Síla jaderných zbraní

Výbušná síla jaderné zbraně je množství energie, uvolní, když jadernou zbraň exploduje, obvykle vyjádřené jako ekvivalentní hmotnost z trinitrotoluenu (TNT), a to buď v kt (tisíce tun TNT), nebo megatons (miliony tun TNT) . TNT), ale také někdy v terajoules (1 tisíc tun TNT = 4,184 TJ ). Jelikož přesné množství energie uvolněné TNT je a bylo předmětem nejistot měření, zejména na úsvitu jaderného věku, je obecně přijímaná konvence, že jedno kiloton TNT je definováno jako ekvivalent 10 12 kalorií , což je zhruba stejné na energii uvolněnou výbuchem 1 000 tun TNT. Je třeba poznamenat, že energie uvolněná bombou sama o sobě nestačí k určení potenciálního poškození, které může tato bomba krátkodobě a dlouhodobě způsobit. Toto poškození je mechanické povahy výbuchovým efektem spojeným s rázovou vlnou, pohonem a pádem materiálů, prachu a bloků všech velikostí, tepelným účinkem ohnivé koule, jejíž počáteční teplota je několik tisíc stupňů, radioaktivními účinky různými okamžitými paprsky a až velmi dlouhodobě, zejména požitím prachu, elektromagnetickým účinkem impulsem typu blesk, který může zničit elektronické obvody. U každé bomby s danou energií se tyto účinky mění v intenzitě v závislosti na volbě výšky, ve které bomba exploduje.

Poměr síly k hmotnosti je množství energie dělené hmotností zbraně. Maximální teoretický poměr výkon / hmotnost fúzních zbraní (termonukleárních zbraní) je 6 megatonů TNT na tunu bomby (25 TJ / kg ). Poměrů 5,2 megatun / tunu a více bylo dosaženo u velkých zbraní vyrobených pro použití jako jediná jaderná hlavice na počátku 60. let. Od té doby byly menší hlavice vyžadovány ke zvýšení způsobeného poškození (způsobené poškození / celková hmotnost bomby) prostřednictvím odpalovacích systémů s více hlavami , má za následek snížení účinnosti síly k hmotnosti moderních hlavic.

Příklady

Ve vzestupném pořadí sil (většina sil je přibližná):

Bombardovat	Energie		Poznámky
Bombardovat	kt TNT	TJ	Poznámky
Davy crockett	0,01-0,02	0,042	Taktická jaderná zbraň s proměnlivou silou , vážící pouze 23 kg , nejlehčí, jakou kdy USA nasadily (stejná hlava jako SADM a raketa GAR-11 Nuclear Falcon ).
Na Hirošimu padla neřízená bomba Malý chlapec	12-15	50–63	Vkládací bomba uranu 235 (první ze dvou jaderných zbraní používaných ve válce).
Neřízená bomba Fat Man dopadla na Nagasaki	20–22	84–92	Implozní bomba využívající plutonium 239 (druhá ze dvou jaderných zbraní používaných ve válce).
W76 termonukleární hlavice	100	420	Dvanáct z těchto hlavic může být instalováno v raketě Trident II (viz Mirvage ); počet dohod o odzbrojení omezil jejich počet na osm.
Jaderná bomba B61	proměnná		Mod 7 - až 350 kt Mod 10 - čtyři úrovně výkonu 0,3 kt 1,5 kt 60 kt 170 kt Mod 11 - síla nebyla odhalena
hlavice W87	300	1300	Deset z těchto hlavic lze nainstalovat do střely Peacekeeper LGM-118 (viz Mirvage ).
hlavice W88	475	1990	Dvanáct z těchto hlavic může být instalováno v raketě Trident II; počet dohod o odzbrojení omezil jejich počet na osm.
Ivy King Bomb	500	2100	Nejsilnější z bomb A. Implozní bomba obsahující 60 kg uranu 235.
Bomba B83	proměnná		Až 1,2 Mt ; nejmocnější americká zbraň v aktivní službě v roce 2017.
hlavice B53	9 000	38 000	Druhá nejsilnější americká hlavice po B41 . V roce 2010 již není v provozu, ale 50 jich zůstává na skladě jaderných zbraní v USA ; stejně jako hlavice W53, která byla použita v raketách Titan II a která byla vyřazena z provozu v roce 1987.
Bomba Castle Bravo	15 000	63 000	Nejmocnější americký test vůbec.
EC17 / Mk-17, EC24 / Mk-24 a bomba B41 (Mk-41)	proměnná		Nejsilnější test, jaký kdy USA provedly: 25 Mt (100 PJ ); Mk-17 byl také největší a nejtěžší z bomb (kolem 18 tun), Mk-41 měl hmotnost 4 800 kg (neřízená bomba nesená bombardérem B-36 ; vyřazena z aktivní služby v roce 1957).
Celkový výkon uvolněný testovací sérií během operace Castle	48 200	202 000	Nejvýkonnější testovací série prováděná Spojenými státy.
Car bomba bomba	50 000	210 000	Nejmocnější sovětská jaderná zbraň, která kdy explodovala. Výkon: 50 Mt . Ve své plné konfiguraci (tj vyrovnávací ochuzený uran místo olova), by dosáhly sílu 100 Mt .
Všechny kumulativní jaderné testy	510 000	2 100 000	Celková energie uvolněná během všech jaderných zkoušek. [1]

Pro srovnání, explozní síla Massive Ordnance Air Blast Bomb byla 0,011 kt a síla výbuchu v Oklahoma City pomocí hnojivové bomby v kamionu byla 0,002 kt . Rozpad Čeljabinského meteoru v roce 2013 uvolnil výkon 440 kt a nejsilnějším náhodným nejaderným výbuchem byla druhá sovětská měsíční raketa N-1 , která dosáhla výkonu 10 kt . Většina nejaderných výbuchů způsobených člověkem je podstatně slabší než u nejmenších jaderných zbraní.

Omezení výkonu

Poměr síla / hmotnost je síla vyvinutá zbraní ve srovnání s hmotností zbraně. Teoretický maximální poměr bomb H (fúze) je 6 megatonů TNT na tunu (25 TJ / kg ). Praktická dosažitelná hranice je o něco nižší a má tendenci být nižší u menších zbraní, jako je ta, která se v současné době většinou nachází v arzenálu, protože jsou určeny pro zrcadlení nebo nošení střely.

Teoretický výkon 25 Mt bomby B41 by jí dal poměr výkon / hmotnost 5,2 megaton TNT na tunu. I když by to vyžadovalo mnohem vyšší účinnost než jakákoli jiná zbraň ve Spojených státech (alespoň 40% účinnost při tavení deuteridu lithného), což je zjevně dosažitelné.

V roce 1963 odtajněná prohlášení DoE naznačila, že Spojené státy mají technologické schopnosti nasadit na Titan II hlavici o délce 35 Mt nebo nést neřízenou bombu 50-60 Mt od B-52. Nebyla použita žádná zbraň, ale bylo by nutné mít poměry výkon / hmotnost vyšší než u B41.

Pokud jde o současné americké ruční palné zbraně, poměr dosahuje 600 až 2200 kiloton TNT na tunu. Zatímco u velmi malých taktických zařízení, jako je Davy Crockett, to bylo jen 0,4 až 40 kiloton TNT na tunu. Pro historické srovnání činil u malého chlapce poměr pouze 4 kilotony TNT na tunu a u největší bomby, která kdy odpálila cara Bombu , činil poměr 2 megatony TNT na tunu (včetně energie byla záměrně snížena dvojnásobně) , takže není pochyb o tom, že tato bomba dokázala dosáhnout 4 megatonů na tunu).

Nejvýkonnější čistě štěpná bomba, která byla kdy vyrobena, měla výkon 500 kiloton, což je pravděpodobně v řádu horní hranice tohoto typu zbraně. Fúze by možná mohla významně zvýšit účinnost takové zbraně, ale štěpné zbraně mají horní hranici kvůli velkým kritickým masám. Pro fúzní bombu však není znám žádný výkonový limit.

Jelikož se teoretický maximální poměr pohybuje kolem 6 megatonů TNT na tunu a dosažený maximální poměr byl zjevně 5,2 megatonů TNT na tunu, existuje praktický limit výkonu zbraní vzduch-země. Všimněte si, že zbraně nejnovější generace již nemají velmi těžkou obálku, o které se věřilo, že je nezbytná pro efektivní provádění jaderných reakcí - což značně zvýšilo poměr výkon / hmotnost. Například postavená bomba Mk-36 měla poměr 1,25 megaton TNT na tunu. Pokud by se skořápka Mk-36, která vážila 5,5 t, snížila o 2/3, byl by poměr výkonu k hmotnosti 2,3 megatun TNT na tunu, čehož se dosahuje u generace zbraní. později, pokud jde o mnohem lehčí bombu B53 (9 Mt ).

K určení limitů velmi silných zbraní lze použít limity velikosti přenášení. Pokud by bylo možné použít plnou 250 tunovou náplň Antonov An-225, mohla by být odnesena 1,3 gigatonová bomba. Stejně tak maximální limit zbraně namontované na střele určený její nosností. Ruská velká mezikontinentální balistická raketa SS-18 má nosnost 7 200 kg , takže mohla nést bombu s teoretickým maximálním výkonem 37,4 megaton TNT. Stejně tak může raketa Saturn V nést více než 120 tun nebo výkon asi 700 megatonů.

Opět je třeba poznamenat, že velké hlavice jsou zřídka součástí dnešního arzenálu. Menší hlavice MIRV jsou mnohem destruktivnější pro danou celkovou sílu nebo pro dané užitečné zatížení.

Síla několika výbuchů

Následující seznam identifikuje jaderné výbuchy, které označily jaderný věk. Kromě atomových bombových útoků na Hirošimu a Nagasaki je zahrnut první jaderný test daného typu zbraně pro danou zemi a také testy, které byly pozoruhodné (například největší test vůbec). Všechny síly jsou uvedeny v kilotonech TNT . Předpokládané testy (například incident Vela ) nebyly zahrnuty.

Datováno	Příjmení	Výkon (kT)	Země	Poznámky
07-16-1945	Trojice	19	Spojené státy	První test štěpné bomby, první výbuch implozní bomby plutonia
06-08-1945	Chlapeček	15	Spojené státy	Bombardování z Hirošimě v Japonsku , první výbuch vložení bomby s obohaceným uranem, první použití atomové bomby na civilní obyvatelstvo po ultimátum od spojenců, které nezmínil použití
09.08.1945	Tlouštík	21	Spojené státy	Bombardování z Nagasaki v Japonsku , druhé použití atomových zbraní na civilní obyvatelstvo
07.01.1946	zkouška Schopný	23	Spojené státy	Atol bikiny ; tyto testy ( Operation Crossroads ) byly čtvrtým a pátým jaderným výbuchem prováděným Spojenými státy . Jejich cílem bylo dozvědět se o dopadech jaderného výbuchu na námořní plavidla. Jedná se o první pokusy prováděné na Marshallových ostrovech a první, které byly veřejně oznámeny a sledovány hosty, včetně tisku.
07-25-1946	test Baker	23	Spojené státy
08-29-1949	RDS-1	22	SSSR	První štěpná bomba testovaná Sovětským svazem
09-05-1951	George test	225	Spojené státy	Zkouška „George“ byla určena pro fyzický experiment v souvislosti s vodíkovou bombou .
3. 10. 1952	Hurikán	25	Spojené království	První test štěpné bomby ve Velké Británii.
01-11-1952	Ivy mike	10 400	Spojené státy	První celý test odstupňovaného fúzní bomby, za použití kapalného deuteria do -250 ° C .
12-08-1953	Joe 4	400	SSSR	První fúzní bomba (ve skutečnosti vylepšená bomba A, ale ve skutečnosti ne stupňovaná fúzní H bomba)
01.03.1954	Castle Bravo	15 000	Spojené státy	První „suchá“ představená fúzní bomba; došlo k významnému neplánovanému radioaktivnímu spadu , který ovlivnil civilní obyvatelstvo.
22-11-1955	RDS-37	1600	SSSR	Sovětský první test fázové fúzní bomby
08-11-1957	Drapák X	1 800	Spojené království	Britský první test fázové fúzní bomby
13-02-1960	Modrá jerboa	70	Francie	První francouzský test bomby A.
31-10-1961	Car Bomba	57 000	SSSR	Nejvýkonnější termonukleární zbraň, která byla kdy testována (omezeno na 50% jejího teoretického maximálního výkonu - 100 Mt )
16-10-1964	596	22	Čína	První čínský test štěpné bomby
17-10-1967	Test č. 6	3 300	Čína	První čínský test fázové fúzní bomby
08-24-1968	Canopus	2600	Francie	První francouzský test fázové fúzní bomby
18-05-1974	Pokhran-I	12	Indie	První indický test A-bomb
11-05-1998	Pokhran-II	20	Indie	První test funkční zbraně provedený Indií
28-05-1998	Chagai-I	36–40	Pákistán	První zkouška funkční A-bomby Paskistanem
09-10-2006	Severokorejský jaderný test z 9. října 2006	~ 1	Severní Korea	První test bomby od Severní Koreje, ale zařízení vybuchlo .
25-05-2009	Severokorejský jaderný test ze dne 25. května 2009	5–15	Severní Korea	První úspěšný test štěpného zařízení v Severní Koreji
12-02-2013	Severokorejský jaderný test ze dne 12. února 2013	6–7	Severní Korea	Třetí test štěpného zařízení Severní Koreou

Poznámka 1: Existují dva typy fúzních bomb, skutečná stupňovitá fúzní bomba podle konfigurace Teller-Ulam nebo dopovaná štěpná bomba . Úplnější seznam jaderných zkoušek najdete v seznamu jaderných zkoušek . Některé odhady výkonu, například odhady vydané carem Bombou, odhady provedené v Indii a Pákistánu v roce 1998, jsou odborníky zpochybňovány.

Poznámka 2: Některé jaderné testy mohly způsobit spad ovlivňující civilní obyvatelstvo, zejména u bombových testů typu A (štěpení), jakož i místních ekosystémů.

Výpočet síly a kontroverze

Pravomoci jaderných výbuchů může být velmi obtížné posoudit. Dokonce i za velmi kontrolovaných experimentálních podmínek může být velmi těžké určit přesné síly a za méně kontrolovaných podmínek mohou být hranice chyby velmi velké. Síly lze vypočítat několika způsoby, pomocí výpočtů založených na velikosti výbuchu výbuchu, jeho jasu, seismografických datech a síle rázové vlny. Enrico Fermi provedl (velmi) slavný hrubý výpočet síly testu Trojice tím, že upustil malé kousky papíru do vzduchu a změřil vzdálenost, do které je přenášela rázová vlna výbuchu.

Dobré přiblížení výkonu zkušebního zařízení Trinity získal britský fyzik Geoffrey Ingram Taylor z jednoduché rozměrové analýzy . Taylor poznamenal, že poloměr R exploze by měl zpočátku záviset pouze na energii E exploze, době t po detonaci a hustotě vzduchu ρ. Jediným způsobem, jak získat homogenní dimenzi na délku z těchto parametrů, je:

${\ displaystyle R = c \ left ({\ frac {{E {t}} ^ {2}} {\ rho}} \ right) ^ {\ frac {1} {5}}}$

Použitím obrázku testu Trojice, který je uveden naproti tomu (který zveřejnila vláda Spojených států a publikoval v časopise Life), Taylor odhaduje, že v čase t = 0,025 s byl poloměr výbuchu 140 metrů. Vezmeme-li ρ při 1 kg / m 3 a při řešení pro E zjistíme, že síla exploze byla asi 22 kiloton TNT (90 TJ ). Tento velmi jednoduchý výpočet je v souladu s oficiální hodnotou výnosu bomby do 10% (20 kiloton TNT nebo 84 TJ ). Tato hodnota, v době, kdy Taylor zveřejnil svůj výsledek, byla vysoce utajovanou informací .

Pokud tyto údaje nejsou k dispozici, jako v řadě případů, jsou diskutovány přesné pravomoci, zejména pokud se týkají otázek politiky. Zbraně používané v atomové bombardování Hirošimy a Nagasaki , například, měl velmi konkrétní představy tak, aby hodnocení jejich výkon je velmi obtížné příspěvek . Odhaduje se, že bomba v Hirošimě „ Malý chlapec “ vyvinula sílu 12 až 18 kiloton TNT (mezi 50 a 75 TJ ) (tj. 20% míra chyby), zatímco bomba Nagasaki „ Fat Man “ je Odhaduje se, že měl výkon mezi 18 a 23 kilotunami TNT (tj. mezi 75 a 96 TJ ) (10% míra chyby). Tyto zdánlivě malé nejistoty mohou být důležité při pokusu použít data z těchto výbuchů k extrapolaci účinků jiných bomb v reálném životě. Síla bomby se často hodnotí také v „ekvivalentu Hirošimy“. Například vodíková bomba Ivy Mike odpovídala 867 nebo 578 bombám v Hirošimě - což je docela velký (i když čistě teoretický) rozdíl v závislosti na tom, zda jste použili vysoké nebo nízké hodnocení. Ostatní mocnosti zpochybnily, zejména schopnost bomby cara Bomby. Jeho síla byla různými politickými osobnostmi prohlášena za „pouze“ 50 megatonů TNT (210 PJ ) nebo až do maxima 57 megatonů TNT (240 PJ ).

Poznámky a odkazy

(en) Tento článek je částečně nebo zcela převzat z anglického článku Wikipedie s názvem „ Výtěžek jaderných zbraní “ ( viz seznam autorů ) .

B-41 bomba
[test 2010] Kakodkar říká, že testy Pokhran-II jsou plně úspěšné], 24. září 2009
Pákistán jaderné zbraně . Federace amerických vědců. 11. prosince 2002
Viz GI Taylor, Proc. Roy. Soc. Londýn A 200, s. 235-247 (1950).

Dodatky

Související články

Atomový výbuch, který se zabývá (mimo jiné) účinky jaderných zbraní.

externí odkazy

„Jaký byl výtěžek hirošimské bomby?“ (výňatek z oficiální zprávy)
„General Principles of Nuclear Explosions“ , Kapitola 1, Samuel Glasstone a Phillip Dolan, eds., The Effects of Nuclear Weapons , 3. edn. (Washington DC: US Department of Defense / US Energy Research and Development Administration, 1977); poskytuje informace o vztahu jaderných výnosů k dalším účinkům (záření, poškození atd.).
„KVĚTEN POKHRANSKÉ TESTY KVĚTNA 1998: Vědecké aspekty“ pojednává o různých metodách používaných ke stanovení výtěžnosti indických testů z roku 1998.
Diskutuje o některých sporech ohledně indických výnosů z testů
„Jaké jsou skutečné výnosy indických jaderných testů?“ z Carey Sublette's NuclearWeaponArchive.org
Simulátor efektů jaderné detonace s vysokou výtěžností