فیزیک برای زندگی

فیزیک برای زندگی

مباحث علم فیزیک
فیزیک برای زندگی

فیزیک برای زندگی

مباحث علم فیزیک

بمب هیدروژنی tsar

Wikipedia Forever Our shared knowledge. Our shared treasure. Help us protect it.
Wikipedia Forever Our shared knowledge. Our shared treasure. Help us protect it.

Tsar Bomba

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search
AN602
Tsar photo11.jpg
The Tsar Bomba mushroom cloud
TypeThermonuclear weapon
Place of origin Soviet Union
Production history
Number built1 (plus one mock bomb)
Specifications
Weight27 tons
Length8 metres
Diameter2 metres

Blast yield50 megatons of TNT (210 PJ)

Coordinates: 73°32′40″N 54°42′21″E / 73.54444°N 54.70583°E / 73.54444; 54.70583

Tsar Bomba (Russian: Царь-бомба), literally "Tsar-bomb", is the nickname for the AN602 hydrogen bomb — the largest, most powerful nuclear weapon ever detonated, and currently the most powerful explosive ever created by humanity.

Developed by the Soviet Union, the bomb was originally designed to have a yield of about 100 megatons of TNT (420 PJ); however, the bomb yield was reduced by half in order to limit the amount of nuclear fallout that would result. Only one bomb of this type was built and tested on October 30, 1961, in the Novaya Zemlya archipelago.[1]

The remaining bomb casings are located at the Russian Atomic Weapon Museum, Sarov (Arzamas-16), and the Museum of Nuclear Weapons, All-Russian Research Institute of Technical Physics, Snezhinsk (Chelyabinsk-70). Neither of these casings has the same antennae configuration as the actual device that was tested.

Site of the detonation

The Tsar Bomba is attributed with many names in literature: Project number – Project 700; Product code – Product code 202 (Izdeliye 202); Article designations – RDS-220 (РДС-220), RDS-202 (РДС-202), RN202 (PH202), AN602 (AH602); Codename – Vanya; Nicknames – Big Ivan, Tsar Bomba. The term "Tsar Bomba" was coined in an analogy with two other massive Russian objects: the Tsar Kolokol, the world's largest bell, and the Tsar Pushka, the world's largest howitzer. Although the bomb was so named by Western sources,[citation needed] the name is now used in Russia as well.

Contents

[hide]

[edit] Design

A Tsar Bomba-type casing on display at Sarov

The Tsar Bomba was a three-stage hydrogen bomb with a yield of 50 megatons (Mt).[2] This is equivalent to 10 times the explosives used in World War II combined, including Little Boy and Fat Man, the bombs that destroyed Hiroshima and Nagasaki.[3] A three-stage H-bomb uses a fission bomb primary to compress a thermonuclear secondary, as in most H-bombs, and then uses energy from the resulting explosion to compress a much larger additional thermonuclear stage. However, there is evidence that the Tsar Bomba had a number of third stages rather than a single very large one.[4]

The initial three-stage design was capable of approximately 100 Mt, but would have caused too much radioactive fallout. To limit fallout, the third stage and possibly the second stage had a lead tamper instead of a uranium-238 fusion tamper (which greatly amplifies the reaction by fissioning uranium atoms with fast neutrons from the fusion reaction). This eliminated fast fission by the fusion-stage neutrons, so that approximately 97% of the total energy resulted from fusion alone (as such, it was one of the "cleanest" nuclear bombs ever created, generating a very low amount of fallout relative to its yield). There was a strong incentive for this modification since most of the fallout from a test of the bomb would fall on populated Soviet territory.[4][5]

The components were designed by a team of physicists headed by Academician Julii Borisovich Khariton and including Andrei Sakharov, Victor Adamsky, Yuri Babayev, Yuri Smirnov, and Yuri Trutnev. Shortly after the Tsar Bomba was detonated, Sakharov began speaking out against nuclear weapons, which culminated in his becoming a dissident.[1][5]

[edit] The test

The Tsar Bomba's massive fireball, measuring 8 kilometres (5.0 mi) in diameter, touched the ground and nearly reached the altitude of the deploying Tu-95 bomber.

The Tsar Bomba was flown to its test site by a specially modified Tu-95V release plane, flown by Major Andrei Durnovtsev, which took off from an airfield in the Kola peninsula. The release plane was accompanied by a Tu-16 observer plane that took air samples and filmed the test. Both aircraft were painted with a special reflective white paint to limit heat damage.

The bomb, weighing 27 tons, was so large (8 metres (26 ft) long by 2 metres (6.6 ft) in diameter) that the Tu-95V had to have its bomb bay doors and fuselage fuel tanks removed. The bomb was attached to an 800 kilogram fall-retardation parachute, which gave the release and observer planes time to fly about 45 kilometres (28 mi) from ground zero.

The Tsar Bomba detonated at 11:32 on October 30, 1961 over the Mityushikha Bay nuclear testing range (Sukhoy Nos Zone C), north of the Arctic Circle on Novaya Zemlya Island in the Arctic Sea. The bomb was dropped from an altitude of 10.5 kilometres (6.5 mi); it was designed to detonate at a height of 4 kilometres (2.5 mi) over the land surface (4.2 kilometres (2.6 mi) over sea level) by barometric sensors.[1][4][5]

The original U.S. estimate of the yield was 57 Mt, but since 1991 all Russian sources have stated its yield as 50 Mt. Khrushchev warned in a filmed speech to the Communist parliament of the existence of a 100 Mt bomb (technically the design was capable of this yield). The fireball touched the ground, reached nearly as high as the altitude of the release plane, and was seen and felt almost 1,000 kilometres (620 mi) from ground zero. The heat from the explosion could have caused third degree burns 100 km (62 miles) away from ground zero. The subsequent mushroom cloud was about 64 kilometres (40 mi) high (nearly seven times higher than Mount Everest) and 40 kilometres (25 mi) wide. The explosion could be seen and felt in Finland, breaking windows there and in Sweden. Atmospheric focusing caused blast damage up to 1,000 kilometres (620 mi) away. The seismic shock created by the detonation was measurable even on its third passage around the Earth.[6] Its seismic body wave magnitude was about 5 to 5.25.[7] The energy yield was around 7.1 on the Richter scale[citation needed], but since the bomb was detonated in air rather than underground, most of the energy was not converted to seismic waves.

Since 50 Mt is 2.1×1017 joules, the average power produced during the entire fission-fusion process, lasting around 39 nanoseconds, was about 5.4×1024 watts or 5.4 yottawatts (5.4 septillion watts). This is equivalent to approximately 1.4% of the power output of the Sun.[8]

The Tsar Bomba is the single most physically powerful device ever utilized. Its size and weight excluded a successful delivery in case of a real war.[9] By contrast, the largest weapon ever produced by the United States, the now-decommissioned B41, had a predicted maximum yield of 25 Mt, and the largest nuclear device ever tested by the US (Castle Bravo) yielded 15 Mt (this was due to a runaway reaction; the design yield was approximately 5 Mt).

[edit] Analysis

Comparative fireball radii for a selection of nuclear weapons, including the Tsar Bomba. Full blast effects extend many times beyond the radii of the fireballs themselves.
Zone of total destruction of the Tsar Bomba (as an example - over a map of Paris): red circle = total destruction (radius 35 kilometers), yellow circle = fireball (radius 3.5 kilometers).

The weight and size of the Tsar Bomba limited the range and speed of the specially modified bomber carrying it and ruled out its delivery by an ICBM (although on December 24, 1962, a 50 Mt ICBM warhead developed by Chelyabinsk-70 was detonated at 24.2 Mt to reduce fallout).[10] In terms of physical destructiveness, much of its high yield was inefficiently radiated upwards into space. It has been estimated that detonating the original 100 Mt design would have released fallout amounting to about 25 percent of all fallout emitted since the invention of nuclear weapons.[11] Hence, the Tsar Bomba was an impractically powerful weapon. The Soviets decided that such a test blast would create too great a risk of nuclear fallout and a near certainty that the release plane would be unable to reach safety before detonation.[12]

The Tsar Bomba was the culmination of a series of high-yield thermonuclear weapons designed by the USSR and USA during the 1950s (examples include the Mark-17[13] and B41). Such bombs were designed because:

  • The nuclear bombs of the day were large and heavy, regardless of yield, and could only be delivered by strategic bombers. Hence yield was subject to dramatic economies of scale;
  • It was feared that many bombers would fail to reach their targets because their size and low speed made detection and interception easy. Hence maximizing the firepower carried by any single bomber was considered vital;
  • Prior to satellite intelligence, each side lacked precise knowledge of the location of the other's military and industrial facilities;
  • A bomb dropped without benefit of advanced inertial navigation systems could easily miss its intended target. Parachute retardation would only worsen the bomb's accuracy.

Thus certain bombs were designed to destroy an entire large city even if dropped five to ten kilometres from its centre. This objective meant that yield and effectiveness were positively correlated, at least up to a point. However, the advent of ICBMs accurate to 500 metres or better made such a design philosophy obsolete. Subsequent nuclear weapon design in the 1960s and 1970s focused primarily on increased accuracy, miniaturization, and safety. The standard practice for many years has been to employ multiple smaller warheads (MIRVs) to "carpet" an area. This is believed to result in greater ground damage.[citation needed]

[edit] Documentary

Footage from a Soviet documentary about the bomb is featured in Trinity and Beyond: The Atomic Bomb Movie (Visual Concept Entertainment, 1995), where it is referred to as the Russian monster bomb.[14] The movie incorrectly states that the Tsar Bomba project broke the moratorium on nuclear tests. Soviets restarted their tests two months before Tsar Bomba, and there was no de jure moratorium in place at the time (the U.S. had already announced that it considered itself free to resume testing without further notice).[15]

بمب الکترومغناطیس

بمب الکترومغناطیس: سلاحی ویرانگر اما با وجدان! (+عکس)

بمب الکترومغناطیس: سلاحی ویرانگر اما با وجدان! (+عکس)

زمانی را تصور کنید که در یک شهر آرام به سر می‌برید. ناگهان نور شدیدی ساطع می‌شود و در یک لحظه همه چیز در خاموشی فرو میرود. بوی سوختن وسایل الکتریکی در فضا می‌پیچد...
 

وقتی بیشتر افراد به سلاح‌های هسته‌ای فکر می‌کنند، تصاویری از نابودی ساختمان‌ها، بلند شدن توده‌ای از ابرهای های قارچی شکل و شهرهایی ویران شده جلوی چشمشان می‌آید.
مردم در مورد سلاح‌های هسته‌ای به این مسئله توجه نمی‌کنند که انفجار تنها آغاز کار است و بقیه مضرات این سلاح‌ها مانند تشعشعات رادیواکتیو را کمتر مورد توجه قرار می‌دهند. یکی از انواع تشعشعاتی که توسط سلاح‌های هسته‌ای ساطع می‌شوند پالس های الکترو مغناطیس هستند.

یک پالس الکترومغناطیس یک نیروی قوی الکتریکی است که از تغییرات اثر کامپتون که بازتاب کامپتون نامیده می‌شود ایجاد می‌شود. این پالس که پس از یک انفجار هسته ای ایجاد می‌شود با تولید یک جریان الکتریکی بسیار قوی باعث از کار افتادن اجزای الکتریکی به خصوص نیمه هادی‌ها می‌شود. دامنه تاثیر این پالس فقط به دستگاه‌های الکتریکی روی زمین محدود نمی‌شود و هواپیماها، هلیکوپترها و تمام وسیله‌های هوایی دارای سیستم‌های الکترونیکی نیز در معرض حمله قرار می‌گیرند. در حقیقت هر وسیله الکتریکی که در معرض این پالس قرار بگیرد به یک وسیله بی استفاده مبدل می‌شود.
 
در شعاع تشعشع این انفجار شهر در تاریکی فرو رفته است
 
بمب‌های الکترومغناطیس بمب‌هایی هستند که برای تخریب هدف خود، از یک پالس شدید الکترومغناطیس بهره می‌گیرند. این پالس الکترومغناطیس، تمام سامانه‌های الکتریکی و الکترونیکی در شعاع تخریب را از کار می‌اندازد. از آنجاییکه بدن انسان و موجودات زنده در مقابل امواج الکترومغناطیس مقاوم است، انفجاراین نوع بمب تلفات جانی به همراه ندارد، اما اثرات مخرب آن بر روی سامانه های اطلاعاتی، عملا جامعه هدف را به پیش از عصر اطلاعات باز میگرداند!

زمانی را تصور کنید که در یک شهر آرام به سر می‌برید. ناگهان نور شدیدی ساطع می‌شود و در یک لحظه همه چیز در خاموشی فرو میرود. بوی سوختن وسایل الکتریکی در فضا می‌پیچد، پوشش سیم ها سوخته و خطوط نازک تلفن قطع می‌شود و مهم تر از همه اینکه درون هیچ کامپیوتری حتی یک بیت اطلاعات باقی نمانده و در عین حال هیچ کس کوچکترین آسیبی ندیده است. پس از انفجار بمب الکترومغناطیسی بر فراز چنین شهری، در کسری از ثانیه یک تا دو میلیارد وات انرژی الکتریکی کلیه سیستمهای مخابراتی، رادیویی و تلویزیونی را از کار می‌اندازد. برق شهر قطع می‌گردد، مدار الکتریکی همه کامپیوترها می‌سوزد. تمام باتری ها و خازن ها منفجر می‌شوند. لامپ تصویر همه تلویزیون ها و مانیتورهای خاموش یا روشن، نورانی شده و می‌سوزد. همه موتورهای الکتریکی با آخرین دور به گردش در می‌آیند و همه از کار می‌افتند و ناگهان شهر در تاریکی فرو می‌رود. شهر بدون الکتریسیته، موتور، باتری، مخابرات و حرکت کاملا فلج می‌شود. همه این اتفاقات با سرعت نور یعنی کسری از ثانیه پس از انفجار یک بمب الکترومغناطیسی در حوزه میدان مغناطیسی آن اتفاق می‌افتد.

اثر پالس الکترومغناطیس در طی آزمایش‌های هسته‌ای مشاهده شد. در سال ۱۹۵۸ زمانی که نیروی دریای آمریکا در حال آزمایش بمب‌های قوی هسته ای بر فراز اقیانوس آرام بود، اختلالات الکترونیکی بسیاری در جزایر هاوایی و استرالیا گزارش شد. بعد از تحقیقات بسیار مشخص شد که عامل این اختلالات الکترونیکی، پالس های الکترومغناطیسی بودند که پس از انفجار این بمب های هسته ای تا مایل ها دورتر متشعشع شده بودند.
 

بمب هسته ای

انواع بمب هاى هسته اى
انواع بمب هاى هسته اى
ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم 238) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نیست. چرا که با شلیک نوترونى به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشکیل اورانیوم 239 از احتمال شکافت هسته اى بسیار بیشتر است. درحالى که در اورانیوم 235 امکان شکافت هسته اى بیشتر است.

[ کوانتوم و فیزیک جدید ]

چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟

ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم 238) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نیست. چرا که با شلیک نوترونى به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشکیل اورانیوم 239 از احتمال شکافت هسته اى بسیار بیشتر است. درحالى که در اورانیوم 235 امکان شکافت هسته اى بیشتر است.

همین خاطر براى تهیه مقدار مورد نیاز اورانیوم 235 براى ساخت بمب، به مقدار زیادى از اورانیوم طبیعى نیاز است. در عین حال ایزوتوپ هاى 235 و 239 اورانیوم به روش هاى شیمیایى قابل جداسازى نیستند؛ چرا که از لحاظ شیمیایى یکسانند. بنابراین دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب باید مسئله دیگرى را حل مى کردند؛ جداسازى ایزوتوپ هاى اورانیوم به روش هاى غیرشیمیایى. پژوهش ها همچنین نشان مى داد که پلوتونیوم239 قابلیت شکافت هسته اى بالایى دارد. گرچه پلوتونیوم 239 یک عنصر طبیعى نیست و باید ساخته شود. رآکتورهاى هنفورد در واشینگتن به همین منظور ساخته شده اند.

«پسربچه»:Little boy یک بمب شلیکى

طرح «پسربچه» شامل تفنگى است که توده اى از اورانیوم 235 را به سمت توده دیگرى از این ایزوتوپ شلیک مى کند. به این ترتیب یک جرم فوق بحرانى تولید مى شود. نکته اساسى که حتماً باید رعایت شود این است که این توده ها باید در زمانى کوتاه تر از حدفاصل بین شکافت هاى خود به خودى در کنار هم نگه داشته شوند. به محض اینکه دو توده اورانیوم در کنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را تولید مى کند و زنجیره واکنش ها آغاز مى شود. با ادامه این زنجیره، انرژى مدام افزایش مى یابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.

1- در دنباله پلیسه بردارى
۲- مخروط دم
۳- لوله هاى ورود هوا
۴- چاشنى فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربى
۶- بازوى چاشنى
۷- سرانفجارى
۸- چاشنى انفجارى معمول
۹- اورانیوم 235 (گلوله)
۱۰- سیلندر توپ
۱۱- اورانیوم 235 (هدف) با مخزن
(منعکس کننده نوترون درست این بالا است)
۱۲- میله هاى کنترل فاصله
۱۳- فیوزها

«مرد چاق»Fat man : بمب انفجار درونى

شکافت خودبه خودى پلوتونیوم 239 آنقدر سریع است که بمب  تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونیوم را در زمانى کوتاه تر از حد فاصل شکافت ها کنار هم نگه دارد. بنابراین براى پلوتونیوم باید نوع دیگرى از بمب طراحى شود. قبل از سوارکردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجیره واکنش پیش رس را آغاز کنند. این زنجیره موجب کاهش عظیم انرژى منتشر شده مى شود. «ست  ندرمى یر» (دانشمندى از لس آلاموس) ایده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى کمپرس بسیار سریع کره پلوتونیوم مطرح کرد و بسط داد. با این روش کره پلوتونیوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

1- فیوز تخریب AN219:
۲- :
Archie آنتن رادار
۳- صفحه باترى ها
۴- واحد :
Xسیستم جرقه زن کنار چاشنى
۵- لولا براى ثابت  نگه داشتن دو بخش بیفوى بمب
۶- لنز پنج ضلعى با قابلیت انفجار بالا
۷- لنز شش ضلعى با قابلیت انفجار زیاد
۸- چتر نجات کالیفرنیا دنباله (آلومینیوم)
۹- حفاظ دور، قطر داخلى
cm ۱۴۰
۱۰- مخروط هایى که کل کره را در بر مى گیرند
۱۱- لنزهاى انفجارى
۱۲- ماده هسته اى
۱۳- صفحه رادارها، سوئیچ هاى هوا و تایمرها
۱۴- جمع کننده لوله هوا

 

بمب انفجار داخلى: بمب کثیف

انفجار درونى که در واقع عکس انفجار بیرونى است ماده و انرژى را چگال و متمرکز مى کند. ویرانى ساختمان بر اثر انفجار بیرونى باعث مى شود که ساختمان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود که «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بیرونى، یک کره توخالى پلوتونیوم مى تواند با چاشنى کروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه یک بمب شکافت هسته اى به کار رود. این بمب هم به نوبه خود مى تواند یک ماشه انفجار داخلى براى یک جور هم جوشى باشد. در بحث کاویتاسیون انفجار درونى یک فرآیند مکثى است که ذرات را مجبور به حرکت به سمت داخل مى کند (نه حرکت به سمت خارج که مربوط به انفجار بیرونى است) این حرکت مرکزگراى درونى، از یک مسیر مستقیم به سمت مرکز (مسیر شعاعى) پیروى نمى کند، بلکه با چرخش روى یک مسیر مارپیچى حرکتش را انجام مى دهد. این حرکت چرخشى ورتکس نام دارد. در کاویتاسیون به خاطر فشار کم، حباب هاى کوچکى از بخار آب در یک سمت پروانه تشکیل مى  شود. با تخریب این حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شدیدى به وجود مى آید که سر و صدا تولید مى کند و منجر به شکست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه این روند سایش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتکس این است که خارج آن کند و مرکز آن تند حرکت مى کند. در ورتکس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى که از آب سنگین ترند به مرکز جریان کشیده مى شوند، مقاومت اصطکاکى کاهش مى یابد و سرعت جریان زیاد مى شود.

مراحل انفجار داخلى

  یک که ماده شکافت پذیر را در برگرفته است، مشتعل مى شود. سرعت این موج ناگهانى از سرعت صوت بیشتر است و سبب افزایش قابل توجه شار مى رود. موج در یک لحظه به تمام نقاط روى سطح کروى ماده شکافت پذیر در هسته بمب حمله مى کند، فرآیند تراکم  آغاز مى شود.

3

رها شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زیاد منجر مى شود. به همین دلیل خیلى از تولیدات اولیه باى پس مى شوند.۵ زنجیره واکنش ها همچنان ادامه مى یابد. تا زمانى که انرژى تولید شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود که فشار درونى (ناشى از انرژى شکافت) به مقدارى بیش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶

 با از هم جدا کردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآیند شکافت، به اطراف انتقال مى یابد.

بمب هیدروژنى

بازده هیدروژنى به وسیله مقدار لیتیوم دوتراید deuteride و نیز مواد شکافت پذیر اضافه کنترل مى شود. براى تامین نوترون هاى اضافه فرآیند هم جوشى fusion معمولاً اورانیوم 238 در بخش هاى مختلف بمب به کار مى رود. این ماده شکافت پذیر اضافه (اورانیوم 238) در عین حال تشعشعات اتمى باکیفیت بالا نیز تولید مى کند.

 

بمب نوترونى

بمب نوترونى یک بمب هیدروژنى است. بمب نوترونى به کلى با سایر سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا که اثرهاى مهلک بمب که از تشعشعات مضر مى آید، به خاطر نوترون هایى است که خودش رها مى کند. این بمب همچنین به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدین صورت است که آثار حرارتى و تخریبى این بمب نسبت به سایر سلاح هاى اتمى کمتر است. به همین دلیل ساختارهاى فیزیکى مثل ساختمان ها و مراکز صنعتى کمتر خسارت مى بینند و بمب بیشترین آسیب را به انسان وارد مى کند. از آنجا که اثرات تشعشع نوترون با افزایش فاصله به شدت کاهش مى یابد اثر بمب در مناطق نزدیک به آن و مراکز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. این ویژگى کاملاً مطلوب کشورهاى عضو پیمان آتلانتیک شمالى (ناتو) است، چرا که آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى که انواع دیگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارایى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و کار دارد.

با افزایش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود که در آن زنجیره واکنش ها به صورت نهایى زیاد مى شود.