Fatman, Littleboy, Teller-Ulam

Atombombák felépítése

Alapvetően az a cél, hogy a hasadóanyagot rövid idő alatt szuperkritikus állapotba hozzuk és együtt tartsuk amíg lehet. Az általában felhasznált két alapanyag (urán-235, plutónium 239) kicsit eltér egymástól. Az Uránnak kisebb a természetes bomlása, így alkalmas egyszerű szerkezetű bombákhoz. A plutónium viszont hatékonyabban alkalmazható és "tenyészthető." Cserébe a plutóniumot bonyolultabb bombaként használni

Gun-type

Nagyon egyszerű szerkezet. Az egész egy ágyúcsőre épül, ahol a két szubkritikus tömegből az egyiket nekilőjük a másik jól megtámasztott darabnak. Hogy ne legyen kritikus simán elérhetjük azzal, hogy gyűrű formára alakítjuk az egyik (reálisan a nagyobb) darabot, a másik felét pedig a reflektortól viszonylag távol helyezzük el. Általánosan használt robbanóanyaggal elérhető, a szükséges 100m/s feletti inzerciós sebesség. Sajnos most nem találom, de láttam egy számítást, hogy néhány száz tonnához elég pár emeletet felcipelni és a megfelelő végére ejteni a csövet. Nagy előnye még az erőhatásokra való érzéketlenség a vastag falú cső miatt. Ezt kihasználva gyártottak belőle bunker rombolót és tüzérségi lövedéket is. Hátrányaként a súlyát, a limitált teljesítményét és a hasadóanyag pazarló felhasználását említeném meg.

Működését az alábbi ábrán lehet megfigyelni. A cső végén helyezkedik el a závárzat (1), amin keresztül a robbanóanyag (2) a gyújtást kapja. A reflektor (3), mintegy fojtásként szolgálva a gyűrű alakú U235-al (4) együtt a másik része felé mozdul, amit szintén reflektor vesz körbe. A becsapódási energia elnyeléséért, illetve az anyag egyben tartásáért megerősített ház (5) felel.

Ilyen elven működött Little Boy [5], illetve a Apartheid rendszer bombája is. Igaz, a másodikat politikai adunak fejlesztették és a lényeg a bolond biztos működés volt. Érdekes, hogy eddig ez az egyetlen ország, ahol teljesen leszerelték a nukleáris arzenált. (Talán féltek Mandeláéktól...)

Implosion

Sokkal kifinomultabb és hatékonyabb szerkezet, amiben az anyagot kritikus tömeggé nyomjuk össze. Képzeljétek el, hogy egy tömör fémgolyót nagyon kis időtartamra több, mint dupla sűrűségűre nyomunk össze a tér minden irányából. Erre csak robbanóanyagok által keltett lökéshullámok alkalmasak. A lökéshullámokat nagyon precízen kell kontrollálni, indítani, majd a legnagyobb sűrűség elérésekor neutronokkal beindítani a reakciót.

Az első felrobbantott eszköz (Gadget, majd Fat Man [7]) a több pontból elinduló lökéshullámok egy pontba koncentrálásán alapult. A robbanóanyagokból lencséket öntöttek, amiket akár egy futball labdát állítottak össze. A labda belsejében foglalt helyet a plutónium mag. Az elérhető kompressziót a robbanóanyagok ereje, illetve a gyújtás pontossága határozza meg. Mivel mind a kettő véges, alakítottak a rendszeren.

Újabban lökéshullám formálást alkalmaznak, illetve a robbanóanyag gyújtását egyszerűsítve, csökkentik a gyújtási pontok számát. Egy modern robbanófej működése erősen sematikusan a következő. A hasadóanyagot (1) gyűrű alakúra képezik ki (hollow core), a közepén egy hengeres szilárd maggal (2) (levitated core). A gyűrűt körbeveszik jó reflektáló képességgel rendelkező, szilárd burkolattal (3). Ezt követi egy légrés (4) és az úgynevezett "flying plate" (5). Ezt a lemez robbantjuk á a belső gyűrűre. A robbanóanyag (6) gyújtási késedelmétől függ a kialakítása, ugyanis a harang alakkal kompenzálják azt. A robbantás végén gyűrű alakot vesz fel a lemez. A lökéshullám formálása két lépesben történik. A lemeznek van ideje felgyorsulni, de a lefékezés sokkal rövidebb idő alatt történik meg. Ez hasonlít ahhoz, mintha betonfalnak hajtanánk padlógázzal. A felhalmozott energiát egy impulzusba sűrítve kapja meg a burkolat és a belső hasadóanyag. Amikor a gyűrű beroppan és nekicsapódik a belső álló magnak a lökéshullám nagy része visszaverődik, nagyjából megduplázva a helyi kompressziót. A végeredmény szuper kritikus tömeg és egy szép gombafelhő.

Hidrogén bomba felépítése

Helyesebb lenne termonukleáris eszközökről beszélni, de itt is igaz, hogy nem minden hidrogénbomba, amiben termonukleáris reakció játszódik le. Erre jó példa a már említett boosted atombomba, de az első orosz megoldást is csak a félutat képviselte. Ivánék, először a hasadó és fúziós anyag rétegzésével kísérleteztek. Ennél a megoldásnál csak a D-T reakció jöhet szóba, ami igen költségessé teszi ezt a megoldást. Természetesen Li-6 alkalmazásával ez megkerülhető. Az Alarm clock/Sloika felépítéssel az oroszok egy 40kt-ás bombát 400kt-sá tuningolták. A növekménynek csak 15-20 százaléka volt a fúziós energia és nagyjából 280-300 kt jött az U-238 burkolat bomlásából. A praktikusan (súly, hordozhatóság) elérhető tartomány 1Mt körül van.

Teller-Ulam felépítéssel [8] viszont elméletileg bármekkora bomba építhető. Stanislav Ulam 1951 januárjában állt elő az ötlettel, hogy a fúziós tüzelőanyagot egy kis atombombával kellene kompresszálni, elvégre az kb. hat nagyságrenddel jobb a legjobb hagyományos anyagoknál. Teller Ede rájött, hogy itt nem a trigger (1) lökéshullámát, hanem az általa termelt hősugárzást kell felhasználni. A házról (2) visszasugárzott hővel elpárologtatják a besugárzási csatornában lévő anyagot (2). A létrejövő nagy nyomású gáz a fúziós üzemanyag házát (3), mint egy üres kólás dobozt összeroppantja. A kompresszió hatásfokát javítandó a "kólásdoboz" kívül tartja a meleget. (emlékeztek? p*V/T) Igen ám, de így nem indul be a reakció, mert nem melegszik fel eléggé a deutérium (4). Ezen egy plutónium "gyújtógyertya" (5) segít, egy második fúziós reakcióval belülről felfűtve a dobozt. Az eredmény, akár 50Mt is lehet, mint az oroszok bizonyították [9], de ott az U238 házat lehagyták. Azzal tovább növelhető 100Mt körülire a robbanás.

Speciális kivitelek

Az előző konstrukciókat kicsit továbbfejlesztették és speciális bombákat állítottak elő. A két legismertebb a kobalt és a neutron bomba. Az kobalt bombát hívják a végítélet bombájának is. A ház anyagához kobaltot adnak, ami a robbanáskor felaktiválódva hosszú évekre lakhatatlanná teszi a területet, ahová a radioaktív por kihullik. Megfelelő magasságban és méretben robbantva országunkat 1-2 darabbal ki lehetne vonni teljesen a forgalomból.

A neutronbomba nagyon kis hatóerejű és viszonylag tiszta. 1kt körüli energiát szabadít föl, annak is a nagy részét neutronsugárzásként, jellemzően deutérium - trícium reakcióból. Ekkora robbanás pár száz méteren belül lerombolja a civil épületeket, de páncélozott járművekben (T-72) túl lehet(ne) élni. A felszabaduló neutron sugárzás azonban felaktiválja a páncélzatot és a másodlagos sugárzás rövid időn belül végez a személyzettel. A rövid felezési időnek köszönhetően az esetleges új személyzet sem húzza sokáig. Pár hét eltelte után már nem okoz gondot a sugárzás.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!