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)

R–11 (SS–1 Scud) kis hatótávolságú ballisztikus rakéta előkészítése indításra

LGM–25C Titan II interkontinentális ballisztikus rakéta indítása rakétasilóból. A típust később űrhajózásihordozórakétaként is alkalmazták.

LGM–118A Peacekeeperinterkontinentális ballisztikus rakéta MIRV robbanótölteteinek 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

NATO-kód	SS-6 Sapwood
GRAU-kód	8K71
Funkció	Interkontinentális ballisztikus rakéta Űrhajózási hordozórakéta
Tervező	Szergej Pavlovics Koroljov
Rendszeresítők	Szovjetunió
Szolgálatba állítás	1960. január 20.

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

$V(t)= c \times ln(m_0 / m(t))$ ,

ún. Ciolkovszkij-egyenletet kapjuk.

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

$V(t)= c \times ln(m_0 / (m_0 - m(t)) - gt$

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.

Kisebb fegyverek (puska, tábori ágyú) esetén a ballisztikus pálya nagyjábólparabola.

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.

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).

$d = \frac{v \cos \theta}{g} \left( v \sin \theta + \sqrt{(v \sin \theta)^2 + 2gy_0} \right)$

Amennyiben a hajítás vízszintes felületen a felszínről (0 magasság) történik a megtett távolság:

$d = \frac{v^2 \sin(2 \theta)}{g}$

A maximális távolság akkor érhető el, ha a hajítási szög (θ) 45°. Ez a távolság:

$d = \frac{v^2}{g}$

A repülési idő [szerkesztés]

A repülési idő (t) az az idő, amely a tárgy elhajítása, és a becsapódása között telik el.

$t = \frac{d}{v \cos\theta} = \frac{v \sin \theta + \sqrt{(v \sin \theta)^2 + 2gy_0}}{g}$

A feni egyenlet leegyszerűsíthető, ha θ 45° és y₀ 0.:

$t = \frac{\sqrt{2} \cdot v}{g}$

Hajítási szög [szerkesztés]

A "hajítási szög" az a szög (θ), amellyel a tárgyat el kell hajítani adott d távolság eléréséhez, adott v indítási sebességnél.

$\sin(2\theta) = \frac{gd}{v^2}$

$\theta = \frac{1}{2} \arcsin \left( \frac{gd}{v^2} \right)$

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.

Egy Minuteman III MIRV repülésének mente:

A rakéta az első lépcsős hajtóművével (A) elindul a rakétasilóból.
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 LGM-118A Peacekeeper rakéta Mk-21 MIRV buszán találhatóW78 robbanófejek

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]

„Little Boy”, a hirosimai bomba

„Fat Man”, a Nagaszakira ledobott bomba

A Castle Bravo kísérleti robbantásgombafelhője (1954. március 1., Bikini atoll, 15 megatonna)

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

A Szovjetunió által 1961. október 30-án felrobbantott, „Cár”-bomba makettje múzeumban

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.

Joe 4

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]

Castle Bravo

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	[21]
urán-235	52	17	[21]
neptúnium-236	7	8,7	[22]
neptúnium-237	60	18	[23][24]
plutónium-238	9,04–10,07	9,5-9,9	[25]
plutónium-239	10	9,9	[21][25]
plutónium-240	40	15	[21]
plutónium-241	12	10,5	[26]
plutónium-242	75–100	19-21	[26]
amerícium-241	55–77	20-23	[27]
amerícium-242	9–14	11-13	[27]
amerícium-243	180–280	30-35	[27]
kűrium-243	7.34–10	10-11	[28]
kűrium-244	(13,5)–30	(12,4)–16	[28]
kűrium-245	9,41–12,3	11-12	[28]
kűrium-246	39–70,1	18-21	[28]
kűrium-247	6,94–7,06	9,9	[28]
kalifornium-249	6	9	[22]
kalifornium-251	5	8,5	[22]
kalifornium-252	2,73	6,9	[29]

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]

Ez a szakasz egyelőre erősen hiányos. Segíts te is a kibővítésében!

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: $f = C_D C_T \langle \sigma v \rangle$ , ahol C_D, illetve C_Tjelöli 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 n_D, illetve N_D 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]

UGM–133 Trident II D5 rakéta indítása tengeralattjáróról

A harcászati, vagy taktikai nukleáris fegyverek kisebb hatóerejűek (a legkisebb 0,3 kilotonnástól egészen pár száz kilotonnáig), és a harcmezőn kerülnek bevetésre. Fajtái:

tüzérségi lövedékek,
tengeralattjárók elleni mélységi bombák,
gravitációs légibombák,
harcászati rakéták,
atomaknák.

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 Castle Romeo (11 Mt) kísérleti robbantás gombafelhője

A Starfish Prime magaslégköri kísérleti 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

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.

Nagaszaki bombázása 1945. augusztus 9-én

Teller Ede

Tömegpusztító fegyverek

Típusai
A: Nukleáris fegyverek B: Biológiai fegyverek C: Vegyi fegyverek R: Radiológiai fegyverek
m • v • sz

visz a víz sodor

2012. január 2., hétfő

Rakétasiló