Rakétasiló
A rakétasiló ballisztikus
rakéták védett
tárolására és indítására szolgáló, nyitható tetejű,
függőleges henger alakú föld alatti építmény, melyben a rakéta
függőlegesen áll. A korszerű silókban a rakéták tüzelőanyaggal
feltöltve állnak, és a silóból, annak kinyitása után azonnal
indíthatóak. Általában több silót telepítenek egymás
közelébe, a föld alatti bunkerekben elhelyezett közös
kiszolgálóhelységekkel, irányítóközponttal.
Napjainkra
a ballisztikus rakéták pontosabbá válásával a silók
sebezhetőekké váltak, helyüket átvették a mobil
indítóberendezések, melyek szabadon mozoghatnak az ország egész
területén, könnyen álcázhatóak, így felderítésük nagyon
nehéz.
Az
első interkontinentális
ballisztikus rakéták felépítése,
és indítási előkészületei is hasonlóak voltak a később
belőlük kifejlesztett űrkutatási hordozórakétákéhoz, azR–7
Szemjorka indítási
előkészületei például 24 óráig tartottak, ezalatt a sebezhető,
nagy méretű, nehezen álcázható rakéta ki volt téve az
ellenséges légitámadásoknak. Logikus volt olyan föld alatti
bunkerek építése, melyekből a lehető legegyszerűbben lehet a
rakétát indítási helyzetbe állítani, és amely ellenáll akár
az atomcsapásnak is. Az első, silókba telepített ballisztikus
rakéták esetében ez viszonylag bonyolultan valósult meg, mert a
föld alatt még nem volt megoldva a rakéta indításra történő
felkészítése, emiatt a rakétákat először kitolták a silóból,
feltöltötték tüzelőanyaggal, és csak aztán indították. A
korszerűbb rakéták esetén megoldották, hogy a tüzelőanyagot a
rakétákban huzamos ideig tárolják, így nincs szükség a
feltöltésre, a rakéta a föld alól azonnal indítható.
LGM–25C
Titan II interkontinentális
ballisztikus rakétasilóban,
fölülről nézve. A rakéta fejrésze körül egy szerelőszint
lehajtható elemei vannak.
Ballisztikus rakéta
A ballisztikus
rakéta olyan rakétafegyver,
mely röppályájának nagy részén ballisztikus
pályán repül.
Hajtóműve jellemzően csak a röppálya első, rövid szakaszán
működik, és csak ekkor végezhet manővereket, a későbbi
szakaszon (a sűrű légkörön kívül) meghajtás és irányítás
nélkül emelkedik, majd parabolapályán zuhan vissza. Egyes
korszerű rakéták a visszatérés során is végezhetnek
manővereket: egyes változatok több robbanófejükkel több
célpontot képesek megsemmisíteni (MIRV),
mások a visszatérés során pontosítanak röppályájukon, egyes
rakéták pedig képesek kitérő manővereket tenni az ellenük
indított rakéták megtévesztésére.
A ballisztikus rakéták kategóriái [szerkesztés]
- Harcászati ballisztikus rakéta:
- 50–110 km hatótávolságú, egyes esetekben nem irányított rakéta, jellemzően szilárd hajtóanyagú. Hagyományos és atomtöltetet is hordozhat.
- Kis hatótávolságú ballisztikus rakéta (SRBM – Short Range Ballistic Missile) vagy hadműveleti–harcászati ballisztikus rakéta:
- 1000 kilométer alatti hatótávolságú rakétafegyver.
- Közepes hatótávolságú ballisztikus rakéta (MRBM – Medium Range Ballistic Missile)
- 1000–5500 km hatótávolságú rakétafegyver.
- Interkontinentális ballisztikus rakéta (ICBM – Intercontinental Ballistic Missile)
- 5500–12 000 km hatótávolságú rakétafegyver.
- Tengeralattjáróról indított ballisztikus rakéta (SLBM – Submarine Launched Ballistic Missile)
LGM–25C
Titan II interkontinentális
ballisztikus rakéta indítása rakétasilóból.
A típust később űrhajózásihordozórakétaként is
alkalmazták.
LGM–118A
Peacekeeperinterkontinentális
ballisztikus rakéta MIRVrobbanótölteteinek célba
érése aKwajalein-atollon lévő
rakétakísérleti telep közelében. A hosszú expozíciós idejű
felvételen a töltetek nyoma látszik.
R–7 Szemjorka
Az R–7
Szemjorka (Oroszul Р-7
„Семёрка”,
azaz „Hetes”)
a legelső szovjetinterkontinentális
ballisztikus rakéta volt,
melyet Szergej
Koroljov tervezett.
Bár körülményes kiszolgálása miatt nagyon rövid ideig állt
rendszerben (felkészítése az indításra mintegy 20 órát vett
igénybe), továbbfejlesztésével hozták létre a szovjet
űrrakéta-típusok többségét, többek között a világ
első műholdját,
a Szputnyik–1-et
pályára állítóSzputnyik,
az első űrhajót,
a Vosztok–1-et
pályára állító Vosztok,
valamint a Voszhod,
aMolnyija és
a Szojuz
hordozórakétákat,
utóbbi továbbfejlesztett változatai napjainkban is üzemelnek,
megbízhatóságuk legendás.
A
rakéta alapvető felépítése különbözik a többfokozatú
rakéták többségétől: a két rakétafokozat nem egymás mögött
van, hanem a rakéta második fokozatát fogja közre az első
fokozatként szolgáló négy gyorsítórakéta.
Így a rakéta rövidebb és stabilabb lett, valamint egyszerűbb
volt a szerelése. Mivel a két fokozat hajtóművei gyakorlatilag
megegyeznek, kifejlesztésük lényegesen kisebb technikai
kockázattal járt.
R–7
Szemjorka
|
|
 |
|
R-7
Szemjorka
|
|
SS-6
Sapwood
|
|
8K71
|
|
Funkció
|
|
Tervező
|
|
Rendszeresítők
|
|
Szolgálatba
állítás
|
|
Robbanótöltet
|
Termonukleáris,
3-5 Mt
|
Háromnézeti
rajz
|
 |
Az R–7 típuscsalád
néhány tagja
|
Rakéta
A rakéta olyan
jármű vagy repülőeszköz, amely a sugárhajtás elvén, az égési
gázok kilövellésével a mozgatásához szükséges tolóerőt a
környezettől függetlenül állítja elő. Arakétahajtóműveket is
gyakran rakétaként emlegetjük.
Az
összes rakétatípusban az égési gáz a hajtóanyagból termelődik,
amelyet a rakéta magával visz. A rakéta meghajtása az égési
gázok gyorsulásával jön létre (lásd Newton
harmadik törvényét).
A rakéták általában folyékony- vagy szilárd-hajtóanyagúak.
A
rakéták egyik fontos típusa a hordozórakéta,
amelyet az űrkutatásban használnakűreszközök elindítására.
A hadtudományban indítási
és a becsapódási hely szerint osztályozzuk őket, ez lehet
levegő, föld, vízfelszín (például levegő-föld rakéta). A
rakétahajtású fegyverek első tömeges alkalmazására a második
világháborúban került
sor. Ezek többnyire nem irányított, tüzérségi, vagy
repülőgép-fedélzeti fegyverek voltak. Az első, irányított
levegő-levegő rakéta a II. világháború idején kifejlesztett
német Ruhrstal
X–4 volt.
Történet [szerkesztés]
Az
első rakéták az ókori Kínában jelentek
meg Kr.
e. 300-ban,
de lehetséges, hogy csak 1000 évvel később.
Ekkor tűzijátékokra használták
őket. A 12.
században jelentek
meg a rakéták, mint fegyverek.
A 20.
században Robert
Goddard építette
meg az első folyékony-hajtóanyagú rakétát. Már 1903-ban
megjelent Konsztantyin
Ciolkovszkijrakétákról
szóló munkája (Исследование
мировых пространств реактивными
приборами,
durván fordítva: A
világűr kutatása rakétameghajtású eszközökkel).
A rakétafejlesztéshez hozzájárult az erdélyi születésű Hermann
Oberth is. 1923-ban
egy könyve jelent megRakéta
a planetáris térben (Die
Rakete zu den Planetenräumen)
címmel.
A XX.
században először Németországban végeztek
komoly rakétakísérleteket, a második
világháború idején,
amelyekből megszületett a V–2.
Ez a rakéta volt a mostani ballisztikus
rakéták és
az űrhajózási hordozórakéták őse.
A rakéták működése [szerkesztés]
Jelenleg
a rakéta az egyetlen olyan eszköz, amivel tudományos
laboratóriumokat, szállítóeszközöket tudunk az űrbe juttatni.
A rakéta reaktív elven működik. Ezt az elvet Isaac
Newton fogalmazta
meg a mozgó testek kinetikájára vonatkozó III. axiómájában,
eszerint két test egymásra hatásakor az erők mindig páronként
lépnek fel, a hatóerővel ellentétesen egy azonos nagyságú ún.
reakcióerő lép fel. A jelenséget már Newton előtt is
tapasztalták, például fegyvereknél érezhető
a „visszarúgás”. Az elv a következő: ha egy zárt tartályban
nagy nyomású gáz van, amit egy nyíláson keresztül hagyunk
kiáramlani, akkor a kiáramlás irányával ellentétes irányú
ellenerő fogja mozgatni a tartályt. Természetesen ez az erő
csekély, legalábbis ahhoz, hogy űrhajókat vagy műholdakat állítsunk
vele pályára. A mozgató erőt az impulzusmegváltozása
adja, (természetesen a kiáramló gáz mozgásmennyiségére
gondolunk) F = dI / dt (a
képletet szintén Newton adta meg). Ezt az egyenletet integrálva a
változó tömegű rakéta végsebességére (a rakéta tömege a
gázkiáramlás miatt csökken) a
,
Ahol
- c: a gáz kiáramlási sebessége,
- m0/m(t) a rakéta tömegaránya (kezdeti tömeg / végső tömeg),
- V(t) pedig a végsebessége.
Ebben
az esetben eltekintettünk a gravitációs hatástól, melyet
beszámítva az egyenlet a
alakra
hozható, ahol m a kiáramló gáz tömege. Tehát a rakéta
sebessége függ a kiáramló gáz sebességétől. A cél tehát
nagyobb kiáramlási sebesség elérése; láthattuk, hogy a hideg,
nagy nyomású gáz energiája kevés. Az anyagok elégetése során
gyorsan keletkező gázok hőmérséklete, illetve zárt térben, a
nyomása elég nagy lehet, tehát belsőenergiájuk is nagy, ezt kell
mozgási energiává alakítani.
Ezt
a feladatot (ti. a munkaközeg gyorsítását) az
ún. rakétahajtóművek végzik.
A rakétahajtómű egy különleges sugárhajtómű,
mely környezetétől függetlenül működik, hiszen a működéshez
szükséges hajtóanyag-ot és
az égéshez szükséges oxidáló
anyagot is
maga a rakéta szállítja. Ezért működhet a rakéta hatékonyan
a vákuumban vagy
akár víz alatt is. Aszerint, hogy a munkaközegként szolgáló
gázt milyen módon gyorsítják fel
megkülönböztetünk kémiai-, nukleáris- és elektromos hajtóműveket.
Jelenleg kémiai rakétahajtóműveket használnak, az elektromos
rakéták nem elterjedtek, az atom rakéták még csak kísérleti
stádiumban vannak. A kémiai hajtóművek hagyományos tüzelőanyagok
elégetéséből nyerik a magas hőmérsékletű gázokat, melyeket a
fúvókán kivezetve gyorsítanak. A kémiai hajtóműveket a
felhasznált tüzelőanyag halmazállapota szerint szilárd,
folyékony vagy hibrid hajtóanyagúaknak nevezzük.
A
mai hajtóanyagokkal illetve hajtóművekkel Kb. 3000 – 5000 m/sec
kiáramlási sebességet lehet elérni, és ez az első
kozmikus sebességhez kevés.
A másik fontos tényező, a tömegarány ugyanis a gyakorlatban nem
nagyobb 10-nél, melynek természetes alapú logaritmusa 2,3. Ebből
következik, hogy egyetlenegy rakétafokozattal nem
tudunk jelenleg pályára állítani hasznos terhet (bár az USA-ban
folytak kísérletek egyfokozatú rakétajárművel az ún. DC-X- el,
több-kevesebb sikerrel). A legjobb megoldás erre a lépcsőzés
elve, azaz több rakétafokozat kombinálása. Ha az első
rakétafokozat kiég, akkor leválik a komplexumról és a második
fokozat a gyújtás után tovább gyorsítja az amúgy is könnyebbé
vált rakétát. Néhány rakéta első fokozatára külön gyorsító
rakétákat helyeztek el. Általában 3- 4 fokozatot alkalmaznak, de
születtek valóságos rakétaóriások is, mint például az
amerikai Saturn
V.
Rakéták aerodinamikája [szerkesztés]
Repülés
közben a rakétára a környező levegővel való kölcsönhatásból
eredő különféle erők hatnak.
Természetesen ezen aerodinamikai erők
befolyással vannak a rakéta röppályájára, sebességére, az
elért magasságra stb. Ebben a fejezetben a rakétatechnikában két
legfontosabbnak tartott jelenségről lesz szó. Egyik a
rakéta stabilitása,
a másik pedig a rakétát fékező légellenállás.
A
stabilitás a rakéta (vagy bármely más repülő test) röppályán
való viselkedését jellemzi. Alapvetően egy rakéta lehet
aerodinamikailagstabilis, instabilis vagy semleges.
Egy stabil rakéta követni fogja a kilövőállvány által megadott
irányt és automatikusan korrigálja a nemkívánatos kitérést az
eredeti röppályához képest. Egy instabil rakéta röppályája
megjósolhatatlan, jellemző hogy repülés során többször is
irányt változtat, teljesen önkényesen. Mozgása kaotikus, néha
pörög, néha bukdácsol, előfordulhat hogy megfordul és
visszaesik a fejünkre. Egy semleges rakéta a kilövőállványt
elhagyva egy darabig még repülhet egyenesen, ám a legkisebb
széllökés is könnyen kitérítheti pályájáról. A három
esetet a következő rajz szemlélteti:
Magától
értődik hogy a stabil viselkedés kívánatos ahhoz, hogy egy
rakéta jól repüljön. A stabilitást a
rakéta tömegközéppontjának ésnyomásközéppontjának egymáshoz
viszonyított helyzetéből lehet meghatározni. A tömegközéppont
(jele CG az angol "Center of Gravity"-ból) szószerint
értendő, míg a nyomásközéppont (CP az angol "Center of
Pressure"-ból) azt a pontot jelöli ahol a rakétára ható
aerodinamikai erők eredője hat. Egy rakéta statikusan stabil, ha a
CG a CP előtt helyezkedik el, függetlenül a rakéta alakjától.
Modern
hordozórakéta indítása
Ballisztikus pálya
A ballisztikus
pálya (hajítási
pálya) az a pálya, amelyet az elhajított (fegyverből kilőtt)
tárgy ír le (elhajított kő, kézigránát,
gravitációs bomba,
lövedék, ballisztikus rakéta), amikor csak a gravitáció és
a levegő súrlódása hat rá. A szó eredete a görög βάλλειν
('ba'llein'), "hajítás" szóra vezethető vissza.
Nagy
hatótávolságú fegyverek estén, amikor a Föld görbületi
sugarát is figyelembe kell venni (hajóágyú, ballisztikus
rakéta),
a pálya ellipszis.
A ballisztikus pálya speciális esete a Föld
körüli pálya.
.png&filetimestamp=20080221205552)
Egy
ballisztikus rakéta pályája
Ballisztikus
pályák különböző függőleges indítási szöggel
A használt jelölések [szerkesztés]
A
cikkben szereplő képletekben a következő jelöléseket
használjuk:
- g: Gravitációs gyorsulás, a földfelszín közelében értéke jó közelítésessel: 9,81 m/s2
- θ: Az elhajított (kilőtt) tárgy hajítási irányának vízszintessel bezárt szöge
- v: A hajított (kilőtt) tárgy kezdősebessége
- y0: pálya kezdőpontjának magassága a földfelszínhez képest
- d: A hajított (kilőtt) tárgy által vízszintesen megtett út
- t: A repülési idő
A ballisztikus pályával kapcsolatos számítások [szerkesztés]
A megtett távolság [szerkesztés]
A
megtett távolság (d).
Amennyiben
a hajítás vízszintes felületen a felszínről (0 magasság)
történik a megtett távolság:
A
maximális távolság akkor érhető el, ha a hajítási szög (θ)
45°. Ez a távolság:
A repülési idő [szerkesztés]
A
repülési idő (t) az
az idő, amely a tárgy elhajítása, és a becsapódása között
telik el.
A
feni egyenlet leegyszerűsíthető, ha θ 45°
és y0 0.:
Hajítási szög [szerkesztés]
A
"hajítási szög" az a szög (θ), amellyel a tárgyat el
kell hajítani adott d távolság
eléréséhez, adott v indítási
sebességnél.
A közegellenállás hatása [szerkesztés]
Amennyiben
a hajítás nem vákuumban történik,
az elhajított tárgyra a gravitáción kívül
a közegellenállás (földfelszíni
vagy légi indítás esetén:légellenállás)
is hat, ami a tárgy pályáját torzítja a fentebb kiszámítotthoz
képest.
MIRV
A MIRV a multiple
independently targetable reentry vehicle,
azaz az önállóan célra irányítható robbanófej rövidítése.
Egy MIRV-esített interkontinentális (ICBM) vagytengeralattjáróról
indított ballisztikus rakéta (SLBM) egy
helyett több robbanófejet hordoz, amelyeket több különböző
célpontra lehet irányítani.
A MIRV kifejlesztésének
katonai célja négy komponensből áll:
- Egy adott rakéta hasznos terhe nagyobb robbanásra képes. Egy nukleáris robbanófej detonációjából származó sugárzás, – többek között a részecskesugárzás és ahősugárzás is – a távolság négyzetével, a lökéshullám ereje pedig a távolság köbével csökken. Például a robbanási nullponttól 4 km-re található ponton a légnyomás az 1 km-es távolság 1/64-ede. Emiatt tehát több kisebb robbantás nagyobb mértékű rombolást képes elérni, mint egy nagyobb. A MIRV-ek használatával egy adott rombolási szint eléréséhez kevesebb rakéta és rakétaindító rendszer szükséges.
- Az egy robbanófejes rakéták esetében minden egyes cél ellen külön rakétát kell indítani. Egy MIRV-elt rakéta esetén a robbanófejek számos cél elérésére is képesek.
- A MIRV csökkenti a SALT stratégiai fegyverzetcsökkentési egyezmények hatását. Az egyezmény eredetileg ugyanis a rakéták számát korlátozta, nem pedig a robbanófejekét. A korábban megállapított rombolási célt a több robbanófejes rakéták esetében úgy is meg lehetett tartani, hogy a szerződésnek megfelelően csökkentették a rakéták számát - a rakétánkénti robbanófejek száma ugyanis ellensúlyozta a rakétacsökkentést.
- A MIRV csökkenti az ellenrakéta-rendszerek hatékonyságát. Miközben egy MIRV-elt rakéta akár egy tucatnyi robbanófejet is hordozhat, az ellenrakétában csak egyetlenegy robbanófej található. Katonai és gazdasági szempontból is tehát a MIRV meggyengíti a ballisztikus rakéták elleni rendszereket, mivel egy MIRV elleni hatékony védekezéshez minden egyes támadó rakétához számos ellenrakétát kell rendelni. A robbanófejek mellett továbbá egy MIRV-elt rakéta csalifejeket is hordozhat, ezáltal tovább csökkenti annak az esélyét, hogy egy ellenrakéta egy robbanófejet fogjon el. Az ellenrakéta-rendszerek hatékonyságának csökkenése csak a MIRV robbanófejek szétválasztását megelőző fázisra igaz - ugyanakkor sokkal nehezebb és drágább egy rakétát az emelkedő fázisban elfogó rendszert építeni és üzemeltetni (lásd YAL–1).
A
MIRV-elt földi telepítésű interkontinentális ballisztikus
rakétákat destabilizálónak tartották, mivel ezek egy első
csapás végrehajtására ösztönöztek. A MIRV-ek bevezetésével
az amerikai nukleáris arzenál megtöbbszöröződött, és
felmerült annak a lehetősége, hogy olyan megsemmisítő első
csapást képes mérni a Szovjetunió nukleáris fegyvereire, amely
elejét venné mindenféle jelentős ellencsapásnak. Később
azonban az amerikaiak féltek a szovjet MIRV-ek hatásaitól, ugyanis
a szovjet rakéták sokkal erősebbek voltak, ezért egy rakétára
több robbanófejet tehettek, mint az amerikaiak. Például ha az
amerikai rakéták MIRV-esítése a rakétánkénti robbanófejek
számát meghatszorozta, akkor a szovjet rakétatechnikának
köszönhetően a szovjet robbanófejek száma megtízszereződött.
Az amerikai nukleáris arzenálban ezen túl lényegesen kevesebb
súlyt képviselt a földi telepítési ICBM-ek száma, mint a
szovjeteknél. Bombázókra nem lehetett MIRV-elt nukleáris
fegyvereket telepíteni, ezért azok kapacitása nem többszöröződött
meg. Az amerikaiak azonban több tengeralattjáróról indítható
rakétával rendelkeztek, mint a szovjetek, és ezeket a rakétákat
a szovjet ICBM-ek ellensúlyozására viszont már lehetett
MIRV-esíteni. A MIRV tehát mindkét fél számára egyaránt járt
előnyökkel és hátrányokkal, és a technológia destabilizációs
volta miatt került bele a START
II szerződésbe.
Az ABM-szerződés körüli
viták miatt ez utóbbit végül is az orosz Állami
Duma nem
ratifikálta.
Működése [szerkesztés]
A
robbanófejeket hordozó MIRV-buszt egy rakéta
juttatja szuborbitális röppályára.
Az utolsólépcső kiégése
után a buszt saját, kis teljesítményű rakétái juttatják
a tehetetlenségi
navigációs rendszer által
megadott új röppályákra.
A busz egy nukleáris
fegyvert tartalmazó
robbanófejet indít ballisztikus pályán, majd a következő
indításokhoz új röppályákra áll.
- 60 másodperccel a indítás után leválik az első lépcső, beindul a második (B) és leválik az orrkúp (E).
- 120 másodperccel a indítás után beindul a harmadik lépcső (C) és leválik a második lépcsőről.
- 180 másodperccel a indítás után leáll a harmadik lépcső, és a MIRV-busz (D) leválik a rakétáról.
- A MIRV-busz különböző pályákra állva felkészül az robbanófejek leválasztására.
- A MIRV-busz a robbanófejek mellett csalifejeket és radarzavarókat is kibocsát (az ábrával ellentétben ez már az emelkedő fázisban is megtörténhet).
- A robbanófejek és a csalik visszatérnek a légkörbe és zuhanás közben élesítésre kerülnek.
- A robbanófejek az előre meghatározott magasságban vagy a felszínen felrobbannak.
A
MIRV-rendszerek pontos műszaki leírásai katonai titoknak
minősülnek, hogy ezzel is hátráltassák az elhárítórendszerek
kifejlesztését. A MIRV-busz hajtóanyaga pár száz kilométeres
távolságon belüli célokra képes a robbanófejeket
eljuttatni.[1] A
pontosabb célzás érdekében néhány
robbanófejet hiperszonikus szárnyprofillal láttak
el.
A
célzás pontosságú kiemelkedően fontos, mivel a pontosság
megkétszerezésével negyed akkora sugárzásra és nyolcad akkora
lökéshullámra van szükség azonos kár okozásához. A
robbanófejek pontosságát a navigációs rendszer pontossága és
geofizikai információk korlátozzát. Egyes írók szerint a
kormányzati támogatással készülő geofizikai térképek egyik
titkos célja a robbanófejek röppályáját és pontosságot
befolyásoló gravitációs anomáliák feltérképezése.
Egy
Trident vagy egy Peacekeeper rakéta robbanótöltete 50 százalék
eséllyel egy 90-100 méteres körön belül ér földet.
Egy
Peacekeeper rakéta MIRV-jeinek tesztelése. Mind a nyolc
robbanófejet egyetlenegy, akár tíz robbanófej hordozására képes
rakétáról indították. Minden egyes robbanófej
a hirosimaiatombomba
huszonötszörösével ér fel.
A
robbanófejek piros szinnel jelölve egy Peacekeeper rakéta rajzán
Az amerikai és
a brit
haditengerészet által
tengeralattjárókra rendszeresített Trident
rakétaegyenként
12 MIRV hordozására képes
Nukleáris fegyver
A nukleáris
fegyver olyan
fegyver, amelynek az energiája atommag-átalakulásból származik.
Két típusa kétféle magátalakulást használ fel:
az atombomba esetén maghasadás következtében,
ahidrogénbomba esetén magfúzió következtében
az atommag
kötési energiája szabadul
fel. Rendkívül nagy pusztító ereje van: egyetlen ilyen fegyver
képes elpusztítani egy várost. Mivel a hasadáson és a fúzión
alapuló bombák közös jellemzője, hogy az atommag
(latinul és angolul nucleus =
mag) átalakítása révén szabadítanak fel energiát, a
legpontosabb közös elnevezés e robbanóanyagok különféle
formáira a „nukleáris fegyver”.
A
kísérleti robbantásoktól eltekintve kétszer használtak
nukleáris fegyvert: a II.
világháborúban azEgyesült
Államok dobta
le két japán városra, Hirosimára és Nagaszakira.
A
következő államokról tudható, hogy van atombombájuk: Amerikai
Egyesült Államok, Oroszország,Egyesült
Királyság, Franciaország, Kína, India és Pakisztán.
Bizonyosra vehető, hogy Izraelnek is
van nukleáris fegyvere, de erről nem hajlandó
nyilatkozni. Brazília atomprogramja
hasonló. A közelmúltban pedig Észak-Korea hajtott
végre föld alatti atomrobbantást, amelynek ereje azonban jóval
kisebb volt a vártnál, feltehetőleg a bomba „befulladt”. Az,
hogy van-e működőképes atomfegyvere Észak-Koreának,
kérdéses. Irán üzembe
helyezett egy urándúsító-üzemet,
és az Egyesült Államok szerint ezt katonai célokra akarja
alkalmazni. Az ottani kormány szerint az atomprogram békés célú.
A Dél-afrikai
Köztársaság az 1980-as
évek elején
titokban kifejlesztett nukleáris fegyvereket, viszont 1991-ben
szétszerelte
őket. Ukrajna, Fehéroroszország és Kazahsztán a Szovjetunió felbomlása
után rendelkezett nukleáris fegyverrel, de visszaszolgáltatta
őket Oroszországnak.
Előzmények [szerkesztés]
Egy
kép a Fermi-Szilárd-féle „neutron reaktor” szabadalmából
Szilárd
Leó 1934-ben
és 1936-ban
két szabadalmat jelentett be a British Admiralitynek. Egy
nyilvánosat, melyben homályosan utal az energiatárolásra és egy
titkosat, amely a bomba elvét írta le, de nem tudta, melyik elemmel
tud a láncreakcióban részt venni. A berlini Kaiser
Wilhelm Institutlaboratóriumában 1938-ban Otto
Hahnnak és
asszisztensének, Fritz
Strassmann-nak
sikerült az uránatom hasítása. Niels
Bohr dán fizikusnak
aki az atomszerkezet és
a kvantummechanikatudományterületén
dolgozott, és 1922-ben
elnyerte a fizikai
Nobel-díjat,
szintén sikerült az uránatom hasítása. Enrico
Fermi 1938-ban
elnyerte a fizikai
Nobel-díjat,
majd a díj átvétele után családjával New
Yorkba emigrált. Teller
Ede 1935-ben George
Gamow hívására
az Amerikai
Egyesült Államokbaemigrált.
Az 1941. december
7-i Pearl
Harbor-i csata után
felgyorsultak az események ésChicagóban Teller
Fermi mellett dolgozott az első atomreaktor megépítésén.
A chicagói reaktor 1942sikeres
decemberi beindítása után Tellert meghívták a Manhattan
tervbe.
Szilárd Leó 1939augusztusában
megírta és Albert
Einstein aláírta
a híres levelet, hogy figyelmeztessék Franklin
D. Roosevelt elnököt
arra a lehetőségre, hogy a nácik atombombát építenek. A levél
kézbesítője Teller
Ede volt.
Sikerült Roosevelt aggodalmát annyira felkelteniük, hogy
létrehozta az Uránbizottságot,
és aColumbia
Egyetemnek megítélte
az első atomenergia-alapot.
Lásd még: Szilárd Leó, Niels Bohr, Otto Hahn, Enrico Fermi és Teller Ede Lásd még: Einstein–Szilárd-levél és Manhattan terv
Története [szerkesztés]
A
Castle Bravo kísérleti robbantás áldozatainak fényképei. A
robbanás ereje mintegy háromszorosa volt a tervezettnek, a közeli
atollokon lakó emberek egy része égési sérüléseket és
sugárbetegséget kapott
Az
atombombát az Egyesült Államokban a Manhattan
terv keretein
belül fejlesztette ki egy kutatócsoport az új-mexikói Los
Alamosban.
A Manhattan
terv[1] Szilárd
Leó kezdeményezésére
indult 1939-ben,
elsődlegesen a német atomprogramtól való félelem miatt. A
projekt vezetője Robert
Oppenheimer lett.
A munkában amerikai, olasz és angol tudósok mellett Teller
Ede és Neumann
János is
részt vett.
- Trinity teszt
Az
első atombombát 1945. július
16-án robbantották
föl a szintén új-mexikói Alamogordo melletti kísérleti telepen.
Az eszköz egy implóziós plutóniumbomba volt.[2] A
robbanás hatóereje kb. 20 kilotonna volt.
Ugyanezen
év augusztus
6-án Hirosimára[3],
majd augusztus
9.-én Nagaszakira[4] dobtak
atombombát. Az első Japánra dobott bombát az Enola Gay nevű
B-29-es bombázó szállította, a bomba neve Little
Boy volt.
A Nagaszakira dobott bombát Fat
Mannek nevezték.
Előbbi uránt, utóbbi plutóniumot tartalmazott. A Little Boy
64,1 kg 82,7 %-ra dúsított uránt
(Oralloy-t)[5] tartalmazott;
ennek 1,38 %-a hasznosult, rombolóereje 15 000 tonna
TNT-ének felelt meg. A Fat Man 6,2 kg plutóniumot
tartalmazott, amelyből csupán 0,9 kg hasznosult (kb. 13 %),
mert a robbanás a bombát szétvetette, és a láncreakció leállt.
Rombolóereje kb. 20 000 tonna TNT-vel egyenértékű. A
kritikus tömeg értékét rontotta, hogy anyagának 0,9%-a 140Pu
volt. A fegyver-minőségű plutóniumot legalább 93%-osra dúsítják.
- Németország tevékenysége
A
Manhattan tervhez csatlakozva több szakértői
csoport is
megkísérelte felkutatni azokat a német objektumokat, ahol esetleg
atomfegyver előállításával kísérleteznek[6] Ezek
a csoportok sikerrel begyűjtöttek 1100 tonna német uránt;
elszállították, és kikérdezték a témában szakértőként
ismert német fizikusokat, főként Werner
Heisenberget és Carl
Friedrich von Weizsäckert. Fréderic
Joliot-Curie igazolta,
hogy a megszállt Párizsban, a laboratóriuma ciklotronját német
kutatók is használták, ám az amerikai tudósok arra a
következtetésre jutottak, hogy Németországban senki sem hitte
komolyan, hogy atomfegyvert képes előállítani. Maga Heisenberg
több tonnára becsülte az 235U
kritikus tömegét.[7].
Groves tábornok úgy ítélte meg, hogy Heisenberg nacionalista
ugyan, de nem náci. Erre utal Heisenberg és Niels
Bohr tárgyalása
1941-ben. Erről bizonyosat ma sem lehet tudni, ám sokan
feltételezik, hogy Heisenberg ezzel rejtett üzenetet akart küldeni
amerikai kollégáinak, hogy egyikük se kezdjen bele az atomfegyver
kifejlesztésébe.[8]
A
fentieknek ellentmond egy olasz újságíró, Luigi
Romersa[9] beszámolója,
aki Mussolini környezetéhez tartozott. Állítása szerint
szemtanúja volt 1944. október 12-én Rügen szigetén és 1945.
március 3-án Thüringiában az SS által
végrehajtott atomfegyver-kísérletnek. Más szemtanúk óriási
fényvillanásról számoltak be a környéken, és a hírek szerint
több ezer, vagy több tízezer szovjet hadifogoly halt meg ebben a
kísérletben. Erről Rainer Karlsch könyvet is írt [10],
az atombomba vázlatával[11].
A ZDF televíziós társaság kamerái előtt a PTB (Német
Szövetségi Műszaki-Fizikai Kutatóintézet) megvizsgálta a
helyszínt.[12] Megállapításuk
szerint a csernobili katasztrófa által okozott talajszennyeződést
meghaladó egyéb szennyeződést (atomrobbanásra utaló izotópokat,
például 137Cs)
nem találtak. Az atomfegyvert ábrázoló vázlatot
általában piszkos
bombának tekintik.
Az
amerikai fogságban tartott német tudósok a rádióból tudták meg
a Hiroshima elleni támadásról szóló jelentést. Weizsäcker
ekkor a következőt mondta: »Szerintem mi azért nem csináltuk
meg a bombát, mert a német fizikusok elvből nem akarták
megcsinálni. Ha valamennyiünknek szívügye lett volna, hogy
Németország nyerje meg a háborút, bizonyára létre tudtuk volna
hozni.« Otto Hahn, későbbi Nobel-díjas így
válaszolt: »Kötve hiszem, de hálás vagyok a sorsnak, hogy
nem sikerült.« Otto
Hahn,
akinek korábbi kutatásai lehetővé tették az atomfegyver
előállítását, a több százezer ember halála miatt érzett
erkölcsi nyomás alatt ekkor eljutott az öngyilkosság gondolatáig.
- RDSZ–1
A
világháború után leghamarabb a Szovjetunió tett
szert nukleáris fegyverre. Első kísérleti
robbantásukat 1949. augusztus
29-én hajtották
végre egy kazahsztáni kísérleti
telepen. Az RDSZ–1(amerikai
kódneve: Joe–1) bomba
a Fat
Man másolata
volt, a terveket szovjet, illetve velük együttműködő amerikai
kémek juttatták el a Szovjetuniónak. Ezzel megindult
a hidegháborús
fegyverkezési verseny[13] .
A
szovjet atomprogramra válaszként az Egyesült Államok beindította
a hidrogénbomba-programot,Teller
Ede és Stanislaw
Ulam tervei
alapján.
- Ivy Mike
Az
első hidrogénbomba-robbantás 1952. november
1-jén a
Marshall atollon történt. Az Ivy
Mike nevű
eszköz egy 82 tonnás szerkezet volt, hatalmas súlya miatt nem volt
bevethető. Hagyományos fissziós bomba felrobbanása
cseppfolyós deutérium fúzióját
indította be. A robbanás 10,4 megatonnás volt. Megjegyzendő, hogy
ennek 77%-a a röntgensugár-reflektorként használt, a
deutériumtartályt körülvevő, mintegy 4,5 tonna urán hasadásából
származott.[14](angolul)
A
Szovjetunió ekkor már évek óta folytatta a saját
hidrogénbombájának a kifejlesztését.
Ez
volt az amerikai kódneve a hivatalosan RDSz–6 (Reaktivnyi
Dvigatel Sztalina) nevű első szovjet hidrogénbombának,
amelyet 1953. augusztus
12-én
robbantottak fel. Felépítése: a fissziós és a fúziós
komponensek egymásra rétegezve helyezkedtek el. Hatóereje 400 kt
volt[15]
Az
első bevethető méretű amerikai hidrogénbomba
tesztje 1954. február
28-án történt
a Bikini Atollon (Marshall-szigetek). A fúziós fokozat
lítium-deuteridből készült (l. Teller-Ulam
terv).
A 15 megatonnás hatóerő két és félszerese volt a számított
értéknek. Ennek súlyos következményei voltak. A
hasadványtermékek (az elsődleges fokozatból illetve a bomba
uránköpenyéből) a vártnál jóval nagyobb területen szóródtak
szét. A teszt résztvevői jelentős sugárdózist kaptak. A
Szerencsés Sárkány nevű japán halászhajó legénysége a rájuk
hulló sugárzó finom hamutól súlyos sugárbetegséget kaptak,
egyikük nem sokkal később meg is halt[16].
- Cár-bomba (RDSz-220)
A
Szovjetunió 1961. október
30-án robbantotta
fel a valaha is készült legnagyobb hatóerejű nukleáris fegyvert
Novaja Zemlján. A bomba 27 tonnát nyomott, 8 m hosszú és 2 m
átmérőjű volt. Az eredetileg 100 megatonnás eszköz hatóerejét
– a radioaktív kihullás korlátozása érdekében – 50
megatonnában limitálták. Az eszköz elsősorban propaganda,
erődemonstráció céljából készült. Ekkora hatóerőnek
katonailag nem volt értelme, a bomba nem volt hatékony abban az
értelemben, hogy a robbanás energiájának nagyobbik része
kisugárzódott a világűrbe. Mérete korlátozta a bevetésére
átalakított speciális bombázógép sebességét és
hatótávolságát. Interkontinentális ballisztikus rakétára
szerelése szóba sem jöhetett. A Cár-bomba volt a nukleáris
fegyverek hatóerejének növeléséért folyó verseny csúcspontja.
Létrehozása és felrobbantása után időszakban a hangsúly a
bombák méretének csökkentésére és célba juttatásuk
pontosságának növelésére helyeződött át[17].
A 1960-as
évek során
még három állam tett szert nukleáris
fegyverre: Franciaország, Nagy-Britannia és Kína[18].
Már ekkor erősödni kezdtek a nukleáris fegyvereket ellenző
mozgalmak. Ennek eredményeképpen 1963-ban Anglia, az USA és a
Szovjetunió aláírta a részleges
atomcsend-egyezményt (Partial
Test Ban Treaty), ami tiltja a légköri, víz alatti és világűri
robbantásokat. Mivel két ország (Kína és Franciaország) nem
írta alá az egyezményt, ezért ez csak részleges sikerrel járt.
1968-ban
Nagy-Britannia, az USA, Kína, Franciaország és a Szovjetunió
aláírták az atomsorompó
egyezményt (Non
Proliferation Treaty). Eszerint az aláírók segítik egymást az
atomenergia békés hasznosításában, és nem segítik a nukleáris
fegyverrel nem rendelkező államokat azoknak megszerzésében.
Ezenkívül az aláírók engedélyezik a Nemzetközi Atomenergia
Ügynökségnek, hogy a nukleáris berendezéseiket ellenőrizze.
1970-ig 187 ország írta alá az egyezményt,
viszont Kuba, India, Izrael és Pakisztán elutasította.
India és Pakisztán időközben nukleáris fegyverre tettek szert.
Az atomsorompó egyezmény egyik hibája, hogy nem tette kötelezővé
a leszerelést[19]
A
teljes körű atomcsend-egyezményt 1996 óta
166 állam, közöttük az 5 atomnagyhatalom írta alá, amely
megtilt mindennemű kísérleti robbantást.
Az
atomfegyverek felhalmozása ugyanakkor paradox módon – a teljes
pusztulástól való félelemben – visszatartotta a
vezető hatalmakat az egymással vívott nyílt háborúktól, s a
globális erőviszonyok alakulását egyértelműen a gazdasági
teljesítőképesség függvényévé tette.
Fizikai alapok [szerkesztés]
Egy
gerjesztett maghasadás. Egy lassított neutron egy urán-235 atommag
hasadását okozza, melynek során két könnyebb mag és három
szabad neutron keletkezik
Az
atom magból és elektronhéjból áll.
Az a reakció kémiai reakció, melyben több atom vesz részt, és
csak az elektronburkok rendeződnek át. Ha a reakció következtében
új atommag (és atom fajta) jön létre, akkor nukleáris reakcióról
van szó. E cikk szempontjából a nukleáris reakció két típusát
említjük: a magfúziót és
a maghasadást.
A magfúzió következtében két kisebb atommagból egy nehezebb jön
létre, a maghasadáskor egy nehezebb atommagból két könnyebb. A
nukleononkéntikötési
energia a
periódusos rendszerben nő a hidrogéntől a vasig haladva, és
attól kezdve csökken. Ezért egy magfúzió esetén, ha a végtermék
könnyebb a vasnál, akkor energia szabadul fel (a legtöbb energia a
hélium szintézisénél szabadul fel, és csökken a vasig). Ha a
magfúzió végterméke nehezebb a vasnál, akkor a reakció endoterm.
Ez a természetben szupernóva robbanásakor
megy végbe. Fordított a helyzet maghasadáskor, mikor energia
szabadul fel nehéz elemek (235U)
maghasadásakor.
A radioaktív elemek
maghasadása lehet természetes, vagy gerjesztett. A természetes
maghasadás ritmusát a felezési
idő határozza
meg, és ez elég lassú. Az 235U
esetében maghasadás következtében keletkeznek neutronok is,
melyek ha másik 235U
magba ütköznek, ezt hasadásra gerjesztik, a gerjesztett hasadásból
keletkezik három neutron és így beindulhat egy láncreakció.
Mivel az atommag nagyon kicsi az atomhoz viszonyítva, a neutron az
elektronhéjon áthaladhat anélkül, hogy magot találna. Ha elég
nagy mennyiségű 235U
van egyben, akkor valószínű, hogy a neutron egy magba ütközik és
beindul a láncreakció. Az a mennyiségű anyag, melyben beindul a
láncreakció, az a kritikus
tömeg és
az 235U
esetében 56 kilogramm.[20] Leegyszerűsítve
azt mondhatjuk, hogy a megfelelő mennyiségű töltetet (ami több,
mint a kritikus tömeg) két vagy több részre osztják (egy résznek
a tömege kisebb, mint a kritikus tömeg) és az adott pillanatban,
klasszikus robbantással egy darabba préselik. Hogy pusztító
erejét kifejtse, a burok elég kemény kell legyen, hogy a
láncreakció előrehaladjon és nagy mennyiségű energia
szabaduljon fel. Ha túl hamar hasad a burok, a töltet szétszóródik,
megszűnik a kritikus tömeg és a láncreakció leáll. Az
atomerőművekben nagyjából ugyanez megy végbe, a keletkezett
három neutronból csak egynek engedjük, hogy láncreakcióban részt
vegyen, a többit elnyeletjük (induláskor valamivel több mint egy,
leálláskor kevesebb mint egy).
Magfúzió
esetén két könnyű atommagot kell ütköztetni, hogy ezek
egyesüljenek. Az atommagok azonos, pozitív töltése erős
taszítóerőt fejt ki, ennek legyőzésére a magokat nagy
sebességgel kell ütköztetni. Ezért nagy hőmérsékletre van
szükség, hogy a magoknak elég energiája legyen a taszító erő
legyőzéséhez, ugyanakkor óriási nyomásra, mivel nem minden
ütközés vezet magfúzióhoz.
Hasadóanyagok táblázata [szerkesztés]
Nuklid
|
kritikus
tömeg, kg
|
átmérő,
cm
|
Ref
|
|---|---|---|---|
urán-233
|
15
|
11
|
|
urán-235
|
52
|
17
|
|
neptúnium-236
|
7
|
8,7
|
|
neptúnium-237
|
60
|
18
|
|
plutónium-238
|
9,04–10,07
|
9,5-9,9
|
|
plutónium-239
|
10
|
9,9
|
|
plutónium-240
|
40
|
15
|
|
plutónium-241
|
12
|
10,5
|
|
plutónium-242
|
75–100
|
19-21
|
|
amerícium-241
|
55–77
|
20-23
|
|
amerícium-242
|
9–14
|
11-13
|
|
amerícium-243
|
180–280
|
30-35
|
|
kűrium-243
|
7.34–10
|
10-11
|
|
kűrium-244
|
(13,5)–30
|
(12,4)–16
|
|
kűrium-245
|
9,41–12,3
|
11-12
|
|
kűrium-246
|
39–70,1
|
18-21
|
|
kűrium-247
|
6,94–7,06
|
9,9
|
|
kalifornium-249
|
6
|
9
|
|
kalifornium-251
|
5
|
8,5
|
|
kalifornium-252
|
2,73
|
6,9
|
Típusai [szerkesztés]
Atombombák [szerkesztés]
A
hirosimai bomba szerkezete (részletek a képre kattintva)
Az
atombombák, vagy fissziós bombák energiájukat a
nehézatommagok hasadásából nyerik:
nehéz atommagok (urán vagy plutónium)
hasadnak könnyebb elemekké neutronokkal való
besugárzásuk révén (ezek az elemek hasadásukkor újabb
neutronokat hoznak létre, melyek újabb atommagokat
bombáznak, láncreakciót eredményezve).
Ezeket történelmi okokból atombombának nevezzük.
Az elnevezés nem pontos, mivel a kémiai
reakciók szabadítanak
fel energiát atomok kapcsolódásából, nem a hasadás, valamint
a fúzió (a
könnyű atommagok egyesülése) sem kevésbé atomi jellegű, mint a
maghasadás (fisszió). E
lehetséges félreértés ellenére az atombomba kifejezést
széles körben használják kimondottan a nukleáris fegyverekre, s
leginkább a fissziós bombákra.[30] Az
atombombák méretét nem lehet tetszőlegesen növelni, mivel egy
kritikus tömeg felett külső hatás nélkül is beindul bennük a
láncreakció.
Hidrogénbombák [szerkesztés]
A
hidrogénbombák, vagy fúziós bombák az atommagok
egyesülésén, fúzióján alapulnak,
amikor könnyebb atommagok, mint például hidrogén vagy hélium állnak
össze nehezebb elemekké nagy energia felszabadulása mellett. Az
elnevezés pontatlan, mert egyrészt minden "hidrogén"-bombában
a hatás egy jelentős részét egy fissziós bomba adja, másrészt
az egylépcsős "atom"-bombák belső üregét is
hatásfokjavító hidrogén alapú töltettel töltik ki. Így a
"hidrogénbomba" helyett szerencsésebb a kétfázisú
atombomba kifejezés. A hidrogénbomba elnevezést
az alapanyaga miatt kapta, hívják még termonukleáris
fegyvernek is, mivel
a fúziós reakcióknál a láncreakció beindulásához rendkívül
magas hőmérséklet kell. A hidrogénbombák tömegének nincsen
felső korlátja, mivel a beindításához rendkívül nagy
hőmérséklet és nyomás szükséges. Spontán módon, földi
körülmények között semmiképpen sem indul meg a fúziós
reakció.
A
hidrogénbomba szerkezete:
A
hidrogénbombáról sok vázlatos ismertetés jelent meg, így számos
lexikon és kézikönyv is - állítása szerint - összefoglalja a
H-bomba működési elvét. Ezekből az ismertetésekből általában
igen lényeges elemek hiányoznak.
Az
a vázlat, amely szerint a hidrogénfúziót elindító - mintegy
gyutacsként szolgáló - hasadási bombát hidrogéntöltet veszi
körül, teljesen téves.
Ennek
az elrendezésnek a működésképtelensége egyszerű számítás
alapján is belátható. Az atommagfúziós reakció f sebességét
(az idő- és térfogategységenként végbemenő fúziós reakciók
számát) a következő összefüggés adja meg: 
,
ahol CD, illetve CTjelöli
a reakcióban részt vevő atommagok – esetünkben deutérium és
trícium – atommagok darabszám-sűrűségét, atom/m3 egységben
mérve (magyarosan: db/m3), a σv mennyiség
pedig a reakció valószínűsége (σ az ún. hatáskeresztmetszet)
és a részecskék sebességéből képezett szorzat átlagértéke.
Az atommagok darabszám-sűrűségét az irodalom nD,
illetve ND betűkkel is jelöli, ahol
indexbe a reakcióban résztvevő atommag (nuklid) vegyjelét írják
(például D deuterium). A < > jelek jelölik, hogy a sebesség
Maxwell-eloszlásból származik. A σvmennyiség erősen függ
a hőmérséklettől, ezért, bár a magfúzió már 10-20 millió °C
hőmérsékleten is végbemegy, a jelentős energiatermeléshez ennél
nagyobb, 50 millió °C körüli hőmérséklet szükséges.
,
ahol CD, illetve CTjelöli
a reakcióban részt vevő atommagok – esetünkben deutérium és
trícium – atommagok darabszám-sűrűségét, atom/m3 egységben
mérve (magyarosan: db/m3), a σv mennyiség
pedig a reakció valószínűsége (σ az ún. hatáskeresztmetszet)
és a részecskék sebességéből képezett szorzat átlagértéke.
Az atommagok darabszám-sűrűségét az irodalom nD,
illetve ND betűkkel is jelöli, ahol
indexbe a reakcióban résztvevő atommag (nuklid) vegyjelét írják
(például D deuterium). A < > jelek jelölik, hogy a sebesség
Maxwell-eloszlásból származik. A σvmennyiség erősen függ
a hőmérséklettől, ezért, bár a magfúzió már 10-20 millió °C
hőmérsékleten is végbemegy, a jelentős energiatermeléshez ennél
nagyobb, 50 millió °C körüli hőmérséklet szükséges.
Az
összefüggés alapján kiszámítható, hogy normál sűrűségen
nem indul meg fúzió, hanem csak akkor, ha előzőleg a fúziós
anyagot erősen összepréseljük. Ebből nyilvánvaló, hogy a
hasadási bombát burkoló fúziós köpeny a robbanás hatására
egyszerűen szétrepülne, mielőtt a fúzió megindulhatna. A
következő táblázat a hőmérsékletet kiloelektronvoltban
tartalmazza
üzemanyag
|
T
keV |
<σv>/T2
m3/(s keV)2 |
|---|---|---|
deuterium
2 – tricium 3}
|
13.6
|
1.24×10−24
|
deuterium
2 - deuterium 2
|
15
|
1.28×10−26
|
deuterium
2 - hélium 3
|
58
|
2.24×10−26
|
p+ -
litium 6
|
66
|
1.46×10−27
|
p+ -
bór 11
|
123
|
3.01×10−27
|
A
hidrogénbomba megvalósításának kulcsa az a megoldás, amit a
szakirodalom Teller–Ulam-tükör, vagy Teller–Ulamelrendezés
néven ismer.
Ha
a gyutacsként szolgáló hasadási bombát egy nehézfém (volfrám,
urán stb.) anyagú, forgási ellipszoid alakú tükör egyik
fókuszpontjába helyezzük, akkor a robbanás pillanatában
keletkező hőmérsékleti sugárzást a tükör a másik fókuszba
gyűjti össze, ebben a fókuszpontban foglal helyet a fúziós mag.
Mivel 10 000 °C hőmérséklet megfelel kb. 1 eV
energiának, a robbanás néhányszor tízmillió fokos
hőmérsékletén néhányszor tíz keV energiájú sugárzás,
azaz röntgensugárzás keletkezik. Ezt a röntgensugárzást a
tükör addig koncentrálja, amíg anyaga a sugárnyomás
hatására szét nem repül. (A sugárzás nyomása több millió
atmoszféra is lehet.) Valamivel a sugárzás után érik el a tükröt
a robbanás neutronjai, majd a lökéshullám, ezek befejezik a
rombolást. A tükör atomjai azonban - tehetetlenségüknél
fogva - képesek ellenállni a sugárnyomásnak annyi ideig,
amennyi elég a fúziós reakció megindulásához, illetve
lefolyásához.
A
H-bomba tervezésénél nyilvánvaló cél, hogy minél nagyobb
hányad elhasználódjon a fúziós töltetből, azaz a H-bomba
kiégési szintje nagy legyen. Ehhez szükséges, hogy a tükör
"összetartási ideje" elég nagy legyen, valamint a fúziós
töltetre is érvényes egy összetartási idő. Ez - mint a hasadási
bombáról szóló cikkben már szerepelt,
ahol
vs a közegre érvényes hangsebesség, r pedig egy jellemző méret,
például gömbnél a gömb sugara, hengernél pedig a henger sugara.
A
H-bomba működésének a feltételét lényegében az (1 ) és (2)
összefüggés alapján lehet meghatározni. Ezektől függ, hogy a
fúzió létrejön-e, illetve az anyag jelentős hányadára ki fog-e
terjedni.
Az
a tény közismert, hogy a "hidrogén" mindig
nehézhidrogént (deutériumot vagy tríciumot) jelent a bomba
esetében, azonban deutérium-trícium keverékből nem lehetne
gyakorlatilag használható (harctéren bevethető) bombát
készíteni. A D- és T-gáz csak akkor érheti el a megkívánt
sűrűséget, ha cseppfolyós halmazállapotban van. A folyékony
nitrogénnel és folyékony héliummal működő cseppfolyósító
berendezések eleve lehetetlenné tennék a szállítható bomba
megalkotását.
A
trícium radioaktivitása is rendkívüli módon megnehezítené a
bomba kezelését. Kb. 0,1 mg trícium aktivitása 1 Ci
(3,7·1010 Bq): így egy bombában több millió curie trícium
lenne.
A
megoldás: a "száraz hidrogénbomba" megalkotása,
ugyanúgy, mint a robbanás fókuszálásának a megoldása,
Teller Ede, továbbá - tőle függetlenül - Dmitrij Szaharov
nevéhez fűződik. Ha a fúziós töltetet litium-deuteridből (LiD)
készítik, akkor a hasadási gyutacs neutronsugárzása hatására a
lítium tríciummá alakul. A keletkező trícium a deutériummal
reakcióba lépve neutront termel, így a lítium-trícium átalakulás
igen gyorsan és jó hatásfokkal végbemehet a következő egyenlet
szerint:
A
keletkező trícium reakcióba lép a deutériummal:
Fúzióval felerősített fissziós bombák [szerkesztés]
Ennél
a típusnál a hasadóanyag
közepébe deutérium és trícium (a hidrogén izotópjai)
cseppfolyós keverékét helyezik. A fissziós bomba robbanásakor
kialakuló magas nyomás és hőmérséklet beindítja
a fúziót a D-T elegyben. A fúzió során sok szabad neutron
keletkezik, amik hozzájárulnak a láncreakcióhoz. Ezzel az
eljárással a fissziós bomba hatásfoka akár a duplájára
növelhető. Lényeges tény, hogy a fúzióból származó energia a
bomba energiájához képest elenyésző – 1% körül mozog. A
befecskendezett D-T keverék mennyiségével a robbanás ereje
szabályozható. A modern – mind fúziós, mind tisztán fissziós
– bombák jelentős része ilyen módon szabályozható hatóerejű.
Háromfázisú bombák [szerkesztés]
A fúzió
során nagy mennyiségben keletkeznek neutronok, amelyek lehetővé
teszik az urán 238-as izotópjának a hasadását. A három fázisú
bombákban a fúziós magot urán-238 köpennyel veszik körül. A
robbanás erejéhez mind a fúziós, mind a fissziós reakció
jelentős részben hozzájárul.
Egyéb típusú bombák [szerkesztés]
Neutronbomba,
hivatalos megfogalmazásban megnövelt sugárzású nukleáris
fegyver. Lényegében fissziós-fúziós bomba, amelynél a fúzió
során keletkezett neutronokat nem nyeli el a bomba külső rétege,
hanem szándékosan hagyják hogy szabadon távozzanak a környezetbe.
A hagyományos nukleáris fegyvereknél a neutronokat nehézfém
neutron visszaverő réteggel igyekeznek minél nagyobb arányban a
bombában tartani, a hatásfok növelése érdekében. A neutron
bomba rombolóereje körülbelül tizede a hagyományos fissziós
fegyverekének.
Kifejlesztésének
célja a hidegháború idején elsősorban az volt, hogy a szovjet
harcjárművek támadása ellen legyen megfelelő fegyver. A
páncélzat ugyanis a hagyományos atomfegyverek hőhatását és
lökéshullámát a robbanás központjától már viszonylag kis
távolságban kivédi. A neutronsugárzással a katonák akár
páncélozott járművekben is megölhetőek. Egyszerűen
megfogalmazva: Nem okoz nagy fizikai kárt, viszont biológiait annál
inkább, minden élőlényt elpusztít a hatáskörén belül.
Kobaltbomba.
(angolul gyakran „Doomsday
engine”,
azaz „Végítélet-gép”) Valószínűleg
sohasem készült ilyen fegyver. Szilárd
Leóvetette
fel a lehetőséget, hogy amennyiben egy atomfegyver külső
burkolata kobaltból készül,
az a robbanás során neutronbefogással kobalt 60-as izotóppá
alakul át, amely erős gamma
sugárzó.
5,27 éves felezési
idejével a
robbanás helyszínét tartósan lakhatatlanná tenné. Szilárd
szerint néhány ilyen bomba akár az egész élővilágot
elpusztíthatná a Földön.
Piszkos
bomba, vagy Dirty bomb klasszikus értelemben
nem nukleáris fegyver, hiszen semmilyen magreakció nem zajlik le
benne. A tömegpusztító fegyver besorolása miatt viszont ide
sorolják. Az alapja egy hagyományos (kémiai bomba), aminek a
pusztító hatását valamilyen, a kívánt hatástól függő,
sugárzó izotóp hozzáadásával növelik meg, ami a robbanást
követően szétszóródik az érintett területen.
Felosztásuk [szerkesztés]
A harcászati, vagy taktikai
nukleáris fegyverek kisebb hatóerejűek (a legkisebb 0,3
kilotonnástól egészen pár száz kilotonnáig), és a harcmezőn
kerülnek bevetésre. Fajtái:
A hadászati, vagy stratégiai
nukleáris fegyverek nagy
erejűek (pár 10 kilotonnától egészen az elméleti 100
megatonnáig a hidrogénbomba esetében). Célpontjaik ellenséges
városok (amelyeket teljesen meg tudnak semmisíteni), rakétakilövő
állomások, védett vezetési pontok. Gyakraninterkontinentális
ballisztikus rakétákra vagy robotrepülőgépekre szerelik
őket, így biztosítva a több ezer kilométeres hatótávolságot.
Egy ilyen interkontinentális rakétával
felszerelt tengeralattjáró aFöldön bármely
célpontot meg tud semmisíteni.
Hatásai [szerkesztés]
Egy
templom Nagaszakiban 6 héttel a bombázás után
A Starfish
Prime magaslégkörikísérleti
atomrobbantás (400
kilométerre a Johnston-sziget felett, 1962. július
9.)
által kiváltott sarki
fényhez hasonló
jelenség Honoluluból nézve
A Crossroads
Baker (Bikini-atoll,1946. július
25.,
21 kt) víz alatti robbantás. A kísérletben többek között az
atomfegyverek hadihajókra való hatását is vizsgálták, a
robbantás környékén számos, a szolgálatból kivont hajót
horgonyoztak le
.jpg&filetimestamp=20090526181453)
A
Crossroads Baker robbantás a földről nézve
Föld
alatti, polgári célú kísérleti
atomrobbantás (Plowshare
Sedan,Nevada, 1962. július
6.)
által kivájt kráter
A
maghasadásból származó energia több formában nyilvánul meg:
- Lökéshullám (40–60%)
- Elektromágneses impulzus (40–60%) A hősugárzástól kezdve a látható fényen keresztül egészen a röntgensugarakig minden frekvencia megtalálható a spektrumában.
- Radioaktív sugárzás (10–20%) Főként neutron- és gamma-sugárzás. Ide tartozik a radioaktív kihullás is.
A
három összetevő hatásának mértéke erősen függ a bomba
hatóerejétől. Nagyjából 2,5 kt körül a három tényező
nagyjából egyenrangú. Az EM-sugárzás hatótávolsága
elméletileg a hatóerő négyzetgyökével arányosan nő (valójában
a növekedés ettől valamivel kisebb), a lökéshullám által
érintett terület a hatóerő köbgyökével, míg a primer
radioaktivitás növekedése ettől is kisebb. Így egy megatonna
hatóerő körüli robbanófej okozta kár szinte teljes egészét az
általa létrehozott hőhatás okozza.
Az
energiamegoszlásból látszik, hogy a nukleáris fegyver nem sokban
különbözik a klasszikus bombáktól: jelentős romboló hatása a
lökéshullámának és a hősugárzásának van. A primer radioaktív
sugárzás ebből a szempontból sok esetben elhanyagolható.
Lényeges különbség a felszabaduló energia mennyiségében van,
egy atombomba sokkal több energiát szabadít föl sokkal rövidebb
idő alatt, mint egy hagyományos kémiai alapú. A nukleáris
fegyverek erejét a vele ekvivalens energiájúTNT tömegével
jelzik, praktikussági okokból ezer tonnában (kilotonna, kt), vagy
millió tonnában (megatonna, Mt) megadva. A leggyakoribb
mérettartomány a 10 és 1000 kilotonna TNT hatóerő, de léteznek
ennél kisebb és nagyobb hatóerejűek is. A hirosimai bomba 15
kilotonnás volt, míg a legnagyobb bomba az 50 Mt-s
szovjet Cár-bomba volt.
A
bomba robbanásakor a hőmérséklet a több tíz millió Kelvint is
elérheti. Ilyen állapotban
az atomokfőleg röntgensugárzás formájában
adják le az energiájukat. A levegő pár
méter után teljesen elnyeli a keletkezett röntgensugárzást,
ezáltal hirtelen felmelegszik. Légköri detonáció esetében egy
tűzgömb alakul ki, ami tágulni és egyben emelkedni kezd. Ez a
tűzgömb egy 1 megatonnás bomba esetében az első ezredmásodperc
után 150 m átmérőjű, míg a legnagyobb átmérője (10 másodperc
után) 2200 m. A tűzgömb hirtelen tágulása összenyomja a szélén
lévő hideg levegőt, akusztikus hullámot kialakítva. Egy perc
után a tűzgömb kihűl, és az emelkedés megáll. Így keletkezik
a jellegzetes gomba forma, ami lehet kicsapódott vízgőz, vagy
földfelszíni robbanás esetében por.
A
robbanás magasságának függvényében megkülönböztetünk légköri,
földfelszíni, földalatti ésmagaslégköri robbanásokat.
A magaslégköri robbanás
30 km fölötti. A levegő ritkasága miatt a röntgensugaraknak
sokkal nagyobb a hatótávolságuk (több száz km), így a
keletkezett tűzgömb is nagyobb. A légkör nagymértékű
ionizálása telekommunikációs rendszerek (műholdak, repülőgépek)
összeomlását idézi elő. Az elektromágneses impulzus
tönkreteheti a kifinomult elektronikai eszközöket. Bevetésük
valószínűtlen a nagy hatótávolságuk miatt: egy ilyen bomba egy
egész kontinens kommunikációs rendszerét is megbéníthatja.
A légköri
robbanás magassága kevesebb, mint 30 km, viszont elég
magas ahhoz, hogy a tűzgömb ne érje el a Föld felszínét. A
magasság változtatásával maximalizálhatjuk a légnyomási,
hősugárzási vagy a radioaktív hatást. Gyalogság ellen ez a
legmegfelelőbb bevetési mód, mivel nagy területen (több
négyzetkilométer) égési sérüléseket okoz, és még nagyobb
területen okoz szemsérülést. A radioaktív kihullás ez esetben
nem a robbanás közelében ér földet.
A földfelszíni
robbanás esetében a keletkezett tűzgömb hozzáér a
földhöz, így a felszabadult energia egy részét a föld nyeli el.
Hatása kisebb, mint a légköri robbanás esetében. A radioaktív
kihullás itt jelentős.
Lökéshullám [szerkesztés]
A
bomba robbanásakor hirtelen felszabaduló energia egy része a bomba
közvetlen közelében levő atomok hőenergiájává alakul. A nagy
sebességű atomok sugarasan távolodni kezdenek a robbanás
központjától, maguk előtt „tolva” a még hideg levegőt. Így
egy nagyon erős lökéshullám alakul ki, ami valójában egy
klasszikus akusztikus hullám. Ez a lökéshullám eleinte késik a
tűzgömbhöz képest (bár így is gyorsabb, mint a hang). Abban a
pillanatban, amikor a lökéshullám utoléri a tűzgömböt, a nagy
nyomástól a levegő izzásig melegszik, így még egy villanás
látható. A lökéshullám sebessége is csökken, és egy idő után
eléri a hang sebességét.
A
lökéshullám jelentős károkat tud okozni: az épületek már 0,35
atmoszféra túlnyomásnál is megrongálódnak. A lökéshullámot
követő szél a több száz kilométer per órás sebességet is
eléri.
A
lökéshullám nagysága (és hatótávolsága) nagymértékben függ
a bomba nagyságától (az adatok egy tipikus légköri robbanásra
vonatkoznak):
- 0,7 km 1 kilotonnás bomba
- 3,2 km 100 kilotonnás bomba
- 15 km 10 megatonnás bomba
Elektromágneses impulzus [szerkesztés]
A
robbanás során jelentkező széles spektrumú elektromágneses
sugárzás hősugárzás formájában
fejti ki romboló hatását. A hősugárzás okozhat tüzet, égési
sérüléseket, a keletkező ultraibolya sugárzás pedig ideiglenes
vagy végleges vakságot. Hatótávolsága nagyobb bombáknál sokkal
nagyobb, mint a légnyomásé, és jelentősen növekszik a bomba
erejével. Így az egy megatonnán fölüli bombák nagyrészt
gyújtóbombák.
Radioaktív sugárzás [szerkesztés]
A
nukleáris fegyver robbanását kísérő radioaktív
sugárzás nem
csak a robbanáskor érzékelhető, hanem évtizedekkel utána is. Az
azonnali (prompt) sugárzás az első egy percben jelentkezik, és a
bombában lejátszódó magreakciók eredménye.
A későbbi (visszamaradt) sugárzás viszont a robbanás során
keletkezett radioaktív izotópok bomlásának
eredménye.
A
bomba energiájának 5%-a jelentkezik neutron- és gamma-sugárzás
formájában, azonban ennek hatótávolsága rosszul skálázódik a
bomba erejével. 50 kilotonnás fegyverektől kezdve a prompt
sugárzás hatása elhanyagolható a hősugárzáshoz és a
lökéshullámhoz képest.
A
radioaktív kihullás a visszamaradt sugárzás egyik formája. A
fissziós bombák robbanása során közepesen nehéz
(100-as atomtömeg)
bomlási termékek keletkeznek (akár 300 különböző atommag),
amik nagyrészt radioaktívak. Ezek között vannak olyan elemek,
amelyekfelezési
ideje több
hónap vagy év, tehát hosszú időre veszélyt jelentenek. Másrészt
a fissziós bomba nem használja el az összes hasadóképes anyagot,
ami így szétszóródik a többi bomlási termékkel együtt. Ezek
az elemek azonban nagy felezési
idővel rendelkeznek
(U-235 és Pu-239) és alfa emitterek, így nem jelentenek nagy
veszélyt.
Az
erős neutronsugárzás felaktiválhatja az elemeket a bomba
közvetlen közelében, amik ennek következtében radioaktívak
lesznek. Egy földfelszíni robbanás esetében ezek a földben
található nátrium, magnézium, alumínium és szilícium,
amik béta- és gamma-sugárzássalbomlanak
tovább. Ez nem jelent nagy veszélyt, mert általában könnyen
elhatárolható kisebb területekről van szó. A földfelszín egy
része azonban el fog párologni, és idővel kis részecskékké
kondenzálódik. Ezek a részecskék általában egy napon belül
visszajutnak a földre, viszont a szelek által nagyobb területen
szétszóródnak. Eső vagy hó fölgyorsíthatja a lecsapódási
folyamatot, csökkentve az érintett terület nagyságát.
Egy
légköri robbanáskor azonban a radioaktív elemek nagyon kis
részecskékké alakulnak (0,1-20 mikrométer). Ezek
a sztratoszférábakerülve
hónapok, sőt évek után is veszélyt jelenthetnek.
 |
Típusai
|
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése