ბირთვული იარაღი

ბირთვული იარაღი (ან ატომური იარაღი) — ფეთქებადი მოწყობილობა, რომელშიც ენერგიის წყაროს წარმოადგენს ბირთვული რეაქცია. ეს რეაქცია იყოფა ორ კლასად:

ატომის ბირთვების დაყოფა

ამ კლასში გამოიყენება მძიმე ელემენტის ბირთვის გახლეჩის ეფექტი, რის შემდეგაც წარმოიქმნება ორი შედარებით მსუბუქი ელემენტის ბირთვი. მძიმე ელემენტებად, როგორც წესი გამოიყენება ურანი და პლუტონიუმი. ბირთვული რეაქციის ეს კლასი ეყრდნობა ე.წ. მასის დეფიციტის პრინციპს. ეს პრინციპი აღწერა ალბერტ აინშტაინმა ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში. იგი გულისხმობს შემდეგს: ატომის ბირთვის შემადგენელი ნაწილაკების ენერგია, როცა ისინი ბირთვული ველის ზემოქმედებით ერთმანეთთან იმყოფებიან ბმულ მდგომარეობაში ნაკლებია ვიდრე ამ ნაწილაკების ენერგიების ჯამი, როცა ისინი იმყოფებიან თავისუფალ, არა ბმულ მდგომარეობაში. ამ რეაქციის განსახორციელებლად აუცილებელია რამდენიმე პირობის დაცვა. ასაფეთქებელი ნივთიერება (ურანი ან პლუტონიუმი. შესაძლებელია სხვა ნივთიერებათა გამოყენებაც, მაგრამ მთელი რიგი სირთულეების გამო, იარაღში გამოიყენება მხოლოდ ეს ორი) ხასიათდება ე.წ. კრიტიკული მასით. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვულ რეაქციაში მონაწილეობს ნივთიერების დისკრეტული მასები. მაგალითად, ურანის პირველი კრიტიკული მასა არის 9 კილოგრამი. თუ იქნება მცდელობა აფეთქებულ იქნას 10 კილოგრამი, აქედან რეაქციაში შევა მხოლოდ 9 კილოგრამი, ხოლო 1 კგ უბრალოდ გაიფანტება და თანაც ხელს შეუშლის რეაქციის ეფექტურობას. შემდეგი პირობა მდგომარეობს იმაში, რომ რეაქციის დასაწყებად დიდი საწყისი ენერგიაა საჭირო. ამისათვის ურანის იდეალური ფორმის ბირთვს ათავსებენ ჩვეულებრივი ასაფეთქებელი ნივთიერების ზუსტად ცენტრში და აფეთქებენ. ამასთან ურანი უნდა იყოს გამდიდრებული და ძალიან სუფთა, მინარევებისაგან სრულად გაწმენდილი. ურანის გამდიდრება არის ძალიან რთული ტექნოლოგიური საკითხი და ნიშნავს ურანის დიდი მასიდან იზოტოპ U²³⁵-ს გამოყოფას. თვითონ რეაქცია მიმდინარეობს ჯაჭვური, იგივე ზვავის ეფექტის პრინციპით. ანუ ურანის ბირთვი დაშლისას გამოასხივებს ნეიტრონებს, რომლებიც თავის მხრივ ეჯახებიან ურანის სხვა ბირთვებს და ხლიჩავენ მას. ისინიც თავის მხრივ გამოასხივებენ ნეიტრონებს და ა.შ. სწორი დაგეგმარების პირობებში რეაქცია მიმდინარეობს დიდი, აფეთქების სიჩქარით.

ატომის ბირთვების სინთეზი

ამ კლასს თერმობირთვული რეაქცია ჰქვია და მასში გამოიყენება მსუბუქი ელემენტის ბირთვების სინთეზის ეფექტი, რის შემდეგაც წარმოიქმნება ერთი შედარებით მძიმე ელემენტის ბირთვი. მსუბუქ ელემენტად გამოიყენება წყალბადის ბირთვი. ეს კლასიც ეყრდნობა მასის დეფიციტის პრინციპს. ამ რეაქციაში გამოიყენება წყალბადის იზოტოპები, დეიტერიუმი - "მძიმე წყალი" ან ტრიტიუმი - "ზემძიმე წყალი". წყალბადის ბირთვი ძირითადად წარმოადგენს ერთ ცალ პროტონს. მისი იზოტოპი დეიტერიუმი არის ერთი პროტონის და ერთი ნეიტრონის ბმა. წყალბადის იზოტოპი ტრიტიუმი არის ერთი ცალი პროტონის და ორი ნეიტრონის ბმა. ეს იზოტოპები იშვიათად გვხვდება ბუნებაში და მათი გარკვეული რაოდენობის მიღება ურთულესი ტექნოლოგიური საკითხია. რეაქციის არსი მდგომარეობს შემდეგში: წყალბადის ბირთვებს ენიჭება იმდენად დიდი ენერგია, რომ ურთიერთ შეჯახებისას ისინი გადალახავენ ბირთვული ველის წინააღმდეგობას და ჩაჭერილი ხდებიან მის მიერ, ხდება ბირთვების სინთეზი, მიიღება ჰელიუმის ბირთვი. ამ რეაქციის დროს გამოთავისუფლდება ნეიტრონი. ამ რეაქციის დროს გამოყოფილი ენერგია რამდენიმე თანრიგით აღემატება ბირთვების გახლეჩის რეაქციის ენერგიას. ამ რეაქციისათვის საჭირო ენერგიის მისაღებად მუშა ელემენტს (წყალბადს) ათავსებენ ბირთვული აფეთქების ეპიცენტრში.

ბირთვული იარაღის შექმნის ისტორია

ბირთვული იარაღის შექმნაზე მუშაობა დაიწყო XX საუკუნის 30-იანი წლების დასაწყისში. ამ სამუშაოებს საფუძვლად დაედო გასული საუკუნის დასაწყისში მომხდარი მთელი რიგი უდიდესი აღმოჩენები ფიზიკაში. ამ აღმოჩენებიდან განსაკუთრებით აღსანიშნავია ალბერტ აინშტაინის მიერ ნაჩვენები "მასის დეფიციტი", რაც გახდა ბირთვული იარაღის თეორიული საფუძველი. თუმცა გარდა ამისა იყო სხვა უმნიშვნელოვანესი აღმოჩენებიც, მაგ. ერნესტ რეზერფორდის ატომის მოდელი (1911 წელი) და სხვა. ბირთვული იარაღის შექმნის პრაქტიკული საფუძველი გახდა დიდი გერმანელი ფიზიკოსის, ოტო ჰანის მიერ 1938 წლის 17 დეკემბერს, ატომის ბირთვის გახლეჩა. სამართლიანობის გულისთვის უნდა ითქვას, რომ ოტო ჰანთან ერთად სამუშაოებში მონაწილეობდა ფრიც შტრასმანი და ლიზა მეიტნერი. ეს უკანასკნელი, ლიზა მეიტნერი, იყო ებრაელი და იგი შემთხვევით გადაურჩა საკონცენტრაციო ბანაკს, მან თავისი კოლეგების, განსაკუთრებით ოტო ჰანის ძალისხმევით მოახერხა გაქცევა შვედეთში. ბოლო, დაუდასტურებელი ინფორმაციით, ატომის ბირთვის გახლეჩვაში, მისი დამსახურება უფრო მეტი იყო, ვიდრე ოტო ჰანის. ამავე პერიოდში გამოქვეყნდა მთელი რიგი თეორიული კვლევების შედეგები, ექსპერიმენტების მასალები. ატომური იარაღის შექმნა რეალობად იქცა. 1941 წლის სექტემბერში გერმანიამ დაიწყო "პროექტი ურანი". პროექტს ხელმძღვანელობდა გენიალური გერმანელი ფიზიკოსი, კვანტური მექანიკა ფუძემდებელი - ვერნერ ჰაიზენბერგი. დასაწყისში პროექტი ძალიან წარმატებულად მიდიოდა წინ, მაგრამ ამ პროექტის შესახებ მალევე შეიტყო მოკავშირეთა დაზვერვამ. ამის შემდეგ მოკავშირეები მუდმივად და ენერგიულად უშლიდნენ ხელს პროექტის მიმდინარეობას. ათასობით ბომბდამშენის, დივერსიული ჯგუფების, ადგილობრივი იატაკქვეშეთის, პარტიზანების საშუალებით ინგრეოდა და ნადგურდებოდა ყველა ქარხანა, შენობა-ნაგებობა, რომელიც ოდნავ მაინც აღძრავდა ეჭვს, რომ ის "პროექტი ურანი"-სთვის შეიძლება ყოფილიყო გამოსადეგი. გარდა ამისა, აშშ ახორციელებდა ოპერაცია "ალსოს"-ს, რომელიც ითვალისწინებდა სპეცსამსახურების მეშვეობით ყოველგვარი ინფორმაციის მოძიებას გერმანული პროექტის მიმდინარეობის შესახებ.

ამავე დროს, ამერიკის შეერთებულ შტატებში მიმდინარეობდა პროექტი "მანჰეტენი". ამ პროექტზე მუშაობდა მსოფლიო ფიზიკის დიდი თანავარსკვლავედი. და არა მარტო ფიზიკის.

ბირთვული იარაღის მოქმედება

ბირთვული იარაღს გააჩნია 5 დამაზიეანებელი ეფექტი:

დარტყმითი ტალღა. ეს არის მთავარი დამაზიანებელი ფაქტორი. დიდი ინტენსივობის ატმოსფერული ჰაერის ფრონტი, რომელის გავრცელების სიჩქარე, მრავალჯერ აღემატება ბგერის სიჩქარეს. მისი ეფექტი არის დამანგრეველი. ანადგურებს ყველაფერს, რაც შეხვდება გზაზე, შენობა-ნაგებობებს, ტექნიკას და ა.შ.
სინათლის გამოსხივება. მაღალი ინტენსივობის გამოსხივება ხილულ და ინფრაწითელ დიაპაზონში. ეს გამოსხივება იწვევს ლითონების აორთქლება-დნობას, ყველაფრის აალებას, რასაც ცეცხლი ეკიდება, ნივთიერებების დაშლას.
რადიოაქტიური გამოსხივება. მაღალ ენერგეტიკული გამა, ნეიტრონების, ასევე ალფა და ბეტა ნაწილაკების გამოსხივება. აქედან ალფა და ბეტა ნაწილაკების დაბრკოლებაში შეღწევის უნარი დაბალია, მათი მუხტის გამო. სამაგიეროდ ნეტრონების და უფრო მეტად გამა გამოსხივებას შეღწევის დიდი უნარი გააჩნიათ. მათგან თავდაცვისთვის გამოიყენება ბეტონი, ტყვიის ფენა და სხვა. ეს გამოსხივება იწვევს ნივთიერების იონიზაციას და შესაბამისად, მისი სტრუქტურის შეცვლას. აზიანებს ელექტროტექნიკას, მგრძნობიარე მოწყობილობებს, ნახევარგამტარებს, ინფორმაციის მატარებელ მოწყობილობებს(მაგ. ფლეშ ბარათი) და სხვა. ადამიანში და სხვა ცოცხალ ორგანიზმებში იწვევს რადიოაქტიურ დამწვრობებს და სხივურ დაავადებებს.
ელექტრომაგნიტური იმპულსი. დიდი ინტენსივობის ელექტრომაგნიტური ტალღა. აზიანებს ელექტრო მოწობილობებს, მათ შორის კვებიდან გამორთულსაც. აზიანებს კავშირგაბმულობის საშუალებებს, ხაზებს, ტრანსფორმატორებს და სხვა.
რადიოაქტიური დაბინძურება. ხდება ბირთვული აფეთქების შედეგად, ასაფეთქებელი ნივთიერების ნარჩენების მიმოფანტვა ტერიტორიაზე. ასევე, დიდი ინტენსივობის გამოსხივების გამო, ხდება ჩვეულებრივ ნივთიერებებში რადიოაქტიური იზოტოპების წარმოქმნა. ისინი კი თავის მხრივ ხასიათდებიან რადიოაქტიური გამოსხივებით. მათი ნახევარდაშლის პერიოდი არის რამდენიმე დღითან, რამდენიმე ათას წლამდე. უნდა აღინიშნოს, რომ ბირთვული აფეთქების შედეგად უფრო მეტად ხდება დაბინძურება, ვიდრე თერმობირთვული აფეთქებისას.

დამაზიანებელი ფაქტრორების მოქმედების მანძილი დამოკიდებულია აფეთქების სიმძლავრეზე. ბირთვული(თერმობირთვული) აფეთქების სიმძლავრის სააზომად გამოიყენება, მისი ექვივალენტურობა ტროტილის რაოდენობის აფეთქების სიმძლავრესთან. ძირითადად ეს რაოდენობები კილოტონებით- კტ. იზომება. პირობითად იყოფა რამდენიმე ნაწილად:

ძალიან მცირე სიმძლავრის 1 კტ.
მცირე სიმძლავრის 1-10 კტ.
საშუალო სიმძლავრის 10-100 კტ.
დიდი სიმძლავრის 100 კტ - 1 მგტ(მეგატონა)
ზემძლავრი 1 მგტ-ზე მეტი

ყველაზე მძლავრი აფეთქება, 58,6 მეგატონის სიმძლავრის, მოახდინა რუსეთმა 1961 წლის 30 ოქტომბერს. ოფიციალური ვერსიით, ეს იყო ბომბი, რომელიც ჩამოაგდო ტუ95-მა, კუნძულ "ახალი მიწის" პოლიგონზე. თუმცა, როგორც მოგვიანებით გახდა ცნობილი, ეს იყო არა ბომბი, არამედ დაახლოებით სამსართულიანი სახლის სიმაღლის დანადგარი. ყველა შემთხვევაში, მისი აფეთქებით გამოწვეულმა დარტყმითმა ტალღამ, დედამიწას 3-ჯერ შემოუარა. მისი აფეთქება დაარეგისტრირა დედამიწის ყველა სპეციალიზებულმა სენსორმა. ასევე სეისმურმა სენსორებმა.

ბირთვული იარაღი მხოლოდ ორჯერ იყო გამოყენებული ომში. მე-2 მსოფლიო ომის დროს, აშშ-ს მიერ იაპონიის წინააღმდეგ. მის გამოყენებას წინ უძღოდა მისი გამოყენების მიზანშეწონილობის ფართომასშტაბიანი განხილვა სამხედრო, პოლიტიკურ და სამეცნიერო წრეებში. მას შემდეგ, რაც სამხედროებმა დადეს დასკვნა, რომ ომის დამთავრებას კიდევ მინიმუმ 2 წელი დასჭირდებოდა, ხოლო მსხვერპლი ორივე მხრიდან რამდენიმე მილიონს მიაღწევდა, პრეზიდენტმა ჰარი ტრუმენმა მიიღო გადაწყვეტილება ბირთვული იარაღის გამოყენების შესახებ. 1945 წლის 6 აგვისტოს, ქალაქ ჰიროსიმის თავზე ბომბდამშენმა ბ-29-მ ჩამოაგდო ატომური ბომბი. აფეთქების სიმძლავრემ 25 კტ შეადგინა. 9 აგვისტოს დაიბომბა ქალაქი ნაგასაკი. შედეგი იმდენად გამაოგნებელი იყო, რომ მიწის ყოველი სანტიმეტრის დასაცავად გამზადებული იაპონიის იმპერატორმა უსიტყვო კაპიტულაციას მოაწერა ხელი.

ბირთვული იარაღის მოწინააღმდეგემდე მისატანად გამოიყენება რამდენიმე საშუალება. ყველაზე ცხადი და თვალშისაცემი - საავიაციო ბომბი. დღეისთვის ისინი ნაკლებად გამოიყენება. მიტანის ძირითად საშუალებად სხვადასხვა ტიპის და დანიშნულების რაკეტები იქცა. ფრთოსანი და ბალისტიკური რაკეტები, ახლო, საშუალო და კოტინეტშორისი მოქმედების. რაკეტები შეიძლება იყოს მიწაზე ბაზირებულ გამშვებზე. ასევე საავტომობილო ან სარკინიგზო შასიზე. მაში გაშვება შეიძლება წყალქვეშა და წყალზედა გემებიდან, თვითმფრინავებიდან. ერთ რაკეტას შეიძლება მიჰქონდეს რამდენიმე ქობინი. თანამედროვე რუსული და ამერიკული რაკეტები 8-დან 16-მდე ბირთვული ქობინით არიან აღჭურვილი. ბირთვული ქობინი ასევე შეიძლება ჰქონდეს საზღვაო ტორპედოს. ბირთვული მუხტის გასროლა შესაძლებელია საარტილერო ჭურვით. თუმცა ეს მეთოდი, მრავალი ექსპერიმენტის შემდეგ, არაეფექტურად იქნა ცნობილი და არ გამოიყენება. ბირთვული მუხტით შეიძლება ასევე აღჭურვილ იქნას საზღვაო ნაღმები.

ბირთვული იარაღის შექმნის ტქნოლოგიური პროცესი.

ბირთვული იარაღის შენახვა

ბირთვული იარაღის გავრცელება

ბირთვული იარაღის გამოყენების პრობლემები

ბირთვული იარაღი, ბიოლოგიურ და ქიმიურ იარაღთან ერთად, მიეკუთვნება მასობრივი განადგურების იარაღების ჯგუფს.

ბირთვული იარაღის აფეთქების გამანადგურებელი ფაქტორებია:

ბირთვული მუხტის მიხედვით ანსხვავებენ: თერმობირთვულ იარაღს და ნეიტრონულ იარაღს. ბირთვული იარაღი, დანიშნულების მიხედვით იყოფა: ტაქტიკურ, ოპერატიულ-ტაქტიკურ და სტრატეგიულ ჯგუფებად.

ბირთვული იარაღი მისი შექმნიდან დღემდე, ცივი ომის პერიოდში და შემდეგაც წარმოადგენდა შანტაჟისა და მისი აფეთქებით მუქარის ინსტრუმენტს, როგორც განვითარებადი ასევე განვითარებული სახელმწიფოების ლიდერების და პოლიტიკოსების ხელში. დღეს მსოფლიო უდიდესი საშიშროების წინაშე დგას, რაც თავის მხრივ უკავშირდება საერთაშორისო ტერორიზმის და ამ მოძრაობის ბირთვული იარაღით აღჭურვის რეალურ საფრთხეს.

მოქმედების პრინციპი

ბირთვულ იარაღის მოქმედების პრინციპი ეფუძნება უმართავ ბირთვულ რეაქციას. იმისთვის, რომ რეაქცია შევიდეს ჯაჭვური რეაქციის ფაზაში, აუცილებელია შესაბამისი ”საწვავი”, ურანის იზოტოპის სახით. ურანი ბუნებაში გვხვდება ორი სხვადასხვა იზოტოპის სახით - ურანი-235 და ურანი-238. მას შემდეგ, რაც ურანი-235 შთანთქვას თავისუფალ ნეიტრონს - იგი იშლება და ერთი მიღებულის მაგივრად, ასხივებს სამ ნეიტრონს, რომლებიც ეჯახებიან რა სხვა ურანი-235 ბირთვებს - იწვევენ მათ დაშლა-აფეთქებას.

$U^{235}+21845_{0}^{1}\to U^{236}\to Kr^{92}+Ba^{141}+3n_{0}^{1}$

ურანი-238, საპირის პიროდ, ნეიტრონის შთანთქმისას არ გამოყოფს ახალ ნეიტრონებს, არამედ უბრალოდ შთანთქავს მათ და აფერხებს აფეთქებას. ნეიტრონის შთანთქმით იგი გადაიქცევა ურანი-239-ად, შემდეგ ნეპტუნი-239-ად და საბოლოოდ, შედარებით სტაბილურ, პლუტონიუმ-239-ად.

რესურსები ინტერნეტში

Nuclear Weapon Archive from Carey Sublette is a reliable source of information and has links to other sources and an informative FAQ.
The Federation of American Scientists provide solid information on weapons of mass destruction, including nuclear weapons and their effects
Alsos Digital Library for Nuclear Issues – contains many resources related to nuclear weapons, including a historical and technical overview and searchable bibliography of web and print resources.
Video archive of US, Soviet, UK, Chinese and French Nuclear Weapon Testing დაარქივებული 2012-12-05 საიტზე Archive.isCategory:Webarchive template archiveis links at sonicbomb.com
The National Museum of Nuclear Science & History (United States) – located in Albuquerque, New Mexico; a Smithsonian Affiliate Museum
Nuclear Emergency and Radiation Resources
The Manhattan Project: Making the Atomic Bomb დაარქივებული 2009-02-09 საიტზე Wayback Machine. at AtomicArchive.com
Los Alamos National Laboratory: History (U.S. nuclear history)
Race for the Superbomb, PBS website on the history of the H-bomb
Recordings of recollections of the victims of Hiroshima and Nagasaki დაარქივებული 2021-03-22 საიტზე Wayback Machine.
The Woodrow Wilson Center's Nuclear Proliferation International History Project დაარქივებული 2015-08-12 საიტზე Wayback Machine. or NPIHP is a global network of individuals and institutions engaged in the study of international nuclear history through archival documents, oral history interviews and other empirical sources.
NUKEMAP3D – a 3D nuclear weapons effects simulator powered by Google Maps.

ეს სტატია ფიზიკის შესახებ ჯერჯერობით ესკიზია. თქვენ შეგიძლიათ დაგვეხმაროთ მის შევსებაში.