อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไบยังการนำทาง ไปยังการค้นหา
ระเบิดแบบเทลเลอร์–อูลาม (Teller–Ulam configuration)

อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ (Thermonuclear weapon) หรือ ระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb)เรียกภาษาปากว่า เอชบอมบ์ เป็นอาวุธนิวเคลียร์ที่ใช้พลังงานฟิวชั่นเป็นหลักซึ่งต้องใช้ความร้อนถึงร้อยล้านองศาจึงเป็นที่มาของชื่อเทอร์โมนิวเคลียร์ โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในขั้นตอนแรก เพื่อจุดระเบิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในขั้นตอนที่สอง ผลลัพธ์ทำให้อำนาจระเบิดเพิ่มขึ้นมหาศาลเมื่อเทียบกับอาวุธฟิชชันแบบเก่าที่ใช้แค่ขั้นตอนเดียวอย่างระเบิดปรมาณู(atomic bomb)

เนื่องจากการ ฟิวชั่น คือการใช้การรวมตัวของธาตุเบาไปเป็นธาตุที่หนักขึ้น ในที่นี้ระเบิดจะใช้ไฮโดรเจน(ดิวเทอเรียมหลอมรวมกับทริเทียม)เป็นปฏิกิริยาแบบเดียวกับที่เกิดในแกนกลางดวงอาทิตย์ซึ่งต้องใช้ความกดดันสูงมากกับอุณหภูมินับสิบล้านองศาเพื่อให้เกิดปฏิกิริยานี้แต่เนื่องจากบนโลกมีความหนาแน่นน้อยกว่าแกนดวงอาทิตย์มากจึงทำให้ต้องใช้อุณหภูมิมากกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์โดยใช้ถึงหลักร้อยล้านองศาเพื่อให้อะตอมไฮโดรเจนรวมตัวกัน ฉะนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ระเบิดนิวเคลียร์แบบฟิชชัน(Atomic bomb)ในอาวุธนี้ก่อนเพื่อกระตุ้นให้อุณหภูมิถึงขั้นที่จะเกิดการฟิวชั่นได้ ซึ่งเกิดในอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์

สหรัฐอเมริกาเป็นชาติแรกที่มีอาวุธชนิดนี้ โดยทำการทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ลูกแรกของโลกในปี ค.ศ. 1952 มีโค้ดเนมคือ (Ivy Mike) นับแต่นั้นคอนเซ็ปต์ดังกล่าวจึงมีหลายชาตินิวเคลียร์ส่วนใหญ่ของโลกลอกแบบไปใช้ในออกแบบอาวุธของตน[1] การออกแบบอาวุธนิวเคลียร์ชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นในสหรัฐนี้จะเรียกว่า โครงแบบเทลเลอร์–อูลาม (Teller–Ulam configuration) ตามชื่อผู้มีส่วนสำคัญสองคน คือ เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์และสแตนิสลอว์ อูลาม ซึ่งพัฒนาใน ค.ศ. 1951[2] ให้สหรัฐ และด้วยคอนเซ็ปต์นี้บางอย่างได้ถูกพัฒนาต่อด้วยการมีส่วนร่วมของ จอห์น ฟอน นอยมันน์ สหภาพโซเวียดเป็นชาติที่สองที่มีอาวุธชนิดนี้ โดยทำการทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ของตนเองลูกแรก ใช้ชื่อว่า "RDS-6s (Joe 4)"เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม ค.ศ. 1953 จากนั้นจึงตามมาด้วย สหราชอาณาจักร จีนและฝรั่งเศสตามลำดับซึ้งต่างก็พัฒนาอุปกรณ์คล้ายกันนี้ อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นระเบิดนิวเคลียร์ชนิดที่ออกแบบได้ทรงประสิทธิภาพที่สุดสำหรับผลและพลังงานในระเบิดที่มีผลเกิน 50 กิโลตันขึ้นไป จึงทำให้อาวุธนิวเคลียร์แทบทั้งหมดที่ห้าประเทศนิวเคลียร์ใช้อยู่ในปัจจุบันภายใต้สนธิสัญญาไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ล้วนเป็นอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใช้การออกแบบของเทลเลอร์-อูลามทั้งสิ้น คุณลักษณะสำคัญของการออกแบบอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ถูกเก็บเป็นความลับอย่างเป็นทางการมาเกือบสามทศวรรษ ซึ่งคุณลักษณะที่ว่านี้ คือ

ภายในลูกระเบิดจะประกอบไปด้วย ระเบิดแบบฟิชชั่นอยู่ด้านบน และตัวเทมเปอร์ทำด้วยยูเรเนียม 238 ภายในเทมเปอร์คือ ลิเทียม-ดิวเทอเรท อยู่ในสถานะของแข็งผสม (ดิวเทอเรียมกับลิเทียมปกติทริเทียมนั้นจะอยู่ในสถานะของแก๊ซซึ่งจัดเก็บและดูแลรักษาได้ยากมากอีกทั้งทริเทียมหาได้ยากมากและมีครึ่งชีวิตที่สั้น ดังนั้นเชื้อเพลิงในลูกระเบิดประเภทนี้จึงต้องเติมใหม่อยู่เสมอ นักวิทยาศาสตร์จึงแก้ปัญหาโดยการใช้ ลิเทียมที่เป็นของแข็ง แทน ก๊าซทริเทียมลิเทียม-6บวกกับนิวตรอนได้ทรเทียมกับฮีเลียม-4 หรือลิเทียม-7บวกกับนิวตรอนได้ทริเทียมกับฮีเลียม-4 ทั้งสองปฏิกิริยาได้นิวตรอนออกมาด้วย) และแท่งแกนกลางทำจากพลูโตเนียม 239 ช่องว่างทั้งหมดอัดโฟม ขั้นตอนการระเบิดเป็นดังนี้

A) หัวรบในสภาพก่อนจุดระเบิด ส่วนบนคือลูกระเบิดฟิชชั่น และส่วนล่างคือแหล่งพลังงานสำหรับปฏิกิริยาฟิวชั่น
B) หลังจุดระเบิดที่ส่วนบน แรงระเบิดไปบีบแกนพลูโตเนียมให้เหนือจุดวิกฤต เริ่มต้นปฏิกิริยาฟิชชั่น
C) ปฏิกิริยาฟิชชั่นปลดปล่อยรังสีเอกซ์กระจายไปตามกระบอกเพื่อฉายรังสีแก่โฟมโพลิสไตรีน
D) โฟมโพลิสไตรีนกลายเป็นของเหลวและบีบส่วนล่าง หัวเทียนพลูโตเนียมเริ่มปฏิกิริยาฟิชชั่น
E) เร่งความร้อนจนถึงจุดหนึ่ง เชื้อเพลิงดิวเทอเรียมลิเธียม-6 จะสร้างทริเทียม และเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่น การไหลของนิวตรอนทำให้แท่งยูเรเนียม-238เกิดปฏิกิริยาฟิชชั่น เกิดการระเบิดตัวโดยเริ่มก่อตัวเป็นบอลไฟขนาดยักษ์
(กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นโดยใช้เวลาเพียง 1/600,000,000,000 วินาที โดย 1/550,000,000,000 วินาทีเป็นกระบวนการฟิชชั่น และ 1/50,000,000,000 วินาทีเป็นกระบวนการฟิวชั่น

กลไกการยุบเข้าในที่เกิดจากรังสีเป็นเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างความร้อนด้านนอกช่องรังสีแวดล้อมกับภายในที่ค่อนข้างเย็น ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ต้องถูกรักษาไว้ชั่วครู่โดยแผ่นเกราะกั้นความร้อนขนาดใหญ่เรียก "พุชเชอร์-เทมเปอร์" (pusher หรือ tamper) เป็นตัวกันการยุบเข้าในเพื่อเพิ่มและยืดเวลาการบีบอัดให้เกิดการฟิวชั่น และหากแผ่นเกราะกั้นความร้อนนั้นทำจากยูเรเนียม-238 ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นกรณีนี้แทบทั้งหมด เกราะนั้นเป็นโลหะที่แข็งแรงอีกทั้งยังสามารถจับนิวตรอนที่ผลิตจากปฏิกิริยาแล้วดำเนินฟิสชั่นเองด้วยจึงช่วยทำให้เพิ่มผลของแรงระเบิดโดยรวมให้มากขึ้นไปอีกในอาวุธแบบเทลเลอร์–อูลาม

โดยปกติปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นเป็นพลังงานสะอาดที่จะไม่ก่อให้เกิดสารกัมมันตรังสีตกค้าง แต่เนื่องจากการฟิวชั่นจะเกิดขึ้นได้นั้นก็ต้องผ่านขั้นตอนการฟิชชั่นมาเสียก่อน เนื่องด้วยเหตุนี้เองจึงทำให้ระเบิดไฮโดรเจนยังคงมีฝุ่นรังสีนิวเคลียร์ตกค้างหลังการระเบิดจึงมีความอันตรายไม่ต่างจากระเบิดปรมณูแบบเก่าเลย

ระเบียงภาพ[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. From National Public Radio Talk of the Nation, November 8, 2005, Siegfried Hecker of Los Alamos, "the hydrogen bomb – that is, a two-stage thermonuclear device, as we referred to it – is indeed the principal part of the U.S. arsenal, as it is of the Russian arsenal."
  2. Teller, Edward; Ulam, Stanislaw (March 9, 1951). "On Heterocatalytic Detonations I. Hydrodynamic Lenses and Radiation Mirrors" (PDF). LAMS-1225. Los Alamos Scientific Laboratory. สืบค้นเมื่อ September 26, 2014. on the Nuclear Non-Proliferation Institute website. This is the original classified paper by Teller and Ulam proposing staged implosion. This declassified version is heavily redacted, leaving only a few paragraphs.

http://www.rmutphysics.com/charud/howstuffwork/nuclear/nuclearthai.htm