Kärnvapen

Kärnvapen  är massförstörelsevapen , vars verkan är baserad på de skadliga faktorerna av en kärn- eller termonukleär explosion.

Kärnvapen är baserade på destruktiv energi som härrör från kärnklyvningsreaktioner (fissionsvapen) eller en kombination av fissions- och fusionsreaktioner (termonukleära vapen). Båda typerna av bomber frigör en stor mängd energi från en relativt liten mängd materia: en enda kärnkraftsanordning av storleken på en konventionell bomb kan förstöra en hel stad under påverkan av en kraftig stötvåg, ljusstrålning och penetrerande strålning.

I militära operationer användes kärnvapen endast två gånger: under bombningen av de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki av USA:s väpnade styrkor 1945 under andra världskriget . Enligt vissa vetenskapsmän [1] [2] kan ett kärnvapenkrig med motsvarande 100 kärnvapenexplosioner lika stor som Hiroshimabombningen resultera i tiotals miljoner offer på grund av långsiktiga förändringar i planetens klimat ( kärnvapenvinter ), utan hänsyn till explosionernas direkta offer.

Hur det fungerar

Verkan av ett kärnvapen är baserat på användningen av energin från en explosion av en kärnsprängladdning, som frigörs som ett resultat av en okontrollerad lavinliknande kedjereaktion av fission av tunga kärnor och/eller en termonukleär fusionsreaktion .

Nukleära explosiva anordningar

Det finns ett antal ämnen som kan leda till en fissionskedjereaktion. Kärnvapen använder uran-235 eller plutonium-239 . Uran förekommer i naturen som en blandning av tre isotoper: 238U ( 99,2745 % naturligt uran), 235U (0,72%) och 234U ( 0,0055 % ). Endast isotopen 235 U stödjer en kärnkedjereaktion. För att säkerställa maximal energiförbrukning för en uranexplosiv anordning (uranatombomb) måste innehållet av 235 U i den vara minst 80 %. Därför utförs urananrikning vid produktion av vapenuran för att öka andelen 235 U. Vanligtvis använder kärnvapen 235 U med en anrikning över 90 %, eller 239 Pu med en anrikning på 94 %. Experimentella kärnladdningar baserade på 233 U skapades också, men 233 U fann inte användning i kärnvapen, trots den lägre kritiska massan av uran-233 jämfört med uran-235, på grund av inblandningen av 232 U, vars sönderfallsprodukter skapa hårt penetrerande strålning för personal som underhåller sådana kärnvapen.

Ett alternativ till processen för anrikning av uran är skapandet av plutonium nukleära explosiva anordningar baserade på plutonium-239 isotopen som det huvudsakliga kärnsprängämnet. Plutonium förekommer inte i naturen och detta grundämne erhålls artificiellt genom bestrålning med neutroner på 238 U. Teknologiskt utförs sådan bestrålning i kärnreaktorer. Efter bestrålning skickas uran med det resulterande plutoniumet till en radiokemisk anläggning, där det ackumulerade plutoniumet utvinns kemiskt. Genom att justera bestrålningsparametrarna i reaktorn uppnår de den föredragna produktionen av den önskade plutoniumisotopen .

Termonukleära explosiva enheter

I en termonukleär explosiv anordning frigörs energi i processen av en ultrasnabb (explosiv) reaktion av termonukleär fusion av deuterium och tritium till tyngre grundämnen. Samtidigt finns den huvudsakliga källan till explosionsenergi i den termonukleära fusionsreaktionen. Det huvudsakliga arbetsämnet i de flesta moderna termonukleära explosiva anordningar är litiumdeuterid . Underminering av huvudstridsladdningen - en laddning av litiumdeuterid - utförs av en lågeffekt inbyggd kärnsprängladdning som fungerar som en detonator (när en kärnsprängkapsel exploderar frigörs mer än tillräckligt med energi för att starta en explosiv termonukleär reaktion). Fusionsreaktioner är en mycket effektivare energikälla, och dessutom är det möjligt att göra en termonukleär explosiv anordning godtyckligt kraftfull genom designförbättring, det vill säga det finns inga grundläggande fysiska begränsningar för kraften hos en termonukleär explosiv anordning.

Förstärkta nukleära explosiva enheter

En speciell underklass av nukleära explosiva anordningar (klyvning) - nukleära anordningar med förstärkning (förstärkning). Ett förstärkt kärnvapen är en klyvningsladdning vars explosiva kraft ökas av ett litet antal termonukleära reaktioner, men det är inte en termonukleär bomb. I en förstärkt fissionsladdning tjänar neutronerna som produceras av fusionsreaktionerna främst till att öka effektiviteten hos fissionsladdningen. Det finns två typer av förstärkta fissionsladdningar: intern boosting (eller core boosting), där en blandning av deuterium och tritium injiceras i den centrala delen av laddningskärnan, och extern boosting (eller tamper boosting), där koncentriska skal av litiumdeuterid 6 och utarmat uran (manipulation) är skiktade utanför huvudklyvningsladdningen. Den externa förstärkningsmetoden användes i den sovjetiska experimentella kärnvapenbomben RDS-6 ("Sloyka"), det första delvis termonukleära enstegsvapnet, och senare, i en enda kopia skapad på grundval av den och testade tritiumfri laddning RDS-27 . Senare visade det sig dock att ett sådant återvändsavgiftssystem snabbt blev föråldrat och inte längre användes, på grund av ett antal av dess inneboende brister.

Den huvudsakliga fysiska skillnaden mellan en kärnspränganordning med termonukleär förstärkning och en termonukleär explosivanordning är att det mesta av det totala energiutsläppet i en sådan kärnsprängladdning med förstärkning faller på huvudladdningen av det klyvbara materialet (klyvningsreaktioner).

Ett vanligt drag för kärnsprängladdningar med förstärkning är en mycket större (med tiotals procent) kraft än för en kärnsprängladdning utan den, på grund av den högre utnyttjandefaktorn av klyvbart material.

Andra typer

Andra typer av kärnvapen:

Typer av kärnvapenexplosioner

Nukleära explosioner kan vara av följande typer [3] :

Skadefaktorer

När ett kärnvapen detoneras inträffar en kärnvapenexplosion , vars skadliga faktorer är:

Förhållandet mellan kraften i effekterna av olika skadliga faktorer beror på den specifika fysiken hos en kärnvapenexplosion. Till exempel kännetecknas en termonukleär explosion av starkare än den så kallade atomexplosionen, ljusstrålning, gammastrålningskomponent av penetrerande strålning, men mycket svagare korpuskulär komponent av penetrerande strålning och radioaktiv förorening av området.

Människor som är direkt utsatta för de skadliga faktorerna av en kärnvapenexplosion, förutom fysiska skador, som ofta är dödliga för människor, upplever en kraftfull psykologisk påverkan från den fruktansvärda bilden av explosionen och förstörelsen. En elektromagnetisk puls (EMP) påverkar inte levande organismer direkt, men den kan störa funktionen hos elektronisk utrustning (rörelektronik och fotonisk utrustning är relativt okänsliga för EMP).

Klassificering av kärnvapen

Alla kärnvapen kan delas in i två huvudkategorier:

Enligt samma princip, som användes för att skapa trefasiga eller trestegs explosiva anordningar, är det möjligt att skapa termonukleära vapen med ett ännu större antal steg, till exempel 4 eller fler steg, med en avkastning på hundratals och tusentals megaton (gigaton), men av ett antal anledningar finns det inget praktiskt behov av detta.

Den termonukleära fusionsreaktionen utvecklas som regel inuti den klyvbara enheten och fungerar som en kraftfull källa för ytterligare neutroner. Endast tidiga kärntekniska anordningar på 1940-talet, några kanonmonterade bomber på 1950-talet, några kärnvapenartillerigranater och kanske även produkter från underutvecklade stater när det gäller kärnteknik (Sydafrika, Pakistan, Nordkorea) använder inte fusion som en förstärkare kraften hos en kärnvapenexplosion eller den huvudsakliga energikällan för explosionen.

Det andra steget av en termonukleär explosiv anordning kan utrustas med en sabotage  - en neutronreflektor. Tampern är gjord av 238 U, som är effektivt klyvbart från fusionsreaktionens snabba neutroner. Således uppnås en multipel ökning av explosionens totala kraft och en monstruös ökning av mängden radioaktivt nedfall. Efter den berömda boken " Brighter than a Thousand Suns ", skriven av R. Jung 1958 i "hot pursuit" av Manhattan Project , kallas denna typ av "smutsig" termonukleär ammunition ganska ofta (på förslag av R. Jung) FFF (fusion-fission-fusion) eller trefas. Denna term är dock inte helt korrekt och bör inte användas. Nästan alla "FFF" är tvåfasiga och skiljer sig endast i manipuleringsmaterialet, som i "ren" ammunition kan göras av bly, volfram, etc., och i "smutsig" ammunition från 238 U. i moderna små- Stor och kraftfull ammunition är den tillverkad av 235 U, som är effektivt uppdelad från alla (snabba och långsamma) fusionsreaktionsneutroner, och kommer att avsevärt öka explosionskraften hos sådan ammunition, jämfört med en 238 U sabotage. Dessutom, en 2- steg tamper kan tillverkas, annat än 238 U, eller av anrikat uran med olika grader av anrikning i 235 U, eller från 239 Pu, och olika kombinationer av ovanstående material.

Undantagen är Sacharovs Sloyka- apparater , som bör klassificeras som enfas med förstärkning, även om de har en skiktad struktur av en explosiv laddning (en plutoniumkärna - ett skikt av litium-6-deuterid  - ett skikt av uran-238). I USA kallas en sådan enhet "Väckarklocka". Den sekventiella växlingen av fissions- och fusionsreaktioner implementeras i tvåfas ammunition, där upp till 6 lager kan räknas med en mycket "måttlig" effekt. Ett exempel är den relativt moderna W88- missilstridsspetsen , där den första sektionen (primär) innehåller två skikt, den andra sektionen (sekundär) har tre skikt, och ett annat skikt är ett vanligt uran-238-skal för två sektioner (se figur).

Ibland allokeras ett neutronvapen i en separat kategori  - en tvåfas ammunition med låg effekt (från 1 kt till 25 kt), där 50-75% av energin erhålls på grund av termonukleär fusion. Eftersom snabba neutroner är den huvudsakliga energibäraren under fusion, kan neutronutbytet vid explosionen av en sådan ammunition vara flera gånger högre än neutronutbytet vid explosioner av enfasiga kärnsprängladdningar med jämförbar effekt. På grund av detta uppnås en betydligt större vikt av sådana skadliga faktorer som neutronstrålning och inducerad radioaktivitet (upp till 30 % av den totala energiproduktionen), vilket kan vara viktigt med tanke på uppgiften att minska radioaktivt nedfall och minska förstörelse på marken med hög effektivitet i användning mot stridsvagnstrupper och levande styrka. Det finns mytiska idéer om att neutronvapen bara påverkar människor och lämnar byggnader intakta. När det gäller destruktiv effekt är explosionen av en neutronammunition hundratals gånger större än någon icke-nukleär ammunition.

Kraften hos en kärnladdning mäts i TNT-ekvivalent  - mängden trinitrotoluen som måste sprängas för att få samma energi. Det uttrycks vanligtvis i kiloton (kt) och megaton (Mt). (1 kt = 1000 t, 1 Mt = 1000000 t.) TNT-ekvivalenten är villkorad: för det första beror fördelningen av energin från en kärnvapenexplosion över olika skadliga faktorer avsevärt på typen av ammunition, och är i alla fall mycket annorlunda än en kemisk explosion. För det andra är det helt enkelt omöjligt att uppnå fullständig förbränning av en lämplig mängd kemiskt sprängämne.

Det är vanligt att dela upp kärnvapen med makt i fem grupper:

Detonationsalternativ för kärnvapen

Det finns två huvudsakliga detonationsmönster: kanon, annars kallad ballistisk, och implosiv . Observera att nästan alla moderna "laddningar" använder båda principerna i kombination. "Kanon"-schemat är en metod för att få en superkritisk massa av det klyvbara materialet i en sammansättning (eller andra kontrollalternativ, till exempel, "tysta" en nödsituation) genom att införa olika kontrollelement i den (som i absolut alla reaktorer) . Det implosiva schemat är en metod för att nå och överskrida den kritiska massan av en klyvbar laddning genom att komprimera den klyvbara laddningen genom chockvågor av explosioner av icke-nukleära sprängladdningar riktade mot dess centrum.

Kanonschema

"Kanonschemat" användes i vissa modeller av första generationens kärnvapen. Kärnan i kanonschemat är att med en laddning av krut skjuta ett block av klyvbart material med subkritisk massa ("kula") in i ett annat - orörligt ("mål"). Blocken är utformade på ett sådant sätt att när de ansluts med en viss beräknad hastighet blir deras totala massa superkritisk, laddningens massiva skal säkerställer frigöring av betydande energi (tiotals kiloton T.E.) innan blocken avdunstar. Laddningens utformning förhindrade också avdunstning av "projektilen och målet" tills den erforderliga hastigheten hade utvecklats, och åtgärder vidtogs för att minska denna hastighet från 800 m/s till 200-300 m/s, vilket gjorde det möjligt att avsevärt lätta upp designen. Särskilda åtgärder vidtogs också för att förhindra förstörelsen av "projektilen" vid tidpunkten för "skottet", eftersom överbelastningarna under dess acceleration längs en så kort "pipa" var betydande.

Denna detonationsmetod är endast möjlig i uranammunition , eftersom plutonium har en neutronbakgrund som är två storleksordningar högre, vilket dramatiskt ökar sannolikheten för en för tidig utveckling av en kedjereaktion till kopplingen av block, vilket leder till en ofullständig energiproduktion - den så kallade. " fizzle ", ( eng.  fizzle ). Vid användning av plutonium i kanonammunition var den erforderliga hastigheten för att koppla ihop laddningens delar tekniskt ouppnåelig. Dessutom tål uran mekanisk överbelastning bättre än plutonium. Därför använder plutoniumbomber ett implosivt detonationssystem, vilket är tekniskt mycket mer komplext och kräver en stor mängd tekniska beräkningar.

Ett klassiskt exempel på ett kanonschema är bomben " Lilla pojken" som släpptes på Hiroshima den 6 augusti 1945.  Uran för dess produktion bröts i Belgiska Kongo (nuvarande Demokratiska republiken Kongo ), i Kanada ( Stora björnsjön ) och i USA (staten Colorado ). Detta uran, direkt utvunnet från gruvorna, kunde inte användas i en så enkel och tekniskt avancerad bomb. I verkligheten krävde naturligt uran en anrikningsoperation . För att erhålla anrikat uran med hjälp av teknikerna från dessa år var det nödvändigt att uppföra enorma produktionsbyggnader upp till kilometer långa och värda miljarder dollar (i dåtidens priser). Produktionen av mycket anrikat uran var ganska liten, och processen att få det var otroligt energikrävande, vilket avgjorde den enorma kostnaden för varje ammunition. Utformningen av den första "kanon"-bomben var dock i huvudsak en förfining av en serieartilleripistol. Så i bomben "Little Boy" användes pipan till en marinpistol av kaliber förmodligen 164 mm förkortad till 1,8 m. I det här fallet var uran "målet" en cylinder med en diameter på 100 mm och en massa på 25,6 kg, på vilken en cylindrisk "kula" med en massa på 38,5 kg med en motsvarande inre kanal närmade sig. Denna, vid första anblicken, märkliga design valdes för att minska neutronbakgrunden för målet: i den var den inte nära, men på ett avstånd av 59 mm från neutronreflektorn (manipulation). Som ett resultat risken för för tidig uppkomst av den sk. " pops " reducerades till några procent.

Senare, baserat på detta schema, producerade amerikanerna 240 artillerigranater i tre produktionspartier. Dessa granater avfyrades från en konventionell kanon . I slutet av 1960-talet var alla dessa granater eliminerade på grund av den stora faran för kärnvapen självdetonation.

Implosivt schema

Det implosiva detonationsschemat använder komprimering av klyvbart material genom en fokuserad stötvåg skapad av explosionen av kemiska sprängladdningar. Så kallade explosiva linser används för att fokusera stötvågen . Underminering utförs samtidigt på många punkter med hög noggrannhet. Detta uppnås med hjälp av detonationsledningar: ett nätverk av spår fyllda med sprängämne divergerar från en säkring över sfärens yta. Nätverkets form och dess topologi väljs på ett sådant sätt att den explosiva vågen genom hålen i sfären vid ändpunkterna når mitten av explosiva linser samtidigt (vid de första laddningarna sprängdes varje lins upp av sin egen detonator , för vilken styrenheten var tvungen att skicka en synkron puls till allt). Bildandet av en konvergerande stötvåg åstadkoms genom användning av explosiva linser från "snabba" och "långsamma" sprängämnen - TATV (triaminotrinitrobensen) och boratol (en blandning av trinitrotoluen med bariumnitrat) och några tillsatser (se animation). Skapandet av ett sådant system för lokalisering av sprängämnen och detonation var på sin tid en av de svåraste och mest tidskrävande uppgifterna. För att lösa det var det nödvändigt att utföra en gigantisk mängd komplexa beräkningar inom hydro- och gasdynamik.  Enligt detta schema avrättades den första kärnsprängningen "Gadget" ( engelsk  gadget - enhet), sprängd på tornet för att testa driften av det implosiva systemet i praktiken under testerna " Trinity " ("Trinity") den 16 juli 1945 på en träningsplats nära Alamogordo , New Mexico . Den andra av de använda atombomberna - " Fat Man " ("Fat Man") - som släpptes på Nagasaki den 9 augusti 1945, avrättades enligt samma schema. Faktum är att "Gadgeten" var prototypen av "Fat Man" utan det yttre skalet. I denna atombomb användes den så kallade "igelkotten" ( eng.  urchin ) som neutroninitiator (för tekniska detaljer, se artikeln " Fet Man "). Därefter erkändes detta schema som ineffektivt, och den okontrollerade typen av neutroninitiering användes knappast i framtiden.

Nuclear explosion booster

Den så kallade boosteriseringen av en kärnvapenexplosion med en deuterium-tritiumblandning skapades av amerikanska kärnkraftsforskare redan 1947-49. Men användningen av detta system blev möjligt först på 50-talet. Så, Orange Herald-atombomben med en kapacitet på 720 kt från 17 kg 235 U testades av brittiska experter den 31 maj 1957 och hade litium-6-hydrider i monteringscentret , men med deuterium ( litiumdeuterid ) och tritium ( litiumtritid) (LiD/LiT).

I moderna kärnvapen (baserat på klyvningsreaktionen) placeras (pumpas innan detonation) vanligtvis en liten mängd (gram (ca 3-6 gram)) termonukleärt bränsle (deuterium och tritium) i mitten av den ihåliga enheten. form av gas (på grund av sönderfallet av tritium måste dess i kärnvapen uppdateras med några års mellanrum).

Under en kärnexplosion värms denna deuterium-tritiumgas oundvikligen upp, krymper i början av klyvningsprocessen till ett sådant tillstånd att en termonukleär fusionsreaktion, som är ringa i volym, börjar i den, vilket ger en liten ökning av total energiproduktion - till exempel: 5 gram av en sådan gas under fusionsreaktioner ger en ökning med endast 1,73 % av den totala explosionseffekten på 24 kt för en liten kärnvapenbomb på 4,5 kg plutonium. Men neutroner under boosterisering gör det möjligt att helt reagera i fissionsreaktionen av 1,338 kg plutonium, eller 29,7% av den totala massan av plutonium - i bomber utan boosterisering är andelen fullt reagerat plutonium ännu mindre (cirka 13% - som i Fat Man -bomben ). Många högenergi- (snabba) neutroner som frigörs från denna småskaliga fusionsreaktion (mitt i aggregatets centrum) initierar nya kedjereaktioner i hela aggregatets volym och kompenserar därigenom för förlusten av neutroner som lämnar reaktionskärnan i aggregatet. aggregatets yttre delar. Därför hänvisas denna enhet ofta till på diagrammen som en deuterium-tritium neutroninitiator [4] [5] .

Förstärkta neutroner har en energi på cirka 14 MeV, vilket är 14 gånger energin från "vanliga" neutroner från fissionsreaktionen. Därför, när de kolliderar med en kärna av klyvbart material, ger de fler sekundära neutroner (4,6 mot 2,9 för fallet med Pu-239 plutonium) [6] .

Användningen av sådana initiatorer leder till en multipel ökning av energiutbytet från fissionsreaktionen och mer effektiv användning av det huvudsakliga klyvbara materialet.

Genom att ändra mängden av en gasblandning av deuterium och tritium som injiceras i laddningen är det möjligt att erhålla ammunition med en brett justerbar explosionskraft (se kärnstridsspets med variabelt utbyte ).

Design av svantyp

Det beskrivna schemat för sfärisk implosion är arkaiskt och har knappast använts sedan mitten av 1950-talet. Funktionsprincipen för designen av Swan-typ ( engelska  swan  - swan), är baserad på användningen av en klyvbar enhet av en speciell form, som, i en implosionprocess som initieras vid en punkt av en säkring, komprimeras i längdriktning och övergår i en superkritisk sfär. Själva skalet består av flera lager sprängämne med olika detonationshastigheter, som är gjorda på basis av en legering av HMX och plast i rätt proportion och ett fyllmedel - polystyrenskum, så att ett utrymme fyllt med polystyrenskum blir kvar mellan det och kärnkraftsförsamlingen inuti. Detta utrymme introducerar den önskade fördröjningen på grund av att sprängämnets detonationshastighet överstiger hastigheten för stötvågen i frigolit. Laddningens form beror starkt på detonationshastigheterna i skalskikten och hastigheten för utbredningen av stötvågen i polystyren, som under dessa förhållanden är hypersonisk. Stötvågen från det yttre explosiva lagret når det inre sfäriska lagret samtidigt över hela ytan. En betydligt lättare sabotage är inte gjord av 238 U, utan av beryllium, som reflekterar neutroner väl. Det kan antas att det ovanliga namnet på denna design - "Svanen" (det första testet - Inca 1956) föranleddes av formen på svanens hals. Således visade det sig vara möjligt att överge sfärisk implosion och därigenom lösa det extremt svåra problemet med submikrosekundsynkronisering av säkringar på en sfärisk enhet, och på så sätt förenkla och minska diametern på ett implosivt kärnvapen från 2 m i Tolstyak till 30 cm eller mindre i moderna kärnvapen. I händelse av en onormal drift av detonatorn finns det flera säkerhetsåtgärder som förhindrar enhetlig komprimering av enheten och säkerställer dess förstörelse utan en kärnvapenexplosion. Åtgärderna bygger på att strukturen i lagringsläge tenderar att göras "halvdemonterad". "Återmontering" utförs automatiskt, på kommando - en sådan operation kallas spännoperationen.

Termonukleär ammunition

Kraften hos en kärnladdning, som enbart fungerar enligt principen om klyvning av tunga grundämnen, är begränsad till tiotals kiloton. Energiproduktion ( engelsk  yield ) från en enfas kärnsprängladdning förstärkt med termonukleärt bränsle inuti en klyvbar enhet (förstärkt fissionsvapen) kan nå hundratals kiloton. Det är praktiskt taget omöjligt att skapa en enfas kärnspränganordning av megaton och högre kraft - en ökning av massan av klyvbart material löser inte problemet. Faktum är att energin som frigörs som ett resultat av en kedjereaktion blåser upp enheten med en hastighet av storleksordningen 1000 km/s , så den blir snabbt subkritisk och det mesta av det klyvbara materialet hinner inte reagera och sprids helt enkelt av en kärnvapenexplosion. Till exempel, i " Fat Man " som släpptes över staden Nagasaki, reagerade inte mer än 20% av 6,2 kg plutoniumladdning, och i " Baby " med en kanonenhet som förstörde Hiroshima, bara 1,4% av de 64 kg uran anrikat till ca 80 % sönderfallit. Den mest kraftfulla enfasiga ammunitionen i historien - den brittiska, exploderade under Orange Herald-testerna 1957 , nådde en avkastning på 720 kt . Det polygonala schemat för en enfas kärnexplosiv anordning, som är en sammansättning av flera nukleära explosiva moduler, skulle kunna övervinna denna barriär, men dess fördel är helt utjämnad av den mycket möjliga oacceptabla komplexiteten i konstruktionen, och som ett resultat, opålitligheten driften.

Tvåfas ammunition gör det möjligt att öka kraften hos kärnvapenexplosioner till tiotals megaton. Flera stridsspetsmissiler, den höga noggrannheten hos moderna leveranssystem och satellitspaning har dock gjort enheter av megatonklass praktiskt taget onödiga i de allra flesta situationer. Dessutom är bärare av tung ammunition mer sårbara för missilförsvar och luftförsvarssystem. (Det är sant att problemet med den relativt höga sårbarheten hos leveransfordon för stora och extra kraftfulla kärnvapen har redan praktiskt taget lösts av utvecklarna av Avangard -missilsystemet, undervattensfordonet Poseidon och kryssningsmissilen Burevestnik .)

I en tvåfas kärnsprängladdning används det första steget i den fysiska processen ( primär ) för att starta det andra steget ( sekundärt ), under vilket den största delen av energin frigörs. Ett sådant schema kallas vanligtvis Teller-Ulam-designen .

Energin från detonationen av den primära laddningen överförs genom en speciell kanal ("mellansteg") i processen för strålningsdiffusion av röntgen- och gammastrålningskvanter och tillhandahåller detonationen av den sekundära laddningen genom strålningsimplosion av plutonium eller uran. tändladdning. Den senare fungerar också som en extra energikälla tillsammans med en neutronreflektor på 235 U eller 238 U, och tillsammans kan de ge upp till 85 % av det totala energiutbytet av en kärnvapenexplosion. Samtidigt tjänar termonukleär fusion i större utsträckning som en källa till neutroner för fission av tunga kärnor, och under påverkan av fissionsneutroner på litiumkärnor bildas tritium i sammansättningen av litiumdeuterid , som omedelbart går in i en termonukleär fusionsreaktion med deuterium.

I Ivy Mikes första tvåfas experimentella enhet ( 10,5 Mt i ett test 1952) användes en flytande deuterium-tritiumblandning istället för litiumdeuterid, men därefter användes extremt dyrt rent tritium inte direkt i andra stegets termonukleära reaktion . Endast termonukleär fusion gav 97 % av den huvudsakliga energiproduktionen i den experimentella sovjetiska " Tsar-bomba " (alias "Kuzkinas mor"), som sprängdes 1961 med en absolut rekordenergiproduktion på 58 Mt TEq . Den mest effektiva tvåfasammunitionen sett till effekt/vikt anses vara den amerikanska Mark 41 med en kapacitet på 25 Mt , som masstillverkades för utplacering på B-47 , B-52 bombplan och i monoblockversionen för Titan-2 ICBMs . Neutronreflektorn till denna bomb var gjord av 238 U, så den testades aldrig i full skala för att undvika storskalig strålningskontamination. När den ersattes med bly reducerades enhetens kraft till 3 Mt.

Klasser av kärnvapen

Kärnvapen är följande:

  • kärnvapenbomber,
  • stridsspetsar av ballistiska missiler och kryssningsmissiler av olika räckvidd,
  • djupa kärnvapenbomber, ankar- och bottenminor;
  • kärnvapenartillerigranater,
  • sjötorpedstridsspetsar,
  • tekniska kärnminor, kärnvapenminor.

Allmänt schema för ett kärnvapen

Kärnvapen består av:

  • bostäder, som ger placering av enskilda enheter och system, samt termiskt skydd. Indelad i fack, valfritt utrustad med en kraftram.
  • kärnladdning med kraftfästen,
  • självförstörelsesystem (desutom är detta system ofta integrerat i själva kärnladdningen),
  • en kraftkälla (ofta kallad en strömkälla) för långtidslagring (det senare betyder att under lagring är kraftkällan inaktiv och aktiveras endast när ett kärnvapen avfyras),
  • system för externa sensorer och datainsamling,
  • mjukvarumaskin,
  • kontrollsystem,
  • spännsystem,
  • detonationsverkställande systemet (om det inte är integrerat direkt i kärnladdningen),
  • system för att upprätthålla mikroklimatet inuti de hermetiska volymerna (krävs - ett värmesystem),
  • självdiagnostiska system,
  • flyguppgiftsinställning och blockeringspanel (tillval),
  • flygparametrar telemetrisystem (tillval),
  • framdrivningssystem och autopilotsystem (tillval),
  • störsändare (valfritt),
  • räddningssystem (på telemetriska prover),
  • andra system.

Design- och layoutscheman för kärnstridsspetsar är olika och att försöka systematisera dem är en ganska otacksam uppgift.

Den allmänna ideologin är som följer:

- om möjligt bör hela kärnstridsspetsen vara en axelsymmetrisk kropp, därför placeras huvudblocken och systemen i tandem längs kroppens symmetriaxel i behållare med cylindrisk, sfärisk eller konisk form, såväl som på ett speciellt instrument ram

- Massan av kärnstridsspetsar bör minskas på alla möjliga sätt genom att kombinera kraftenheter, användningen av mer hållbara material, valet av den optimala formen på granaten på kärnstridsspetsarna och dess individuella fack, etc.

- antalet elektriska kablar och kontakter ska vara minimalt, påverkan på ställdonen ska om möjligt överföras genom en pneumatisk rörledning eller med hjälp av explosionsdetonerande sladdar.

- blockering av kritiska noder bör utföras med hjälp av strukturer som förstörs mekaniskt av pyroladdningar.

- aktiva ämnen (till exempel förstärkningsgas, komponenter för värmesystemet, kemiska sprängämnen etc.) pumpas företrädesvis från speciella tankar placerade inuti kärnstridsspetsen, eller till och med på en bärare.

Nukleära leveransfordon

Nästan vilket tungt vapen som helst kan vara ett sätt att leverera ett kärnvapen till ett mål. Framför allt har taktiska kärnvapen funnits sedan 1950-talet i form av artillerigranater och minor - ammunition för kärnvapenartilleri . MLRS -missiler kan vara bärare av taktiska kärnvapen , men hittills har inte ens kärnvapenmissiler för MLRS skapats [7] . Dimensionerna på många moderna tunga MLRS-missiler gör det dock möjligt att placera en kärnstridsspets i dem, liknande den som används av kanonartilleri, medan vissa MLRS, till exempel den ryska Smerch , är praktiskt taget lika i räckvidd som taktiska missiler, medan andra (till exempel det amerikanska MLRS- systemet ) är kapabla att skjuta upp taktiska missiler från sina installationer . Taktiska missiler och missiler med längre räckvidd är bärare av kärnvapen. I fördragen om vapenbegränsning betraktas ballistiska missiler och kryssningsmissiler och flygplan som leveransfordon för kärnvapen . Historiskt sett var flygplan det första sättet att leverera kärnvapen, och det var med hjälp av flygplan som historiens enda kärnvapenbombning utfördes :

  1. På den japanska staden Hiroshima den 6 augusti 1945. Klockan 08:15 lokal tid släppte ett B-29 "Enola Gay"-flygplan under befäl av överste Paul Tibbets , på en höjd av mer än 9 km, atombomben " Little Boy " ("Little Boy") på centrum av Hiroshima. Säkringen var inställd på en höjd av 600 meter över ytan. En explosion motsvarande 13 till 18 kiloton TNT inträffade 45 sekunder efter utsläppet. Trots sådana "blygsamma" parametrar blev den "primitiva" kärnvapenbomben "Baby" den dödligaste (av de två använda), och krävde mer än 50 000 människoliv och blev en symbol för kärnvapenkrig.
  2. På den japanska staden Nagasaki den 9 augusti 1945. Klockan 10:56 släppte en B-29 Bockscar, lotsad av piloten Charles Sweeney, Fat Man -bomben . Explosionen inträffade klockan 11:02 lokal tid på cirka 500 meters höjd. Explosionens kraft var 21 kiloton TNT.

Utvecklingen av luftvärnssystem och missilvapen lyfte fram just missiler som ett sätt att leverera kärnvapen. I synnerhet ballistiska och hypersoniska kryssningsmissiler som skapas har den högsta hastigheten för leverans av kärnvapen till målet.

START -1- fördraget [8] delade upp alla ballistiska missiler efter räckvidd i:

INF - fördraget [9] eliminerade medeldistans- och kortdistansmissiler (från 500 till 1 000 km) och uteslöt generellt missiler med en räckvidd på upp till 500 km från reglering. Alla taktiska missiler föll i denna klass, och för närvarande utvecklas sådana leveransfordon aktivt (särskilt i Ryska federationen).

Både ballistiska missiler och kryssningsmissiler kan placeras på ubåtar (vanligtvis kärnvapen) och ytfartyg. Om det här är en ubåt så kallas den för SSBN respektive SSGN . Dessutom kan multi-purpose ubåtar vara beväpnade med torpeder och kryssningsmissiler med kärnstridsspetsar.

Kärnkraftstorpeder kan användas både för att attackera sjömål och fiendens kuster. Så, akademikern Sakharov föreslog ett projekt för en T-15- torped med en laddning på cirka 100 megaton. En praktiskt taget modern implementering av denna designidé är Poseidon- torpeden .

Utöver kärnladdningar som levereras av tekniska transportörer finns det lågavkastande ryggsäcksammunition som bärs av en person och är avsedd att användas av sabotagegrupper.

Enligt deras syfte är kärnvapenleveransfordon indelade i:

  • taktisk , designad för att besegra fiendens arbetskraft och militär utrustning vid fronten och i taktiska bakre områden. Taktiska kärnvapen inkluderar vanligtvis också kärnvapen för att förstöra hav, luft och rymdmål;
  • operativt-taktisk - att förstöra fiendens mål inom det operativa djupet;
  • strategisk  - att förstöra administrativa, industriella centra och andra strategiska mål djupt bakom fiendens linjer.

  • Lansering av Trident II SLBM från en nedsänkt position. Missilen kan utrustas med 8 W88- stridsspetsar

  • Combat railway missil system BZHRK 15P961 " Molodets " med en interkontinental missil med en kärnstridsspets. Togs ur tjänst på 1990-talet.

  • APU 15U175M av RS-24 Yars-komplexet.

  • USA:s kärnvapenartilleriprov ( Grable )

Kärnvapnens historia

Vägen till atombomben

Utveckling av kärnvapen efter kriget

Nuclear Club

" Nuclear Club " är det informella namnet på en grupp länder som har kärnvapen. Det inkluderar USA (sedan 1945 ), Ryssland (ursprungligen Sovjetunionen : sedan 1949 ), Storbritannien ( 1952 ), Frankrike ( 1960 ), Kina ( 1964 ), Indien ( 1974 ), Pakistan ( 1998 ) och Nordkorea ( 2006 ) ). Israel anses också ha kärnvapen .

De "gamla" kärnvapenmakterna i USA, Ryssland, Storbritannien, Frankrike och Kina är de sk. kärnvapenfemman – det vill säga de stater som anses vara "legitima" kärnvapenmakter enligt fördraget om icke-spridning av kärnvapen . De återstående länderna med kärnvapen kallas "unga" kärnvapenmakter.

Dessutom har flera stater som är medlemmar i Nato och andra allierade har eller kan ha amerikanska kärnvapen på sitt territorium. Vissa experter tror att dessa länder under vissa omständigheter kan använda det [12] .

USA utförde den första kärnvapenexplosionen på 20 kiloton någonsin den 16 juli 1945 . Den 6 och 9 augusti 1945 släpptes kärnvapenbomber mot de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki . Det första testet någonsin av en termonukleär anordning utfördes den 1 november 1952 på Eniwetok-atollen .

Sovjetunionen testade sin första kärnkraftsanordning med en kapacitet på 22 kiloton den 29 augusti 1949 på testplatsen i Semipalatinsk . Testet av den första termonukleära bomben i Sovjetunionen  - på samma plats den 12 augusti 1953. Ryssland blev den enda internationellt erkända arvtagaren till Sovjetunionens kärnvapenarsenal.

Storbritannien producerade den första kärnvapenexplosionen på ytan med en avkastning på cirka 25 kiloton den 3 oktober 1952 i området Monte Bello-öarna (nordväst om Australien). Termonukleärt test - 15 maj 1957 på Julön i Polynesien .

Frankrike genomförde marktesterkärnladdning med en avkastning på 20 kiloton den 13 februari 1960 vid Reggan-oasen i Alger . Termonukleärt test  - 24 augusti 1968 på Mururoa-atollen .

Kina detonerade en 20 kilotons kärnvapenbomb den 16 oktober 1964 nära Lop Nor Lake . En termonukleär bomb testades där den 17 juni 1967.

Indien gjorde sitt första test av en kärnladdning på 20 kiloton den 18 maj 1974 vid Pokharan-testplatsen i delstaten Rajasthan , men erkände sig inte formellt som ägare till ett kärnvapen. Detta gjordes först efter underjordiska tester av fem kärnvapensprängladdningar, inklusive en 32-kilos termonukleär bomb, som ägde rum på testplatsen i Pokharan den 11-13 maj 1998 .

Pakistan genomförde underjordiska tester av sex kärnvapen den 28 och 30 maj 1998 på testplatsen Chagai Hills i Balochistan -provinsen som ett symmetriskt svar på Indiens kärnvapenprov 1974 och 1998.

Nordkorea meddelade att de hade utvecklat ett kärnvapen i mitten av 2005 och genomförde sitt första underjordiska test av en kärnvapenbomb med en beräknad avkastning på cirka 1 kiloton den 9 oktober 2006 (uppenbarligen en partiell energiexplosion) och ett andra med en avkastning på cirka 12 kiloton den 25 maj 2009 . Den 12 februari 2013 testades en bomb på 6-7 kiloton. Den 6 januari 2016 , enligt officiella rapporter från Nordkorea, testades en termonukleär bomb. Den 3 september 2017 genomfördes som sagt tester av en laddning för ICBM, den registrerade explosionsutbytet var cirka 100 kiloton.

Israel kommenterar inte information om sitt innehav av kärnvapen, men enligt alla experters enhälliga åsikter har man haft kärnstridsspetsar av egen design sedan slutet av 1960-talet och början av 1970-talet.

Sydafrika hade en liten kärnvapenarsenal , men alla sex kärnvapen som samlades in förstördes frivilligt under avvecklingen av apartheidregimen i början av 1990 -talet . Man tror att Sydafrika genomförde sina egna eller tillsammans med Israel kärnvapenprov i området Bouvet Island 1979 . Sydafrika är det enda landet som självständigt utvecklade kärnvapen och frivilligt övergav dem.

Ukraina , Vitryssland och Kazakstan , på vars territorium en del av Sovjetunionens kärnvapen var belägen , förklarades efter undertecknandet av Lissabonprotokollet 1992 länder utan kärnvapen, och 1994-1996 överfördes alla kärnvapen till Ryska federationen [ 13] .

Av olika anledningar övergav Sverige [14] , Brasilien , Argentina , Spanien , Italien , Libyen frivilligt sina kärnkraftsprogram (i olika skeden; inget av dessa program slutfördes). Ofrivilligt (av israelisk militärstyrka) avslutades Iraks kärnkraftsprogram . Under årens lopp misstänktes det att flera länder till kunde utveckla kärnvapen. I dagsläget antas det att Iran är närmast att skapa sina egna kärnvapen (dock har de fortfarande inga kärnvapen). Enligt många experter är också vissa länder (till exempel Japan och Tyskland ), som inte har kärnvapen, kapabla att skapa dem på kort tid efter att ha fattat ett politiskt beslut och finansierat [15] . Japan har betydande lager av plutonium av vapenkvalitet [16] .

Historiskt sett var Nazityskland det andra eller till och med det första som hade potential att skapa kärnvapen . Uranprojektet slutfördes dock inte innan Nazitysklands nederlag av ett antal anledningar .

Lager av kärnvapen i världen

Antal stridsspetsar (aktiva och i reserv) [17] :

1947 1952 1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1989 1992 2002 2010 2015 2018 2022 [18]
USA 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
Sovjetunionen/Ryssland — femtio 660 ≈4000 8339 ≈15 000 ≈25 000 ≈34 000 ≈38 000 ≈25 000 ≈16 000 ≈11 000 ≈8000 ≈7000 ≈5977
Storbritannien — — tjugo 270 512 ≈225 [20] 215 215 225
Frankrike — — — 36 384 ≈350 300 300 290
Kina — — — — 25 ≈400 ≈400 250 från 240 till 10 000 [21] 350
Israel — — — — — ≈200 ≈150 80 460 90
Indien — — — — — — ≈100 ≈100 ≈100 ≈110 ≈160
Pakistan — — — — — — — — — — — ≈100 ≈110 ≈110 ≈120 ≈165
Nordkorea — — — — — — — — — — — — ≈5—10 <10 ≈35 ≈20
Sydafrika — — — — — — — — — 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

Obs: Data för Ryssland sedan 1991 och USA sedan 2002 inkluderar endast strategiska leveransfordon; båda staterna har också en betydande mängd taktiska kärnvapen , vilket är svårt att bedöma [22] .

Kärnvapennedrustning

Medvetenhet om kärnvapenhots betydelse för mänskligheten och civilisationen ledde till utvecklingen av ett antal internationella åtgärder för att minimera risken för deras spridning och användning.

Principen om icke-spridning

De fysiska principerna för att bygga kärnvapen är allmänt tillgängliga. De allmänna principerna för att utforma olika typer av avgifter är inte heller en hemlighet. Specifika tekniska lösningar för att öka effektiviteten av laddningar, design av ammunition, metoder för att erhålla material med de nödvändiga egenskaperna är dock oftast inte allmänt tillgängliga.

Grunden för principen om icke-spridning av kärnvapen är komplexiteten och kostnaderna för utveckling, som härrör från omfattningen av vetenskapliga och industriella uppgifter: förvärv av klyvbart material; utveckling, konstruktion och drift av urananrikningsanläggningar och reaktorer för produktion av plutonium av vapenkvalitet; laddningstester; storskalig utbildning av forskare och specialister; utveckling och konstruktion av ammunitionsleveransfordon etc. Det är praktiskt taget omöjligt att dölja sådant arbete, som pågått under en längre tid. Därför har länder med kärnteknik gått med på att förbjuda okontrollerad distribution av material och utrustning för att skapa vapen, vapenkomponenter och själva vapnen [23] [24] .

Fördrag om förbud mot kärnvapenprov

Inom ramen för principen om icke-spridning antogs ett fördrag om förbud mot kärnvapenprov.

Sovjet-amerikanska och rysk-amerikanska fördrag

För att begränsa uppbyggnaden av upprustning, minska hotet om deras oavsiktliga användning och upprätthålla kärnkraftsparitet utvecklade Sovjetunionen och USA ett antal överenskommelser formaliserade i form av fördrag:

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Alan Robock, Owen Brian Toon. Lokalt kärnvapenkrig, globalt lidande  // Scientific American. — 2010-01. - T. 302 , nr. 1 . — s. 74–81 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican0110-74 .
  2. ↑ Philip Yam. Nuclear Exchange  // Scientific American. — 2010-06. - T. 302 , nr. 6 . — S. 40–40 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican0610-40b .
  3. ↑ Typer av kärnvapenexplosioner // Massförstörelsevapen  - Nano-Planet.org, 2014-05-12.
  4. ↑ http://nuclphys.sinp.msu.ru/lect/kapitonov2017/lk17c.pdf
  5. ↑ Hemligheten med den sovjetiska vätebomben: Physics Today: Vol 70, nr 4
  6. ↑ 4.3 Fission-Fusion hybridvapen
  7. ↑ Leveransfordon för kärnvapen. Huvuddragen. Faktorer som påverkar deras effektivitet
  8. ↑ Dokument som rör START-2-fördraget
  9. ↑ Fördrag mellan Unionen av socialistiska sovjetrepubliker och Amerikas förenta stater om avskaffande av deras medeldistansmissiler och kortdistansmissiler
  10. ↑ Szilard, Leo. "Förbättringar i eller relaterat till transmutation av kemiska element." UK Patent Specification 630726 (1934).
  11. ↑ Frenkel, V. Ya. , Yavelov, B.E. Absorptionskylskåp och värmepumpar (otillgänglig länk) . www.holodilshchik.ru . Refrigerator.RU (december 2008). Hämtad 22 juli 2016. Arkiverad från originalet 16 augusti 2016. 
  12. ↑ Europas inofficiella kärnvapenmakter (otillgänglig länk) . Hämtad 5 december 2010. Arkiverad från originalet 15 maj 2014. 
  13. ↑ Strategiska kärnvapenstyrkor i Sovjetunionen och Ryssland
  14. ↑ Thors hammarsmidning misslyckades
  15. ↑ Länder som hade eller har kärnvapenprogram (otillgänglig länk) . Tillträdesdatum: 4 mars 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2014. 
  16. ↑ Japan har tillräckligt med plutonium för att göra tusentals atombomber - KRIG och FRED . www.warandpeace.ru Tillträdesdatum: 16 juli 2019.
  17. ↑ Bulletin of Nuclear Tests and Federation of American Scientists: Status of World Nuclear Forces (otillgänglig länk) . Fas.org. Hämtad 4 maj 2010. Arkiverad från originalet 10 mars 2010.   , såvida inte annat anges
  18. ↑ Status för världskärnvapenstyrkor
  19. ↑ Pentagon publicerade data om storleken på USA:s kärnvapenarsenal
  20. ↑ Storbritannien avslöjade data om sin kärnvapenarsenal , Lenta.Ru (26 maj 2010). Hämtad 26 maj 2010.
  21. ↑ "I samband med Kinas närhet när det gäller antalet stridsspetsar uttrycks olika åsikter i denna fråga. Skillnaden mellan det maximala och minsta antalet stridsspetsar (enligt olika experter) överstiger 40 gånger (från 240 till 10 000). En bedömning av potentialen hos företag som producerar speciella klyvbara material visar att de (till 2011) skulle kunna producera så mycket uran och plutonium som krävs för att producera ~3600 stridsspetsar. Men det är osannolikt att allt material har använts, och det kan förväntas att Kina har 1600-1800 kärnvapen, red. Aleksey Arbatov et al.. Utsikter för Kinas deltagande i begränsning av kärnvapen . - Moskva: Institutet för världsekonomi och internationella relationer vid Ryska vetenskapsakademin, 2012. - 84 sid. - 100 exemplar.  - ISBN 978-5-9535-0337-2 .
  22. ↑ Storbritannien ska vara "mer öppet" om nivåer av kärnstridsspetsar , BBC News (26 maj 2010).
  23. ↑ Fördrag om icke-spridning av kärnvapen
  24. ↑ JURIDISKA FRÅGOR OM ICKE-PROLIFERERING AV KÄRNVAGN

Litteratur

  • Atomic flame // Ardashev A.N. Flamethrower-cendiary vapen: en illustrerad guide. - Aginskoye, Balashikha: AST: Astrel, 2001. - Ch. 5. - 288 sid. - (Militär utrustning). - 10 100 exemplar.  — ISBN 5-17-008790-X .
  • Atombomb // Ponomarev L. I. Under kvantets tecken / Leonid Ivanovich Ponomarev. - 1984, 1989, 2007.
  • Memo till befolkningen om skydd mot atomvapen . - 2:a uppl. — Moskva, 1954.
  • Jung R. Ljusare än tusen solar / Robert Jung. - M. , 1960.
  • Mani H. Historien om atombomben / Hubert Mania. - Moskva: Text , 2012. - 352 sid. — (Kort kurs). - 3000 exemplar.  - ISBN 978-5-7516-1005-0 .
  • Yablokov A.V. Den oundvikliga kopplingen mellan kärnenergi och kärnvapen: rapport. — Bellona , ​​2005.
  • Arbatov A. G. , Dvorkin V. Z. Kärnvapen efter det kalla kriget. - Russian Political Encyclopedia, 2006. - 559 s. — ISBN 5-8243-0777-6 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 Kärnvapen
Kärnvapen
kärnkraftsklubb
 Kärnvapennedrustning
Multilaterala fördrag Om provförbudet på tre områden Om icke-spridning Om det omfattande testförbudet Om förbud Sovjet-amerikanska och rysk-amerikanska fördrag OSV-I PROFFS OSV-II RIAC START-I ( Lissabonprotokollet , Budapest Memorandum , " Nunn-Lugar Program ") START II SNP START III