HIDROGEN BOMB SCIENCE Din fiecare robinet - DER SPIEGEL 141950
Nimeni nu trebuie să se teamă de anihilarea întregii vieți de pe pământ de către bombele cu hidrogen ", a declarat Lewis L. Strauss de la Comisia pentru Energie Atomică din SUA, încercând să liniștească publicul american decolorat de hidrogen. Deși bombele cu hidrogen ar putea distruge zone întinse," este nevoie de mult mai puțină energie în scopuri de război. decât este necesar pentru distrugerea pământului ".
Articol în format PDF
Principalii oameni de știință din domeniul nuclear din SUA nu au fost de acord aproape în unanimitate. „Bomba cu hidrogen poate deveni cu ușurință o sinucidere”, au avertizat ei. Vânturile ar putea transporta praful radioactiv pe tot globul după explozie. S-ar răspândi pe continente ca o pătură mortală, iar „otrăvirea” atmosferei prin particule de radiații ar însemna sfârșitul tuturor ființelor vii. Omenirea ar avea o perioadă de grație „între câteva zile și câteva luni”.
Expert Atom Dr. Leo Szillard de la Universitatea din Chicago a pregătit calculul anihilării: „500 de tone de hidrogen greu sunt suficiente pentru a extermina complet omenirea”. Dr. Hans Bethe a aruncat o ultimă paie de speranță pentru toți cei care consideră că bombele cu hidrogen sunt începutul sfârșitului: „Poate că nu funcționează deloc!”
Timp de mulți ani, Hans Bethe a lucrat ca șef al departamentului pentru „Fizică teoretică” din Los Alamos, cel mai bine stabilit institut de fizică atomică din SUA. Principalul său domeniu de lucru a fost procesele în soare, care este un fel de bombă de hidrogen pe scară largă.
Temperatura extrem de ridicată sub suprafața soarelui menține toate particulele atomice în mișcare rapidă. Nucleii de hidrogen (protoni) „zboară” în jurul valorii de mare viteză, se ciocnesc cu alți nuclei, îi sparg sau „fuzionează” cu ei. Are loc un lanț complicat de reacții.
Produsul final este fuziunea nucleilor de hidrogen pentru a forma nuclei de heliu. Nucleii atomici de hidrogen sunt, ca să spunem așa, combustibilul soarelui. Helium nuclee atomice „cenușa”. Acest proces este principiul de lucru al bombei cu hidrogen.
Chimia solară. La soare, la o temperatură profundă de 20 de milioane de grade Celsius, nu există chimie în sens pământesc. Pe pământ, atomii au, ca să spunem așa, îmbrăcăminte electrică, în funcție de numărul de cochilii de electroni unul peste celălalt. În interiorul soarelui, atomii ușori sunt goi, iar cei grei sunt doar slab îmbrăcați.
Dar: la soare, transformarea durează milioane de ani și conduce prin multe etape intermediare. În bomba cu hidrogen, fuziunea trebuie să aibă loc într-o fracțiune de secundă. Căldura necesară de multe milioane de grade nu mai este disponibilă și abia atunci atomii ușori sunt goi și gata de fuzionare.
Singurul detonator care poate furniza în prezent această temperatură este „vechea” bombă cu uraniu-235 sau plutoniu. În bombele cu uraniu, cei mai grei nuclei sunt împărțiți; în bomba cu hidrogen, cei mai ușori nuclei sunt fuzionați. În ambele cazuri se eliberează energie, așa-numita energie atomică.
Atunci când un nucleu atomic greu este împărțit în două nuclee atomice medii-grele, apare ceva ciudat: fragmentele împreună cântăresc mai puțin decât întregul nucleu. S-a pierdut o „masă”. Dar nimic în lume nu poate fi „pierdut”. „Pierderea de masă” a devenit energie liberă.
În 1905, Albert Einstein a calculat cât va ieși din acesta, folosind faimoasa sa lege a echivalenței: energie = masa de ori pătratul vitezei luminii *). Prin urmare, o masă mică corespunde unei energii gigantice. Bomba atomică a fost dovada experimentală a pretenției lui Einstein, un test strălucitor și teribil al exemplului.
Dacă nucleele atomice de hidrogen sunt fuzionate pentru a forma nuclee atomice de heliu, se pierde și masa. La soare 4 milioane de tone pe secundă. Potrivit lui Einstein, aceasta corespunde unei cantități inimaginabil de mari de energie. O jumătate de trilionime din aceasta lovește pământul. Este suficient pentru toată viața pământească.
Premiile Nobel. Conform voinței lui Alfred Nobel, realizările urmează să fie onorate „care au oferit cel mai mare beneficiu omenirii în cursul anului trecut”. Calea științifică către bomba atomică este pavată cu premii Nobel: germanul Wilhelm Konrad Röntgen a descoperit razele numite după el în 1895. Primul premiu Nobel pentru fizică în 1901. Francezul Henri Becquerel a găsit apoi radiațiile de la pitchblendă care conține uraniu de la Joachimsthal. El le-a analizat în raze alfa, beta și gamma. 1903 Premiul Nobel pentru fizică, împreună cu Curies.
Cuplul francez Curie descoperise elemente radioactive, inclusiv radiu. După moartea soțului ei, Marie Curie, născută Polin, a primit doar Premiul Nobel pentru chimie din 1911. Neozelandezul Sir Ernest Rutherford, care a murit în 1937, a descoperit cauza radioactivității. Premiul Nobel pentru chimie 1908. Germanul Max Planck, care a murit în 1947, a descoperit natura energiei radiante. 1918 Premiul Nobel pentru fizică.
Născutul german Albert Einstein, cel mai mare teoretician al fizicii din timpul nostru, a dezvoltat teoria cuantică a lui Planck. Premiul Nobel pentru fizică 1921. Danezul Niels Bohr, bazat pe descoperirile lui Rutherford și Planck, a explicat atomul pe model. Premiul Nobel pentru fizică 1922. Englezul Charles Wilson a făcut ca zborul nucleelor atomice să fie vizibil în camera sa de nori ca niște contravalori. Premiul Nobel pentru fizică 1927. Englezul Sir James Chadwick a descoperit Camera Wilson, cel mai periculos proiectil pentru fisiunea atomică, neutronul. 1935 Premiul Nobel pentru fizică.
Dr. Frédéric Joliot-Curie, ginerele Radium-Curies, primul cercetător atomic din Franța și comunist, a descoperit radioactivitatea artificială. Premiul Nobel pentru chimie 1935. Italianul Enrico Fermi a provocat reacții asupra nucleului atomic bombardându-le cu neutronul lui Chadwick. Premiul Nobel pentru fizică 1938. Germanul Otto Hahn a descoperit (împreună cu F. Straßmann și Lise Meitner) fisiunea atomică. Premiul Nobel pentru chimie 1945.
Sistemul planetar. Un atom de dimensiuni medii are un diametru de cinci milionimi de milimetru. În marginea unei lame de ras „extra subțire” (0,08 mm) ai putea împacheta 400.000 de atomi de fier unul lângă altul. Dacă ar fi să puneți o sută de milioane de atomi unul lângă celălalt, ar rezulta doar o distanță de un centimetru. Există aproximativ șase sute de mii de miliarde de atomi într-un singur gram de hidrogen gazos.
Structura atomului seamănă cu un mic sistem planetar. În centru se află nucleul atomic ca „soare”, care conține elementele elementare ale materiei în diferite variații: particule încărcate electric pozitiv, protoni și „particule eunuc” fără sarcină electrică, neutronii. Aceste blocuri minuscule sunt ținute împreună de energia atomică.
Ca „planete”, mici particule de electricitate negativă, electronii, înconjoară nucleul pe diferite orbite. Numărul de electroni care se înconjoară corespunde întotdeauna cu numărul de protoni din nucleu. Prin urmare, atomul ca unitate este neutru din punct de vedere electric.
La fel ca sistemul planetar, atomul constă în mare parte din „spațiu gol”. Diametrul orbitei planetare a electronilor este de zece mii de ori mai mare decât diametrul nucleului „soarelui”. Aceasta corespunde unui raport de mărime „mazăre în catedrală”.
Numărul de protoni determină natura substanței. Suma de protoni și neutroni din nucleul atomic dă greutatea atomică. Uraniul are cel mai complicat și mai greu nucleu atomic din natură: 92 de protoni plus 143-146 de neutroni. Așa funcționează „vechea” bombă atomică. Hidrogenul are cel mai simplu și mai ușor nucleu atomic: un singur proton. Așa funcționează noua bombă atomică (vezi desenul).
Sir Ernest Rutherford a realizat primul „plug shot” observat în 1919. Proiectilul său, un nucleu atomic de heliu, a lovit un nucleu atomic de azot. Un nucleu de hidrogen a fost eliminat. Blocurile de eunuc, neutronii, sunt mai periculoase decât proiectilele cu heliu.
Nucleii atomici sunt cetăți. Nu o puteți exploda cu presiune sau acizi. Acest lucru este posibil doar cu proiectile care zboară de 10.000 de ori mai repede decât grenadele: blocuri atomice care sunt constant evacuate de substanțe radioactive, cum ar fi radiul.
Un glonț de neutroni într-un miez de uraniu-235 îl împarte în două. Sunt scoși doi sau trei neutroni. Acestea acționează la rândul lor ca proiectile explozive dacă sunt doar încetinite puțin (de exemplu, de grafit). Dacă există o cantitate suficientă de uraniu 235, acest proces este „contagios”. Este ca și cum o grenadă lovește un depozit de muniție: apare o „reacție în lanț” și crește într-o avalanșă energetică a unei explozii atomice într-o fracțiune de secundă
Uraniul se află pe poziția 25 pe lista de abundență a elementelor. Este un material de culoare gri, asemănător metalului, foarte dur, foarte greu. Cele mai mari zăcăminte sunt minele Haut Katanga din Congo Belgian. Producția în 1945 a fost de peste 10.000 de tone. Cele 750 de grame de radiu (un produs de degradare al uraniului) produse până în prezent provin aproape exclusiv din regiunea Congo.
Nu trebuie să ne temem de o explozie de uraniu natural, chiar dacă sute de greutăți sunt așezate împreună. Uraniul este un element „mixt” alcătuit din trei izotopi, „surori” atomice cu proprietăți chimice identice, dar greutăți atomice diferite. Uraniul natural este format din mai mult de 99% uraniu 238, doar 0,7% uraniu 235 și sunt prezente doar urme minuscule de uraniu 234. Numai uraniul 235 este „exploziv”
Masa critica. Pentru a sechestra U 235 este necesar un proces costisitor și costisitor. De obicei, se întâmplă astfel: uraniul este transformat într-un compus gazos. Acest gaz este trecut prin membrane poroase. Moleculele mai ușoare se mișcă mai repede prin pori. După 5000 de treceri ai gaz U 235 aproape pur. Din aceasta se obțin „explozivii din Hiroshima”.
Cu toate acestea, inofensivul uraniu 238 este transformat într-un element artificial numit plutoniu, „explozivul din„ Nagasaki până în prezent ”, printr-o grindină de neutroni bine dozată (care este încetinită și cu grafit).
Plutoniul este cel puțin la fel de periculos ca uraniul 235. Dacă ejecția infecțioasă a neutronilor din interior se întâmplă mai repede decât pierderea neutronilor de pe suprafața sa, „explodează”. Acest lucru se întâmplă automat atunci când este atinsă "dimensiunea critică". Trebuie să fie adăpostită în bombă, altfel nu se poate declanșa.
Acest proces este simplificat folosind modelul bombei atomice: plutoniul este găzduit în două emisfere separate. O emisferă în sine este mai mică decât masa critică, suma celor două emisfere este mai mare. Aprinderea tehnică are loc prin contact, avalanșa crește într-o explozie. Un singur neutron este suficient pentru a le declanșa. Deoarece contactul ar trebui să fie cât mai rapid și intim posibil, o jumătate din plutoniu este împușcată pe cealaltă. Încărcarea pulberii este disponibilă numai pentru aceasta (vezi desenul).
Masa critică este dată de prof. Hahn cu 10 până la maximum 30 de kilograme, „cam de mărimea unei bile de con, a unei nuci de cocos sau chiar mai mici”. Conform celor mai recente informații, este de 13,5 kg, o bilă de plutoniu de mărimea unei mingi pentru copii. Pentru uraniul 235, s-a calculat un diametru al sferei de 11 cm.
Peste un an cel târziu Tehnicienii americani ai bombelor atomice vor să finalizeze prima bombă de testare a hidrogenului (cost: 100 de milioane de dolari). Comisia SUA pentru Energie Atomică a oprit deja toate lucrările la un proiect de dezvoltare a energiei nucleare în scopuri industriale pașnice, pentru a accelera producția bombei cu hidrogen.
Principalul exploziv din bomba H este tritiul (hidrogen supraîncărcat). Nucleul de tritiu este format dintr-un proton și doi neutroni. Dacă este „împușcat” cu un proton, cei doi se unesc pentru a forma un nucleu de heliu, o cantitate mare de energie este eliberată brusc (vezi desenul, reacția A).
Cu un kilogram de hidrogen, producția de energie corespunde la 160 de milioane de kilowați-oră. Depozitul de muniție pentru proiectilele de protoni și neutroni este deuteriu (hidrogen greu, nucleul este format dintr-un proton și un neutron).
Cu toate acestea, explozivul din bomba H este probabil un amestec care, pe lângă deuteriu și tritiu, conține și elementul metalic litiu. Litiu 6 (un izotop de litiu cu 3 protoni și 3 neutroni) fuzionează cu un nucleu de tritiu în timp ce emite energie pentru a forma doi nuclei de heliu. Un neutron este eliberat în timpul acestui proces (reacția B).
Litiul 7 este format din trei protoni și patru neutroni. Nucleul de litiu-7 trebuie, de asemenea, să se ciocnească cu un singur proton pentru a se contopi cu acesta pentru a forma doi nuclei de heliu (reacția C).
Aceste ingrediente sunt ambalate în bomba H în jurul detonatorului de plutoniu. Odată ce detonarea detonatorului a atins o temperatură de 20 de milioane de grade, totul se transformă într-un infern de miezuri în zig-zag care curg în jur. Ciocnirile au loc. Multe dintre coliziuni declanșează procesul de fuziune hidrogen-heliu. Energia eliberată într-o fracțiune de secundă prin nenumărate procese de fuzionare este „puterea bombei”.
Nu există limite pentru bomba cu hidrogen, cum ar fi „dimensiunea critică” a bombei cu plutoniu. În plus, procesul de fuziune hidrogen-heliu furnizează de șapte ori mai multă energie decât divizarea plutoniului cu aceeași cantitate de „exploziv”. O bombă cu hidrogen care este de 140 de ori mai grea decât o bombă de plutoniu, adică de 140 de ori 13,5 kg = 1890 kg de hidrogen, ar avea de 1000 de ori efectul bombei de plutoniu Nagasaki.
Există un punct în care producătorii de bombe cu hidrogen nu sunt preocupați. În timp ce în lume există doar câteva zăcăminte minabile de uraniu, nu există lipsă de „exploziv” al bombei cu hidrogen. Curge din fiecare robinet.