Мгновение до апокалипсиса: что происходит внутри термоядерной бомбы. Термоядерный взрыв


устройство. Первая термоядерная бомба. Испытание термоядерной бомбы :: SYL.ru

Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как термоядерная бомба, иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).

Почему предпочтительнее слияние ядер?

При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.

В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.

Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.

Что такое реакция слияния ядер?

Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ

D + T → 4Не + n + 17,59 МэВ.

Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙106∙17,59 = 40,5∙106 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.

Как все начиналось

Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.

Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.

Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.

Принцип термоядерной бомбы

Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:

  • вариант Теллера, известный как "классический супер";
  • более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
  • окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.

Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.

Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.

Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама

Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".

Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже. Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.

Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.

По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.

Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже. В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд – сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.

Последовательность термоядерного взрыва

Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.

На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.

Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.

Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.

В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.

Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.

Операция Плющ

Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.

Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.

СССР дает симметричный ответ

Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6Li.

Достижение предельной мощности

Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».

Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.

Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.

При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.

После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.

Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.

Солнце как термоядерный реактор

Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?

Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.

www.syl.ru

Термоядерный взрыв.

Итак, в водородной бомбе при термоядерном взрыве выгорает 100% смеси дейтерия и трития. Но в ней, как и во всех энергетических процессах, идет их расщепление, а не синтез гелия. Именно поэтому нет никакого прогресса в освоении термоядерного синтеза для получения электроэнергии, что энергетические устройства проектируются по ошибочной теории.

Полученные выше результаты можно отнести к урановому заряду водородной бомбы. Итак, расщепление уранового заряда прервалось и электронный газ вырвался на новый оперативный простор. Если термоядерным горючим служила смесь дейтерия и трития, то можно сказать, что все 2∙1028 электронов равномерно распределились в объеме водородной бомбы и каждый электрон стал началом цепной реакции с коэффициентом размножения равным трем. Повторяется тот же процесс, что и в центре уранового заряда, но с теми отличиями, что здесь нет лимитирующего фактора в распространении ФПВР на всю массу термоядерного горючего. Именно поэтому выгорает вся масса ядерного горючего – все 100%. По ходу развития процесса ФПВР электрино покидают объем бомбы в виде γ –излучения, а все высвобождающиеся электроны накапливаются в нем. И опять электронный газ создает высокое напряжение (давление) по всему объему бомбы, разрывает корпус и выходит на новый оперативный простор. При этом все накопленное количество электронов приступает к расщеплению азота и кислорода воздуха. ФПВР в атмосферном воздухе гаснет, в основном, за счет связывания электронов в отрицательно заряженные ионы воздуха, значительная часть которых становится радиоактивной.

Интересно почувствовать масштаб дополнительной мощности от взрыва воздуха при термоядерном взрыве. По воспоминаниям Славского из газет известно, что при взрыве водородной бомбы мощностью 58 Мт по тротиловому эквиваленту на Новой Земле в радиусе 20 км испарился лед 3-х метровой толщины. После несложного подсчета видно, что только на испарение этого льда затрачено энергии в 50 раз больше, чем указанная мощность бомбы. Ясно, что эта цифра оценочная и она многое не учитывает; в открытой литературе встречаются данные о том, что при разных термоядерных взрывах дополнительная энергия участвующего во взрыве воздуха на 2...3 порядка выше расчетной мощности термоядерной бомбы.

Что касается синтеза атомов и молекул, то действительно при этом выделяется энергия. Однако, она на 20 порядков меньше, чем энергия распада вещества той же массы на элементарные частицы и обусловлена частичным распадом атомов при их сближении, а не синтезом. Тогда электроны – «склейщики» молекулы за краткий миг успевают «раздеть» атомы, сняв с них несколько электрино с выделением энергии, которую и считают энергией синтеза. Поэтому и теоретически и практически энергия выделяется только при распаде вещества, как аккумулятора энергии, на элементарные частицы.

Похожие статьи:

poznayka.org

что происходит внутри термоядерной бомбы – WARHEAD.SU

…Ну, допустим, пришёл боевой блок МБР в расчётную точку. Или атомная бомба на парашюте опустилась на ту высоту, где, выражаясь популярно, необходимо непременно бахнуть. А бахнуть — это вообще как? Что происходит в корпусе бомбы за то мгновение, когда он с содержимым превращается в энергию?

Нет, вот не надо мне тут про «вспышку слева», про «ногами в эпицентр» и прочий стёб по мотивам скверно зазубренного учебника гражданской обороны. Что конкретно происходит под корпусом термоядерной боеголовки в тот момент, пока этот корпус ещё существует — хотя бы условно и частично?

Отстаньте от меня с вашим раскаянием, это же такая красивая физика! (Laßt mich in Ruhe mit euren Gewissensbissen, das ist doch so schöne Physik!)

Так сказал Энрико Ферми перед первыми ядерными испытаниями в Аламогордо, июль 1945 года. (Если, конечно, верить автору книги «Ярче тысячи солнц» Роберту Юнгу. Оснований верить ему нет ни малейших, но фраза всё равно хорошая, и мы ею цинично воспользуемся.)

Первое испытание ядерного оружия 16 июля 1945 года

Будем рассматривать двухступенчатый боеприпас, выполненный по схеме Теллера-Улама. В Советском Союзе она широко известна как «третья идея» из воспоминаний Андрея Сахарова, хотя реальных «отцов» у неё в наших палестинах был целый взвод — как минимум Давиденко, Франк-Каменецкий, Зельдович, Бабаев и Трутнев. Поэтому неправильно было бы приписывать её лично товарищу академику Сахарову, как это иногда делают. (Товарищ академик тоже не приписывал себе ничего лишнего. Будь как товарищ академик.)

Килотонная зажигалка

Начинается всё с первой ступени — так называемого триггера. Это простой атомный заряд (ну, может не совсем простой), а в нём уже всё стартует одновременным подрывом заряда обычной взрывчатки, хитрым образом обёрнутого вокруг делящегося вещества.

В древние времена атомной эры было важно, чтобы детонаторы сработали строго одновременно, с минимальным рассогласованием — в пределах десятков наносекунд. Иначе будет небольшой обычный взрыв с быстро погасшей ядерной реакцией (так называемая «шипучка»). Он изгадит все окрестности впустую израсходованным плутонием и прочей радиоактивной поганью. В конце концов придумали хитрый вариант подрыва, так называемый «лебедь». В нём синхронность некритична, и можно не утыкивать всю поверхность детонаторами.

Схема водородной бомбы

Специально обученная взрывчатка взрывается и давит на тампер (толкатель — тяжёлую оболочку триггера). Он «падает» внутрь через пустоту, в центре которой, окружённое бериллиевым отражателем нейтронов, висит самое интересное: маленький шарик плутония-239. Тампер обжимает шарик, доводя давление до нескольких миллионов атмосфер, и переводит его в надкритическое состояние.

Внимание: с момента запуска детонаторов уже прошло несколько десятков микросекунд, а меж тем никакой ядерной реакции ещё нет. Но сейчас будет.

Кино замедлилось окончательно, дальше всё пойдет значительно быстрее.

В момент обжатия плутониевого ядрышка срабатывает «запал»: стартовый источник начинает гнать в ядро нейтроны.

Вот она, отметка «ноль»: с этого момента и начинается всё веселье.

Пошли первые деления плутония, ещё под действием внешнего потока нейтронов. Несколько дополнительных наносекунд, и в толще плутония загуляла следующая волна нейтронов, уже «собственных».

Поздравляю, дамы и господа, перед нами — цепная реакция. Вас предупреждали.

Давление в центре уже шкалит за миллиард атмосфер, температура уверенно движется к 100 миллионам градусов Кельвина. А что происходит снаружи этого маленького шарика? Там же обычный взрыв вроде был? Так он и есть. Висит, извините за такой глагол, держит всю эту конструкцию через тампер, чтобы сразу никуда не убежало, но силы его на исходе.

Тут всё заканчивается: через одну десятимиллионную долю секунды с момента «ноль» (0,1 микросекунды, но все цифры очень приблизительны) реакция в плутонии завершена.

Подставляй ведро

Вроде как всё, ядерный взрыв состоялся, расходимся? Ну, теоретически да. Но если бросить всё как есть, взрыв будет не очень мощный. Можно его усилить (бустировать) слоями термоядерного горючего. Правда есть одна проблема. Вон ударная волна висит, по швам уже расходится, устала вашу ядрену-бомбу держать. Как это всё сжигать, пока оно не убежало? Сделаешь в семнадцать этажей, пять прореагируют, на те два процента и живём, а остальное — ковром по сельской местности? Нет уж, давайте думать.

Боевые блоки МБР LGM-118 Peacekeeper на последнем отрезке траектории

Как писал Теллер в обосновании своей идеи, где-то 70-80% энергии ядерной реакции выделяется в виде рентгеновского излучения, которое движется существенно быстрее, чем рвущиеся наружу осколки деления плутония. Что это даёт пытливому уму физика?

А давайте, говорит физик, пока до нас не доползла взрывная волна и тут всё вообще не разлетелось к едрене-фене, используем уже вышедший из триггера рентген для поджига термоядерной реакции.

Поставим рядом ведро жидкого дейтерия (как у Теллера в первом изделии и было) или твердого дейтерида лития (как Гинзбург в Союзе предложил), и используем взрыв триггера как зажигалку, ну или, если хотите, как детонатор НАСТОЯЩЕГО ВЗРЫВА.

Сказано — сделано. Теперь понятна конструкция нашего заряда: пустотелый бак, с одного торца — триггер, всю низость падения которого мы уже обсудили. Пространство между первой и второй ступенью заполняется разными хитрыми рентгенопроницаемыми материалами. Везде официально указано, что поначалу это был пенополистирол. Но с конца 1970-х у американцев, скажем, используется шибко секретный материал FOGBANK — предположительно, аэрогель. Наполнитель предохраняет вторую ступень от раннего перегрева, а внешний корпус заряда — от быстрого разрушения. Корпус поддаёт также давления на вторую ступень и вообще способствует симметричности обжатия.

Кроме того, там же — в небольшом перерывчике между первой и второй — установлены совсем хитрые и начисто секретные конструкции, про которые стараются вообще ничего не писать. Их можно осторожно назвать концентраторами рентгеновского излучения. Нужно всё это, чтобы рентген не просто так светил в пространство, а надлежащим образом доехал до второй ступени.

Всё остальное место занимает вторая ступень. Пакет её тоже непростой, а какой надо пакет. В самой сердцевине этого цилиндра из дейтерида лития, упакованного в прочный тяжёлый корпус, проделан канал, в который коварно вложили стержень из того же самого плутония-239 или урана-235.

Когда Родине нужно — и звёзды зажигают

Рентген испарил наполнитель, переотражается изнутри от внешней оболочки и действует на корпус второй ступени. Да и в общем, чего греха таить, вся эта ярмарка уже приступает к ликвидации самой бомбы как материальной конструкции. Но мы успеем, нам надо-то всего ничего, около микросекунды.

Всё испарившееся ломится в центр и со страшной силой давит и греет (миллионы градусов, сотни миллионов атмосфер) внешнюю оболочку второй ступени. Она тоже начинает испаряться (эффект абляции). Ну как — испаряться…

Реактивный двигатель на форсаже в сравнении с этим — попытка деликатно высморкаться.

Отсюда можете прикинуть давление на то, что внутри оболочки. См. выше про тампер на первой ступени, идея в чем-то схожая.

Вторая ступень уменьшается в размерах — в 30 раз для цилиндрического варианта и примерно в 10 для сферического. Плотность вещества возрастает более, чем в тысячу раз. Внутренний стержень из плутония доводится до надкритичности и в нём начинается ядерная реакция — уже вторая в нашем боеприпасе за последнюю микросекунду.

Итак, сверху обжатый тампер, внутри жёстко бомбануло, пошёл поток нейтронов — и у нас внутри стоят расчудесные погоды.

Здравствуй, синтез легких ядер, литий в тритий, всё вместе в гелий, вот он, выход мощности. Сотни миллионов градусов, как в звёздах. Термоядерная бомба пожаловала.

Микросекунда капает, подожжённый дейтерид лития горит из центра наружу… стоп, а если нам и сейчас мощности мало?

Давайте-ка отмотаемся немного назад и организуем корпус второй ступени не просто так, а из урана-238. По сути, из природного металла, а то и из обеднённого.

У нас от синтеза лёгких ядер прёт поток очень быстрых нейтронов, они кидаются изнутри на недоиспарившийся урановый тампер и — о, чудо! — в этом безобидном изотопе запускается ядерная реакция. Не цепная, самоподдерживаться она не может. Но этих нейтронов из термояда вылетает столько, что на тонну урана хватит: вся вторая ступень как огромный нейтронный источник работает.

Это так называемая «реакция Джекила-Хайда». Потому и название такое: никого не трогал, вроде был нормальный, и тут на тебе ВНЕЗАПНО.

Оно вылупилось

У нас, напомним, не прошло и двух микросекунд, а уже столько сделано важных дел: взорвали атомную бомбу, подожгли с её помощью термоядерное горючее и, если было надо, заставили делиться аполитичного пофигиста — уран-238. Последнее, кстати, важно: на нём можно сильно разогнать мощность устройства. Но и грязи в окружающую среду полетит много.

Правда, на этом «красивая физика» гигантов научной мысли середины XX века заканчивается. Теперь вся эта первозданная стихия готова излиться наружу, за призрачные границы того, что ещё недавно было корпусом бомбы.

И вот там дальше начнет развиваться огненный шар, а потом возникают и поражающие факторы ядерного взрыва. Но о них — потом.

warhead.su

Рукотворная звезда: Термоядерная бомба | Журнал Популярная Механика

У многих наших читателей водородная бомба ассоциируется с атомной, только гораздо более мощной. На самом деле это принципиально новое оружие, потребовавшее для своего создания несоизмеримо больших интеллектуальных усилий и работающее на принципиально других физических принципах.

Единственно, что роднит атомную и водородную бомбу, так это то, что обе высвобождают колоссальную энергию, скрытую в атомном ядре. Сделать это можно двумя путями: разделить тяжелые ядра, например, урана или плутония, на более легкие (реакция деления) или заставить слиться легчайшие изотопы водорода (реакция синтеза). В результате обеих реакций масса получившегося материала всегда меньше массы исходных атомов. Но масса не может исчезнуть бесследно — она переходит в энергию по знаменитой формуле Эйнштейна E=mc2.

A-bomb

Для создания атомной бомбы необходимым и достаточным условием является получение делящегося материала в достаточном количестве. Работа довольно трудоемкая, но малоинтеллектуальная, лежащая ближе к горнорудной промышленности, чем к высокой науке. Основные ресурсы при создании такого оружия уходят на строительство гигантских урановых рудников и обогатительных комбинатов. Свидетельством простоты устройства является тот факт, что между получением необходимого для первой бомбы плутония и первым советским ядерным взрывом не прошло и месяца.

Напомним вкратце принцип работы такой бомбы, известный из курса школьной физики. В ее основе лежит свойство урана и некоторых трансурановых элементов, например, плутония, при распаде выделять более одного нейтрона. Эти элементы могут распадаться как самопроизвольно, так и под воздействием других нейтронов.

Высвободившийся нейтрон может покинуть радиоактивный материал, а может и столкнуться с другим атомом, вызвав очередную реакцию деления. При превышении определенной концентрации вещества (критической массе) количество новорожденных нейтронов, вызывающих дальнейшее деление атомного ядра, начинает превышать количество распадающихся ядер. Количество распадающихся атомов начинает расти лавинообразно, рождая новые нейтроны, то есть происходит цепная реакция. Для урана-235 критическая масса составляет около 50 кг, для плутония-239 — 5,6 кг. То есть шарик плутония массой чуть меньше 5,6 кг представляет собой просто теплый кусок металла, а массой чуть больше существует всего несколько наносекунд.

Собственно схема работы бомбы простая: берем две полусферы урана или плутония, каждая чуть меньше критической массы, располагаем их на расстоянии 45 см, обкладываем взрывчаткой и взрываем. Уран или плутоний спекается в кусок надкритической массы, и начинается ядерная реакция. Все. Существует другой способ запустить ядерную реакцию — обжать мощным взрывом кусок плутония: расстояние между атомами уменьшится, и реакция начнется при меньшей критической массе. На этом принципе работают все современные атомные детонаторы.

Проблемы атомной бомбы начинаются с того момента, когда мы хотим нарастить мощность взрыва. Простым увеличением делящегося материала не обойтись — как только его масса достигает критической, он детонирует. Придумывались разные хитроумные схемы, например, делать бомбу не из двух частей, а из множества, отчего бомба начинала напоминать распотрошенный апельсин, а потом одним взрывом собирать ее в один кусок, но все равно при мощности свыше 100 килотонн проблемы становились непреодолимыми.

H-bomb

А вот горючее для термоядерного синтеза критической массы не имеет. Вот Солнце, наполненное термоядерным топливом, висит над головой, внутри его уже миллиарды лет идет термоядерная реакция, — и ничего, не взрывается. К тому же при реакции синтеза, например, дейтерия и трития (тяжелого и сверхтяжелого изотопа водорода) энергии выделяется в 4,2 раза больше, чем при сгорании такой же массы урана-235.

Изготовление атомной бомбы было скорее экспериментальным, чем теоретическим процессом. Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Прежде чем начинать конструировать бомбу, надо было досконально разобраться в природе явлений, происходящих только в ядре звезд. Никакие эксперименты тут помочь не могли — инструментами исследователей были только теоретическая физика и высшая математика. Не случайно гигантская роль в разработке термоядерного оружия принадлежит именно математикам: Уламу, Тихонову, Самарскому и т. д.

Классический супер

К концу 1945 года Эдвард Теллер предложил первую конструкцию водородной бомбы, получившую название «классический супер». Для создания чудовищного давления и температуры, необходимых для начала реакции синтеза, предполагалось использовать обычную атомную бомбу. Сам «классический супер» представлял собой длинный цилиндр, наполненный дейтерием. Предусматривалась также промежуточная «запальная» камера с дейтериевотритиевой смесью — реакция синтеза дейтерия и трития начинается при более низком давлении. По аналогии с костром, дейтерий должен был играть роль дров, смесь дейтерия с тритием — стакана бензина, а атомная бомба — спички. Такая схема получила название «труба» — своеобразная сигара с атомной зажигалкой с одного конца. По такой же схеме начали разрабатывать водородную бомбу и советские физики.

Однако математик Станислав Улам на обыкновенной логарифмической линейке доказал Теллеру, что возникновение реакции синтеза чистого дейтерия в «супере» вряд ли возможно, а для смеси потребовалось бы такое количество трития, что для его наработки нужно было бы практически заморозить производство оружейного плутония в США.

Слойка с сахаром

В середине 1946 года Теллер предложил очередную схему водородной бомбы — «будильник». Она состояла из чередующихся сферических слоев урана, дейтерия и трития. При ядерном взрыве центрального заряда плутония создавалось необходимое давление и температура для начала термоядерной реакции в других слоях бомбы. Однако для «будильника» требовался атомный инициатор большой мощности, а США (как, впрочем, и СССР) испытывали проблемы с наработкой оружейного урана и плутония.

Осенью 1948 года к аналогичной схеме пришел и Андрей Сахаров. В Советском Союзе конструкция получила название «слойка». Для СССР, который не успевал в достаточном количестве нарабатывать оружейный уран-235 и плутоний-239, сахаровская слойка была панацеей. И вот почему.

В обычной атомной бомбе природный уран-238 не только бесполезен (энергии нейтронов при распаде не хватает для инициации деления), но и вреден, поскольку жадно поглощает вторичные нейтроны, замедляя цепную реакцию. Поэтому оружейный уран на 90% состоит из изотопа уран-235. Однако нейтроны, появляющиеся в результате термоядерного синтеза, в 10 раз более энергетичные, чем нейтроны деления, и облученный такими нейтронами природный уран-238 начинает превосходно делиться. Новая бомба позволяла использовать в качестве взрывчатки уран-238, который прежде рассматривался как отходы производства.

Изюминкой сахаровской «слойки» было также применение вместо остродефицитного трития белого легкого кристаллического вещества — дейтрида лития 6LiD.

Как упоминалось выше, смесь дейтерия и трития поджигается гораздо легче, чем чистый дейтерий. Однако на этом достоинства трития заканчиваются, а остаются одни недостатки: в нормальном состоянии тритий — газ, из-за чего возникают трудности с хранением; тритий радиоактивен и, распадаясь, превращается в стабильный гелий-3, активно пожирающий столь необходимые быстрые нейтроны, что ограничивает срок годности бомбы несколькими месяцами.

Нерадиоактивный дейтрид лития же при облучении его медленными нейтронами деления — последствиями взрыва атомного запала — превращается в тритий. Таким образом, излучение первичного атомного взрыва за мгновение вырабатывает достаточное для дальнейшей термоядерной реакции количество трития, а дейтерий в дейтриде лития присутствует изначально.

Именно такая бомба, РДС-6с, и была успешно испытана 12 августа 1953 на башне Семипалатинского полигона. Мощность взрыва составила 400 килотонн, и до сих пор не прекратились споры, был ли это настоящий термоядерный взрыв или сверхмощный атомный. Ведь на реакцию термоядерного синтеза в сахаровской слойке пришлось не более 20% суммарной мощности заряда. Основной вклад во взрыв внесла реакция распада облученного быстрыми нейтронами урана-238, благодаря которому РДС-6с и открыла эру так называемых «грязных» бомб.

Дело в том, что основное радиоактивное загрязнение дают как раз продукты распада (в частности, стронций-90 и цезий-137). По существу, сахаровская «слойка» была гигантской атомной бомбой, лишь незначительно усиленной термоядерной реакцией. Не случайно всего один взрыв «слойки» дал 82% стронция-90 и 75% цезия-137, которые попали в атмосферу за всю историю существования Семипалатинского полигона.

Американ бомб

Тем не менее, первыми водородную бомбу взорвали именно американцы. 1 ноября 1952 года на атолле Элугелаб в Тихом океане было успешно испытано термоядерное устройство «Майк» мощностью 10 мегатонн. Назвать бомбой 74-тонное американское устройство можно с большим трудом. «Майк» представлял собой громоздкое устройство размером с двухэтажный дом, заполненное жидким дейтерием при температуре, близкой к абсолютному нулю (сахаровская «слойка» была вполне транспортабельным изделием). Однако изюминкой «Майка» были не размеры, а гениальный принцип обжатия термоядерной взрывчатки.

Напомним, что основная идея водородной бомбы состоит в создании условий для синтеза (сверхвысокого давления и температуры) посредством ядерного взрыва. В схеме «слойка» ядерный заряд расположен в центре, и поэтому он не столько сжимает дейтерий, сколько разбрасывает его наружу — увеличение количества термоядерной взрывчатки не приводит к увеличению мощности — она просто не успевает детонировать. Именно этим и ограничена предельная мощность данной схемы — самая мощная в мире «слойка» Orange Herald, взорванная англичанами 31 мая 1957 года, дала только 720 килотонн.

Идеально было бы, если бы заставить взрываться атомный запал внутрь, сжимая термоядерную взрывчатку. Но как это сделать? Эдвард Теллер выдвинул гениальную идею: сжимать термоядерное горючее не механической энергией и нейтронным потоком, а излучением первичного атомного запала.

В новой конструкции Теллера инициирующий атомный узел был разнесен с термоядерным блоком. Рентгеновское излучение при срабатывании атомного заряда опережало ударную волну и распространялось вдоль стенок цилиндрического корпуса, испаряя и превращая в плазму полиэтиленовую внутреннюю облицовку корпуса бомбы. Плазма, в свою очередь, переизлучала более мягкое рентгеновское излучение, которое поглощалось внешними слоями внутреннего цилиндра из урана-238 — «пушера». Слои начинали взрывообразно испаряться (это явление называют абляция). Раскаленную урановую плазму можно сравнить со струями сверхмощного ракетного двигателя, тяга которого направлена внутрь цилиндра с дейтерием. Урановый цилиндр схлопывался, давление и температура дейтерия достигала критического уровня. Это же давление обжимало центральную плутониевую трубку до критической массы, и она детонировала. Взрыв плутониевого запала давил на дейтерий изнутри, дополнительно сжимая и нагревая термоядерную взрывчатку, которая детонировала. Интенсивный поток нейтронов расщепляет ядра урана-238 в «пушере», вызывая вторичную реакцию распада. Все это успевало произойти до того момента, когда взрывная волна от первичного ядерного взрыва достигала термоядерного блока. Расчет всех этих событий, происходящих за миллиардные доли секунды, и потребовал напряжения ума сильнейших математиков планеты. Создатели «Майка» испытывали от 10-мегатонного взрыва не ужас, а неописуемый восторг — им удалось не только разобраться в процессах, которые в реальном мире идут только в ядрах звезд, но и экспериментально проверить свои теории, устроив свою небольшую звезду на Земле.

Браво

Обойдя русских по красоте конструкции, американцы не смогли сделать свое устройство компактным: они использовали жидкий переохлажденный дейтерий вместо порошкообразного дейтрида лития у Сахарова. В Лос-Аламосе на сахаровскую «слойку» реагировали с долей зависти: «вместо огромной коровы с ведром сырого молока русские используют пакет молока сухого». Однако утаить секреты друг от друга обеим сторонам не удалось. Первого марта 1954 года у атолла Бикини американцы испытали 15-мегатонную бомбу «Браво» на дейтриде лития, а 22 ноября 1955 года над семипалатинским полигоном рванула первая советская двухступенчатая термоядерная бомба РДС-37 мощностью 1,7 мегатонн, снеся чуть ли не полполигона. С тех пор конструкция термоядерной бомбы претерпела незначительные изменения (например, появился урановый экран между инициирующей бомбой и основным зарядом) и стала канонической. А в мире не осталось больше столь масштабных загадок природы, разгадать которые можно было бы столь эффектным экспериментом. Разве что рождение сверхновой звезды.

www.popmech.ru

ВОДОРОДНАЯ БОМБА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах.

 ИТАР-ТАСС ВОДОРОДНАЯ БОМБА в 50 мегатонн. Макет-копия. Музей Федерального ядерного центра. Саров (Арзамас-16)

Термоядерные реакции.

В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.

Изотопы водорода.

Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (h3O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (2H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.

Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли, где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.

Разработка водородной бомбы.

Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 ё 8 Мт в тротиловом эквиваленте.

Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.

Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.

Механизм действия водородной бомбы.

Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.

Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.

Деление, синтез, деление (супербомба).

На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 (основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах). Быстрые нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб.

Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным. Оно гораздо дешевле атомных бомб той же мощности.

Последствия взрыва.

Ударная волна и тепловой эффект.

Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.

Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.

Огненный шар.

В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное (хотя и вторичное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей среды.

Радиоактивные осадки.

Как они образуются.

При взрыве бомбы возникший огненный шар наполняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхностью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и пепел и втягивает их в огненный смерч. В вихре пламени они перемешиваются и связываются с радиоактивными частицами. Радиоактивная пыль, кроме самой крупной, оседает не сразу. Более мелкая пыль уносится возникшим в результате взрыва облаком и постепенно выпадает по мере движения его по ветру. Непосредственно в месте взрыва радиоактивные осадки могут быть чрезвычайно интенсивными – в основном это оседающая на землю крупная пыль. В сотнях километров от места взрыва и на более далеких расстояниях на землю выпадают мелкие, но все еще видимые глазом частицы пепла. Часто они образуют похожий на выпавший снег покров, смертельно опасный для всех, кто окажется поблизости. Еще более мелкие и невидимые частицы, прежде чем они осядут на землю, могут странствовать в атмосфере месяцами и даже годами, много раз огибая земной шар. К моменту выпадения их радиоактивность значительно ослабевает. Наиболее опасным остается излучение стронция-90 с периодом полураспада 28 лет. Его выпадение четко наблюдается повсюду в мире. Оседая на листве и траве, он попадает в пищевые цепи, включающие и человека. Как следствие этого, в костях жителей большинства стран обнаружены заметные, хотя и не представляющие пока опасности, количества стронция-90. Накопление стронция-90 в костях человека в долгосрочной перспективе весьма опасно, так как приводит к образованию костных злокачественных опухолей.

Длительное заражение местности радиоактивными осадками.

В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепловым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа супербомб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельно опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание сверхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать непригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных этим изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человека.

www.krugosvet.ru

Взрыв термоядерный - Справочник химика 21

    В 1954 г. 239 жителей Маршалловых островов, 28 военнослужащих США и 23 японских рыбака подверглись действию излучения в Тихом океане в результате выпадения радиоактивных осадков после взрыва термоядерного устройства. Один из рыбаков погиб. [c.80]     Природные воды могут содержать радиоактивные вещества естественного и искусственного происхождения. Естественной радиоактивностью воды обогащаются, проходя через породы, содержащие радиоактивные элементы (изотопы урана, радия, тория, калия и др.). Солями с искусственной радиоактивностью вода заражается прн попадании в нее стоков от промышленных, исследовательских предприятий и медицинских учреждений, использующих радиоактивные препараты. Природная вода также заражается радиоактивными элементами при экспериментальных взрывах термоядерного оружия. [c.210]

    Открытие элементов 99. и 100 представляет собой выдающийся пример неожиданности в науке. Седьмой к восьмой трансурановые элементы были открыты в пыли, собранной после взрыва термоядерного устройства Майк , произведенного 1 ноября 1952 г. Это было первым большим испытанне.м термоядерного устройства. Радиоактивную пыль, рассеявшуюся в ат.мосфере после [c.38]

    Особенность цепных реакций состоит в том, что возникающие ири их протекании частицы имеют повышенную химическую активность. Поэтому в таких реакциях элементарные акты не являются независимыми друг от друга — каждый из них вызывает один или несколько других. Цепные реакции — особый класс процессов, имеющих весьма важное значение в технике. К ним принадлежат горение, взрывы, термоядерные реакции, синтез полимерных материалов, крекинг нефти и др. [c.245]

    Эйнштейний делают и в ядерных реакторах. Уран-238 облучают нейтронами, и происходит последовательный захват нейтронов. Конечно, в реакторах этот процесс идет значительно медленнее и занимает не доли секунды, а годы. Но зато полученная продукция не разбрасывается по площади в тысячи квадратных километров, как было при взрыве термоядерного Майка . В реакторах удается накапливать элемент № 99 в намного больших количествах — миллиарды атомов. [c.436]

    Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское по масштабам Земли количество энергии. [c.26]

    Необходимые для протекания этих реакций температура ( 10 К) н нейтроны создаются взрывом атомного запала — цепной реакцией расщепления ядер или Количество энергии, высвобождающееся при взрыве мощной термоядерной (водородной) бомбы, превышает недельную выработку электроэнергии во всем мире и сравнимо с энергией землетрясений и ураганов. [c.662]

    Термоядерные реакции могут протекать лишь при очень высоких температурах (сверх миллиона градусов). Высокая энергия сталкивающимся частицам может быть сообщена в результате сильного разогрева в недрах звезд, при атомном взрыве или в мощном газовом разряде. До настоящего времени практически осуществлены лишь неуправляемые термоядерные реакции при термоядерных взрывах (водородная бомба). [c.45]

    Количество энергии, высвобождающееся при взрыве мощной термоядерной (водородной) бомбы (- 10 эрг), превышает недельную выработку электроэнергии во всем мире и сравнимо с энергией землетрясений и ураганов. [c.45]

    Для этой реакции необходима температура 40000000 К. Высокие температуры, требующиеся для инициирования процесса ядерного синтеза, удалось получить при взрыве атомной бомбы. Это было осуществлено в термоядерной, или водородной, бомбе. [c.273]

    А. Гиорсо и Г. Сиборгом во время термоядерного взрыва. Самый долгоживущий изотоп 2 Рп1(Т,д= 79 суток). По химическим свойствам напоминает эрбий. [c.262]

    Термоядерные реакции интенсивно протекают в недрах Солнца и звезд в условиях господствующих там температур и давлений (температура — десятки миллионов градусов и давление порядка десятков и сотен миллионов атмосфер). В этих условиях возможен синтез и тяжелых ядер, дающий огромный температурный эффект. Так, известны случаи возникновения космических новообразований (например, при взрыве звезд), яркость свечения которых в 600 ООО ООО раз выше солнечной. [c.377]

    Стадия так называемого равновесного процесса протекает как наиболее горячий термоядерный процесс при температурах 3-10 К. Между ядрами и элементарными частицами устанавливается статистическое равновесие. При этом возникают изотопы элементов, прилегающие к лелезу Сг, Мп, Ре, Со, N1, Си. Эта стадия в жизни звезды очень коротка, она заканчивается взрывом и рассеянием в пространстве части материала звезды из сформировавшихся атомов от водорода до титана. В центральной части звезды сохраняются элементы железного максимума . В очень массивных звездах после катастрофического взрыва наступает стадия нейтронного захвата. Ядра элементов типа (4п-(-1), имеющие в составе один нейтрон сверх кратного числа, представляют собой мощный источник нейтронов  [c.426]

    Процесс начинается взрывом атомной бомбы, играющей роль запала. Прн достижении высоких температур начинается неуправляемая термоядерная реакция образования гелия из лития и дейтерия  [c.69]

    Проблема осуществления управляемых термоядерных реакций не решена, так как учеными еще не найден способ более длительного сохранения тонкого плазменного шнура. По невыясненным причинам, несмотря на воздействие магнитного поля, плазма растекается в пространстве и термоядерные реакции, начавшись, быстро прекращаются. Осуществление управляемых термоядерных реакций (при взрыве водородной бомбы протекают неуправляемые термоядерные реакции) является одной из важнейших проблем современности. Успешное решение ее обеспечит человечество практически неисчерпаемым источником энергии. [c.16]

    Количество энергии, освобождающейся при реакции слияния ядер дейтерида лития, составляет приблизительно 60 Мт на 1 т материала, участвующего в процессе ядерного синтеза, тогда как на 1 т урана, подвергающегося делению, приходится лишь 10 Мт энергии. Самой большой из взорванных ядерных бомб была советская бомба, взорванная в ноябре 1961 г., это была атомно-термоядерная бомба с энергией взрыва около 60 Мт, что примерно в 10 раз превышает общую мощность бомб, взорванных за время второй мировой войны. [c.630]

    Дальнейшая судьба химических элементов определяется развитием звезды. После образования элементов группы железа возможно сильнейшее гравитационное сжатие вещества звезды, при котором может со скоростью взрыва произойти почти полный распад образовавшихся элементов на гелий и нейтроны энергия, необходимая для такого распада, поставляется гравитационными силами. Внешние оболочки звезды, состоящие в основном из легких элементов, разогреваются, что может привести к термоядерному взрыву громадной мощности, при котором в окружающее пространство выбрасывается огромное количество материи. Описанный процесс представляет собою явление, называемое взрывом сверхновой звезды. Выброшенное при взрыве сверхновой звезды вещество образует межзвездный газ — основной материал для формирования холодной материи Вселенной, а главное, для так называемых звезд второго поколения. [c.65]

    Пока наибольшее когда-либо полученпое человеком в один присест количество фермия составляет 5 млрд. атомов, т. е. около двух миллионных долей миллионной доли грамма. Это атомы изотопа фермий-257, выделенные из 10 кг породы с места взрыва термоядерного устройства под кодовым названием Хатч на подземном полигоне в штате Невада в июле 1969 г. [c.442]

    В процессе нейтронной активации образование радионуклидов происходит как в ядерных реакторах, так и при ядерных взрывах. Так, при взрыве термоядерной бомбы в результате юаимодействия высвобождающихся быстрых (14,5 МэВ) нейтронов с ядрами атмосферного азота по реакции п,р) образуется радиоактивный углерод с, имеющий период полураспада 5730 лет. В результате испытаний ядерного оружия в атмосфере в 1970-е гг. концентрация С в воздухе в отдельные годы значительно ( 1,5 раза) превышала естественный уровень [1]. При активации нейтронами в ядерных реакторах непрерывно образуются ядра распадаюшдеся в долгоживущий радионуклид [2]  [c.158]

    Атомные характеристики. Атомный номер 94. Имеет изотопы с массовыми числами от 232 до 246. Наиболее долгоживущий -радиоактивный изотоп 2 Ри с периодом полураспада 7,5-10 лет. Наиболее практически важный Ри имеет период полураспада 24360 лет. В пыли, собранной после взрывов термоядерных бомб, обнаружены следы изотопов 2 Фи и 2 Ри. Атомный радиус плутония 0,162 нм, иониый радиус Ри + 0,100, а Ри + 0,090 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек 5й 5/ б526р 752. Электроотрнцательность 1,11—1,2 Плутоний имеет шесть аллотропических модификаций, из которых а, Р и у обладают сложной кристаллической структурой с ярко выраженными связями ковалентного характера  [c.624]

    Так как величина М относится к массе стандартного ВВ, для других ВВ можно использовать массу ТНТ-эквивалента (в соответствии с энергосодержанием ВВ). Закон Хопкинсона выдержал проверку временем и успешно применяется даже для термоядерных взрывов [01а551опе,1980]. Диапазон масс, таким образом, включает массы от 100 г до 20 Мт (в ТНТ-эквиваленте). [c.252]

    В течение последних нескольких лет синтезировано 10 новых элементов с 2 > 92 (трансурановые элементы) и около 70 изотопов их. Сюда принадлежат следующие элементы нептуний Мр (2 = 93), плутоний Ри (2 = 94), америций Ат (2 95), кюрий Ст (2 = 96), берклий Вк (2 -- 97), калифорний СГ (2 = 98), эйнштейний Ез (2 = 99), фермий Рт (2 = 100) и менделевий М(1 (2 = 101). Некоторые из них (Ыр, Ри, Ат и др.) получены путем нейтронного облучения исходных ядер, другие (например, Ез и Рт) впервые были обнаружены в продуктах термоядерного взрыва. Третьи синтезированы путем облучения тяжелых ядер (и, Ри и др.) многозарядными ядрами гелия (а-частииами), углерода, азота или кислорода. Так, бомбардировкой ядрами атома кислорода по реакции Ри94 (08 , 4п)102 з синтезирован элемент с порядковым номером 2 = 102. Этот элемент назван нобелием с химическим символом Ыо .  [c.390]

    Реализовать подобные термоядерные процессы -в земных уело-ВИЯХ оказалось возможным лишь с помощью высокой температуры (порядка десятков миллионов градусов), возникающей при взрыве атомной бомбы. Только последняя могла послужить спичкой , способной дать начало искусственно осуществляемым реакциям синтеза атомных ядер. [c.529]

    Следующие за калифорнием элементы. Мг 99 (эйнштейний Ея) и № 100 (фермий Гт) впервые были открыты в продуктах термоядерного взрыва (1952). Уже одно это говорит о сложности синтеза ядер этих элементов. В самом деле, например, синтез ядра эйнштейния путем последовательного захвата нейтронов ядрами 2заи возможен в результате захвата 15 нейтронов и семикратного / -распада образующихся продуктов. Поэтому в дальнейшем изотопы эйнштейния и фермия по.луча-ли бомбардировкой урана ядрами и Ю соответственно  [c.515]

    Обнаружен среди осколков деления при термоядерном взрыве в 1954 г. в Тихом океане Дж.Р. Чоппином, С.Дж. Томпсоном, А. Гиорсо и В.Дж. Харвеем [Назван в честь Энрико Ферми] [c.205]

    Использование Я. э. стало возможным после открытия самоподдерживающихся ядерных р-ций — цепного деления атомных ядер и термоядерного синтеза. Осуществлены цепные р-ции как неуправляемые, приводящие к взрыву, так и с регулируемым уровнем выделения Я. э. При делении ядер 1 кг урана выделяется ок. 2-10 кВт-ч энергии, чт(J эквивалентно сжиганию более 2,5 тыс. т высокосортного каменного угля. Выделяющаяся в результате ядерных цепных р-ций энергия использ. на атомных электростанциях и в двигателях крупных транспортных ср-в (корабли, подводные лодки и т. п.). Синтез легких ядер при очень высоких т-рах (термоядерные р-ции)—осн. источник энергии Солнца и звезд. Практически удалось осуществить лишь неуправляемые термоядерные р-ции (взрыв). Однако широко ведется поиск путей осуществления управляемой термоядерной р-ции. [c.724]

    ВЗРЫВ, выделение большого кол-ва энергии в ограниченном объеме в-ва за короткий промежуток времени. Различаются В. двух типов. К первому типу относят В., обусловленные высвобождением хим. илн ядерной энергии в-ва, напр, взрывы хнм. взрывчатых веществ, смесей газов, пыли и (нли) паров, а также ядерные и термоядерные В. При В. второго типа выделяется энергия, полученная в-вом от внеш. источника. Примеры подобных В.-мощный электрнч. разряд в среде (в природе-молния во время грозы) испарение металлич. проводника под действием тока большой силы В. при воздействии на в-во нек-рых излучений большой плотности энергии, напр, сфокусированного лазерного излучения внезапное разрушение оболочки со сжатым газом. [c.363]

    Получение. Изотопы К. образуются при длит, облучении Ри, Am и (или) m нейтронами в ядерных реакторах. Смесь изотопов f с мае. ч. 249-254 обычно содержит ок. 60-90% СГ Этим путем в США получают неск. г f в год. К., выделенный после термоядерного взрыва, значительно богаче изотопами f и f f высокой изотопной чистоты выделяют из старых препаратов Вк. Легкие (нейтроио-дефицитные) изотопы К. обычно получают при облучении m а-частицами или в ядерных р-циях с тяжелыми иоиами, напр, бомбардировкой Th ионами О или U. Выделяют изотопы К. экстракцией, ионным обменом и экстракци-онно-хроматографически. Металлич. К. получают восстановлением его оксидов или фторидов лантаном или литием. [c.286]

    В лаб. условиях и при пром. применениях П. получают посредством электрич. разряда в газах, в процессах горения и взрыва. П. используют в плазменных ускорителях, магнитогидродинамич. генераторах, в лаб. установках для изучения проблем управляемого термоядерного синтеза. [c.552]

    Впервые Ф. был вьщелен А. Гиорсо, С. Томпсоном и Г. Хиггинсом в 1952 из продуктов термоядерного взрыва. Нуклвд Fm образовался в результате мгновенного захвата ураном нейтронов с послед. Р -распадами по р-ции + [c.84]

    Впервые Э. был вьщелен из продуктов термоядерного взрыва в 1952 учеными из Беркли, Аргонской и Лос-Аламос-ской лабораторий США. Нуклвд Es образовался в результате мгновенного захвата нейтронов ураном с послед. Р -рас-падами U15л—> Es. Назван по имени [c.405]

    Выделяющиеся нейтроны поглощаются ядрами и, при этом образуется дополнит, кол-во трития по р-ции Ы + + и = Т -I- Не. Тритий вступает в р-цию с дейтерием, вновь возникают нейтроны, способные взаимод. с и т.д. Теплотворная способность термоядерного горючего в 5-6 раз выше, чем у делящихся материалов. Запасы дейтерия в гидросфере составляют порядка 10 т, а его энергетич. ресурсы - св. 10 МДж. В наст, время практически осуществляются только неуправляемые р-ции (взрыв), широко ведется поиск методов осуществления управляемой термоядерной р-ции, позволяющей в принципе обеспечить человечество энергией практически на неофаниченный срок. с. а. КаЛакчи. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, превращения атомных ядер при взаимодействии с др. ядрами, элементарными частицами или у-квантами. Такое определение разфаничивает собственно Я. р. и процессы самопроизвольного превращения ядер при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность), хотя в обоих случаях речь идет об образовании новых ядер. [c.514]

    При использовании в качестве бомбардирующих частиц дейтронов в облучаемое адро часто проникает только один нуклон - протон или нейтрон, второй нуклон адра дейтрона летит дальше, обычно в том же направлении, что и налетающий дейтрон. Высокие эффективные сечения могут достигаться при проведении Я. р. между дейтронами и легкими адрами при сравнительно низких энергиях налетающих частиц (1-10 МэВ). Поэтому Я. р. с участием дейтронов можно осуществить не только при использовании ускоренных на ускорителе дейтронов, но и путем нагревания смеси взаимодействующих адер до т-ры ок. 10 К. Такие Я. р. называют термоядерными. В природных условиях они протекают лишь в недрах звезд. На Земле термоадерные р-ции с участием дейтерия, дейтерия и трития, дейтерия и лития и щз. осуществлены при взрывах термоадерных (водородных) шмб. [c.515]

    Фермий Fm (лат. Fermium, по имени физика Ферми). Ф.— радиоактивный элемент П1 группы периодич. системы Д. И. Менделеева, п. н. 100. Относится к актиноидам. Получен впервые искусственно в 1953 г. при термоядерном взрыве. Наиболее долгоживущий изотоп Fm (Тч = 79 сут.). Химически сходен с лантаноидом эрбием. [c.142]

chem21.info

Термоядерное оружие - это... Что такое Термоядерное оружие?

Схема Теллера-Улама

Термоя́дерное ору́жие (оно же водородная бомба) — тип ядерного оружия, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия), при которой выделяется колоссальное количество энергии.

Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного бо́льшую возможную мощность взрыва (теоретически, она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов). Следует отметить, что часто упоминаемое утверждение о том, что радиоактивное заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, касается реакций синтеза, которые используются только совместно с гораздо более «грязными» реакциями деления. Термин «чистое оружие», появившийся в англоязычной литературе, к концу 1970-х годов, вышел из употребления. На деле всё зависит от выбранного типа реакции, используемой в том или ином изделии. Так, включение в термоядерный заряд элементов из урана-238 (При этом используемый в водородной бомбе уран-238 делится под действием быстрых нейтронов и даёт радиоактивные осколки. Сами нейтроны производят наведённую радиоактивность.) позволяет намного (до пяти раз) повысить общую мощность взрыва, но и значительно (в 5-10 раз) увеличивает количество радиоактивных осадков[1].

Общее описание

Термоядерное взрывное устройство может быть построено как с использованием жидкого дейтерия, так и газообразного сжатого. Но появление термоядерного оружия стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития — дейтериду лития-6. Это соединение тяжёлого изотопа водорода — дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6.

Дейтерид лития-6 — твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий (обычное состояние которого в нормальных условиях — газ) при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент — литий-6 — это сырьё для получения самого дефицитного изотопа водорода — трития. Собственно, 6Li — единственный промышленный источник получения трития:

В ранних термоядерных боеприпасах США использовался также и дейтерид природного лития, содержащего в основном изотоп лития с массовым числом 7. Он также служит источником трития, но для этого нейтроны, участвующие в реакции, должны иметь энергию 10 МэВ и выше.

Термоядерная бомба, действующая по принципу Теллера-Улама, состоит из двух ступеней: триггера и контейнера с термоядерным горючим.

Триггер — это небольшой плутониевый ядерный заряд с термоядерным усилением и мощностью в несколько килотонн. Задача триггера — создать необходимые условия для разжигания термоядерной реакции — высокую температуру и давление.

Контейнер с термоядерным горючим — основной элемент бомбы. Внутри него находится термоядерное горючее — дейтерид лития-6 — и расположенный по оси контейнера плутониевый стержень, играющий роль запала термоядерной реакции. Оболочка контейнера может быть изготовлена как из урана-238 — вещества, расщепляющегося под воздействием быстрых нейтронов (>0,5 МэВ), выделяющихся при реакции синтеза, так и из свинца. Контейнер покрывается слоем нейтронного поглотителя (соединений бора) для защиты термоядерного топлива от преждевременного разогрева потоками нейтронов после взрыва триггера. Расположенные соосно триггер и контейнер заливаются специальным пластиком, проводящим излучение от триггера к контейнеру, и помещаются в корпус бомбы, изготовленный из стали или алюминия.

Возможен вариант, когда вторая ступень делается не в виде цилиндра, а в виде сферы. Принцип действия тот же, но вместо плутониевого запального стержня используется плутониевая полая сфера, находящаяся внутри и перемежающаяся со слоями дейтерида лития-6. Ядерные испытания бомб со сферической формой второй ступени показали бо́льшую эффективность, чем у бомб, использующих цилиндрическую форму второй ступени.

При взрыве триггера 80 % энергии выделяется в виде мощного импульса мягкого рентгеновского излучения, которое поглощается оболочкой второй ступени и пластиковым наполнителем, который превращается в высокотемпературную плазму под большим давлением. В результате резкого нагрева урановой (свинцовой) оболочки происходит абляция вещества оболочки и появляется реактивная тяга, которая вместе со давлениями света и плазмы обжимает вторую ступень. При этом её объём уменьшается в несколько тысяч раз, и термоядерное топливо нагревается до огромных температур. Однако давление и температура ещё недостаточны для запуска термоядерной реакции, создание необходимых условий заканчивает плутониевый стержень, который переходит в надкритическое состояние — начинается ядерная реакция внутри контейнера. Испускаемые сгорающим плутониевым стержнем нейтроны взаимодействуют с литием-6, в результате чего получается тритий, который взаимодействует с дейтерием.

A  Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.B  Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.C  В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.D  Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.E  В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

Если оболочка контейнера была изготовлена из природного урана, то быстрые нейтроны, образующиеся в результате реакции синтеза, вызывают в ней реакции деления атомов урана-238, добавляющие свою энергию в общую энергию взрыва. Подобным образом создаётся термоядерный взрыв практически неограниченной мощности, так как за оболочкой могут располагаться ещё другие слои дейтерида лития и слои урана-238 (слойка).

Устройство термоядерного боеприпаса

Термоядерные боеприпасы существуют как в виде авиационных бомб (водородная или термоядерная бомба), так и боеголовок для баллистических и крылатых ракет.

История

1 ноября 1952 года США взорвали первый термоядерный заряд на атолле Эниветок. Первая в мире водородная бомба — советская РДС-6 была взорвана 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске. Устройство, испытанное США в 1952 году фактически не являлось «бомбой», а представляла собой лабораторный образец, «3-х этажный дом, наполненный жидким дейтерием», выполненный в виде специальной конструкции. Советские же ученые разработали именно бомбу — законченное устройство, пригодное к практическому применению[2].

Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба — советская 50-мегатонная «царь-бомба», взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля. Никита Хрущёв впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, «чтобы не побить все стёкла в Москве». Конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться заменой свинцового тампера на урановый[3]. Бомба была взорвана на высоте 4000 метров над полигоном «Новая Земля». Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила[4]; тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала. Любопытно, что после этого прекратился рост мегатоннажа ядерного арсенала США.

СССР

Взрыв первого советского термоядерного устройства РДС-6с («слойка», оно же «Джо-4»)

Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоёный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (ещё до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Сахаровым и Виталием Гинзбургом и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера-Улама (англ.)русск.. В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза — дейтерида лития в смеси с тритием («первая идея Сахарова»). Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления малоэффективно увеличивал общую мощность устройства (современные устройства типа «Теллер-Улам» могут дать коэффициент умножения до 30 раз). Кроме того, области зарядов деления и синтеза перемежались с обычным взрывчатым веществом — инициатором первичной реакции деления, что дополнительно увеличивало необходимую массу обычной взрывчатки. Первое устройство РДС-6с типа «Слойка» было испытано в 1953 году, получив наименование на Западе «Джо-4» (первые советские ядерные испытания получали кодовые наименования от американского прозвища Иосифа (Джозефа) Сталина «Дядя Джо»). Мощность взрыва была эквивалентна 400 килотоннам при КПД всего 15—20 %. Расчёты показали, что разлёт непрореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.

После проведения Соединёнными Штатами испытания «Иви Майк» в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Гинзбургом ещё в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий.

В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный (деление) и вторичный (синтез) заряды в отдельных объёмах, повторив таким образом схему Теллера-Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Франк-Каменецким, Трутневым, Сахаровым и Зельдовичем в 1953 году. А именно был выполнен Проект 49, предполагающий использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом, то есть была разработана идея радиационной имплозии. «Третья идея» Сахарова была проверена в ходе испытаний «РДС-37» мощностью 1,6 мегатонн в ноябре 1955 года. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов.

Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 50 мегатонн, доставленная бомбардировщиком Ту-95. 97 % энергии устройства выделилось в результате термоядерной реакции (это максимальное значение из всех испытанных устройств). В первоначальном варианте предполагалось мощность 100 Мт, из которых 50 % выделяется в результате термоядерной реакции, а 50 % — в результате деления урановой оболочки нейтронами первых ступеней. Однако, такой вариант отвергли, так как он бы привел к сильнейшему загрязнению полигона осколками деления, и урановая оболочка была заменена на свинцовую.[3] Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле.

США

Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру ещё в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой. Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь.

Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам. Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма излучение, порождённые первичным взрывом, могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию (обжатие) и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма.

Взрыв «Джордж»

В 1951 году была проведена серия испытаний под общим наименованием «Operation Greenhouse», в ходе которой отрабатывались вопросы миниатюризации ядерных зарядов при увеличении их мощности. Одним из испытаний в этой серии стал взрыв под кодовым наименованием «Джордж» (англ. George), в котором было взорвано экспериментальное устройство, представлявшее собой ядерный заряд в виде тора с небольшим количеством жидкого водорода, помещённым в центре. Основная часть мощности взрыва была получена именно за счёт реакции синтеза водорода, что подтвердило на практике общую концепцию двухступенчатых устройств.

«Иви Майк»

1 ноября 1952 года на атолле Эниветок (Маршалловы острова) под наименованием «Иви Майк» (англ. Ivy Mike) было проведено полномасштабное испытание двухступенчатого устройства с конфигурацией Теллера-Улама. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны, что в 450 раз превысило мощность бомбы, сброшенной в 1945 году на японский город Нагасаки. Устройство общей массой 62 тонны включало в себя криогенную ёмкость со смесью жидких дейтерия и трития и обычный ядерный заряд, расположенный сверху. По центру криогенной ёмкости проходил плутониевый стрежень, являвшийся «свечой зажигания» для термоядерной реакции. Оба компонента заряда были помещены в общую оболочку из урана массой 4,5 тонны, заполненную полиэтиленовой пеной, игравшей роль проводника для рентгеновского и гамма излучения от первичного заряда к вторичному.

Монтаж боеголовок

Смесь жидких изотопов водорода не имела практического применения для термоядерных боеприпасов, и последующий прогресс в развитии термоядерного оружия связан с использованием твёрдого топлива — дейтерида лития-6. В 1954 эта концепция была проверена на атолле Бикини в ходе испытаний «Bravo» из серии «Operation Castle» при взрыве устройства под кодовым названием «Креветка». Термоядерным топливом в устройстве служила смесь 40 % дейтерида лития-6 и 60 % дейтерида лития-7. Расчёты предусматривали, что литий-7 не будет участвовать в реакции, однако некоторые разработчики подозревали и такую возможность, предсказывая увеличение мощности взрыва до 20 %. Реальность оказалась гораздо более драматичной: при расчётной мощности в 6 мегатонн реальная составила 15, и это испытание стало самым мощным взрывом из когда-либо произведённых Соединёнными Штатами[5].

Вскоре развитие термоядерного оружия в Соединённых Штатах было направлено в сторону миниатюризации конструкции Теллер-Улама, которой можно было бы оснастить межконтинентальные баллистические ракеты (МБР/ICBM) и баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ/SLBM). К 1960 году на вооружение были приняты боеголовки мегатонного класса W47 развёрнутые на подводных лодках, оснащённых баллистическими ракетами Поларис. Боеголовки имели массу 700 фунтов (320 кг) и диаметр 18 дюймов (50 см). Более поздние испытания показали низкую надёжность боеголовок, установленных на ракеты Поларис и необходимость их доработок. К середине 70-х годов миниатюризация новых версий боеголовок по схеме Теллера-Улама позволила размещать 10 и более боеголовок в габаритах боевой части ракет с разделяющимися головными частями (РГЧ/MIRV).

Великобритания

В Великобритании разработки термоядерного оружия были начаты в 1954 в Олдермастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Манхэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термоядерной проблеме находилась на весьма зачаточном уровне, так как Соединённые Штаты не делились информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946 года. Тем не менее британцам разрешали вести наблюдения, и они использовали самолёт для отбора проб в ходе проведения американцами ядерных испытаний, что давало информацию о продуктах ядерных реакций, получавшихся во вторичной стадии лучевой имплозии. Из-за этих трудностей в 1955 британский премьер-министр Энтони Иден согласился с секретным планом, предусматривавшим разработку очень мощной атомной бомбы в случае неудачи Олдермастонского проекта или больших задержек в его реализации.

В 1957 году Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом океане под общим наименованием «Operation Grapple» (Операция Схватка). Первым под наименованием «Short Granite» (Хрупкий Гранит) было испытано опытное термоядерное устройство мощностью около 300 килотонн, оказавшееся значительно слабее советских и американских аналогов. Тем не менее, британское правительство объявило об успешном испытании термоядерного устройства.

В ходе испытания «Orange Herald» (Оранжевый вестник) была взорвана усовершенствованная атомная бомба мощностью 700 килотонн — самая мощная из когда-либо созданных на Земле атомных (не термоядерных) бомб. Почти все свидетели испытаний (включая экипаж самолёта, который её сбросил) считали, что это была термоядерная бомба. Бомба оказалась слишком дорогой в производстве, так как в её состав входил заряд плутония массой 117 килограммов, а годовое производство плутония в Великобритании составляло в то время 120 килограммов. Другой образец бомбы был взорван в ходе третьих испытаний — «Purple Granite» (Фиолетовый Гранит), и его мощность составила приблизительно 150 килотонн.

В сентябре 1957 была проведена вторая серия испытаний. Первым в испытании под названием «Grapple X Round C» 8 ноября было взорвано двухступенчатое устройство с более мощным зарядом деления и более простым зарядом синтеза. Мощность взрыва составила приблизительно 1.8 мегатонны. 28 апреля 1958 в ходе испытаний «Grapple Y» над островом Рождества была сброшена бомба мощностью 3 мегатонны — самое мощное британское термоядерное устройство.

2 сентября 1958 года был взорван облегчённый вариант устройства, испытанного под наименованием «Grapple Y», его мощность составила около 1,2 мегатонны. 11 сентября 1958 года в ходе последнего испытания под наименованием Halliard 1 было взорвано трёхступенчатое устройство мощностью около 800 килотонн. На эти испытания были приглашены американские наблюдатели. После успешного взрыва устройств мегатонного класса (что подтвердило способности британской стороны самостоятельно создавать бомбы по схеме Теллера-Улама) Соединённые Штаты пошли на ядерное сотрудничество с Великобританией, заключив в 1958 соглашение о совместной разработке ядерного оружия. Вместо разработки собственного проекта британцы получили доступ к проекту малых американских боеголовок Mk 28 с возможностью изготовления их копий.

Китай

Китайская Народная Республика испытала своё первое термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью 3,36 мегатонны в июне 1967 года (известно также под наименованием «Испытание номер 6»). Испытание было проведено спустя всего 32 месяца после взрыва первой китайской атомной бомбы, что является примером самого быстрого развития национальной ядерной программы от реакции расщепления к синтезу.

Франция

В ходе испытаний «Канопус» в августе 1968 года Франция взорвала термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью около 2,6 мегатонны. Подробности о развитии французской программы известны мало.

Другие страны

Детали развития проекта Теллер-Улам в других странах менее известны.

Происшествия с термоядерными боеприпасами

США, 1958

Столкновение бомбардировщика B-47 и истребителя F-86 над островом Тайби 5 февраля 1958 года — авиационное происшествие над побережьем американского штата Джорджия, в результате которого истребитель был потерян, а экипажу бомбардировщика пришлось аварийно сбросить в океан водородную бомбу Mark 15. Бомба до сих пор не найдена; считается, что она покоится на дне залива Уоссо (англ. Wassaw Sound) к югу от курортного города Тайби-Айленд.

Испания, 1966

17 января 1966 года американский бомбардировщик B-52 столкнулся с самолётом-заправщиком над Испанией, при этом погибло семь человек. Из четырёх термоядерных бомб, находившихся на борту самолёта, три были обнаружены сразу, одна — после двухмесячных поисков.

Гренландия, 1968

21 января 1968 года вылетевший с аэродрома в Платтсбурге (штат Нью-Йорк) самолёт B-52 в 21:40 по среднеевропейскому времени врезался в ледяной панцирь залива Северная Звезда (Гренландия) в пятнадцати километрах от авиабазы ВВС США Туле. На борту самолёта находилось 4 термоядерные авиабомбы.

Пожар способствовал детонации вспомогательных зарядов во всех четырёх атомных бомбах, находящихся на вооружении бомбардировщика, но не привёл к взрыву непосредственно ядерных устройств, поскольку они не были приведены в боеготовность экипажем. Более чем 700 датских гражданских и американских военных лиц работали в опасных условиях без средств личной защиты, устраняя радиоактивное загрязнение. В 1987 г. почти 200 датских рабочих неудачно попытались предъявить иск Соединённым Штатам. Однако некоторая информация была выпущена американскими властями согласно Закону о свободе информации. Но Kaare Ulbak, главный консультант датского Национального института радиационной гигиены, сказал, что Дания тщательно изучила здоровье рабочих в Туле и не нашла свидетельств увеличения смертности или заболеваемости раком.

Пентагон опубликовал информацию о том, что все из четырёх атомных боезарядов были найдены и уничтожены. Но в ноябре 2008 года в связи с истечением срока секретности информация, находящаяся под грифом «Секретно», была раскрыта. В документах было сказано, что разбившийся бомбардировщик нёс четыре боезаряда, но в течение нескольких недель учёным удалось по фрагментам обнаружить только 3 боезаряда. В августе 1968 подводная лодка «Star III» была отослана на базу для поисков утерянной бомбы, серийный номер которой 78252, в море. Но найдена она не была до сих пор. Во избежание паники среди населения Соединённые Штаты опубликовали информацию о четырёх найденных уничтоженных бомбах.

Сообщение Би-би-си о том, что во льдах Гренландии находится ядерная бомба, было опровергнуто в датском докладе 2009 года, в котором говорится: «Мы показали, что четыре ядерные бомбы были уничтожены при взрывах, последовавших за крушением. Это не обсуждается, и мы можем дать ясный ответ: никакой бомбы нет, никакой бомбы не было, и американцы не искали бомбу.»[6]

США, 2007

29 августа 2007 года 6 крылатых ракет AGM-129 ACM с термоядерными боевыми частями (боеголовки W80 изменяемой мощности 5-150 кт) были по ошибке установлены на бомбардировщик B-52H на авиабазе Майнот в Северной Дакоте и отправлены на авиабазу Барксдейл в Луизиане. О факте наличия на ракетах ядерных боезарядов стало известно случайно и лишь 36 часов спустя. После погрузки в Майноте и по прилёте в Барксдейл, самолёт около суток не охранялся. Инцидент стал причиной громкого скандала в США, ряда отставок в Военно-воздушных силах и реорганизации управления стратегическими ядерными силами США.

См. также

Примечания

  1. ↑ Лоуренс У. Л. Люди и атомы. — Москва, Атомиздат, 1967, с. 207.
  2. ↑ Термоядерная бомба и дейтерид лития
  3. ↑ 1 2 В случае оставления в «царь-бомбе» уранового слоя, она, конечно, взорвалась бы на 100 мегатонн вместо 50, однако это вызвало бы катастрофически сильное загрязнение полигона радиоактивными продуктами реакции урана
  4. ↑ Её боевое значение вообще было довольно спорно из-за слишком большого веса — для испытаний специально переделывали несколько тяжелых бомбардировщиков
  5. ↑ http://atomas.ru/milit/index-16.htm Испытания в США
  6. ↑ The Marshal’s Baton, 2009

Ссылки

dic.academic.ru