อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ระเบิดแบบเทลเลอร์–อูลาม (Teller–Ulam configuration)

อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ (Thermonuclear weapon) หรือ ระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb) เป็นอาวุธนิวเคลียร์ซึ่งใช้พลังงานฟิวชั่นเป็นหลักซึ่งต้องใช้ความร้อนถึงร้อยล้านองศาจึงเป็นที่มาของชื่อเทอร์โมนิวเคลียร์ โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในขั้นตอนแรก เพื่อบีบอัดและจุด ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในขั้นตอนที่สอง ผลลัพธ์ทำให้อำนาจระเบิดเพิ่มขึ้นมหาศาลเมื่อเทียบกับอาวุธฟิชชันขั้นตอนเดียวอย่างระเบิดปรมาณู(atomic bomb) เรียกภาษาปากว่า ระเบิดไฮโดรเจน หรือ เอชบอมบ์

เนื่องจากระเบิดฟิวชั่นใช้การรวมตัวของไฮโดรเจน(ดิวเทอเรียมหลอมรวมกับทริเทียม)เป็นปฏิกิริยาแบบเดียวกับที่เกิดในแกนกลางดวงอาทิตย์ซึ่งต้องใช้ความกดดันสูงมากกับอุณหภูมินับสิบล้านองศาเพื่อให้เกิดปฏิกิริยานี้และเนื่องจากบนโลกมีความหนาแน่นน้อยกว่าแกนดวงอาทิตย์มากจึงต้องใช้อุณหภูมิถึงหลักร้อยล้านองศาเพื่อให้อะตอมไฮโดรเจนรวมตัวกัน จึงจำเป็นต้องมีขั้นตอนการใช้ระเบิดนิวเคลียร์แบบฟิชชันในอาวุธนี้ก่อนเพื่อกระตุ้นให้เกิดการฟิวชั่นซึ่งเกิดในอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์

สหรัฐอเมริกาเป็นชาติแรกที่มีอาวุธชนิดนี้โดยทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ลูกแรกของโลกใน ค.ศ. 1952 โดยมีโค้ดเนมคือ (Ivy Mike) นับแต่นั้นมโนทัศน์ดังกล่าวจึงมีหลายชาตินิวเคลียร์ส่วนใหญ่ของโลกนำไปใช้ในออกแบบอาวุธของตน[1] การออกแบบสมัยใหม่ของอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ทั้งหมดในสหรัฐเรียก โครงแบบเทลเลอร์–อูลาม (Teller–Ulam configuration) ตามชื่อผู้มีส่วนสำคัญสองคน คือ เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์และสแตนิสลอว์ อูลาม ซึ่งพัฒนาใน ค.ศ. 1951[2] ให้สหรัฐ และมโนทัศน์บางอย่างถูกพัฒนาต่อด้วยการมีส่วนร่วมของ จอห์น ฟอน นอยมันน์ จากนั้นสหภาพโซเวียดเป็นชาติที่สองมีการทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ลูกแรกชื่อว่า "RDS-6s (Joe 4)"เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม ค.ศ. 1953 สหราชอาณาจักร จีนและฝรั่งเศสพัฒนาอุปกรณ์คล้ายกัน

เนื่องจากอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นระเบิดนิวเคลียร์ชนิดที่ออกแบบได้ทรงประสิทธิภาพที่สุดสำหรับผลและพลังงานในระเบิดที่มีผลเกิน 50 กิโลตันขึ้นไป จึงทำให้อาวุธนิวเคลียร์แทบทั้งหมดที่ห้ารัฐใช้ภายใต้สนธิสัญญาไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ในปัจจุบันเป็นอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใช้การออกแบบของเทลเลอร์-อูลาม คุณลักษณะสำคัญของการออกแบบอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ครบกำหนดซึ่งเป็นความลับอย่างเป็นทางการมาเกือบสามทศวรรษ คือ

ภายในลูกระเบิดจะประกอบไปด้วย ระเบิดแบบฟิชชั่นอยู่ด้านบน และตัวเทมเปอร์ทำด้วยยูเรเนียม 238 ภายในเทมเปอร์คือ ลิเทียม-ดิวเทอเรท (ดิวเทอเรียมกับทริเทียมในสถานะของแข็งผสม ปกติทั้ง2จะอยู่ในสถานะของเหลวหรือแก๊ซซึ่งจัดเก็บและดูแลรักษายากอีกทั้งทริเทียมหาได้ยากมากและมีครึ่งชีวิตสั้นดังนั้นเชื้อเพลิงในลูกระเบิดประเภทนี้จึงต้องเติมใหม่อยู่เสมอ นักวิทยาศาสตร์จึงแก้ปัญหาโดยใช้ ลิเทียม-6บวกกับนิวตรอนได้ทริเทียมกับฮีเลียม-4 หรือลิเทียม-7บวกกับนิวตรอนได้ทริเทียมกับฮีเลียม-4 ทั้งสองปฏิกิริยาได้นิวตรอนออกมาด้วย) และแท่งแกนกลางทำจากพลูโตเนียม 239 ช่องว่างทั้งหมดอัดโฟม ขั้นตอนการระเบิดเป็นดังนี้

A) หัวรบในสภาพก่อนจุดระเบิด ส่วนบนคือลูกระเบิดฟิชชั่น และส่วนล่างคือแหล่งพลังงานสำหรับปฏิกิริยาฟิชชั่น
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

กลไกการยุบเข้าในรังสีเป็นเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างความร้อนของขั้นที่สอง ช่องรังสีแวดล้อมและภายในที่ค่อนข้างเย็น ความแตกต่างของอุณหภูมินี้รักษาไว้ชั่วครู่โดยแผ่นเกราะกั้นความร้อนขนาดใหญ่เรียก "พุชเชอร์-เทมเปอร์" (pusher หรือ tamper) เป็นตัวอุดการยุบเข้าใน ซึ่งเพิ่มและยืดเวลาการบีบอัดของปฏิกิริยาฟิวชั่น หากแผ่นเกราะกั้นความร้อนทำจากยูเรเนียม-238 ซึ่งเป็นกรณีแทบทั้งหมด มันเป็นโลหะที่แข็งแรงอีกทั้งสามารถจับนิวตรอนที่ผลิตจากปฏิกิริยาฟิวชั่นแล้วดำเนินฟิสชันเองช่วยทำให้เพิ่มผลระเบิดโดยรวมขึ้นไปมาก ในอาวุธแบบเทลเลอร์–อูลาม โดยปกติปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นจะไม่ผลิตสารกัมมันตรังสีตกค้างแต่เนื่องจากการฟิวชั่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต้องผ่านการฟิชชันในขั้นตอนแรกเสียก่อนด้วยเหตุนี้จึงทำให้มีฝุ่นรังสีนิวเคลียร์ตกค้างจากการฟิสชันในขั้นตอนแรกนั้นเอง

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. 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