Использование ядерных материалов человеком
В 1939 г. немецкий ученый О. Ган обнаружил явление особого радиоактивного распада ядер урана под действием нейтронов. Бомбардировка ядер урана-235 нейтронами вызывает деление их на два осколка, массы которых относятся примерно как 2:3. Среди осколков деления встречаются элементы от цинка до тербия с порядковыми номерами от 30 до 65 и массовыми числами от 70 до 160. Осколки деления ядер урана нестабильны и претерпевают серию бета-распадов, превращаясь в конце концов в стабильные ядра.
Характерной чертой таких цепочек является постепенное увеличение периодов полураспада в направлении от начала цепочки к её концу. Избыток энергии осколков деления уносится нейтронами и гамма-квантами (гамма-лучами). При делении ядер урана обычно испускается 2-3 нейтрона, с меньшей вероятностью могут быть варианты с вылетом одного, четырех и даже пяти нейтронов. Средняя энергия нейтронов деления около 2 МэВ. Среднее количество гамма-квантов, испускаемых возбужденными ядрами осколков, около 8. Каждый из них несет энергию в количестве 0,9 МэВ.
Вылетевшие нейтроны в свою очередь могут бомбардировать другие ядра урана и таким образом продолжить процесс их деления. Отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении, называется коэффициентом размножения нейтронов. В реальных условиях часть этих нейтронов будет поглощаться примесями к урану-235, часть уйдет за пределы урановой массы. Но достаточно числу нейтронов в каждом цикле увеличиться более чем в 1 раз (коэффициент размножения больше 1), как развивается цепной процесс деления. При делении атомов, содержащихся в 1 грамме урана-235, выделяется энергия эквивалентная сгоранию 3000 тонн каменного угля или 2000 тонн нефти. Для получения цепной реакции необходима определенная масса урана, которая называется критической.
В то время немецкие ученые не смогли получить цепную реакцию деления ядер урана, но открытие О.Гана предопределило начало эры использования атомной энергии человеком.
2 декабря 1942 года, на спортивной площадке Чикагского университета группой физиков-атомщиков под руководством великого итальянского ученого Э.Ферми был запущен первый атомный котел, в котором происходила самоподдерживающаяся управляемая атомная реакция.
Этому успеху предшествовали почти полувековые исследования в области теоретической и экспериментальной физики, проводимые под руководством П.Кюри, М.Склодовской - Кюри, Э.Резерфорда, Н.Бора, А.Эйнштейна, М.Планка, Ф.Жолио - Кюри, И.Жолио - Кюри, Л.Мейтнер, О.Гана, Д.Чедвика, В.Гейзенберга, И.В.Курчатова и других выдающихся ученых-атомщиков.
Результаты осуществленной группой Ферми цепной реакции были с самого начала поставлены на военные рельсы, а именно - на срочное создание в США атомного оружия с целью опередить Гитлера, физики которого работали в этом же направлении.
В 1944 г. в США под руководством Э.Ферми была создана и испытана атомная бомба, а в августе 1945 г. атомной бомбардировке подверглись японские города Хиросима и Нагасаки. Тогда погибла третья часть населения этих городов. В последующие годы многие умирали от лучевой болезни, лейкозов и других недугов, связанных с радиоактивным облучением.
25 декабря 1946 г. под руководством И.В.Курчатова был осуществлен запуск первого советского управляемого уран-графитового реактора, в котором в дальнейшем производился оружейный плутоний, использующийся в качестве ядерного заряда вместо урана-235 при производстве атомного оружия. Первая советская атомная бомба испытана 29 августа 1949 года.
При атомном взрыве образуются продукты деления и остается часть неразделившихся атомов урана-235 или плутония-239, которые при наземном взрыве выбрасываются в атмосферу.
Впоследствии в СССР была создана и испытана в 1953 г водородная бомба, действие которой основано на термоядерной реакции взаимодействия дейтерия и трития:
Эта реакция протекает мгновенно (3 х 10 -6 секунды), но для ее начала необходима очень высокая температура, которую возможно получить лишь при атомном взрыве. Вследствие этого в водородной бомбе, содержащей смесь дейтерия и трития, в качестве детонатора служит атомный плутониевый заряд.
Деление урана-235, плутония-239 и особенно термоядерная реакция, выделяют большое количество нейтронов. Последние бомбардируют окружающие вещества, превращая их в радиоактивные (наведенная радиоактивность). Кроме того в атмосферу выбрасывается большое количество продуктов деления. Наиболее важные из них - цезий-137и стронций-90.
Рис. 9. Схема атомной бомбы.
1 - заряд урана-235 или плутония-239; 2 - обычное взрывчатое вещество (запал для соединения кусков урана с целью достижения критической массы); 3 - оболочка из металла большой плотности (И.В. Савельев, 1987).
Водородная бомба (Hydrogen Bomb, HB, ВБ) — оружие массового поражения, обладающее невероятной разрушительной силой (ее мощность оценивается мегатоннами в тротиловом эквиваленте). Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах (в том числе и на Солнце). Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ (проекта А.Д.Сахарова) было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.
Термоядерная реакция
Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры (порядка 15 млн градусов Кельвина). При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии.
Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т. вещества в секунду, выделяя при этом в космическое пространство непрерывный поток энергии.
Изотопы водорода
Самым простым из всех существующих атомов является атом водорода. В его состав входит всего один протон, образующий ядро, и единственный электрон, вращающийся вокруг него. 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. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.
В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали «слойкой» Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского «трёхэтажного дома», советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.
Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно «Счастливый дракон» и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.
Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.
Видео: испытания в СССР
Царь-бомба — термоядерная бомба СССР
Жирную точку в цепи набора тоннажа водородных бомб поставил СССР, когда 30 октября 1961 года на Новой Земле было проведено испытание 50-мегатонной (крупнейшей в истории) «Царь-бомбы » — результата многолетнего труда исследовательской группы А.Д. Сахарова. Взрыв прогремел на высоте 4 километра, а ударную волную трижды зафиксировали приборы по всему земному шару. Несмотря на то, что испытание не выявило никаких сбоев, бомба на вооружение так и не поступила. Зато сам факт обладания Советами таким вооружением произвёл неизгладимое впечатление на весь мир, а в США прекратили набирать тоннаж ядерного арсенала. В России, в свою очередь, решили отказаться от ввода на боевое дежурство боеголовок с водородными зарядами.
Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.
Сначала происходит детонация заряда-инициатора, находящегося внутри оболочки ВБ (миниатюрная атомная бомба), результатом которой становится мощный выброс нейтронов и создание высокой температуры, требуемой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка вкладыша из дейтерида лития (получают соединением дейтерия с изотопом лития-6).
Под действием нейтронов происходит расщепление лития-6 на тритий и гелий. Атомный запал в этом случае становится источником материалов, необходимых для протекания термоядерного синтеза в самой сдетонировавшей бомбе.
Смесь трития и дейтерия запускает термоядерную реакцию, вследствие чего происходит стремительное повышение температуры внутри бомбы, и в процесс вовлекается всё больше и больше водорода.
Принцип действия водородной бомбы подразумевает сверхбыстрое протекание данных процессов (устройство заряда и схема расположения основных элементов способствует этому), которые для наблюдателя выглядят мгновенными.
Супербомба: деление, синтез, деление
Последовательность процессов, описанных выше, заканчивается после начала реагирования дейтерия с тритием. Далее было решено использовать деление ядер, а не синтез более тяжёлых. После слияния ядер трития и дейтерия выделяется свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для инициации начала деления ядер урана-238. Быстрым нейтронам под силу расщепить атомы из урановой оболочки супербомбы. Расщепление тонны урана генерирует энергию порядка 18 Мт. При этом энергия расходуется не только на создание взрывной волны и выделения колоссального количества тепла. Каждый атом урана распадается на два радиоактивных «осколка». Образуется целый «букет» из различных химических элементов (до 36) и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно по этой причине и образуются многочисленные радиоактивные осадки, регистрируемые за сотни километров от эпицентра взрыва.
После падения «железного занавеса», стало известно, что в СССР планировали разработку «Царь бомбы», мощностью в 100 Мт. Из-за того, что тогда не было самолёта, способного нести столь массивный заряд, от идеи отказались в пользу 50 Мт бомбы.
Последствия взрыва водородной бомбы
Ударная волна
Взрыв водородной бомбы влечёт масштабные разрушения и последствия, а первичное (явное, прямое) воздействие имеет тройственный характер. Самое очевидное из всех прямых воздействий — ударная волна сверхвысокой интенсивности. Её разрушительная способность уменьшается при удалении от эпицентра взрыва, а так же зависит от мощности самой бомбы и высоты, на которой произошла детонация заряда.
Тепловой эффект
Эффект от теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и мощность ударной волны. Но к ним добавляется ещё один — степень прозрачности воздушных масс. Туман или даже незначительная облачность резко уменьшает радиус поражения, на котором тепловая вспышка может стать причиной серьёзных ожогов и потери зрения. Взрыв водородной бомбы (более 20 Мт) генерирует невероятное количество тепловой энергии, достаточной, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, выпарить воду практически всю воду из небольшого озера на расстоянии в 10 км, уничтожить живую силу противника, технику и постройки на том же расстоянии. В центре образуется воронка диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытая толстым слоем стекловидной массы (несколько метров пород, имеющих большое содержание песка, почти мгновенно плавятся, превращаясь в стекло).
Согласно расчётам, полученным в ходе реальных испытаний, люди получают 50% вероятность остаться в живых, если они:
- Находятся в железобетонном убежище (подземном) в 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ);
- Находятся в жилых домах на расстоянии 15 км от ЭВ;
- Окажутся на открытой территории на расстоянии более 20 км от ЭВ при плохой видимости (для «чистой» атмосферы минимальное расстояние в этом случае составит 25 км).
С удалением от ЭВ резко возрастает и вероятность остаться в живых у людей, оказавшихся на открытой местности. Так, на удалении в 32 км она составит 90-95%. Радиус в 40-45 км является предельным для первичного воздействия от взрыва.
Огненный шар
Ещё одним явным воздействием от взрыва водородной бомбы являются самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), образующиеся вследствие вовлекания в огненный шар колоссальных масс горючего материала. Но, несмотря на это, самым опасным по степени воздействия последствием взрыва окажется радиационное загрязнение окружающей среды на десятки километров вокруг.
Радиоактивные осадки
Возникший после взрыва огненный шар быстро наполняется радиоактивными частицами в огромных количествах (продукты распада тяжёлых ядер). Размер частиц настолько мал, что они, попадая в верхние слои атмосферы, способны пребывать там очень долго. Всё, до чего дотянулся огненный шар на поверхности земли, моментально превращается в пепел и пыль, а затем втягивается в огненный столб. Вихри пламени перемешивают эти частички с заряженными частицами, образуя опасную смесь радиоактивной пыли, процесс оседания гранул которой растягивается на долгое время.
Крупная пыль оседает довольно быстро, а вот мелкая разносится воздушными потоками на огромные расстояния, постепенно выпадая из новообразованного облака. В непосредственной близости от ЭВ оседают крупные и наиболее заряженные частицы, в сотнях километров от него всё ещё можно встретить различимые глазом частицы пепла. Именно они образуют смертельно опасный покров, толщиной в несколько сантиметров. Каждый кто окажется рядом с ним, рискует получить серьёзную дозу облучения.
Более мелкие и неразличимые частицы могут «парить» в атмосфере долгие годы, многократно огибая Землю. К тому моменту, когда выпадут на поверхность, они изрядно теряют радиоактивность. Наиболее опасен стронций-90, имеющий период полураспада 28 лет и генерирующий стабильное излучение на протяжении всего этого времени. Его появление определяется приборами по всему миру. «Приземляясь» на траву и листву, он становится вовлечённым в пищевые цепи. По этой причине у людей, находящихся за тысячи километров от мест испытаний при обследовании обнаруживается стронций-90, накапливаемый в костях. Даже если его содержание крайне невелико, перспектива оказаться «полигоном для хранения радиоактивных отходов» не сулит человеку ничего хорошего, приводя к развитию костных злокачественных новообразований. В регионах России (а также других стран), близких к местам пробных запусков водородных бомб, до сих пор наблюдается повышенный радиоактивный фон, что ещё раз доказывает способность этого вида вооружения оставлять значительные последствия.
Видео о водородной бомбе
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Инициатора взрыва (триггера). Подобный тип оружия не создаёт долговременного радиоактивного заражения, ввиду отсутствия в нём распадающихся веществ. В настоящее время считается теоретически, безусловно, возможным, но пути практической реализации не ясны.
Концепция
В современном термоядерном оружии, условия, необходимые для начала реакции ядерного синтеза , создаются путём детонации триггера - небольшого плутониевого ядерного заряда. Взрыв триггера создает высокую температуру и давление, необходимые для начала термоядерной реакции в дейтериде лития. При этом, основная часть долговременного радиоактивного заражения при термоядерном взрыве обеспечивается за счет радиоактивных веществ в триггере.
Однако, условия для начала термоядерной реакции возможно создать и без применения ядерного триггера. Такие условия создаются в лабораторных экспериментах и экспериментальных термоядерных реакторах. Теоретически, возможно создать термоядерное оружие, в котором реакция будет инициироваться без использования триггерного заряда - «чистое термоядерное» оружие.
Такое оружие будет иметь следующие преимущества:
Нейтронный вариант чистого термоядерного оружия
Основным поражающим фактором в чисто термоядерном устройстве может стать мощный выброс нейтронного излучения Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]] , а не тепловая вспышка или ударная волна[[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]] . Таким образом, сопутствующий ущерб от подрыва такого оружия может быть лимитирован. С другой стороны, это делает чисто термоядерное оружие не лучшим средством для тех ситуаций, когда необходимо поражение прочных сооружений, не содержащих биологической материи или электронных устройств (например, мостов).
Недостатки нейтронного варианта чистого термоядерного оружия те же, что и любого нейтронного оружия :
- Из-за сильного поглощения и рассеивания нейтронов в атмосфере дальность поражения нейтронным излучением, по сравнению с дальностью поражения незащищённых целей ударной волной от взрыва обычного ядерного заряда той же мощности , невелика.
- Взаимодействием нейтронов с конструкционными и биологическими материалами приводит к появлению наведённой радиоактивности , то есть оружие не является полностью «чистым».
- Бронетехника , начиная с 1960-х годов, разрабатывается с учётом возможности применения нейтронного оружия. Были разработаны новые типы брони, которая уже способна защитить технику и её экипаж от нейтронного излучения. Для этой цели в броню добавляются листы с высоким содержанием бора , являющегося хорошим поглотителем нейтронов, а в броневую сталь добавляется обеднённый уран . Кроме того, состав брони подбирается так, чтобы она не содержала элементов, дающих под действием нейтронного облучения сильную наведённую радиоактивность. Таким образом, современная бронетехника чрезвычайно устойчива и к нейтронному оружию.
Возможные пути решения
Различные пути решения проблемы чистого термоядерного оружия рассматривались непрерывно с 1992 года, но в настоящее время не дали позитивного результата. Главной проблемой является значительная сложность создания условий начала термоядерной реакции. В лабораторных экспериментах и термоядерных реакторах, такие условия создаются крупногабаритными установками, к тому же весьма энергоемкими. В настоящее время не представляется возможным создание пригодного для использования в боевых условиях термоядерного оружия, основанного, например, на лазерном поджиге реакции , - требуемые для этого лазеры имеют огромные размеры и потребляют значительное количество энергии.
Существуют несколько теоретически возможных путей решения проблемы:
Чистое термоядерное оружие на ударно-волновом излучателе
Представляется теоретически возможным создание относительно компактного чисто термоядерного оружия на основе ударно-волнового излучателя . При этом, для запуска термоядерной реакции используется импульс электромагнитного излучения радиочастотного диапазона.
Согласно теоретическим расчетам, чистое термоядерное устройство на ударно-волновом излучателе будет иметь тротиловый эквивалент примерно сопоставимый с его собственной массой, или даже меньший. Таким образом, как взрывное устройство оно будет совершенно неэффективно. Однако, большая часть (до 80%) энергии при этом выделится в виде нейтронного потока, способного поражать неприятеля на расстоянии в сотни метров от эпицентра. Такое оружие, фактически, будет чистым нейтронным оружием - не оставляющим радиоактивного заражения и практически не создающим сопутствующего ущерба.
Напишите отзыв о статье "Чистое термоядерное оружие"
Примечания
Ссылки
Отрывок, характеризующий Чистое термоядерное оружие
А также, несмотря на то, что в то время Литва уже была под пятой «коричневой чумы», она всё же ещё каким-то образом сохраняла свой независимый и воинственный дух, который не успели вышибить из неё даже самые ярые служители коммунизма... И это притягивало Серёгиных даже больше, чем красота местной природы или гостеприимство людей. Вот они и решили остаться «на время»… что получилось – навсегда… Это был уже 1942 год. И Серёгины с сожалением наблюдали, как «коричневый» осьминог национал-социализма всё крепче и крепче сжимал своими щупальцами страну, которая им так полюбилась... Перейдя линию фронта, они надеялись, что из Литвы смогут добраться до Франции. Но и при «коричневой чуме» дверь в «большой мир» для Серёгиных (и, естественно, для моего папы) оказалась закрытой и на этот раз навсегда… Но жизнь продолжалась... И Серёгины начали понемногу устраиваться на своём новом месте пребывания. Им заново приходилось искать работу, чтобы иметь какие-то средства для существования. Но сделать это оказалось не так уж сложно – желающим работать в трудолюбивой Литве всегда находилось место. Поэтому, очень скоро жизнь потекла по привычному им руслу и казалось – снова всё было спокойно и хорошо...Мой папа начал «временно» ходить в русскую школу (русские и польские школы в Литве не являлись редкостью), которая ему очень понравилась и он категорически не хотел её бросать, потому что постоянные скитания и смена школ влияла на его учёбу и, что ещё важнее – не позволяла завести настоящих друзей, без которых любому нормальному мальчишке очень тяжело было существовать. Мой дедушка нашёл неплохую работу и имел возможность по выходным хоть как-то «отводить душу» в своём обожаемом окружном лесу.
А моя бабушка в то время имела на руках своего маленького новорождённого сынишку и мечтала хотя бы короткое время никуда не двигаться, так как физически чувствовала себя не слишком хорошо и была так же, как и вся её семья, уставшей от постоянных скитаний. Незаметно прошло несколько лет. Война давно кончилась, и жизнь становилась более нормальной во всех отношениях. Мой папа учился всё время на отлично и учителя порочили ему золотую медаль (которую он и получил, окончив ту же самую школу).
Моя бабушка спокойно растила своего маленького сына, а дедушка наконец-то обрёл свою давнишнюю мечту – возможность каждый день «с головой окунаться» в так полюбившийся ему алитуский лес.
Таким образом, все были более или менее счастливы и пока что никому не хотелось покидать этот поистине «божий уголок» и опять пускаться странствовать по большим дорогам. Они решили дать возможность папе закончить так полюбившуюся ему школу, а маленькому бабушкиному сыну Валерию дать возможность как можно больше подрасти, чтобы было легче пускаться в длинное путешествие.
Но незаметно бежали дни, проходили месяцы, заменяясь годами, а Серёгины всё ещё жили на том же самом месте, как бы позабыв о всех своих обещаниях, что, конечно же, не было правдой, а просто помогало свыкнутся с мыслью, что возможно им не удастся выполнить данное княжне Елене слово уже никогда... Все Сибирские ужасы были далеко позади, жизнь стала каждодневно привычной, и Серёгиным иногда казалось, что этого возможно и не было никогда, как будто оно приснилось в каком-то давно забытом, кошмарном сне...
Василий рос и мужал, становясь красивым молодым человеком, и его приёмной матери уже всё чаще казалось, что это её родной сын, так как она по-настоящему очень его любила и, как говорится, не чаяла в нём души. Мой папа звал её матерью, так как правды о своём рождении он пока ещё (по общему договору) не знал, и в ответ любил её так же сильно, как любил бы свою настоящую мать. Это касалось также и дедушки, которого он звал своим отцом, и также искренне, от всей души любил.
Так всё вроде понемногу налаживалось и только иногда проскальзывающие разговоры о далёкой Франции становились всё реже и реже, пока в один прекрасный день не прекратились совсем. Надежды добраться туда никакой не было, и Серёгины видимо решили, что будет лучше, если эту рану никто не станет больше бередить...
Мой папа в то время уже закончил школу, как ему и пророчили – с золотой медалью и поступил заочно в литературный институт. Чтобы помочь семье, он работал в газете «Известия» журналистом, а в свободное от работы время начинал писать пьесы для Русского драматического театра в Литве.
Всё вроде бы было хорошо, кроме одной, весьма болезненной проблемы – так как папа был великолепным оратором (на что у него и вправду, уже по моей памяти, был очень большой талант!), то его не оставлял в покое комитет комсомола нашего городка, желая заполучить его своим секретарём. Папа противился изо всех сил, так как (даже не зная о своём прошлом, о котором Серёгины пока решили ему не говорить) он всей душой ненавидел революцию и коммунизм, со всеми вытекающими из этих «учений» последствиями, и никаких «симпатий» к оным не питал... В школе он, естественно, был пионером и комсомольцем, так как без этого невозможно было в те времена мечтать о поступлении в какой-либо институт, но дальше этого он категорически идти не хотел. А также, был ещё один факт, который приводил папу в настоящий ужас – это участие в карательных экспедициях на, так называемых, «лесных братьев», которые были не кем-то иным, как просто такими же молодыми, как папа, парнями «раскулаченных» родителей, которые прятались в лесах, чтобы не быть увезёнными в далёкую и сильно их пугавшую Сибирь.
За несколько лет после пришествия Советской власти, в Литве не осталось семьи, из которой не был бы увезён в Сибирь хотя бы один человек, а очень часто увозилась и вся семья.
Литва была маленькой, но очень богатой страной, с великолепным хозяйством и огромными фермами, хозяева которых в советские времена стали называться «кулаками», и та же советская власть стала их очень активно «раскулачивать»... И вот именно для этих «карательных экспедиций» отбирались лучшие комсомольцы, что бы показать остальным «заразительный пример»... Это были друзья и знакомые тех же «лесных братьев», которые вместе ходили в одни и те же школы, вместе играли, вместе ходили с девчонками на танцы... И вот теперь, по чьему-то сумасшедшему приказу, вдруг почему-то стали врагами и должны были друг друга истреблять...
После двух таких походов, в одном из которых из двадцати ушедших ребят вернулись двое (и папа оказался одним из этих двоих), он до полусмерти напился и на следующий день написал заявление, в котором категорически отказывался от дальнейшего участия в любых подобного рода «мероприятиях». Первой, последовавшей после такого заявления «приятностью» оказалась потеря работы, которая в то время была ему «позарез» нужна. Но так как папа был по-настоящему талантливым журналистом, ему сразу же предложила работу другая газета – «Каунасская Правда» – из соседнего городка. Но долго задержаться там, к сожалению, тоже не пришлось, по такой простой причине, как коротенький звонок «сверху»... который вмиг лишил папу только что полученной им новой работы. И папа в очередной раз был вежливо выпровожен за дверь. Так началась его долголетняя война за свободу своей личности, которую прекрасно помнила уже даже и я.
Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как 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 → 4 Не + 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∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 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 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.
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.
Характерной особенностью американской внешней политики с приходом в Белый дом Джорджа Буша-младшего (уже во время первого срока его президентства) стал резкий крен в сторону использования силовых методов для обеспечения национальной безопасности и национальных интересов США, практически при полном игнорировании роли ООН и мирового общественного мнения. Достаточно ярким подтверждением этого явилось принятие администрацией Соединенных Штатов так называемой "превентивной военной доктрины", предусматривающей возможность проведения упреждающих военных акций по сугубо субъективному обоснованию их необходимости. В эту доктрину вписывается и силовая модель "контрраспространения", допускающая физическое разрушение ядерной инфраструктуры подозрительного, с точки зрения Вашингтона, государства, которая может быть использована для создания ЯО.
ПРОНИКАЮЩИЕ БОЕГОЛОВКИ
По свидетельству сенаторов-демократов Карла Левина и Джека Рида, "вступив в должность президента США, Буш отказался от Договора по противоракетной обороне. Он оказал давление на Конгресс, чтобы утвердить меры и программы, снижающие порог применения ядерного оружия. Московский Договор об ограничении ядерных потенциалов станет началом и концом инициатив администрации Буша по контролю над вооружениями. Для этой администрации деятельность после окончания холодной войны заключается в том, чтобы опираться на ядерное оружие и уходить от контроля над вооружениями".
В представленном Конгрессу в январе 2002 года "Обзоре ядерной политики" (Nuclear Posture Review; далее для краткости "Ядерный обзор") отражено стремление администрации нивелировать различие между применением ЯО малой мощности и оружия обычного назначения при проведении боевых операций на ТВД. В разделе "Поражение прочных глубоко заглубленных целей" высказано требование о необходимости принятия на вооружение ударостойкой проникающей в грунт на большую глубину ядерной боеголовки малой мощности (до 5 кт). При этом подразумевается, что при использовании такой боеголовки не произойдет выброса радиоактивного заражения на поверхность, а прочные командные бункеры, в том числе и хранилища ОМУ, находящиеся на глубине до 300 м, будут уничтожены. Для реализации этого требования была принята программа разработки "ударостойкого ядерного земного проникателя" (Robust Nuclear Earth Penetrator - RNEP, далее в русской транскрипции - РНЕП).
Однако широкая дискуссия как в американских СМИ, так и на страницах научной периодики показала полную несостоятельность данной программы.
Во-первых, по самым оптимистическим прогнозам, вряд ли удастся добиться проникания боеголовки в грунт на глубину свыше 30 м. Взрыв 5-килотонной боеголовки на такой глубине будет мало чем отличаться от поверхностного взрыва и, следовательно, приведет к губительному радиоактивному заражению поверхности.
Во-вторых, для поражения сильно защищенных бункеров на глубинах порядка 300 м необходима мощность боеголовки не менее 100 кт. И даже при этом совершенно не гарантируется уничтожение химических и биологических агентов ОМУ, которые могут прорваться на поверхность, усугубив эффект заражения. Тем не менее администрация Буша продолжает настаивать на продолжении программы РНЕП, определив в качестве носителя "ядерного проникателя" стратегический бомбардировщик В-2А.
По решению Конгресса в 2000 году в структуре Министерства энергетики было создано ведомство, названное "Администрация национальной ядерной безопасности" (Nation Nuclear Security Administration - NNSA, далее в русской транскрипции ННСА), которая, в тесном взаимодействии с Пентагоном и по его заданиям, осуществляет руководство всеми военными ядерными программами, В ее ведении находятся и все три национальные ядерные оружейные лаборатории - Лос-Аламосская, Ливерморская и Сандийская. На 2006 финансовый год, учитывая неясность концепции РНЕП даже для Минобороны, Конгресс урезал ассигнования на программу до 4 млн. долларов. Однако администрация Буша планирует запросить на нее в 2007 финансовом году 14 млн. долларов. В целом же для обеспечения деятельности ННСА непосредственно в области ЯО в 2006 финансовом году Белый дом требует 6,63 млрд. долларов.
Следует обратить внимание на такой факт. Поначалу в ННСА имелся Консультативный комитет независимых ученых и экспертов в области ЯО. Однако он был распущен перед проведением секретного совещания якобы по ЯО малой мощности - "мини-ньюкам" - разрушителям бункеров на базе Стратегического командования Оффут (штат Небраска) в августе 2003 года. Тем самым ННСА де-факто потеряла свой полунезависимый статус и стала строго засекреченной руководящей структурой ядерного оборонного комплекса США. Нужно также отметить, что на указанное секретное совещание не были допущены даже представители Конгресса.
Между тем, по мнению ряда специалистов, работы по программе РНЕП вовсе не заслуживают столь высокого уровня секретности. Как отмечал физик-ядерщик Сидней Дрелл из Ливерморской национальной лаборатории: "Это вопрос не испытания или развития новых образцов оружия, а принятия решения о возможности скомпоновать конструкцию таким образом, чтобы она могла глубоко проникнуть без разрушения самой себя преждевременным взрывом".
Таким образом, "под сурдинку" мини-ньюков может проводиться разработка принципиально нового поколения ядерного оружия. Программа РНЕП также позволила администрации США оказать давление на Конгресс и добиться отмены в мае 2004 года поправки Спратта-Фурсе (принята в 1994 году), запрещавшей финансирование исследований и разработок по ЯО мощностью до 5 кт.
Об акценте на снижение порога использования ядерного оружия, прежде всего на ТВД, свидетельствуют и разрабатываемые концептуальные документы по условиям применения ЯО в возможных боевых операциях Объединенных вооруженных сил США.
ЧИСТО ТЕРМОЯДЕРНОЕ
Стремление администрации Буша снизить порог применения ядерного оружия и тем самым нивелировать различие между ЯО малой мощности и оружием общего назначения, по мнению многих американских ученых и экспертов, может воплотиться (если уже не воплотилось) в решение о разработке принципиально новых ядерных боеприпасов четвертого поколения - чисто термоядерных.
Напомню, что первое поколение ЯО - атомное, использующее только деление тяжелых ядер урана-235 и плутония-239.
Второе поколение - термоядерное ЯО, в котором предусмотрена как реакция деления тяжелых ядер в качестве детонатора, так и реакция термоядерного синтеза изотопов водорода - дейтерия и трития. При этом повышению удельной мощности способствует реакция деления урана-238 под действием высокоэнергетических нейтронов, возникающих при реакции термоядерного синтеза.
Третье поколение - это рентгеновский лазер. Его действие основано на накачке энергией ядерного взрыва рабочего тела с последующим излучением им рентгеновских лучей. Данное оружие не нашло военного применения и использовалось в качестве блефа администрацией президента Рейгана в рамках "Стратегической оборонной инициативы" (СОИ) как оружие противоракетной обороны.
Таким образом, во всех трех поколениях ЯО непременно присутствует реакция деления тяжелых ядер, сопровождающаяся долговременным радиоактивным заражением окружающей среды. Это обстоятельство и является до сих пор гарантом высокого порога для применения ядерного оружия даже малой и сверхмалой мощности.
Когда же идет речь о ЯО четвертого поколения, то имеется в виду чисто термоядерное оружие, реакция синтеза в котором инициируется альтернативным реакции деления источником энергии. Он должен быть вполне пригоден для осуществления реакции термоядерного синтеза и достаточно компактен для размещения в соответствующей боеголовке.
В американских специализированных научных изданиях и некоторых печатных источниках неправительственных организаций, занимающихся вопросами контроля над вооружениями, проблеме ЯО четвертого поколения придается значительное внимание. В то же время официальные представители администрации категорически отрицают как наличие решения о создании ЯО четвертого поколения, так и то, что национальные ядерные лаборатории занимаются его разработкой.
Однако некоторые независимые эксперты (правда, без каких-либо конкретных ссылок), определенно утверждают, что такие работы ядерными лабораториями ведутся. Так, например, директор "Ядерных наблюдений из Нью-Мексико" (Nucewatch of New Mexico) Джей Коуглин утверждает: "Существует три ядерные лаборатории, и все три имеют программы по термоядерному синтезу - одинаковые или разные. Такой интерес само собой разумеющийся┘".
Кратко, но по основным моментам полно, вопрос о чисто термоядерном оружии освещается в статье Джеймса Петокоукиса (James M. Pethokoukis. H-bomb Baby boom? The US News and World Report, October 13, 2003.): "┘активисты и исследователи говорят, что на длительный период зеленый свет для исследования могла также дать поддержка полностью нового мини-ньюка, так называемая чисто термоядерная бомба". Ему вторит Джей Коуглан, эксперт из Нью-Мексико: "Потворствуя мини-ньюкам, вы... открываете дверь к созданию даже более продвинутых мини-ньюков, таких, как чисто термоядерное оружие".
Чисто термоядерные бомбы могли бы быть более компактными и мощными, чем сегодняшние мини-ньюки, без выпадения радиоактивных осадков. Существующие конструкции получают основную мощность от синтеза водородных атомов, но для этого требуется могучая спичка - атомный взрыв, - чтобы зажечь процесс. А реакция деления означает осадки. Чистое термоядерное оружие испустило бы изрядное количество мгновенной убийственной радиации, но в виде короткоживущих нейтронов. "Вы могли бы вводить ваши воинские части через 48 часов, потому что не будет никаких радиоактивных осадков", - говорит Арджун Махиджани из Института исследований энергии и окружающей среды в Парке Такома, Mериленд. Это - военное преимущество, но это могло бы снизить порог использования этого оружия.
По словам Андрэ Гаспонера из Независимого научно-исследовательского института в Женеве, реакция деления требует критической массы плутония или урана; для чисто термоядерного оружия не существует критической массы, и потому "оно может быть, сколь угодно малым по вашему желанию, виртуально - атомными пулями". Однако будет дебютировать это ЯО, полагает эксперт, как ультрамощные боеголовки крылатых ракет.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕГРАДЫ
Наибольшая техническая преграда - "поджог" реакции синтеза без реакции деления. Размером со стадион и стоимостью в 3,3 млрд. долларов Национальная лазерная установка (NIF - National Ignition Facility) в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии исследует один из подходов. Начиная с 2008 года NIF будет обстреливать 192 лазерными лучами капсулы изотопов водорода размером с горошину, сжимая и нагревая их до 100 млн. градусов, чтобы зажечь реакцию синтеза. Официальные лица NIF указывают, что они не разрабатывают инициируемые лазером бомбы. "Нет ни одного такого аспекта, на который вы могли бы указать, - говорит руководитель NIF Джордж Миллер. - Это невыполнимо, и мы не планируем делать это".
Роль NIF состоит в том, чтобы изучить возможность создания гражданских электростанций на основе синтеза и проводить базовые исследование, способствующие оценке готовности существующего ядерного арсенала. Но то, что NIF открывает возможность осуществления реакции синтеза без реакции деления, может оказаться полезным для разработчиков оружия, заявляют некоторые эксперты. Например, Глен Вурден, физик - специалист по синтезу Лос-Аламосской национальной лаборатории: "Лазерный синтез работает очень похоже, как и в оружии".
Ключи к разгадке проблемы способна также добыть Национальная лаборатория Сандия в Нью-Мехико, где "Z-машина" управляет огромным импульсом электрического тока через связку очень тонких проводов. Результат - плазменный взрыв, испускающий пучок рентгеновских лучей, которые могут катализировать реакцию термоядерного синтеза. Некоторые теоретики даже предполагают, что частицы антиматерии послужат в качестве спускового механизма, хотя пока физики создали лишь несколько антиатомов.
Препятствия могли бы растягивать календарный график на десятилетия. Но даже в 1997 году чисто термоядерное оружие казалось достаточно вероятным для Ганса Бете, нобелевского лауреата по физике и ветерана усилий по созданию атомной бомбы. Он настоятельно советовал президенту Клинтону не финансировать подобные исследования. "В наши дни маленькие бомбы начинают вырисовываться в огромные", - говорил Бете.
Принципиально новой установкой для исследований термоядерного синтеза является Magnetized Target Fusion (MTF). Она совместно используется Лос-Аламосской национальной лабораторией и Научно-исследовательской лабораторией ВВС (база ВВС Киртланд, Нью-Мексико). В отличие от обычного токомака и лазерного возбуждения синтеза MTF имеет преимущество в менее дорогостоящей возможности получения термоядерной энергии в промышленных масштабах. В последние годы фокус усилий в исследованиях синтеза, особенно в США, перемещается от научной возможности к экономической практичности. Установка предназначена также для проведения исследований по военным программам.
Таким образом, в США создана мощная материальная основа для успешных исследований проблем термоядерного синтеза по трем разным направлениям, разумеется, не только для промышленного освоения термоядерной энергии, но и для военного применения.
Эта основа закладывалась в период второго срока президентства Клинтона в рамках подготовки к заключению Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) для обеспечения надежного функционирования ядерного арсенала США в условиях запрещения ядерных испытаний - Программы сопровождения ядерного арсенала.
Уже тогда эксперты Института исследований энергии и окружающей среды отмечали, что официальные планирующие документы по этой программе свидетельствовали: Министерство обороны США намерено поддерживать разработку нового ЯО. С точки зрения рационализма, Пентагону необходимо не только иметь передовые установки, чтобы заинтересовать и удержать ученых, но также предоставить им благоприятные возможности для практической реализации их знаний как творцов средств поражения будущего. Министерство обороны отрицает стремление разрабатывать чисто термоядерное оружие. Но проводимая Пентагоном научно-техническая деятельность может привести к его созданию, несмотря на все опровержения, потому что она на практике именно этому и способствует.
На проведение в США работ по чисто термоядерному оружию указывал в 1999 году академик Михайлов ("Перспективы новых технологий разработки ядерного оружия". "НВО", # 15, 1999). В частности, Михайлов отмечал, что в рамках Программы сопровождения ядерного арсенала "также будут проводиться работы по созданию принципиально новых видов оружия и оценке физических принципов, существенных для проектирования ядерного оружия. Надо полагать, речь идет, по сути, о практически "чистом" термоядерном заряде, резко понижающем психологический барьер применения ядерного оружия, и без долговременного заражения продуктами взрыва".
Характерно, что Министерство обороны США оперативно реагирует на даже, казалось бы, экзотические источники ядерной энергии для их использования в военных целях. Так, например, научные эксперименты по накачке гафния низкоэнергетическим рентгеновским излучением, приведшие к образованию метастабильного атомного изомера - hafnium-178m2, показавшие 60-кратное увеличение энергии последующего гамма-излучения, сразу же были включены в пентагоновский "Перечень военно-критических технологий": "Такая экстраординарная плотность энергии имеет потенциал революционизировать все аспекты ведения военных действий".
ПОНИЖЕНИЕ ПОРОГА
Следует также отметить, что помимо трех ядерных оружейных лабораторий Министерства энергетики, работы в области атомной изомерии в военно-прикладном плане, наряду с термоядерным синтезом, проводит упомянутая Исследовательская лаборатория ВВС в Киртланде.
Как уже подчеркивалось выше, с приходом в Белый дом Джорджа Буша-младшего наметился четкий акцент на снижение порога использования ЯО малой мощности, прежде всего на ТВД. Чисто термоядерное оружие в наибольшей степени соответствует такому стремлению.
Принципиальное преимущество чисто термоядерного боеприпаса перед нынешним поколением термоядерных БП с атомным детонатором - отсутствие долговременного заражения радиоактивными продуктами взрыва последнего. При чисто термоядерном взрыве образуются только инертный газ гелий и поток быстрых нейтронов, вызывающих незначительную наведенную радиацию. К тому же путем использования соответствующих материалов для конструкции корпуса боеприпаса можно снизить выход потока нейтронов в окружающую среду. Основными поражающими факторами такого боеприпаса будут только ударная волна и световое излучение. Что же касается механического поражающего фактора - ударной волны, то он может варьироваться в широчайших пределах от единиц до тысяч и более килограммов тротилового эквивалента, что не грозит человечеству "ядерной зимой" при применении такого термоядерного боеприпаса на высокоточных носителях для нанесения "хирургических ударов" по стратегически значимым целям.
Какие имеются стимулы создания такого термоядерного заряда для США? Это прежде всего интересы повышения эффективности противоракетной обороны - как на ТВД, так и национальной. Особенно теперь, когда выход США из Договора по ПРО более не ограничивает совершенствование систем противоракетной обороны и выбор средств для повышения ее эффективности. Использование чисто термоядерного боеприпаса для поражения вражеских боеголовок даже на малой высоте над своей территорией не приведет к выпадению радиоактивных осадков. Вдобавок такой боеприпас, в зависимости от его тротилового эквивалента, может обладать достаточно широким дистанционным поражающим эффектом.
В случае применения боеголовок с чисто термоядерным зарядом для поражения находящихся примерно в 300 м от поверхности земли и сильно укрепленных бункеров при внедрении боеголовки даже на небольшую глубину нейтронное излучение практически полностью будет поглощено прилегающими к месту взрыва слоями грунта. Но надо иметь в виду, что для уничтожения особо важных и защищенных объектов при реально достижимой глубине проникания боеприпаса требуется мощность взрыва порядка 100 кт и более.
При подводном взрыве чисто термоядерного боеприпаса нейтронное излучение также будет поглощено водными массами - следовательно, такое оружие будет эффективным противолодочным и противокорабельным оружием.
Исключительно адекватно чисто термоядерное оружие вписывается в американскую концепцию "контрраспространения" ОМУ, допускающую физическое разрушение инфраструктуры его производства (имеется в виду прежде всего ЯО враждебных, по мнению США, государств).
Поэтому есть высокая степень вероятности, что в условиях строжайшей секретности работы по созданию чисто термоядерного оружия ведутся в Соединенных Штатах полным ходом. На проведение таких работ указывают и некоторые американские эксперты. Единственной, но критической проблемой здесь является разработка такого компактного импульсного источника энергии, который был бы способен инициировать взрывную термоядерную реакцию синтеза и мог бы быть размещен в соответствующей боеголовке. Однако некоторые предпосылки решения этой проблемы в настоящее время имеются. Особо можно выделить три направления:
Первое - исследования процессов катализа термоядерного синтеза на субатомном уровне с целью возможности снижения его энергетики.
Второе - разработка компактных сверхмощных импульсных источников электромагнитной энергии.
Третье - разработка на базе последних достижений нанотехнологий накопителей электрической энергии, достаточной для "поджога" взрывного термоядерного синтеза.
В частности, относительно первого направления есть информация, что международный коллектив физиков в канадской "Национальной лаборатории физики ядра и элементарных частиц" выполнил эксперимент, который привел к интенсивному синтезу необычных молекул. Они состоят из ядер тяжелых изотопов водорода дейтерия и трития и связанного с ними мю-мезона. Теоретические расчеты показывают, что такие мезомолекулы могут катализировать управляемые термоядерные реакции, протекающие при относительно низких температурах.
Но, возможно, более перспективным окажется второе направление в связи с тем, что уже сконструированы компактные мощные генераторы импульсного электромагнитного излучения (FC-генераторы), способные путем сжатия магнитного потока взрывом обычной взрывчатки производить электрический ток, в 10-1000 раз превышающий ток в разряде типичной молнии. Не исключено, что подобный генератор был использован в американской электромагнитной бомбе (Е-бомбе), взрыв которой 26 марта 2003 года вывел из строя все электронное оборудовании телевизионного центра в Багдаде.
Также возможно, что в связи с бурным развитием нанотехнологий перспективным может оказаться и третье направление разработки компактных источников энергии, достаточной для инициирования взрывной термоядерной реакции. В настоящее время есть данные, что уже имеются конденсаторы с удельной емкостью в 30 киловатт электрической энергии на один килограмм веса. Такие конденсаторы могут быть использованы для накачки лазеров, расположенных в боеголовке, и тем самым инициировать взрывную реакцию синтеза. По имеющейся информации, известная американская фирма "Интел" разрабатывает кремниевые микролазеры для использования при создании принципиально нового поколения микропроцессоров для ЭВМ. Эти кремниевые микролазеры способны усиливать на три порядка выход энергии излучения по сравнению с энергией, затрачиваемой на их накачку. Вполне вероятно, подобные эффекты могут быть получены и на соответствующих макролазерах.
В общем, миллиарды долларов, затрачиваемые самой передовой в технологическом отношении страной на деятельность ядерных оружейных лабораторий, не исключено, рано или поздно приведут к появлению четвертого поколения ЯО - чисто термоядерного. Многие эксперты полагают, что есть определенная степень вероятности появления чисто термоядерного оружия раньше, чем будет освоено промышленное использование термоядерной энергии на экономически приемлемом уровне. История может повториться, как это было с атомным оружием - сначала бомба, а потом энергетика.
