수소폭탄의 온도는 얼마인가? 다른 사전에 "수소 폭탄"이 무엇인지 확인하십시오.

우리 기사는 창조의 역사와 일반 원칙때때로 수소라고 불리는 그러한 장치의 합성. 우라늄과 같은 무거운 원소의 핵을 쪼개서 폭발적인 에너지를 방출하는 대신, 수소의 동위원소와 같은 가벼운 원소의 핵을 헬륨과 같은 하나의 무거운 원소의 핵으로 융합시켜 더 많은 에너지를 생성합니다.

핵융합이 바람직한 이유는 무엇입니까?

참여하는 핵의 융합으로 구성된 열핵 반응에서 화학 원소, 핵분열 반응을 구현하는 순수 원자폭탄보다 물리적 장치의 단위 질량당 훨씬 더 많은 에너지가 생성됩니다.

원자폭탄에서는 핵분열성 핵연료가 기존 폭발물의 폭발 에너지의 영향을 받아 작은 구형 부피로 빠르게 결합되어 소위 임계 질량이 생성되고 핵분열 반응이 시작됩니다. 이 경우, 핵분열성 핵에서 방출된 많은 중성자는 연료 덩어리 내 다른 핵의 분열을 일으키고, 이로 인해 추가 중성자가 방출되어 연쇄 반응을 일으키게 됩니다. 폭탄이 터지기 전에는 연료의 20% 이상을 차지하지 않으며, 조건이 이상적이지 않은 경우 훨씬 더 적을 수도 있습니다. 히로시마에 떨어진 리틀 키드(Little Kid)와 나가사키를 강타한 팻 맨(Fat Man)의 원자폭탄에서와 같이 효율성(이러한 용어가 적용) 적용)은 각각 1.38%, 13%에 불과했다.

핵의 융합(또는 융합)은 폭탄 충전물의 전체 질량을 덮고 중성자가 아직 반응하지 않은 열핵 연료를 찾을 수 있는 한 지속됩니다. 따라서 그러한 폭탄의 질량과 폭발력은 이론적으로 무제한입니다. 이러한 합병은 이론적으로 무기한 지속될 수 있습니다. 실제로, 열핵폭탄은 모든 인류의 생명을 파괴할 수 있는 잠재적인 종말 장치 중 하나입니다.

핵융합 반응이란 무엇입니까?

열핵융합 반응의 연료는 수소 동위원소 중수소 또는 삼중수소입니다. 첫 번째는 핵에 양성자 하나 외에 중성자가 포함되어 있고 삼중수소 핵에는 이미 중성자가 두 개 있다는 점에서 일반 수소와 다릅니다. 자연수에는 수소 원자 7,000개당 중수소 원자 1개가 있지만 그 양에 따라 다릅니다. 열핵 반응의 결과로 물 한 컵에 포함되어 있으며 200 리터의 가솔린을 연소시킬 때와 동일한 양의 열을 얻을 수 있습니다. 1946년 정치인들과의 회의에서 미국 수소폭탄의 아버지인 에드워드 텔러(Edward Teller)는 중수소가 우라늄이나 플루토늄보다 무게 1g당 더 많은 에너지를 제공하지만 핵분열 연료 1g당 수백 달러에 비해 1g당 20센트의 비용이 든다고 강조했습니다. 삼중수소는 자유상태에서는 자연계에서 전혀 발생하지 않기 때문에 중수소에 비해 가격이 훨씬 비싸며, 시장가격은 그램당 수만 달러에 달하지만, 대부분 많은 분량중수소와 삼중수소 핵의 융합 반응에서 에너지가 정확하게 방출되는데, 여기서 헬륨 원자의 핵이 형성되고 중성자가 방출되어 17.59MeV의 과잉 에너지를 운반합니다.

D + T → 4 He + n + 17.59 MeV.

이 반응은 아래 그림에 개략적으로 나타나 있는데, 많나요, 적나요? 아시다시피 모든 것은 비교를 통해 학습됩니다. 따라서 1MeV의 에너지는 석유 1kg이 연소할 때 방출되는 에너지보다 약 230만 배 더 많습니다. 결과적으로 중수소와 삼중수소 두 개의 핵만 융합하면 2.3∙10 6 ∙17.59 = 40.5∙10 6 kg의 석유가 연소되는 동안 방출되는 에너지만큼의 에너지가 방출됩니다. 하지만 우리 얘기 중이야단지 약 2개의 원자에 불과합니다. 지난 세기 40년대 후반에 미국과 소련에서 작업이 시작되어 열핵폭탄이 탄생했을 때 얼마나 큰 위험이 있었는지 상상할 수 있습니다.

모든 것이 어떻게 시작되었는지

일찍이 1942년 여름, 미국의 원자폭탄 프로젝트(맨해튼 프로젝트)가 시작되고 나중에는 유사한 소련 프로그램에서 우라늄 핵분열을 기반으로 한 폭탄이 만들어지기 훨씬 전에 사람들의 관심이 집중되었습니다. 이 프로그램의 일부 참가자는 훨씬 더 강력한 핵융합 반응을 사용할 수 있는 장치에 매력을 느꼈습니다. 미국에서는 위에서 언급한 에드워드 텔러(Edward Teller)가 이러한 접근 방식의 지지자이자 옹호자라고 할 수 있습니다. 소련에서는 미래의 학자이자 반체제 인사인 안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)가 이러한 방향을 발전시켰습니다.

텔러에게 원자폭탄을 만드는 수년 동안 열핵융합에 대한 그의 매력은 오히려 해를 끼치는 일이었습니다. 그는 맨해튼 프로젝트 참여자로서 이를 구현하기 위한 자금의 방향 전환을 끈질기게 요구했다. 자신의 생각, 그의 목표는 수소 및 열핵 폭탄이었는데, 이는 지도력을 만족시키지 못하고 관계에 긴장을 야기했습니다. 그 당시에는 열핵 연구 방향이 지원되지 않았기 때문에 원자 폭탄을 만든 후 Teller는 프로젝트를 떠나 프로젝트를 시작했습니다. 교육 활동, 기본 입자에 대한 연구.

그러나 처음에는 냉전그리고 무엇보다도 1949년 소련의 원자폭탄의 제조와 성공적인 실험은 열렬한 반공주의자인 텔러가 자신의 과학적 사상을 실현할 수 있는 새로운 기회가 되었습니다. 그는 원자 폭탄이 만들어진 Los Alamos 실험실로 돌아와 Stanislav Ulam 및 Cornelius Everett와 함께 계산을 시작합니다.

열핵폭탄의 원리

핵융합 반응이 시작되려면 폭탄이 즉시 5천만도의 온도로 가열되어야 합니다. 열회로 핵폭탄 Teller가 제안한 는 이를 위해 수소 케이스 내부에 있는 소형 원자폭탄의 폭발을 사용합니다. 지난 세기 40년대 그녀의 프로젝트 개발에는 3세대가 있었다고 주장할 수 있습니다.

  • "클래식 슈퍼"로 알려진 Teller의 변형;
  • 여러 동심 구의 더 복잡하지만 더 현실적인 디자인;
  • 오늘날 작동하는 모든 열 시스템의 기초가 되는 Teller-Ulam 설계의 최종 버전 핵무기.

안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)가 창안한 소련의 열핵폭탄도 비슷한 설계 단계를 거쳤습니다. 그는 분명히 미국인과 완전히 독립적이고 독립적으로 (미국에서 일하는 과학자와 정보 장교의 공동 노력으로 만들어진 소련 원자 폭탄에 대해서는 말할 수 없음) 위의 모든 설계 단계를 거쳤습니다.

처음 두 세대는 일련의 연동된 "레이어"를 갖고 있다는 속성을 갖고 있었는데, 각 레이어는 이전 레이어의 일부 측면을 강화했으며 어떤 경우에는 피드백이 확립되었습니다. 초등부 사이에는 명확한 구분이 없었습니다. 원자 폭탄그리고 2차 열핵. 이에 반해, 그 계획은 열핵폭탄 Teller-Ulam의 개발은 1차 폭발, 2차 폭발, 그리고 필요한 경우 추가 폭발을 뚜렷하게 구분합니다.

Teller-Ulam 원리에 따른 열핵폭탄 장치

세부 사항 중 많은 부분은 여전히 ​​기밀로 남아 있지만, 현재 사용 가능한 모든 열핵무기는 에드워드 텔레로스(Edward Telleros)와 스타니스와프 울람(Stanislaw Ulam)이 만든 장치를 기반으로 한다는 것은 합리적으로 확실합니다. 그리고 핵융합 연료를 가열합니다. 소련의 안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)도 비슷한 개념을 독립적으로 생각해 냈는데, 그는 이를 "세 번째 아이디어"라고 불렀습니다.

이 버전의 열핵폭탄의 구조는 아래 그림에 개략적으로 표시되어 있습니다.

그것은 원통형이었고 한쪽 끝에 대략 구형의 1차 원자폭탄이 달려 있었습니다. 중고등 학년 온도 핵전하아직 산업용 샘플이 아닌 첫 번째 샘플에서는 액체 중수소로 만들어졌지만, 얼마 후에는 중수소리튬이라는 화합물로 인해 고체가 되었습니다.

사실 업계에서는 오랫동안 풍선 없는 수소 수송을 위해 수소화리튬(LiH)을 사용해 왔습니다. 폭탄 개발자(이 아이디어는 소련에서 처음 사용됨)는 일반 수소 대신 동위원소 중수소를 가져와 리튬과 결합할 것을 제안했습니다. 왜냐하면 고체 열핵 전하로 폭탄을 만드는 것이 훨씬 쉽기 때문입니다.

2차 장약의 모양은 납(또는 우라늄) 껍질이 담긴 용기에 담긴 원통형이었습니다. 전하 사이에는 중성자 보호 쉴드가 있습니다. 열핵연료가 담긴 용기의 벽과 폭탄 본체 사이의 공간은 특수 플라스틱, 일반적으로 폴리스티렌 폼으로 채워져 있습니다. 폭탄 본체 자체는 강철이나 알루미늄으로 만들어졌습니다.

이러한 모양은 아래 표시된 것과 같은 최근 디자인에서 변경되었습니다. 그 안에는 1차 전하가 수박이나 미식축구 공처럼 납작하고 2차 전하가 구형입니다. 이러한 모양은 원뿔형 미사일 탄두의 내부 부피에 훨씬 더 효율적으로 들어맞습니다.

열핵폭발 시퀀스

1차 원자폭탄이 폭발하면 이 과정의 첫 순간에 강력한 X선 방사선(중성자 플럭스)이 생성되는데, 이는 중성자 차폐에 의해 부분적으로 차단되고 2차 전하를 둘러싸는 하우징 내부 라이닝에서 반사됩니다. , X선이 전체 길이에 걸쳐 대칭으로 떨어지도록 합니다.

~에 초기 단계열핵 반응 중성자 원자 폭발연료가 너무 빨리 가열되는 것을 방지하기 위해 플라스틱 필러에 흡수됩니다.

X선은 처음에 하우징과 2차 충전물 사이의 공간을 채우는 조밀한 플라스틱 폼의 출현을 유발하며, 이는 2차 충전물을 가열하고 압축하는 플라즈마 상태로 빠르게 변합니다.

또한 X선은 2차 충전물을 둘러싼 용기 표면을 증발시킵니다. 이 전하에 대해 대칭으로 증발하는 용기의 물질은 축에서 향하는 특정 충격을 얻고 운동량 보존 법칙에 따라 2차 전하의 층은 장치의 축을 향해 향하는 충격을 받습니다. 여기서의 원리는 로켓 연료가 축에서 대칭으로 분산되고 몸체가 안쪽으로 압축된다고 상상하는 경우에만 로켓의 원리와 동일합니다.

이러한 열핵연료의 압축으로 인해 그 부피는 수천 배로 감소하고 온도는 핵융합 반응이 시작되는 수준에 도달합니다. 열핵폭탄이 폭발합니다. 이 반응은 삼중수소 핵의 형성을 동반하며, 이는 초기에 2차 전하에 존재했던 중수소 핵과 합쳐집니다.

첫 번째 2차 전하는 핵분열 반응을 일으키는 비공식적으로 "촛불"이라고 불리는 플루토늄 막대 코어 주위에 만들어졌습니다. 핵융합 반응. 이제는 보다 효율적인 압축 시스템으로 인해 "촛불"이 제거되어 폭탄 설계가 더욱 소형화될 수 있다고 믿어집니다.

아이비 작전

이는 1952년 마샬 군도에서 열린 미국의 열핵무기 실험에 붙여진 이름으로, 이 기간 동안 최초의 열핵폭탄이 폭발했습니다. Ivy Mike라고 불리며 Teller-Ulam 표준 설계에 따라 제작되었습니다. 2차 열핵 충전물은 액체 중수소 형태의 열핵 연료가 담긴 단열 듀어 플라스크인 원통형 용기에 배치되었으며 축을 따라 239-플루토늄의 "촛불"이 달렸습니다. 듀어는 무게가 5미터톤이 넘는 238우라늄 층으로 덮여 있었는데, 폭발 중에 증발하여 열핵연료를 대칭적으로 압축했습니다. 1차 및 2차 장약이 담긴 용기는 폭 80인치, 길이 244인치, 벽 두께 10~12인치의 강철 케이스에 배치되었습니다. 가장 큰 예그 이전에 위조된 제품. 케이스 내부 표면에는 납과 폴리에틸렌 시트가 늘어서 있어 1차 전하 폭발 후 방사선을 반사하고 2차 전하를 가열하는 플라즈마를 생성합니다. 전체 장치의 무게는 82톤이었습니다. 폭발 직전의 장치 모습이 아래 사진에 나와 있습니다.

열핵폭탄의 첫 번째 실험은 1952년 10월 31일에 이루어졌습니다. 폭발력은 10.4메가톤이었습니다. 그것이 생산된 Attol Eniwetok은 완전히 파괴되었습니다. 폭발 순간은 아래 사진에 나와 있습니다.

소련은 대칭적인 답변을 제공합니다

미국 열핵 챔피언십은 오래 가지 못했습니다. 1953년 8월 12일, 안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)와 율리 카리톤(Yuli Khariton)의 지도 하에 개발된 최초의 소련 열핵폭탄 RDS-6이 세미팔라틴스크 시험장에서 시험되었습니다. 위의 설명에서 에네웨톡의 미국인들이 폭발하지 않았다는 것이 분명해졌습니다. 폭탄 자체는 즉시 사용할 수 있는 탄약의 일종이지만 오히려 실험실 장치로서 번거롭고 매우 불완전합니다. 소련 과학자들은 400kg에 불과한 작은 힘에도 불구하고 미국인처럼 액체 중수소가 아닌 고체 리튬 중수소 형태의 열핵 연료로 완전히 완성된 탄약을 테스트했습니다. 그런데 중수소화 리튬에는 6 Li 동위원소만 사용되며(이는 열핵 반응의 특성 때문임) 실제로는 7 Li 동위원소와 혼합되어 있다는 점에 유의해야 합니다. 이에 리튬 동위원소를 분리해 6개 Li만 선별할 수 있는 특수 생산시설을 구축했다.

전력 제한에 도달

그 후 10년 동안 계속된 군비 경쟁이 이어졌고, 그 동안 열핵무기의 위력은 지속적으로 증가했습니다. 마침내 1961년 10월 30일 소련의 훈련장을 넘어 새로운 지구서양에서 차르 봄바(Tsar Bomba)로 알려진 지금까지 제작되고 테스트된 가장 강력한 열핵폭탄은 약 4km 고도에서 폭발했습니다.

이 3단 폭탄은 실제로 101.5메가톤 폭탄으로 개발됐으나 해당 지역의 방사능 오염을 줄이려는 요구로 인해 개발자들은 50메가톤의 출력을 가진 3단 폭탄을 포기하고 장치의 설계 출력량을 51.5메가톤으로 줄였습니다. . 동시에 1차 원자 전하의 폭발 위력은 1.5메가톤이었고 두 번째 열핵 단계에서는 50메가톤을 추가로 제공할 예정이었습니다. 실제 폭발 위력은 최대 58메가톤이었습니다. 폭탄의 모습이 표시됩니다. 아래 사진에서.

그 결과는 인상적이었습니다. 4,000m라는 매우 중요한 폭발 높이에도 불구하고 믿을 수 없을 정도로 밝습니다. 불덩어리아래쪽 가장자리는 거의 지구에 닿았고 위쪽 가장자리는 4.5km 이상의 높이까지 올라갔습니다. 폭발점 이하의 압력은 히로시마 폭발의 최고 압력보다 6배나 높았습니다. 흐린 날씨에도 불구하고 빛의 섬광은 너무 밝아서 1000km 떨어진 곳에서도 볼 수 있었습니다. 테스트 참가자 중 한 명은 어두운 안경을 통해 밝은 섬광을 보았고 270km 거리에서도 열 펄스의 영향을 느꼈습니다. 폭발 순간의 사진은 아래와 같습니다.

열핵 전하의 힘에는 실제로 제한이 없다는 것이 입증되었습니다. 결국 세 번째 단계를 완료하는 데 충분했고 계산된 전력이 달성되었습니다. 그러나 Tsar Bomba의 무게가 27톤을 넘지 않았기 때문에 단계 수를 더 늘릴 수 있습니다. 이 장치의 모양은 아래 사진에 나와 있습니다.

이러한 테스트 후에 소련과 미국의 많은 정치인과 군인들에게 경주의 한계가 왔다는 것이 분명해졌습니다. 핵무기그리고 그녀를 멈춰야 해요.

현대 러시아는 물려 받았습니다 핵무기소련. 오늘날 러시아의 열핵폭탄은 계속해서 세계 패권을 추구하는 사람들을 억제하는 역할을 하고 있습니다. 그들이 억지력 역할만 하고 결코 폭발하지 않기를 바랍니다.

핵융합로로서의 태양

태양 핵의 온도, 더 정확하게는 핵의 온도가 15,000,000°K에 도달하는 것은 열핵 반응의 지속적인 발생으로 인해 유지된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 그러나 이전 텍스트에서 우리가 얻을 수 있는 모든 내용은 그러한 프로세스의 폭발적인 성격을 말해줍니다. 그렇다면 왜 태양은 열핵폭탄처럼 폭발하지 않는 걸까요?

사실 태양 질량에서 71%에 달하는 수소의 엄청난 비율로 핵이 열핵융합 반응에만 참여할 수 있는 동위원소 중수소의 비율은 무시할 수 있습니다. 사실 중수소 핵 자체는 단순히 합병이 아니라 양성자 중 하나가 중성자, 양전자 및 중성미자로 붕괴(소위 베타 붕괴)되어 두 개의 수소 핵이 합병된 결과로 형성됩니다. 이는 드문 사건입니다. 이 경우, 생성된 중수소 핵은 태양핵 전체에 고르게 분포됩니다. 그러므로 그녀와 거대한 크기상대적으로 낮은 전력의 열핵 반응의 질량, 개별 및 희귀 중심은 태양의 전체 핵심 전체에 번져 있습니다. 이러한 반응 중에 방출되는 열은 태양의 모든 중수소를 즉시 연소시키기에는 충분하지 않지만 지구상의 생명체를 보장할 수 있는 온도까지 가열하기에는 충분합니다.

수소폭탄

열핵무기- 대량 살상 무기의 일종으로, 그 파괴력은 가벼운 원소를 더 무거운 원소로 핵융합하는 반응 에너지의 사용을 기반으로 합니다(예: 중수소(중수소) 원자 두 핵의 합성) 헬륨 원자의 하나의 핵으로), 이는 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 핵무기와 동일한 파괴력을 지닌 열핵무기는 폭발력이 훨씬 더 크다. 이론적으로는 사용 가능한 구성 요소 수에 의해서만 제한됩니다. 열로 인한 방사능 오염에 유의해야 합니다. 핵폭발특히 폭발력과 관련하여 원자보다 훨씬 약합니다. 이는 열핵무기를 "깨끗하다"고 부를 수 있는 근거를 제공했습니다. 영어 문헌에 등장한 이 용어는 70년대 말에 사용이 중단되었습니다.

일반적인 설명

열핵 폭발 장치액체 및 압축 기체 중수소를 모두 사용하여 만들 수 있습니다. 그러나 열핵무기의 출현은 일종의 리튬수소화물(리튬-6 중수소화물) 덕분에 가능해졌습니다. 이것은 수소의 무거운 동위원소인 중수소와 질량수 6의 리튬 동위원소의 화합물입니다.

리튬-6 중수소화물은 중수소(일반적인 상태)를 저장할 수 있는 고체입니다. 정상적인 조건- 가스) ~에 영하의 기온, 또한 두 번째 구성 요소인 리튬-6은 가장 부족한 수소 동위원소인 삼중수소를 생산하는 원료입니다. 실제로 6Li는 삼중수소의 유일한 산업 공급원입니다.

초기 미국의 열핵무기 역시 천연 중수소리튬을 사용했는데, 이는 주로 질량수 7의 리튬 동위원소를 포함하고 있습니다. 이는 또한 삼중수소의 공급원으로도 사용되지만 이를 위해서는 반응에 참여하는 중성자의 에너지가 10MeV 이상이어야 합니다. 더 높은.

열핵반응을 시작하는 데 필요한 중성자와 온도(약 5천만도)를 생성하기 위해 먼저 소형 원자폭탄인 수소폭탄이 터진다. 폭발은 급격한 온도 상승을 동반하며, 전자기 방사선, 강력한 중성자 플럭스의 출현. 중성자와 리튬 동위원소의 반응 결과 삼중수소가 형성됩니다.

원자폭탄 폭발 시 고온에서 중수소와 삼중수소가 존재하면 열핵반응(234)이 시작되고, 이는 수소(열핵) 폭탄 폭발 중에 주요 에너지 방출을 생성합니다. 폭탄 본체가 천연 우라늄으로 만들어진 경우 빠른 중성자(반응 중에 방출되는 에너지의 70%를 운반함(242))는 내부에서 새로운 제어되지 않는 연쇄 핵분열 반응을 일으킵니다. 수소폭탄 폭발의 세 번째 단계가 발생합니다. 이렇게 생성됩니다 열핵폭발거의 무제한의 힘.

추가적인 피해 요인은 수소폭탄 폭발 중에 발생하는 중성자 방사선입니다.

열핵탄약 장치

열핵무기는 공중폭탄( 수소또는 열핵폭탄), 탄도 및 순항 미사일용 탄두.

이야기

소련

최초의 소련 열핵 장치 프로젝트는 레이어 케이크와 유사하여 "Sloyka"라는 코드 명을 받았습니다. 이 설계는 Andrei Sakharov와 Vitaly Ginzburg가 1949년(소련 최초의 핵폭탄 시험 이전에도) 개발했으며 현재 유명한 Teller-Ulam 분할 설계와는 다른 충전 구성을 가졌습니다. 충전 중에는 핵분열성 물질 층이 핵융합 연료 층과 번갈아 가며 삼중수소와 혼합된 중수소리튬(“사하로프의 첫 번째 아이디어”)이 사용되었습니다. 핵분열 전하 주위에 배치된 핵융합 전하는 장치의 전체 출력을 높이는 데 효과적이지 않았습니다(현대 Teller-Ulam 장치는 최대 30배의 배율을 제공할 수 있음). 또한, 핵분열 및 핵융합 장약 영역에는 1차 핵분열 반응의 개시체인 재래식 폭발물이 산재되어 있어 재래식 폭발물의 필요한 질량이 더욱 증가했습니다. "Sloika" 유형의 첫 번째 장치는 1953년에 테스트되었으며 서양에서는 "Joe-4"라는 이름을 받았습니다(소련 최초의 장치). 핵실험 Joseph (Joseph) Stalin "Uncle Joe"의 미국 별명에서 코드 이름을 받았습니다. 폭발력은 400킬로톤에 달했고 효율은 15~20%에 불과했습니다. 계산에 따르면 미반응 물질의 확산으로 인해 750킬로톤 이상의 전력 증가가 방지되는 것으로 나타났습니다.

미국은 1952년 11월 아이비 마이크 테스트를 실시해 메가톤 폭탄 제조 가능성을 입증한 뒤, 소련다른 프로젝트를 개발하기 시작했습니다. Andrei Sakharov가 회고록에서 언급했듯이 "두 번째 아이디어"는 Ginzburg가 1948년 11월에 제시했으며 중수소화 리튬을 폭탄에 사용할 것을 제안했습니다. 이 폭탄은 중성자를 조사하면 삼중수소를 형성하고 중수소를 방출합니다.

1953년 말, 물리학자 Viktor Davidenko는 1차(핵분열) 전하와 2차(융합) 전하를 별도의 볼륨에 배치하여 Teller-Ulam 계획을 반복할 것을 제안했습니다. 다음 큰 단계는 1954년 봄에 Sakharov와 Yakov Zeldovich에 의해 제안되고 개발되었습니다. 여기에는 핵융합 전에 중수소리튬을 압축하기 위해 핵분열 반응에서 나오는 X선을 사용하는 것이 포함되었습니다("빔 파열"). Sakharov의 "세 번째 아이디어"는 1955년 11월 1.6 메가톤 RDS-37 테스트 중에 테스트되었습니다. 추가 개발이 아이디어는 열핵 전하의 힘에 대한 근본적인 제한이 실질적으로 없다는 사실로 확인되었습니다.

소련은 1961년 10월 Tu-95 폭격기가 발사한 50메가톤 폭탄이 노바야젬랴(Novaya Zemlya)에서 폭발하는 테스트를 통해 이를 입증했습니다. 장치의 효율성은 거의 97%였으며 처음에는 100메가톤의 전력을 위해 설계되었지만 이후 프로젝트 관리의 강력한 결정에 따라 절반으로 줄였습니다. 가장 강력했어요 열핵 장치, 지구상에서 개발되고 테스트되었습니다. 너무 강력해서 실제 사용무기로서 그것은 완성된 폭탄의 형태로 이미 테스트되었다는 사실을 고려하더라도 모든 의미를 잃었습니다.

미국

원자 전하에 의해 시작되는 핵융합 폭탄에 대한 아이디어는 맨해튼 프로젝트 초기인 1941년 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 그의 동료 에드워드 텔러(Edward Teller)에게 제안했습니다. 텔러는 맨해튼 프로젝트 기간 동안 원자폭탄 자체를 어느 정도 무시하면서 핵융합 폭탄 프로젝트 작업에 많은 작업을 바쳤습니다. 어려움에 대한 그의 초점과 문제 논의에서 "악마의 옹호자"의 입장은 오펜하이머가 텔러와 다른 "문제 있는" 물리학자들을 편파적으로 이끌도록 강요했습니다.

합성 프로젝트 구현을 위한 첫 번째 중요하고 개념적인 단계는 Teller의 협력자 Stanislav Ulam이 수행했습니다. 열핵융합을 시작하기 위해 Ulam은 1차 핵분열 반응의 요소를 사용하여 열핵연료를 가열하기 전에 압축하고 폭탄의 1차 핵 구성 요소와 별도로 열핵 충전물을 배치할 것을 제안했습니다. 이러한 제안을 통해 열핵무기 개발을 실용적인 수준으로 전환할 수 있게 되었습니다. 이를 바탕으로 텔러는 1차 폭발에 의해 생성된 엑스선과 감마선이 1차 폭발과 공통 껍질에 위치한 2차 구성요소에 충분한 에너지를 전달하여 열핵 반응을 시작하기에 충분한 내파(압축)를 수행할 수 있다고 제안했습니다. . Teller와 그의 지지자 및 반대자들은 나중에 이 메커니즘의 기초가 되는 이론에 대한 Ulam의 기여에 대해 논의했습니다.

1961년에는 역사상 가장 강력한 수소폭탄 폭발이 일어났습니다.
10월 30일 오전 11시 32분. Mityushi Bay 지역의 Novaya Zemlya 상공에서 지표면 위 4000m 고도에 TNT 5천만 톤 용량의 수소폭탄이 폭발했습니다.


소련은 역사상 가장 강력한 열핵 장치를 테스트했습니다. "절반" 버전(그리고 그러한 폭탄의 최대 출력은 100메가톤)에서도 폭발 에너지는 2차 세계 대전 중 모든 전쟁 당사자가 사용한 모든 폭발물의 총 위력보다 10배 더 높았습니다(원자력 포함). 히로시마와 나가사키에 원자폭탄이 떨어졌다). 폭발의 충격파가 세 번이나 돌았다. 지구, 처음으로 - 36시간 27분 만에.

빛의 섬광은 너무 밝아서 계속되는 구름에도 불구하고 Belushya Guba 마을의 지휘소에서도 볼 수있었습니다 (폭발 진원지에서 거의 200km 떨어져 있음). 버섯 구름은 높이 67km까지 자랐습니다. 폭발 당시 폭탄이 10,500 높이에서 계산된 폭발 지점까지 거대한 낙하산을 타고 천천히 떨어지는 동안 승무원과 사령관 Andrei Egorovich Durnovtsev 소령이 탑승한 Tu-95 항공모함은 이미 안전 지대. 사령관은 소련의 영웅 중령으로 비행장으로 돌아 왔습니다. 진원지에서 400km 떨어진 버려진 마을에서 목조 주택이 파괴되었고 석조 주택은 지붕, 창문 및 문을 잃었습니다. 폭발로 인해 시험장에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 전파 통과 조건이 거의 한 시간 동안 바뀌고 무선 통신이 중단되었습니다.

폭탄은 V.B. Adamskiy, Yu.N. 스미르노프, A.D. Sakharov, Yu.N. Babaev와 Yu.A. Trutnev (Sakharov는 사회주의 노동 영웅의 세 번째 메달을 수상했습니다). "장치"의 질량은 26톤이었고 특별히 개조된 Tu-95 전략 폭격기가 이를 운반하고 투하하는 데 사용되었습니다.



Tu 95 원자 곰

A. Sakharov가 부르는 "슈퍼 폭탄"은 항공기의 폭탄 베이에 맞지 않아 (길이는 8m, 직경은 약 2m) 동체의 비 동력 부분이 잘려졌습니다. 폭탄을 부착하기 위한 특수 리프팅 메커니즘과 장치가 설치되었습니다. 동시에, 비행 중에도 여전히 절반 이상이 튀어나와 있었습니다. 항공기 본체 전체, 심지어 프로펠러 블레이드까지 폭발 시 빛의 섬광으로부터 항공기를 보호하기 위해 특수 흰색 페인트로 덮여 있었습니다. 동반된 실험실 항공기의 몸체도 동일한 페인트로 덮여 있었습니다.



서부에서 "Tsar Bomba"라는 이름을 얻은 폭발 폭발의 결과는 인상적이었습니다.

* 폭발의 핵 "버섯"은 64km 높이까지 올라갔습니다. 캡의 직경은 40km에 이릅니다.
* 폭발의 불덩어리는 지면에 닿아 폭탄 투하 높이에 거의 도달했다(즉, 폭발의 불덩어리 반경은 약 4.5㎞였다).
* 방사선은 최대 100km 거리에서 3도 화상을 입혔습니다.
* 방사선 최고치에서 폭발은 태양력 1%에 도달했습니다.
* 폭발로 인한 충격파는 지구를 세 바퀴 돌았습니다.
* 대기의 이온화로 인해 시험장에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 1시간 동안 전파 간섭이 발생했습니다.
* 목격자들은 충격을 느꼈고 진원지에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 폭발이 일어났다고 묘사할 수 있었습니다. 또한 충격파는 진원지에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 파괴력을 어느 정도 유지했습니다.
* 음파는 딕슨 섬에 도달했고 폭발로 인해 집의 창문이 깨졌습니다.

이 시험의 정치적 결과는 소련이 무제한 무기를 보유하고 있음을 입증하는 것이었습니다. 대량 살상- 당시 미국이 시험한 폭탄의 최대 메가톤수는 차르 봄바보다 4배 적었습니다. 실제로 수소폭탄의 위력을 높이는 것은 단순히 작동물질의 질량을 늘리는 것으로 이뤄지기 때문에 원칙적으로 100메가톤이나 500메가톤 수소폭탄 생성을 막는 요인은 없다. (사실 Tsar Bomba는 100메가톤 규모로 설계되었습니다. Khrushchev에 따르면 "모스크바의 유리가 모두 깨지지 않도록" 계획된 폭발력은 절반으로 줄었습니다.) 이 테스트를 통해 소련은 모든 전력의 수소폭탄을 생성할 수 있는 능력과 폭탄을 폭발 지점까지 전달하는 수단을 시연했습니다.

수소폭탄
큰 무기 파괴적인 힘(TNT 환산 메가톤 단위), 작동 원리는 경핵의 열핵 융합 반응을 기반으로 합니다. 폭발 에너지의 원천은 태양과 다른 별에서 발생하는 과정과 유사합니다.
열핵 반응.태양 내부에는 엄청난 양의 수소가 함유되어 있으며, 이는 약 1000℃의 온도에서 초고압축 상태를 이루고 있습니다. 15,000,000K. 이렇게 높은 온도와 플라즈마 밀도에서 수소 핵은 서로 끊임없이 충돌하며, 그 중 일부는 융합을 일으키고 궁극적으로 더 무거운 헬륨 핵이 형성됩니다. 열핵융합이라 불리는 이러한 반응에는 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 물리학 법칙에 따르면 열핵 융합 중 에너지 방출은 더 무거운 핵이 형성되는 동안 그 구성에 포함된 가벼운 핵 질량의 일부가 엄청난 양의 에너지로 변환된다는 사실에 기인합니다. 이것이 바로 거대한 질량을 가진 태양이 열핵융합 과정에서 매일 대략 질량을 잃는 이유입니다. 1000억 톤의 물질이 방출되고 에너지가 방출됩니다. 가능한 삶지상에.
수소 동위원소.수소 원자는 기존의 모든 원자 중에서 가장 단순합니다. 그것은 하나의 전자가 회전하는 핵인 하나의 양성자로 구성됩니다. 물(H2O)에 대한 세심한 연구에 따르면 물에는 수소-중수소(2H)의 "중동위원소"를 포함하는 무시할 수 있는 양의 "중수"가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 중수소 핵은 양성자와 중성자로 구성됩니다. 양성자에 가까운 질량을 가진 중성 입자입니다. 수소의 세 번째 동위원소인 삼중수소가 있는데, 그 핵에는 양성자 1개와 중성자 2개가 포함되어 있습니다. 삼중수소는 불안정하고 자발적인 방사성 붕괴를 거쳐 헬륨의 동위원소로 변합니다. 삼중수소의 흔적은 지구 대기에서 발견되었으며, 이는 우주선과 공기를 구성하는 가스 분자의 상호 작용의 결과로 형성됩니다. 삼중수소는 인공적으로 생산된다. 원자로, 중성자 흐름으로 리튬-6 동위원소를 조사합니다.
수소폭탄 개발.예비 이론적 분석에 따르면 열핵융합은 중수소와 삼중수소의 혼합물에서 가장 쉽게 달성되는 것으로 나타났습니다. 이를 기초로 1950년 초 미국 과학자들은 수소폭탄(HB)을 만드는 프로젝트를 시작했습니다. 모델 핵 장치의 첫 번째 테스트는 1951년 봄 Enewetak 테스트 현장에서 수행되었습니다. 열핵융합은 부분적일 뿐이었다. 1951년 11월 1일 TNT 환산으로 4e8 Mt의 폭발력을 지닌 대규모 핵 장치를 테스트하는 동안 상당한 성공을 거두었습니다. 최초의 수소 공중폭탄은 1953년 8월 12일 소련에서 터졌고, 1954년 3월 1일 미국은 비키니 환초에서 더 강력한(약 1500만톤) 공중폭탄을 터뜨렸다. 그 이후로 두 강대국은 첨단 메가톤 무기를 폭발적으로 발사했습니다. 비키니 환초에서의 폭발은 많은 분량 방사성 물질. 그들 중 일부는 일본 어선 Lucky Dragon의 폭발 현장에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 떨어졌고 다른 일부는 Rongelap 섬을 덮었습니다. 열핵융합은 안정적인 헬륨을 생성하므로 순수한 수소폭탄의 폭발로 인한 방사능은 열핵반응의 원자폭탄의 방사능보다 높아서는 안 됩니다. 그러나 고려중인 경우에는 예측과 실제 낙진양과 구성이 상당히 다양했습니다.
수소폭탄의 작용 메커니즘.수소폭탄이 폭발하는 동안 일어나는 일련의 과정은 다음과 같이 표현될 수 있다. 첫째, NB 껍질 내부에 위치한 열핵 반응의 전하 개시제(소형 원자폭탄)가 폭발하여 중성자 섬광을 일으키고 열, 열핵융합을 시작하는 데 필요합니다. 중수소는 중수소와 리튬의 화합물입니다(질량수 6의 리튬 동위원소가 사용됨). 리튬-6은 중성자의 영향으로 헬륨과 삼중수소로 분리됩니다. 따라서 원자 퓨즈는 합성에 필요한 재료를 실제 폭탄 자체에서 직접 생성합니다. 그런 다음 중수소와 삼중수소의 혼합물에서 열핵 반응이 시작되고, 폭탄 내부의 온도가 급격히 증가하여 합성에 더 많은 수소가 포함됩니다. 온도가 더 상승하면 순수한 수소 폭탄의 특징인 중수소 핵 사이의 반응이 시작될 수 있습니다. 물론 모든 반응은 너무 빨리 일어나서 순간적으로 인식됩니다.
핵분열, 융합, 핵분열(슈퍼폭탄).실제로, 폭탄에서는 위에서 설명한 일련의 과정이 중수소와 삼중수소의 반응 단계에서 끝납니다. 또한 폭탄 설계자들은 핵융합을 사용하지 않고 핵분열을 사용하기로 결정했습니다. 중수소와 삼중수소 핵의 융합은 헬륨과 고속 중성자를 생성하며, 그 에너지는 우라늄-238(우라늄의 주요 동위원소이며 기존 원자폭탄에 사용되는 우라늄-235보다 훨씬 저렴함)의 핵분열을 일으킬 만큼 충분히 높습니다. 빠른 중성자는 초폭탄의 우라늄 껍질 원자를 분열시킵니다. 우라늄 1톤이 핵분열하면 1800만톤에 해당하는 에너지가 생성된다. 에너지는 폭발과 발열에만 국한되지 않습니다. 각 우라늄 핵은 두 개의 고방사성 "조각"으로 분리됩니다. 핵분열 생성물에는 36개의 서로 다른 화학 원소와 거의 200개의 방사성 동위원소가 포함되어 있습니다. 이 모든 것이 슈퍼폭탄 폭발에 수반되는 방사성 낙진을 구성합니다. 독특한 디자인과 설명된 작동 메커니즘 덕분에 이러한 유형의 무기를 원하는 만큼 강력하게 만들 수 있습니다. 같은 위력의 원자폭탄보다 훨씬 저렴합니다.
폭발의 결과.충격파와 열 효과. 슈퍼폭탄 폭발의 직접적인(1차) 영향은 세 가지입니다. 가장 명백하고 직접적인 영향은 엄청난 강도의 충격파입니다. 폭탄의 위력, 지구 표면 위의 폭발 높이, 지형의 특성에 따라 충격의 강도는 폭발 진원지로부터의 거리에 따라 감소합니다. 폭발의 열 영향은 동일한 요인에 의해 결정되지만 공기의 투명도에도 따라 달라집니다. 안개는 열 플래시가 심각한 화상을 일으킬 수 있는 거리를 급격히 줄입니다. 계산에 따르면, 20메가톤 폭탄이 폭발하는 동안 1) 진원지에서 약 8km 떨어진 지하 철근 콘크리트 대피소로 피신하면 50%의 경우 사람들이 살아남을 수 있습니다. 폭발(E), 2)은 약 거리에 있는 일반 도시 건물에서 발생합니다. EV에서 15km, 3) 약 거리의 열린 장소에서 자신을 발견했습니다. EV에서 20km. 시야가 좋지 않고 최소 25km 거리에서 대기가 맑으면 개방된 지역에 있는 사람들의 생존 가능성은 진원지로부터의 거리에 따라 급격히 증가합니다. 32km 거리에서 계산된 값은 90% 이상입니다. 폭발 시 생성된 침투 방사선이 폭발을 일으키는 영역 죽음, 고출력 슈퍼폭탄의 경우에도 상대적으로 작습니다.
불 공.불덩이에 포함된 가연성 물질의 구성과 질량에 따라 거대한 자립형 불폭풍이 형성되어 여러 시간 동안 맹위를 떨칠 수 있습니다. 그러나 폭발로 인한 가장 위험한(부차적이긴 하지만) 결과는 환경의 방사능 오염입니다.
낙진. 그것이 어떻게 형성되는지.
폭탄이 폭발하면 생성된 불덩어리는 엄청난 양의 방사성 입자로 채워집니다. 일반적으로 이러한 입자는 너무 작아서 대기권 상층부에 도달하면 오랫동안 그곳에 머물 수 있습니다. 그러나 불덩이가 지구 표면과 접촉하면 그 위의 모든 것이 뜨거운 먼지와 재로 바뀌고 불타는 토네이도가 됩니다. 화염의 회오리바람 속에서 그들은 방사성 입자와 혼합되고 결합됩니다. 가장 큰 먼지를 제외한 방사성 먼지는 즉시 가라앉지 않습니다. 미세한 먼지는 생성된 구름에 의해 운반되어 바람과 함께 이동하면서 점차적으로 떨어집니다. 폭발 현장에서 직접적으로 방사능 낙진은 극도로 강렬할 수 있습니다. 주로 땅에 큰 먼지가 쌓입니다. 폭발 현장에서 수백 킬로미터 떨어져 있고 더 먼 거리에 있지만 작지만 여전히 눈에 보이는재 입자. 그들은 종종 떨어진 눈과 유사한 덮개를 형성하여 우연히 근처에 있는 사람에게 치명적입니다. 더 작고 눈에 보이지 않는 입자라도 땅에 정착하기 전에 몇 달, 심지어 몇 년 동안 대기 중에 떠돌며 지구를 여러 번 돌 수 있습니다. 그들이 떨어질 때쯤에는 방사능이 상당히 약해집니다. 가장 위험한 방사선은 반감기가 28년인 스트론튬-90이다. 그 손실은 전 세계적으로 명확하게 관찰됩니다. 나뭇잎과 풀에 정착하면 결국 먹이 사슬, 인간을 포함하여. 그 결과, 아직 위험하지는 않지만 눈에 띄는 양의 스트론튬-90이 대부분의 국가 거주자들의 뼈에서 발견되었습니다. 인간의 뼈에 스트론튬-90이 축적되면 악성 뼈 종양이 형성될 수 있으므로 장기적으로 매우 위험합니다.
방사성 낙진으로 인해 해당 지역이 장기간 오염되었습니다.적대 행위가 발생할 경우 수소폭탄을 사용하면 약 반경 내 지역이 즉시 방사능 오염으로 이어질 것입니다. 폭발 진원지로부터 100km. 슈퍼폭탄이 터지면 수만 제곱킬로미터의 면적이 오염된다. 폭탄 하나로 파괴할 수 있는 엄청난 면적은 완전히 새로운 유형의 무기입니다. 슈퍼폭탄이 목표물에 맞지 않더라도, 즉 충격-열 효과로 물체에 부딪히지 않으며 폭발에 수반되는 관통 방사선 및 방사성 낙진으로 인해 주변 공간이 거주할 수 없게 됩니다. 이러한 강수량은 며칠, 몇 주, 심지어 몇 달 동안 계속될 수 있습니다. 그 양에 따라 방사선의 강도는 치명적인 수준에 도달할 수 있습니다. 상대적으로 적은 수의 슈퍼폭탄만으로도 넓은 나라를 모든 생물에게 치명적인 방사성 먼지 층으로 완전히 덮을 수 있습니다. 그리하여 슈퍼폭탄의 탄생은 대륙 전체를 사람이 살 수 없게 만드는 시대의 시작을 알렸다. 이후에도 장기직접 노출을 중단한 후 방사성 낙진스트론튬-90과 같은 동위원소의 높은 방사성 독성으로 인한 위험은 여전히 ​​남아 있을 것입니다. 이 동위원소로 오염된 토양에서 재배된 식품으로 인해 방사능이 인체에 유입됩니다.
또한보십시오

많은 독자들은 수소폭탄을 훨씬 더 강력한 원자폭탄과 연관시킵니다. 사실, 이것은 근본적으로 새로운 무기로, 생성을 위해 불균형적으로 큰 지적 노력이 필요하고 근본적으로 다른 물리적 원리에 따라 작동합니다.


"퍼프"

현대 폭탄

원자폭탄과 수소폭탄의 유일한 공통점은 둘 다 원자핵에 숨겨진 엄청난 에너지를 방출한다는 것입니다. 이는 우라늄이나 플루토늄과 같은 무거운 핵을 더 가벼운 핵으로 나누거나(분열 반응), 가장 가벼운 수소 동위원소를 강제로 병합하는(융합 반응) 두 가지 방법으로 수행될 수 있습니다. 두 반응의 결과로 생성되는 물질의 질량은 항상 원래 원자의 질량보다 작습니다. 그러나 질량은 흔적 없이 사라질 수 없습니다. 아인슈타인의 유명한 공식 E=mc2에 따르면 질량은 에너지로 변합니다.

원자폭탄

원자폭탄을 만들기 위해서는 핵분열성 물질을 충분히 확보하는 것이 필요충분조건이다. 이 작업은 상당히 노동 집약적이지만 지적 수준이 낮고 고급 과학보다는 광산업에 더 가깝습니다. 그러한 무기를 만드는 데 필요한 주요 자원은 거대한 우라늄 광산과 농축 공장을 건설하는 데 사용됩니다. 장치의 단순성에 대한 증거는 첫 번째 폭탄에 필요한 플루토늄 생산과 소련의 첫 번째 핵폭발 사이에 한 달도 채 지나지 않았다는 사실입니다.

학교 물리학 과정에서 알려진 그러한 폭탄의 작동 원리를 간략하게 기억해 보겠습니다. 이는 우라늄과 일부 초우라늄 원소(예: 플루토늄)가 붕괴 중에 하나 이상의 중성자를 방출하는 특성을 기반으로 합니다. 이들 원소는 자연적으로 붕괴되거나 다른 중성자의 영향으로 붕괴될 수 있습니다.

방출된 중성자는 방사성 물질을 떠나거나 다른 원자와 충돌하여 또 다른 핵분열 반응을 일으킬 수 있습니다. 물질의 특정 농도(임계 질량)가 초과되면 원자핵의 추가 분열을 일으키는 신생 중성자의 수가 붕괴되는 핵의 수를 초과하기 시작합니다. 붕괴하는 원자의 수가 눈사태처럼 늘어나기 시작하여 새로운 중성자가 생성되는, 즉 연쇄반응이 일어난다. 우라늄-235의 경우 임계질량은 약 50kg, 플루토늄-239의 경우 5.6kg이다. 즉, 5.6kg보다 약간 작은 무게의 플루토늄 공은 단지 따뜻한 금속 조각일 뿐이며, 약간 더 큰 질량은 몇 나노초만 지속됩니다.

폭탄의 실제 작동은 간단합니다. 각각 임계 질량보다 약간 작은 두 개의 우라늄 또는 플루토늄 반구를 가져와 45cm 거리에 배치하고 폭발물로 덮어 폭발시킵니다. 우라늄이나 플루토늄은 초임계 덩어리로 소결되고 핵반응이 시작됩니다. 모두. 핵반응을 시작하는 또 다른 방법이 있습니다 - 압축 강력한 폭발플루토늄 조각: 원자 사이의 거리가 줄어들고 반응은 더 낮은 임계 질량에서 시작됩니다. 모든 현대 원자폭탄은 이 원리에 따라 작동합니다.

원자폭탄의 문제는 폭발력을 높이고 싶은 순간부터 시작된다. 단순히 핵분열성 물질을 늘리는 것만으로는 충분하지 않습니다. 질량이 임계 질량에 도달하자마자 폭발합니다. 예를 들어, 두 부분이 아닌 여러 부분으로 폭탄을 만들기 위해 다양한 독창적인 계획이 발명되었습니다. 이로 인해 폭탄은 터진 오렌지색처럼 보이기 시작한 다음 한 번의 폭발로 하나의 조각으로 조립하지만 여전히 강력한 힘을 가지고 있습니다. 100킬로톤이 넘는 문제는 극복할 수 없게 되었습니다.

수소폭탄

그러나 열핵융합 연료에는 임계질량이 없습니다. 여기에 열핵 연료로 가득 찬 태양이 머리 위에 매달려 있습니다. 내부에는 이미 수십억 개가 있습니다. 세월이 흐르다열핵 반응 - 아무것도 폭발하지 않습니다. 또한 중수소와 삼중수소(수소의 중중 및 초중 동위원소) 등의 합성 반응에서는 같은 질량의 우라늄-235를 연소할 때보다 4.2배 더 많은 에너지가 방출됩니다.

원자폭탄을 만드는 것은 이론적인 과정이라기보다는 실험적인 과정이었습니다. 수소폭탄을 만들기 위해서는 완전히 새로운 물리적 학문, 즉 고온 플라즈마와 초고압의 물리학이 등장해야 했습니다. 폭탄 제작을 시작하기 전에 별의 중심부에서만 일어나는 현상의 본질을 철저히 이해하는 것이 필요했습니다. 여기에는 어떤 실험도 도움이 될 수 없습니다. 연구원의 도구는 이론 물리학과 고등 수학뿐이었습니다. 열핵무기 개발에서 엄청난 역할이 수학자(Ulam, Tikhonov, Samarsky 등)에게 속한다는 것은 우연이 아닙니다.

클래식 슈퍼

1945년 말, 에드워드 텔러(Edward Teller)는 "클래식 슈퍼(classic super)"라고 불리는 최초의 수소폭탄 설계를 제안했습니다. 핵융합 반응을 시작하는 데 필요한 엄청난 압력과 온도를 생성하려면 기존의 원자 폭탄을 사용해야 했습니다. "클래식 슈퍼" 자체는 중수소로 채워진 긴 실린더였습니다. 중수소-삼중수소 혼합물이 포함된 중간 "점화" 챔버도 제공되었습니다. 중수소와 삼중수소의 합성 반응은 더 낮은 압력에서 시작됩니다. 불과 유사하게 중수소는 장작, 중수소와 삼중수소의 혼합물(휘발유 한 잔, 원자폭탄)의 역할을 하도록 되어 있었습니다. 이 계획은 한쪽 끝에 원자 라이터가 달린 일종의 시가인 "파이프"라고 불렸습니다. 소련의 물리학자들도 같은 계획을 사용하여 수소폭탄을 개발하기 시작했습니다.

그러나 수학자 Stanislav Ulam은 일반적인 계산자를 사용하여 "슈퍼"에서 순수한 중수소의 융합 반응이 일어나는 것이 거의 불가능하며 혼합물을 생성하려면 삼중수소의 양이 필요하다는 것을 Teller에게 증명했습니다. 미국에서 무기급 플루토늄 생산을 실질적으로 중단하는 것이 필요합니다.

설탕을 곁들인 퍼프

1946년 중반에 텔러는 또 다른 수소폭탄 설계인 "알람시계"를 제안했습니다. 그것은 우라늄, 중수소, 삼중수소의 구형 층이 교대로 구성되어 있습니다. 플루토늄 중심 전하의 핵폭발 중에 폭탄의 다른 층에서 열핵 반응을 시작하는 데 필요한 압력과 온도가 생성되었습니다. 그러나 "알람시계"에는 고출력 원자 개시자가 필요했고 미국(소련도 포함)은 무기급 우라늄과 플루토늄을 생산하는 데 문제가 있었습니다.

1948년 가을, 안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)도 비슷한 계획을 세웠습니다. 소련에서는 이 디자인을 "슬로이카(sloyka)"라고 불렀습니다. 무기급 우라늄-235와 플루토늄-239를 충분한 양으로 생산할 시간이 없었던 소련에게 사하로프의 퍼프 페이스트는 만병통치약이었다. 그것이 바로 그 이유입니다.

재래식 원자폭탄에서 천연 우라늄-238은 쓸모가 없을 뿐만 아니라(붕괴 중 중성자 에너지는 핵분열을 시작하기에 충분하지 않음) 2차 중성자를 탐욕스럽게 흡수하여 속도를 늦추기 때문에 해롭습니다. 연쇄 반응. 따라서 무기급 우라늄의 90%는 동위원소인 우라늄-235로 구성되어 있습니다. 그러나 열핵융합으로 생성된 중성자는 핵분열 중성자보다 에너지가 10배 더 강하며, 이러한 중성자를 조사한 천연 우라늄-238은 훌륭하게 핵분열을 시작합니다. 새로운 폭탄산업 폐기물로 분류됐던 우라늄-238을 폭발물로 사용할 수 있게 됐다.

Sakharov의 "퍼프 페이스트리"의 하이라이트는 급성 결핍된 삼중수소 대신 백색광 결정질 물질인 중수소리튬 6LiD를 사용했다는 것입니다.

위에서 언급한 바와 같이, 중수소와 삼중수소의 혼합물은 순수한 중수소보다 훨씬 더 쉽게 발화됩니다. 그러나 삼중수소의 장점은 여기서 끝나고 단점만 남습니다. 정상 상태에서 삼중수소는 가스이므로 저장이 어렵습니다. 삼중수소는 방사성이며 안정한 헬륨-3으로 붕괴하여 매우 필요한 고속 중성자를 적극적으로 소비하므로 폭탄의 유효 기간이 몇 달로 제한됩니다.

비방사성 중수소리튬은 느린 핵분열 중성자로 조사되면(원자 퓨즈 폭발의 결과) 삼중수소로 변합니다. 따라서 1차 원자 폭발로 인한 방사선은 추가 열핵 반응을 위해 즉시 충분한 양의 삼중수소를 생성하며, 중수소는 초기에 중수소리튬에 존재합니다.

1953년 8월 12일 세미팔라틴스크 시험장 타워에서 성공적으로 시험된 것은 바로 RDS-6s 폭탄이었습니다. 폭발의 위력은 400킬로톤에 달했는데, 이것이 진짜 열핵폭발인지, 초강력 원자폭발인지에 대해서는 여전히 논란이 있다. 결국, Sakharov 퍼프 페이스트의 열핵 융합 반응은 전체 충전 전력의 20%를 넘지 않았습니다. 폭발의 주요 원인은 빠른 중성자로 조사된 우라늄-238의 붕괴 반응에 의해 이루어졌으며, 덕분에 RDS-6는 소위 "더러운" 폭탄 시대를 열었습니다.

사실 주요 방사성 오염은 붕괴 생성물(특히 스트론튬-90 및 세슘-137)에서 비롯됩니다. 본질적으로 Sakharov의 "퍼프 페이스트리"는 거대한 원자 폭탄이었으며 열핵 반응에 의해 약간만 강화되었습니다. 단 한 번의 "퍼프 페이스트리" 폭발로 인해 스트론튬-90의 82%와 세슘-137의 75%가 생성된 것은 우연이 아닙니다. 이 세슘-137은 세미팔라틴스크 시험장의 전체 역사 동안 대기에 유입되었습니다.

미국 폭탄

그러나 수소폭탄을 최초로 터뜨린 것은 미국인이었다. 1952년 11월 1일 Elugelab Atoll에서 태평양 10메가톤의 출력을 가진 마이크 열핵 장치가 성공적으로 테스트되었습니다. 74톤짜리 미국산 장치를 폭탄이라고 부르기는 어려울 것이다. "마이크"는 크기가 큰 장치였습니다. 2층집, 절대 영도에 가까운 온도에서 액체 중수소로 채워져 있습니다 (Sakharov의 "퍼프 페이스트리"는 완전히 운송 가능한 제품이었습니다). 그러나 "마이크"의 하이라이트는 크기가 아니라 열핵폭발물을 압축하는 독창적인 원리였습니다.

수소폭탄의 주요 아이디어는 핵폭발을 통해 핵융합 조건(초고압 및 온도)을 만드는 것이라는 점을 상기해보자. "퍼프"방식에서는 핵 전하가 중앙에 위치하므로 중수소를 압축하지 않고 바깥쪽으로 흩어지게합니다. 열핵 폭발물의 양을 늘려도 전력이 증가하지 않습니다. 폭발할 시간이 있어요. 이것이 바로 이 계획의 최대 출력을 제한하는 요소입니다. 1957년 5월 31일 영국군에 의해 폭파된 세계에서 가장 강력한 "퍼프"인 Orange Herald는 720킬로톤에 불과했습니다.

내부에서 원자 신관을 폭발시켜 열핵 폭발물을 압축할 수 있다면 이상적일 것입니다. 하지만 어떻게 해야 할까요? Edward Teller는 기계적 에너지와 중성자 플럭스가 아닌 1차 원자 퓨즈의 방사선을 사용하여 열핵연료를 압축하는 훌륭한 아이디어를 내놓았습니다.

텔러의 새로운 설계에서는 초기 원자 단위가 열핵 단위에서 분리되었습니다. 원자 전하가 발생하면 X선 방사선이 충격파에 앞서 원통형 본체의 벽을 따라 확산되어 증발하여 폭탄 본체의 폴리에틸렌 내부 라이닝을 플라즈마로 전환시킵니다. 플라즈마는 차례로 우라늄-238 내부 실린더의 외부 층인 "푸셔"에 흡수된 부드러운 X선을 다시 방출했습니다. 층이 폭발적으로 증발하기 시작했습니다(이 현상을 절제라고 함). 뜨거운 우라늄 플라즈마는 초강력 로켓 엔진의 제트와 비교할 수 있으며, 그 추진력은 중수소가 있는 실린더로 향합니다. 우라늄 실린더가 붕괴되고 중수소의 압력과 온도가 임계 수준에 도달했습니다. 동일한 압력으로 중앙의 플루토늄 튜브가 임계 질량까지 압축되어 폭발했습니다. 플루토늄 퓨즈가 내부에서 중수소를 눌렀을 때 폭발하면서 열핵 폭발물이 더욱 압축되고 가열되어 폭발했습니다. 강렬한 중성자 흐름이 "푸셔"의 우라늄-238 핵을 분열시켜 2차 붕괴 반응을 일으킵니다. 이 모든 일은 1차 핵폭발로 인한 폭발파가 열핵 장치에 도달하기 전에 일어났습니다. 수십억 분의 1초에 발생하는 이 모든 사건을 계산하려면 지구상에서 가장 강력한 수학자들의 두뇌 능력이 필요했습니다. "Mike"의 제작자는 10메가톤 폭발로 인한 공포가 아니라 형언할 수 없는 기쁨을 경험했습니다. 현실 세계별의 핵심에만 접근할 뿐만 아니라 지구에 자신의 작은 별을 설치하여 실험적으로 이론을 테스트합니다.

브라보

디자인의 아름다움에서 러시아인을 능가한 미국인은 장치를 소형으로 만들 수 없었습니다. 그들은 Sakharov의 분말 리튬 중수소 대신 액체 과냉각 중수소를 사용했습니다. Los Alamos에서 그들은 Sakharov의 "퍼프 페이스트리"에 약간의 부러움을 느꼈습니다. "러시아인들은 생우유 한 통이 담긴 거대한 소 대신 분유 한 봉지를 사용합니다." 그러나 양측은 서로에게 비밀을 숨기지 못했습니다. 1954년 3월 1일 비키니 환초 근처에서 미국인들은 중수소리튬을 사용한 15메가톤 폭탄 "브라보"를 시험했고, 1955년 11월 22일에는 1.7메가톤의 위력을 지닌 소련 최초의 2단 열핵폭탄 RDS-37을 시험했습니다. 세미팔라틴스크 시험장에서 폭발이 일어나 시험장의 거의 절반이 파괴되었습니다. 그 이후로 열핵폭탄의 설계는 약간의 변경을 거쳐(예를 들어, 초기 폭탄과 주폭탄 사이에 우라늄 보호막이 나타남) 표준이 되었습니다. 그리고 이토록 화려한 실험으로 풀 수 있는 대규모 자연의 신비는 세상에 더 이상 남아 있지 않습니다. 아마도 초신성의 탄생일 것이다.



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