Ładunek termojądrowy

Ładunek termojądrowy

Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania Eksplozja bomby Ivy Mike, test bomby wodorowej 1 listopada 1952 na atolu Enewetak Amerykańska bomba wodorowa B53 o równoważniku trotylowym 9 MT Ładunek termojądrowy (także: wodorowy) – materiał wybuchowy, w którym głównym źródłem energii wybuchu jest niekontrolowana i samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa, podczas której izotopy wodoru (najczęściej deuter i tryt) łączą się pod wpływem bardzo wysokiej temperatury, tworząc hel w procesie fuzji nuklearnej. Niezbędna do zapoczątkowania fuzji temperatura uzyskiwana jest w drodze detonacji ładunku jądrowego. Ładunki tego typu z uwagi na swą niekontrolowaną naturę, znajdują jedynie wojskowe zastosowanie destrukcyjne. Spis treści 1 Historia 2 Zasada działania 3 Typy ładunków termojądrowych 4 Skutki eksplozji termojądrowej 5 Zobacz też 6 Przypisy Historia 1 listopada 1952 amerykańscy fizycy pod kierunkiem Edwarda Tellera i Polaka Stanisława Ulama doprowadzili na atolu Enewetak do pierwszego wybuchu bomby termojądrowej „Ivy Mike”. Bomba jako paliwo termojądrowe wykorzystywała deuter i tryt. Siłę wybuchu oszacowano na 10,4 megaton (MT), czyli około 700 bomb jądrowych zrzuconych na Hiroszimę. Przy projektowaniu bomby termojądrowej użyty był komputer MANIAC I. 8 miesięcy później, 20 sierpnia 1953, na terytorium radzieckim miała miejsce eksplozja bomby wodorowej (bomba H), którą wykryły zachodnie sejsmografy. 1 marca 1954 r. Amerykanie przeprowadzili na atolu Bikini próbną eksplozję o kryptonimie „Castle Bravo”. Wybuch bomby Shrimp („Krewetka”) doprowadził do największego skażenia środowiska w historii amerykańskich prób nuklearnych. Nie przewidziano, że w użytych do reakcji deuterku litu (LiD) dwóch izotopach litu, 6Li i 7Li, ten ostatni też weźmie udział w procesie. W konsekwencji wybuch, zamiast spodziewanej siły 5 megaton, miał siłę ok. 15 megaton i doprowadził do radioaktywnego skażenia znacznie większego obszaru od pierwotnie zakładanego[1]. Największą dotychczas wywołaną eksplozją była detonacja ładunku termojądrowego zawartego w radzieckiej „Car Bombie”. Bomba została zdetonowana 30 października 1961 na wysokości 4 km na Nowej Ziemi. Siłę jej wybuchu oszacowano na 58 megaton (prawie 4000 bomb zrzuconych na Hiroszimę) i dano miano „Zabójcy Miast”. Wybuch wzbił w górę takie ilości pyłów, że zasłoniły niebo na Nowej Ziemi na długi czas. Konstrukcja bomby umożliwiała wybuch z mocą 150 MT, jednakże siłę eksplozji ograniczono z obawy przed trudnymi do przewidzenia skutkami wybuchu. Ładunkiem termojądrowym o najmniejszej sile wybuchu była brytyjska bomba „Short Granite”, zdetonowana 15 maja 1957 na wyspie Malden (opodal atolu Kiritimati) na wysokości 2400 m. Bomba została zrzucona z samolotu. Siłę jej wybuchu oszacowano na 300 kiloton[2]. Zasada działania Schemat budowy ładunku termojądrowego A – Stopień rozszczepienia (ładunek pierwotny) B – Stopień fuzji (ładunek właściwy (wtórny)) 1 – chemiczny materiał wybuchowy 2 – osłona z uranu238 3 – próżnia 4 – pluton lub uran zawierający tryt w stanie gazowym 5 – styropian 6 – osłona uranu238 7 – deuterek litu-6 (paliwo fuzji) 8 – pluton 9 – reflektor Reakcja termojądrowa to synteza jąder lekkich pierwiastków, w wyniku której powstają jądra cięższe, o większej energii wiązania w przeliczeniu na jeden nukleon. Warunkami umożliwiającymi reakcję syntezy jest silne rozpędzenie jąder atomowych (wysoka temperatura) oraz duża koncentracja odpowiednich jąder. Warunki takie uzyskuje się przez wybuch bomby jądrowej, w centrum której umieszcza się materiał do syntezy termojądrowej. Ponieważ wybuch bardzo szybko rozrzuca reagujące materiały, należy zastosować w bombie materiały umożliwiające przeprowadzenie reakcji termojądrowej w jak najniższej temperaturze. Pierwsze bomby zawierały deuter i tryt, ale tryt nie jest zbyt trwały (ma względnie krótki okres półtrwania – 12,26 lat) i tak skonstruowanej bomby nie można długo przechowywać. Rozwiązaniem jest generowanie trytu w trakcie wybuchu bomby. Tryt otrzymywany jest z litu poprzez bombardowanie jego jąder neutronami pochodzącymi głównie z rozszczepienia jąder ładunku inicjującego, którym jest zazwyczaj uranowa lub plutonowa bomba jądrowa o stosunkowo niewielkiej mocy. Zastosowanie związków deuteru i trytu z litem znacznie upraszcza konstrukcję bomby, umożliwiając przechowywanie tych substancji w stanie stałym, bez instalacji chłodzących. Schemat głównych reakcji zachodzących w ładunku termojądrowym: 6Li + n → 4He + T + 4,8 MeV T + D → 4He +n + 17,6 MeV D + D → T + p + 4 MeV D + D → ³He + n + 3,3 MeV Zasadnicze znaczenie mają dwie pierwsze reakcje, tworzą one samopodtrzymujący się cykl. Pierwsza dostarcza tryt dla drugiej, a druga neutrony dla pierwszej. Dwie pozostałe reakcje zachodzą z mniejszą częstością. Typy ładunków termojądrowych Bomba o konstrukcji wyżej opisanej jest nazywana bombą o ładunku dwufazowym. Faza I – reakcja rozszczepienie uranu lub plutonu, faza II – synteza helu. W pierwszej i w drugiej fazie wybuchu ładunku wydziela się znaczna ilość szybkich neutronów. Większość z nich ucieka poza obszar wybuchu. Neutrony te można wykorzystać do inicjowania rozszczepienia jąder ulegających rozszczepieniu w wyniku bombardowania szybkimi neutronami. W wersji trójfazowej ładunek o konstrukcji opisanej wyżej otacza się dodatkową powłoką z izotopu 238 uranu lub 232 toru, która spełnia w pierwszym etapie rolę ekranu odbijającego neutrony, a następnie sama ulega rozszczepieniu. Izotopy te nie ulegają łańcuchowej reakcji rozszczepienia, ale w końcu bombardujące je szybkie neutrony powstałe w pierwszych dwóch etapach powodują ich rozszczepienie, co znacznie zwiększa sumaryczną moc wybuchu. Specjalnym rodzajem ładunku termojądrowego jest bomba neutronowa. Siła jej wybuchu jest stosunkowo niewielka, małe jest również skażenie promieniotwórcze terenu. Czynnikiem niszczącym jest natomiast promieniowanie neutronowe, zabójcze dla żywych organizmów. Skutki eksplozji termojądrowej W wyniku eksplozji wielostopniowej bomby wodorowej o mocy 20 MT, kula ognia (fireball) ogarnia obszar w odległości ok. 3 km w każdym kierunku od punktu detonacji (strefa zero). W odległości do 6,4 kilometra podmuch powietrza powoduje skokowy wzrost ciśnienia do ok. 440 kPa, zaś prędkość wiatru przekracza 1040 km/h. Powoduje to zdruzgotanie nawet ukrytych pod ziemią schronów przeciwbombowych. Na dystansie 26,6 km od miejsca detonacji rozszerzająca się fala cieplna zdolna jest do zapalenia wszystkich materiałów palnych na swej drodze, zaś prędkość wiatru na tym obszarze przekracza 160 km/h. Wiatr ten roznosi ogień na dalsze kilkanaście kilometrów, powodując na całym obszarze „burzę ogniową”. Szacunki ofiar w ludziach dla ok. 3-milionowej strefy metropolitalnej wielkości San Diego wynoszą ok. 1 miliona zabitych osób w ciągu kilku minut i 500 tys. rannych od uderzeń niesionych wiatrem płonących szczątków, ciężko poparzonych, z utratą słuchu, wzroku czy też spowodowanym olbrzymim ciśnieniem powietrza pęknięciem płuc[3]. A-9/A-10 Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania Ten artykuł dotyczy rakiety międzykontynentalnej. Zobacz też: inne znaczenia tego skrótu. A-9/A-10 Ilustracja Państwo III Rzesza Długość 25,8 metra Średnica 4,3 metra Rozpiętość 9 metrów Napęd silnik na paliwo ciekłe, EMW Prędkość 1200 m/s (A-10) 2900 m/s (A-9) Głowica konwencjonalna (Amatol 60/40), 1000 kg A-9/A-10 (Aggregate-9/Aggregate-10) – nazwa dwustopniowego pocisku międzykontynentalnego o napędzie rakietowym, zaprojektowanego w latach 40. XX wieku przez zespół Wernehra von Brauna w Niemczech. Spis treści 1 Projekt 2 Chronologia 3 Przypisy 4 Bibliografia Projekt Dane techniczne A-9 A-10 Masa całkowita 16259 kg 69043 kg Masa (bez paliwa) 3000 kg 16993 kg Ciąg (w próżni) 288,678 kN 2306,896 kN Czas pracy silników 115 s 55 s Maks. średnica 1,65-1,70 m 4,12 m Rozpiętość 3,20-3,50 m 9,00 m Wysokość 14,00-14,18 m 20,00 m Pocisk został zaprojektowany jako konstrukcja dwustopniowa. Pierwszy stopień, A-10, miał wynosić drugi, A-9, na wysokość ok. 24 km z maksymalną prędkością 1200 m/s. Na tej wysokości miała następować separacja po której A-9 miał osiągać pułap do 55 km przy maksymalnej prędkości 2900 m/s[1][2]. Inne źródła podają maksymalne prędkości jako: 2400 m/s (A-10) i 2800 ms (A-9) oraz maksymalny pułap 160 km[3]. Całkowita wysokość pocisku miała wynosić 25,8 m. Projekt A-10 ulegał w trakcie prac zmianom, początkowo planowano zastosowanie silnika z 6 komorami spalania (stosowanymi już w pociskach A-4, każda o ciągu 27,5 tony). Ostatecznie zdecydowano się za użycie pojedynczego silnika rakietowego napędzanego mieszanką etanolu i tlenu o ciągu ok. 200 ton. Stopień A-9 oparty był na pocisku A-4, dodano m.in. skrzydła i kabinę pilota. Miał być wynoszony przez stopień A-10 następnie wznosić się przy użyciu własnego silnika, podobnego do stosowanego w pociskach V2. Po wyczerpaniu paliwa miał kontynuować lot balistyczny, przechodząc następnie w lot ślizgowy. Chronologia 1939. W listopadzie w wojskowym ośrodku badawczym w Peenemünde powstał tunel aerodynamiczny pozwalający badać właściwości modeli przy prędkościach dochodzących do 4 Ma (ok. 1500 m/s). Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowana konstrukcja pocisków V2 była odpowiednia, ale dla A-9 należało wprowadzić kilka zmian (głównie skrzydeł i usterzenia). Rozważano użycie skrzydeł w układzie 'delta', lecz z powodu tendencji do występowania przepływu turbulentnego w obszarze sterów zdecydowano się ostatecznie na użycie skrzydeł trapezoidalnych. W wyniku tych badań zdecydowano się jednak użyć podobnej innowacji dla amunicji dział przeciwlotniczych 10.5 cm FlaK 38 oraz 280 mm armaty K5, pozwalało to bowiem na znaczne zwiększenie donośności. 1940. Podjęto decyzję o zastosowaniu dwuczłonowej konstrukcji A-9/A-10 i rozpoczęto projektowanie pierwszego stopnia – A-10, cały czas pracując nad konstrukcjami V2 i jej wersją A-9. Pierwszy start przewidziany był na rok 1946. 1941. W grudniu ukończono projekt tunelu aerodynamicznego do testów przy prędkościach do 10 Ma potrzebnych dla dalszych badań nad konstrukcją A-9/A-10. Prace nad tym projektem jednak zostały znacznie spowolnione przez nadanie większego priorytetu projektowi A-4. 1942. Testy przy użyciu katapult pozwoliły pociskowi A-9 osiągnąć zasięg ok. 1000 km, lecz do skonstruowania rakiety międzykontynentalnej potrzebny był stopień A-10, nad którym prace miały w dalszym ciągu mniejszy priorytet. Ustalono jednak, że do osiągnięcia celu należy wynieść pocisk A-9 na wysokość 55 km. Całkowity czas przelotu szacowano na 35 minut, po których pocisk przebędzie dystans 4100 km. 1943. Wskutek zawieszenia projektu A-9/A-10 na rzecz przyspieszenia badań na potrzeby projektu A-4 prace zostały oficjalnie wstrzymane, jednak Wernher von Braun wraz z zespołem zdecydował się na ich samodzielną kontynuację, nadając mu nową nazwę A-4b, która sugerowała, iż jest to projekt rozwojowy pocisku A-4. W grudniu w Peenemünde rozpoczęto budowę tunelu aerodynamicznego do testów przy prędkościach do 10 Ma. Gdy konstrukcja pocisku V2 została ostatecznie ukończona, inżynierowie mogli zintensyfikować prace nad wstrzymanym wcześniej projektem. 1944. W listopadzie wznowiono oficjalnie prace nad pociskiem, nadając mu kryptonim 'Projekt Amerika', jednak nie przeprowadzano już badań na większą skalę. 1945. W styczniu odbył się ostatni start testowy pocisku A-4b.