La bomba de hidrógeno (Hydrogen Bomb, HB, WB) es un arma de destrucción masiva, que tiene un increíble poder destructivo (su poder se estima en megatones en equivalente a TNT). El principio de funcionamiento de la bomba y el esquema de la estructura se basan en el uso de la energía de la síntesis termonuclear de los núcleos de hidrógeno. Los procesos que ocurren durante la explosión, similares a los que ocurren en las estrellas (incluido el Sol). La primera prueba de WB adecuada para el transporte a largas distancias (el proyecto de A.D. Sakharov) se realizó en la Unión Soviética en el sitio cerca de Semipalatinsk.
Reacción termonuclear
El sol contiene enormes reservas de hidrógeno, que se encuentran bajo el efecto constante de la presión y temperatura ultra altas (unos 15 millones de grados Kelvin). A tal densidad extrema y temperatura del plasma, los núcleos de los átomos de hidrógeno chocan aleatoriamente entre sí. El resultado de las colisiones es una fusión nuclear y, como resultado, la formación de núcleos de un elemento más pesado: el helio. Las reacciones de este tipo se llaman fusión termonuclear, se caracterizan por la liberación de enormes cantidades de energía.
Las leyes de la física explican la liberación de energía durante una reacción termonuclear de la siguiente manera: parte de la masa de los núcleos ligeros involucrados en la formación de elementos más pesados permanece sin usar y se convierte en energía limpia en cantidades enormes. Es por eso que nuestro cuerpo celeste pierde aproximadamente 4 millones de toneladas de materia por segundo, al tiempo que libera un flujo continuo de energía hacia el espacio exterior.
Isótopos de hidrógeno
El más simple de todos los átomos existentes es un átomo de hidrógeno. Consiste en un solo protón, que forma el núcleo, y el único electrón que gira alrededor de él. Como resultado de los estudios científicos del agua (H2O), se encontró que el agua “pesada” está presente en pequeñas cantidades. Contiene isótopos “pesados” de hidrógeno (2H o deuterio), cuyos núcleos, además de un protón, también contienen un neutrón (una partícula cercana a un protón, pero carece de carga).
La ciencia también conoce el tritio, el tercer isótopo del hidrógeno, cuyo núcleo contiene 1 protón y 2 neutrones a la vez. El tritio se caracteriza por la inestabilidad y la constante descomposición espontánea con liberación de energía (radiación), como resultado de lo cual se forma un isótopo de helio. Las huellas de tritio se encuentran en las capas superiores de la atmósfera de la Tierra: es allí, bajo la influencia de los rayos cósmicos, que las moléculas de los gases que forman el aire experimentan cambios similares. También es posible obtener tritio en un reactor nuclear irradiando el isótopo litio-6 con un poderoso flujo de neutrones.
Desarrollo y primeras pruebas de la bomba de hidrógeno.
Como resultado de un exhaustivo análisis teórico, los especialistas de la URSS y los EE. UU. Llegaron a la conclusión de que la mezcla de deuterio y tritio facilita el inicio de la reacción de fusión termonuclear. Armados con este conocimiento, los científicos de los Estados Unidos en los años 50 del siglo pasado comenzaron a crear una bomba de hidrógeno. Y en la primavera de 1951, se llevó a cabo una prueba en el sitio de Enyvetok (un atolón en el Océano Pacífico), pero solo se logró una fusión termonuclear parcial.
Pasó algo más de un año, y en noviembre de 1952 se llevó a cabo la segunda prueba de una bomba de hidrógeno con una potencia de aproximadamente 10 Mt en TNT. Sin embargo, esa explosión difícilmente puede llamarse una explosión de una bomba termonuclear en el sentido moderno: de hecho, el dispositivo era un contenedor grande (del tamaño de una casa de tres pisos) lleno de deuterio líquido.
También en Rusia emprendieron la mejora de las armas atómicas y la primera bomba de hidrógeno del proyecto de A.D. Sakharov fue probado en el sitio de prueba de Semipalatinsk el 12 de agosto de 1953. RDS-6 (este tipo de arma de destrucción masiva se llamaba "soplo" de Sajarov, ya que su esquema implicaba el despliegue secuencial de las capas de deuterio que rodeaban al iniciador de carga) tenía una potencia de 10 Mt. Sin embargo, a diferencia del "edificio de tres pisos" estadounidense, la bomba soviética era compacta, y podía ser entregada rápidamente a la ubicación de un ataque en el territorio del enemigo contra un bombardero estratégico.
Tras aceptar el desafío, en marzo de 1954, los Estados Unidos hicieron una explosión de una bomba de aire más potente (15 Mt) en el sitio de prueba en el atolón de Bikini (Océano Pacífico). La prueba fue la causa de la liberación a la atmósfera de una gran cantidad de sustancias radiactivas, algunas de las cuales cayeron con precipitaciones a cientos de kilómetros del epicentro de la explosión. El barco japonés "Happy Dragon" y los dispositivos instalados en la isla de Rogelap registraron un fuerte aumento de la radiación.
Dado que, como resultado de los procesos que se producen durante la detonación de la bomba de hidrógeno, se forma helio estable y seguro, se esperaba que las emisiones radiactivas no excedieran el nivel de contaminación del detonador atómico de la fusión termonuclear. Pero los cálculos y las mediciones de la lluvia radioactiva real variaron enormemente, tanto en cantidad como en composición. Por lo tanto, el liderazgo de los Estados Unidos tomó la decisión de suspender temporalmente el diseño de esta arma hasta un estudio completo de su impacto en el medio ambiente y el hombre.
Video: Pruebas en la URSS.
Bomba Zar - Bomba Termonuclear URSS
El punto gordo en la cadena de tonelaje de bombas de hidrógeno fue establecido por la URSS cuando, el 30 de octubre de 1961, se realizó una prueba de "bomba de zar" de 50 megatones (la más grande de la historia) en Novaya Zemlya, resultado del trabajo a largo plazo del grupo de investigación AD Sakharov. La explosión retumbó a una altitud de 4 kilómetros, y las ondas de choque se registraron tres veces en dispositivos de todo el mundo. A pesar de que la prueba no reveló fallas, la bomba nunca entró en servicio. Pero el hecho mismo de la posesión de tales armas por los soviéticos ha causado una impresión indeleble en todo el mundo, mientras que en los Estados Unidos han dejado de ganar tonelaje de un arsenal nuclear. En Rusia, a su vez, decidieron abandonar la introducción de ojivas con cargas de hidrógeno en servicio de combate.
El principio de la bomba de hidrógeno.
La bomba de hidrógeno es el dispositivo técnico más complejo, cuya explosión requiere el flujo secuencial de varios procesos.
Primero, hay una detonación de la carga del iniciador dentro de la capa de la WB (bomba atómica en miniatura), que resulta en una poderosa expulsión de neutrones y la creación de una alta temperatura requerida para el inicio de la fusión termonuclear en la carga principal. Comienza un bombardeo de neutrones masivos de un revestimiento de deuterido de litio (producido mediante la combinación de deuterio con isótopo de litio-6).
Bajo la acción de los neutrones, el litio-6 se divide en tritio y helio. El fusible atómico en este caso se convierte en una fuente de materiales necesarios para la aparición de la fusión termonuclear en la bomba detonada.
Una mezcla de tritio y deuterio desencadena una reacción termonuclear, como resultado de lo cual hay un rápido aumento de la temperatura dentro de la bomba, y cada vez más hidrógeno participa en el proceso.
El principio de funcionamiento de la bomba de hidrógeno implica un flujo ultrarrápido de estos procesos (el dispositivo de carga y la disposición de los elementos principales contribuyen a esto), que parecen instantáneos para el observador.
Superbomba: división, síntesis, división
La secuencia de procesos descrita anteriormente finaliza después del inicio de la reacción de deuterio con tritio. Además, se decidió utilizar la fisión nuclear, en lugar de la síntesis de los más pesados. Después de la fusión de los núcleos de tritio y deuterio, se liberan helio libre y neutrones rápidos, que tienen suficiente energía para iniciar el inicio de la fisión del uranio-238. Los neutrones rápidos pueden dividir los átomos de la capa de uranio de un superbombo. La división de una tonelada de uranio genera energía del orden de 18 Mt. En este caso, la energía se gasta no solo en la creación de una onda expansiva y en la liberación de una enorme cantidad de calor. Cada átomo de uranio cae en dos "fragmentos" radiactivos. Forma un "ramo" completo de varios elementos químicos (hasta 36) y unos doscientos isótopos radiactivos. Es por esta razón que se generan numerosas consecuencias radioactivas, registradas a cientos de kilómetros del epicentro de la explosión.
Después de la caída de la "cortina de hierro", se supo que la URSS planeaba desarrollar un "Rey de la bomba" con una capacidad de 100 Mt. Debido al hecho de que en ese momento no había ningún avión capaz de llevar una carga tan grande, la idea fue abandonada en favor de la bomba de 50 Mt.
Las consecuencias de la explosión de una bomba de hidrógeno.
Onda de choque
La explosión de la bomba de hidrógeno conlleva destrucción y consecuencias a gran escala, y el impacto primario (explícito, directo) tiene un triple carácter. El más directo de todos los efectos directos es una onda de choque de intensidad ultraalta. Su capacidad destructiva disminuye con la distancia desde el epicentro de la explosión, y también depende de la potencia de la bomba y la altura a la que detona la carga.
Efecto calor
El efecto del calor de una explosión depende de los mismos factores que la potencia de la onda de choque. Pero se les agrega una más: el grado de transparencia de las masas de aire. La niebla o incluso una ligera nubosidad reduce drásticamente el radio de la lesión, en el que un calor puede causar quemaduras graves y pérdida de visión. La explosión de la bomba de hidrógeno (más de 20 Mt) genera una increíble cantidad de energía térmica, suficiente para derretir el concreto a una distancia de 5 km, evaporar el agua casi toda el agua de un pequeño lago a una distancia de 10 km, destruir la mano de obra enemiga enemiga, equipos y edificios a la misma distancia . Un embudo con un diámetro de 1-2 km y una profundidad de 50 m se forma en el centro, cubierto con una capa gruesa de masa vítrea (varios metros de rocas con un alto contenido de arena se derriten casi instantáneamente, convirtiéndose en vidrio).
De acuerdo con los cálculos obtenidos durante las pruebas reales, las personas tienen un 50% de probabilidades de mantenerse con vida si:
- Están ubicados en un refugio de concreto (subterráneo), a 8 km del epicentro de la explosión (EV);
- Ubicado en edificios residenciales a una distancia de 15 km del EV;
- Estarán en un área abierta a una distancia de más de 20 km del EV con poca visibilidad (para una atmósfera "limpia", la distancia mínima en este caso es de 25 km).
Con la distancia del EV, la probabilidad de mantenerse vivo en personas que se encuentran en un área abierta aumenta dramáticamente. Entonces, a una distancia de 32 km, será de 90-95%. Un radio de 40-45 km es el límite para el impacto primario de una explosión.
Bola de fuego
Otro efecto obvio de la explosión de la bomba de hidrógeno son las tormentas de fuego autosostenidas (huracanes), que se forman como resultado de la inmensa masa de material combustible que se introduce en la bola de fuego. Pero, a pesar de esto, lo más peligroso por el grado de impacto de la explosión será la contaminación por radiación del ambiente a decenas de kilómetros a la redonda.
Fallout
La bola de fuego que apareció después de la explosión se llena rápidamente con partículas radiactivas en grandes cantidades (productos de descomposición de núcleos pesados). El tamaño de las partículas es tan pequeño que, al estar en la atmósfera superior, pueden permanecer allí durante mucho tiempo. Todo lo que la bola de fuego ha alcanzado en la superficie de la tierra se convierte instantáneamente en cenizas y polvo, y luego es atraído hacia la columna de fuego. Los vórtices de la llama agitan estas partículas con partículas cargadas, formando una mezcla peligrosa de polvo radiactivo, cuyo proceso de sedimentación de los gránulos se extiende durante mucho tiempo.
El polvo grueso se asienta con bastante rapidez, pero el polvo fino es transportado por el aire en largas distancias, cayendo gradualmente de la nube recién formada. En las inmediaciones de la EV, se depositan las partículas más grandes y más cargadas, y las partículas de ceniza que son visibles a simple vista aún se pueden encontrar a cientos de kilómetros de distancia. Forman una cubierta mortal, de varios centímetros de espesor. Cualquier persona que esté cerca de él corre el riesgo de recibir una dosis grave de radiación.
Las partículas más pequeñas e indistinguibles pueden "flotar" en la atmósfera durante muchos años, doblando la Tierra muchas veces. En el momento en que caen a la superficie, están perdiendo bastante radioactividad. El estroncio 90 más peligroso, que tiene una vida media de 28 años y genera una radiación estable durante todo este tiempo. Su apariencia está determinada por instrumentos de todo el mundo. "Aterrizando" en la hierba y el follaje, se involucra en las cadenas alimenticias. Por esta razón, las personas que se encuentran a miles de kilómetros de los sitios de prueba durante el examen encontraron estroncio 90, acumulado en los huesos. Incluso si su contenido es extremadamente pequeño, la perspectiva de ser "un sitio para almacenar desechos radiactivos" no es un buen augurio para una persona, lo que lleva al desarrollo de tumores óseos malignos. En las regiones de Rusia (así como en otros países) cerca de los sitios de lanzamiento de prueba de bombas de hidrógeno, todavía se observa un aumento del fondo radiactivo, lo que demuestra una vez más la capacidad de este tipo de armas para dejar consecuencias significativas.
