerstürme (Hurrikane), die durch die immensen Massen brennbaren Materials in den Feuerball entstehen. Trotzdem ist die Gefährdung durch die Explosion die Strahlenbelastung der Umgebung im Umkreis von zehn Kilometern.
Fallout
Der nach der Explosion erscheinende Feuerball ist schnell mit großen Mengen radioaktiver Partikel (Abbauprodukte von schweren Kernen) gefüllt. Die Partikelgröße ist so klein, dass sie sich in der oberen Atmosphäre sehr lange halten können. Alles, was der Feuerball auf der Oberfläche der Erde erreicht hat, verwandelt sich sofort in Asche und Staub und wird dann in die Feuersäule hineingezogen. Flammenwirbel rühren diese Partikel mit geladenen Partikeln um und bilden eine gefährliche Mischung aus radioaktivem Staub, deren Sedimentation des Granulats sich lange ausdehnt.
Grobstaub setzt sich ziemlich schnell ab, der Feinstaub wird jedoch über weite Strecken von der Luft getragen und fällt allmählich aus der neu gebildeten Wolke heraus. In unmittelbarer Nähe des Elektrofahrzeugs lagern sich die größten und am meisten geladenen Teilchen ab, und Ascheteilchen, die mit dem Auge sichtbar sind, sind noch hunderte Kilometer von ihm entfernt. Sie bilden eine tödliche, mehrere Zentimeter dicke Decke. Wer zufällig in seiner Nähe ist, riskiert ernsthafte Strahlenbelastung.
Kleinere und nicht unterscheidbare Partikel können viele Jahre in der Atmosphäre „schweben“ und sich oft um die Erde biegen. Wenn sie an die Oberfläche fallen, verlieren sie ziemlich an Radioaktivität. Das gefährlichste Strontium-90, das eine Halbwertszeit von 28 Jahren hat und während dieser Zeit eine stabile Strahlung erzeugt. Sein Aussehen wird von Instrumenten auf der ganzen Welt bestimmt. "Landen" auf Gras und Laub, er engagiert sich in Nahrungsketten. Menschen, die während der Untersuchung Tausende von Kilometern von den Teststandorten entfernt waren, fanden Strontium-90 in den Knochen. Selbst wenn sein Inhalt extrem klein ist, ist die Aussicht, „ein Ort für die Lagerung radioaktiver Abfälle“ zu sein, nicht gut für eine Person, was zur Entwicklung von malignen Tumoren des Knochens führt. In den Regionen Russlands (und auch in anderen Ländern), die sich in der Nähe von Versuchsstarts von Wasserstoffbomben befinden, wird immer noch ein verstärkter radioaktiver Hintergrund beobachtet, was erneut die Fähigkeit dieser Art von Waffe beweist, erhebliche Auswirkungen zu hinterlassen.
