La bomba all'idrogeno (Hydrogen Bomb, HB, WB) è un'arma di distruzione di massa, che ha un incredibile potere distruttivo (il suo potere è stimato da megatoni in equivalente TNT). Il principio di funzionamento della bomba e lo schema strutturale si basa sull'uso dell'energia della sintesi termonucleare di nuclei di idrogeno. I processi che si verificano durante l'esplosione, simili a quelli che si verificano sulle stelle (incluso il Sole). Il primo test di WB adatto per il trasporto su lunghe distanze (il progetto di A.D. Sakharov) è stato condotto nell'Unione Sovietica nel sito vicino a Semipalatinsk.
Reazione termonucleare
Il sole contiene enormi riserve di idrogeno, che è sotto l'effetto costante di altissima pressione e temperatura (circa 15 milioni di Kelvin). A una densità così estrema e alla temperatura del plasma, i nuclei degli atomi di idrogeno si scontrano casualmente tra loro. Il risultato delle collisioni è una fusione nucleare e, di conseguenza, la formazione di nuclei di un elemento più pesante - l'elio. Reazioni di questo tipo sono chiamate fusione termonucleare, sono caratterizzate dal rilascio di enormi quantità di energia.
Le leggi della fisica spiegano il rilascio di energia durante una reazione termonucleare come segue: parte della massa di nuclei leggeri coinvolti nella formazione di elementi più pesanti rimane inutilizzata e si trasforma in energia pulita in enormi quantità. Questo è il motivo per cui il nostro corpo celeste perde circa 4 milioni di tonnellate di materia al secondo, rilasciando un flusso continuo di energia nello spazio.
Isotopi di idrogeno
Il più semplice di tutti gli atomi esistenti è un atomo di idrogeno. Consiste di un solo protone, che forma il nucleo, e l'unico elettrone che ruota attorno ad esso. Come risultato di studi scientifici sull'acqua (H2O), si è constatato che in essa è presente acqua cosiddetta "pesante" in piccole quantità. Contiene isotopi "pesanti" di idrogeno (2H o deuterio), i cui nuclei, oltre a un protone, contengono anche un neutrone (una particella chiusa in massa a un protone, ma priva di carica).
La scienza conosce anche il trizio, il terzo isotopo dell'idrogeno, il cui nucleo contiene 1 protone e 2 neutroni contemporaneamente. Il trizio è caratterizzato da instabilità e costante decadimento spontaneo con rilascio di energia (radiazione), a seguito del quale si forma un isotopo di elio. Tracce di trizio si trovano negli strati superiori dell'atmosfera terrestre: è lì, sotto l'influenza dei raggi cosmici, che le molecole di gas che formano l'aria subiscono cambiamenti simili. Ottenere un trizio è anche possibile in un reattore nucleare irradiando l'isotopo del litio-6 con un potente flusso di neutroni.
Sviluppo e primi test della bomba all'idrogeno
Come risultato di un'approfondita analisi teorica, specialisti dell'URSS e degli Stati Uniti sono giunti alla conclusione che la miscela di deuterio e trizio rende più facile iniziare la reazione della fusione termonucleare. Armati di questa conoscenza, gli scienziati degli Stati Uniti negli anni '50 del secolo scorso hanno iniziato a creare una bomba all'idrogeno. E nella primavera del 1951, un test fu effettuato nel sito di Enyvetok (un atollo nell'Oceano Pacifico), ma fu raggiunta solo una parziale fusione termonucleare.
Passò poco più di un anno e nel novembre del 1952 fu eseguita la seconda prova di una bomba all'idrogeno con una potenza di circa 10 Mt in tritolo. Tuttavia, quell'esplosione difficilmente può essere definita un'esplosione di una bomba termonucleare nel senso moderno: infatti, il dispositivo era un grande contenitore (le dimensioni di una casa a tre piani) pieno di deuterio liquido.
Anche in Russia hanno intrapreso il miglioramento delle armi atomiche e la prima bomba all'idrogeno del progetto di A.D. Sakharov è stato testato nel sito di test di Semipalatinsk il 12 agosto 1953. L'RDS-6 (questo tipo di arma di distruzione di massa era chiamata "puff" di Sakharov, dal momento che il suo schema implicava il dispiegamento sequenziale degli strati di deuterio che circondano l'iniziatore della carica) aveva una potenza di 10 Mt. Tuttavia, a differenza dell'americano "edificio a tre piani", la bomba sovietica era compatta e poteva essere prontamente consegnata alla posizione di un attacco al territorio nemico su un bombardiere strategico.
Avendo accettato la sfida, nel marzo del 1954, gli Stati Uniti fecero esplodere una bomba ad aria più potente (15 Mt) nel sito di test sull'atollo di Bikini (Oceano Pacifico). Il test è stato la causa del rilascio nell'atmosfera di una grande quantità di sostanze radioattive, alcune delle quali sono cadute con precipitazioni a centinaia di chilometri dall'epicentro dell'esplosione. La nave giapponese "Happy Dragon" e i dispositivi installati sull'isola di Rogelap hanno registrato un forte aumento delle radiazioni.
Poiché come risultato dei processi che avvengono durante la detonazione della bomba all'idrogeno, si forma un elio stabile e sicuro, ci si aspettava che le emissioni radioattive non dovessero superare il livello di contaminazione dal detonatore atomico della fusione termonucleare. Ma i calcoli e le misurazioni del fallout radioattivo reale variavano notevolmente, sia in termini di quantità che di composizione. Pertanto, la dirigenza statunitense decise di sospendere temporaneamente la progettazione di quest'arma fino a uno studio completo del suo impatto sull'ambiente e sull'uomo.
Video: test in URSS
Bomba dello zar - Bomba termonucleare dell'URSS
Il punto di forza nella catena del tonnellaggio delle bombe all'idrogeno fu stabilito dall'URSS quando, il 30 ottobre 1961, un test da 50 megatoni (il più grande della storia) fu condotto su Novaya Zemlya - il risultato del lavoro a lungo termine del gruppo di ricerca AD Sakharov. L'esplosione è esplosa a un'altitudine di 4 chilometri e le onde d'urto sono state registrate tre volte su dispositivi in tutto il mondo. Nonostante il fatto che il test non abbia rivelato alcun guasto, la bomba non è mai entrata in servizio. Ma il fatto stesso del possesso di tali armi da parte dei sovietici ha fatto un'impressione indelebile in tutto il mondo, mentre negli Stati Uniti hanno smesso di guadagnare tonnellate di un arsenale nucleare. In Russia, a loro volta, hanno deciso di abbandonare l'introduzione di testate con cariche di idrogeno in servizio di combattimento.
Il principio della bomba all'idrogeno
La bomba all'idrogeno è il dispositivo tecnico più complesso, la cui esplosione richiede il flusso sequenziale di un numero di processi.
Innanzitutto, vi è una detonazione della carica dell'iniziatore all'interno del guscio della WB (miniatura atomic bomb), che si traduce in una potente espulsione dei neutroni e nella creazione di una temperatura elevata richiesta per l'avvio della fusione termonucleare nella carica principale. Inizia un massiccio bombardamento di neutroni di un rivestimento di deuteruro di litio (prodotto dalla combinazione di deuterio con isotopo di litio-6).
Sotto l'azione dei neutroni, il litio 6 si divide in trizio ed elio. La miccia atomica in questo caso diventa una fonte di materiali necessari per il verificarsi della fusione termonucleare nella stessa bomba detonata.
Una miscela di trizio e deuterio innesca una reazione termonucleare, a seguito della quale vi è un rapido aumento della temperatura all'interno della bomba, e sempre più idrogeno è coinvolto nel processo.
Il principio di funzionamento della bomba all'idrogeno implica un flusso ultraveloce di questi processi (il dispositivo di carica e la disposizione degli elementi principali contribuiscono a questo), che sembrano istantanei per l'osservatore.
Superbomb: divisione, sintesi, divisione
La sequenza di processi sopra descritta termina dopo l'inizio della reazione di deuterio con trizio. Inoltre, si è deciso di utilizzare la fissione nucleare, piuttosto che la sintesi di quelli più pesanti. Dopo la fusione dei nuclei di trizio e deuterio, vengono liberati elio libero e neutroni veloci, che hanno abbastanza energia per iniziare l'inizio della fissione dell'uranio-238. I neutroni veloci possono separare gli atomi dal guscio di uranio di una superba. La scissione di una tonnellata di uranio genera energia dell'ordine di 18 Mt. In questo caso, l'energia viene spesa non solo per la creazione di un'onda d'urto e il rilascio di un'enorme quantità di calore. Ogni atomo di uranio cade in due "frammenti" radioattivi. Forma un intero "bouquet" di vari elementi chimici (fino a 36) e circa duecento isotopi radioattivi. È per questo motivo che vengono generati numerosi fallimenti radioattivi, registrati a centinaia di chilometri dall'epicentro dell'esplosione.
Dopo la caduta della "cortina di ferro", si è saputo che l'Unione Sovietica stava progettando di sviluppare un "Re della bomba" con una capacità di 100 Mt. A causa del fatto che all'epoca non esistevano aerei in grado di trasportare una carica così massiccia, l'idea fu abbandonata a favore della bomba da 50 Mt.
Le conseguenze dell'esplosione di una bomba all'idrogeno
Onda d'urto
L'esplosione della bomba all'idrogeno comporta distruzione e conseguenze su vasta scala e l'impatto primario (esplicito, diretto) ha un triplice carattere. Il più ovvio di tutti gli effetti diretti è un'onda d'urto ad altissima intensità. La sua capacità distruttiva diminuisce con la distanza dall'epicentro dell'esplosione, e dipende anche dalla potenza della bomba stessa e dall'altezza alla quale la carica detona.
Effetto di calore
L'effetto del calore da un'esplosione dipende dagli stessi fattori della potenza dell'onda d'urto. Ma a loro si aggiunge un altro: il grado di trasparenza delle masse d'aria. Nebbia o anche una leggera nebulosità riducono drasticamente il raggio della lesione, in cui una vampata di calore può provocare gravi ustioni e perdita della vista. L'esplosione della bomba all'idrogeno (oltre 20 Mt) genera un'incredibile quantità di energia termica, sufficiente a sciogliere il cemento a una distanza di 5 km, facendo evaporare quasi tutta l'acqua da un piccolo lago a una distanza di 10 km, distruggi la forza nemica nemica, le attrezzature e gli edifici alla stessa distanza . Un imbuto con un diametro di 1-2 km e una profondità di 50 m è formato al centro, coperto da uno spesso strato di massa vetrosa (diversi metri di rocce con un alto contenuto di sabbia si fondono quasi istantaneamente, trasformandosi in vetro).
Secondo i calcoli ottenuti durante i test effettivi, le persone hanno una probabilità del 50% di rimanere in vita se:
- Si trovano in un rifugio di cemento (sotterraneo), a 8 km dall'epicentro dell'esplosione (EV);
- Situato in edifici residenziali ad una distanza di 15 km dall'EV;
- Saranno in un'area aperta a una distanza di oltre 20 km dall'EV in scarsa visibilità (per un'atmosfera "pulita", la distanza minima in questo caso è di 25 km).
Con la distanza dall'EV, la probabilità di rimanere vivi nelle persone che si trovano in un'area aperta aumenta drammaticamente. Quindi, a una distanza di 32 km, sarà del 90-95%. Un raggio di 40-45 km è il limite per l'impatto principale di un'esplosione.
bolide
Un altro effetto evidente dell'esplosione di una bomba all'idrogeno sono le tempeste di fuoco autosufficienti (uragani), che si formano a causa delle immense masse di materiale combustibile che vengono aspirate nella palla di fuoco. Ma, nonostante questo, il più pericoloso dal grado di impatto dell'esplosione sarà l'inquinamento da radiazioni dell'ambiente circostante di decine di chilometri.
Fallout
La sfera di fuoco che apparve dopo l'esplosione fu rapidamente riempita di particelle radioattive in grandi quantità (prodotti di decomposizione di nuclei pesanti). La dimensione delle particelle è così piccola che, essendo nell'atmosfera superiore, sono in grado di rimanere lì per un tempo molto lungo. Tutto ciò che la palla di fuoco ha raggiunto sulla superficie della terra si trasforma istantaneamente in cenere e polvere, e quindi viene trascinato nella colonna di fuoco. I vortici di fiamma agitano queste particelle con particelle cariche, formando una pericolosa miscela di polvere radioattiva, il processo di sedimentazione dei granuli di cui si estende per un lungo periodo.
La polvere grossolana si deposita piuttosto rapidamente, ma la polvere sottile viene trasportata dall'aria per lunghe distanze, gradualmente cadendo dalla nuova nube. Nelle immediate vicinanze dell'EV, le particelle più grandi e più cariche vengono depositate e le particelle di cenere visibili dall'occhio possono ancora essere trovate a centinaia di chilometri di distanza da esso. Formano una copertura mortale, spessa parecchi centimetri. Chiunque si trovi vicino a lui rischia di ricevere una dose importante di radiazioni.
Le particelle più piccole e indistinguibili possono "galleggiare" nell'atmosfera per molti anni, piegandosi sulla Terra molte volte. Nel momento in cui cadono in superficie, stanno piuttosto perdendo la radioattività. Lo stronzio-90 più pericoloso, che ha un'emivita di 28 anni e genera una radiazione stabile per tutto questo tempo. Il suo aspetto è determinato da strumenti in tutto il mondo. "Atterraggio" sull'erba e sul fogliame, viene coinvolto nelle catene alimentari. Per questo motivo, le persone che si trovano a migliaia di chilometri dai siti di test durante l'esame hanno trovato lo stronzio-90, accumulato nelle ossa. Anche se il suo contenuto è estremamente piccolo, la prospettiva di essere "un sito per lo stoccaggio di rifiuti radioattivi" non promette nulla di buono per una persona, portando allo sviluppo di tumori maligni delle ossa. Nelle regioni della Russia (così come in altri paesi) vicino ai siti dei lanci di prova delle bombe all'idrogeno, si osserva ancora un aumento del background radioattivo, che dimostra ancora una volta la capacità di questo tipo di armi di lasciare conseguenze significative.
