De explosie van de eerste Sovjet-atoombom RDS-1, 1949. Foto door Wikimedia Commons
Sinds het midden van de jaren veertig, nucleair en thermonucleair wapen - systemen van speciale kracht, gebruikmakend van de reacties van verval of fusie van de atoomkern. In de afgelopen decennia hebben wetenschappers en ingenieurs een aantal varianten van dergelijke wapens voorgesteld met verschillende werkingsprincipes, ontwerpkenmerken en mogelijkheden. Sommige van deze voorstellen hebben met succes de fase van onderzoek en praktijktesten doorlopen, hun potentieel bevestigd en in gebruik genomen.
Verval energie
De eerste die kern- of atoomwapens voorstelt, theoretisch onderbouwt, produceert en test. Het was deze klasse met de Amerikaanse producten Gadget, Little Boy en Fat Man, de Sovjet RDS-1, enz. Het vormde enige tijd de basis van nucleaire arsenalen - tot het verschijnen van thermonucleaire systemen, die een aantal belangrijke verschillen hebben.
Dergelijke wapens gebruiken het principe van een lawine-achtige kettingreactie van het verval van een atoomkern met het vrijkomen van een grote hoeveelheid energie. Blokken van uranium-235 of plutonium-239 met een hoge mate van verrijking worden gebruikt als eentrapslading in dergelijke producten. Er werden studies van andere isotopen uitgevoerd, maar deze kregen geen praktische voortzetting. Ladingen kunnen verschillende configuraties hebben en worden gebruikt in apparaten met verschillende circuits.
Een kettingreactie wordt in gang gezet door het splijtbare materiaal in een kritieke toestand te brengen - door meerdere blokken met elkaar te verbinden of door een enkele lading te comprimeren. Daarna begint het verval van kernen in lichtere elementen met het vrijkomen van verschillende deeltjes, waaronder. neutronen die de volgende kernen "breken", wat leidt tot de voortzetting van de reactie.
Ivy Mike-test - de eerste thermonucleaire explosie in de VS, 1952. Foto door het Amerikaanse ministerie van Defensie
"Conventionele" atoomwapens vallen op door hun beperkte effectiviteit: slechts tientallen procenten uranium/plutonium komen in de reactie terecht. Daarnaast is er een mogelijkheid van de zgn. pops (fizzle) - reacties van een onvoldoende hoeveelheid van een stof met onvoldoende kracht. Maar zelfs onder optimale omstandigheden heeft een nucleaire lading met één trap een beperkt potentieel en kun je een vermogen krijgen van niet meer dan honderden kiloton TNT.
De efficiëntie van een nucleaire lading kan worden verhoogd door de zogenaamde. versterking of versterking. De versterkende lading onderscheidt zich door de aanwezigheid van een kleine hoeveelheid van een deuterium-lithiummengsel. Onder invloed van de hoofdlading in zo'n mengsel begint een thermonucleaire fusiereactie. Hierbij komt een extra aantal neutronen vrij, die inwerken op de splijtstof. Boosting stelt u in staat om de energie-output te maximaliseren met minimale complicaties van het ontwerp van het apparaat.
Synthese reactie
1952 en 1953 De VS en de USSR voerden de eerste tests van hun thermonucleaire ladingen uit. Dergelijke wapens gebruikten een nieuw schema dat het mogelijk maakte om hun kracht te vergroten tot tientallen megaton. Om voor de hand liggende redenen passeerden thermonucleaire kernkoppen snel de testfase en kwamen in dienst. In de toekomst kwamen thermonucleaire wapens op de voorgrond en vervingen bijna volledig de producten van de vorige generatie.
AN602 bommodel. Foto door Wikimedia Commons
Thermonucleaire munitie verschilt merkbaar van kernwapens. Het is tweetraps en werkt volgens het tweefasenprincipe. De eerste fase is een "normale" atomaire lading, en de tweede omvat deuterium en lithium-6-deuteride, gebruikt als een zogenaamde. thermonucleaire brandstof. Ook in het ontwerp van het product zijn er extra apparaten en componenten voor verschillende doeleinden.
Onder invloed van een nucleaire reactie van de eerste fase zal thermonucleaire fusie beginnen in de tweede. Helium wordt gevormd met het vrijkomen van neutronen en een grote hoeveelheid energie. Afhankelijk van het aantal zgn. thermonucleaire brandstof en andere parameters, kan de kracht van twee reacties oplopen tot 20-25 Mt.
Door complexere ontwerpen te gebruiken, kunt u de kracht van de explosie verder vergroten. Zo werd in 1961 de Sovjet AN602 vrij vallende thermonucleaire bom met een geschatte opbrengst van 50 Mt en een werkelijk vermogen van 58 Mt getest. Tegelijkertijd maakte het oorspronkelijke project het mogelijk om een energieopbrengst van meer dan 100 Mt te behalen.
In het AN602-product is een apparaatschema met drie fasen geïmplementeerd. De eerste twee trappen waren tweefasige thermonucleaire apparaten met elk een vermogen van 750 kt. Ze zouden de reactie in de derde fase starten, inclusief thermonucleaire brandstof en een uraniumlading. Gelijktijdige ontledings- en synthesereacties maakten het mogelijk om de beschikbare materialen optimaal te gebruiken en een maximaal vermogen te verkrijgen. Tegelijkertijd ontving de experimentele bom om veiligheidsredenen geen uraniumelementen.
Kernkoppen W78 voor Amerikaanse raketten. Foto door het Amerikaanse ministerie van Defensie
AN602 bleef echter een experimenteel product. We gingen de serie in en kwamen in dienst met kernkoppen met een lager vermogen. Ten koste van een redelijke vermogensbeperking was het mogelijk om de nodige efficiëntie te verkrijgen met acceptabele afmetingen en gewicht.
Verhoogde neutronenopbrengst
Een verscheidenheid aan thermonucleaire wapens is neutronen. Dit concept zorgt voor het creëren van een speciale lading die een krachtige stroom snelle neutronen produceert. Deze deeltjes worden gekenmerkt door een hoog penetrerend vermogen, wat zorgt voor een effectieve vernietiging van mankracht en andere doelen, incl. achter verschillende barrières. Bovendien creëert de neutronenlading geïnduceerde radioactiviteit in de omringende objecten.
De neutronenlading is een variant van het tweefasenapparaat met een speciale tweedetrapslading die een verhoogde neutronenopbrengst geeft. Bovendien vereist de lading een schaal die dergelijke deeltjes niet opsluit. Een goed ontworpen apparaat geeft tot 75-80 procent vrij. energie in de vorm van neutronen. In dit geval compenseren snelle deeltjes de verliezen in andere schadelijke factoren volledig.
Neutronenwapens hebben echter enkele beperkingen. Dus tijdens een luchtstoot wordt de neutronenflux verstrooid en geabsorbeerd door de atmosfeer. Dit verkleint het bereik van vernietiging van mankracht tot 1-1,5 km, ongeacht de aanwezigheid van bescherming. Als gevolg hiervan heeft de neutronenlading geen significante voordelen ten opzichte van wapens van andere klassen.
Het hoofd van de ICBM met moderne blokken W87. Foto door het Amerikaanse ministerie van Energie
Tegelijkertijd hebben neutronenkernkoppen toepassing gevonden in antiraket- en antiruimteverdedigingsprojecten. Op grote hoogte, in een ijle atmosfeer of daarbuiten, ondervinden neutronen geen interferentie en kunnen ze lange afstanden vliegen - waarbij ze mankracht en apparatuur raken of ervoor zorgen dat nucleaire ladingen exploderen.
Theoretische dreiging
Begin jaren vijftig kwamen Amerikaanse natuurkundigen met het idee van een kobaltbom. Dit concept voorzag in de creatie van een speciale modificatie van een thermonucleaire lading die in staat is om een stabiele stralingsverontreiniging van het gebied te creëren. Slechts een paar van deze krachtige producten, ongeacht hun locatie, kunnen al het leven op de planeet in korte tijd vernietigen. Als gevolg hiervan werd de kobaltbom ook wel het Doomsday Device genoemd.
Zo'n "Machine" herhaalt in zijn ontwerp een tweetraps thermonucleaire lading, maar kobalt-59 wordt toegevoegd in de tweede fase. Bij explosie ontvangt deze isotoop een neutron en verandert in radioactief kobalt-60 met een halfwaardetijd van 5,2 jaar; een aantal andere gevaarlijke elementen worden ook gevormd.
Het bijzondere gevaar van de kobaltbom zou het een effectief afschrikmiddel hebben gemaakt. Een poging om haar meester aan te vallen kan resulteren in een grootschalige stralingsramp. Deze ideeën kregen echter geen steun en het Doomsday Device bleef een uitsluitend theoretische ontwikkeling. Bovendien zijn dergelijke wapens stevig in de populaire cultuur terechtgekomen.
Lancering van de R-36M-raket. Aan boord van de raket kunnen 10 kernkoppen van 10 Mt tot één van 20 Mt zijn. Foto door het Ministerie van Defensie van de Russische Federatie
In de jaren negentig kwamen ook in de VS de zgn. hafnium bom. Er werd aangevoerd dat de hafnium-178m2-isomeer onder invloed van buitenaf kan beginnen te vervallen met het vrijkomen van gammastraling. Volgens berekeningen maakte een dergelijke reactie het mogelijk om energieën te verkrijgen die 100 duizend keer groter waren dan de equivalente hoeveelheid explosief, hoewel 100 keer minder dan nucleair verval.
In 1998 meldde een groep wetenschappers dat ze het verval van hafnium-178m2 hadden weten te provoceren, maar dat de energieopbrengst minimaal was. Aangenomen werd dat verder onderzoek zou helpen om de optimale regimes te vinden en het verval op gang te brengen. Niemand is echter in staat geweest om zelfs maar de eerste ervaring na te bootsen, laat staan enige vooruitgang. Blijkbaar was er een soort fout of opzettelijke hoax.
nucleaire vooruitgang
Sinds de oprichting hebben kernwapens een lange weg afgelegd. Verschillende schema's met bepaalde kenmerken en voordelen werden voorgesteld en geïmplementeerd. Op basis daarvan werden echte munitie voor tactische en strategische doeleinden ontwikkeld, evenals hun overbrengingsmiddelen. Er is een verscheidenheid aan tactieken en strategieën voor gebruik en toepassing bedacht en geïmplementeerd.
Opgemerkt moet worden dat niet alle ideeën en oplossingen in de praktijk zijn geïmplementeerd. Sommige voorstellen werden verworpen na theoretische analyse of als gevolg van verdere uitwerking. Hierdoor bereikten alleen de meest succesvolle en efficiënte ontwerpen de productie en exploitatie. En in de afgelopen decennia hebben ze gezorgd voor de veiligheid van de scheppende staten.