Moc broni jądrowej

Wybuchowa moc broni jądrowej to ilość energii uwalniane podczas Jądrowa broń wybucha, zwykle wyrażana jako równoważnej masie od trotylu (TNT), albo w kiloton (tysiące ton trotylu) lub megaton (miliony ton trotylu) . TNT), ale także czasami teradżulach (1 kilotonę TNT = 4.184 TJ ). Ponieważ dokładna ilość energii uwalnianej przez TNT jest i była przedmiotem niepewności pomiarowych, zwłaszcza na początku ery nuklearnej, powszechnie przyjętą konwencją jest to, że jedna kilotona TNT jest definiowana jako równoważna 10 12 kalorii , co jest w przybliżeniu równe do energii uwolnionej przez eksplozję 1000 ton TNT. Należy zauważyć, że sama energia wyzwolona przez bombę nie jest wystarczająca, aby określić potencjalne szkody, jakie ta bomba może spowodować w perspektywie krótko- i długoterminowej. Uszkodzenie to ma charakter mechaniczny, spowodowany efektem podmuchu związanym z falą uderzeniową, napędem i upadkiem materiałów, pyłem i blokami wszelkich rozmiarów, efektem termicznym kuli ognia, której początkowa temperatura wynosi kilka tysięcy stopni, skutkami radioaktywnymi przez różne bezpośrednie promieniowanie i aż do bardzo długiego czasu, w szczególności przez połknięcie kurzu, efekt elektromagnetyczny wywołany impulsem typu pioruna, który może zniszczyć obwody elektroniczne. Dla każdej bomby o danej energii efekty te różnią się intensywnością w zależności od wyboru wysokości, na której bomba wybucha.

Stosunek mocy do masy to ilość energii podzielona przez masę broni. Maksymalny teoretyczny stosunek mocy do masy broni termojądrowej (broń termojądrowa) wynosi 6 megaton trotylu na tonę bomby (25 TJ/kg ). Stosunki 5,2 megaton / tonę i więcej osiągnięto dla dużych broni zbudowanych do użycia jako pojedyncza głowica nuklearna na początku lat 60. Od tego czasu mniejsze głowice były wymagane, aby zwiększyć zadawane uszkodzenia (wytworzone uszkodzenia / całkowita masa bomby) za pomocą wielogłowic systemy startowe , spowodowało spadek wydajności mocy do masy nowoczesnych głowic.

Przykłady

W porządku rosnącym potęg (większość uprawnień jest przybliżona):

Bomba	Energia		Uwagi
Bomba	kt TNT	TJ	Uwagi
Davy Crockett	0,01-0,02	0,042	Taktyczna broń nuklearna o zmiennej mocy , ważąca zaledwie 23 kg , najlżejsza, jaka kiedykolwiek została wdrożona przez Stany Zjednoczone (taka sama głowica jak pociski SADM i GAR-11 Nuclear Falcon ).
Niekierowana bomba Little Boy zrzucona na Hiroszimę	12-15	50–63	Bomba wsadzana z uranu 235 (pierwsza z dwóch broni nuklearnych używanych na wojnie).
Bomba niekierowana Grubas zrzucona na Nagasaki	20–22	84–92	Bomba implozyjna wykorzystująca pluton 239 (druga z dwóch broni jądrowych używanych w wojnie).
Głowica termojądrowa W76	100	420	Dwanaście takich głowic można zainstalować w pocisku Trident II (patrz Mirvage ); traktaty rozbrojeniowe ograniczyły ich liczbę do ośmiu.
Bomba atomowa B61	zmienna		Mod 7 - do 350 tys Mod 10 - cztery poziomy mocy 0,3 tys 1,5 tys 60 tys 170 tys Mod 11 - moc nie ujawniona
głowica W87	300	1300	Dziesięć z tych głowic można zainstalować w pocisku pokojowym LGM-118 (patrz Mirvage ).
głowica W88	475	1990	Dwanaście takich głowic można zainstalować w pocisku Trident II; traktaty rozbrojeniowe ograniczyły ich liczbę do ośmiu.
Bluszcz Król Bomb	500	2100	Najpotężniejsza z bomb typu A. Bomba implozyjna zawierająca 60 kg uranu 235.
Bomba B83	zmienna		Do 1,2 mln ton ; najpotężniejsza broń amerykańska w czynnej służbie w 2017 roku.
głowica B53	9000	38 000	Druga najpotężniejsza amerykańska głowica po B41 . W 2010 r. nie jest już na uzbrojeniu , ale w amerykańskich zapasach broni jądrowej pozostaje 50 ; podobnie jak głowica W53, która była używana w pociskach Titan II i została wycofana ze służby w 1987 roku.
Zamek bombowy Bravo	15 000	63 000	Najpotężniejszy amerykański test w historii.
EC17 / Mk-17, EC24 / Mk-24 i bomba B41 (Mk-41)	zmienna		Najpotężniejszy test kiedykolwiek przeprowadzony przez Stany Zjednoczone: 25 Mt (100 PJ ); Mk-17 był również największą i najcięższą z bomb (około 18 ton), Mk-41 miał masę 4800 kg (bomba niekierowana przenoszona przez bombowiec B-36 ; wycofany z czynnej służby w 1957 r.).
Całkowita moc uwolniona przez serię testową podczas Operacji Zamek	48 200	202 000	Najpotężniejsza seria testów przeprowadzonych przez Stany Zjednoczone.
Car Bomba Bomba	50 000	210 000	Najpotężniejsza sowiecka broń jądrowa, jaka kiedykolwiek eksplodowała. Moc: 50 Mt . W pełnej konfiguracji (tj buforem zubożonego uranu zamiast ołowiu), to byłby osiągnął moc 100 Mt .
Wszystkie skumulowane testy jądrowe	510 000	2 100 000	Całkowita energia uwolniona podczas wszystkich prób jądrowych. [1]

Dla porównania, siła wybuchu bomby podmuchowej Massive Ordnance Air Blast Bomb wyniosła 0,011 kt , a podczas bombardowania w Oklahoma City przy użyciu bomby nawozowej w ciężarówce wyniosła 0,002 kt . Rozpad meteoru czelabińskiego w 2013 roku wyzwolił moc 440 kt , a najpotężniejszą przypadkową eksplozją niejądrową była druga sowiecka rakieta księżycowa N-1 , która osiągnęła moc 10 kt . Większość niejądrowych eksplozji wywołanych przez człowieka jest znacznie słabsza niż eksplozje uważane za bardzo małe bronie jądrowe.

Ograniczenia mocy

Stosunek mocy do masy to moc wytwarzana przez broń w porównaniu do masy broni. Teoretyczny maksymalny stosunek bomb H (fuzyjnych) wynosi 6 megaton TNT na tonę (25 TJ / kg ). Praktyczna osiągalna granica jest nieco niższa i wydaje się być niższa w przypadku mniejszych broni, takich jak ta, która obecnie znajduje się głównie w arsenałach, ponieważ są one przeznaczone do mirvage lub przenoszenia pocisków.

Teoretyczna moc 25 Mt B41 bomby dałoby to stosunek mocy / MS 5,2 megaton TNT na tonę. Chociaż wymagałoby to znacznie większej wydajności niż jakakolwiek inna broń w Stanach Zjednoczonych (co najmniej 40% wydajności podczas topienia deuterku litu), co jest najwyraźniej możliwe do osiągnięcia.

W 1963 r. odtajnione oświadczenia Departamentu Energii wskazywały, że Stany Zjednoczone mają technologiczną zdolność do rozmieszczenia 35- tonowej głowicy bojowej na Tytanie II lub przeniesienia niekierowanej bomby o masie 50-60 ton przez B-52. Nie użyto żadnej broni, ale konieczne byłoby, aby stosunek mocy do masy był wyższy niż w przypadku B41.

Jeśli chodzi o obecną amerykańską broń strzelecką, stosunek ten sięga od 600 do 2200 kiloton trotylu na tonę. Natomiast w przypadku bardzo małych urządzeń taktycznych, takich jak Davy Crockett , było to tylko 0,4 do 40 kiloton TNT na tonę. Dla porównania historycznego, dla Little Boya stosunek ten wynosił tylko 4 kilotony trotylu na tonę, a dla największej bomby, która kiedykolwiek zdetonowała Carską Bombę , stosunek ten wynosił 2 megatony trotylu na tonę (w tym moc celowo została zmniejszona dwukrotnie , więc nie ma wątpliwości, że ta bomba była w stanie osiągnąć 4 megatony na tonę).

Najpotężniejsza bomba atomowa, jaką kiedykolwiek zbudowano, miała moc 500 kiloton, co prawdopodobnie jest rzędu górnej granicy tego typu broni. Fuzja mogłaby prawdopodobnie znacznie zwiększyć skuteczność takiej broni, ale broń rozszczepienia ma górną granicę ze względu na dużą masę krytyczną. Jednak nie ma znanego ograniczenia mocy bomby fuzyjnej.

Ponieważ teoretyczny maksymalny stosunek wynosi około 6 megaton trotylu na tonę, a maksymalny osiągnięty stosunek to podobno 5,2 megaton trotylu na tonę, istnieje praktyczny limit mocy broni powietrze-ziemia. Należy zauważyć, że broń najnowszej generacji nie ma już bardzo ciężkiej powłoki, która uważana była za niezbędną do skutecznego przebiegu reakcji jądrowych - co znacznie zwiększyło stosunek mocy do masy. Na przykład zbudowana bomba Mk-36 miała stosunek 1,25 megaton trotylu na tonę. Gdyby pocisk Mk-36, ważący 5,5 t, został zmniejszony o 2/3, stosunek mocy do masy wyniósłby 2,3 megatony TNT na tonę, co jest osiągane w generacji broni. później, jak na znacznie lżejszą bombę B53 (9 Mt ).

Ograniczenia rozmiaru wynikające z przenoszenia można wykorzystać do określenia granic broni o bardzo dużej mocy. Gdyby można było użyć pełnego 250-tonowego ładunku Antonowa An-225, można by unieść bombę 1,3 gigatonową. Podobnie maksymalny limit broni zamontowanej na pocisku określony przez jego nośność. Rosyjski duży międzykontynentalny pocisk balistyczny SS-18 ma ładowność 7200 kg , dzięki czemu może przenosić bombę o teoretycznej maksymalnej mocy 37,4 megaton TNT. Podobnie rakieta Saturn V może przenosić ponad 120 ton, czyli moc około 700 megaton.

Po raz kolejny należy zauważyć, że duże głowice rzadko są częścią dzisiejszych arsenałów. Mniejsze głowice MIRV są znacznie bardziej destrukcyjne przy danej mocy całkowitej lub przy danym ładunku.

Moc kilku eksplozji

Poniższa lista identyfikuje wybuchy nuklearne, które zaznaczyły erę nuklearną. Oprócz bombardowań atomowych Hiroszimy i Nagasaki uwzględniono pierwszy test nuklearny danego typu broni dla kraju, a także testy, które były godne uwagi (takie jak największy test w historii). Wszystkie moce podane są w kilotonach TNT . Testy domniemane (takie jak incydent Vela ) nie zostały uwzględnione.

Przestarzały	Nazwisko	Moc (kT)	Kraj	Uwagi
16.07.1945	Trójca	19	Stany Zjednoczone	Pierwszy test bomby rozszczepialnej, pierwsza eksplozja plutonowej bomby implozyjnej
06-08-1945	Mały chłopiec	15	Stany Zjednoczone	Bombing od Hiroshima w Japonii , pierwszej eksplozji bomby wstawiania ze wzbogaconego uranu, pierwszego użycia bomby atomowej na ludności cywilnej po ultimatum od aliantów, które nie wspomnieć o tym wykorzystanie
09-08-1945	Gruby mężczyzna	21	Stany Zjednoczone	Bombardowanie z Nagasaki w Japonii , drugie zastosowanie broni atomowej na ludności cywilnej
07-01-1946	Test Able	23	Stany Zjednoczone	Atol Bikini ; testy te ( Operacja Crossroads ) były czwartą i piątą eksplozją nuklearną przeprowadzoną przez Stany Zjednoczone . Ich celem było poznanie skutków eksplozji nuklearnej na okrętach wojennych. Są to pierwsze procesy prowadzone na Wyspach Marshalla , a także pierwsze publicznie ogłoszone i obserwowane przez gości, w tym prasę.
25.07.1946	test piekarza	23	Stany Zjednoczone
08-29-1949	RDS-1	22	ZSRR	Pierwsza bomba atomowa testowana przez Związek Radziecki
09-05-1951	Test George'a	225	Stany Zjednoczone	Test „George” był przeznaczony do eksperymentu fizycznego w związku z bombą wodorową .
03-10-1952	Huragan	25	Wielka Brytania	Pierwszy test bomby rozszczepialnej przez Wielką Brytanię.
01-11-1952	Bluszcz mikrofon	10 400	Stany Zjednoczone	Pierwszy pełny test bomby termojądrowej schodkowej, wykorzystującej ciekły deuter do temperatury -250 °C .
12-08-1953	Joe 4	400	ZSRR	Pierwsza bomba fuzyjna (właściwie wzmocniona bomba A, ale nie zainscenizowana bomba fuzyjna H)
01-03-1954	Zamek Bravo	15 000	Stany Zjednoczone	Pierwsza „sucha” bomba termojądrowa; wystąpił znaczny nieplanowany opad radioaktywny, który dotknął ludność cywilną.
22-11-1955	RDS-37	1600	ZSRR	Sowiecki pierwszy test bomby termojądrowej
08-11-1957	Chwytak X	1800	Wielka Brytania	Brytyjski pierwszy test scenicznej bomby termojądrowej
13-02-1960	Niebieski skoczek	70	Francja	Pierwszy francuski test bomby typu A
31-10-1961	Car Bomba	57 000	ZSRR	Najpotężniejsza broń termojądrowa, jaką kiedykolwiek testowano (ograniczona do 50% jej teoretycznej maksymalnej mocy - 100 Mt )
16-10-1964	596	22	Chiny	Pierwszy chiński test bomby atomowej
17-10-1967-19	Test nr 6	3300	Chiny	Chiński pierwszy test scenicznej bomby termojądrowej
08-24-1968	Canopus	2600	Francja	Pierwszy francuski test scenicznej bomby termojądrowej
18-05-1974	Pokhran-I	12	Indie	Pierwszy test bomby atomowej w Indiach
11-05-1998	Pochran-II	20	Indie	Pierwszy test broni operacyjnej przez Indie
28-05-1998	Chagai-I	36-40	Pakistan	Pierwszy test operacyjnej bomby atomowej przez Paskistan
09-10-2006	Północnokoreańska próba jądrowa z 9 października 2006 r.	~ 1	Korea Północna	Pierwszy test bomby typu A przez Koreę Północną, ale urządzenie zawiodło .
25-05-2009	Północnokoreańska próba jądrowa z 25 maja 2009 r.	5–15	Korea Północna	Pierwszy udany test urządzenia do rozszczepiania przez Koreę Północną
12-02-2013	Północnokoreańska próba jądrowa z 12 lutego 2013 r.	6–7	Korea Północna	Trzeci test urządzenia do rozszczepiania przez Koreę Północną

Uwaga 1: Istnieją dwa rodzaje bomb fuzyjnych, prawdziwa bomba termojądrowa w konfiguracji Teller-Ulam lub domieszkowana bomba atomowa . Pełniejszą listę serii prób jądrowych można znaleźć w wykazie prób jądrowych . Niektóre szacunki mocy, takie jak te wydane przez cara Bombę, te z testów przeprowadzonych przez Indie i Pakistan w 1998 r., są kwestionowane przez specjalistów.

Uwaga 2: niektóre testy nuklearne mogły spowodować opad wpływający na ludność cywilną, w szczególności testy bomby typu A (rozszczepienie), a także lokalne ekosystemy.

Obliczanie mocy i kontrowersje

Moc wybuchów jądrowych może być bardzo trudna do oszacowania. Nawet w bardzo kontrolowanych warunkach eksperymentalnych dokładne moce mogą być bardzo trudne do określenia, a w mniej kontrolowanych warunkach margines błędu może być bardzo duży. Moce można obliczyć na kilka sposobów, poprzez obliczenia oparte na wielkości eksplozji, jej jasności, danych sejsmograficznych i sile fali uderzeniowej. Enrico Fermi dokonał (bardzo) słynnego przybliżonego obliczenia mocy testu Trójcy, upuszczając małe kawałki papieru w powietrze i mierząc odległość, na jaką zostały przeniesione przez falę uderzeniową eksplozji.

Dobre przybliżenie wydajności urządzenia testowego Trinity uzyskał brytyjski fizyk Geoffrey Ingram Taylor na podstawie prostej analizy wymiarowej . Taylor zauważył, że promień R wybuchu powinien początkowo zależeć tylko od energii E wybuchu, czasu t po detonacji i gęstości powietrza ρ. Jedynym sposobem na uzyskanie jednorodnego wymiaru na długości z tych parametrów jest:

${\ displaystyle R = c \ lewo ({\ Frac {{E {t}} ^ {2}} {\ rho}} \ po prawej) ^ {\ Frac {1} {5}}}$

Korzystając z pokazanego obok obrazu testu Trinity (opublikowanego przez rząd Stanów Zjednoczonych i opublikowanego w magazynie Life), Taylor szacuje, że w czasie t = 0,025 s promień wybuchu wynosił 140 metrów. Biorąc ρ przy 1 kg / m 3 i rozwiązując E, uzyskał, że siła eksplozji wynosiła około 22 kiloton TNT (90 TJ ). To bardzo proste obliczenie jest zgodne z oficjalną wartością wydajności bomby z dokładnością do 10% (20 kiloton TNT, czyli 84 TJ ). Ta wartość, w momencie gdy Taylor opublikował swój wynik, była ściśle tajną informacją .

Gdy te dane nie są dostępne, jak w wielu przypadkach, omawiane są dokładne uprawnienia, zwłaszcza gdy odnoszą się one do kwestii politycznych. Broń użyte w zamachach atomowych na Hiroszimę i Nagasaki , na przykład, miał bardzo konkretne pomysły tak, że szacując ich moc jest dość trudne postu . Szacuje się, że bomba z Hiroszimy „ Little Boy ” wytworzyła moc od 12 do 18 kiloton trotylu (od 50 do 75 TJ ) (tj. z 20% marginesem błędu), podczas gdy bomba z Nagasaki „ Fat Man ” jest Szacuje się, że miał moc między 18 a 23 kiloton TNT (tj. między 75 a 96 TJ ) (10% margines błędu). Te pozornie małe niepewności mogą mieć znaczenie przy próbie wykorzystania danych z tych eksplozji do ekstrapolacji skutków innych bomb w prawdziwym życiu. Często w „ekwiwalencie Hiroszimy” ocenia się również moc bomby. Na przykład bomba wodorowa Ivy Mike była odpowiednikiem 867 lub 578 bomb Hiroszimy - dość duża (choć czysto teoretyczna) różnica w zależności od tego, czy użyłeś wysokiej, czy niskiej oceny. Inne uprawnienia kwestionowane, w szczególności bomba Car Bomba. Według różnych polityków jego moc wynosi „tylko” 50 megaton trotylu (210 PJ ) lub maksymalnie 57 megaton trotylu (240 PJ ).

Uwagi i referencje

(en) Ten artykuł jest częściowo lub w całości zaczerpnięty z anglojęzycznego artykułu Wikipedii zatytułowanego „ Nuclear weapon yield ” ( patrz lista autorów ) .

Bomba B-41
[Test 2010] Kakodkar mówi, że testy Pokhran-II są w pełni udane], 24 września 2009
Pakistańska broń jądrowa . Federacja Naukowców Amerykańskich. 11 grudnia 2002 r.
Patrz GI Taylor, Proc. Roya. Soc. Londyn A 200, s. 235-247 (1950).

Załączniki

Powiązane artykuły

Wybuch atomowy, który zajmuje się (między innymi) skutkami broni jądrowej.

Linki zewnętrzne

„Jaka była wydajność bomby w Hiroszimie?” (wyciąg z oficjalnego raportu)
„Ogólne zasady wybuchów jądrowych” , rozdział 1 w Samuel Glasstone i Phillip Dolan, eds., The Effects of Nuclear Weapons , 3rd edn. (Waszyngton: Departament Obrony USA / Administracja Badań i Rozwoju Energetyki USA, 1977); dostarcza informacji o stosunku wydajności jądrowych do innych efektów (promieniowanie, uszkodzenia itp.).
"TESTY POKHRAN Z MAJU 1998: Aspekty Naukowe" omawia różne metody stosowane do określania wydajności indyjskich testów 1998.
Omawia niektóre kontrowersje dotyczące indyjskich plonów testowych
„Jakie są rzeczywiste wyniki testów nuklearnych w Indiach?” od Carey Sublette's NuclearWeaponArchive.org
Symulator wysokowydajnych efektów detonacji jądrowej