Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы?

в 14:56, , рубрики: Научно-популярное, спросите итана, термоядерная бомба, физика, ядерная бомба

image
Фото без даты, выпущенное официальной службой новостей Северной Кореи в декабре 2015 года. Ким Чен Ын инспектирует отремонтированную ферму по разведению сомов где-то в Северной Корее.

Начало января 2016 года ознаменовалось крайне подозрительной сейсмической активностью, происходящей в северо-восточном районе Северной Кореи, всего в нескольких милях от берега. Более того, в заявлении правительства страны было сказано, что они взорвали водородную бомбу, которую обещали использовать против любого агрессора, угрожающего их стране. Это вызвало в кругах [англоязычных] читателей не только страх и волнения, но и скептицизм, который выразила в виде вопроса Кэтлин Рид:

Северная Корея заявляет об испытании водородной бомбы. По CNN передавали изображения грибообразного облака, но я не уверена, что они получены в Северной Корее. Как мы с вами могли бы убедиться в том, что Северная Корея действительно проводила испытания ядерных бомб?

Во-первых, ваша неуверенность по поводу передач CNN попала в точку. Они славятся своей… скажем, историей репортажей о Северной Корее и ядерной войне с США.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 2
Кадр CNN от 3 апреля 2013 года

Действительно, по CNN рассказывали о том, что в Северной Корее взорвали водородную бомбу, и по CNN, как и во многих других СМИ, показали картинки и видео, содержащие грибообразное облако ядерного взрыва. Фотографии и видео настоящие, на них действительно запечатлён ядерный взрыв. Но это были фотографии не с испытания бомбы в Северной Кореи, а из различных архивов.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 3

Кроме того, в Северной Корее при испытании бомбы не должно было быть никакого облака. До этого года страна провела три испытания ядерного оружия, взрывая бомбы вопреки Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний от 1996 года [на сегодня этот договор не действует, поскольку не подписан Индией, Пакистаном и КНДР, а также не ратифицирован США – прим. перев.]. Бомбу можно взорвать, где угодно – в воздухе, под водой моря или океана, под землёй. Эти взрывы можно обнаружить, но энергия взрыва приглушается той средой, через которую ей приходится пробираться.

• Поскольку воздух наименее плотный, он хуже всего приглушает звук. Гром, извержения вулканов, запуски ракет и ядерные взрывы испускают не только звуковые волны, слышимые для нашего уха, но и инфразвук (большая длина волны, низкая частота), которые – в случае ядерного взрыва – несут столько энергии, что их могут обнаружить детекторы во всём мире.
• Вода плотнее, и хотя звуковые волны в воде перемещаются быстрее, чем в воздухе, энергия в ней рассеивается с расстоянием быстрее. Однако в случае подводного взрыва выход энергии будет столь велик, что волны давления могут быть легко обнаружены гидроакустическими датчиками, которыми обзавелись множество стран. Кроме того, в воде не происходит никаких естественных процессов, которые можно было бы спутать с ядерным взрывом.
• Так что, если стране нужно скрыть факт взрыва, лучше всего провести его под землёй. И хотя сейсмические волны от ядерного взрыва могут получиться очень сильными, в природе существует свой, более сильный метод создания сейсмических волн: землетрясения! Единственный способ различить их – триангулировать точное положение, поскольку землетрясения очень редко происходят на глубине до 100 м, а ядерные испытания пока что происходили исключительно на небольшой глубине. Поэтому страны, подписавшие договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, разместили по всему миру сейсмические станции, чтобы отлавливать происходящие ядерные испытания.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 4

Случившееся в Северной Корее сейсмическое явление обнаружили во всём мире. На Земле существует 337 сейсмических станций, отлавливающих такие события. Согласно службе геологических наблюдений США (USGS), событие было эквивалентом землетрясения магнитудой 5,1, и произошло на глубине 0,0 км. На этом основании можно реконструировать количество освобождённой энергии – примерно 10 килотонн – и определить, велика ли вероятность того, что это был ядерный взрыв: и, судя по всему, взрыв был ядерным.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 5

В отличие от предыдущих испытаний с простыми ядерными бомбами (на основе деления ядер), Северная Корея заявляет, что новая бомба – водородная, использующая термоядерный синтез. Термоядерные бомбы гораздо страшнее ядерных. Энергия ядерной бомбы на уране или плутонии находится в пределах от 2 до 50 килотонн, а энергия водородной бомбы может превосходить это значение в тысячи раз. Рекорд держит ядерное испытание в СССР Царь-бомбы мощностью в 57-58 мегатонн, прошедшее в 1961 году [также известная, как "Кузькина мать" – прим. перев.].

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 6
Взрыв Царь-бомбы

Поэтому Северная Корея, скорее всего, взорвала атомную бомбу. Но была ли это ядерная или термоядерная бомба? Между ними есть большая разница:
• Ядерная бомба использует тяжёлые элементы с большим количеством протонов и нейтронов, такие, как уран или плутоний, и бомбардирует их нейтронами, которые могут быть захвачены ядрами. И в этом случае возникает нестабильный изотоп, распадающийся на ядра меньшего размера с выходом энергии и дополнительных свободных нейтронов, что и приводит к возникновению цепной реакции. В случае правильной конструкции такие превращения испытывает огромное количество атомов, превращая сотни миллиграмм или грамм материи в чистую энергию через E=mc2
• Термоядерная бомба использует лёгкие элементы, типа водорода, и, создавая гигантские температуры и давления, заставляет их комбинироваться в более тяжёлые элементы, вроде гелия, с выходом ещё большего, чем у ядерной бомбы, количества энергии. Для этого необходимы такие высокие температуры и давления, что мы пока придумали только один способ получить их: окружить ядерной бомбой шарик топлива, предназначенного для синтеза. Только такой выход энергии может запустить реакцию ядерного синтеза. Эта схема может превратить до килограмма материи в чистую энергию.

Судя по энергетическому выходу, сотрясение в Северной Корее никак не могло быть вызвано термоядерной бомбой. В ином случае это была бы наиболее эффективная реакция синтеза с наименьшей энергией из всех, достигнутых на планете, и даже теоретики не уверены, как можно было бы достичь такой низкой энергии. С другой стороны, у нас достаточно информации, чтобы подтвердить, что это была простая ядерная бомба, поскольку сейсмические данные показывают явное сходство между северокорейской ядерной бомбой 2013 года и этой.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 7

Иначе говоря, все данные свидетельствуют, что в этом испытании использовалась ядерная реакция, без всякого синтеза. Подозреваю, что они всё-таки хотели вызвать термоядерную реакцию. Возможно, был предусмотрен второй или третий этап, на котором бомба должна была начать синтез гелия, но этого не произошло.

Спросите Итана: откуда мы знаем, что Северная Корея испытывает бомбы? - 8

Тем не менее, этот взрыв точно не был землетрясением! Землетрясения создают очень сильные S-волны, по сравнению с P-волнами, но ядерные испытания создают ощутимо более сильные P-волны, соответствующие наблюдениям. Северная Корея действительно провела ядерные испытания – и мы с вами сейчас узнали, откуда нам известно, что это была ядерная, а не термоядерная реакция.

Автор: SLY_G

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля