Armele nucleare sunt arme de distrugere în masă , a căror acțiune se bazează pe factorii dăunători ai unei explozii nucleare sau termonucleare .
Armele nucleare se bazează pe energia distructivă derivată din reacții de fisiune nucleară (arme de fisiune) sau o combinație de reacții de fisiune și fuziune (arme termonucleare). Ambele tipuri de bombe eliberează o cantitate mare de energie dintr-o cantitate relativ mică de materie: un singur dispozitiv nuclear de mărimea unei bombe convenționale poate distruge un întreg oraș sub influența unei unde de șoc puternice, radiații luminoase și radiații penetrante.
În operațiunile militare, armele nucleare au fost folosite doar de două ori: în timpul bombardării orașelor japoneze Hiroshima și Nagasaki de către forțele armate americane în 1945, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial . Potrivit unor oameni de știință [1] [2] , un război nuclear cu echivalentul a 100 de explozii nucleare de dimensiunea bombardamentului de la Hiroshima ar putea duce la zeci de milioane de victime din cauza schimbărilor pe termen lung ale climei planetei ( iarnă nucleară ), neținând cont de victimele directe ale exploziilor.
Acțiunea unei arme nucleare se bazează pe utilizarea energiei unei explozii a unui dispozitiv exploziv nuclear, eliberată ca urmare a unei reacții în lanț necontrolate, asemănătoare avalanșei, de fisiune a nucleelor grele și/sau a unei reacții de fuziune termonucleară .
Există o serie de substanțe care pot duce la o reacție în lanț de fisiune. Armele nucleare folosesc uraniu-235 sau plutoniu-239 . Uraniul apare în natură ca un amestec de trei izotopi: 238U ( 99,2745 % din uraniu natural), 235U (0,72%) și 234U ( 0,0055 % ). Doar izotopul 235 U suportă o reacție nucleară în lanț Pentru a asigura consumul maxim de energie al unui dispozitiv exploziv cu uraniu (bombă nucleară cu uraniu), conținutul de 235 U din acesta trebuie să fie de cel puțin 80%. Prin urmare, în producția de uraniu pentru arme, îmbogățirea uraniului este efectuată pentru a crește proporția de 235 U. De obicei, armele nucleare folosesc 235 U cu o îmbogățire de peste 90% sau 239 Pu cu o îmbogățire de 94%. Au fost create și încărcături nucleare experimentale bazate pe 233 U, dar 233 U nu și-a găsit aplicație în armele nucleare, în ciuda masei critice mai mici a uraniului-233 în comparație cu uraniul-235, datorită amestecului de 232 U, ai căror produse de descompunere să creeze radiații puternic penetrante pentru personalul care întreține astfel de arme nucleare.
O alternativă la procesul de îmbogățire a uraniului este crearea de dispozitive explozive nucleare cu plutoniu bazate pe izotopul plutoniu-239 ca principal exploziv nuclear. Plutoniul nu se găsește în natură, iar acest element este obținut artificial prin iradierea cu neutroni de 238 U. Din punct de vedere tehnologic, o astfel de iradiere se realizează în reactoare nucleare. După iradiere, uraniul cu plutoniul rezultat este trimis la o instalație radiochimică, unde plutoniul acumulat este extras chimic. Prin ajustarea parametrilor de iradiere în reactor, aceștia realizează producția preferențială a izotopului de plutoniu dorit .
Într-un dispozitiv exploziv termonuclear, energia este eliberată în procesul unei reacții ultrarapide (explozive) de fuziune termonucleară a deuteriului și tritiului în elemente mai grele. În același timp, principala sursă de energie de explozie este conținută în reacția de fuziune termonucleară. Principala substanță de lucru a celor mai moderne dispozitive explozive termonucleare este deuterura de litiu . Subminarea încărcăturii principale de luptă - o încărcătură de deuterură de litiu - este efectuată de un dispozitiv exploziv nuclear încorporat de mică putere care acționează ca un detonator (când un detonator exploziv nuclear explodează, este eliberată energie mai mult decât suficientă pentru a porni un termonuclear exploziv). reacţie). Reacțiile de fuziune sunt o sursă mult mai eficientă de energie și, în plus, este posibil să se realizeze un dispozitiv exploziv termonuclear arbitrar puternic prin îmbunătățirea designului, adică nu există limitări fizice fundamentale ale puterii unui dispozitiv exploziv termonuclear.
O subclasă specială de dispozitive explozive nucleare (fiziune) - dispozitive nucleare cu amplificare (amplificare). O armă nucleară amplificată este o sarcină de fisiune a cărei putere explozivă este mărită de un număr mic de reacții termonucleare, dar nu este o bombă termonucleară. Într-o sarcină de fisiune îmbunătățită, neutronii produși de reacțiile de fuziune servesc în primul rând la creșterea eficienței sarcinii de fisiune. Există două tipuri de încărcături de fisiune amplificate: intensificarea internă (sau stimularea miezului), în care un amestec de deuteriu și tritiu este injectat în partea centrală a nucleului de încărcare și stimularea externă (sau stimularea tamperului), în care cochilii concentrice de deuteriura de litiu 6 și uraniul sărăcit (tamper) sunt stratificate în afara sarcinii principale de fisiune. Metoda de amplificare externă a fost utilizată în bomba nucleară experimentală sovietică RDS-6s ("Sloyka"), prima armă parțial termonucleară într-o singură etapă, iar mai târziu, într-o singură copie creată pe baza sa și testată cu încărcare fără tritiu RDS-27 . Cu toate acestea, mai târziu s-a dovedit că o astfel de schemă de încărcare fără margini a devenit rapid depășită și nu a mai fost folosită, din cauza unor deficiențe inerente.
Principala diferență fizică dintre un dispozitiv exploziv nuclear cu amplificare termonucleară și un dispozitiv exploziv termonuclear este că cea mai mare parte a energiei totale degajate într-un astfel de dispozitiv exploziv nuclear cu amplificare cade pe sarcina principală a materialului fisionabil (reacții de fisiune).
O caracteristică comună a dispozitivelor explozive nucleare cu amplificare este o putere mult mai mare (cu zeci de procente) decât cea a unui dispozitiv exploziv nuclear fără aceasta, datorită factorului de utilizare mai mare al materialului fisionabil.
Alte tipuri de arme nucleare:
Exploziile nucleare pot fi de următoarele tipuri [3] :
Când o armă nucleară este detonată, are loc o explozie nucleară , ai cărei factori dăunători sunt:
Raportul dintre puterea impactului diferiților factori dăunători depinde de fizica specifică a unei explozii nucleare. De exemplu, o explozie termonucleară se caracterizează prin mai puternică decât așa-numita explozie atomică, radiație luminoasă, componenta de raze gamma a radiației penetrante, dar componenta corpusculară mult mai slabă a radiației penetrante și contaminarea radioactivă a zonei.
Oamenii expuși direct la factorii dăunători ai unei explozii nucleare, pe lângă leziunile fizice, care sunt adesea fatale pentru oameni, experimentează un impact psihologic puternic din imaginea îngrozitoare a exploziei și distrugerii. Un impuls electromagnetic (EMP) nu afectează direct organismele vii, dar poate perturba funcționarea echipamentelor electronice (electronica tubulară și echipamentele fotonice sunt relativ insensibile la EMP).
Toate armele nucleare pot fi împărțite în două categorii principale:
Conform aceluiași principiu, care a fost folosit pentru a crea dispozitive explozive în trei faze sau în trei etape, este posibil să se creeze arme termonucleare cu un număr și mai mare de etape, de exemplu, 4 sau mai multe etape, cu un randament de sute și mii de megatone (gigatone), dar din mai multe motive, nu există nicio nevoie practică pentru acest lucru.
Reacția de fuziune termonucleară, de regulă, se dezvoltă în interiorul ansamblului fisionabil și servește ca o sursă puternică de neutroni suplimentari. Doar dispozitivele nucleare timpurii din anii 1940, câteva bombe asamblate cu tun în anii 1950, unele obuze de artilerie nucleară și poate și produse ale statelor subdezvoltate în ceea ce privește tehnologia nucleară (Africa de Sud, Pakistan, Coreea de Nord) nu folosesc fuziunea ca un amplifica puterea unei explozii nucleare sau principala sursă de energie pentru explozie.
A doua etapă a oricărui dispozitiv exploziv termonuclear poate fi echipată cu un tamper - un reflector de neutroni. Tamperul este fabricat din 238 U, care este eficient fisionabil de la neutronii rapizi ai reacției de fuziune. Astfel, se realizează o creștere multiplă a puterii totale a exploziei și o creștere monstruoasă a cantității de precipitații radioactive. După celebra carte „ Brighter than a Thousand Suns ”, scrisă de R. Jung în 1958 în „căutarea fierbinte” a Proiectului Manhattan , acest tip de muniție termonucleară „murdară” este destul de des (la sugestia lui R. Jung) numită FFF (fuziune-fisiune-fuziune) sau trifazic. Cu toate acestea, acest termen nu este corect și nu ar trebui folosit. Aproape toate „FFF” sunt bifazate și diferă doar în materialul tamperului, care în muniția „curată” poate fi făcută din plumb, wolfram etc., iar în muniția „murdară” de la 238 U. în muniția modernă mică- muniție de dimensiuni și puternice, este fabricată din 235 U, care este împărțit eficient de orice neutroni de reacție de fuziune (rapidă și lentă) și va crește semnificativ puterea de explozie a unei astfel de muniții, în comparație cu un tamper de 238 U. De asemenea, un 2- Tamperul de etapă poate fi fabricat, altul decât 238 U, sau din uraniu îmbogățit cu diferite grade de îmbogățire în 235 U, sau din 239 Pu și diverse combinații ale materialelor de mai sus.
Excepție fac dispozitivele Sloyka ale lui Saharov , care ar trebui clasificate ca fiind monofazate cu amplificare, deși au o structură stratificată cu o sarcină explozivă (un miez de plutoniu - un strat de litiu-6 deuterură - un strat de uraniu-238). În Statele Unite, un astfel de dispozitiv se numește „Ceas cu alarmă”. Alternarea secvențială a reacțiilor de fisiune și fuziune este implementată în muniție în două faze, în care se pot număra până la 6 straturi la o putere foarte „moderată”. Un exemplu este focosul de rachetă W88 relativ modern , în care prima secțiune (primară) conține două straturi, a doua secțiune (secundară) are trei straturi, iar un alt strat este o carcasă comună de uraniu-238 pentru două secțiuni (vezi figura).
Uneori, o armă cu neutroni este alocată într-o categorie separată - o muniție în două faze de putere mică (de la 1 kt la 25 kt), în care 50-75% din energie este obținută datorită fuziunii termonucleare. Deoarece neutronii rapizi sunt principalul purtător de energie în timpul fuziunii, randamentul de neutroni în explozia unei astfel de muniții poate fi de câteva ori mai mare decât randamentul de neutroni în exploziile dispozitivelor explozive nucleare monofazate de putere comparabilă. Datorită acestui fapt, se obține o pondere semnificativ mai mare a unor astfel de factori dăunători, cum ar fi radiația neutronică și radioactivitatea indusă (până la 30% din producția totală de energie), ceea ce poate fi important din punctul de vedere al sarcinii de reducere a emisiilor radioactive și de reducere. distrugere la sol cu eficiență ridicată de utilizare împotriva trupelor de tancuri și a forței vii. Există idei mitice conform cărora armele cu neutroni afectează doar oamenii și lasă clădirile intacte. În ceea ce privește efectul distructiv, explozia unei muniții cu neutroni este de sute de ori mai mare decât orice muniție nenucleară.
Puterea unei sarcini nucleare este măsurată în echivalent TNT - cantitatea de trinitrotoluen care trebuie aruncată în aer pentru a obține aceeași energie. Acesta este de obicei exprimat în kilotone (kt) și megatone (Mt). (1 kt = 1000 t, 1 Mt = 1000000 t.) Echivalentul TNT este condiționat: în primul rând, distribuția energiei unei explozii nucleare în funcție de diferiți factori dăunători depinde în mod semnificativ de tipul de muniție și, în orice caz, este foarte diferit de o explozie chimică. În al doilea rând, este pur și simplu imposibil să se realizeze arderea completă a unei cantități adecvate de exploziv chimic.
Se obișnuiește să se împartă armele nucleare după putere în cinci grupuri:
Există două modele principale de detonare: tun, altfel numit balistic și imploziv . Rețineți că aproape toate „taxele” moderne folosesc ambele principii în combinație. Schema „tun” este o metodă de obținere a unei mase supercritice a materialului fisionabil al unui ansamblu (sau alte opțiuni de control, de exemplu, „tăcere” unuia de urgență) prin introducerea diferitelor elemente de control în acesta (ca în absolut orice reactor) . Schema implozivă este o metodă de atingere și depășire a masei critice a unei sarcini fisile prin comprimarea sarcinii fisionale prin undele de șoc ale exploziilor de sarcini explozive nenucleare îndreptate spre centrul acesteia.
„Schema de tun” a fost folosită în unele modele de arme nucleare de prima generație. Esența schemei de tun este de a trage cu o încărcătură de praf de pușcă un bloc de material fisionabil de masă subcritică ("glonț") într-un altul - nemișcat ("țintă"). Blocurile sunt proiectate în așa fel încât atunci când sunt conectate la o anumită viteză calculată, masa lor totală devine supercritică, învelișul masiv al încărcăturii asigură eliberarea de energie semnificativă (zeci de kilotone de T.E.) înainte ca blocurile să se evapore. Proiectarea încărcăturii a prevenit, de asemenea, evaporarea „proiectilului și țintei” până la dezvoltarea vitezei necesare și s-au luat măsuri pentru reducerea acestei viteze de la 800 m/s la 200-300 m/s, ceea ce a făcut posibilă o creștere semnificativă. ușurează designul. De asemenea, au fost luate măsuri speciale pentru a preveni distrugerea „proiectilului” în momentul „împușcăturii”, deoarece suprasarcinile în timpul accelerării sale de-a lungul unui „tuoi” atât de scurt au fost semnificative.
Această metodă de detonare este posibilă numai în muniția cu uraniu , deoarece plutoniul are un fond neutronic cu două ordine de mărime mai mare, ceea ce crește dramatic probabilitatea dezvoltării premature a unei reacții în lanț la conectarea blocurilor, conducând la o producție de energie incompletă. - asa numitul. „ fizzle ”, ( eng. fizzle ). În cazul utilizării plutoniului în muniția de tun, viteza necesară de conectare a părților încărcăturii era de neatins din punct de vedere tehnic. În plus, uraniul rezistă la suprasarcină mecanică mai bine decât plutoniul. Prin urmare, bombele cu plutoniu folosesc o schemă de detonare implozivă, care este mult mai complexă din punct de vedere tehnic și necesită o cantitate mare de calcule inginerești.
Un exemplu clasic de schemă de tun este bomba „ Băiețel ” aruncată pe Hiroshima pe 6 august 1945. Uraniul pentru producția sa a fost extras în Congo Belgian (acum Republica Democrată Congo ), în Canada ( Marele Lac Ursu ). și în SUA (statul Colorado ). Acest uraniu, extras direct din mine, nu putea fi folosit într-o bombă atât de simplă și avansată din punct de vedere tehnologic. În realitate, uraniul natural necesita o operațiune de îmbogățire . Pentru a obține uraniu îmbogățit folosind tehnologiile acelor ani, a fost necesar să se ridice clădiri uriașe de producție lungi de până la kilometri și în valoare de miliarde de dolari (la prețurile de atunci). Producția de uraniu foarte îmbogățit a fost destul de mică, iar procesul de obținere a acestuia a fost incredibil de consumator de energie, ceea ce a determinat costul enorm al fiecărei muniții. Cu toate acestea, designul primei bombe „tun” a fost în esență o rafinare a unui pistol de artilerie în serie. Deci, în bomba „Little Boy” a fost folosit țeava unui tun naval de calibru probabil 164 mm scurtat la 1,8 m. În acest caz, „ținta” de uraniu era un cilindru cu diametrul de 100 mm și masa de 25,6 kg, pe care, la tras, s-a apropiat un „glonț” cilindric cu o masă de 38,5 kg cu un canal intern corespunzător. Acest design ciudat, la prima vedere, a fost ales pentru a reduce fondul neutron al țintei: în el, nu era aproape, ci la o distanță de 59 mm de reflectorul de neutroni (tamper). Ca urmare, riscul de apariție prematură a așa-numitului. „ pops ” a fost redus la câteva procente.
Mai târziu, pe baza acestei scheme, americanii au produs 240 de obuze de artilerie în trei loturi de producție. Aceste obuze au fost trase dintr -un tun convențional . Până la sfârșitul anilor 1960, toate aceste obuze au fost eliminate din cauza pericolului mare de autodetonare nucleară.
Schema de detonare implozivă utilizează comprimarea materialului fisionabil printr-o undă de șoc focalizată creată de explozia sarcinilor chimice explozive. Așa-numitele lentile explozive sunt folosite pentru a focaliza unda de șoc . Subminarea se efectuează simultan în multe puncte cu o precizie ridicată. Acest lucru se realizează cu ajutorul cablurilor de detonare: o rețea de șanțuri umplute cu exploziv diverge de la o siguranță pe suprafața sferei. Forma rețelei și topologia acesteia sunt selectate în așa fel încât la punctele de capăt unda explozivă prin găurile din sferă să ajungă simultan în centrele lentilelor explozive (la primele încărcări, fiecare lentilă a fost aruncată în aer de propriul detonator , pentru care dispozitivul de control trebuia să trimită un impuls sincron către tot). Formarea unei unde de șoc convergente a fost asigurată de utilizarea lentilelor explozive din explozivi „rapidi ” și „lenti” - TATV (triaminotrinitrobenzen) și boratol (un amestec de trinitrotoluen cu azotat de bariu) și a unor aditivi (vezi animația). Crearea unui astfel de sistem pentru localizarea explozivilor și a detonației a fost la un moment dat una dintre sarcinile cele mai dificile și consumatoare de timp. Pentru a o rezolva, a fost necesar să se efectueze o cantitate gigantică de calcule complexe în hidrodinamica și dinamica gazelor. Conform acestei scheme, a fost executat primul dispozitiv exploziv nuclear „Gadget” ( gadget în engleză - dispozitiv), aruncat în aer pe turn pentru a testa funcționarea schemei implozive în practică în timpul testelor „ Trinity ” („Trinity”). pe 16 iulie 1945 la un teren de antrenament de lângă Alamogordo , New Mexico . A doua dintre bombele atomice folosite - " Fat Man " ("Fat Man") - aruncată pe Nagasaki la 9 august 1945, a fost executată după aceeași schemă. De fapt, „Gadget” a fost prototipul „Fat Man” lipsit de carcasa exterioară. În această bombă atomică, așa-numitul „arici” ( ing. arici ) a fost folosit ca inițiator de neutroni (pentru detalii tehnice, vezi articolul „ Fat Man ”). Ulterior, această schemă a fost recunoscută ca ineficientă, iar tipul necontrolat de inițiere a neutronilor a fost cu greu utilizat în viitor.
Amplificator de explozie nuclearăAșa-numita intensificare a unei explozii nucleare cu un amestec de deuteriu-tritiu a fost concepută de oamenii de știință nucleari americani încă din 1947-49. Dar utilizarea acestei scheme a devenit posibilă abia în anii 50. Deci, bomba nucleară Orange Herald cu o capacitate de 720 kt de la 17 kg de 235 U a fost testată de experții britanici la 31 mai 1957 și avea hidruri de litiu-6 în centrul de asamblare , dar cu deuteriu ( deuterură de litiu ) și tritiu ( tritidă de litiu) (LiD / LiT).
În armele nucleare moderne (pe baza reacției de fisiune), în centrul ansamblului gol este de obicei plasată (pompată înainte de detonare) o cantitate mică (grame (aproximativ 3-6 grame)) de combustibil termonuclear (deuteriu și tritiu) în formă de gaz (datorită descompunerii tritiului, acesta din armele nucleare trebuie actualizat la fiecare câțiva ani).
În timpul unei explozii nucleare, acest gaz deuteriu-tritiu se încălzește inevitabil, se micșorează chiar la începutul procesului de fisiune într-o astfel de stare încât începe în el o reacție de fuziune termonucleară, care este puțin volum, ceea ce dă o ușoară creștere a ieșirea totală de energie - de exemplu: 5 grame dintr-un astfel de gaz în timpul reacțiilor de fuziune dau o creștere de numai 1,73% din puterea totală de explozie de 24 kt pentru o bombă nucleară mică de 4,5 kg de plutoniu. Dar neutronii în timpul boosterizării fac posibilă reacția completă în reacția de fisiune a 1,338 kg de plutoniu, sau 29,7% din masa totală de plutoniu - în bombele fără amplificare, proporția de plutoniu reacționat complet este și mai mică (aproximativ 13% - ca în bomba Fat Man ). Numeroși neutroni de înaltă energie (rapidi) eliberați din această reacție de fuziune la scară mică (chiar în centrul ansamblului) inițiază noi reacții în lanț în întregul volum al ansamblului și compensează astfel pierderea de neutroni care părăsesc miezul de reacție în părțile exterioare ale ansamblului. Prin urmare, acest dispozitiv este adesea menționat pe diagrame ca un inițiator de neutroni deuteriu-tritiu [4] [5] .
Neutronii stimulați au o energie de aproximativ 14 MeV, care este de 14 ori energia neutronilor „obișnuiți” din reacția de fisiune. Prin urmare, la ciocnirea cu un nucleu de material fisionabil, ei dau mai mulți neutroni secundari (4,6 față de 2,9 pentru cazul plutoniului Pu-239) [6] .
Utilizarea unor astfel de inițiatori duce la o creștere multiplă a randamentului energetic din reacția de fisiune și la o utilizare mai eficientă a principalului material fisionabil.
Prin modificarea cantității de amestec gazos de deuteriu și tritiu injectat în încărcătură, este posibil să se obțină muniție cu o putere de explozie larg reglabilă (vezi focos nuclear cu randament variabil ).
Schema descrisă a imploziei sferice este arhaică și a fost cu greu folosită de la mijlocul anilor 1950. Principiul de funcționare al designului de tip Swan ( lebădă engleză - lebădă), se bazează pe utilizarea unui ansamblu fisionabil de o formă specială, care, în procesul de implozie inițiat într-un punct de o siguranță, este comprimat în direcție longitudinală și se transformă într-o sferă supercritică. Carcasa în sine constă din mai multe straturi de exploziv cu viteze diferite de detonare, care sunt realizate pe baza unui aliaj de HMX și plastic în proporția potrivită și a unui umplutură - spumă de polistiren, astfel încât să rămână un spațiu umplut cu spumă de polistiren între acesta și ansamblul nuclear din interior. Acest spațiu introduce întârzierea dorită datorită faptului că viteza de detonare a explozivului depășește viteza undei de șoc în Styrofoam. Forma încărcăturii depinde puternic de vitezele de detonare ale straturilor de înveliș și de viteza de propagare a undei de șoc în polistiren, care în aceste condiții este hipersonică. Unda de șoc din stratul exploziv exterior ajunge la stratul sferic interior simultan pe întreaga suprafață. Un tamper semnificativ mai ușor nu este făcut din 238 U, ci din beriliu, care reflectă bine neutronii. Se poate presupune că numele neobișnuit al acestui design - „Lebădă” (primul test - Inca în 1956) a fost determinat de forma gâtului lebedei. Astfel, sa dovedit a fi posibil să se abandoneze implozia sferică și, prin urmare, să se rezolve problema extrem de dificilă a sincronizării submicrosecunde a siguranțelor pe un ansamblu sferic și, astfel, să se simplifice și să se reducă diametrul unei arme nucleare implozive de la 2 m în Tolstyak la 30. cm sau mai puțin în armele nucleare moderne. În cazul unei funcționări anormale a detonatorului, există mai multe măsuri de siguranță care împiedică comprimarea uniformă a ansamblului și asigură distrugerea acestuia fără explozie nucleară. Măsurile se bazează pe faptul că structura în regim de depozitare tinde să fie făcută „semi-demontată”. „Reasamblarea” se realizează automat, la comandă - o astfel de operație se numește operațiune de armare.
Puterea unei sarcini nucleare, care funcționează exclusiv pe principiul fisiunii elementelor grele, este limitată la zeci de kilotone. Producția de energie ( randament în limba engleză ) a unui dispozitiv exploziv nuclear monofazat armat cu combustibil termonuclear în interiorul unui ansamblu fisionabil ( armă cu fisiune sporită) poate ajunge la sute de kilotone. Este practic imposibil să se creeze un dispozitiv exploziv nuclear monofazat de megatoni și putere mai mare - o creștere a masei de material fisionabil nu rezolvă problema. Cert este că energia eliberată ca urmare a unei reacții în lanț umflă ansamblul cu o viteză de ordinul a 1000 km/s , deci devine rapid subcritică și cea mai mare parte a materialului fisionabil nu are timp să reacționeze și este pur și simplu împrăștiată. printr-o explozie nucleară. De exemplu, în „ Fat Man ” aruncat asupra orașului Nagasaki, nu mai mult de 20% din cele 6,2 kg de încărcătură de plutoniu au reacționat , iar în „ Bebe ” cu un ansamblu de tun care a distrus Hiroshima, doar 1,4% din cele 64. kg de uraniu îmbogățit până la aproximativ 80% degradat. Cea mai puternică muniție monofazată din istorie - cea britanică, a explodat în timpul testelor Orange Herald în 1957 , a atins un randament de 720 kt . Schema poligonală a unui dispozitiv exploziv nuclear monofazat, care este un ansamblu de mai multe module explozive nucleare, ar putea depăși această barieră, dar avantajul său este complet nivelat de complexitatea destul de posibilă inacceptabilă a designului și, ca urmare, de nefiabilitatea. de operare.
Munițiile în două faze fac posibilă creșterea puterii exploziilor nucleare la zeci de megatone. Cu toate acestea, rachetele cu focoase multiple, precizia ridicată a sistemelor moderne de livrare și recunoașterea prin satelit au făcut ca dispozitivele de clasa megaton să fie practic inutile în marea majoritate a situațiilor. În plus, transportatorii de muniție grea sunt mai vulnerabili la sistemele de apărare antirachetă și aeriană. (Adevărat, în prezent, problema vulnerabilității relativ mari a vehiculelor de livrare pentru arme nucleare mari și de mare putere a fost deja rezolvată practic de către dezvoltatorii sistemului de rachete Avangard , vehiculul subacvatic Poseidon și racheta de croazieră Burevestnik . .)
Într-un dispozitiv exploziv nuclear cu două faze, prima etapă a procesului fizic ( primar ) este utilizată pentru a începe a doua etapă ( secundară ), în timpul căreia cea mai mare parte a energiei este eliberată. O astfel de schemă este de obicei numită design Teller-Ulam .
Energia de la detonarea sarcinii primare este transmisă printr-un canal special ("interstage") în procesul de difuzie a radiațiilor cuante de radiații X și gamma și asigură detonarea sarcinii secundare prin implozia radiației plutoniului sau uraniului. sarcina de aprindere. Acesta din urmă servește și ca sursă suplimentară de energie împreună cu un reflector de neutroni de 235 U sau 238 U și împreună pot furniza până la 85% din randamentul total de energie al unei explozii nucleare. În același timp, fuziunea termonucleară servește într-o mai mare măsură ca sursă de neutroni pentru fisiunea nucleelor grele, iar sub influența neutronilor de fisiune asupra nucleelor de litiu , tritiul se formează în compoziția deuteridei de litiu , care intră imediat într-un reacție de fuziune termonucleară cu deuteriu.
În primul dispozitiv experimental în două faze al lui Ivy Mike ( 10,5 Mt într-un test din 1952), a fost folosit un amestec lichefiat deuteriu-tritiu în loc de deuterură de litiu, dar ulterior tritiu pur extrem de scump nu a fost utilizat direct în a doua etapă a reacției termonucleare. . Numai fuziunea termonucleară a furnizat 97% din producția principală de energie în „ Tsar-bomba ” sovietică experimentală (alias „mama lui Kuzkina”), aruncată în aer în 1961, cu o producție de energie absolut record de 58 Mt TEq . Cea mai eficientă muniție în două faze din punct de vedere putere/greutate este considerată a fi American Mark 41 cu o capacitate de 25 Mt , care a fost produsă în serie pentru desfășurare pe bombardiere B-47 , B-52 și în versiunea monobloc pt. ICBM-uri Titan-2 . Reflectorul de neutroni al acestei bombe a fost fabricat din 238 U, așa că nu a fost niciodată testat la scară completă, pentru a evita contaminarea cu radiații la scară largă. Când a fost înlocuit cu plumb, puterea acestui dispozitiv a fost redusă la 3 Mt.
Armele nucleare sunt după cum urmează:
Arma nucleară este formată din:
Schemele de proiectare și de aranjare ale focoaselor nucleare sunt diverse și încercarea de a le sistematiza este o sarcină destul de ingrată.
Ideologia generală este următoarea:
- dacă este posibil, întregul focos nuclear ar trebui să fie un corp axisimetric, prin urmare blocurile și sistemele principale sunt plasate în tandem de-a lungul axei de simetrie a corpului în recipiente de formă cilindrică, sferică sau conică, precum și pe un instrument special cadru
- masa focoaselor nucleare ar trebui redusă în toate modurile posibile prin combinarea unităților de putere, utilizarea unor materiale mai durabile, alegerea formei optime a obuzelor focoaselor nucleare și a compartimentelor sale individuale etc.
- numărul de cabluri electrice și conectori să fie minim, impactul asupra actuatoarelor, dacă este posibil, să fie transmis printr-o conductă pneumatică, sau folosind cabluri de detonare a exploziei.
- blocarea nodurilor critice trebuie efectuată folosind structuri care sunt distruse mecanic de încărcăturile piro.
- substanțele active (de exemplu, gaz de rapel, componente pentru sistemul de încălzire, explozivi chimici etc.) sunt de preferință pompate din rezervoare speciale situate în interiorul focosului nuclear, sau chiar pe un transportator.
Aproape orice armă grea poate fi un mijloc de a livra o armă nucleară către o țintă. În special, armele nucleare tactice există încă din anii 1950 sub formă de obuze de artilerie și mine - muniție pentru artilerie nucleară . Rachetele MLRS pot fi purtătoare de arme nucleare tactice , dar până acum nu au fost create nici măcar rachete nucleare pentru MLRS [7] . Cu toate acestea, dimensiunile multor rachete grele moderne MLRS fac posibilă plasarea unui focos nuclear în ele, similar cu cel folosit de artileria cu tun, în timp ce unele MLRS, de exemplu, Smerch -ul rusesc , sunt practic egale ca rază de acțiune cu rachetele tactice, în timp ce alții (de exemplu, sistemul american MLRS ) sunt capabili să lanseze rachete tactice din instalațiile lor . Rachetele tactice și rachetele cu rază mai lungă de acțiune sunt purtătoare de arme nucleare. În tratatele de limitare a armelor, rachetele balistice și de croazieră și aeronavele sunt considerate vehicule de livrare a armelor nucleare . Din punct de vedere istoric, avioanele au fost primul mijloc de livrare a armelor nucleare și, cu ajutorul aeronavelor, a fost efectuat singurul bombardament nuclear de luptă din istorie :
Dezvoltarea sistemelor de apărare aeriană și a armelor antirachetă a adus în prim-plan tocmai rachetele ca mijloc de livrare a armelor nucleare. În special, rachetele de croazieră balistice și hipersonice care sunt create au cea mai mare viteză de livrare a armelor nucleare către țintă.
Tratatul START-1 [8] a împărțit toate rachetele balistice după rază de acțiune în:
Tratatul INF [9] a eliminat rachetele cu rază medie și scurtă de acțiune (de la 500 la 1000 km) și, în general, a exclus din reglementare rachetele cu o rază de acțiune de până la 500 km. Toate rachetele tactice au intrat în această clasă, iar în acest moment astfel de vehicule de livrare se dezvoltă activ (în special în Federația Rusă).
Atât rachetele balistice, cât și rachetele de croazieră pot fi amplasate pe submarine (de obicei nucleare) și pe nave de suprafață. Dacă acesta este un submarin, atunci se numește, respectiv, SSBN și SSGN . În plus, submarinele multifuncționale pot fi înarmate cu torpile și rachete de croazieră cu focoase nucleare.
Torpilele nucleare pot fi folosite atât pentru a ataca ținte navale, cât și coastele inamice. Deci, academicianul Saharov a propus un proiect pentru o torpilă T-15 cu o încărcare de aproximativ 100 de megatone. O implementare practic modernă a acestei idei de design este torpila Poseidon .
Pe lângă încărcăturile nucleare livrate de transportatorii tehnici, există muniție de rucsac cu randament redus transportată de o persoană și destinată utilizării de către grupurile de sabotaj.
În funcție de scopul lor , vehiculele de livrare a armelor nucleare sunt împărțite în:
Lansarea Trident II SLBM dintr -o poziție scufundată. Racheta poate fi echipată cu 8 focoase W88
Sistemul de rachete feroviare de luptă BZHRK 15P961 „ Molodets ” cu o rachetă intercontinentală cu un focos nuclear. Retras din serviciu în anii 1990.
APU 15U175M al complexului RS-24 Yars.
Test de artilerie nucleară din SUA ( Grable )
„ Clubul Nuclear ” este numele informal pentru un grup de țări care dețin arme nucleare. Include SUA (din 1945 ), Rusia (inițial Uniunea Sovietică : din 1949 ), Marea Britanie ( 1952 ), Franța ( 1960 ), China ( 1964 ), India ( 1974 ), Pakistan ( 1998 ) și Coreea de Nord ( 2006 ). ). De asemenea, se consideră că Israelul are arme nucleare .
„Vechile” puteri nucleare din SUA, Rusia, Marea Britanie, Franța și China sunt așa-numitele. cele cinci nucleare - adică statele care sunt considerate puteri nucleare „legitime” în conformitate cu Tratatul privind neproliferarea armelor nucleare . Restul țărilor cu arme nucleare sunt numite puteri nucleare „tinere”.
În plus, mai multe state care sunt membre NATO și alți aliați au sau pot avea arme nucleare americane pe teritoriul lor. Unii experți consideră că în anumite circumstanțe aceste țări îl pot folosi [12] .
Statele Unite au efectuat prima explozie nucleară de 20 de kilotone la 16 iulie 1945 . Pe 6 și 9 august 1945, bombe nucleare au fost aruncate, respectiv, asupra orașelor japoneze Hiroshima și Nagasaki . Primul test al unui dispozitiv termonuclear a fost efectuat la 1 noiembrie 1952 la Atolul Eniwetok .
URSS a testat primul său dispozitiv nuclear cu o capacitate de 22 de kilotone la 29 august 1949 la locul de testare de la Semipalatinsk . Testul primei bombe termonucleare din URSS - în același loc la 12 august 1953. Rusia a devenit singurul moștenitor recunoscut internațional al arsenalului nuclear al Uniunii Sovietice.
Marea Britanie a produs prima explozie nucleară de suprafață cu un randament de aproximativ 25 de kilotone la 3 octombrie 1952 în zona insulelor Monte Bello (nord-vestul Australiei). Test termonuclear - 15 mai 1957 pe Insula Crăciunului din Polinezia .
Franța a efectuat teste la solsarcină nucleară cu un randament de 20 de kilotone la 13 februarie 1960 la oaza Reggan din Alger . Test termonuclear - 24 august 1968 la atolul Mururoa .
China a detonat o bombă nucleară de 20 de kilotone la 16 octombrie 1964 lângă Lacul Lop Nor . O bombă termonucleară a fost testată acolo pe 17 iunie 1967.
India a efectuat primul test al unei încărcături nucleare de 20 de kilotone pe 18 mai 1974 la locul de testare Pokharan din statul Rajasthan , dar nu s-a recunoscut oficial ca proprietarul unei arme nucleare. Acest lucru a fost făcut numai după testele subterane ale cinci dispozitive explozive nucleare, inclusiv o bombă termonucleară de 32 de kilotone, care au avut loc la locul de testare Pokharan în perioada 11-13 mai 1998 .
Pakistanul a efectuat teste subterane a șase arme nucleare pe 28 și 30 mai 1998 la locul de testare Chagai Hills din provincia Balochistan , ca răspuns simetric la testele nucleare din India din 1974 și 1998.
RPDC a anunțat că a dezvoltat o armă nucleară la mijlocul anului 2005 și a efectuat primul său test subteran al unei bombe nucleare cu un randament estimat de aproximativ 1 kilotonă la 9 octombrie 2006 (aparent o explozie parțială de energie) și un al doilea cu un randament de aproximativ 12 kilotone la 25 mai 2009 . Pe 12 februarie 2013, a fost testată o bombă de 6-7 kilotone. Pe 6 ianuarie 2016 , conform rapoartelor oficiale din RPDC, a fost testată o bombă termonucleară. Pe 3 septembrie 2017 au fost efectuate teste, după cum se spune, a unei taxe pentru ICBM-uri, randamentul de explozie înregistrat a fost de aproximativ 100 de kilotone.
Israelul nu comentează informațiile despre deținerea de arme nucleare, cu toate acestea, conform opiniei unanime a tuturor experților, deține focoase nucleare de design propriu de la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970.
Africa de Sud avea un arsenal nuclear mic , dar toate cele șase arme nucleare colectate au fost distruse voluntar în timpul demontării regimului de apartheid la începutul anilor 1990 . Se crede că Africa de Sud a efectuat propriile teste nucleare sau împreună cu Israelul în zona insulei Bouvet în 1979 . Africa de Sud este singura țară care a dezvoltat în mod independent arme nucleare și le-a abandonat în mod voluntar.
Ucraina , Belarus și Kazahstan , pe al căror teritoriu se afla o parte din armele nucleare ale URSS , după semnarea Protocolului de la Lisabona în 1992, au fost declarate țări fără arme nucleare, iar în 1994-1996 au transferat toate armele nucleare Federației Ruse [ 13] .
Din diverse motive, Suedia [14] , Brazilia , Argentina , Spania , Italia , Libia și-au abandonat în mod voluntar programele nucleare (în diferite etape; niciunul dintre aceste programe nu a fost finalizat). În mod involuntar (de către forța militară israeliană) programul nuclear al Irakului a fost încheiat . De-a lungul anilor, s-a bănuit că mai multe țări ar putea dezvolta arme nucleare. În prezent, se presupune că Iranul este cel mai aproape de a-și crea propriile arme nucleare (cu toate acestea, încă nu are arme nucleare). De asemenea, potrivit multor experți, unele țări (de exemplu, Japonia și Germania ), care nu dețin arme nucleare, sunt capabile să le creeze în scurt timp după luarea unei decizii politice și finanțare [15] . Japonia are stocuri semnificative de plutoniu pentru arme [16] .
Din punct de vedere istoric, Germania nazistă a fost a doua sau chiar prima care a avut potențialul de a crea arme nucleare . Cu toate acestea, proiectul Uraniu nu a fost finalizat înainte de înfrângerea Germaniei naziste din mai multe motive.
Numărul de focoase (active și în rezervă) [17] :
1947 | 1952 | 1957 | 1962 | 1967 | 1972 | 1977 | 1982 | 1987 | 1989 | 1992 | 2002 | 2010 | 2015 | 2018 | 2022 [18] | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
STATELE UNITE ALE AMERICII | 32 | 1005 | 6444 | ≈26.000 | >31 255 | ≈27.000 | ≈25.000 | ≈23.000 | ≈23 500 | 22 217 [19] | ≈12.000 | ≈10 600 | ≈8500 | ≈7200 | ≈6800 | ≈5428 |
URSS/Rusia | — | cincizeci | 660 | ≈4000 | 8339 | ≈15.000 | ≈25.000 | ≈34.000 | ≈38.000 | ≈25.000 | ≈16.000 | ≈11.000 | ≈8000 | ≈7000 | ≈5977 | |
Marea Britanie | — | — | douăzeci | 270 | 512 | ≈225 [20] | 215 | 215 | 225 | |||||||
Franţa | — | — | — | 36 | 384 | ≈350 | 300 | 300 | 290 | |||||||
China | — | — | — | — | 25 | ≈400 | ≈400 | 250 | de la 240 la 10.000 [21] | 350 | ||||||
Israel | — | — | — | — | — | ≈200 | ≈150 | 80 | 460 | 90 | ||||||
India | — | — | — | — | — | — | ≈100 | ≈100 | ≈100 | ≈110 | ≈160 | |||||
Pakistan | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | ≈100 | ≈110 | ≈110 | ≈120 | ≈165 |
Coreea de Nord | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | ≈5—10 | <10 | ≈35 | ≈20 |
Africa de Sud | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 6 | — | — | — | — | — | — |
Total | 32 | 1055 | 7124 | ≈30.000 | >39 925 | ≈42.000 | ≈50.000 | ≈57.000 | 63 485 | <40 000 | <28 300 | <20 850 | ≈15 700 | ≈14 900 | ≈12 705 |
Notă: Datele pentru Rusia din 1991 și pentru SUA din 2002 includ doar vehiculele de livrare strategice; ambele state au, de asemenea, o cantitate semnificativă de arme nucleare tactice , ceea ce este greu de evaluat [22] .
Conștientizarea semnificației amenințării armelor nucleare pentru omenire și civilizație a condus la dezvoltarea unui număr de măsuri internaționale pentru a minimiza riscul proliferării și utilizării acestora.
Principiile fizice ale construcției de arme nucleare sunt disponibile publicului. De asemenea, principiile generale pentru proiectarea diferitelor tipuri de taxe nu sunt un secret. Cu toate acestea, soluțiile tehnologice specifice pentru creșterea eficienței încărcărilor, proiectarea muniției, metodele de obținere a materialelor cu proprietățile cerute nu sunt de cele mai multe ori disponibile publicului.
La baza principiului neproliferării armelor nucleare se află complexitatea și costul dezvoltării, care rezultă din amploarea sarcinilor științifice și industriale: achiziționarea de materiale fisionabile; dezvoltarea, construcția și exploatarea instalațiilor de îmbogățire a uraniului și a reactoarelor pentru producția de plutoniu pentru arme; teste de încărcare; formarea pe scară largă a oamenilor de știință și specialiștilor; dezvoltarea și construcția vehiculelor de livrare a muniției etc. Este practic imposibil să ascundem o astfel de muncă, care se desfășoară de mult timp. Prin urmare, țările cu tehnologie nucleară au convenit să interzică distribuirea necontrolată a materialelor și echipamentelor pentru crearea de arme, componente de arme și armele în sine [23] [24] .
În cadrul principiului neproliferării, a fost adoptat un tratat privind interzicerea testelor de arme nucleare.
Pentru a limita acumularea de armament, a reduce amenințarea utilizării lor accidentale și a menține paritatea nucleară , URSS și SUA au dezvoltat o serie de acorduri oficializate sub formă de tratate:
Dicționare și enciclopedii | ||||
---|---|---|---|---|
|
Tehnologii nucleare | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inginerie | |||||||
materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
Medicina nucleara |
| ||||||
Arme nucleare |
| ||||||
|
Arme nucleare | |
---|---|
Arme nucleare | |
club nuclear |
Dezarmare nucleară | |
---|---|
Tratate multilaterale Despre interzicerea testelor în trei domenii Despre neproliferare Despre interdicția completă a testelor Despre prohibiție Tratatele sovieto-americane și ruso-americane OSV-I PRO OSV-II RIAC START-I ( Protocolul de la Lisabona , Memorandumul de la Budapesta , „ Programul Nunn-Lugar ”) START II SNP START III |