VEDA O VODÍKOVÝCH BOMBÁCH Z každého klepnutia - DER SPIEGEL 141950
Nikto sa nemusí báť zničenia všetkého života na Zemi pomocou vodíkových bômb, "uviedol Lewis L. Strauss z Komisie pre atómovú energiu USA, ktorá sa snaží upokojiť americkú verejnosť vyblednutú vodíkom. Hoci vodíkové bomby môžu zničiť veľké oblasti,„ na vojnové účely je potrebných oveľa menej energie než je nevyhnutné na zničenie Zeme. ““
Článok ako PDF
Vedúci jadroví vedci v USA s tým nesúhlasili takmer jednomyseľne. „Z vodíkovej bomby sa ľahko môže stať samovražedná bomba,“ varovali. Vetry mohli po výbuchu prenášať rádioaktívny prach po celej planéte. Rozšíril by sa na kontinenty ako smrtiaca prikrývka a „otrava“ atmosféry časticami žiarenia by znamenala koniec všetkých živých bytostí. Ľudstvo by malo ochrannú lehotu „medzi niekoľkými dňami a niekoľkými mesiacmi“.
Odborník na atómovú energiu Dr. Leo Szillard z Chicagskej univerzity mal pripravený výpočet anihilácie: „500 ton ťažkého vodíka stačí na úplné vyhladenie ľudstva.“ DR. Hans Bethe hodil poslednú kvapku nádeje pre všetkých, ktorí považujú vodíkové bomby za začiatok konca: „Možno to nefunguje vôbec!“
Hans Bethe dlhé roky pracoval ako vedúci oddelenia pre „teoretickú fyziku“ v Los Alamos, najlepšie zavedenom ústave atómovej fyziky v USA. Jeho hlavnou pracovnou oblasťou boli procesy na slnku, ktoré je vo veľkom rozsahu akousi vodíkovou bombou.
Extrémne vysoká teplota pod slnečným povrchom udržuje všetky atómové častice v rýchlom pohybe. Vodíkové jadrá (protóny) „lietajú“ okolo vysokou rýchlosťou, narazia do iných jadier, rozbijú ich alebo „fúzujú“ s nimi. Prebieha zložitý reťazec reakcií.
Konečným produktom je fúzia jadier vodíka za vzniku jadier hélia. V istom zmysle sú atómové jadrá vodíka palivom slnka. Atómové jadrá hélia sú „popolom“. Tento proces je princípom fungovania vodíkovej bomby.
Solárna chémia. Na slnku pri hlbokej teplote 20 miliónov stupňov Celzia nie je v pozemskom zmysle žiadna chémia. Na zemi majú atómy takpovediac elektrické oblečenie, v závislosti od počtu elektrónových plášťov na sebe. Vo vnútri slnka sú atómy svetla nahé a ťažké iba zle oblečené.
Ale: Na slnku trvá transformácia milióny rokov a vedie mnohými medzistupňami. Vo vodíkovej bombe musí k fúzii dôjsť za zlomok sekundy. Potrebné teplo mnohých miliónov stupňov už nie je k dispozícii a až potom sú atómy svetla nahé a pripravené na fúziu.
Jediným rozbuškou, ktorá v súčasnosti dokáže dosiahnuť túto teplotu, je „stará“ bomba urán-235 alebo plutónium. V uránových bombách sa štiepia najťažšie jadrá, vo vodíkovej bombe sa spájajú najľahšie jadrá. V obidvoch prípadoch sa uvoľňuje energia, takzvaná atómová energia.
Keď sa ťažké atómové jadro rozdelí na dve stredne ťažké atómové jadrá, vznikne niečo zvláštne: fragmenty spolu vážia menej ako celé jadro. Stratila sa určitá „omša“. Ale nič na svete sa nemôže „stratiť“. Z „úbytku hmoty“ sa stala voľná energia.
V roku 1905 Albert Einstein pomocou svojho slávneho zákona ekvivalencie vypočítal, koľko z toho vyjde: energia = hmotnosť krát druhá mocnina rýchlosti svetla *). Malá hmota preto zodpovedá obrovskej energii. Atómová bomba bola experimentálnym dôkazom Einsteinovho tvrdenia, brilantným a strašným testom tohto príkladu.
Ak sú atómové jadrá vodíka zlúčené a vytvárajú atómové jadrá hélia, dochádza tiež k strate hmotnosti. Na slnku 4 milióny ton za sekundu. Podľa Einsteina to zodpovedá nepredstaviteľne veľkému množstvu energie. Pol bilióntina tohto dopadne na zem. Je to dosť na celý pozemský život.
Nobelove ceny. Podľa vôle Alfreda Nobela si treba ctiť úspechy, „ktoré poskytli ľudstvu najväčší úžitok v priebehu minulého roka“. Vedecká cesta k atómovej bombe je vydláždená Nobelovými cenami: Nemec Wilhelm Konrad Röntgen objavil lúče pomenované po ňom v roku 1895. Prvá Nobelova cena za fyziku v roku 1901. Francúz Henri Becquerel potom našiel žiarenie z pitchblende s obsahom uránu z Joachimsthalu. Analyzoval ich v lúčoch alfa, beta a gama. 1903 Nobelova cena za fyziku spolu s Curiesom.
Francúzsky pár Curie objavil rádioaktívne prvky vrátane rádia. Po smrti svojho manžela získala Marie Curie, rodená Polin, iba Nobelovu cenu za chémiu z roku 1911. Novozélanďan Sir Ernest Rutherford, ktorý zomrel v roku 1937, objavil príčinu rádioaktivity. Nobelova cena za chémiu 1908. Nemecký Max Planck, ktorý zomrel v roku 1947, objavil podstatu žiarivej energie. 1918 Nobelova cena za fyziku.
Rodený Nemec Albert Einstein, najväčší teoretik fyziky našej doby, vyvinul Planckovu kvantovú teóriu. Nobelova cena za fyziku 1921. Dán Niels Bohr na základe zistení Rutherforda a Plancka vysvetlil atóm na modeli. Nobelova cena za fyziku 1922. Angličan Charles Wilson zviditeľnil let atómových jadier vo svojej oblačnej komore ako contrails. Nobelova cena za fyziku 1927. Angličan Sir James Chadwick objavil Wilsonovu komoru, najnebezpečnejší projektil pre atómové štiepenie, neutrón. 1935 Nobelova cena za fyziku.
DR. Frédéric Joliot-Curie, zať Radium-Curies, prvý francúzsky atómový výskumník a komunista, objavil umelú rádioaktivitu. Nobelova cena za chémiu 1935. Talian Enrico Fermi spôsobil reakcie atómových jadier ich bombardovaním Chadwickovým neutrónom. Nobelova cena za fyziku 1938. Nemec Otto Hahn objavil (spolu s F. Straßmannom a Lise Meitnerovou) atómové štiepenie. Nobelova cena za chémiu 1945.
Planetárny systém. Stredne veľký atóm má priemer jednu päťmiliontinu milimetra. Na okraj „extra tenkej“ žiletky (0,08 mm) ste mohli vedľa seba zabaliť 400 000 atómov železa. Keby ste mali položiť sto miliónov atómov vedľa seba, vyústilo by to len do vzdialenosti jedného centimetra. V jednom grame plynného vodíka je zhruba šesťsto tisíc biliónov atómov.
Štruktúra atómu je ako malá planetárna sústava. V strede stojí atómové jadro ako „slnko“, ktoré obsahuje základné stavebné prvky hmoty v rôznych variáciách: kladne elektricky nabité častice, protóny a „eunuchové častice“ bez elektrického náboja, neutróny. Tieto malé stavebné bloky drží pohromade atómová energia.
Ako „planéty“ obiehajú okolo jadra na rôznych dráhach drobné častice negatívnej elektriny, elektróny. Počet krúžiacich elektrónov vždy zodpovedá počtu protónov v jadre. Preto je atóm ako jednotka elektricky neutrálny.
Rovnako ako planetárny systém, aj atóm sa skladá prevažne z „prázdneho priestoru“. Priemer elektrónovej planétovej dráhy je desaťtisíckrát väčší ako priemer jadra „slnka“. To zodpovedá pomeru veľkostí „hrach v katedrále“.
Počet protónov určuje povahu látky. Súčet protónov a neutrónov v atómovom jadre dáva atómovú hmotnosť. Urán má najkomplikovanejšie a najťažšie atómové jadro v prírode: 92 protónov plus 143-146 neutrónov. Takto funguje „stará“ atómová bomba. Vodík má najjednoduchšie a najľahšie atómové jadro: jediný protón. Takto funguje nová atómová bomba (pozri nákres).
Sir Ernest Rutherford urobil prvý „výstrel do zástrčky“ pozorovaný v roku 1919. Jeho projektil, atómové jadro hélia, zasiahol atómové jadro dusíka. Bolo vyradené jadro vodíka. Stavebné bloky eunucha, neutróny, sú nebezpečnejšie ako héliové projektily.
Atómové jadrá sú pevnosti. Nemôžete to vyhodiť do vzduchu tlakom alebo kyselinami. To je možné len u projektilov, ktoré lietajú 10 000-krát rýchlejšie ako granáty: atómové stavebné bloky, ktoré sú neustále vyvrhované rádioaktívnymi látkami, ako je rádium.
Neutrónová strela do jadra uránu-235 ju rozdelí na dve časti. Vysunú sa dva alebo tri neutróny. Tieto zase pôsobia ako výbušné projektily, ak sú spomalené iba trochu (napr. Grafitom). Ak je k dispozícii dostatočné množstvo uránu 235, je tento proces „nákazlivý“. Je to, akoby granát zasiahol muničný sklad: „Nastáva„ reťazová reakcia “, ktorá za zlomok sekundy prerastie do energetickej lavíny atómového výbuchu.
Urán je na 25. mieste na zozname dostatku prvkov. Je to železo šedá, kovová, veľmi tvrdá a veľmi ťažká látka. Najväčšie náleziská sú bane Haut Katanga v Belgickom Kongu. Produkcia v roku 1945 bola viac ako 10 000 ton. 750 gramov rádia (produkt rozpadu uránu), ktoré sa doteraz vyrobili, pochádza takmer výlučne z oblasti Konga.
Výbuchu prírodného uránu sa netreba báť, aj keď sú k dispozícii stovky váh. Urán je „zmiešaný“ prvok troch izotopov, atómových „sestier“ s chemicky identickými vlastnosťami, ale rozdielnymi atómovými hmotnosťami. Prírodný urán pozostáva z viac ako 99% uránu 238, iba 0,7% uránu 235 a sú v ňom prítomné iba nepatrné stopy uránu 234. Iba urán 235 je „výbušný“
Kritické množstvo. Na sekvestráciu U 235 je potrebný časovo náročný a nákladný proces. Spravidla sa to stane takto: Urán sa premení na plynnú zlúčeninu. Tento plyn prechádza cez pórovité membrány. Ľahšie molekuly sa rýchlejšie pohybujú cez póry. Po 5 000 prechodoch máte takmer čistý plyn U 235. Z toho sa získajú „výbušniny v Hirošime“.
Neškodný urán 238 sa však pomocou dobre dávkovaného neutrónového krupobitia (ktoré spomaľuje aj grafit) premieňa na umelý prvok, plutónium, „výbušninu z„ Nagasaki dodnes “,.
Plutónium je minimálne také nebezpečné ako urán 235. Ak k vyhodeniu infekčného neutrónu vo vnútri dôjde rýchlejšie ako k strate neutrónov na jeho povrchu, „exploduje“. To sa deje automaticky, keď sa dosiahne „kritická veľkosť“. Musí byť umiestnená v bombe, inak nemôže vystreliť.
Tento proces je zjednodušený pomocou modelu atómovej bomby: plutónium je umiestnené v dvoch samostatných hemisférach. Samotná hemisféra je menšia ako kritické množstvo a súčet týchto dvoch hemisfér je väčší. K technickému vznieteniu dochádza kontaktom, lavína prerastá do výbuchu. Na ich spustenie stačí jediný neutrón. Pretože kontakt by mal byť čo najrýchlejší a najintimnejší, jedna polovica plutónia sa vystrelí do druhej. Náplň prášku je tu iba na to (pozri nákres).
Kritické množstvo udáva profesor Hahn v množstve 10 až maximálne 30 kilogramov, „čo je približne veľkosť kužeľovej gule, kokosu alebo ešte menšie“. Podľa posledných informácií je to 13,5 kg, plutóniová guľa veľkosti detskej lopty. Pre urán 235 bol vypočítaný priemer gule 11 cm.
Najneskôr o rok americkí technici pre atómové bomby chcú mať dokončenú prvú vodíkovú testovaciu bombu (cena: 100 miliónov dolárov). Americká komisia pre atómovú energiu už zastavila všetky práce na projekte rozvoja jadrovej energie na mierové priemyselné účely s cieľom urýchliť výrobu vodíkovej bomby.
Hlavnou výbušninou v H-bombe je trícium (superťažký vodík). Jadro trícia sa skladá z protónu a dvoch neutrónov. Ak dôjde k „výstrelu“ s protónom, tieto dva sa spoja a vytvoria jadro hélia, náhle sa uvoľní veľké množstvo energie (pozri náčrt, reakcia A).
S jedným kilogramom vodíka zodpovedá energetický výkon 160 miliónom kilowatthodín. Zásobníkom munície pre protónové a neutrónové strely je deutérium (ťažký vodík, jadro tvorí protón a neutrón).
Výbušnina v H-bombe je však pravdepodobne zmesou, ktorá okrem deutéria a trícia obsahuje aj kovový prvok lítium. Lítium 6 (izotop lítia s 3 protónmi a 3 neutrónmi) sa spája s jadrom trícia, pričom emituje energiu a vytvára dve jadrá hélia. Počas tohto procesu sa uvoľňuje neutrón (reakcia B).
Lítium 7 sa skladá z troch protónov a štyroch neutrónov. Jadro lítia-7 tiež musí kolidovať s iba jedným protónom, aby sa s ním spojilo a vytvorili dve jadrá hélia (reakcia C).
Tieto zložky sú zabalené v H-bombe okolo rozbušky plutónia. Akonáhle detonácia detonátora dosiahne teplotu 20 miliónov stupňov, celé sa to zmení na peklo kľukatých jadier, ktoré sa preháňajú po okolí. Dochádza k stretom. Mnohé z týchto zrážok spúšťajú proces fúzie vodík-hélium. Energia uvoľnená za zlomok sekundy nespočetnými procesmi zlúčenia je „silou bomby“.
Pre vodíkovú bombu neexistujú žiadne obmedzenia, ako napríklad „kritická veľkosť“ plutóniovej bomby. Okrem toho proces fúzie vodík-hélium dodáva sedemkrát viac energie ako štiepenie plutónia s rovnakým množstvom „výbušniny“. Vodíková bomba, ktorá je 140-krát ťažšia ako plutóniová bomba, t. J. 140-krát 13,5 kg = 1890 kg vodíka, by mala 1000-krát väčší účinok ako plutóniová bomba Nagasaki.
Existuje jeden bod, ktorý výrobcov vodíkových bômb netýka. Aj keď je na svete iba niekoľko ťažobných ložísk uránu, o „výbušninu“ vodíkovej bomby nie je núdza. Tečie z každého kohútika.