Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как термоядерная бомба, иногда называемой водородной. «Вследствие осуществления в водородной бомбе мощной термоядерной реакции взрыв был большой силы, — писали «Известия».
«Отец» водородной бомбы
оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте. Принцип действия водородной бомбы. Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов. СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее: первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения. как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва.
Водородная бомба
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. 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.
От толчка ударной волны трудно было устоять на ногах Владимир Комельковучастник атомного проекта «Слойка Сахарова» была значительно слабее американского образца. Ее заряд составлял всего 400 килотонн — против 10 мегатонн «Айви Майка». Но РДС-6с была куда компактнее и легко помещалась в отсеке бомбардировщика Ту-16.
Да, взрыв действительно получился куда сильнее взрыва атомной бомбы. Впечатление от него, по-видимому, превзошло какой-то психологический барьер. Следы первого взрыва атомной бомбы не внушали такого содрогающего ужаса, хотя и они были несравненно страшнее всего виденного еще недавно на прошедшей войне», — писал сотрудник Радиевого института АН СССР Николай Власов.
Гарантированное уничтожение Но по-настоящему ход гонки вооружений изменила даже не водородная бомба РДС-6с, а первая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7. Она появилась в 1957 году и была способна достичь другого конца Земли. Перехватить ее на тот момент не могла ни одна система защиты в мире Эта же ракета чуть позже станет отправной точкой для освоения Советским Союзом космоса.
Именно на ее основе создали семейство ракет-носителей, которое позволило СССР сначала отправить на орбиту искусственный спутник Земли, а затем осуществить и первый полет человека к звездам. К концу 1950-х арсеналы ядерного оружия обеих сверхдержав уже были достаточными для того, чтобы погубить все живое на планете. Причем и у СССР, и у США были проекты, которые позволяли нанести ответный удар даже в том случае, если бы их центры принятия решений были поражены.
Обе страны получили гарантии взаимного уничтожения. Эта концепция предполагала, что если одна страна начнет агрессию против другой, то неминуемо будут уничтожены оба участника конфликта. Угроза апокалипсиса, в свою очередь, станет такой явной, что в реальности никто на этот опасный шаг не решится.
Такой порядок вещей, впрочем, все же не стал залогом стабильности. Терпение Политбюро лопнуло после того, как под турецким Измиром были размещены ракеты средней дальности PGM-19 «Юпитер», которые могли долететь до европейской части СССР за считаные минуты. Генштаб разработал операцию «Анадырь».
На Кубу отправили 44 тысячи военнослужащих, 40 ядерных баллистических ракет Р-12 и Р-14, 80 крылатых ракет в ядерном снаряжении, 3 дивизиона тактических ядерных ракетных комплексов «Луна», а также бомбардировщики Ил-28, оснащенные атомными бомбами. Разумеется, этот шаг привел к созданию нового очага напряженности. Военные стали уговаривать президента Кеннеди вторгнуться на Кубу.
Фидель Кастро тем временем убеждал Хрущева нанести по Америке превентивный ядерный удар. Эти события вошли в историю под названием «Карибский кризис». Планета никогда еще не была так близка к апокалипсису.
И в Москве, и в Вашингтоне хватало ястребов, которые призывали первыми открыть атомный ящик Пандоры, не дожидаясь, когда это сделает противник. Ситуацию решил поздний ночной звонок, во время которого два вождя обсудили происходящее напрямую. И дали заднюю.
Америка, в свою очередь, согласилась вывезти ракеты «Юпитер» из Турции. Может быть, и так. Но это могло быть похоже на детскую сказку, когда два козла встретились на перекладине перед пропастью.
Они проявили козлиную мудрость, и оба упали в пропасть. Вот в чем дело», — заявил вскоре после этого события Никита Хрущев. Карибский кризис стал переломным моментом холодной войны.
Именно он спровоцировал появление в США мощного антивоенного движения, которое стало еще активнее во время Вьетнамской войны. Осторожную политику избрали и в СССР. Вплоть до конца 1970-х годов сверхдержавы работали над разрядкой мировой напряженности.
Но с приходом к власти в США Рональда Рейгана и после ввода советских войск в Афганистан гонка вооружений началась с новой силой. Эксперты до сих пор спорят, были ли «Звездные войны» реальной попыткой создать космическую защиту от советского ядерного оружия. Хватает и тех, кто считает нашумевшие заявления Рейгана блефом с целью разогнать гонку вооружений и заставить Советский Союз подорвать свою экономику военными расходами.
Русские играют с нами в шахматы, а мы с ними — в «Монополию». Вопрос в том, сумеют ли они поставить нам мат раньше, чем мы их обанкротим Джин Киркпатрикпредставитель США в ООН Вот только несмотря на надежды затянуть СССР как можно глубже в гонку вооружений, «Звездные войны» раскололи в первую очередь американскую элиту. Например, замминистра обороны Ричард Делойер буквально называл этот план бессмысленным.
По его мнению, против того количества ядерных ракет, которым располагал Советский Союз, бессильна любая противоракетная система. Несмотря на эти протесты, в конце 1983-го Рейган все же начал реализацию программы. Для гарантированного уничтожения межконтинентальных баллистических ракет МБР хотели использовать не только ракеты «земля-космос» и «воздух-космос», но и оружие на новых физических принципах — лучевое, электромагнитное, кинетическое.
Началась разработка новых видов ракет, способных перехватывать боеголовки в космическом пространстве. Кроме того, были и другие, еще более необычные и фантастические предложения. Например, звучали предложения разместить в космосе системы орбитальных зеркал с наземными лазерами и задействовать излучатели нейтральных частиц, рельсотронов и спутников-перехватчиков.
В реализации программы было задействовано около 60 компаний и институтов из США, Великобритании, Германии и других стран. На программу потратили более 30 миллиардов долларов. Это не мешало им вовсю работать над достойным ответом на фантастические идеи противника.
Одним из средств защиты на случай ядерной войны стала система «Периметр», которая известна на Западе под колоритным названием «Мертвая рука». По сути она представляет собой комплекс автоматического массированного ответного ядерного удара. Даже если ракеты противника долетят и уничтожат все командные центры страны, включая «ядерный чемоданчик», автоматическая система сама запустит все доступное оружие по целям на территории США.
Но эксперименты так и завершились безрезультатно из-за падения Рейха. Первыми в практической фазе исследований стали американские физики-ядерщики. Такой жуткий шлейф оставила водородная бомба, приведённая в действие. Авторами столь шумного подрыва стали советские физики-ядерщики и военные. Мир ужаснулся. Это был очередной виток конфронтации Запада и Советов. Человечество встало на развилке своего существования.
История создания первой водородной бомбы в СССР Физики ведущих держав мира знали теорию извлечения термоядерного синтеза ещё в 30-е годы ХХ столетия. Плотное развитие термоядерной концепции пришлось на период Второй мировой войны. Ведущим разработчиком стала Германия. Немецкие учёные до 1944 года усердно вели работы по активации термоядерного синтеза через уплотнение ядерного топлива с применением обычной взрывчатки. Однако эксперимент никак не мог завершиться успехом из-за недостаточных температур и давления. Поражение Рейха поставило точку в термоядерных исследованиях. К моменту испытаний обе сверхдержавы подошли примерно в одно время.
Американцы стали пионерами в практической фазе исследований. Взрыв состоялся 1 ноября 1952 года на коралловом атолле Эниветок, что в Тихом океане. Операция получила секретное название Ivy Mike. Специалисты накачали 3-этажное строение жидким дейтерием. Полная мощность заряда составила 10,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Получилось в 1 000 раз мощнее, чем было в сброшенной на Хиросиму бомбе. После подрыва островок Элугелаб, который стал центром размещения заряда, бесследно исчез с лица земли.
На его месте образовалась воронка диаметром в 1 милю. За всю историю разработок ядерного оружия на Земле было произведено более 2 000 подрывов: в надземном, подземном, воздушном и подводном положениях.
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. 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. 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.
«Отец» водородной бомбы
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.
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, то есть 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.
Жидкий же водород кипит т. Транспортировать газообразный водород можно только в герметическом баллоне, находящемся внутри сосуда с жидким воздухом. Эти требования создавали большие трудности при его производстве, транспортировке и хранении.
Создавалось парадоксальное положение. Перед синтезом двух разновидностей водорода, который происходит при температуре выше 50 млн. Естественно, возникал вопрос: удастся ли сохранить вещество в жидком состоянии даже в течение одной миллионной доли секунды при температуре 50 млн. К июню 1951 г. Именно тогда покойный Гордон Дин, бывший в то время председателем Комиссии по атомной энергии, решил провести совещание руководителей работ.
На это совещание, состоявшееся в Институте прогрессивных исследований в Принстоне штат Нью-Джерси , «прибыли доктора фон Нейманн, Ферми, Бете, Теллер, Уиллер, Норрис Брэдбери, Лотар Норхайм, и каждый из них мог внести большой вклад в это дело». За столом сидели руководители всех лабораторий во главе с доктором Оппенгеймером. В гнетущей обстановке поднялся доктор Теллер и спокойно подошел к доске. На доске чертились схемы. Делались расчеты».
У участников совещания появилась надежда. К концу второго дня у «всех присутствующих появилось ощущение, что впервые мы что-то имеем хотя бы в области идей». Уныние сменилось энтузиазмом, и у всех создалось впечатление, что, наконец, «мы можем на что-то надеяться в будущем». С этого дня работы по созданию водородной бомбы пошли полным ходом. Через четыре дня Комиссия по атомной энергии приняла обязательство построить новый завод, хотя в то время у нее, как заявил Дин, не было на это средств.
Через год, в июне, мы были в состоянии, говоря словами Дина, «завершить работу над этим устройством». Устройство перевели на атолл Эниветок и взорвали 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составляла пять мегатонн пять миллионов тонн тротила. Затем в марте и в апреле 1954 г. С тех пор было испытано много других конструкций бомб.
Хотя открытие, которое совершило переворот в науке и сделало возможным создание водородной бомбы, все еще является секретом, легко отгадать основные принципы ее устройства. Казалось совершенно нелепым, что до осуществления реакции между веществами при температуре 50 млн. Единственным путем устранить такое невозможное требование был отказ от превращения водорода в жидкое состояние. Надо было соединить газообразный водород с каким- то веществом так, чтобы водород стал частью твердого соединения, способного сохраняться при обычной комнатной температуре. Существуют различные твердые соединения, содержащие водород.
Одно из них кажется наиболее подходящим и фактически единственным соединением, которое может служить основной составной частью водородной бомбы. Это специально созданное новое вещество, известное под названием дейтерид лития-6, представляет собой соединение редкого легкого изотопа металлического лития, состоящего из трех протонов и трех нейтронов, с дейтерием, или тяжелым водородом, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Соединение лития и дейтерия при комнатной температуре является твердым веществом. Один атом лития-6 в этом соединении связан с одним атомом дейтерия водород-2 , поэтому общий молекулярный вес соединения равен 8. Другими словами, в восьми килограммах соединения содержится шесть килограммов легкого лития-6.
Литий-6 не встречается в природе в чистом виде. Как и расщепляющийся элемент уран-235, литий существует в смеси двух своих разновидностей: одного — с атомным весом 6 и другого — с атомным весом 7. Так как различные виды одного и того же элемента невозможно разделить химическим путем, необходимо было построить специальный завод по разделению изотопов для получения чистого лития-6. Этот завод и являлся тем «новым заводом», контракт на строительство которого, как сообщил Дин, был подписан через четыре дня после заседания Комиссии в июне 1951 г. Дейтерид лития-6 очень важен по двум причинам.
Он не только обеспечивает возможность хранения дейтерия при комнатной температуре и, таким образом, исключает необходимость превращения его в жидкое состояние при температуре, близкой к абсолютному нулю. Он также делает возможным получение трития — второго элемента, необходимого для создания водородной бомбы в конечной стадии — в самый момент ее взрыва. Дело в том, что в дейтериде лития содержится в виде твердого вещества не только водород-2, но потенциально имеется и водород-3. Это чудо совершают нейтроны, выделяемые детонатором — атомным «снарядом». Нейтрон, попадающий в ядро атома лития-6, образует составной элемент из трех протонов и четырех нейтронов.
При попадании нейтрона большой энергии составное ядро становится крайне неустойчивым и немедленно распадается на две части: водород-3 тритий с ядром из одного протона и двух нейтронов и гелий с ядром из двух протонов и двух нейтронов. Меньше чем за миллионную долю секунды взрыв атомной бомбы освобождает дейтерий и тритий и в тоже время создает температуру более чем в 50 млн. Возможна и другая, хотя и менее вероятная, реакция синтеза. Две ядерные частицы дейтерия один протон и один нейтрон могут при высокой температуре ядер- ного деления соединиться с ядром лития три протона и три нейтрона , образовав ядро из четырех протонов и четырех нейтронов. Это ядро очень неустойчивой разновидности бериллия, которое немедленно распадется на два ядра гелия, содержащих по два протона и два нейтрона.
При синтезе одного килограмма исходных продуктов освободится огромная энергия, эквивалентная 60 000 тонн тротила, что в три раза больше взрывной силы атомной бомбы. Получение нового химического соединения, позволившего создать водородную бомбу, показывает, что может быть в принципе создано еще более страшное оружие — кобальтовая бомба. Кобальтовая бомба — это в сущности та же водородная бомба, но в качестве материала для корпуса, внутри которого находятся активные вещества, вместо стали, превращающейся при взрыве в слабо радиоактивное облако пара, используется кобальт. Превратившись при взрыве в пар, кобальт образует радиоактивное облако в 320 раз смертоноснее радия. Об этом виде водородной бомбы Альберт Эйнштейн сказал: «Если удастся ее создать, то радиоактивное отравление атмосферы, а следовательно, уничтожение всякой жизни на Земле станет в пределах технических возможностей».
При синтезе ядер 600 граммов трития с ядрами 400 граммов дейтерия, т. Это небольшое количество нейтронов вызовет образование 12 килограммов смертоносного кобальта атомный вес его 60 , радиоактивность которого эквивалентна громадному количеству 3832 килограмма! Кобальтовую бомбу можно взорвать на пустой барже в середине океана; вес ее может быть любым. Если к обычным компонентам добавить около тонны дейтерия в виде твердого соединения, то такое чудовище, синтезируясь в гелий, выделит до ИЗ килограммов свободных нейтронов. Они сделают радиоактивными 7,5 тонны радиоактивного кобальта, что эквивалентно почти 2,3 миллиона килограммов радия.
По мнению профессора Гаррисона Брауна, радиохимика из Калифорнийского технологического института, если кобальтовую бомбу с одной тонной дейтерия взорвать в Тихом океане в тысяче километров к западу от Калифорнии, то через день после взрыва радиоактивная пыль достигнет Калифорнии, а через четыре-пять дней — Нью-Йорка и уничтожит жизнь на всем своем пути. Он добавляет: «Аналогичным образом, если западные державы взорвут водородно-кобальтовые бомбы на долготе Праги, то они уничтожат всю жизнь на площади в 2300 километров ширины от Ленинграда до Одессы и в 3000—4800 километров длины от Праги до Уральских гор. Это привело бы к созданию невиданной в истории «выжженной земли». Профессор Сциллард подсчитал, что 400 однотонных кобальтовых бомб выделят такое количество радиоактивного излучения, которого будет достаточно, чтобы уничтожить все живое на Земле.
В результате научных исследований воды H2O , было установлено, что в ней в малых количествах присутствует так называемая «тяжёлая» вода. Она содержит «тяжёлые» изотопы водорода 2H или дейтерий , ядра которых, помимо одного протона, содержат так же один нейтрон частицу, близкую по массе к протону, но лишённую заряда. Науке известен также тритий — третий изотоп водорода, ядро которого содержит 1 протон и сразу 2 нейтрона. Для трития характерна нестабильность и постоянный самопроизвольный распад с выделением энергии радиации , в результате чего образуется изотоп гелия.
Следы трития находят в верхних слоях атмосферы Земли: именно там, под действием космических лучей молекулы газов, образующие воздух, претерпевают подобные изменения. Получение трития возможно также и в ядерном реакторе путём облучения изотопа литий-6 мощным потоком нейтронов. Разработка и первые испытания водородной бомбы В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок атолл в Тихом океане было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза. Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте.
Взрыв, прогремевший в 1961 году над полигоном «Новая земля», остается самым масштабным разрушающим действием, которое выдела наша планета. Мощность заряда, приведенного в действие, превысила всю взрывчатку, которая использовалась во Второй мировой войне, включая две атомные бомбы, сброшенные на Японию. Разрушающий эффект такого изобретения просто не поддается никакому описанию и здравому смыслу. Уже тогда стало понятно, что любой военный конфликт с использованием подобного оружия, сотрет человечество с лица Земли. История создания водородной бомбы Ядерная гонка вооружений началась еще до Второй мировой войны. Лучшие физики трудились над атомной бомбой по разные стороны океана. Казалось, что это самое мощное оружие, которое сможет придумать человек. Однако разведка различных стран докладывала о параллельной работе американских ученых над еще более мощным термоядерным зарядом. Некоторые уважаемые физики не считали возможным такую реакцию, что ставило под сомнение правдивость информации. Еще не успело человечество прийти в себя от взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, как ученые взялись за новые эксперименты. Теперь было решено использовать реакции, которые наблюдаются на Солнце и других звездах. Именно небесные светила невольно подали идею водородной бомбы. Еще в 1941 году Энрико Ферми выдвинул идею термоядерного синтеза, катализатором которого должен был стать атомный заряд. В самом начале Манхэттенского проекта Ферми поделился своими соображениями с коллегой Эдвардом Теллером, которого заинтересовала такая идея. Теллер посвятил приличное количество своего времени на обдумывание замысла Ферми. Чуть позже команда Эдварда Теллера стала предлагать практические идеи реализации термоядерного синтеза.
Д.т.н. И.И.Никитчук. Термоядерный прорыв. К истории создания водородной бомбы в СССР
Отстав на старте разработки водородной бомбы, СССР довольно быстро догнал соперника. Информация о работах американцев над термоядерной бомбой и ее испытании поступала в Советский Союз очень оперативно: над ее добычей работал специальный отдел научно-технической разведки в структуре внешней разведки НКВД. Как теперь известно, американская водородная бомба начинает свою историю с 1946 года.
Цунами высотой в 50 метров. Как работала «ядерная торпеда» Сахарова
| Последствия взрыва водородной бомбы | Плюсы и минусы | или почему при термоядерном взрыве не начинается самоподдерживающаяся термоядерная реакция в воде и в воздухе В своё время Нильс Бор говорил, что теоретически возможно запустить такой мощности, такого объема термоядерную реакцию. |
| Принцип действия термоядерного синтеза – Craftster | Водородная бомба содержит корпус осесимметричной формы с хвостовыми стабилизаторами, внутри которого смонтирован термоядерный заряд, и систему управления с датчиком инициирования взрыва. |
| Термоядерная тайна СССР: академик раскрыл секреты создания царь-бомбы | Из истории создания водородной бомбы в США и СССР. |
| Ответы : В чем принцип действия водородной бомбы? | В первую часть вошло описание принципа действия водородной бомбы с дейтеридом лития-6 в качестве основного взрывчатого вещества и урановым детонатором. |
| Мощнейшее смертоносное оружие: как устроена водородная бомба и чем она отличается от атомной | В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. |
Принцип работы водородной бомбы
Это стало принципиально новым оружием. В Москве понимали, что у Вашингтона появился новый козырь в нарастающем противостоянии с Советским Союзом. Атомный заряд служит запалом для водородной бомбы, а дальше происходит термоядерная реакция. Слияние атомов водорода инициирует огненный шторм, который может обратить в пар все живое, стереть с лица земли города и даже целые страны. Берия уверен, что у Советского Союза такая бомба может появиться через год-два. У СССР была агентура внутри «Манхэттенского проекта», в рамках которого сотни ученых и инженеров в секретных лабораториях Лос-Аламоса трудились над созданием и совершенствованием ядерного оружия. Поэтому никто его не вербовал. Это человек, который из идейных соображений эту информацию поставлял, причем из первых рук», - объясняет Владимир Визгин, зав. С середины 1944-го и до начала 1945 года Фукс работал в секретном атомном центре в Лос-Аламосе. Он знал, в каком направлении движутся американцы в создании супербомбы.
После победы союзников ученый вернулся в Англию и возглавил отдел теоретической физики в центре ядерных исследований в Харуэлле. В сентябре 1947 года в Лондон прибыл советский резидент - специалист по научно-технической разведке - Александр Феклисов. Именно с ним и будет сотрудничать Фукс. Ученый встречается с Феклисовым в Лондоне раз в 3-4 месяца. Каждый такой контакт тщательно готовится и продолжается не более 20 минут. Пожалуй, самая главная встреча Клауса Фукса с советским резидентом состоялась 13 марта 1948 года в Лондоне в кинотеатре «Одеон». Более того, Фукс рассказал о ходе работ и назвал имена тех, кто работает над созданием водородной бомбы. Он описал некоторые конструктивные особенности и передал схему с данными о термоядерном зажигании и топливе, которое используется в заряде водородной бомбы. Материалы, полученные от агента «Чарльза» - а именно под таким псевдонимом Фукс войдет в историю атомного шпионажа - спустя уже несколько дней окажутся на столе у Берии.
Здесь и разместили лаборатории. Андрей Сахаров с первой женой у своего дома на объекте. Начало 1950-х. Первая советская водородная бомба в секретных документах называлась «Изделие РДС-6».
Источник: wikipedia.
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. 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.
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. 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.
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 США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. 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. 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.
Дополнительным преимуществом было то, что из лития после бомбардировки нейтронами получается еще один изотоп водорода — тритий. Вступая в реакцию с дейтерием, тритий выделяет гораздо больше энергии. К тому же литий еще и замедляет нейтроны лучше. Такая структура бомбы и подарила ей прозвище «Слойка». Определенная сложность состояла в том, что толщина каждого слоя и их окончательное количество также были очень важны для успешного испытания. Предполагалось также, что мощность заряда составит от 200 до 400 килотонн, практический результат оказался на верхней границе прогнозов.
В день Х, 12 августа 1953 года, первую советскую водородную бомбу проверили в действии. Семипалатинский испытательный полигон, на котором произошел взрыв, находился в Восточно-Казахстанской области.
Принцип действия термоядерного синтеза
| Термоядерное оружие: Как устроена водородная бомба | Взрыв водородной бомбы – неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей, но весьма эффективным для целей разрушения. |
| Водородная против атомной. Что нужно знать о ядерном оружии | Как советские физики делали водородную бомбу, какие плюсы и минусы несло в себе это страшное оружие, читайте в рубрике «История науки». |
| Истинное происхождение советской водородной бомбы | В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. |
| ВОДОРОДНАЯ БОМБА | Водородная бомба (термоядерное оружие) — вид ядерного оружия, основанного на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые. |
| Цунами высотой в 50 метров. Как работала «ядерная торпеда» Сахарова - Hi-Tech | эдакий "дедушка" многих уникальных разработок. |
Истинное происхождение советской водородной бомбы
О том, что в СССР проведено успешное испытание термоядерного заряда (это произошло 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне) и что на вооружение советской стратегической авиации приняты водородные бомбы, западным разведкам уже было известно. Взрыв водородной бомбы – неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей, но весьма эффективным для целей разрушения. СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее: первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. Водородная бомба, также известная как термоядерная, использует ядерную реакцию слияния, которая основана на ядерном расщеплении. В конструкции термоядерной бомбы советские физики применили бомбардировку оболочки из урана-238 быстрыми нейтронами.
Уроки водородной бомбы для мирного термоядерного синтеза
В отличие от атомной бомбы, при взрыве которой энергия выделяется в результате деления атомного ядра, в водородной бомбе идет термоядерная реакция, подобная той, которая происходит на Солнце. оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте. научный руководитель Атомного проекта СССР. В конструкции термоядерной бомбы советские физики применили бомбардировку оболочки из урана-238 быстрыми нейтронами.
Как устроена водородная бомба
| ВОДОРОДНАЯ БОМБА | Энциклопедия Кругосвет | Полностью же на использование твёрдого термоядерного горючего советские разработчики перешли только в водородной бомбе, взорванной в 1955 году. |
| ВОДОРОДНАЯ БОМБА | Водородная бомба содержит корпус осесимметричной формы с хвостовыми стабилизаторами, внутри которого смонтирован термоядерный заряд, и систему управления с датчиком инициирования взрыва. |
Другие материалы
- Изотопы водорода.
- «Ничего подобного у США не было»: какую роль в истории СССР сыграло появление водородного оружия
- Об Атомном оружиии
- «Ничего подобного у США не было»: какую роль в истории СССР сыграло появление водородного оружия
- Цунами высотой в 50 метров. Как работала «ядерная торпеда» Сахарова - Hi-Tech
- One moment, please...
Содержание
- Как устроена водородная бомба — Старый Русский Топ
- Водородная бомба и ядерная бомба отличия
- Как устроена водородная бомба
- Please wait while your request is being verified...
- Принцип работы водородной бомбы
- Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва? Инфографика
Ядерная бомба — история появления ядерного оружия
Фото: nuclearsecrecy. Подводные лодки, строительство которых к 60-м в СССР началось ударными темпами, могли решить эту проблему. Математик Михаил Лаврентьев. Ядерная торпеда Лаврентьева не должна была разрушать инфраструктуру прямым взрывом. Предложение академика было простым — имитировать землетрясение в море с помощью взрыва 100 мегатонн термоядерного заряда. Однако главным разрушителем берегов потенциального противника должна была стать не высота, а длина волны.
Подробнее об этом можно прочитать здесь. Кстати, в нашей стране во времена СССР было взорвано немало водородных бомб в качестве испытаний термоядерного оружия. Во время испытаний в радиусе 1000 километров от эпицентра взрыва не раз было зафиксировано нарушение радиосвязи. В пределах 100 км от взрыва здания были полностью уничтожены. Ударная волна, создаваемая водородной бомбой, три раза проходила вокруг всего Земного шара, заставив весь мир содрогнуться, посеяв беспрецедентный страх. Ядерные бомбы идеальным образом уравновешивают мир на Земле. Также ядерное вооружение, которым владеют многие страны, позволяет избегать крупномасштабных военных действий между государствами. Хотя сила ядерного оружия чрезвычайно ужасна, нашей стране ядерное вооружение позволяет чувствовать себя в безопасности. Долгое время наличие ядерного арсенала России удерживало другие страны от соблазна напасть на наши территории. К сожалению, в последние годы некоторые страны как-то позабыли о нашем большом арсенале, считая, что многое вооружение устарело. Но это не так. За последние 20 лет наша страна создала массу новых вооружений. В том числе и ядерных. Естественно, большинство технологий держится в секрете.
Сконструировать термоядерный боеприпас оказалось намного сложнее. Понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно по тому факту, что работающие АЭС давно уже стали обыденностью, а работающие и практичные термоядерные электростанции — это все еще научная фантастика. Чтобы атомные ядра сливались друг с другом, их надо нагреть до миллионов градусов. Схему устройства, которое позволило бы это проделать, американцы запатентовали в 1946 году проект неофициально назывался Super , но вспомнили о ней только спустя три года, когда в СССР успешно испытали ядерную бомбу.
Дело в том, что при любой детонации существует некоторый минимальный размер радиус детонационного шнура , ниже которого устойчивого режима не существует. Вещество вследствие собственного энерговыделения разлетается быстрее, чем успевает сгореть. Особенностью же высокотемпературной термоядерной плазмы является наличие не только нижнего, но и верхнего радиуса. Всякое вещество, предоставленное самому себе, стремится к термодинамическому равновесию, выравниванию температуры между веществом и излучением. Нетрудно подсчитать, что при рассматриваемых параметрах плазмы подавляющая часть энергии приходится на излучение. Образуется, таким образом, паразитный сток энергии от вещества, то есть от горячих материальных частиц, вступающих в ядерную реакцию, в излучение. Этим объясняется наличие двух радиусов — разлётного и радиационного, причём первый должен быть больше некоторого значения, а второй — меньше некоторого другого. Трудность задачи состояла в том, что радиусы эти оказались близкими. До сих пор осталось невыясненным, есть ли между ними щель, необходимая для существования устойчивого распространения. Это, скажем так, теоретическая сторона вопроса. А вот как развивались события в плоскости политической. В 1951 году президент США Г. Трумэн направил комиссии по атомной энергии директиву о возобновлении работы по созданию водородной бомбы. К аналогичному выводу в группе Я. Зельдовича пришли к концу 1953 года. То, что вещество горит тем полней и быстрей, чем выше его плотность, следует из самых общих соображений. Задача состояла в том, чтобы понять, как достичь высокой степени сжатия. У него возникла идея о фокусировке на дейтерии механической энергии, высвобождаемой при взрыве обычной атомной бомбы. Чтобы осуществить такую фокусировку, необходимо надлежащим образом направить ударную волну по окружающему материалу. Этот способ сулил колоссальное сжатие дейтерия. Когда Улам сообщил Теллеру о своей схеме сжатия дейтерия, во время их исторической встречи в начале 1951 года, Теллер предложил вариант, согласно которому не ударные волны сжатия от взрыва атомного устройства, а радиация от этого первичного взрыва должна вызвать так называемую имплозию, приводящую к сильнейшему сжатию дейтерия. Как развивались события дальше? В 1954 году США испытали боевую водородную бомбу, осуществив тем самым окончательный поворот к новой технологии, уцелевшей в основных чертах до наших дней. Но уже в ноябре 1955 года на Семипалатинском полигоне взорвали нашу водородную бомбу новейшего образца. Стало ясно, что в споре с американскими учёными русские сумели ликвидировать разрыв. Притом в столь короткие сроки, что это не поддавалось, с точки зрения американцев, какому-либо разумному объяснению, кроме одного — шпионаж. Было выдвинуто немало и других версий, так или иначе объясняющих успех советских учёных, но спор и по сей день не закончен. Виднейший теоретик Лос-Аламоса Г. Бете считает, что открытие Улама-Теллера имело случайный характер. И потому признать, что русский проект развивался по аналогичному пути без американского влияния, — значит уверовать в совершенно невероятное совпадение. Однако вскоре разобрались, что Фукс был разоблачён и прекратил свою деятельность в пользу Советского Союза раньше, чем возникла идея Улама. В радиоактивных продуктах взрыва содержится определённая информация — это известно учёным. К примеру, количество трансурановых элементов, рождённых в результате взаимодействия ядерных и термоядерных нейтронов с тяжёлыми атомами, сильно зависит от того, насколько быстро протекают реакции. Скорость же реакции пропорциональна плотности вещества, и наличие далёких трансуранов может свидетельствовать о высокой степени сжатия. Это теоретически. А на практике дело обстоит следующим образом. Во-первых, трансуранов мало, их улавливание из атмосферного облака — дело хлопотливое и требует большой тщательности. Определённо нет, т. Во-вторых, сведения о сжатии не дают возможности сделать заключение о том, как оно достигнуто, то есть носят косвенный характер. Если бы из анализа радиоактивности последовали тогда глубокие революционные выводы, как представляет себе Г. Бете, то это носило бы характер сенсации. Информация непременно пришла бы к исполнителям в своём первичном виде, так как в самой по себе в ней не содержится для нас элементов секретности. Но тут я со всей определённостью утверждаю, что за всё время наших радиохимических поисков в атмосфере никаких необычных сведений мы не извлекли.