Bomba atomowa

Wprowadzenie

Bomba jądrowa jest elementem nie tylko gruntownych analiz oraz rozlicznych kontrowersji, ale także bardzo ciekawym "laboratorium" arcyciekawych procesów fizycznych i chemicznych. Ogromna siła rażenia tej broni opiera się na zastosowaniu kilkunastu zjawisk jakie zachodzą w procesach nuklearnych. Fizyczne oraz chemiczne podstawy działania bomby jądrowej to zjawiska bardzo, bardzo ciekawe, a ich poznanie pozwala całkowicie wytłumaczyć złowrogi cień zagłady, jaki niesie ze sobą hasło "bomba jądrowa"...

Jednym z podstawowych własności bomby jądrowej jest ogromna wręcz ENERGIA WYBUCHU, kilkakrotnie przewyższająca energię wyzwalaną przez konwencjonalne substancje wybuchowe.

Źródła energii

Przedział ewentualnej produkowanej energii (20 kiloton - 25 megaton) wynika z przeróżnych rozwiązań jej uzyskiwania. Gdy weźmiemy pod uwagę źródło energii, zatem również i zasadę działania bomby, podzielić można się je na trzy typy:

-bomba o ładunku jednofazowym (nazywana bombą atomową albo bombą A);

-bomba o ładunku dwufazowym (nazywana bombą wodorową, bombą H, bombą neutronową albo bombą termojądrową);

-bomba o ładunku trójfazowy (nazywana bombą kombinowaną, wodorowo-uranową albo termojądrową ogromnej mocy).

We wszelkich typach bomb jednak pierwszą fazą ( w przypadku bomby jednofazowej wyłączną) jest rozszczepienie substancji radioaktywnej, którym w bombie jest uran wzbogacony o pluton.

Bomba atomowa (jednofazowa)

Reakcja rozszczepienia

Reakcja rozszczepiania polega na rozpadzie jądra atomowego na skutek wychwytu neutronu (stad w bombie jądrowej konieczne jest źródło neutronów, które rozszczepia reakcję) na dwa nietrwałe jądra potomne. Źródłem energii jest energia wiązań nukleonów (protonów oraz neutronów w jądrze). Im mniejsze jest jądro, tym większa jest energia wiązania nukleonów, więc różnica energii włożonej w rozerwanie jądra uranu oraz otrzymanej przez powstanie jąder potomnych ma bardzo istotny wymiar. Przykładowa reakcją rozpadu jest rozpad jądra uranu (236) na ksenon(140) oraz stront(93):

236U + n ----> 140Xe + 93Sr +3n

Energia wiązania na nukleon uranu równa się 7.6 MeV, ksenonu - 8.4 MeV, strontu - 8.7 MeV. Więc wyzwolona energia będzie wynosić:

140*8.4+93*8.7-236*7.6=191.5 MeV

Ilość ta może wydawać się mała, ale trzeba mieć na uwadze, że jest to energia wyzwolona przy rozpadzie jedynie jednego jądra! Teoretycznie, przy założeniu 100% wydajności reakcji i doskonałego źródła neutronów o konkretnych prędkościach (co jest stanem wyidealizowanym) do uzyskania energii bomby nominalnej potrzebne jest prawie 1kg uranu (!!!). W praktyce doprowadza się do łańcuchowej ("samonapędzającej") reakcji niekontrolowanej, co możliwe jest przy wykorzystaniu masy, która przekraczała krytyczną [45 kg dla uranu(235) oraz 10 kg dla plutonu(239)]

Masa krytyczna

Pluton oraz uran rozszczepiane są w momencie gdy pochłoną dodatkowe neutronów, tak samo przy rozszczepieniu wysyłają neutrony. Kiedy w jakiejś masie substancji rozszczepialnej reakcja rozszczepienia zaczyna zachodzić łańcuchowo (przypuszczalnie ilość neutronów wysyłanych oraz pochłanianych jest wówczas zrównoważona), mówi się o tzw. masie krytycznej. Jest ona zdefiniowana dla konkretnych warunków (temperatura, ciśnienie, gęstość substancji) oraz zmiana tych warunków sprawia że dochodzi do zmiany jej wartości. Przekroczenie tej masy - wartości progowej (tzw. masa nadkrytyczna) sprawia, że dochodzi do wybuchowej reakcji łańcuchowej. Zjawisko to, zastosowane w bombie jądrowej jest niekorzystne np. w reaktorach atomowych... Uzyskanie masy krytycznej może nastąpić nie tylko przez fizyczne nagromadzenie takiej masy, ale i przez powiększenie gęstości (powiększenie gęstości powoduje że zmniejsza się wartość masy krytycznej) np. przy podwyższonej temperaturze i/albo ciśnieniu albo sprowadzenie próbki substancji do kształtu kulistego.

W bombie jądrowej istotnym fragmentem jest uzyskanie masy nadkrytycznej w konkretnym momencie. Na ogół jest to dokonywane przez rozdzielenie fragmentów substancji promieniotwórczej osłonami albo utrzymywanie gęstości substancji rozszczepialnej (na ogół w postaci kuli) poniżej gęstości krytycznej. Wartość masy (gęstości) krytycznej można pomniejszyć nawet dwu-trzykrotnie tzw. reflektorami neutronów (tzn. substancjami które odbijają neutrony, które powiększają ilość oraz energię neutronów, które oddziałują z substancją promieniotwórczą), co znaczy, że do uzyskania reakcji łańcuchowej konieczna jest mniejsza masa materiału. Odpalenie przed wybuchem zapalnika, który aktywuje substancję wybuchową sprawia że dochodzi do rozerwania osłon oraz połączenia fragmentów substancji rozszczepialnej w całość o masie nadkrytycznej albo pomniejszenie objętości kuli substancji, co zwiększa jej gęstość ... następne pikosekundy to wysokoenergetyczny fenomen, nazywany również niekontrolowaną reakcją łańcuchową...

Bomba wodorowa(dwufazowa)

Zależnie od typu ładunku ewentualne są dwa zjawiska:

- bezpośrednie oddziaływanie fali strumienia energii na okolicę;

- indukcja następnych procesów wysokoenergetycznych....

Bomby te są w stanie osiągnąć największą energię rzędu kilkuset kiloton TNT.

W przypadku drugim korzystamy się z faktu, iż niekontrolowana reakcja łańcuchowa sprawia, że powstają warunków doświadczalne ogromnych temperatur (kilkadziesiąt milionów kelwinów) oraz ciśnień. Te warunki powodują, że możliwy jest przebieg procesu o jeszcze większej energii - tzn. syntezy (fuzji) lekkich jąder. Na tym właśnie polega działanie tzw. bomby o ładunku dwufazowym - faza pierwsza dostarcza energii do zainicjowania fazy drugiej.

W fazie drugiej dochodzi do dwóch podstawowych reakcji:

-synteza deuteru oraz trytu w jądro helu

H(2) + H(3) -----> He(4) + n 17.4 MeV

-synteza deuteru oraz litu w dwa jądra helu

H(2) +Li(6) -----> He(4) + He(4) 24 MeV

W procesach tych przebieg reakcji zależny jest także od gęstości substancji, stąd zastosowanie gazowego wodoru (tzn. jego izotopów deuteru oraz trytu) jest ekonomicznie nieuzasadnione, natomiast przetworzenie go w stan ciekły potrzebuje schłodzenia do temperatury kilkunastu kelwinów. W związku z tym wykorzystuje się substancje stałe, tzn. deuterek litu LiH. Substancja ta wypełnia środek bomby, a ładunki pierwszego stopnia ulokowane są w jego wnętrzu. LiH jest źródłem deuteru jak również i litu, tryt natomiast otrzymywany jest w procesie bombardowania neutronami, jakie pochodzą z fazy pierwszej, atomów litu:

n + Li(6) -----> He(4) + H(3)

Proces ten dostarcza również dodatkowej energii do przebiegu syntez. Dodatkowo substancja do syntezy jest uzupełniona o ślady trytku litu, co powoduje pewne ułatwienia do rozpoczęcia reakcji. Bomba o ładunku dwufazowym dostarcza energii rzędu kilku do kilkunastu megaton. Aktualnie produkowane bomby, testowane w próbnych eksplozjach, uzyskują energię ok.20 MtTNT. Bomba wodorowa jest również nazywana neutronową, ze względu na duże ilości tych cząsteczek jakie wydzielane są podczas syntez. Neutrony uzyskane podczas fuzji lekkich jąder unoszą ok. 80% otrzymanej energii.

Energia otrzymana w wybuchu ładunku dwufazowego może albo oddziaływać od razu albo zostać zastosowana do następnego procesu - jest to dokonywane w bombie o tzw. ładunku trójfazowym.

Bomba fuzyjna(trójfazowa)

W przypadku ładunku trójfazowego ostatnim ogniwem uzyskiwania energii jest rozszczepienie naturalnie pojawiającego się izotopu uranu(238), który do rozpadu potrzebuje wysokoenergetycznych, tzw. prędkich neutronów. Neutrony te produkowane są w reakcjach termojądrowych. Uran(238) stanowi obudowę komory reakcyjnej, gdzie przebiega wybuch ładunku dwufazowego. Gdyż rozszczepienie tej substancji oraz otrzymanie energii następuje na skutek pochłaniania szybkich neutronów, a nie reakcji łańcuchowej, nie jest konieczne zapewnienie masy krytycznej uranu. Wybuch ładunku trójfazowego dostarcza energii od kilku do kilkuset MtTNT. Teoretycznie, czyli przy założeniu 100% wydajności reakcji, do wybuchu o energii 20Mt potrzebne jest jedynie niecała tona uranu!

W praktyce opisane energie nigdy nie są uzyskiwane ze względu na to, że nie wszelkie jądra ulegają rozpadowi, natomiast część otrzymanej energii jest utracona albo nieprzydatna (np. jako energia wewnętrzna pojawiających się w rozpadzie jąder). Faktyczna wydajność reakcji równa jest od 1 do kilkunastu procent. Stąd konieczne całkowite masy ładunku równe są:

- dla ładunku jednofazowego od kilkudziesięciu (masa krytyczna!) kilogramów do kilkunastu ton;

-dla ładunku dwufazowego (całkowitego) kilkanaście ton;

-dla ładunku trójfazowego (całkowitego)od kilku do kilkunastu ton;

Historia wyprodukowania broni nuklearnej.

Broń jądrowa

2 sierpnia 1939, chwilę przed wybuchem II wojny światowej, Albert Einstein napisał list do ówczesnego prezydenta USA, Franklina D. Roosvelta, w którym razem z kilkoma innymi jeszcze naukowcami powiadomił Roosvelta o podjętych w Hitlerowskich Niemczech pracach nad uzyskaniem wzbogaconego U-235, który może przyczynić się do skonstruowania bomby atomowej.

Niedługo później rząd USA podjął duże przedsięwzięcie, nazywane Projektem Manhattanu. Celem Projektu Manhattan było dokonanie niezbędnych analiz oraz wyprodukowanie nadającej się do praktycznego użycia bomby atomowej.

Najbardziej złożonym zadaniem, z którym trzeba było się pogodzić, było wytworzenie wystarczającej ilości "wzbogaconego" uranu, zdolnego do podtrzymania reakcji łańcuchowej.

W Oak Ridge w stanie Tennessee skonstruowano duże laboratorium-fabrykę wzbogacania uranu.

W ciągu sześciu lat od 1939 do 1945 na Projekt Manhattan wydano ponad 2 miliardy dolarów. Sposoby wzbogacania uranu oraz budowy bomby atomowej zostały wymyślone oraz pomyślnie wprowadzone do praktycznego wykorzystania przez kilka najtęższych umysłów naszej epoki. Wśród tych, którzy rozpętali potęgę bomby atomowej był J. Robert Oppenheimer.

Był on podstawowym motorem Projektu Manhattan. Dbał o to, aby wszelkie biorące w nim udział duże umysły działały na maksymalnych obrotach. Nadzorował całe to przedsięwzięcie od początku do końca.

Wreszcie doszło do dnia, gdzie wszyscy w Los Alamos byli w stanie sprawdzić, czy The Gadget (tak w czasie badań nazywano bombę) będzie maksymalnym niewypałem stulecia, czy doprowadzi do zakończenia wojny. To wydarzenie rozstrzygało wszystko. Miało ono miejsce jednego z lekkich poranków 1945.

O godzinie 5:29:45 (Mountain Time War) 16 lipca 1945 ponad zagłębieniem w górach Jemez w północnej części stanu Nowy Meksyk na niebie w nocy pokazał się jasny rozbłysk. The Gadget (kodowe określenie bomby) zapoczątkował Wiek Atomu. Światło eksplozji zmieniło kolor na pomarańczowy, natomiast atomowa ognista kula zaczęła wznosić się w górę z prędkością 100 m/s, czerwienieje ona oraz pulsuje w miarę jak stygła. Charakterystyczna chmura w formie grzyba z radioaktywnych par zaczęła się kształcić na wysokości 9 tys. m. Wszystko co zostawiło w terenie eksplozji na naszej planecie poniżej chmury było jakby zielonym, radioaktywnym szkłem. Doprowadziło to do wydzielenia dużych ilości energii cieplnej przez tę reakcję. Jasne światło eksplozji przeszyło niebo przedświtu z takim natężeniem, że mieszkający w nim ludzie, oraz w bliskich miejscowościach mogliby przysiąc, że Słońce tego dnia wzeszło dwa razy. Pewna niewidoma dziewczyna ujrzała błysk z odległości około 200 km. Wśród obserwujących eksplozję ludzi, którzy byli jej twórcami, reakcje były przeróżne. Isidor Rabi odczuł to jako naruszenie równowagi kosmosu - jak gdyby ludzkość zagroziła światu, który ją zamieszkują. Robert Oppenheimer, chociaż bardzo zadowolony z powodzenia projektu, zacytował fragment Bhagvad Gita, "Stałem się śmiercią", powiedział "niszczycielem światów". Ken Bainbridge natomiast powiedział: "teraz wszyscy jesteśmy sukinsynami". Wielu uczestniczących w teście, niedługo po ujrzeniu jego wyników, podpisało petycję przeciwko uwolnieniu potwora, którego sami utworzyli, ale nie doczekali się reakcji na nią. Jak się niedługo potem okazało, na szkodę dla ludzkości, Jornada del Muerto w Nowym Meksyku nie było jedynym miejscem na ziemi, które na swojej skórze doświadczyli skutków eksplozji jądrowej. Jak powszechnie wiemy, bomba atomowa została wykorzystana w wojnie jedynie, albo aż dwa razy.

Podstawowym terenem wybuchu atomowego była Hiroszima. 6 sierpnia 1945 roku na Hiroszimę została zrzucona na nią bomba uranowa, która ważyła prawie 4,5 tony. Nazywała się ona "Little Boy". Punktem docelowym bomby był most na rzece Aioi, jeden z 81 mostów które łączą brzeg jednego z siedmiu ramion delty rzeki Ota. Poziom zerowy został wyznaczony na wysokość 600 m. Bomba została zrzucona z bombowca B-29 Superfortress o nazwie Enola Gay. Minęła cel jedynie o 240 m. O godzinie 08:16 eksplozja jądrowa o sile dziesięciu KT zabiła 66000 ludzi, natomiast 69000 zostało rannych. Teren zupełnego odparowania w podmuchu mierzył 800 m średnicy. Ogromnemu zniszczeniu uległo od podmuchu wszystko na obszarze o średnicy 3,2 km, natomiast w obrębie 4 km wszystko zostało spalone. Pozostały teren rażenia, który rozciągał się do średnicy nawet 5 km pokrywały ogromne zniszczenia.

9 sierpnia Nagasaki zostały w ten sam sposób potraktowane jak Hiroszima. W tym momencie na miasto została zrzucona bomba plutonowa, która nazywała się "Fat Man". Miomo, iż "Fat Man" zboczył o prawie 2 km, to i tak zrównał z ziemią prawie pół miasta. Ludzkość Nagasaki pomniejszyła się w ułamku sekundy z 422000 do 383000. 39 tys. zostało zabitych, natomiast prawie 25000zostało rannych.

Bomba wodorowa

Wykrycie istoty reakcji fuzji dokonano na początku dwudziestego wieku. Powiązane ono było głównie z postępem fizyki atomowej. Na początku wiedziano jedynie, iż procesy syntezy są źródłem energii Słońca, chociaż detale były ciągle tajemnicą. Prace te podsumował Hans Bethe w swojej swej w Physical Reviewz w 1939. Opisał on rolę reakcji fuzji dla Słońca, za co uzyskał w 1967 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Możliwość stosowania dla celów militarnych reakcji syntezy termojądrowej nie była brana na poważnie dotąd aż nie zaznajomiona się lepiej z rozszczepieniem. Prawie od razu fizycy z całego świata zauważyli, iż wyprodukowane na skutek rozszczepienia ogromne temperatury są w stanie spowodować syntezę. Ale minęło kilka lat zanim przedstawiono konkretną idee. Dopiero Tokutaro Hagiwara z Uniwersytetu w Kyoto przedstawił ten pomysł w swoim przemówieniu z maja 1941 roku.

Parę miesięcy później - w sierpniu 1941, gdy trwały już programy atomowe, Enrico Fermi zadał pytanie Edwardowi Tellerowi czy eksplozja atomowa mogła być zainicjowana reakcją fuzji deuteru. Po przeanalizowaniu dostępnego materiału Teller stwierdził, iż jest taka ewentualność.

Prace naukowe powiązane z bronią termojądrową kilka razy zatrzymywane coraz bardziej zbliżały się do zbudowania tego niezwykłego uzbrojenia. Podczas II Wojny Światowej interesowano się przede wszystkim procesami rozszczepienia, uważając, iż fuzja to jeszcze daleka przyszłość. W końcu program analiz zjawisk termojądrowych załączono do Projektu Manhattan. Ponieważ ukazało się kilka kłopotów, których nie można było rozstrzygnąć na papierze, a doświadczenia były nie do zrealizowania, program został bardzo ograniczony. Teller jednak ogromnie się zaangażował w projekt. Okazał się on niezdolny do wykonywania swoich obowiązków w Los Alamos, więc przeniesiono go do oddzielnej grupy.

Gdy wojna się skończyła wojny większa część badaczy oraz techników z Los Alamos, jak i wszyscy szefowie zaczęli pracę w sektorze cywilnym. Teller był jednym z tych, którzy zostali. W niedługim czasie rozwinął projekt przyszłej bomby wodorowej do realnych rozmiarów. Już w kwietniu 1946 na konferencji pokazał wyniki analiz swojego zespołu nad superbombą.

W czasie kolejnych czterech lat prawie 50% pracowników Działu Teoretyki zajęto się projektem superbomby, chociaż ich ilość oraz umiejętności daleko odbiegały od stanu z czasów wojny. Brak dostatecznie dobrych przyrządów liczących utrudniał dodatkowo cały program

Bomba fuzyjna

W styczniu 1951 Ulam pokonał barierę konstrukcji superbomby wykorzystując projekt broni stopniowej (fazowej): chciał zastosować energię, która uwalniana była przez bombę atomową do kompresji zewnętrznego pojemnika z paliwem fuzyjnym. Pomysł ten powstał w związku z przeszukiwaniem możliwości ulepszenia broni atomowej. Później przekonał się, że wykorzystując ten sposób można rzeczywiście pokonać barierę ogromnych rozmiarów paliwa fuzyjnego. Zaczął tym samym nowy rozdział w historii broni nuklearnej: kilkustopniowe bomby o nieograniczonych rozmiarach.

Idea to nie wszystko. Konieczne jest jeszcze utworzenie idee konkretnego ulokowania części składowych bomby, tak by zwiększyć kompresję. Ulam chciał wykorzystać uciekające neutrony oraz fale wybuchu, które rozszerzają rdzenie do uzyskiwania dostatecznej kompresji.

W marcu Teller dodał kolejny istotny element do schematu radiacji implozyjnej. Stosując idee Ulama wykorzystania do implozji reakcji rozszczepienia, Teller zaproponował by ulokować substancję rozszczepialna w centrum paliwa fuzyjnego. Idee tą nie trzeba wykorzystywać, fala wybuchu i tak generuje w centrum ogromnych temperatury wystarczające do zapoczątkowania reakcji fuzji.

Konstrukcja

Mechanizmy bomby jądrowej

Wysokościomierz

W normalnym wysokościomierzu lotniczym wykorzystuje się aneroid barometryczny, dzięki któremu możemy zmierzyć zmiany od wysokości ciśnienia. Ale wpływ pogody na ciśnienie powiększa błąd odczytu wysokości. By wyznaczyć poziom zerowy bomby korzystniejszy jest w zastosowaniu wysokościomierz radarowy albo radiowy.

Detonator ciśnieniowy

Detonator czuły na ciśnienie powietrza może być mechanizmem bardzo złożonym, ale do celów praktycznych wykorzystuje się bardzo często prostszy typ. Gdy ciśnienie powietrza uzyska wymagany przez nas poziom, zainicjuje wybuch.

Głowica detonacyjna

Głowica detonacyjna (albo głowice), ulokowana w konwencjonalnej substancji wybuchowej jest taka sama jak zwyczajna spłonki. Wykorzystuje się jako katalizator podstawowego wybuchu. Bardzo istotna jest kalibracja tego przyrządu. Jeżeli będzie niewielka głowica detonacyjna, wówczas może ona się stać przyczyną ogromnego niewypału. Głowica detonacyjna uzyska impuls elektryczny z detonatora ciśnieniowego albo z wysokościomierza radarowego. Uzależnione są one od wykorzystanego rodzaju.

Konwencjonalne ładunki wybuchowe

Ładunek ten jest konieczny do wstrzelenia (oraz zespolenia) w środku obudowy bomby niewielkiej ilości uranu z częścią znaczną. Do tego wykorzystuje się najlepiej plastyczną substancję wybuchową, można albowiem go jak tylko chcemy kształtować, zależnie od potrzeby do bomby uranowej albo plutonowej.

Reflektor neutronów

Reflektor neutronów złożony jest z czystego U-238. Jest nie tylko nierozszczepialny, ale także ma właściwość zawracania neutronów z powrotem. Zrobiony z U-238 reflektor neutronów wykorzystuje się do dwóch celów. W bombie uranowej wykorzystuje się go jako dodatkowe zabezpieczenie przed utworzeniem się masy nadkrytycznej z dwóch oddzielnych części U-235. W bombie plutonowej reflektor pomniejsza straty neutronów w segmentach plutonu poprzez zawracanie ich w kierunku centralnej części przyrządu.

Uran oraz pluton

Wydzielenie U-235 jest bardzo trudne. Z każdych 25.000 ton wydobytej rudy otrzymuje się jedynie 50 ton metalicznego uranu, gdzie 99,3 % stanowi U-238, który nie nadaje się do eksplozji jądrowych. Co gorsza, do separacji tych dwóch izotopów nie nadaje się żaden możliwy chemiczny sposób ekstrakcji, ich właściwości chemiczne są albowiem takie same. W praktyce do podzielenia ich wykorzystuje się tylko sposoby mechaniczne. U-235 jest trochę lżejszy od U-238. Do ich wstępnej separacji jest wykorzystywany system dyfuzji gazowej. Uran jest doskonałą substancją rozszczepialną, ale nie jest natomiast jedyną. W bombie atomowej można także wykorzystać plutonu. Ulokowany przez długi okres w reaktorze jądrowym U-238 wchłania neutrony oraz stopniowo przekształca się w pluton. Pluton jest rozszczepialny, choć nie tak łatwo jak U-235. Uran jest możliwy do zdetonowania. Jest jak prosty przyrząd z dwóch wstrzeliwanych do siebie części, ale pluton, ulokowany w formie bardziej złożonej, 32-częściowej komory implozyjnej, koniecznie trzeba detonować mocniejszym konwencjonalnym materiałem wybuchowym, o większej szybkości reagowania. Natomiast mechanizm detonujący ta substancję powinien zapewniać równoczesność zapłonu wszelkich jego elementów. Oprócz tej detonacji konieczna jest również czysta mieszanka polonu z berylem.

Krytyczna masa plutonu równa się 16 kg. W przypadku otoczenia plutonu reflektorem z U-238 masa ta równa się 10 kg.

Detonator uranu

Złożony jest on z dwóch części. Większość posiada formę kulistą z wnęką. Forma mniejszej odpowiada formie wnęki. Zdetonowanie ładunku konwencjonalnego sprawia, że następuje szybkie wbicie niewielkiej masy w większą oraz ich zespolenie. Zostaje przekroczona masa krytyczna i w czasie jednej milionowej sekundy rozwija się reakcja łańcuchowa rozszczepiania.

Detonator plutonu

Złożony jest z 32 oddzielnych segmentów, które razem tworzą wydrążoną kulę, która obejmuje mieszankę plonu z berylem. Formy oraz masa wszelkich segmentów powinny być takie same. Forma detonatora przypomina piłkę. Detonacja substancji konwencjonalnej powinna doprowadzić do równoczesnego scalenia wszelkich 32 sekcji z mieszanką polonu z berylem w czasie jednej dziesięciomilionowej części sekundy.

Osłona ołowiana

Głównym zadaniem osłony ołowianej jest chronienie mechanizmów bomby przed radioaktywnością ładunku. Gęstość strumienia neutronów ładunku wystarcza do wyprodukowania zwarć wewnętrznych obwodów elektronicznych oraz spowodowania przedwczesnego przypadkowego wybuchu.

Skutki zniszczeń

Moc aktualnej broni nuklearnej jest tak duża, że siła wybuchu ładunków jądrowych odpowiada na ogół tysiącom ton TNT (trotylu). Moc rażenia jednej bomby albo głowicy nuklearnej o mocy jednej kilotony szacuje się na równą sile wybuchu tysiąca ton trotylu, natomiast głowica o mocy jednej megatony to ekwiwalent miliona ton trotylu.

Ale wybuch ładunku nuklearnego, poza podmuchem o dużej sile, powoduje jeszcze inne skutki. W celu powiększenia siły rażenia bombę detonuje się na ogół w powietrzu, kilka tysięcy metrów nad nasza planetą. W mgnieniu oka produkuje się temperatura rzędu 10 milionów stopni, co powoduje powstanie ognistej fali ciepła, która roznosi się z prędkością światła, paląc wszystko co spotka na swojej drodze. Od razu za nią następuje fala uderzeniowa wybuchu przemieszczająca się z prędkością nawet do 300 metrów na sekundę oraz produkująca wiatr, który osiąga 960 km/h. Po przejściu fali uderzeniowej tworzy się następnie podciśnienie, które powoduje podmuch o prędkości 1000 km/h. Akurat w tej fazie wybuchu kształtuje się charakterystyczny grzyb atomowy który jest chmurą pyłu, który unosi się w słupie rozżarzonego gazu.

Później dochodzi do śmiercionośnych skutków promieniowania. W reakcjach, które zachodzą w czasie wybuchu, wytworzona zostaje fala promieni gamma, która przechodzi przez ciało ludzkie, niszczy jego strukturę budowę molekularną, głównie wiązania cząstkowe krwi. Na skutek wybuchu o mocy 20 kiloton, powstanie promieniowanie o tak ogromnym natężeniu, że 25% spośród osób napromieniowanych, które znajdą się w promieniu 2 kilometrów od epicentrum umrze w ciągu miesiąca.

BEZPOŚREDNIE PRODUKTY PRZEMIAN JĄDROWYCH da się pogrupować na:

-izotopy pierwiastków ciężkich - pluton oraz uran, które pochodzą od razu z eksplozji;

-stront (izotop 89 oraz 90), cyrkon(95), rubid (izotop 93 oraz 106), jod(131), cez(137), cer (izotop 141 oraz 144) itp. izotopy (prawie 200) promieniotwórcze, które pochodzą z rozpadu uranu/plutonu (w bombie atomowej);

-hel oraz tryt ( w bombie termojądrowej)

1. PROMIENIOWANIE N , które stanowią wysyłanie z przeróżnymi szybkościami neutrony, które towarzyszą zarówno syntezie oraz rozpadowi

2. PRODUKTY WTÓRNE , które powstają przez absorbcję neutronów przez atomy powietrza.

3. PRODUKTY WYBUCHU, które powstają w czasie rozpadu fragmentów konstrukcyjnych bomby (obudowa, przyrządy zapalające) na skutek zarówno siły wybuchu, oraz absorbcji neutronów.

Najistotniejszą cechą jąder ciężkich, które są uwolnione w czasie wybuchu jest zdolność do wysyłania promieniowania przeróżnego typu:

PROMIENIOWANIE KORPUSKULARNE (CZĄSTECZKOWE) - promieniowanie a , b(-), promieniowanie n (wiązka neutronowa) oraz promieniowanie p (wiązka protonów)

PROMIENIOWANIE FALOWE - promieniowanie g, promieniowanie rentgenowskie, mikrofale, promieniowanie cieplne (podczerwone), świetlne (widzialne), ultrafioletowe i fale radiowe.

PROMIENIOWANIE A-złożone jest z podwójnie zjonizowanych atomów helu (posiada dwa protony oraz dwa neutrony); zatem ładunek dodatni (który jest równy ładunkowi dwóch protonów). Jądra te posiadają ogromną masę, w związku z czym ich energia kinetyczna ( także i prędkość) przy wysyłaniu z jądra jest ogromna. Energia ta jest przekazywana na procesy jonizacji Jest to reakcja cząsteczek z atomami materiału, przez którą przeniknie promieniowanie (np. powietrze, ludzkie ciało), której efektem jest rozbicie atomu na jony (na drodze różnych mechanizmów). W przypadku promieniowania A, ze względu na jego dodatni ładunek dochodzi do przyciągania oraz wybicia elektronu z atomu. Promieniowanie to, ponieważ posiada ogromną masę oraz rozmiar cechuje się małą zdolnością przenikania.

PROMIENIOWANIE B-złożone jest z strumienia szybkich elektronów; posiadają zatem ładunek ujemny. Elektrony te tworzą się, upraszczając, w związku z przemianami neutronu w proton, a zatem zostaje zachowana liczba masowa, natomiast jądro pierwiastka zamienia się w pierwiastek ciężki. Zamiana ta zachodzi w jądrach głównie transuranowców, gdzie ilość neutronów jest bardzo duża w porównaniu z liczbą protonów. Elektrony są lekkie oraz szybkie, co powoduje, że ich zdolność jonizacji jest mała gdy porównamy ją z promieniowaniem A; które charakteryzuje się większą zdolnością przenikania.

Podsumowania

W 1963 mocarstwa atomowe Stany Zjednoczone, Niemcy czy W. Brytania podpisały porozumienie, które zakazały przeprowadzenia wybuchów jądrowych w atmosferze ze względu na ich największą szkodliwość. W 1993 broń jądrową miały: Chińska Republika Ludowa, Francja, Wielka Brytania, USA, Rosja (jako prawno - międzynarodowy sukcesor Niemców), czasowo Białoruś oraz Kazachstan, Ukraina a także państwa, które uzyskały próg nuklearny oraz są zdolne zrobić broń jądrową: Izrael, Indie, Korea Północna.