Ядерное оружие - оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония, или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер изотопов водорода дейтерия и трития, в более тяжелые, например, ядра изотопов гелия.
Ядерными зарядами могут быть снабжены боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины. По мощности различают ядерные боеприпасы сверхмалые (менее 1 кт), малые (1-10 кт), средние (10-100 кт), крупные (100-1000 кт) и сверхкрупные (более 1000 кт). В зависимости от решаемых задач возможно применение ядерного оружия в виде подземного, наземного, воздушного, подводного и надводного взрывов. Особенности поражающего действия ядерного оружия на население определяются не только мощностью боеприпаса и видом взрыва, но и типом ядерного устройства. В зависимости от заряда различают: атомное оружие, в основе которого лежит реакция деления; термоядерное оружие - при использовании реакции синтеза; комбинированные заряды; нейтронное оружие.
Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран, содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.
Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239, образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в ядерном реакторе, работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.
Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233, получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.
Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.
Взрыв первого ядерного взрывного устройства был произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью - Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.
В термоядерном оружии энергия взрыва образуется в ходе реакций синтеза легких ядер, таких как дейтерий, тритий, являющихся изотопами водорода или литий. Подобные реакции могут происходить только при очень высоких температурах, при которых кинетическая энергия ядер достаточна для сближения ядер на достаточно малое расстояние.
Использование реакций синтеза для увеличения мощности взрыва может быть произведено по-разному. Первый способ заключается в помещении внутрь обычного ядерного устройства контейнера с дейтерием или тритием (или дейтеридом лития). Возникающие в момент взрыва высокие температуры приводят к тому, что ядра легких элементов вступают в реакцию, за счет которой происходит дополнительное выделение энергии. С помощью подобного метода можно заметно увеличить мощность взрыва. В то же время, мощность подобного взрывного устройства по-прежнему ограничивается конечным временем разлета делящегося вещества.
Другой способ - создание многоступенчатых взрывных устройств, в которых за счет специальной конфигурации взрывного устройства энергия обычного ядерного заряда (т.н. первичный заряд) используется для создания необходимых температур в отдельно расположенном "вторичном" термоядерном заряде, энергия которого, в свою очередь, может быть использована для подрыва третьего заряда и т.д. Первое испытание подобного устройства - взрыв "Майк"- было произведено в США 1 ноября 1952 г. В СССР подобное устройство было впервые испытано 22 ноября 1955 г. Мощность взрывного устройства, сконструированного подобным образом, может быть сколь угодно большой. Самый мощный ядерный взрыв был произведен именно с помощью многоступенчатого взрывного устройства. Мощность взрыва составила 60 Мт, причем мощность устройства была использована лишь на одну треть.
Теоретическое вступление. Термоядерное оружие, как не трудно догадаться, основано на организации термоядерных реакций синтеза атомных ядер. Из всех известных естествоиспытателям реакций протекающих в окружающем мире, термоядерные реакции обладают наибольшим выделением удельной энергии, т.е. энергии, приходящейся на единицу массы.
Учёными установлено, что в природе термоядерные процессы распространены достаточно широко, в частности, они являются источником энергии звёзд. Наше Солнце - не исключение. В наше время Солнце является обычной звездой, в ядре которой протекают термоядерные реакции синтеза ядер гелия из ядер водорода.
О..
. ГИГАНТЫ N
СВЕРХГИГАНТЫ
Ежесекундно Солнце на реакцию синтеза расходует 6-1011 кг водорода, с выходом 4-109 кг гелия. По прогнозам астрофизиков наблюдаемое сейчас состояние динамического равновесия нашей эволюционирующей звезды продлится около 5 млрд. лет.
БЕЛЫЕ ** КАРЛИКИ.
Так, что поводов для тактического беспокойства пока нет. Интенсивность термоядерных реакций можно проследить на диаграмме Герцшпрунга - Рессела (рис.
Рис. 6.32. Эволюция звёзд в зависимости от интенсивности ядерных реакций
10 000 6 000 ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСТИ, К
| м
|F| G I
- , где показана зависимость светимости звёзд от их температуры, которая одновременно является и показателем спектрального класса.
L = R52.
При образовании одного ядра гелия из двух ядер водорода выделяется энергия, равная 24 МэВ. Напомним, что 1 эВ - это энергия которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов, равную 1 В, 1 эВ « 1,6-10 - 19 Дж. В 1 кг дейтерия, изотопа водорода содержится 1,5-1026 пар соединяющихся ядер.
Энергию, выделяющуюся из 1 кг дейтерия при синтезе гелия можно определить следующим образом
Е1 = 1,5 -1026 - 24 = 3,6 -1027МэВ = 1,62 -108 КВт - час.
Как известно дейтерий в малых концентрациях содержится в воде. В пересчёте на среднюю концентрацию дейтерия из 1 л воды потенциально возможно получить энергию порядка 6100 КВт-час., что эквивалентно сжиганию 672 литров бензина, при расходовании на реакцию окисления около восьми тонн кислорода. Для слияния двух ядер водорода в одно ядро гелия необходимо, чтобы эти положительно заряженные ядра преодолели кулоновские силы отталкивания
r 1 Ze1 - Ze1 r
FK = -Lr .
4П880 r
Для слияния исходных ядер водорода необходимо их сблизить на расстояние соизмеримое с размерами ядра, т.е. на « 3-1015 м. На этом расстоянии потенциальная энергия двух положительных зарядов (ядер водорода) будет равна
1 Ze Ze
П = e= 7,68 10-14 Дж = 5 105эВ.
4П880 Г
Две заряженные частицы могут сблизится на расстояние, соизмеримое с размерами ядра в том случае, если они будут иметь кинетическую энергию, превосходящую или равную половине потенциальной энергии взаимодействия. Из молекулярной физики известно, что кинетическая энергия структурных элементов материи при их хаотическом тепловом движении определяется температурой
2 -л
к 0 = mui.=2k,t,
0 2 2
что даёт возможность оценить соответствующие термоядерному синтезу температуры
13 0,5Кgt;П; -Пgt;Кgt;- kBT,
2 2 B
T.і. 7"68-10-‘‘ s 1,83-10* 0K.
-23
3kB 3 -1,4 -10
Температуры всего на два порядка ниже реализуются в течение короткого времени, при атомных взрывах и внутри звёзд. По последним данным космофизиков температура Солнца лежит в пределах 1,2-107 - 1,5-107 0К. При таких относительно низких температурах возможен прямой захват протона протоном
H1 + H1 ^ He2 + e+1 +v0,
При этом ядро He2 является неустойчивым и быстро превращается за счёт по- зитронного распада в тяжёлый водород. Позитрон, сталкиваясь со своим антиподом - электроном, аннигилирует, превращаясь в излучение
H2 + H1 ^ He2 + у (5,5МэВ),
Далее начинается взаимодействие нестабильных ядер гелия
He2 + He2 ^ He2 + 2H1 (12,8МэВ), которые превращаются в стабильную модификацию гелия. При превращении 1 кг водорода в 883 г гелия, Am . 7 г вещества трансформируется в соответствии с уравнением Оливера Хевисайда в излучение
E = Am - c° = 7-10-3 - 9-1016 = 6,3-1014 Дж.
Столько энергии освобождается при полном окислении 1,6-1010 кг автомобильного бензина. Естественно такой энергетический выход не мог не заинтересовать венец Природы - человечество, которое в лучших традициях своего эволюционного пути нашло таки способ приспособить всю эту энергетическую эффективность исключительно для истребления себе подобных и иже с ними.
Дефект масс, открытый при исследованиях расщепления ядер, означает, в частности, что масса любого стабильного ядра меньше суммы масс составлявших его протонов и нейтронов. Например, масса изотопа гелия He42 меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Следовательно, если два протона и два нейтрона привести в соприкосновение, чтобы образовалось ядро гелия, то это слияние сопровождалось бы уменьшением массы. Уменьшение массы на Am проявляется в выделении огромного удельного количества энергии (AE = Amc2). Образование ядер в процессе объединения отдельных протонов и нейтронов или легких ядер как раз и называется ядерным синтезом.
Для выяснения подробностей энергетического аспекта этого процесса обратимся вновь к данным рис.4.14, где приведена кривая изменения удельной энергии связи, т. е. энергия в расчете на нуклон. В силу отрицательного знака дефекта масс, слияние ядер тяжёлых элементов (правая ветвь кривой) будет сопровождаться выделением энергии.
Процесс будет в высокой степени эндотермическим, т.е. для его осуществления требуются значительные энергетические затраты. Реакция синтеза двух ядер урана, например, возможна только в том случае, если объединяющиеся ядра будут обладать, по меньшей мере, такой же энергией, сколько её высвобождается при делении каждого из них. Получение сверхтяжелых ядер весьма энергоёмкое и дорогостоящее предприятие, не возможное в настоящее время.
Синтез легких ядер, наоборот, приводит к такому дефекту масс, который связан с высвобождением значительных энергий связи. При объединении двух лёгких ядер имеет место экзотермический процесс.
При слиянии двух протонов и двух нейтронов в ядро гелия мы получаем выигрыш в энергии 28,2 МэВ, а для 1 кг синтезированного гелия это составит около 2-10 8 кВт-ч. Даже по сравнению с энергетикой деления ядер - впечатляет, весьма.
На первый взгляд, методика осуществления реакции синтеза ядер, кажется простой как амёба, действительно, чего проще, соединили два ядра дейтерия и, вот он - гелий:
D2 + D2 ^ He2 + 23,64 МэВ, причём, появление каждого нового ядра сопровождается выделением энергии 23,64 МэВ. Естественно предположить, что эта энергия равна разности между полной энергией связи ядра атома гелия (28,2МэБ), удерживающей вместе четыре нуклона, и полной энергией связи двух ядер тяжелого водорода (по 2,28МэВ каждый). Существует ряд других реакций, которые используются в работах по термоядерному синтезу. Они тоже внешне до неприличия просты
D2 + D2 ^ He2 + 3,27 МэВ,
D2 + D2 ^ T° + р1 + 4,03 МэВ,
Li36 + n0 ^ T° + He4 + 4,6Мэв.
Слияние, например, двух ядер тяжелого водорода возможно, если их удастся сблизить до расстояния действия ядерных сил, т.е. до =3-10 - 15м. А для этого необходимо преодолеть кулоновское отталкивание протонов в ядрах. Элементарный подсчет показывает, что на расстояниях такого масштаба электростатическая энергия отталкивания равна = 0,1Мэв.
Единственное препятствие в организации термоядерной реакции в домашних условиях, состоит, в преодолении кулоновского отталкивания, поскольку протоны и другие легкие ядра всегда положительно заряжены.
Как показывают расчеты, два встречных сталкивающихся протона должны иметь кинетическую энергию порядка 250 кэВ каждый. Эту энергию невозможно получить путем обычного нагревания, так как даже при температуре 107 0К энергия частицы едва достигает только =1 кэВ. А нагревать надо до температур порядка 109 0К, чтобы энергии движения частиц хватило на преодоление взаимного отталкивания ядер. При Т = 10 К они вступают в непосредственный контакт, и происходит объединение ядер. Реальная температура, необходимая для поддержания реакций синтеза несколько ниже расчётной и составляет порядка 108 0К, что обусловлено явлением туннельного эффекта.
Кроме того, согласно функции распределения Максвелла, многие частицы обладают энергиями значительно превышающими среднее значение (E) = kT.
После второй мировой войны стало ясно, что при взрыве атомной бомбы имеют место температуры около 108 0К. Возникла идея использовать атомную бомбу в качестве запала для водородной бомбы, реализующей ядерную реакцию синтеза.
Получить неуправляемое выделение колоссальных количеств энергии при взрыве водородной бомбы, после того как уже набили руку на обычных ядерных взрывах, оказалось достаточно просто.
Термоядерная бомба, по сути, состоит из атомной бомбы и термоядерного заряда. Внутри оболочки, заполненной легкими элементами, способными вступать в реакцию синтеза, взрывается атомная бомба. На очень короткое время - миллионные доли секунды, температура внутри еще целой оболочки достигает нескольких сотен миллионов градусов (108 0К), а давление - сотен миллиардов атмосфер.
ЕІри таких экстремальных условиях начинается слияние ядер дейтерия и трития в ядро гелия
d2 + т° ^ He2 + n0, выделяется огромная энергия в очень короткое время, т.е. происходит взрыв (рис.
- . Энергия, выделяющаяся в реакции ядерного синтеза в расчете на данную массу горючего, больше, чем при делении ядра. Кроме того, при ядерном синтезе не столь остра проблема захоронения радиоРис. 6.33. Синтез ядер гелия активных отходов.
Однако осуществить управляемый термоядерный синтез, т.е. не взрывоподобный отвод энергии технически оказалось весьма сложной задачей. Всё дело упёрлось в создание и поддерживание достаточно продолжительное время необходимых для ядерного синтеза высоких температур.
Любое вещество при обсуждаемых температурах представляет собой особую среду, которая состоит из ядер и несвязанных с ними электронов. Это состояние вещества называется плазмой.
Если посмотреть в соответствующий раздел справочника по физическим свойствам веществ, то можно обнаружить, что из всего их множества наибольшей температурой плавления обладает карбид гафния Тпл = 4000 0К, даже в нём «содержать» высокотемпературную среду не представляется возможным.
Обычные материалы испаряются при температуре в лучшем случае 104 0К, следовательно, они не пригодны для термоядерных технологий. Но Природа - Мать распорядилась так, что плазма, имея огромное число свободных электронов, может пропускать электрический ток и реагировать на внешнее магнитное поле.
Водородная бомба. По одной из циркулирующих в прессе версий, история первого практического использования термоядерной реакции начинается в 1941г. Японский физик Хагивара из университета г. Киото, который не разбомбили в
- г. американцы по причине плохой видимости, в лекции своим студентам высказал идею о возможности возбуждения термоядерной реакции между ядрами водорода в условиях, создаваемых взрывом атомной бомбы на основе U235.
Рис 6.35. Клаус Фукс
В сентябре 1941 г. по другую сторону океана Энрико Ферми аналогичную идею высказал в беседе с Эдвардом Теллером (рис.6. 34). Идея Ферми захватила учёного, который стал последовательным и напористым инициатором разработки оружия такого типа.
Надо сказать, что эта идея обсуждалась и на закрытых семинарах физиками СССР уже сразу после развёртывания атомного проекта, по крайней мере не для Курчатова, не для Флёрова и других ядерщиков такая идея не являлась новостью.
До поры до времени просто не хватало времени и сил для её разработки на систематической основе. Развернулась атомная гонка, все усилия весьма ограниченных ресурсов, как интеллектуальных, так и материальных концентрировались на ней.
Идея «классического супера» была оформлена в виде набросков в Лос-Аламосе к концу 1945 г. Весной
- г. Клаус Фукс предложил при использовании в качестве запала атомной бомбы вынести смесь из дейтерия и трития и первичного взрывателя в прогреваемый излучением отражатель из окиси бериллия.
Рис. 6.36. Схема бомбы Теллера - Улама
В 1946 г. произошло рождение идеи радиационной имплозии. Схема предложенная Клаусом Фуксом, стала основой будущей конфигурации Теллера - Улама, которая вошла вовсе современные хрестоматии по термоядерной технике (рис. 6.36).
Устройство состояло из двух функциональных частей В едином корпусе располагался атомный заряд в виде плутониевой сферической бомбы, который обеспечивал при срабатывании высокие значения температуры и давления и, собственно, термоядерного горючего, окрашенного на рисунке в вишнёвый цвет.
Современные специалисты по ядерной физике признают, что, опережающие время идеи немецкого физика Фукса стали основой многих последующих конструкций термоядерных устройств. Фукс и Фон - Нейман 28 мая 1946 г. подали заявку на изобретение новой схемы инициирующего отсека с использованием радиационной имплозии.
Только спустя пять лет в США полностью осознали огромный идейный потенциал всех предложений Фукса. В конце августа 1946 г. неутомимый Теллер обнародовал отчёт, в котором развил новую схему термоядерной бомбы под романтическим названием «Будильник».
Новая версия бомбы по предложению Теллера должна была состоять из чередующихся сферических слоёв делящихся материалов и термоядерного горючего, дейтерия, трития и их химических соединений.
Цепная реакция деления, возникшая в одном из слоёв, должна была за счёт большого количества быстрых нейтронов инициировать процессы деления в соседних слоях, что должно повышать энерговыделение, особенно тепловое.
Результат атомного взрыва должен был вызвать уплотнение активных делящихся элементов, т.е. объёмное сближения ядер исходного вещества. Плотность термоядерного горючего увеличивалась с возрастанием скорости термоядерных реакций.
Однако термоядерный заряд по этой схеме получался недопустимо габаритным, не позволяющим даже теоретически рассматривать его практическое использование. Некоторое время проекты «Классический супер» и «Будилькик» разрабатывали специалистами Лос-Аламоса параллельно.
В январе 1950 г. президент США Гарри Трумэн выступил с публичным заявлением об официальном поручении учёным из Лос-Аламоса разработки водородной бомбы. Естественно, что работы в этом направлении стали проводится более динамично.
Рис. 6. 37. Термоядерный заряд Mike
В сентябре 1951 г. началась подготовка термоядерного заряда «Майк» к испытаниям, которые успешно были проведены 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составила 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Это даже с натяжкой трудно было назвать оружием (рис. 6.37).
Полнейшая нетранспорта-
бельность, габариты соответствовали приличных размеров двухэтажному строению. Продукты термоядерного деления поддерживались при температуре жидкого азота. Термоядерный заряд, в этой связи, был снабжен стационарными рефрижераторными установками, способными во время монтажа и испытаний поддерживать сверхнизкие температуры.
В СССР до 1945 г. возможности официально заниматься вопросами термоядерного синтеза, кроме рассмотрения теоретических аспектов, небыло. Страна воевала и в ускоренных темпах создавала атомную бомбу, напрягаясь из всех мыслимых и немыслимых сил.
Первый официальный документ по термоядерному оружию относится к 22 сентября 1945 г., его подготовил на имя И.В. Курчатова учёный - ядерщик Яков Ильич Френкель, где теоретически обосновал возможность протекания термоядерных реакций у условиях взрыва атомной бомбы: «....Представляется интересным использовать высокие - миллиардные - температуры, развивающиеся при взрыве атомной бомбы, для проведения синтетических реакций (например, образование гелия из водорода), которые являются источником энергии звёзд и которые могли бы ещё более повысить энергию, освобождаемую при взрыве основного вещества (уран, висмут, и т.д.)».
Рис. 6.38 Я.И. Френкель
Направляя записку Курчатову, учёный не мог знать, что вопросы термоядерных реакций уже давно обсуждаются создателями атомного оружия и что Курчатов владеет полной информацией о состоянии дел по термоядерной тематике в Лос-Аламосе.
В сентябре 1945 г. по каналам внешней разведки Курчатову поступил материал об американских работах по комбинированию атомной бомбы пушечного типа на основе U°°5 с отражателем из окиси бериллия, промежуточной камеры с дейтерий тритиевой смесью и цилиндра с жидким дейтерием.
Открытая информация о возможности создания сверхбомбы появилось в Британской газете «Таймс» 19 октября 1945 г. за долго до испытания термоядерных зарядов в США.
Естественно, что такие сообщения не могли остаться без внимания высших руководителей СССР и ведущих учёных, занятых в атомных программах. Л.П. Берия поручил дипломатам уточнить информацию.
Обратились к Нильсу Бору, который только что вернулся в Данию из США. Бор посчитал необходимым всех успокоить: «Что значит сверхбомба? Это или бомба большего веса, чем уже изобретенная, или бомба, изготовленная из какого- то нового вещества. Что же, первое возможно, но бессмысленно, так как, повторяю, разрушительная сила бомбы и так очень велика, а второе, я думаю, что нереально». Несмотря на несомненный авторитет в области атомной физики, Бору у нас в стране не поверили.
По настоянию Берии руководитель атомной программы Курчатов дал поручение ведущим специалистам Ю.Б. Харитону, Я.Б.
Зельдовичу, И.И. Гуревичу и И.Я. Померанчу- ку рассмотреть в теоретическом плане вопрос о возможности освобождения энергии лёгких элементов и представить свои выводы на заседании Технического
Тем не менее И. В. Курчатов обратился к Ю.Б. Харитону с поручением рассмотреть Риа 6.39. Я.Б. Зельдович
вместе с И. И. Гуревичем, Я. Б. Зельдовичем и
И. Я. Померанчуком вопрос о возможности освобождения энергии лёгких элементов и представить соображения по этому вопросу на заседании Технического совета Специального комитета.
Соображения И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона были изложены в отчёте „Использование ядерной энергии лёгких элементов“, материалы которого были заслушаны на заседании Технического совета 17 декабря 1945 года.
Докладчиком был Я. Б. Зельдович. В основе подхода к решению проблемы в отчёте и докладе было представление о возможности возбуждения ядерной детонации в цилиндре с дейтерием при осуществлении неравновесного режима горения.
Рассмотренный на заседании отчёт полностью опубликован в журнале «Успехи физических наук» № 5 за 1991 год. По докладу Я.Б. Зельдовича на заседании Технического совета 17 декабря 1945 года было принято решение, которое касалось только измерений сечений реакций на лёгких ядрах и не содержало поручений, относящихся к организации и проведению расчётно-теоретических исследований и работ по сверхбомбе.
Тем не менее в июне 1946 года группа теоретиков Института химической физики АН СССР в составе А. С. Компанейца и С.П. Дьякова под руководством Я.Б. Зельдовича в рамках программы исследований вопросов ядерного горения и взрыва начала теоретическое рассмотрение возможности освобождения ядерной энергии лёгких элементов.
В то время, как группа Я.Б. Зельдовича проводила свои исследования, в СССР в 1946-1947 годах продолжали поступать разведывательные сообщения информационного характера, касающиеся работ в США по сверхбомбе. К ним добавились и новые сообщения в открытой печати, в том числе статья Э. Теллера в февральском номере «Бюллетеня ученых-атомщиков» за 1947 год.
28 сентября 1947 года в Лондоне состоялась первая встреча К. Фукса, вернувшегося из США в Англию, с представителем советской разведки А.С. Феклисо- вым. А. С. Феклисов обратился к К. Фуксу с 10-ю вопросами, первый из которых относился к сверхбомбе.
Из отчёта о встрече А.С. Феклисова с К. Фуксом 28 сентября 1947 года следует, что К. Фукс устно сообщил о том, что теоретические работы по сверхбомбе проводятся в США под руководством Э. Теллера и Э. Ферми в Чикаго.
К. Фукс описал некоторые конструкционные особенности сверхбомбы и принципы её работы, отметил использование наряду с дейтерием трития. К. Фукс устно сообщил, что к началу 1946 года Э. Ферми и Э. Теллер доказали, что такая сверхбомба должна эффективно действовать. Однако А.С. Феклисов, не будучи физиком, смог воспроизвести конструкционные особенности сверхбомбы и её работу весьма приближённо. Начались ли в США практические работы по созданию сверхбомбы и каковы их результаты, К. Фуксу было неизвестно.
В июне 1948 г. Советом Министров СССР было принято постановление № 1989 - 773 «О дополнении плана работ КБ-11» в котором, в частности, предписывалось лаборатории ядерной физики, совместно с Физическим институтом АН СССР провести теоретическую и экспериментальную проверку возможностей создания водородной бомбы, которая в документах получила шифр РДС-6.
С материалами по американским разработкам был знаком только И.В. Курчатов, который не стад знакомить с ними своих сотрудников.
Чтобы не стеснять свободы поиска альтернативных решений. И они не замедлили последовать.
Сахаров Андрей Дмитриевич совместно с Яковом Борисовичем Зельдовичем предложили схему комбинированной бомбы, в которой дейтерий используется в смеси с U238. Другими словами, независимо от Э. Тейлера отечественные учёные пришли к идее гетерогенной бомбы, как она стала называться среди разработчиков «Слойка», в которой предполагалось использовать принцип ионизационного сжатия термоядерного горючего.
Игорь Евгеньевич Тамм, руководитель А.Д. Сахарова по аспирантуре, в ноябре 1948 г. обратился с письмом к директору Физического института АН СССР Вавилову С.И., в котором сообщал, что руководимая им группа физиков нашла принципиальную возможность нового способа использования детонации дейтерия, основанного на особом способе его сочетания с тяжёлой водой и природным ураном U238. В этом же письме предлагалось для осуществления термоядерной реакции использовать схему Li6 + n = T + He4 + 4,8 МэВ,
Рис. 6.41. И.Е. Тамм
где в качестве термоядерного оружия используется дейтерит лития-6.
Сахаровым была предложена схема дополнительного заряда плутония для предварительного сжатия «слойки». Это был принцип двухступенчатой конструкции термоядерной бомбы.
В США, как известно, 1 марта 1954 г. был проведен мощный термоядерный взрыв, свидетельствующий, что термоядерная программа конкурентов из теоретической стадии перешла в практическую плоскость.
Это придало нашим учёным и политикам новые силы. Буквально в первых числах апреля 1954 г. В КБ-11 был открыт новый принцип построения термоядерной бомбы.
Разработка технического задания на новое термоядерное изделие РДС-37. В июле 1955 г. был выпущен отчёт с обоснованием конструкции изделия РДС-37.
Авторами отчёта являлись: Е.Н. Аврорин, В. А. Александров, Ю.Н. Бабаев, Г. А. Гончаров, Я. Б. Зельдович, В. Н. Климов, Г. Е. Клинишов, Б. Н. Козлов, Е. С. Павловский, Е.М. Рабинович, Ю.А. Романов, А.Д. Сахаров, Ю.А. Трутнев, В.П. Феодори- тов, М.П. Шумаев, В.Б. Адамский, Б. Д. Бондаренко, Ю.С. Вахрамеев, Г.М. Ган- дельман, Г.А. Дворовенко, Н.А. Дмитриев, Е.И. Забабахин, В.Г. Заграфов, Т.Д. Кузнецова, И.А. Курилов, Н.А. Попов, В.И. Ритус, В.Н. Родигин, Л.П. Феоктистов, Д.А. Франк-Каменецкий, М.Д. Чуразов. Среди авторов были математики: И.А. Адамская, А. А. Бунатян, И.М. Гельфанд, А. А. Самарский, К. А. Семендяев, И.М. Халатников, которые под руководством М.В. Келдыша и А.Н. Тихонова проделали огромную работу по теоретическому обеспечению проекта.
Рис. 6.42. Изделие РДС-37
В ноябре 1955 г. было проведено
предварительное испытание одноступенчатого термоядерного устройства, а 22 ноября 1955 г. бл успешно проведён подрыв двухступенчатого термоядерного заряда, оформленного как авиационная бомба (рис. 6.42).
Как сказал после испытания А.Д.
Сахаров: «Испытание было завершением многолетних усилий, триумфом, открывшим пути к разработке целой гаммы изделий с разнообразными высокими характеристиками (хотя при этом встретятся ещё не раз неожиданные трудности)».
Таким образом был успешно завершён очередной этап создания термоядерного оружия, при этом достигнуты следующие результаты:
- Учёные СССР первыми в мировой практике (1952 г) применили высокоэффективное термоядерное горючее дейтерид литияLi6. В США применение этого материала относится к началу 1956 г.;
- Отечественные учёные уже в стадии первых испытаний достигли высокой точности совпадения теоретических параметров термоядерного взрыва с наблюдаемыми на практике характеристиками;
- Уровень теоретического обоснования конструкции был настолько высок, что стало возможным при экспериментальных взрывах искусственно занижать мощность, с целью снижения влияния на окружающее пространство;
- В двух испытаниях 1955 г. впервые был осуществлён сброс термоядерных зарядов с борта серийных бомбардировщиков ТУ-16.
Рис. 6.43. Бомбардировщик ТУ-95 в момент начала бомбометания
30 октября 1961 г. над Новой Землёй на высоте 4000 м над поверхностью земли была взорвана самая мощная в мире термоядерная бомба с тротиловым эквивалентом 50 МГт.
Бомба была сброшена с бомбардировщика ТУ-95 (рис.6.43). Экипажем командовал майор Дурновцев А. Е.
Такого ещё на планете не происходило. Несмотря на то, что подорван был половинный заряд, вспышку в условиях облачности было видно на расстоянии тысячи километров.
Рис. 6.44. Термоядерная отечественная бомба мощностью 100 МГт
Это был акт разовой силовой демонстрации, сопутствовавшей конкретным обстоятельствам политической кухни, „большой игре“ на устрашение между сверхдержавами.
Это было единичное изделие, конструкция которого при полной „за- грузке“ ядерным горючим и при сохранении тех же габаритов позволяла достигнуть мощности даже в 100 мегатонн. Столь ужасающий взрыв в боевых условиях мгновенно породил бы огненный смерч, который охватил бы территорию огромной площади.
После этого испытания пришло понимание, что созданное оружие предназначено не для войны за жизнь - оно предназначено для уничтожения жизни.
Очевидно, именно после этого взрыва политическим лидерам «атомных» держав стала ясна бессмысленность дальнейшего наращивания «термоядерных мускулов». Оружия уже вполне хватало, чтобы в одночасье покончить со многими проблемами современной цивилизации.
Северная Корея угрожает США испытаниями сверхмощной водородной бомбы в Тихом океане. Япония, которая может пострадать из-за испытаний, назвала планы КНДР абсолютно неприемлемыми. Президенты Дональд Трамп и Ким Чен Ын ругаются в интервью и говорят об открытом военном конфликте. Для тех, кто не разбирается в ядерном оружии, но хочет быть в теме, «Футурист» составил путеводитель.
Как работает ядерное оружие?
Как и в обычной динамитной шашке, в ядерной бомбе используется энергия. Только высвобождается она не в ходе примитивной химической реакции, а в сложных ядерных процессах. Существует два основных способа выделения ядерной энергии из атома. В ядерном делении ядро атома распадается на два меньших фрагмента с нейтроном. Ядерный синтез – процесс, с помощью которого Солнце вырабатывает энергию – включает объединение двух меньших атомов с образованием более крупного. В любом процессе, делении или слиянии выделяются большие количества тепловой энергии и излучения. В зависимости от того, используется деление ядер или их синтез, бомбы делятся на ядерные (атомные) и термоядерные .
А можно поподробнее про ядерное деление?
Взрыв атомной бомбы над Хиросимой (1945 г)
Как вы помните, атом состоит из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром , состоит из протонов и нейтронов. Протоны положительно заряжены, электроны – отрицательно, а нейтроны вообще не имеют заряда. Отношение протон-электрон всегда один к одному, поэтому атом в целом имеет нейтральный заряд. Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Частицы удерживаются вместе фундаментальной силой – сильным ядерным взаимодействием .
Свойства атома могут значительно меняться в зависимости от того, сколько различных частиц в нем содержится. Если изменить количество протонов, у вас будет уже другой химический элемент. Если же изменить количество нейтронов, вы получите изотоп того же элемента, что у вас в руках. Например, углерод имеет три изотопа: 1) углерод-12 (шесть протонов + шесть нейтронов), стабильную и часто встречающуюся форму элемента, 2) углерод-13 (шесть протонов + семь нейтронов), который является стабильным, но редким и 3) углерод-14 (шесть протонов + восемь нейтронов), который является редким и неустойчивым (или радиоактивным).
Большинство атомных ядер стабильны, но некоторые из них неустойчивы (радиоактивны). Эти ядра спонтанно излучают частицы, которые ученые называют радиацией. Этот процесс называется радиоактивным распадом . Существует три типа распада:
Альфа-распад : ядро выбрасывает альфа-частицу – два протона и два нейтрона, связанных вместе. Бета-распад : нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Выброшенный электрон является бета-частицей. Спонтанное деление: ядро распадается на несколько частей и выбрасывает нейтроны, а также излучает импульс электромагнитной энергии – гамма-луч. Именно последний тип распада используется в ядерной бомбе. Свободные нейтроны, выброшенные в результате деления, начинают цепную реакцию , которая высвобождает колоссальное количество энергии.
Из чего делают ядерные бомбы?
Их могут делать из урана-235 и плутония-239. Уран в природе встречается в виде смеси трех изотопов: 238 U (99,2745 % природного урана), 235 U (0,72 %) и 234 U (0,0055 %). Наиболее распространенный 238 U не поддерживает цепную реакцию: на это способен лишь 235 U. Чтобы достичь максимальной мощности взрыва, необходимо, чтобы содержание 235 U в «начинке» бомбы составляло не менее 80%. Поэтому уран приходится искусственно обогащать . Для этого смесь урановых изотопов разделяют на две части так, чтобы в одной из них оказалось больше 235 U.
Обычно при разделении изотопов остается много обедненного урана, не способного вступить в цепную реакцию – но есть способ заставить его это сделать. Дело в том, что плутоний-239 в природе не встречается. Зато его можно получить, бомбардируя нейтронами 238 U.
Как измеряется их мощность?
Мощность ядерного и термоядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте - количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения аналогичного результата. Она измеряется в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Мощность сверхмалых ядерных боеприпасов составляет менее 1 кт, в то время как сверхмощные бомбы дают более 1 Мт.
Мощность советской «Царь-бомбы» составляла по разным данным от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте, мощность термоядерной бомбы, которую в начале сентября испытала КНДР, составила около 100 килотонн.
Кто создал ядерное оружие?
Американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс
В 1930-х годах итальянский физик Энрико Ферми продемонстрировал, что элементы, подвергшиеся бомбардировке нейтронами, могут быть преобразованы в новые элементы. Результатом этой работы стало обнаружение медленных нейтронов , а также открытие новых элементов, не представленных на периодической таблице. Вскоре после открытия Ферми немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман бомбардировали уран нейтронами, в результате чего образовался радиоактивный изотоп бария. Они пришли к выводу, что низкоскоростные нейтроны заставляют ядро урана разрываться на две более мелкие части.
Эта работа взбудоражила умы всего мира. В Принстонском университете Нильс Бор работал с Джоном Уилером для разработки гипотетической модели процесса деления. Они предположили, что уран-235 подвергается делению. Примерно в то же время другие ученые обнаружили, что процесс деления привел к образованию еще большего количества нейтронов. Это побудило Бора и Уилера задать важный вопрос: могли ли свободные нейтроны, созданные в результате деления, начать цепную реакцию, которая высвободила бы огромное количество энергии? Если это так, то можно создать оружие невообразимой силы. Их предположения подтвердил французский физик Фредерик Жолио-Кюри . Его заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.
Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии. Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту о том, что нацистская Германия планирует очистить уран-235 и создать атомную бомбу. Сейчас выяснилось, что Германия была далека от проведения цепной реакции: они работали над «грязной», сильно радиоактивной бомбой. Как бы то ни было, правительство США бросило все силы на создание атомной бомбы в кратчайшие сроки. Был запущен «Манхэттенский проект», которым руководили американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс . В нем участвовали крупные ученые, эмигрировавшие из Европы. К лету 1945 года было создано атомное оружие, основанное на двух видах делящегося материала - урана-235 и плутония-239. Одну бомбу, плутониевую «Штучку», взорвали на испытаниях, а еще две, уранового «Малыша» и плутониевого «Толстяка» сбросили на японские города Хиросиму и Нагасаки.
Как работает термоядерная бомба и кто ее изобрел?
Термоядерная бомба основана на реакции ядерного синтеза . В отличие от ядерного деления, которое может проходить как самопроизвольно, так и вынужденно, ядерный синтез невозможен без подвода внешней энергии. Атомные ядра заряжены положительно - поэтому они отталкиваются друг от друга. Эта ситуация называется кулоновским барьером. Чтобы преодолеть отталкивание, необходимо разогнать эти частицы до сумасшедших скоростей. Это можно осуществить при очень высокой температуре - порядка нескольких миллионов кельвинов (отсюда и название). Термоядерные реакции бывают трех видов: самоподдерживающиеся (проходят в недрах звезд), управляемые и неуправляемые или взрывные – они используются в водородных бомбах.
Идею бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, предложил Энрико Ферми своему коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Однако тогда эта идея оказалась не востребована. Разработки Теллера усовершенствовал Станислав Улам , сделав идею термоядерной бомбы осуществимой на практике. В 1952 году на атолле Эниветок в ходе операции Ivy Mike испытали первое термоядерное взрывное устройство. Однако это был лабораторный образец, непригодный в боевых действиях. Год спустя Советский Союз взорвал первую в мире термоядерную бомбу, собранную по конструкции физиков Андрея Сахарова и Юлия Харитона . Устройство напоминало слоёный пирог, поэтому грозное оружие прозвали «Слойкой». В ходе дальнейших разработок на свет появилась самая мощная бомба на Земле, «Царь-бомба» или «Кузькина мать». В октябре 1961 года ее испытали на архипелаге Новая Земля.
Из чего делают термоядерные бомбы?
Если вы думали, что водородные и термоядерные бомбы - это разные вещи, вы ошибались. Эти слова синонимичны. Именно водород (а точнее, его изотопы - дейтерий и тритий) требуется для проведения термоядерной реакции. Однако есть сложность: чтобы взорвать водородную бомбу, необходимо сначала в ходе обычного ядерного взрыва получить высокую температуру - лишь тогда атомные ядра начнут реагировать. Поэтому в случае с термоядерной бомбой большую роль играет конструкция.
Широко известны две схемы. Первая - сахаровская «слойка». В центре располагался ядерный детонатор, который был окружен слоями дейтерида лития в смеси с тритием, которые перемежались со слоями обогащенного урана. Такая конструкция позволяла достичь мощности в пределах 1 Мт. Вторая - американская схема Теллера - Улама, где ядерная бомба и изотопы водорода располагались раздельно. Выглядело это так: снизу - емкость со смесью жидких дейтерия и трития, по центру которой располагалась «свеча зажигания» - плутониевый стержень, а сверху - обычный ядерный заряд, и все это в оболочке из тяжелого металла (например, обедненного урана). Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве, вызывают в урановой оболочке реакции деления атомов и добавляют энергию в общую энергию взрыва. Надстраивание дополнительных слоев дейтерида лития урана-238 позволяет создавать снаряды неограниченной мощности. В 1953 году советский физик Виктор Давиденко случайно повторил идею Теллера - Улама, и на ее основе Сахаров придумал многоступенчатую схему, которая позволила создавать оружие небывалых мощностей. Именно по такой схеме работала «Кузькина мать».
Какие еще бомбы бывают?
Еще бывают нейтронные, но это вообще страшно. По сути, нейтронная бомба - это маломощная термоядерная бомба, 80% энергии взрыва которой составляет радиация (нейтронное излучение). Это выглядит как обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок с изотопом бериллия - источником нейтронов. При взрыве ядерного заряда запускается термоядерная реакция. Этот вид оружия разрабатывал американский физик Сэмюэль Коэн . Считалось, что нейтронное оружие уничтожает все живое даже в укрытиях, однако дальность поражения такого оружия невелика, так как атмосфера рассеивает потоки быстрых нейтронов, и ударная волна на больших расстояниях оказывается сильнее.
А как же кобальтовая бомба?
Нет, сынок, это фантастика. Официально кобальтовых бомб нет ни у одной страны. Теоретически это термоядерная бомба с оболочкой из кобальта, которая обеспечивает сильное радиоактивное заражение местности даже при сравнительно слабом ядерном взрыве. 510 тонн кобальта способны заразить всю поверхность Земли и уничтожить все живое на планете. Физик Лео Силард , описавший эту гипотетическую конструкцию в 1950 году, назвал ее «Машиной судного дня».
Что круче: ядерная бомба или термоядерная?
Натурный макет «Царь-бомбы"
Водородная бомба является гораздо более продвинутой и технологичной, чем атомная. Ее мощность взрыва намного превосходит атомную и ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. При термоядерной реакции на каждый нуклон (так называются составляющие ядра, протоны и нейтроны) выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. К примеру, при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт), а при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ.
Как бомбы доставляют до цели?
Поначалу их сбрасывали с самолетов, однако средства противовоздушной обороны постоянно совершенствовались, и доставлять ядерное оружие таким образом оказалось неразумным. С ростом производства ракетной техники все права на доставку ядерного оружия перешли к баллистическим и крылатым ракетам различного базирования. Поэтому под бомбой теперь подразумевается не бомба, а боеголовка.
Есть мнение, что северокорейская водородная бомба слишком большая , чтобы ее можно было установить на ракете - поэтому, если КНДР решит воплотить угрозу в жизнь, ее повезут на корабле к месту взрыва.
Каковы последствия ядерной войны?
Хиросима и Нагасаки - это лишь малая часть возможного апокалипсиса. Например, известна гипотеза "ядерной зимы", которую выдвигали американский астрофизик Карл Саган и советский геофизик Георгий Голицын. Предполагается, что при взрыве нескольких ядерных боезарядов (не в пустыне или воде, а в населенных пунктах) возникнет множество пожаров, и в атмосферу выплеснется большое количество дыма и сажи, что приведет к глобальному похолоданию. Гипотезу критикуют, сравнивая эффект с вулканической активностью, которая оказывает незначительный эффект на климат. Кроме того, некоторые ученые отмечают, что скорее наступит глобальное потепление,чем похолодание - впрочем, обе стороны надеются, что мы этого никогда не узнаем.
Разрешено ли использовать ядерное оружие?
После гонки вооружений в XX веке страны одумались и решили ограничить использование ядерного оружия. ООН были приняты договоры о нераспространении ядерного оружия и запрещении ядерных испытаний (последний не был подписан молодыми ядерными державами Индией, Пакистаном, и КНДР). В июле 2017 года был принят новый договор о запрещении ядерного оружия.
"Каждое государство-участник обязуется никогда и ни при каких обстоятельствах не разрабатывать, не испытывать, не производить, не изготавливать, не приобретать иным образом, не иметь во владении и не накапливать ядерное оружие или другие ядерные взрывные устройства," - гласит первая статья договора.
Однако документ не вступит в силу до тех пор, пока его не ратифицируют 50 государств.
12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская водородная бомба.
А 16 января 1963 года, в самый разгар холодной войны, Никита Хрущёв заявил миру о том, что Советский союз обладает в своём арсенале новым оружием массового поражения. За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире — на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. Во многом именно это заявление советского лидера заставило мир осознать угрозу дальнейшей эскалации гонки ядерных вооружений: уже 5 августа 1963 г. в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.
История создания
Теоретическая возможность получения энергии путём термоядерного синтеза была известна ещё до Второй мировой войны, но именно война и последующая гонка вооружений поставили вопрос о создании технического устройства для практического создания этой реакции. Известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путём сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества — но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. США и СССР вели разработки термоядерного оружия начиная с 40-х годов, практически одновременно испытав первые термоядерные устройства в начале 50-х. В 1952 году на атолле Эниветок США осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны (что в 450 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки), а в 1953 году в СССР было испытано устройство мощностью 400 килотонн.Конструкции первых термоядерных устройств были плохо приспособленными для реального боевого использования. К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн. Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива — дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании. В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн — самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба».
Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно — это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае (в 1967 году) и во Франции (в 1968 году).
Принцип действия водородной бомбы
Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия. Во время реакции часть массы ядер водорода превращается в большое количество энергии — благодаря этому звёзды и выделяют огромное количество энергии постоянно. Учёные скопировали эту реакцию с использованием изотопов водорода — дейтерия и трития, что и дало название «водородная бомба». Изначально для производства зарядов использовались жидкие изотопы водорода, а впоследствии стал использоваться дейтерид лития-6, твёрдое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития.
Дейтерид лития-6 является основным компонентом водородной бомбы, термоядерным горючим. В нём уже хранится дейтерий, а изотоп лития служит сырьём для образования трития. Для начала реакции термоядерного синтеза требуется создать высокие температуру и давление, а также выделить из лития-6 тритий. Эти условия обеспечивают следующим образом.
Оболочку контейнера для термоядерного горючего делают из урана-238 и пластика, рядом с контейнером размещают обычный ядерный заряд мощностью несколько килотонн — его называют триггером, или зарядом-инициатором водородной бомбы. Во время взрыва плутониевого заряда-инициатора под действием мощного рентгеновского излучения оболочка контейнера превращается в плазму, сжимаясь в тысячи раз, что создаёт необходимое высокое давление и огромную температуру. Одновременно с этим нейтроны, испускаемые плутонием, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий. Ядра дейтерия и трития взаимодействуют под действием сверхвысоких температуры и давления, что и приводит к термоядерному взрыву.
Если сделать несколько слоёв урана-238 и дейтерида лития-6, то каждый из них добавит свою мощность ко взрыву бомбы — т. е. такая «слойка» позволяет наращивать мощность взрыва практически неограниченно. Благодаря этому водородную бомбу можно сделать почти любой мощности, причём она будет гораздо дешевле обычной ядерной бомбы такой же мощности.
В конце 30-х годов прошлого столетия в Европе уже были открыты закономерности деления и распада а водородная бомба из разряда фантастики перешла в реальную действительность. История освоения ядерной энергии интересна и до сих пор представляет собой захватывающее соревнование между научным потенциалом стран: нацистской Германии, СССР и США. Самая мощная бомба, владеть которой мечтало любое государство, была не только оружием, но и мощным политическим инструментом. Та страна, которая имела ее в своем арсенале, фактически становилась всемогущей и могла диктовать свои правила.
Водородная бомба имеет свою историю создания, в основу которой легли физические законы, а именно термоядерный процесс. Изначально ее неправильно назвали атомной, а виной тому была неграмотность. В ученый Бете, впоследствии ставший лауреатом Нобелевской премии, работал над искусственным источником энергии - делением урана. Это время было пиком научной деятельности многих физиков, а в их среде было такое мнение, что научные секреты не должны существовать вовсе, так как изначально законы науки интернациональны.
Теоретически водородная бомба была изобретена, теперь же с помощью конструкторов она должна была приобрести технические формы. Оставалось только упаковать ее в определенную оболочку и испытать на мощность. Есть два ученых, имена которых навсегда будут связаны с созданием этого мощного оружия: в США это - Эдвард Теллер, а в СССР - Андрей Сахаров.
В США термоядерной проблемой еще в 1942 году начал заниматься физик По распоряжению Гарри Трумэна, на то время президента США, над этой проблемой работали лучшие ученые страны, они создавали принципиально новое оружие уничтожения. Причем, заказ правительства был на бомбу мощностью не меньше миллиона тонн тротила. Водородная бомба Теллером была создана и показала человечеству в Хиросиме и Нагасаки свои безграничные, но уничтожающие способности.
На Хиросиму была сброшена бомба, которая весила 4,5 тонны с содержанием урана 100 кг. Этот взрыв соответствовал почти 12 500 тоннам тротила. Японский город Нагасаки стерла плутониевая бомба такой же массы, но эквивалентная уже 20 000 тонн тротила.
Будущий советский академик А. Сахаров в 1948 году, основываясь на своих исследованиях, представил конструкцию водородной бомбы под наименованием РДС-6. Его исследования пошли по двум ветвям: первая имела название «слойка» (РДС-6с), а ее особенностью был атомный заряд, который окружался слоями тяжелых и легких элементов. Вторая ветвь - «труба» или (РДС-6т), в ней плутониевая бомба находилась в жидком дейтерии. Впоследствии было сделано очень важное открытие, доказавшее, что направление «труба» является тупиковым.
Принцип действия водородной бомбы состоит в следующем: сначала взрывается внутри оболочки HB заряд, который является инициатором термоядерной реакции, как результат возникает нейтронная вспышка. При этом процесс сопровождается высвобождением высокой температуры, которая нужна для дальнейшего Нейтроны начинают бомбардировку вкладыша из дейтерида лития, а он в свою очередь под непосредственным действием нейтронов расщепляется на два элемента: тритий и гелий. Используемый атомный запал образует нужные для протекания синтеза составляющие в уже приведенной в действие бомбе. Вот такой непростой принцип действия водородной бомбы. После этого предварительного действия начинается непосредственно термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием. В это время в бомбе все больше увеличивается температура, а в синтезе участвует все большее количество водорода. Если следить за временем протекания этих реакций, то скорость их действия можно охарактеризовать, как мгновенную.
Впоследствии ученые стали применять не синтез ядер, а их деление. При делении одной тонны урана создается энергия, эквивалентная 18 Мт. Такая бомба обладает колоссальной мощностью. Самая мощная бомба, созданная человечеством, принадлежала СССР. Она даже попала в книгу рекордов Гиннесса. Ее взрывная волна приравнивалась к 57 (примерно) мегатоннам вещества тротил. Взорвана она была в 1961 году в районе архипелага Новая Земля.
