Jadrové zbrane

1. Jadrové zbrane Pavol Skošník 4.E

2. Rozdelenie • Atómová bomba • Vodíková bomba • Kobaltová bomba • Neutrónová bomba

3. História • Jadrová bomba sa zrodila na konci 2 sv. vojny, bola až 2000 – krát účinnejšia než všetky bomby zhodené v priebehu celej vojny v Európe. Prvá jadrová bomba, zhodená Američanmi 6. 8. 1945 na mesto Hirošima, zabila až 75 000 ľudí a z 90 000 budov úplne zničila 62 000. Požiar, ktorý výbuch vyvolal, trval 6 hodín a zničil územie s rozlohou 10,5 km2. Od tej doby však sila atómovej bomby vzrástla ešte 3000 – krát, takže súčasné jadrové bomby by dokázali zničiť viac než 100 000 takých miest ako Hirošima. V pädesiatych rokoch sa vyvinula ešte oveľa ničivejšia bomba- vodíková bomba. Namiesto rozštiepenia jedného atómu dochádza k fúzií ( syntéze ) dvoch ľahkých izotopov vodíka a vzniká ťažší. V oboch prípadoch, či už syntéze, alebo štiepnej reakcií, dochádza k odovzdaniu veľkého množstva energie.

4. Účinky výbuchu jadrovej zbrane • Po výbuchu sa najprv ukáže svetelný blesk, okolo ktorého sa vytvorí detonačný mrak. Potom vznikne ohnivá guľa, ktorá stúpa hore a vytvára „kmeň“ ,berúc so sebou prach, zem alebo vodu a na zemi pri mieste výbuchu je základný mrak. Výsledný útvar sa nazývaatómový hríb. • Jadrová zbraň má široké spektrum ničivého účinku: • tepelný účinok: Na mieste výbuchu je teplota niekoľko miliónov stupňov Celzia. V prípade 1 Mt-ovej bomby sa napríklad v okruhu 14 km od epicentra sám zapáli papier. • nárazová tlaková vlna: Táto je účinná do niekoľkých kilometrov od epicentra. Sprevádza ju hromovitý tresk. V mieste detonácie je pretlak asi 1 milión barov, ktorý potom klesá nepriamo úmerne k vzdialenosti. Po pretlakovej vlne nasleduje podtlaková vlna, ktorá sa prejavuje ako silný ťah smerom k miestu výbuchu. • svetelný účinok: Je účinný do niekoľkých kilometrov. • radiácia : Táto je spôsobená tokom neutrónov (asi z 3%) a gama , alfa a beta žiarenia počas asi 1 minúty .Pre človeka je smrteľná v okruhu asi 2 km od epicentra. Časť žiarenia, ktorá ostane ešte po 1 minúte sa nazýva zvyšková radiácia. Pozostáva z radioaktívneho spádu a žiarenia indukovaného neutrónmi (alfa, beta, gama žiarenie). Žiarenie asi po týždni od výbuchu klesne na hodnoty bezpečné pre človeka. • Radioaktívny spád sa delí na lokálny (padá 10-20 hodín po výbuchu do vzdialenosti 400 km), kontinentálny (padá do týždňa po výbuchu do vzdialenosti 4000 km) a celosvetový (padá až po mesiacoch či rokoch).

5. Vznik atómovej bomby • Energia atómovej bomby sa uvoľňuje v dôsledku štepenia jadier atómov. Hodia sa nato len dva: izotopy uránu a plutónia, a to urán 235 a plutónium 239. V prírode sa však nevyskytujú v podobe ihneď použiteľnej na výrobu bomby. Urán 235 je obsiahnutý v uránových rudách, ale tvorí v nich len 0,7 % časť preto sa musí prírodný urán určený na reťazovú reakciu obohatiť. Pri štiepení atómov je hmotnosť vytvorených štepných produktov o niečo nižšia než hmotnosť pôvodných ťažkých atómov a rozdiel v hmotnosti sa okamžite prejaví v podobe energie. Štiepenie atómového jadra je jadrová reakcia spôsobená neutrónom, pri ktorej dôjde k roztrhnutiu jadra na dve časti a k vzniku 2 – 3 nových neutrónov, ktoré štiepia ďalšie jadrá; tým je vyvolaná reťazová reakcia. K udržaniu reťazovej reakcie je potrebné určité množstvo štepného materiálu (tzv. kritické množstvo). Ak dosiahneme množstvo uránu podkritického množstva, neutróny unikajú a reťazová reakcia ustáva.

6. Vodíková bomba(fúzna) • Vodíková bomba je atómová bomba, ktorej hlavný zdroj energie tvoria ťažké izotopy vodíka - deutérium a trícium. Každá vodíková bomba obsahuje menšiu štiepnu nálož na báze uránu, plutónia alebo niektorého ďalšieho transuránu, ktorá funguje ako rozbuška. Atómový výbuch štiepnej nálože vytvorí počiatočnú teplotu niekoľko miliónov stupňov Celsia a dostatočný tlak a následne rozbehne jadrovú fúziu. Výsledkom môže byť výbuch o sile viac než 100 Mt (megaton), pri ktorom bomba ničí domy v okruhu 20 km a zapaľuje horľavé predmety do vzdialenosti 100 km. Horná hranica pre výkon vodíkovej nálože neexistuje, v možnostiach súčasnej technológie je výroba nálože s výkonom 1 gigatona pri hmotnosti menej ako 250 ton. Teoretická hranica pomeru výkon-hmotnosť je asi 6 megaton na tonu hmotnosti, reálne sa dá údajne dosiahnuť pomer 5,2-5,5 Mt/t, ale pri praktickej aplikácii sa dosahuje maximálne 3-4Mt/t. Spodná hranica výkonu je limitovaná výkonom štiepnej nálože.

7. Kobaltová bomba • Je to taktiež vodíková bomba, lenže v obale celej nálože je použitý kobalt, ktorý sa pôsobením neutrónov zmení na izotop 60Co s polčasom rozpadu 5,24 roka a dlhodobo zamorí pôdu. Existujú aj iné riešenia. • Na strednodobé zamorenie terénu (týždne až mesiace) sa dá použiť tantal a zinok, na krátkodobé (dni až týždne) zlato a sodík.

8. Neutrónová bomba • Vodíková bomba malého až veľmi malého výkonu (jednotky kiloton alebo menej), čím je obmedzený jej deštruktívny účinok a naopak zosilnené vyžarovanie rôznych druhov žiarenia, hlavne neutrónov. • Dosah ničivých efektov tlakovej vlny a svetelného žiarenia pri zmenšovaní výkonu klesá rýchlejšie ako dosah radiácie a neutrónov. Tiež rádioaktívne zamorenie je vzhľadom na malý kaliber nálože menšie. • Neutrónová bomba bola prezentovaná ako zbraň, ktorá zabíja ľudí a ponecháva stavby nedotknuté. Skutočným vojenským účelom bola možnosť viesť úder okamžite cez zasiahnuté územie. Neutróny spôsobujú poškodenie buniek a zasiahnutý organizmus bez okamžitého liečenia môže zomierať i niekoľko rokov.

9. Konštrukcia • Princíp spočíva v tom, že fúzny materiál sa uzavrie do hrubostennej nádoby z ťažkého kovu, ktorá má ešte v strede masívny tŕň z rovnakého materiálu. Rovnako masívne sú aj veká nádoby. Na jedno veko nádoby sa umiestni ochranný nárazník z ťažko taviteľného kovu, napríklad wolfrámu a nad nárazník sa umiestni štiepna nálož, najčastejšie guľovej konštrukcie. Priestor medzi štiepnou náložou a nádobou s fúznym materiálom sa vyplní materiálom s malou pohltivosťou pre röntgenové žiarenie a neutróny. Celá zostava je uzatvorená v obale, ktorý má vysokú odrazivosť pre neutróny a röntgenové žiarenie – napríklad z karbidu wolfrámu.

10. Funkcia • Odpálená štiepna nálož (predstavuje prvý stupeň pri trojstupňovej schéme). Všetky deje, prebehnú v čase kratšom ako jedna mikrosekunda. V jadre štiepnej nálože vzniká obrovská teplota a tlak. Skôr, než začne oblasť štiepneho výbuchu expandovať, uniká z nej mohutný tok röntgenového a gama žiarenia, preniká celou konštrukciou nálože. Prudko ju ohrieva a nádoba a okolitý materiál sa ohrevom odparí a zmení na plazmu. Steny a vnútorný tŕň sa premenia na plazmu s veľmi vysokou hustotou a expandujú ( steny + veká smerom von a do vnútra, tŕň smerom k stenám nádoby ) stále sa stláča a ďalej ohrieva obsah - fúzne palivo. V tejto chvíli už začína expandovať aj priestor výbuchu nálože a unikajú z neho rýchle neutróny. Rýchle neutróny štiepia lítium a vzniká trícium. Wolframový nárazník na veku nádoby sa začína pohybovať proti dnu nálože a ďalej stláča jej obsah. Tlak a teplota štiepneho materiálu, teraz už žeravej zmesy (deutéria a trícia), dosiahne teplotu a tlak potrebný na zapálenie fúznej reakcie. Vzniká hélium a uvoľňujú sa neutróny. Rýchle neutróny sú zachytené v jadrách uránu, ktorý pôvodne tvoril konštrukciu nádoby a štiepia sa, čim sa uvoľňuje ďalšia energia - to predstavuje tretí stupeň .

12. Výbuch najväčšej vodíkovej bomby v histórii v BikinAttoll .