НАУКА ЗА ХИДРОГЕНА БОМБА От всяко кранче - DER SPIEGEL 141950
Никой не трябва да се страхува от унищожаването на целия живот на земята от водородни бомби ", каза Луис Л. Щраус от Американската комисия за атомна енергия, опитвайки се да успокои изрусената с водород американска общественост. Въпреки че водородните бомби могат да опустошат големи площи," за военни цели са необходими много по-малко енергия отколкото е необходимо за унищожаването на земята. "
Статия като PDF
Водещите ядрени учени в САЩ се съгласиха почти единодушно. „Водородната бомба лесно може да се превърне в самоубийствена бомба“, предупредиха те. Ветровете могат да пренесат радиоактивния прах по целия свят след експлозията. Той ще се разпространи по континентите като смъртоносно одеяло и „отравянето“ на атмосферата от радиационни частици би означавало края на всички живи същества. Човечеството ще има гратисен период "между няколко дни и няколко месеца".
Експерт по атоми Dr. Лео Силард от Чикагския университет е подготвил изчислението за унищожаване: „500 тона тежък водород са достатъчни, за да унищожат напълно човечеството“. Д-р Ханс Бете хвърли една последна капка надежда за всички, които разглеждат водородните бомби като началото на края: "Може би изобщо няма да работи!"
Дълги години Ханс Бете е работил като ръководител на отдела за „Теоретична физика“ в Лос Аламос, най-утвърденият институт по атомна физика в САЩ. Основната му област на работа бяха процесите на слънце, което е вид водородна бомба в голям мащаб.
Изключително високата температура под повърхността на слънцето поддържа всички атомни частици в бързо движение. Водородните ядра (протони) "летят" наоколо с висока скорост, сблъскват се с други ядра, разбиват ги или се "сливат" с тях. Извършва се сложна верига от реакции.
Крайният продукт е сливането на водородни ядра, за да се образуват хелиеви ядра. Водородните атомни ядра са, така да се каже, горивото на слънцето. Хелиеви атомни ядра "пепелта". Този процес е принципът на работа на водородната бомба.
Слънчева химия. На слънцето при дълбока температура от 20 милиона градуса по Целзий няма никаква химия в земния смисъл. На земята атомите имат, така да се каже, електрическо облекло, в зависимост от броя на електронните обвивки един върху друг. Във вътрешността на слънцето леките атоми са голи, а тежките са слабо облечени.
Но: На слънце трансформацията отнема милиони години и води през много междинни етапи. При водородната бомба синтезът трябва да стане за част от секундата. Необходимата топлина от много милиони градуси вече не е налична и едва тогава светлинните атоми са голи и са готови за сливане.
Единственият детонатор, който в момента може да достави тази температура, е "старата" бомба с уран-235 или плутоний. Най-тежките ядра се разделят в урановите бомби, а най-леките ядра се сливат във водородната бомба. И в двата случая се освобождава енергия, така наречената атомна енергия.
Когато тежкото атомно ядро се раздели на две средно тежки атомни ядра, възниква нещо странно: фрагментите заедно тежат по-малко от цялото ядро. Изгубена е известна „маса“. Но нищо на света не може да се „загуби“. "Загубата на маса" се превърна в свободна енергия.
През 1905 г. Алберт Айнщайн изчислява колко ще излезе от него, използвайки известния си закон за еквивалентност: енергия = маса, умножена по квадрата на скоростта на светлината *) Следователно малка маса съответства на гигантска енергия. Атомната бомба беше експерименталното доказателство за твърдението на Айнщайн, блестящ, ужасен тест за примера.
Ако атомните ядра на водорода се стопят, за да образуват атомни ядра на хелий, масата също се губи. На слънце 4 милиона тона в секунда. Според Айнщайн това съответства на невъобразимо голямо количество енергия. Половината трилионна от това удря земята. Достатъчно е за целия земен живот.
Нобелови награди. Според завещанието на Алфред Нобел трябва да се почитат постиженията, "които са осигурили най-голяма полза за човечеството през изминалата година". Научният път към атомната бомба е покрит с Нобелови награди: Германецът Вилхелм Конрад Рьонтген откри лъчите, кръстени на него през 1895 година. Първа Нобелова награда за физика през 1901 г. Тогава французинът Анри Бекерел открива излъчването от съдържащата уран смола от Йоахимщал. Той ги анализира в алфа, бета и гама лъчи. 1903 г. Нобелова награда за физика, заедно с Cury.
Френската двойка Кюри беше открила радиоактивни елементи, включително радий. След смъртта на съпруга си Мария Кюри, родена Полин, получава през 1911 г. Нобелова награда само по химия. Новозеландецът сър Ърнест Ръдърфорд, който почина през 1937 г., откри причината за радиоактивността. Нобелова награда за химия 1908. Германецът Макс Планк, който почина през 1947 г., откри природата на лъчистата енергия. 1918 г. Нобелова награда за физика.
Роденият германец Алберт Айнщайн, най-големият теоретик на физиката на нашето време, разработи квантовата теория на Планк. Нобелова награда за физика 1921 г. Датчанинът Нилс Бор, основан на откритията на Ръдърфорд и Планк, обясни атома на модела. Нобелова награда за физика 1922 г. Англичанинът Чарлз Уилсън направи полета на атомни ядра, видими в облачната му камера, като противоположни. Нобелова награда за физика 1927 г. Англичанинът сър Джеймс Чадуик открива с камерата на Уилсън най-опасния снаряд на атомно делене - неутронът. 1935 г. Нобелова награда за физика.
Д-р Фредерик Жолио-Кюри, зет на Радий-Кюри, първият атомен изследовател и комунист във Франция, откри изкуствена радиоактивност. Нобелова награда за химия 1935 г. Италианецът Енрико Ферми предизвика реакции на атомно ядро, като ги бомбардира с неутрона на Чадуик. Нобелова награда за физика 1938 г. Германецът Ото Хан откри (заедно с Ф. Щрасман и Лизе Майтнер) атомно делене. Нобелова награда по химия 1945 г.
Планетарна система. Атомът със среден размер е с диаметър една петмилионна част от милиметъра. В ръба на „изключително тънък“ бръснач (0,08 мм) можете да съберете 400 000 железни атома един до друг. Ако поставите сто милиона атома един до друг, това би довело само до разстояние от един сантиметър. В един грам водород има около шестстотин хиляди трилиона атоми.
Структурата на атома е като малка планетарна система. В центъра стои атомното ядро като "слънцето", което съдържа елементарните градивни елементи на материята в различни вариации: положително електрически заредени частици, протоните и "евнух частици" без електрически заряд, неутроните. Тези малки градивни елементи се държат заедно от атомната енергия.
Като "планети", малки частици с отрицателно електричество, електроните, обикалят ядрото по различни орбити. Броят на обикалящите електрони винаги съответства на броя на протоните в ядрото. Следователно атомът като единица е електрически неутрален.
Подобно на планетарната система, атомът се състои предимно от „празно пространство“. Диаметърът на електронната планетарна орбита е десет хиляди пъти по-голям от диаметъра на ядрото „слънце“. Това съответства на съотношението на размера "грах в катедралата".
Броят на протоните определя естеството на веществото. Сумата от протони и неутрони в атомното ядро дава атомното тегло. Уранът има най-сложното и най-тежкото атомно ядро в природата: 92 протона плюс 143-146 неутрона. Ето как работи "старата" атомна бомба. Водородът има най-простото и леко атомно ядро: единичен протон. Ето как работи новата атомна бомба (виж чертежа).
Сър Ърнест Ръдърфорд прави първия "изстрел", наблюдаван през 1919 година. Неговият снаряд, атомно ядро на хелий, е ударил атомно атомно ядро. Водородното ядро беше избито. Евнусите, градивните блокове, неутроните, са по-опасни от хелиевите снаряди.
Атомните ядра са крепости. Не може да се взриви с налягане или киселини. Това е възможно само при снаряди, които летят 10 000 пъти по-бързо от гранатите: атомни градивни елементи, които постоянно се изхвърлят от радиоактивни вещества като радий.
Неутронен куршум в ядрото на уран-235 го разделя на две. Изхвърлят се два или три неутрона. Те от своя страна действат като взривни снаряди, ако са забавени само малко (напр. От графит). Ако има достатъчно количество уран 235, този процес е „заразен“. Сякаш граната удря склад за боеприпаси: възниква „верижна реакция“ и прераства в енергийна лавина от атомна експлозия за част от секундата
Уранът е на 25-то място в списъка с изобилие от елементи. Това е желязно сиво, подобно на метал, много твърд, много тежък материал. Най-големите находища са мини Haut Katanga в Белгийско Конго. Производството през 1945 г. е над 10 000 тона. Произведените до момента 750 грама радий (продукт на разпадане на уран) идват почти изключително от региона на Конго.
Не трябва да се страхувате от експлозия на природен уран, дори ако стотици тежести са поставени заедно. Уранът е „смесен“ елемент от три изотопа, атомни „сестри“ с химически идентични свойства, но различни атомни тегла. Природният уран се състои от повече от 99% уран 238, само 0,7% уран 235 и само малки следи от уран 234. Само уран 235 е „експлозивен“
Критична маса. За секвестиране на U 235 е необходим отнемащ време и скъп процес. Обикновено се случва така: уранът се превръща в газообразно съединение. Този газ преминава през порести мембрани. По-леките молекули се движат по-бързо през порите. След 5000 преминавания имате почти чист U 235 газ. От това се получават "експлозивите на Хирошима".
Безобидният уран 238 обаче се превръща в изкуствен елемент, плутоний, "експлозивът от" Нагасаки до днес "чрез добре дозирана неутронна градушка (която също се забавя с графит).
Плутонийът е поне толкова опасен, колкото уран 235. Ако изхвърлянето на инфекциозния неутрон вътре в него се случи по-бързо от загубата на неутрон на повърхността му, той „експлодира“. Това се случва автоматично при достигане на "критичния размер". Той трябва да се помести в бомбата, в противен случай не може да изгасне.
Този процес се опростява с помощта на модела на атомната бомба: плутоният се помещава в две отделни полукълба. Самото полукълбо само по себе си е по-малко от критичната маса, а сумата от двете полукълба е повече. Техническото запалване се осъществява чрез контакт, лавината прераства в експлозия. Един единствен неутрон е достатъчен, за да ги задейства. Тъй като контактът трябва да бъде възможно най-бърз и интимен, едната половина от плутония се изстрелва в другата. Праховият заряд е наличен само за това (вижте чертежа).
Критичната маса е дадена от проф. Хан при 10 до максимум 30 килограма, „приблизително колкото конусовидно топче, кокос или дори по-малко“. Според последната информация тя е 13,5 кг, плутониева топка с размерите на детска топка. За уран 235 е изчислен диаметър на сферата 11 cm.
Най-късно до една година американските техници за атомни бомби искат да са завършили първата бомба за изпитване на водород (цена: 100 милиона долара). Американската комисия за атомна енергия вече е спряла всяка работа по проект за развитие на ядрената енергия за мирни промишлени цели, за да ускори производството на водородната бомба.
Основният експлозив в Н-бомбата е тритий (свръх тежък водород). Тритиевото ядро се състои от протон и два неутрона. Ако бъде "изстреляно" с протон, двете се сливат, образувайки хелиево ядро, внезапно се отделя голямо количество енергия (виж чертежа, реакция А).
С един килограм водород, произведената енергия съответства на 160 милиона киловатчаса. Магазинът за боеприпаси за протонните и неутронните снаряди е деутерий (тежък водород, ядрото се състои от протон и неутрон).
Но взривното вещество на Н-бомбата вероятно е смес, която освен деутерий и тритий съдържа и металния елемент литий. Литий 6 (литиев изотоп с 3 протона и 3 неутрона) се слива с тритиево ядро, за да образува две хелиеви ядра, докато излъчва енергия. По време на този процес се освобождава неутрон (реакция В).
Литий 7 се състои от три протона и четири неутрона. Ядрото на литий-7 също трябва да се сблъска само с един протон, за да се слее с него, за да образува две хелиеви ядра (реакция С).
Тези съставки са опаковани в Н-бомба около плутониевия детонатор. Когато детонацията на детонатора достигне температура от 20 милиона градуса, цялото нещо се превръща в ад на зигзагообразни ядра, които се надбягват наоколо. Стават сблъсъци. Много от сблъсъците задействат процеса на синтез на водород-хелий. Енергията, отделена за части от секундата от безброй процеси на сливане, е „силата на бомбата“.
Няма ограничения за водородната бомба, като например „критичния размер“ на плутониевата бомба. В допълнение, процесът на водород-хелиевия синтез осигурява седем пъти повече енергия, отколкото разделянето на плутоний със същото количество "експлозив". Водородна бомба, която е 140 пъти по-тежка от плутониевата бомба, т.е. 140 пъти 13,5 kg = 1890 kg водород, би имала 1000 пъти ефекта от плутониевата бомба в Нагасаки.
Има един момент, в който производителите на водородна бомба не са засегнати. Въпреки че в света има само няколко находища на уран, които могат да се обработват, не липсва „експлозивът“ на водородната бомба. Тече от всеки кран.