HIDROGÉN BOMBATUDOMÁNY Minden csapból - DER SPIEGEL 141950
Senkinek nem kell tartania a földi élet hidrogénbombák általi megsemmisülésétől "- mondta Lewis L. Strauss, az Egyesült Államok Atomenergia Bizottsága, aki megpróbálta megnyugtatni a hidrogénnel fehérített amerikai közvéleményt. Bár a hidrogénbombák nagy területeket pusztíthatnak," sokkal kevesebb energiára van szükség háborús célokra. " mint ami a föld pusztításához szükséges. "
A cikk PDF formátumban
Az USA vezető nukleáris tudósai szinte egyhangúlag nem értettek egyet. "A hidrogénbomba könnyen öngyilkos bombává válhat" - figyelmeztették. A szél a robbanás után a radioaktív port a földgömbön hordozhatja. Halálos takaróként terjedne a kontinenseken, és a légkör sugárzási részecskékkel történő "mérgezése" minden élőlény végét jelentené. Az emberiségnek "néhány nap és néhány hónap közötti türelmi ideje" lenne.
Atomszakértő Dr. Leo Szillard a Chicagói Egyetemről készen volt a megsemmisítés számításával: "500 tonna nehéz hidrogén elegendő az emberiség teljes kiirtásához." Dr. Hans Bethe egy utolsó csepp reményt vetett mindazoknak, akik a hidrogénbombákat tekintik a vég kezdetének: "Talán egyáltalán nem működik!"
Hosszú évekig Hans Bethe az "Elméleti Fizika" osztályának vezetőjeként dolgozott Los Alamosban, az Egyesült Államok legalapítottabb atomfizikai intézetében. Fő munkaterülete a nap folyamata volt, amely egyfajta hidrogénbomba nagy léptékben.
A napfelszín alatti rendkívül magas hőmérséklet minden atomrészecskét gyors mozgásban tart. A hidrogénmagok (protonok) nagy sebességgel "repülnek", ütköznek más magokkal, összetörik vagy "összeolvadnak" velük. A reakciók bonyolult láncolata zajlik le.
A végtermék a hidrogénmagok fúziója a héliummagok kialakulásához. A hidrogénatomok úgyszólván a nap üzemanyagai. A hélium atommagjai a "hamu". Ez a folyamat a hidrogénbomba működési elve.
Napkémia. A napon, 20 millió Celsius fokos mély hőmérsékleten nincs kémia a földi értelemben. A földön az atomok úgyszólván elektromos ruházattal rendelkeznek, attól függően, hogy hány elektronhéj van egymással. A nap belsejében a könnyű atomok mezítelenek, a nehézek pedig csak rosszul vannak felöltözve.
De: A napon az átalakulás több millió évet vesz igénybe, és sok köztes szakaszon vezet keresztül. A hidrogénbombában a fúziónak másodperc töredéke alatt kell megtörténnie. A szükséges sok millió fokos hő már nem áll rendelkezésre, és a fényatomok csak ezután vannak mezítelenek és készek összeolvadni.
Az egyetlen detonátor, amely jelenleg képes ezt a hőmérsékletet leadni, a "régi" urán-235 vagy plutónium bomba. Az uránbombákban a legnehezebb sejtek hasadnak, a hidrogénbombában a legkönnyebb magok összeolvadnak. Mindkét esetben felszabadul az energia, az úgynevezett atomenergia.
Amikor egy nehéz atommagot két közepesen nehéz atommagra osztanak, valami furcsa következik be: a töredékek együttesen kisebbek, mint az egész mag. Némi "tömeg" elveszett. De a világon semmi sem "veszhet el". A "tömegvesztés" szabad energiává vált.
1905-ben Albert Einstein kiszámította, hogy mennyi jön ki belőle, felhasználva híres egyenértékűségi törvényét: energia = tömeg a fénysebesség négyzetének szorosa *). Egy apró tömeg tehát egy óriási energiának felel meg. Az atombomba Einstein állításának kísérleti bizonyítéka volt, a példa ragyogó, szörnyű próbája.
Ha a hidrogén atommagok összeolvadnak hélium atommagokká, akkor a tömeg is elvész. A napon 4 millió tonna másodpercenként. Einstein szerint ez elképzelhetetlenül nagy mennyiségű energiának felel meg. Ennek fele billió része a földet éri. Ez elég az egész földi élethez.
Nobel-díjak. Alfred Nobel akarata szerint meg kell becsülni azokat az eredményeket, "amelyek az elmúlt év során a legnagyobb hasznot jelentették az emberiség számára". Az atombomba tudományos útja Nobel-díjakkal van kikövezve: a német Wilhelm Konrad Röntgen 1895-ben fedezte fel a róla elnevezett sugarakat. Az első fizika-Nobel-díj 1901-ben. A francia Henri Becquerel ezután megtalálta a Joachimsthal urántartalmú szuroktartalmának sugárzását. Alfa-, béta- és gammasugarakban elemezte őket. 1903 fizikai Nobel-díj, a Cury-kkel együtt.
A francia Curie pár radioaktív elemeket fedezett fel, köztük rádiumot. Férje halála után Marie Curie, született Polin, egyedül az 1911-es kémiai Nobel-díjat kapta. Az új-zélandi Sir Ernest Rutherford, aki 1937-ben halt meg, felfedezte a radioaktivitás okát. Kémiai Nobel-díj 1908. Az 1947-ben elhunyt német Max Planck felfedezte a sugárzó energia természetét. 1918-ban fizikai Nobel-díj.
A született német Albert Einstein, korunk legnagyobb fizikai teoretikusa dolgozta ki Planck kvantumelméletét. Fizikai Nobel-díj 1921. A dán Niels Bohr Rutherford és Planck megállapításai alapján elmagyarázta az atomot a modellen. Fizikai Nobel-díj 1922. Az angol Charles Wilson az atommagok repülését a felhőkamrájában szemlélődésként tette láthatóvá. Fizikai Nobel-díj 1927. Az angol Sir James Chadwick felfedezte a Wilson-kamrát, az atomhasadás legveszélyesebb lövedékét, a neutront. 1935-ben fizikai Nobel-díj.
Dr. Frédéric Joliot-Curie, a Radium-Curies veje, Franciaország első atomkutatója és kommunistája mesterséges radioaktivitást fedezett fel. Kémiai Nobel-díj 1935. Az olasz Enrico Fermi atommagreakciókat váltott ki Chadwick neutronjával bombázva. Fizikai Nobel-díj 1938. A német Otto Hahn felfedezte (F. Straßmannal és Lise Meitnerrel együtt) az atomhasadást. Kémiai Nobel-díj 1945.
Bolygórendszer. Egy közepes méretű atom átmérője egy milliméter ötmilliomod része. Az "extra vékony" borotvapengéje (0,08 mm) szélébe 400 000 vasatom csomagolható egymás mellé. Ha százmillió atomot teszünk egymás mellé, az csak egy centiméteres távolságot eredményez. Nagyjából hatszázezer billió atom van egyetlen gramm hidrogéngázban.
Az atom szerkezete olyan, mint egy apró bolygórendszer. A középpontban az atommag „napként” áll, amely az anyag elemi építőköveit különböző variációkban tartalmazza: pozitív elektromosan töltött részecskék, protonok és elektromos töltés nélküli „eunuch részecskék”, a neutronok. Ezeket az apró építőelemeket az atomenergia tartja össze.
Mint "bolygók", a negatív elektromosság apró részecskéi, az elektronok különféle pályákon körözik a magot. A keringő elektronok száma mindig megegyezik a magban lévő protonok számával. Ezért az atom mint egység elektromosan semleges.
A bolygórendszerhez hasonlóan az atom is nagyrészt "üres térből" áll. Az elektron bolygó pályájának átmérője tízezerszer nagyobb, mint a mag "nap" átmérője. Ez megfelel a "borsó a katedrálisban" méretaránynak.
A protonok száma meghatározza az anyag természetét. Az atommagban lévő protonok és neutronok összege adja az atomsúlyt. Az urán a legbonyolultabb és legnehezebb atommaggal rendelkezik: 92 proton plusz 143-146 neutron. Így működik a "régi" atombomba. A hidrogénnek a legegyszerűbb és legkönnyebb atommagja van: egyetlen proton. Így működik az új atombomba (lásd a rajzot).
Sir Ernest Rutherford elkészítette az első 1919-ben megfigyelt "dugós lövést". Lövedéke, a hélium atommag, nitrogénatomot ér el. Kiütöttek egy hidrogénatomot. Az eunuch építőelemek, a neutronok veszélyesebbek, mint a hélium lövedékek.
Az atommagok erődök. Nem fújhatja fel nyomással vagy savakkal. Ez csak olyan lövedékekkel lehetséges, amelyek 10 000-szer gyorsabban repülnek, mint a gránátok: atomi építőelemek, amelyeket folyamatosan radioaktív anyagok, például rádium dobnak ki.
Az urán-235 magot tartalmazó neutrongolyó kettéválasztja. Két vagy három neutron kilökődik. Ezek viszont robbanó lövedékként hatnak, ha csak kissé lassítják őket (pl. Grafit által). Ha elegendő mennyiségű urán 235 van, ez a folyamat "fertőző". Olyan, mintha egy gránát eltalálna egy lőszerraktárt: "A" láncreakció "bekövetkezik, és a másodperc töredéke alatt atomrobbanássá válik.
Az urán a 25. helyen áll az elemek bőséges listáján. Vasszürke, fémszerű, nagyon kemény, nagyon nehéz anyag. A legnagyobb lerakódások a belga Kongói Haut Katanga bányák. A termelés 1945-ben meghaladta a 10 000 tonnát. A mai napig előállított 750 gramm rádium (az urán bomlásterméke) szinte kizárólag Kongói régióból származik.
A természetes urán robbanásától nem kell tartani, még akkor sem, ha súlyok százait helyezzük el. Az urán három izotóp, atom "nővér" vegyes eleme, kémiailag azonos tulajdonságokkal, de eltérő atomtömeggel. A természetes urán több mint 99% uránt tartalmaz 238, csak 0,7% uránt és csak 235 uránt tartalmaz. Csak az urán 235 "robbanásveszélyes"
Kritikus tömeg. Időrabló és költséges folyamat szükséges az U 235 elválasztásához. Általában így történik: az urán gáznemű vegyületté alakul. Ezt a gázt porózus membránokon vezetik át. A könnyebb molekulák gyorsabban mozognak a pórusokon keresztül. 5000 passz után szinte tiszta U 235 gáz van. Ebből kapják a "Hirosima robbanóanyagát".
Az ártalmatlan urán 238-at azonban egy jól adagolt neutron jégeső segítségével (amelyet grafittal is lelassítanak) mesterséges elemmé, plutóniummá, a "Nagasaki-tól napjainkig robbanóanyaggá" alakítják.
A plutónium legalább olyan veszélyes, mint az urán 235. Ha a benne lévő fertőző neutronkidobás gyorsabban történik, mint a felszínén található neutronveszteség, akkor "felrobban". Ez automatikusan megtörténik, amikor eléri a "kritikus méretet". A bombában kell elhelyezni, különben nem tud elindulni.
Ezt a folyamatot az atombombamodell egyszerűsíti: a plutónium két külön féltekén helyezkedik el. Egy félteke önmagában kisebb, mint a kritikus tömeg, a két félteke összege több. A műszaki gyújtás érintkezés útján történik, a lavina robbanássá növekszik. Egyetlen neutron elég ahhoz, hogy kiváltsák őket. Mivel az érintkezésnek a lehető leggyorsabbnak és intimebbnek kell lennie, a plutónium egyik fele a másikra lő. A por töltet csak erre van szükség (lásd a rajzot).
A kritikus tömeget Hahn professzor 10 és legfeljebb 30 kiló között adja meg, "körülbelül akkora, mint egy kúpgolyó, egy kókusz vagy még kisebb". A legfrissebb információk szerint 13,5 kg, akkora plutónium golyó, mint egy gyereklabda. Az urán 235 esetében 11 cm-es gömbátmérőt számoltak.
Legkésőbb egy év múlva Amerikai atombombatechnikusok szeretnék elkészíteni az első hidrogénpróbát (költsége: 100 millió dollár). Az Egyesült Államok Atomenergia Bizottsága már leállította az atomenergia békés ipari célú fejlesztésére irányuló projekt minden munkáját a hidrogénbomba gyártásának felgyorsítása érdekében.
A H-bomba fő robbanóanyaga a trícium, A tríciummag protonból és két neutronból áll. Ha protonnal "lövöldöznek", akkor a kettő összeolvad és héliummagot alkot, hirtelen nagy mennyiségű energia szabadul fel (lásd az A reakciót).
Egy kilogramm hidrogénnel az energiatermelés 160 millió kilowattórának felel meg. A proton és a neutron lövedékek lőszerraktára deutérium (nehéz hidrogén, a mag protonból és neutronból áll).
Azonban a H-bombában található robbanóanyag valószínűleg egy keverék, amely a deutérium és a trícium mellett a lítium fémes elemét is tartalmazza. A lítium 6 (egy lítium izotóp 3 protonnal és 3 neutronnal) összeolvad a trícium maggal, miközben energiát bocsát ki, így két hélium magot alkot. A folyamat során neutron szabadul fel (B reakció).
A lítium 7 három protonból és négy neutronból áll. A lítium-7 magnak is csak egyetlen protonnal kell ütköznie ahhoz, hogy összeolvadjon két héliummaggal (C reakció).
Ezeket az összetevőket a H-bombába csomagolják a plutónium-detonátor körül. Miután a detonátor felrobbantása elérte a 20 millió fokos hőmérsékletet, az egész cikázó magok pokollá változik. Összecsapások történnek. Az ütközések közül sok kiváltja a hidrogén-hélium fúziós folyamatát. A számtalan összeolvadási folyamat által a másodperc töredéke alatt felszabadult energia a "bomba ereje".
A hidrogénbombának nincsenek korlátai, például a plutóniumbomba "kritikus mérete". Ezenkívül a hidrogén-hélium fúziós eljárás hétszer annyi energiát szolgáltat, mint a plutónium azonos mennyiségű "robbanóanyaggal" történő megosztása. A plutónium bombánál 140-szer nehezebb hidrogénbomba, vagyis 140-szer 13,5 kg = 1890 kg hidrogén, a nagasaki plutónium-bomba hatásának 1000-szerese lenne.
Van egy pont, ahol a hidrogénbomba gyártói nem érintettek. Míg a világon csak néhány bányászható uránbetét található, a hidrogénbomba "robbanóanyagában" nincs hiány. Minden csapból árad.