수소 폭발. 모든 여왕의 여왕. 핵융합로로서의 태양

수소 폭탄,강력한 파괴력을 지닌 무기(TNT 등가 메가톤급)로, 그 작동 원리는 가벼운 핵의 열핵융합 반응을 기반으로 합니다. 폭발의 에너지원은 태양 및 다른 별에서 발생하는 것과 유사한 과정입니다.

열핵 반응.

태양 내부에는 엄청난 양의 수소가 포함되어 있으며, 이는 약 1000도의 온도에서 초고압축 상태에 있습니다. 15,000,000 K. 이러한 고온 및 플라즈마 밀도에서 수소 핵은 서로 지속적인 충돌을 경험하며, 그 중 일부는 병합으로 끝나고 궁극적으로 더 무거운 헬륨 핵이 형성됩니다. 열핵융합이라고 하는 이러한 반응에는 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 물리 법칙에 따르면 열핵융합 중 에너지 방출은 더 무거운 핵이 형성될 때 그 구성에 포함된 가벼운 핵 질량의 일부가 엄청난 양의 에너지로 변환된다는 사실 때문입니다. 그렇기 때문에 거대한 질량을 가진 태양이 약을 잃습니다. 1000억 톤의 물질과 에너지 방출 덕분에 가능한 삶지상에.

수소의 동위원소.

수소 원자는 현존하는 모든 원자 중에서 가장 단순합니다. 그것은 하나의 전자가 회전하는 핵인 하나의 양성자로 구성됩니다. 물(H 2 O)에 대한 주의 깊은 연구에 따르면 수소-중수소(2H)의 "무거운 동위원소"를 포함하는 "무거운" 물이 무시할 수 있는 양으로 포함되어 있습니다. 중수소 핵은 양성자와 중성자로 구성되며 양성자와 질량이 비슷한 중성 입자입니다.

수소의 세 번째 동위원소인 삼중수소는 핵에 양성자 1개와 중성자 2개를 포함하고 있습니다. 삼중수소는 불안정하고 자발적인 방사성 붕괴를 거쳐 헬륨의 동위원소로 변합니다. 우주 광선과 공기를 구성하는 가스 분자의 상호 작용의 결과로 형성되는 지구 대기에서 미량의 삼중 수소가 발견되었습니다. 삼중수소는 인공적으로 얻어진다. 원자로, 중성자 플럭스로 리튬-6 동위 원소를 조사합니다.

수소폭탄 개발.

예비 이론적 분석에 따르면 열핵융합은 중수소와 삼중수소의 혼합물에서 가장 쉽게 수행됩니다. 이것을 기초로 하여 1950년대 초 미국 과학자들은 수소폭탄(HB)을 만드는 프로젝트를 실행하기 시작했습니다. 모델의 첫 번째 테스트 핵 장치 1951년 봄에 Eniwetok 훈련장에서 수행되었습니다. 열핵융합은 부분적일 뿐이었다. 1951년 11월 1일에 폭발력이 TNT 환산으로 4 x ​​8 Mt인 거대한 핵 장치를 시험했을 때 상당한 성공을 거두었습니다.

최초의 수소 공중폭탄은 1953년 8월 12일 소련에서 터졌고, 1954년 3월 1일 미국인들은 비키니 환초에서 더 강력한(약 15Mt) 공중폭탄을 터뜨렸습니다. 그 이후로 두 세력은 고급 메가톤 무기를 폭파했습니다.

Bikini Atoll의 폭발은 다량의 방출을 동반했습니다. 방사성 물질. 그들 중 일부는 폭발 현장에서 수백 킬로미터 떨어진 일본 어선 Lucky Dragon에 떨어졌고 다른 일부는 Rongelap 섬을 덮었습니다. 열핵융합은 안정한 헬륨을 생성하기 때문에 순수한 수소폭탄의 폭발에서 방사능은 열핵 반응의 원자 기폭 장치의 방사능 이상이어야 합니다. 그러나 고려중인 경우 예측 및 실제 낙진양과 구성이 확연히 달랐다.

수소폭탄의 작용 메커니즘.

수소폭탄이 폭발하는 동안 일어나는 일련의 과정은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 첫째, HB 껍질 내부의 열핵 반응 개시자 전하(소형 원자 폭탄)가 폭발하여 중성자 섬광을 일으키고 열핵 융합을 시작하는 데 필요한 고온을 생성합니다. 중성자는 중수소와 리튬의 화합물(질량수가 6인 리튬 동위원소가 사용됨)인 중수소리튬으로 만들어진 삽입물을 폭격합니다. 리튬-6은 중성자에 의해 헬륨과 삼중수소로 분리됩니다. 따라서 원자 퓨즈는 합성에 필요한 물질을 폭탄 자체에서 직접 생성합니다.

그런 다음 중수소와 삼중 수소의 혼합물에서 열핵 반응이 시작되고 폭탄 내부의 온도가 급격히 상승하여 점점 더 많은 것을 포함합니다. 많은 분량수소. 온도가 더 상승하면 순수한 수소 폭탄의 특징 인 중수소 핵 사이의 반응이 시작될 수 있습니다. 물론 모든 반응은 너무 빨리 진행되어 순간적인 것으로 인식됩니다.

분할, 합성, 분할(초폭탄).

실제로 폭탄에서 위에서 설명한 일련의 과정은 중수소와 삼중 수소의 반응 단계에서 끝납니다. 또한 폭탄 설계자들은 핵융합이 아닌 핵분열을 선호했습니다. 중수소와 삼중 수소 핵의 융합 결과 헬륨과 고속 중성자가 형성되며 그 에너지는 우라늄 -238 (우라늄의 주요 동위 원소로 우라늄 -235보다 훨씬 저렴한 핵분열을 일으킬만큼 충분히 큽니다. 기존에 사용 원자 폭탄오). 빠른 중성자는 초폭탄의 우라늄 껍질의 원자를 쪼갠다. 1톤의 우라늄이 핵분열하면 18Mt에 해당하는 에너지가 생성됩니다. 에너지는 폭발과 열 방출에만 국한되지 않습니다. 각 우라늄 핵은 두 개의 고방사능 "파편"으로 나뉩니다. 핵분열 제품에는 36가지가 포함됩니다. 화학 원소거의 200개의 방사성 동위원소. 이 모든 것이 초폭탄 폭발에 수반되는 방사능 낙진을 구성합니다.

독특한 디자인과 설명된 작동 메커니즘으로 인해 이러한 유형의 무기는 원하는 만큼 강력하게 만들 수 있습니다. 같은 위력의 원자폭탄보다 훨씬 저렴하다.

폭발의 결과.

충격파 및 열 효과.

초폭탄 폭발의 직접적인(주요) 영향은 세 가지입니다. 직접 효과 중 가장 분명한 것은 엄청난 강도의 충격파입니다. 폭탄의 위력, 지면 위의 폭발 높이 및 지형의 특성에 따라 충격 강도는 폭발 진원지에서 멀어짐에 따라 감소합니다. 폭발의 열 효과는 동일한 요인에 의해 결정되지만 공기의 투명도에 따라 달라집니다. 안개는 열 섬광이 심각한 화상을 일으킬 수 있는 거리를 급격히 줄입니다.

계산에 따르면 20 메가톤 폭탄의 대기권에서 폭발이 발생하면 1) 지하 철근 콘크리트 대피소에서 약 8km 떨어진 곳에 대피하면 50 %의 경우 사람들이 살아남을 것입니다. 폭발의 진원지(EW), 2)는 약 . EW에서 15km, 3) 약 거리에서 개방되었습니다. EV에서 20km. 시야가 좋지 않고 최소 25km의 거리에서 대기가 맑은 경우 다음 위치에 있는 사람들을 위해 열린 공간, 생존 확률은 진원지에서 멀어짐에 따라 급격히 증가합니다. 32km 거리에서 계산된 값은 90% 이상입니다. 폭발 시 발생하는 투과 방사선이 발생하는 영역 죽음, 고수율 초폭탄의 경우에도 상대적으로 작다.

불 공.

관련된 가연성 물질의 구성 및 질량에 따라 불 덩어리, 거대한 자체 지속 화염 폭풍이 형성되어 여러 시간 동안 맹위를 떨칠 수 있습니다. 그러나 폭발의 가장 위험한(이차적이긴 하지만) 결과는 방사능 오염입니다. 환경.

1963년 1월 16일, 본격적으로 냉전, 니키타 흐루쇼프세상에 이렇게 말했다 소련그의 무기고에 새로운 무기가 있습니다 대량 살상- 수소폭탄. 그보다 1년 반 전에는 소련이 가장 많이 생산했습니다. 강력한 폭발세계의 수소 폭탄-50 메가톤 이상의 용량을 가진 충전물이 Novaya Zemlya에서 폭발했습니다. 여러면에서 세계가 인종의 추가 확대 위협을 인식하게 한 것은 소련 지도자의이 성명이었습니다. 핵무기: 이미 1963년 8월 5일 모스크바에서 대기, 우주 및 수중에서의 핵무기 실험 금지에 관한 협정이 체결되었습니다.

창조의 역사

열핵융합을 통해 에너지를 얻을 수 있는 이론적 가능성은 2차 세계 대전 이전에도 알려져 있었지만, 이 반응을 실제로 생성하기 위한 기술적 장치를 만드는 문제를 제기한 것은 전쟁과 그에 따른 군비 경쟁이었습니다. 1944년 독일에서는 재래식 폭발물을 사용하여 핵연료를 압축하여 열핵융합을 시작하는 작업이 진행 중인 것으로 알려져 있지만 필요한 온도와 압력을 얻을 수 없었기 때문에 성공하지 못했습니다. 미국과 소련이 발전하고 있었다. 열핵무기 40년대부터 시작하여 50년대 초반에 최초의 열핵 장치를 거의 동시에 테스트했습니다. 1952년 Enewetok Atoll에서 미국은 10.4메가톤(나가사키에 투하된 폭탄의 450배) 용량의 폭발을 일으켰고 1953년에는 400킬로톤 용량의 장치를 폭발시켰습니다. 소련에서 테스트되었습니다.

최초의 디자인 열핵 장치실제 전투 사용에 적합하지 않았습니다. 예를 들어, 1952년 미국에서 테스트한 장치는 2층 건물 높이에 무게가 80톤이 넘는 지상 구조물이었습니다. 거대한 냉각 장치의 도움으로 액체 열핵 연료가 저장되었습니다. 그러므로 앞으로 대량 생산열핵 무기는 고체 연료 인 리튬 -6 중수소를 사용하여 수행되었습니다. 1954년 미국은 비키니 환초에서 이를 기반으로 한 장치를 테스트했고 1955년에는 세미팔라틴스크 테스트 사이트에서 새로운 소련 열핵폭탄을 테스트했습니다. 1957년 영국에서 수소폭탄 실험이 있었다. 1961년 10월 소련에서 58메가톤 용량의 열핵폭탄이 Novaya Zemlya에서 폭발했습니다. 강력한 폭탄"Tsar Bomba"라는 이름으로 역사에 기록 된 인류가 경험 한 것입니다.

추가 개발은 탄도 미사일로 목표물에 전달할 수 있도록 수소 폭탄 설계의 크기를 줄이는 것을 목표로 했습니다. 이미 60년대에 장치의 무게는 수백 킬로그램으로 줄었고 70년대에는 탄도 미사일동시에 10개 이상의 탄두를 운반할 수 있습니다. 이들은 탄두가 여러 개인 미사일이며 각 부품은 자체 목표를 공격할 수 있습니다. 현재까지 미국, 러시아 및 영국에는 열핵 무기고, 테스트 열핵 전하중국(1967년)과 프랑스(1968년)에서도 개최되었습니다.

수소폭탄의 작동 원리

수소 폭탄의 작용은 가벼운 핵의 열핵 융합 반응 중에 방출되는 에너지의 사용을 기반으로 합니다. 초고온과 거대한 압력의 영향으로 수소 핵이 충돌하여 더 무거운 헬륨 핵으로 합쳐지는 별의 내부에서 일어나는 반응입니다. 반응 중에 수소 핵 질량의 일부가 많은 양의 에너지로 변환됩니다. 덕분에 별은 엄청난 양의 에너지를 지속적으로 방출합니다. 과학자들은 "수소 폭탄"이라는 이름을 붙인 중수소와 삼중 수소와 같은 수소 동위 원소를 사용하여이 반응을 복사했습니다. 처음에는 수소의 액체 동위원소가 전하를 생성하는 데 사용되었고, 나중에는 중수소의 고체 화합물과 리튬의 동위원소인 리튬-6 중수소화물이 사용되었습니다.

리튬-6 중수소화물은 수소폭탄, 열핵연료의 주성분이다. 이미 중수소를 저장하고 있고, 리튬 동위원소는 삼중수소 형성의 원료 역할을 한다. 열핵융합 반응을 시작하려면 다음을 생성해야 합니다. 높은 온도및 압력뿐만 아니라 리튬 -6에서 삼중 수소를 분리합니다. 이러한 조건은 다음과 같이 제공됩니다.

열핵연료 용기의 외피는 우라늄-238과 플라스틱으로 만들어졌다. 핵 충전수 킬로톤의 용량으로 - 방아쇠 또는 수소 폭탄의 전하 개시제라고합니다. 이니시에이터 플루토늄 충전이 폭발하는 동안 강력한 X 선 방사선의 작용으로 컨테이너 껍질이 플라즈마로 바뀌어 수천 번 수축하여 필요한 고압그리고 좋은 온도. 동시에 플루토늄에서 방출된 중성자는 리튬-6과 상호 작용하여 삼중수소를 형성합니다. 중수소와 삼중 수소의 핵은 초고온과 고압의 영향으로 상호 작용하여 열핵 폭발을 일으 킵니다.

우라늄 -238 및 리튬 -6 중수소의 여러 층을 만들면 각각 폭탄 폭발에 힘을 더할 것입니다. 즉, 이러한 "퍼프"를 사용하면 폭발력을 거의 무제한으로 높일 수 있습니다. 덕분에 수소폭탄은 거의 모든 화력으로 만들 수 있고, 같은 화력의 재래식 핵폭탄보다 훨씬 저렴할 것이다.