Ядрено оръжие

Ядреното оръжие е бомба, която използва освободената енергия или друг вид разрушителни ефекти, причинени от ядрени реакции.

В историята две атомни бомби са били взривени над вражеска страна, като и двете от САЩ по време на Втората световна война. Първата експлодира на 6 август 1945 над Хирошима и носи названието „Малчугана“. САЩ пускат и втора бомба над Нагасаки с кодовото название „Дебелака“, която е от имплозивен тип и носи плутоний. Тези две бомби причиняват смъртта на около 200 000 души, главно цивилни, от тежки травми в резултат на експлозиите, а в дългосрочен план умират много повече след години, заради поетите големи дози радиация. Употребата на тези оръжия довежда до спора, доколко необходимо е било използването им.

След Хирошима и Нагасаки, атомни бомби са взривявани над две хиляди пъти по различни поводи, като ядрени опити и за демонстративни цели. Страните, които със сигурност са взривявали такива оръжия, (в хронологичен ред) са: САЩ, СССР, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Пакистан и Северна Корея.

История През 1934 физикът от унгарски произход Лео Силард разработва идеята за ядрена верижна реакция чрез неутронно стимулиране, а по-късно патентова и идеята за атомна бомба на този принцип във Великобритания (патент 630 726). По този начин, в чисто академичен смисъл, Силард може да бъде определен като бащата на атомната бомба. През 1936 Адмиралтейството (висшето командване на Кралския военноморски флот) осъзнава потенциала на тази концепция и решава да я засекрети.

През декември 1938 немските физици Ото Хан и Фриц Щрасман публикуват научна статия, в която твърдят че са засекли елемента барий след процес на неутронно бомбардиране на уран. Резултатите им са определени като реакция на ядрено делене от Лиза Майтнер и племенника ѝ Ото Фриш и потвърдени експериментално на 13 януари 1939.Lise Meitner и O. R. Frisch Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction, сп. Нейчър, бр. 143, номер 3615, стр. 239 – 240 (11 февруари 1939)O. R. Frisch Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment, сп. Нейчър, бр. 143, номер 3616, стр. 276 – 276 (18 февруари 1939) . Резултатът от експериментите на Хан и Щрасман вече е бил известен на физиците в САЩ, включително Нилс Бор, Уилис Лам и Енрико Ферми. На 25 януари 1939 екип на Колумбийския университет провежда първата реакция на ядрено делене в САЩ.

По това време световното напрежение е нараснало значително. През 1938 нацистка Германия окупира Чехословакия, а в края на 1939 и Полша. Много от учените в Европа осъзнават, че континентът е напът да бъде разтърсен от война, и започват да бягат в Съединените щати. Всички те са и наясно, че ядреното делене има огромен военен потенциал, но все още нямат представа как той може да бъде оползотворен. По това време и много от тях започват да се самоцензурират и не издават научни публикации, за да не попадне никаква информация в ръцете на врага. Учените в САЩ работят за военната машина на Съюзниците, и благодарение на британско проучване става ясно, че атомна бомба може да бъде конструирана в близките години. Великобритания и САЩ обединяват усилията си, но другата голяма съюзническа сила – Съветският съюз – не бива уведомена за това.

Така всички усилия по проекта биват обединени в т.нар. проект Манхатън. В рамките на това огромно начинание са построени над 30 промишлени и научно-технически мощности в САЩ и Канада. Започват доставките на големи количества уран от Белгийско Конго. Учените откриват свойствата на двата основни изотопа на урана – уран-235 и уран-238. При бомбардиране ядрото на първия, той претърпява ядрен разпад и на свой ред отделя енергия и средно 2,5 неутрона. Вторият поема всички неутрони, но не се дели, като по този начин спира верижната реакция. Малко след това в процеса на делене на урана е открит и несъществуващият в природата плутоний-239. За три години в рамките на проекта Манхатън са построени три атомни бомби – две плутониеви и една уранова. На 16 юли 1945 е детонирана първата в света атомна бомба край Аламогордо в Ню Мексико. Германската ядрена програма, под ръководството на Вернер Хайзенберг, по това време е слабо финансирана и разполага само с един експериментален атомен реактор. СССР провежда програма за ядрено оръжие след 1942 г., и макар в теоретичната част да е почти на нивото на проекта Манхатън, в практическата си част тази програма не разполага с ефективно ръководство или промишлени мощности. След атомните бомбардировки на Хирошима и Нагасаки Сталин разпорежда ускоряване на програмата. Под ръководството на Лаврентий Берия Съветският съюз бързо наваксва и детонира своя атомна бомба през 1949 година край Семипалатинск.

По това време Студената война вече започва. Победителките от Втората световна война насочват усилията си за бъдеща война една срещу друга. Още по време на войната е предложена идея за „супербомба“, която да използва принципа на ядрено сливане за получаване на енергия. През 1952 г. САЩ детонират първата водородна бомба, чиято мощ е стотици пъти по-голяма от тази на най-мощните бомби, изпробвани дотогава – с мощност около 10 000 000 тона тротилов еквивалент. СССР взривява своята първа водородна бомба през 1953 г. С развитието на реактивните двигатели и зенитно-ракетните комплекси през 1950-те години става ясно, че стратегическите бомбардировачи не биха били надежден начин за нанасяне на ядрени удари срещу противника. По това време Съветският съюз има много активна програма за балистични ракети и разработва широк спектър от такива оръжия. През 1960-те светът се доближава до ядрена война с противопоставянето на съветски ракети в Куба и американски такива в Турция. В същото време Франция (1960) и Китай (1964) също се сдобиват с атомна, а по-късно и с водородна бомба. На година се провеждат десетки ядрени опити, с които атомното оръжие се усъвършенства и става все по-малко по размер. Появяват се тактически оръжия с малка (0,3 килотона) и променлива мощност (от 1 до 100). Ядреното оръжие става основният инструмент за оказване на политически, психологически и военен натиск в блоковото противопоставяне между Източния блок и Запада.

През 1980-те години технологиите са се развили значително. В същото време информацията за тях става и по-достъпна. Така в обществото, особено в западните държави, се създава нов страх от ядрената война като събитие, което би сложило края на човешката цивилизация. Към 1988 г. САЩ разполагат с около 23 000 ядрени бойни глави, а СССР – с над 45 000.Robert S. Norris and Hans M. Kristensen, "Global nuclear stockpiles, 1945 – 2006 ", Bulletin of the Atomic Scientists 62, no. 4 (July/August 2006), 64 – 66 Разпадането на СССР през 1991 г. слага край на Студената война, а в средата на 1990-те са проведени последните подземни ядрени опити. Следва мащабно конвенционално и ядрено разоръжаване. Ядрените оръжия остават най-мощното стратегическо оръжие на въоръжение. Те са и мощен политически инструмент, който може значително да промени регионалния баланс на силите, поради което притежанието им от по-малки страни като Израел и Северна Корея остава спорно.

Видове бомби според принципа на действие Ядрените реакции се делят на няколко типа – разделяне на тежки ядра, сливане на леки ядра, радиационен разпад и пр. В зависимост от преобладаващата реакция в конкретната бомба, тя може да бъде четири типа.

Атомна бомба

Атомната бомба е най-ранният вид ядрено оръжие. Работният ѝ принцип се основава на деленето на ядрата на тежки нестабилни елементи, като уран-235 или плутоний-239. Протичащата реакция е неконтролируема и верижна, довеждаща до имплозията на ядрения материал вътре в бомбата и последващо отделяне на огромно количество енергия под формата на лъчение, светлина и топлина.

При среща със свободно летящ неутрон атомните ядра на тези елементи го поглъщат, изпадат в нестабилно състояние и се разцепват на две нови ядра (разцепването е несиметрично – едното ядро е по-леко). При този процес излитат и няколко свободни неутрона. Когато средният брой разлитащи се неутрони от едно разцепване, които разцепват други ядра, е точно 1 (по-реалната ситуация е този брой да е много близо до 1), тогава масата на ядрения материл се нарича критична. Такова състояние на горивото се поддържа управляемо в атомните реактори. Ако се събере достатъчно количество нестабилно атомно гориво на едно място, толкова че средният брой на разлитащите се неутрони от едно разцепване, които се сблъскват с други ядра, да е над 1, ще започне верижна реакция – във всеки следващ момент броят на летящите неутрони и разцепващи се ядра ще се увеличава. При такава ситуация ядреният материал е в надкритична маса.

Дали дадено количество атомно гориво образува подкритична, критична или надкритична маса зависи от геометричната форма на горивото, от неговата плътност, както и от заобикалящите го или смесени с него други вещества, които могат да поглъщат, да забавят или да отразяват летящите неутрони. Сърцевината на атомната бомба е обградена от отражатели, направени най-често от берилий (в сплав), които са конфигурирани в точно определена форма. При започване на верижната реакция те не позволяват на разлитащите се неутрони да напуснат сърцевината и ги отразяват, така че ядреният материал да не изгуби натрупаната от реакцията енергия. Това довежда до имплозия на плутония/урана в бомбата, и после във взрив. Самата верижна реакция се стартира чрез т.нар. „лещи“ от малки количества експлозив, които при взрива си насочват енергията към ядрото на бомбата. Целият този процес се случва за частица от секундата.

Най-често използваните материали за атомни бомби са уран-235 и плутоний-239, по-рядко се използва уран-233. Възможно е нептуний-237 и някои изотопи на америция също да могат да се използват за ядрени оръжия, но не е ясно дали това някога е правено и дори възможността за използването им в ядрени оръжия е предмет на научни спорове.

Водородна бомба

Водородната бомба е наричана още термоядрено оръжие, оръжие на принципа на Телър-Улам по името на своите изобретатели Едуард Телър и Станислав Улам, а в СССР – Третата идея на Андрей Сахаров. Водородната бомба е базирана на ядреното сливане – процесът, който протича в ядрото на звездите, при който две по-леки ядра се сливат в едно по-тежко. При ядреното сливане изходният продукт (по-тежкото ядро) има по-малко количество материя и маса от началните продукти. Загубената материя се преобразува в колосално количество енергия. Най-мощните атомни бомби имат взривна мощ от не повече от 400 килотона; за сравнение, най-мощното термоядрено оръжие взривявано някога – Цар Бомба, е с мощност 57 мегатона, или 57 000 килотона.

Обикновено сливането се осъществява между две ядра на водорода, които след реакцията образуват едно хелиево ядро. При водородните бомби обикновено се използват по-нестабилните водородни изотопи деутерий и тритий. Реакцията на сливане е предизвикана посредством малка атомна бомба, чийто взрив осигурява необходимата температура за започване на реакцията по сливане на ядра. На практика водородната бомба се състои от две степени – „спусък“, т.е. атомното устройство, и горивото (деутерий/тритий). Петте големи ядрени сили – САЩ, Русия, Великобритания, Франция и Китай – на практика притежават стратегически арсенали предимно от термоядрени оръжия.

Неутронна бомба

Неутронната бомба е специфичен вид атомна бомба, при която потокът неутрони, излъчени при взрива е основният поразяващ фактор. Като всяко ядрено оръжие, тя също освобождава светлинна и топлинна енергия, но целевият ефект е излъчването на максимален брой неутрони. Вместо отражателна, обвивката на бомбата е направена от хром и никел, така че всички неутрони, които се отделят при ядрената реакция, да бъдат пропуснати навън. Целта е тези неутрони да предизвикат изкуствена радиоактивност в околната среда. Ефектите от това са, че се разпадат сравнително малък брой атоми при верижната реакция и отделената взривна енергия е сравнително малко.