Em que princípio se baseia a bomba de hidrogênio? Bomba de hidrogênio

As usinas nucleares operam com base no princípio de liberar e reter energia nuclear. Este processo deve ser controlado. A energia liberada se transforma em eletricidade. Uma bomba atômica provoca uma reação em cadeia completamente incontrolável, e a enorme quantidade de energia liberada causa uma destruição terrível. O urânio e o plutônio não são elementos tão inofensivos da tabela periódica que levam a catástrofes globais.

Para entender qual é a bomba atômica mais poderosa do planeta, aprenderemos mais sobre tudo. O hidrogênio e as bombas atômicas pertencem à energia nuclear. Se combinarmos dois pedaços de urânio, mas cada um tiver uma massa abaixo da massa crítica, então esta “união” excederá em muito a massa crítica. Cada nêutron participa de uma reação em cadeia porque divide o núcleo e libera outros 2-3 nêutrons, que causam novas reações de decaimento.

A força de nêutrons está completamente além do controle humano. Em menos de um segundo, centenas de milhares de milhões de decaimentos recém-formados não só libertam enormes quantidades de energia, como também se tornam fontes de radiação intensa. Esta chuva radioativa cobre a terra, os campos, as plantas e todos os seres vivos com uma camada espessa. Se falarmos dos desastres de Hiroshima, podemos constatar que 1 grama de explosivo causou a morte de 200 mil pessoas.

Acredita-se que uma bomba de vácuo criada por as mais recentes tecnologias, pode competir com a nuclear. O fato é que, em vez do TNT, aqui se utiliza uma substância gasosa várias dezenas de vezes mais potente. A bomba aérea de alta potência é a bomba de vácuo mais poderosa do mundo, que não é uma arma nuclear. Pode destruir o inimigo, mas as casas e os equipamentos não serão danificados e não haverá produtos de decomposição.

Qual é o princípio de seu funcionamento? Imediatamente após ser lançado do bombardeiro, um detonador é ativado a alguma distância do solo. O corpo é destruído e uma enorme nuvem é pulverizada. Quando misturado com oxigênio, começa a penetrar em qualquer lugar - em casas, bunkers, abrigos. A queima do oxigênio cria um vácuo em todos os lugares. Quando esta bomba é lançada, uma onda supersônica é produzida e muito alta temperatura.

A diferença entre uma bomba de vácuo americana e uma russa

As diferenças são que este último pode destruir um inimigo mesmo em um bunker usando a ogiva apropriada. Durante uma explosão no ar, a ogiva cai e atinge com força o solo, cavando a uma profundidade de até 30 metros. Após a explosão, forma-se uma nuvem que, aumentando de tamanho, pode penetrar nos abrigos e ali explodir. As ogivas americanas estão cheias de TNT comum, por isso destroem edifícios. Bomba de vácuo destrói um objeto específico, pois possui um raio menor. Não importa qual bomba é a mais poderosa - qualquer uma delas desfere um golpe destrutivo incomparável, afetando todos os seres vivos.

Bomba de hidrogênio

A bomba de hidrogênio é outra arma nuclear terrível. A combinação de urânio e plutônio gera não só energia, mas também temperatura, que sobe até um milhão de graus. Os isótopos de hidrogênio se combinam para formar núcleos de hélio, o que cria uma fonte de energia colossal. A bomba de hidrogênio é a mais poderosa - isso é um fato indiscutível. Basta imaginar que sua explosão equivale às explosões de 3.000 bombas atômicas em Hiroshima. Tanto nos EUA como na ex-URSS podem-se contar 40 mil bombas de potência variada - nuclear e de hidrogênio.

A explosão dessa munição é comparável aos processos observados dentro do Sol e das estrelas. Os nêutrons rápidos dividem as cápsulas de urânio da própria bomba a uma velocidade enorme. Não apenas o calor é liberado, mas também a precipitação radioativa. Existem até 200 isótopos. A produção dessas armas nucleares é mais barata que as atômicas e seu efeito pode ser potencializado quantas vezes for desejado. Esta é a bomba mais poderosa detonada na União Soviética em 12 de agosto de 1953.

Consequências da explosão

O resultado da explosão de uma bomba de hidrogênio é triplo. A primeira coisa que acontece é que uma poderosa onda de choque é observada. Sua potência depende da altura da explosão e do tipo de terreno, bem como do grau de transparência do ar. Podem formar-se grandes tempestades de fogo que não diminuem por várias horas. E ainda assim o secundário e mais consequência perigosa, que a bomba termonuclear mais poderosa pode causar é a radiação radioativa e a contaminação da área circundante por um longo tempo.

Restos radioativos da explosão de uma bomba de hidrogênio

Quando ocorre uma explosão, a bola de fogo contém muitas partículas radioativas muito pequenas que ficam retidas na camada atmosférica da Terra e lá permanecem por muito tempo. Ao entrar em contato com o solo, esta bola de fogo cria poeira incandescente composta por partículas de decomposição. Primeiro assenta o maior e depois o mais leve, que é carregado por centenas de quilômetros com a ajuda do vento. Essas partículas podem ser vistas a olho nu, por exemplo, essa poeira pode ser vista na neve; Isso leva a resultado fatal, se alguém estiver por perto. As menores partículas podem permanecer na atmosfera por muitos anos e “viajar” dessa forma, circulando diversas vezes por todo o planeta. As suas emissões radioactivas tornar-se-ão mais fracas quando caírem sob a forma de precipitação.

Se eclodir uma guerra nuclear com uma bomba de hidrogénio, as partículas contaminadas levarão à destruição da vida num raio de centenas de quilómetros do epicentro. Se uma superbomba for usada, uma área de vários milhares de quilômetros será contaminada, tornando a Terra completamente inabitável. Acontece que a bomba mais poderosa do mundo criada pelo homem é capaz de destruir continentes inteiros.

Bomba termonuclear "mãe de Kuzka". Criação

A bomba AN 602 recebeu vários nomes - “Tsar Bomba” e “Mãe de Kuzka”. Foi desenvolvido na União Soviética em 1954-1961. Teve o mais poderoso dispositivo explosivo para toda a existência da humanidade. O trabalho na sua criação foi realizado ao longo de vários anos num laboratório altamente classificado denominado “Arzamas-16”. Uma bomba de hidrogênio com potência de 100 megatons é 10 mil vezes mais poderosa que a bomba lançada sobre Hiroshima.

Sua explosão é capaz de varrer Moscou da face da Terra em questão de segundos. O centro da cidade poderia facilmente evaporar no sentido literal da palavra, e todo o resto poderia se transformar em pequenos escombros. A bomba mais poderosa do mundo destruiria Nova Iorque e todos os seus arranha-céus. Isso deixaria para trás uma cratera lisa e derretida de vinte quilômetros de comprimento. Com tal explosão, não seria possível escapar descendo até o metrô. Todo o território num raio de 700 quilômetros seria destruído e infectado com partículas radioativas.

Explosão da Bomba do Czar - ser ou não ser?

No verão de 1961, os cientistas decidiram realizar um teste e observar a explosão. A bomba mais poderosa do mundo explodiria em um local de testes localizado no extremo norte da Rússia. A enorme área do aterro ocupa todo o território da ilha Nova Terra. A escala da derrota deveria ser de 1.000 quilômetros. A explosão pode ter contaminado centros industriais como Vorkuta, Dudinka e Norilsk. Os cientistas, tendo compreendido a escala do desastre, juntaram as cabeças e perceberam que o teste foi cancelado.

Não havia lugar para testar a famosa e incrivelmente poderosa bomba em nenhum lugar do planeta, apenas a Antártica permaneceu. Mas também não foi possível realizar uma explosão no continente gelado, já que o território é considerado internacional e obter permissão para tais testes é simplesmente irrealista. Tive que reduzir a carga desta bomba em 2 vezes. Mesmo assim, a bomba foi detonada em 30 de outubro de 1961 no mesmo local - na ilha de Novaya Zemlya (a uma altitude de cerca de 4 quilômetros). Durante a explosão, foi observado um enorme cogumelo atômico monstruoso, que subiu 67 quilômetros no ar, e a onda de choque circulou o planeta três vezes. Aliás, no museu Arzamas-16, na cidade de Sarov, você pode assistir aos cinejornais da explosão em uma excursão, embora afirmem que esse espetáculo não é para os fracos de coração.

Muitos de nossos leitores associam a bomba de hidrogênio a uma bomba atômica, só que muito mais poderosa. Na verdade, esta é uma arma fundamentalmente nova, que exigiu esforços intelectuais desproporcionalmente grandes para a sua criação e funciona com princípios físicos fundamentalmente diferentes.

"Sopro"

Bomba moderna

A única coisa que as bombas atômica e de hidrogênio têm em comum é que ambas liberam uma energia colossal escondida no núcleo atômico. Isso pode ser feito de duas maneiras: dividir núcleos pesados, por exemplo, urânio ou plutônio, em núcleos mais leves (reação de fissão) ou forçar a fusão dos isótopos mais leves de hidrogênio (reação de fusão). Como resultado de ambas as reações, a massa do material resultante é sempre menor que a massa dos átomos originais. Mas a massa não pode desaparecer sem deixar vestígios – ela se transforma em energia de acordo com a famosa fórmula de Einstein E=mc2.

Bomba atômica

Para criar uma bomba atômica, uma condição necessária e suficiente é obter material físsil em quantidade suficiente. O trabalho é bastante intensivo em mão-de-obra, mas pouco intelectual, estando mais próximo da indústria mineira do que da alta ciência. Os principais recursos para a criação de tais armas são gastos na construção de gigantescas minas de urânio e fábricas de enriquecimento. A prova da simplicidade do dispositivo é o facto de ter passado menos de um mês entre a produção do plutónio necessário para a primeira bomba e a primeira explosão nuclear soviética.

Vamos relembrar brevemente o princípio de funcionamento de tal bomba, conhecido nos cursos escolares de física. Baseia-se na propriedade do urânio e de alguns elementos transurânicos, por exemplo, o plutônio, de liberar mais de um nêutron durante a decadência. Esses elementos podem decair espontaneamente ou sob a influência de outros nêutrons.

O nêutron liberado pode deixar o material radioativo ou pode colidir com outro átomo, causando outra reação de fissão. Quando uma certa concentração de uma substância (massa crítica) é excedida, o número de nêutrons recém-nascidos, causando maior fissão do núcleo atômico, começa a exceder o número de núcleos em decomposição. O número de átomos em decomposição começa a crescer como uma avalanche, dando origem a novos nêutrons, ou seja, ocorre uma reação em cadeia. Para o urânio-235, a massa crítica é de cerca de 50 kg, para o plutônio-239 - 5,6 kg. Ou seja, uma bola de plutônio pesando um pouco menos de 5,6 kg é apenas um pedaço de metal quente, e uma massa um pouco maior dura apenas alguns nanossegundos.

O funcionamento real da bomba é simples: pegamos dois hemisférios de urânio ou plutônio, cada um um pouco menor que a massa crítica, colocamos a uma distância de 45 cm, cobrimos com explosivos e detonamos. O urânio ou plutônio é sinterizado em um pedaço de massa supercrítica e uma reação nuclear começa. Todos. Existe outra maneira de iniciar uma reação nuclear - comprimir um pedaço de plutônio com uma explosão poderosa: a distância entre os átomos diminuirá e a reação começará com uma massa crítica menor. Todos os detonadores atômicos modernos operam com base neste princípio.

Os problemas da bomba atômica começam a partir do momento em que queremos aumentar a potência da explosão. Simplesmente aumentar o material físsil não é suficiente – assim que a sua massa atinge uma massa crítica, ele detona. Vários esquemas engenhosos foram inventados, por exemplo, para fazer uma bomba não de duas partes, mas de muitas, o que fez a bomba começar a se parecer com uma laranja eviscerada e depois montá-la em uma só peça com uma explosão, mas ainda assim, com um poder de mais de 100 quilotons, os problemas tornaram-se intransponíveis.

Bomba H

Mas o combustível para a fusão termonuclear não tem massa crítica. Aqui o Sol, cheio de combustível termonuclear, paira no alto, uma reação termonuclear ocorre dentro dele há bilhões de anos e nada explode. Além disso, a reação de síntese de, por exemplo, deutério e trítio (isótopo pesado e superpesado do hidrogênio) libera 4,2 vezes mais energia do que a combustão da mesma massa de urânio-235.

Fazer a bomba atômica foi um processo experimental e não teórico. A criação de uma bomba de hidrogênio exigiu o surgimento de disciplinas físicas completamente novas: a física do plasma de alta temperatura e das pressões ultra-altas. Antes de começar a construir uma bomba, era necessário compreender profundamente a natureza dos fenômenos que ocorrem apenas no núcleo das estrelas. Nenhum experimento poderia ajudar aqui - as ferramentas dos pesquisadores eram apenas física teórica e matemática superior. Não é por acaso que um papel gigantesco no desenvolvimento de armas termonucleares pertence aos matemáticos: Ulam, Tikhonov, Samarsky, etc.

Clássico super

No final de 1945, Edward Teller propôs o primeiro projeto de bomba de hidrogênio, chamada de "super clássica". Para criar a monstruosa pressão e temperatura necessárias para iniciar a reação de fusão, deveria ser usada uma bomba atômica convencional. O próprio “super clássico” era um longo cilindro cheio de deutério. Também foi fornecida uma câmara intermediária de “ignição” com uma mistura de deutério-trítio - a reação de síntese de deutério e trítio começa a uma pressão mais baixa. Por analogia com o fogo, o deutério deveria desempenhar o papel de lenha, uma mistura de deutério e trítio - um copo de gasolina e uma bomba atômica - um fósforo. Esse esquema foi chamado de “cachimbo” – uma espécie de charuto com um isqueiro atômico em uma das pontas. Os físicos soviéticos começaram a desenvolver a bomba de hidrogênio usando o mesmo esquema.

No entanto, o matemático Stanislav Ulam, usando uma régua de cálculo comum, provou a Teller que a ocorrência de uma reação de fusão de deutério puro em um “super” dificilmente é possível, e a mistura exigiria uma quantidade tal de trítio que seria necessária para produzi-la. será necessário congelar praticamente a produção de plutónio para fins militares nos Estados Unidos.

Folhado com açúcar

Em meados de 1946, Teller propôs outro projeto de bomba de hidrogênio - o “despertador”. Consistia em camadas esféricas alternadas de urânio, deutério e trítio. Durante a explosão nuclear da carga central de plutônio, foram criadas a pressão e a temperatura necessárias para o início de uma reação termonuclear nas demais camadas da bomba. No entanto, o “despertador” exigia um iniciador atómico de alta potência, e os Estados Unidos (assim como a URSS) tiveram problemas na produção de urânio e plutónio para armas.

No outono de 1948, Andrei Sakharov adotou um esquema semelhante. Na União Soviética, o design foi chamado de “sloyka”. Para a URSS, que não teve tempo de produzir urânio-235 e plutónio-239 para fins militares em quantidades suficientes, a pasta folhada de Sakharov era uma panaceia. E aqui está o porquê.

Numa bomba atómica convencional, o urânio-238 natural não só é inútil (a energia dos neutrões durante a decadência não é suficiente para iniciar a fissão), mas também prejudicial porque absorve avidamente os neutrões secundários, retardando a reacção em cadeia. Portanto, 90% do urânio para armas consiste no isótopo urânio-235. No entanto, os nêutrons resultantes da fusão termonuclear são 10 vezes mais energéticos que os nêutrons de fissão, e o urânio-238 natural irradiado com esses nêutrons começa a fissionar de forma excelente. A nova bomba possibilitou a utilização do urânio-238, que antes era considerado um resíduo, como explosivo.

O destaque da “massa folhada” de Sakharov foi também a utilização de uma substância cristalina de luz branca, o deutereto de lítio 6LiD, em vez do trítio gravemente deficiente.

Como mencionado acima, uma mistura de deutério e trítio inflama muito mais facilmente do que o deutério puro. Porém, é aqui que terminam as vantagens do trítio, restando apenas as desvantagens: no seu estado normal, o trítio é um gás, o que causa dificuldades de armazenamento; o trítio é radioativo e decai em hélio-3 estável, que consome ativamente os tão necessários nêutrons rápidos, limitando a vida útil da bomba a alguns meses.

O deutreto de lítio não radioativo, quando irradiado com nêutrons de fissão lenta - consequências da explosão de um fusível atômico - se transforma em trítio. Assim, a radiação da explosão atômica primária produz instantaneamente uma quantidade suficiente de trítio para uma reação termonuclear adicional, e o deutério está inicialmente presente no deutereto de lítio.

Foi exatamente essa bomba, a RDS-6, que foi testada com sucesso em 12 de agosto de 1953 na torre do local de testes de Semipalatinsk. A potência da explosão foi de 400 quilotons, e ainda há debate se foi uma explosão termonuclear real ou uma explosão atômica superpoderosa. Afinal, a reacção de fusão termonuclear na pasta folhada de Sakharov não representou mais de 20% da potência total da carga. A principal contribuição para a explosão foi dada pela reação de decaimento do urânio-238 irradiado com nêutrons rápidos, graças à qual os RDS-6 inauguraram a era das chamadas bombas “sujas”.

O fato é que a principal contaminação radioativa vem dos produtos de decomposição (em particular, estrôncio-90 e césio-137). Essencialmente, a “massa folhada” de Sakharov era uma bomba atómica gigante, apenas ligeiramente reforçada por uma reacção termonuclear. Não é por acaso que apenas uma explosão de “massa folhada” produziu 82% de estrôncio-90 e 75% de césio-137, que entraram na atmosfera ao longo de toda a história do local de testes de Semipalatinsk.

Bombas americanas

No entanto, foram os americanos os primeiros a detonar a bomba de hidrogénio. Em 1º de novembro de 1952, o dispositivo termonuclear Mike, com rendimento de 10 megatons, foi testado com sucesso no Atol Elugelab, no Oceano Pacífico. Seria difícil chamar de bomba um dispositivo americano de 74 toneladas. “Mike” era um dispositivo volumoso do tamanho de uma casa de dois andares, cheio de deutério líquido a uma temperatura próxima do zero absoluto (a “massa folhada” de Sakharov era um produto totalmente transportável). Porém, o destaque de “Mike” não foi o seu tamanho, mas sim o engenhoso princípio de compressão de explosivos termonucleares.

Lembremos que a ideia principal de uma bomba de hidrogênio é criar condições para a fusão (pressão e temperatura ultra-altas) por meio de uma explosão nuclear. No esquema “puff”, a carga nuclear está localizada no centro e, portanto, não comprime tanto o deutério, mas o espalha para fora - aumentar a quantidade de explosivo termonuclear não leva a um aumento na potência - simplesmente não ter tempo para detonar. É precisamente isso que limita a potência máxima deste esquema – o “puff” mais poderoso do mundo, o Orange Herald, explodido pelos britânicos em 31 de maio de 1957, rendeu apenas 720 quilotons.

Seria ideal se pudéssemos fazer explodir o fusível atômico por dentro, comprimindo o explosivo termonuclear. Mas como fazer isso? Edward Teller apresentou uma ideia brilhante: comprimir o combustível termonuclear não com energia mecânica e fluxo de nêutrons, mas com a radiação do fusível atômico primário.

No novo projeto de Teller, a unidade atômica inicial foi separada da unidade termonuclear. Quando a carga atômica foi acionada, a radiação de raios X precedeu a onda de choque e se espalhou pelas paredes do corpo cilíndrico, evaporando e transformando o revestimento interno de polietileno do corpo da bomba em plasma. O plasma, por sua vez, reemitiu raios X mais suaves, que foram absorvidos pelas camadas externas do cilindro interno de urânio-238 - o “empurrador”. As camadas começaram a evaporar de forma explosiva (esse fenômeno é chamado de ablação). O plasma quente de urânio pode ser comparado aos jatos de um motor de foguete superpotente, cujo impulso é direcionado para um cilindro com deutério. O cilindro de urânio entrou em colapso, a pressão e a temperatura do deutério atingiram um nível crítico. A mesma pressão comprimiu o tubo central de plutônio a uma massa crítica e ele detonou. A explosão do fusível de plutônio pressionou o deutério por dentro, comprimindo e aquecendo ainda mais o explosivo termonuclear, que detonou. Um intenso fluxo de nêutrons divide os núcleos de urânio-238 no “empurrador”, causando uma reação secundária de decaimento. Tudo isso aconteceu antes do momento em que a onda de choque da explosão nuclear primária atingiu a unidade termonuclear. O cálculo de todos esses eventos, que ocorreram em bilionésimos de segundo, exigiu a capacidade intelectual dos matemáticos mais fortes do planeta. Os criadores de “Mike” não experimentaram o horror da explosão de 10 megatons, mas um deleite indescritível - eles conseguiram não apenas entender os processos que no mundo real ocorrem apenas nos núcleos das estrelas, mas também testar experimentalmente suas teorias, definindo criar sua própria pequena estrela na Terra.

Bravo

Tendo ultrapassado os russos na beleza do design, os americanos não conseguiram tornar o seu dispositivo compacto: usaram deutério líquido super-resfriado em vez do deutereto de lítio em pó de Sakharov. Em Los Alamos reagiram à “massa folhada” de Sakharov com uma certa inveja: “em vez de uma enorme vaca com um balde leite cru Os russos usam um pacote de leite em pó.” No entanto, ambos os lados não conseguiram esconder segredos um do outro. Em 1º de março de 1954, perto do Atol de Bikini, os americanos testaram uma bomba “Bravo” de 15 megatons usando deutreto de lítio, e em 22 de novembro de 1955, a primeira bomba termonuclear soviética de dois estágios RDS-37 com potência de 1,7 megatons explodiu no local de teste de Semipalatinsk, demolindo quase metade do local de teste. Desde então, o desenho da bomba termonuclear sofreu pequenas alterações (por exemplo, um escudo de urânio apareceu entre a bomba inicial e a carga principal) e tornou-se canônico. E não existem mais mistérios da natureza em grande escala no mundo que possam ser resolvidos com um experimento tão espetacular. Talvez o nascimento de uma supernova.

As ambições geopolíticas das grandes potências conduzem sempre a uma corrida armamentista. O desenvolvimento de novas tecnologias militares deu a um ou outro país uma vantagem sobre os outros. Assim, aos trancos e barrancos, a humanidade se aproximou do surgimento de armas terríveis - bomba nuclear. A partir de que data começou o relatório da era atômica, quantos países em nosso planeta têm potencial nuclear e qual a diferença fundamental entre uma bomba de hidrogênio e uma bomba atômica? Você pode encontrar a resposta para essas e outras perguntas lendo este artigo.

Qual é a diferença entre uma bomba de hidrogênio e uma bomba nuclear?

Qualquer arma nuclear baseado em reação intranuclear, cujo poder é capaz de destruir quase instantaneamente um grande número de unidades vivas, bem como equipamentos e todos os tipos de edifícios e estruturas. Consideremos a classificação das ogivas nucleares em serviço em alguns países:

Bomba nuclear (atômica). Durante a reação nuclear e a fissão do plutônio e do urânio, a energia é liberada em escala colossal. Normalmente, uma ogiva contém duas cargas de plutônio da mesma massa, que explodem uma da outra.
Bomba de hidrogênio (termonuclear). A energia é liberada com base na fusão de núcleos de hidrogênio (daí o nome). A intensidade da onda de choque e a quantidade de energia liberada excedem várias vezes a energia atômica.

O que é mais poderoso: uma bomba nuclear ou de hidrogênio?

Enquanto os cientistas se questionavam sobre como utilizar a energia atômica obtida no processo de fusão termonuclear do hidrogênio para fins pacíficos, os militares já haviam realizado mais de uma dezena de testes. Acontece que cobrar em alguns megatons de uma bomba de hidrogênio são milhares de vezes mais poderosos que uma bomba atômica. É até difícil imaginar o que teria acontecido a Hiroshima (e, na verdade, ao próprio Japão) se houvesse hidrogénio na bomba de 20 quilotons lançada sobre ela.

Considere a poderosa força destrutiva que resulta da explosão de uma bomba de hidrogênio de 50 megatons:

Bola de fogo: diâmetro 4,5 -5 quilômetros de diâmetro.
onda sonora: A explosão pode ser ouvida a 800 quilômetros de distância.
Energia: a partir da energia liberada, uma pessoa pode sofrer queimaduras na pele, estando a até 100 quilômetros do epicentro da explosão.
cogumelo nuclear: a altura é superior a 70 km de altura, o raio da tampa é de cerca de 50 km.

Bombas atômicas com tal poder nunca foram detonadas antes. Existem indicadores da bomba lançada sobre Hiroshima em 1945, mas seu tamanho foi significativamente inferior à descarga de hidrogênio descrita acima:

Bola de fogo: diâmetro de cerca de 300 metros.
cogumelo nuclear: altura 12 km, raio do limite - cerca de 5 km.
Energia: a temperatura no centro da explosão atingiu 3.000°C.

Agora no arsenal das potências nucleares estão nomeadamente bombas de hidrogénio. Além de estarem à frente em suas características de " irmãozinhos", eles são muito mais baratos de produzir.

O princípio de funcionamento de uma bomba de hidrogênio

Vejamos passo a passo, estágios de detonação de bombas de hidrogênio:

Detonação de carga. A carga está em um invólucro especial. Após a detonação, os nêutrons são liberados e a alta temperatura necessária para iniciar a fusão nuclear na carga principal é criada.
Fissão de lítio. Sob a influência de nêutrons, o lítio se divide em hélio e trítio.
Fusão. O trítio e o hélio desencadeiam uma reação termonuclear, como resultado da qual o hidrogênio entra no processo e a temperatura dentro da carga aumenta instantaneamente. Ocorre uma explosão termonuclear.

O princípio de funcionamento de uma bomba atômica

Detonação de carga. A bomba contém vários isótopos (urânio, plutônio, etc.), que se decompõem sob o campo de detonação e capturam nêutrons.
Processo de avalanche. A destruição de um átomo inicia o decaimento de vários outros átomos. Existe um processo em cadeia que leva à destruição grande quantidade núcleos.
Reação nuclear. Em muito pouco tempo, todas as partes da bomba formam um todo e a massa da carga começa a exceder a massa crítica. Uma enorme quantidade de energia é liberada, após a qual ocorre uma explosão.

O perigo da guerra nuclear

Mesmo em meados do século passado, o perigo de uma guerra nuclear era improvável. Dois países tinham armas atômicas em seu arsenal - a URSS e os EUA. Os líderes das duas superpotências estavam bem conscientes do perigo da utilização de armas de destruição maciça, e a corrida armamentista foi provavelmente conduzida como um confronto “competitivo”.

Certamente houve momentos de tensão em relação aos poderes, mas senso comum sempre prevaleceu sobre a ambição.

A situação mudou no final do século XX. O “bastão nuclear” foi tomado não só países desenvolvidos Europa Ocidental, mas também representantes da Ásia.

Mas, como você provavelmente sabe, " clube nuclear"consiste em 10 países. Acredita-se não oficialmente que Israel, e possivelmente o Irão, possuem ogivas nucleares. Embora estes últimos, após a imposição de sanções económicas, tenham abandonado o desenvolvimento do programa nuclear.

Após o surgimento da primeira bomba atômica, cientistas da URSS e dos EUA começaram a pensar em armas que não causassem tanta destruição e contaminação dos territórios inimigos, mas que tivessem um efeito direcionado no corpo humano. A ideia surgiu sobre criação de uma bomba de nêutrons.

O princípio de funcionamento é interação do fluxo de nêutrons com carne viva e equipamento militar. Os isótopos mais radioativos produzidos destroem instantaneamente uma pessoa, e tanques, transportadores e outras armas tornam-se fontes de forte radiação por um curto período de tempo.

Uma bomba de nêutrons explode a uma distância de 200 metros do nível do solo e é especialmente eficaz durante um ataque de tanque inimigo. Armadura equipamento militar 250 mm de espessura, capaz de reduzir em várias vezes os efeitos de uma bomba nuclear, mas é impotente contra a radiação gama de uma bomba de nêutrons. Consideremos os efeitos de um projétil de nêutrons com potência de até 1 quiloton na tripulação de um tanque:

Como você entende, a diferença entre uma bomba de hidrogênio e uma bomba atômica é enorme. A diferença na reação de fissão nuclear entre essas cargas faz com que uma bomba de hidrogênio é centenas de vezes mais destrutiva que uma bomba atômica.

Ao usar uma bomba termonuclear de 1 megaton, tudo num raio de 10 quilômetros será destruído. Não só os edifícios e equipamentos sofrerão, mas também todos os seres vivos.

Os chefes dos países nucleares deveriam lembrar-se disto e usar a ameaça “nuclear” apenas como uma ferramenta de dissuasão e não como uma arma ofensiva.

Vídeo sobre as diferenças entre as bombas atômica e de hidrogênio

Este vídeo descreverá detalhadamente e passo a passo o princípio de funcionamento de uma bomba atômica, bem como as principais diferenças em relação à bomba de hidrogênio:

Ivy Mike - o primeiro teste atmosférico de uma bomba de hidrogênio conduzido pelos Estados Unidos no Atol Eniwetak em 1º de novembro de 1952.

65 anos atrás União Soviética explodiu sua primeira bomba termonuclear. Como funciona esta arma, o que pode fazer e o que não pode fazer?

A ideia de armas termonucleares, onde os núcleos dos átomos são fundidos em vez de divididos, como em uma bomba atômica, surgiu o mais tardar em 1941. Isso veio à mente dos físicos Enrico Fermi e Edward Teller. Na mesma época, envolveram-se no Projeto Manhattan e ajudaram a criar as bombas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki. Projetar uma arma termonuclear revelou-se muito mais difícil.

Você pode entender aproximadamente o quão mais complicada é uma bomba termonuclear do que uma bomba nuclear pelo fato de que usinas nucleares em funcionamento são comuns há muito tempo, e usinas termonucleares funcionais e práticas ainda são ficção científica.

Para que os núcleos atômicos se fundam, eles devem ser aquecidos a milhões de graus. Os americanos patentearam um projeto para um dispositivo que permitiria que isso fosse feito em 1946 (o projeto foi chamado não oficialmente de Super), mas só se lembraram dele três anos depois, quando a URSS testou com sucesso uma bomba nuclear.

O presidente dos EUA, Harry Truman, disse que o avanço soviético deveria ser respondido com “a chamada hidrogénio, ou superbomba”.

Em 1951, os americanos montaram o dispositivo e realizaram testes sob o codinome "George". O desenho era um toro – em outras palavras, um donut – com isótopos pesados de hidrogênio, deutério e trítio. Eles foram escolhidos porque tais núcleos são mais fáceis de fundir do que os núcleos de hidrogênio comuns. O fusível era uma bomba nuclear. A explosão comprimiu o deutério e o trítio, eles se fundiram, produziram um fluxo de nêutrons rápidos e acenderam a placa de urânio. Em uma bomba atômica convencional ela não sofre fissão: existem apenas nêutrons lentos, que não podem causar a fissão de um isótopo estável de urânio. Embora a energia de fusão nuclear representasse aproximadamente 10% da energia total da explosão de George, a “ignição” do urânio-238 permitiu que a explosão fosse duas vezes mais poderosa do que o habitual, para 225 quilotons.

Devido ao urânio adicional, a explosão foi duas vezes mais poderosa do que uma bomba atômica convencional. Mas a fusão termonuclear foi responsável por apenas 10% da energia libertada: testes mostraram que os núcleos de hidrogénio não foram comprimidos com força suficiente.

Então o matemático Stanislav Ulam propôs uma abordagem diferente - um fusível nuclear de dois estágios. Sua ideia era colocar uma barra de plutônio na zona de “hidrogênio” do aparelho. A explosão do primeiro fusível “acendeu” o plutônio, duas ondas de choque e dois fluxos de raios X colidiram - a pressão e a temperatura aumentaram o suficiente para que a fusão termonuclear começasse. O novo dispositivo foi testado no Atol Enewetak, no Oceano Pacífico, em 1952 - o poder explosivo da bomba já era de dez megatons de TNT.

No entanto, este dispositivo também era inadequado para uso como arma militar.

Para que os núcleos de hidrogênio se fundam, a distância entre eles deve ser mínima, então o deutério e o trítio foram resfriados ao estado líquido, quase ao zero absoluto. Isso exigiu uma enorme instalação criogênica. O segundo dispositivo termonuclear, essencialmente uma modificação ampliada do George, pesava 70 toneladas – você não pode deixá-lo cair de um avião.

A URSS começou a desenvolver uma bomba termonuclear mais tarde: o primeiro esquema foi proposto pelos desenvolvedores soviéticos apenas em 1949. Era para usar deutereto de lítio. Este é um metal, uma substância sólida, não precisa ser liquefeito e, portanto, uma geladeira volumosa, como na versão americana, não era mais necessária. Igualmente importante, o lítio-6, quando bombardeado com nêutrons da explosão, produziu hélio e trítio, o que simplifica ainda mais a fusão dos núcleos.

A bomba RDS-6s ficou pronta em 1953. Ao contrário dos dispositivos termonucleares americanos e modernos, não continha uma barra de plutônio. Este esquema é conhecido como “puff”: camadas de deutereto de lítio foram intercaladas com camadas de urânio. Em 12 de agosto, o RDS-6 foi testado no local de testes de Semipalatinsk.

O poder da explosão foi de 400 quilotons de TNT - 25 vezes menos do que na segunda tentativa dos americanos. Mas os RDS-6 poderiam ser lançados do ar. A mesma bomba seria usada em mísseis balísticos intercontinentais. E já em 1955, a URSS melhorou sua ideia termonuclear, equipando-a com uma barra de plutônio.

Hoje, praticamente todos os dispositivos termonucleares – mesmo os norte-coreanos, aparentemente – são um cruzamento entre os primeiros designs soviéticos e americanos. Todos eles usam deutereto de lítio como combustível e o acendem com um detonador nuclear de dois estágios.

Como se sabe pelos vazamentos, até a mais moderna ogiva termonuclear americana, a W88, é semelhante à RDS-6c: camadas de deutereto de lítio são intercaladas com urânio.

A diferença é que as munições termonucleares modernas não são monstros de vários megatons como a Tsar Bomba, mas sistemas com um rendimento de centenas de quilotons, como os RDS-6. Ninguém tem ogivas de megatons em seus arsenais, já que, militarmente, uma dúzia de ogivas menos poderosas são mais valiosas do que uma forte: isso permite atingir mais alvos.

Técnicos trabalham com uma ogiva termonuclear americana W80

O que uma bomba termonuclear não pode fazer

O hidrogênio é um elemento extremamente comum; existe em quantidade suficiente na atmosfera da Terra.

Houve uma época em que havia rumores de que uma explosão termonuclear suficientemente poderosa poderia iniciar uma reação em cadeia e todo o ar do nosso planeta iria queimar. Mas isso é um mito.

Não apenas o hidrogênio gasoso, mas também o líquido não é denso o suficiente para que a fusão termonuclear comece. Precisa ser comprimido e aquecido por uma explosão nuclear, de preferência c lados diferentes, como isso é feito com um dispositivo de ignição de dois estágios. Não existem tais condições na atmosfera, portanto reações de fusão nuclear autossustentáveis são impossíveis lá.

Este não é o único equívoco sobre armas termonucleares. Costuma-se dizer que uma explosão é “mais limpa” do que uma nuclear: dizem que quando os núcleos de hidrogénio se fundem, há menos “fragmentos” - núcleos atómicos perigosos de vida curta que produzem contaminação radioactiva - do que quando os núcleos de urânio fissam.

Este equívoco baseia-se no fato de que quando explosão termonuclear a maior parte da energia é supostamente liberada pela fusão nuclear. Isto não é verdade. Sim, a Tsar Bomba era assim, mas apenas porque a sua “capa” de urânio foi substituída por chumbo para testes. Os fusíveis modernos de dois estágios resultam em contaminação radioativa significativa.

A zona de possível destruição total pela Tsar Bomba, traçada no mapa de Paris. O círculo vermelho é a zona de destruição completa (raio de 35 km). O círculo amarelo tem o tamanho da bola de fogo (raio de 3,5 km).

É verdade que ainda há um pouco de verdade no mito da bomba “limpa”. Vejamos a melhor ogiva termonuclear americana, W88. Se explodir na altura ideal acima da cidade, a área de destruição severa coincidirá praticamente com a zona de dano radioativo, perigosa para a vida. Haverá muito poucas mortes por doenças causadas pela radiação: pessoas morrerão por causa da explosão em si, não por causa da radiação.

Outro mito diz que as armas termonucleares são capazes de destruir toda a civilização humana e até mesmo a vida na Terra. Isso também está praticamente excluído. A energia da explosão é distribuída em três dimensões, portanto, com o aumento do poder da munição em mil vezes, o raio de ação destrutiva aumenta apenas dez vezes - uma ogiva de megaton tem um raio de destruição apenas dez vezes maior que uma ogiva tática de quilotons.

Há 66 milhões de anos, o impacto de um asteróide levou à extinção da maioria dos animais e plantas terrestres. A potência de impacto foi de cerca de 100 milhões de megatons - isto é 10 mil vezes mais que a potência total de todos os arsenais termonucleares da Terra. 790 mil anos atrás, um asteróide colidiu com o planeta, o impacto foi de um milhão de megatons, mas nenhum vestígio de extinção mesmo moderada (incluindo nosso gênero Homo) ocorreu depois disso. Tanto a vida em geral quanto as pessoas são muito mais fortes do que parecem.

A verdade sobre as armas termonucleares não é tão popular quanto os mitos. Hoje é o seguinte: arsenais termonucleares de ogivas compactas de média potência proporcionam um equilíbrio estratégico frágil, pelo qual ninguém pode ferroar livremente outros países do mundo com armas atômicas. O medo de uma resposta termonuclear é um impedimento mais que suficiente.

Se você pensa que a ogiva atômica é a arma mais terrível da humanidade, então ainda não conhece a bomba de hidrogênio. Decidimos corrigir esse descuido e conversar sobre o que é. Já falamos sobre e.

Um pouco sobre a terminologia e princípios de trabalho em imagens

Para entender a aparência de uma ogiva nuclear e por quê, é necessário considerar o princípio de seu funcionamento, baseado na reação de fissão. Primeiro, uma bomba atômica detona. A concha contém isótopos de urânio e plutônio. Eles se desintegram em partículas, capturando nêutrons. Em seguida, um átomo é destruído e a fissão dos demais é iniciada. Isso é feito usando um processo em cadeia. No final, a própria reação nuclear começa. As partes da bomba tornam-se um todo. A carga começa a exceder a massa crítica. Com a ajuda de tal estrutura, a energia é liberada e ocorre uma explosão.

A propósito, uma bomba nuclear também é chamada de bomba atômica. E o hidrogênio é chamado de termonuclear. Portanto, a questão de como uma bomba atômica difere de uma nuclear é inerentemente incorreta. É a mesma coisa. A diferença entre uma bomba nuclear e uma bomba termonuclear não está apenas no nome.

A reação termonuclear não se baseia na reação de fissão, mas na compressão de núcleos pesados. Uma ogiva nuclear é o detonador ou fusível de uma bomba de hidrogênio. Em outras palavras, imagine um enorme barril de água. Um foguete atômico está imerso nele. A água é um líquido pesado. Aqui o próton com som é substituído no núcleo do hidrogênio por dois elementos - deutério e trítio:

O deutério é um próton e um nêutron. Sua massa é o dobro da do hidrogênio;
O trítio consiste em um próton e dois nêutrons. Eles são três vezes mais pesados que o hidrogênio.

Testes de bomba termonuclear

, no final da Segunda Guerra Mundial, começou uma corrida entre a América e a URSS e a comunidade mundial percebeu que uma bomba nuclear ou de hidrogénio era mais poderosa. O poder destrutivo das armas atômicas começou a atrair ambos os lados. Os Estados Unidos foram os primeiros a fabricar e testar uma bomba nuclear. Mas logo ficou claro que não poderia ser grande. Portanto, decidiu-se tentar fabricar uma ogiva termonuclear. Aqui, novamente, a América teve sucesso. Os soviéticos decidiram não perder a corrida e testaram um míssil compacto, mas poderoso, que poderia ser transportado até mesmo em uma aeronave regular Tu-16. Então todos entenderam a diferença entre uma bomba nuclear e uma bomba de hidrogênio.

Por exemplo, a primeira ogiva termonuclear americana tinha a altura de uma casa de três andares. Não poderia ser entregue em transporte pequeno. Mas então, de acordo com os desenvolvimentos da URSS, as dimensões foram reduzidas. Se analisarmos, podemos concluir que essas terríveis destruições não foram tão grandes. Em equivalente TNT, a força de impacto foi de apenas algumas dezenas de quilotons. Portanto, edifícios foram destruídos em apenas duas cidades, e o som de uma bomba nuclear foi ouvido no resto do país. Se fosse um foguete de hidrogênio, todo o Japão seria completamente destruído com apenas uma ogiva.

Uma bomba nuclear com muita carga pode explodir inadvertidamente. Uma reação em cadeia começará e uma explosão ocorrerá. Considerando as diferenças entre as bombas nucleares atômicas e de hidrogênio, vale ressaltar este ponto. Afinal, uma ogiva termonuclear pode ser fabricada com qualquer potência, sem medo de detonação espontânea.

Isto interessou a Khrushchev, que ordenou a criação da ogiva de hidrogénio mais poderosa do mundo e assim ficou mais perto de vencer a corrida. Pareceu-lhe que 100 megatons eram o ideal. Os cientistas soviéticos esforçaram-se muito e conseguiram investir 50 megatons. Os testes começaram na ilha de Novaya Zemlya, onde existia um campo de treinamento militar. Até hoje, a Tsar Bomba é considerada a maior bomba que explodiu no planeta.

A explosão ocorreu em 1961. Num raio de várias centenas de quilômetros do local do teste, ocorreu uma evacuação apressada de pessoas, pois os cientistas calcularam que todas as casas, sem exceção, seriam destruídas. Mas ninguém esperava tal efeito. A onda de choque circulou o planeta três vezes. O aterro permaneceu como uma “lousa em branco”; todas as colinas que havia nele desapareceram. Os edifícios viraram areia num segundo. Uma terrível explosão foi ouvida num raio de 800 quilômetros. A bola de fogo do uso de uma ogiva como a bomba nuclear rúnica destruidora universal no Japão era visível apenas nas cidades. Mas do foguete de hidrogênio subiu 5 quilômetros de diâmetro. O cogumelo de poeira, radiação e fuligem cresceu 67 quilômetros. Segundo os cientistas, sua calota tinha cem quilômetros de diâmetro. Imagine o que teria acontecido se a explosão tivesse ocorrido dentro dos limites da cidade.

Perigos modernos do uso da bomba de hidrogênio

Já examinamos a diferença entre uma bomba atômica e uma bomba termonuclear. Agora imagine quais teriam sido as consequências da explosão se a bomba nuclear lançada sobre Hiroshima e Nagasaki tivesse sido uma bomba de hidrogénio com equivalente temático. Não restaria nenhum vestígio do Japão.

Com base nos resultados dos testes, os cientistas concluíram as consequências de uma bomba termonuclear. Algumas pessoas pensam que uma ogiva de hidrogénio é mais limpa, o que significa que não é realmente radioativa. Isto deve-se ao facto de as pessoas ouvirem o nome “água” e subestimarem o seu deplorável impacto no ambiente.

Como já descobrimos, uma ogiva de hidrogênio é baseada em uma enorme quantidade de substâncias radioativas. É possível fazer um foguete sem carga de urânio, mas até agora isso não foi usado na prática. O processo em si será muito complexo e caro. Portanto, a reação de fusão é diluída com urânio e obtém-se um enorme poder explosivo. A precipitação radioativa que cai inexoravelmente no alvo de lançamento é aumentada em 1000%. Eles prejudicarão a saúde mesmo daqueles que estão a dezenas de milhares de quilômetros do epicentro. Ao ser detonado, uma enorme bola de fogo é criada. Tudo o que estiver dentro do seu raio de ação é destruído. A terra arrasada pode ficar inabitável por décadas. Absolutamente nada crescerá em uma vasta área. E conhecendo a força da carga, usando uma determinada fórmula, é possível calcular a área teoricamente contaminada.

Também vale a pena mencionar sobre um efeito como o inverno nuclear. Este conceito é ainda mais terrível do que cidades destruídas e centenas de milhares de vidas humanas. Não só o local de despejo será destruído, mas praticamente o mundo inteiro. A princípio, apenas um território perderá o status habitável. Mas haverá uma liberação na atmosfera substância radioativa, o que reduzirá o brilho do sol. Tudo isso se misturará com poeira, fumaça, fuligem e criará um véu. Ele se espalhará por todo o planeta. As colheitas nos campos serão destruídas durante várias décadas. Este efeito provocará fome na Terra. A população diminuirá imediatamente várias vezes. E o inverno nuclear parece mais que real. Na verdade, na história da humanidade, e mais especificamente, em 1816, um caso semelhante foi conhecido após uma poderosa erupção vulcânica. Houve um ano sem verão no planeta naquela época.

Os céticos que não acreditam em tal coincidência de circunstâncias podem ser convencidos pelos cálculos dos cientistas:

Quando a Terra esfriar um pouco, ninguém notará isso. Mas isso afetará a quantidade de precipitação.
No outono haverá um resfriamento de 4 graus. Devido à falta de chuva, são possíveis quebras de colheita. Os furacões começarão mesmo em lugares onde nunca existiram.
Quando as temperaturas caírem mais alguns graus, o planeta viverá seu primeiro ano sem verão.
Isto será seguido pela Pequena Idade do Gelo. A temperatura cai 40 graus. Mesmo em pouco tempo será destrutivo para o planeta. Na Terra haverá quebras de colheitas e a extinção das pessoas que vivem nas zonas setentrionais.
Depois chegará a era glacial. A reflexão dos raios solares ocorrerá sem atingir a superfície da Terra. Devido a isso, a temperatura do ar atingirá um nível crítico. As colheitas e as árvores deixarão de crescer no planeta e a água congelará. Isso levará à extinção da maior parte da população.
Aqueles que sobreviverem não sobreviverão ao período final - uma onda de frio irreversível. Esta opção é completamente triste. Será o verdadeiro fim da humanidade. A Terra se transformará em um novo planeta, inadequado para habitação humana.

Agora sobre outro perigo. Assim que a Rússia e os Estados Unidos saíram da fase da Guerra Fria, surgiu uma nova ameaça. Se você já ouviu falar sobre quem é Kim Jong Il, então entende que ele não vai parar por aí. Este amante de foguetes, tirano e governante Coréia do Norte numa garrafa, pode facilmente provocar um conflito nuclear. Ele fala constantemente sobre a bomba de hidrogênio e observa que sua parte do país já possui ogivas. Felizmente, ninguém os viu ao vivo ainda. A Rússia, a América, bem como os nossos vizinhos mais próximos - Coréia do Sul e o Japão estão muito preocupados até mesmo com tais declarações hipotéticas. Portanto, esperamos que a Coreia do Norte tenha desenvolvimentos e tecnologias por muito tempo. nível insuficiente para destruir o mundo inteiro.

Para referência. No fundo dos oceanos do mundo estão dezenas de bombas que foram perdidas durante o transporte. E em Chernobyl, que não fica tão longe de nós, ainda estão armazenadas enormes reservas de urânio.

Vale a pena considerar se tais consequências podem ser permitidas para testar uma bomba de hidrogênio. E se ocorrer um conflito global entre os países que possuem estas armas, não haverá mais estados, nem pessoas, nem qualquer coisa no planeta, a Terra transformar-se-á numa lousa em branco. E se considerarmos como uma bomba nuclear difere de uma bomba termonuclear, o ponto principal é a quantidade de destruição, bem como o efeito subsequente.

Agora uma pequena conclusão. Descobrimos que uma bomba nuclear e uma bomba atômica são a mesma coisa. É também a base para uma ogiva termonuclear. Mas não é recomendado usar nem um nem outro, mesmo para testes. O som da explosão e a aparência do resultado não é a pior coisa. Isto ameaça um inverno nuclear, a morte de centenas de milhares de habitantes de uma só vez e inúmeras consequências para a humanidade. Embora existam diferenças entre cargas como a bomba atômica e a bomba nuclear, o efeito de ambas é destrutivo para todos os seres vivos.