Испытания термоядерного оружия. Водородная против атомной

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.

В мире существует немалое количество различных политических клубов. Большая, теперь уже, семерка, Большая двадцатка, БРИКС, ШОС, НАТО, Евросоюз, в какой-то степени. Однако ни один из этих клубов не может похвастаться уникальной функцией – способностью уничтожить мир таким, каким мы его знаем. Подобными возможностями обладает «ядерный клуб».

На сегодняшний день существует 9 стран, обладающих ядерным оружием:

Россия;
Великобритания;
Франция;
Индия
Пакистан;
Израиль;
КНДР.

Страны выстроены по мере появления у них в арсенал ядерного оружия. Если бы список был выстроен по количеству боеголовок, то Россия оказалась бы на первом месте с ее 8000 единицами, 1600 из которых можно запускать хоть сейчас. Штаты отстают всего на 700 единиц, но «под рукой» у них на 320 зарядов больше.«Ядерный клуб» — понятие сугубо условное, никакого клуба на самом деле нет. Между странами есть ряд соглашений по нераспространению и сокращению запасов ядерного оружия.

Первые испытания атомной бомбы, как известно, произвела США еще в 1945. Это оружие было испытано в «полевых» условиях Второй Мировой на жителях японских городов Хиросима и Нагасаки. Они действуют по принципу деления. Во время взрыва запускается цепная реакция, которая провоцирует деления ядер на два, с сопутствующим высвобождением энергии. Для этой реакции в основном используют уран и плутоний. С этими элементами и связаны наши представления о том, из чего делаются ядерные бомбы. Так как в природе уран встречается лишь в виде смеси трех изотопов, из которых только один способен поддерживать подобную реакцию, необходимо производить обогащение урана. Альтернативой является плутоний-239, который не встречается в природе, и его нужно производить из урана.

Если в урановой бомбе идет реакция деления, то в водородной реакция слияния - в этом суть того, чем отличается водородная бомба от атомной. Все мы знаем, что солнце дает нам свет, тепло, и можно сказать жизнь. Те же самые процессы, что происходят на солнце, могут с легкостью уничтожать города и страны. Взрыв водородной бомбы рожден реакцией синтеза легких ядер, так называемого термоядерного синтеза. Это «чудо» возможно благодаря изотопам водорода – дейтерию и тритию. Собственно поэтому бомба и называется водородной. Также можно увидеть название «термоядерная бомба», по реакции, которая лежит в основе этого оружия.

После того, как мир увидел разрушительную силу ядерного оружия, в августе 1945 года, СССР начало гонку, которая продолжалась до момента его распада. США первыми создали, испытали и применили ядерное оружие, первыми произвели подрыв водородной бомбы, но на счет СССР можно записать первое изготовление компактной водородной бомбы, которую можно доставить противнику на обычном Ту-16. Первая бомба США была размером с трехэтажный дом, от водородной бомбы такого размер мало толку. Советы получили такое оружие уже в 1952, в то время как первая «адекватная» бомба Штатов была принята на вооружение лишь в 1954. Если оглянуться назад и проанализировать взрывы в Нагасаки и Хиросиме, то можно прийти к выводу, что они не были такими уж мощными. Две бомбы в сумме разрушили оба города и убили по разным данным до 220 000 человек. Ковровые бомбардировки Токио в день могли уносить жизни 150-200 000 человек и без всякого ядерного оружия. Это связано с малой мощностью первых бомб — всего несколько десятков килотонн в тротиловом эквиваленте. Водородные же бомбы испытывали с прицелом на преодоление 1 мегатонны и более.

Первая Советская бомба была испытана с заявкой на 3 Мт, но в итоге испытывали 1.6 Мт.

Мощнейшая водородная бомба была испытана Советами в 1961 году. Ее мощность достигла 58-75 Мт, при заявленных 51 Мт. «Царь» поверг мир в легкий шок, в прямом смысле. Ударная волна обошла планету три раза. На полигоне (Новая Земля) не осталось ни одной возвышенности, взрыв было слышно на расстоянии 800км. Огненный шар достиг диаметра почти 5км, «гриб» вырос на 67км, а диаметр его шапки составил почти 100км. Последствия такого взрыва в крупном городе тяжело представить. По мнению многих экспертов, именно испытание водородной бомбы такой мощности (Штаты располагали на тот момент бомбами вчетверо меньше по силе) стало первым шагом к подписанию различных договоров по запрету ядерного оружия, его испытания и сокращению производства. Мир впервые задумался о собственной безопасности, которая действительно стояла под угрозой.

Как было сказано ранее, принцип действия водородной бомбы основан на реакции синтеза. Термоядерный синтез — это процесс слияния двух ядер в одно, с образованием третьего элемента, выделением четвертого и энергии. Силы, отталкивающие ядра, колоссальны, поэтому для того, чтобы атомы сблизилась достаточно близко для слияния, температура должна быть просто огромной. Ученые уже который век ломают голову над холодным термоядерным синтезом, так сказать пытаются сбросить температуру синтеза до комнатной, в идеале. В этом случае человечеству откроется доступ к энергии будущего. Что же до термоядерной реакции в настоящее время, то для ее запуска по-прежнему нужно зажигать миниатюрное солнце здесь на Земле — обычно в бомбах используют урановый или плутониевый заряд для старта синтеза.

Помимо описанных выше последствий от использования бомбы в десятки мегатонн, водородная бомба, как и любое ядерное оружие, имеет ряд последствий от применения. Некоторые люди склонны считать, что водородная бомба — «более чистое оружие», чем обычная бомба. Возможно, это связано с названием. Люди слышат слово «водо» и думают, что это как-то связано с водой и водородом, а следовательно последствия не такие плачевные. На самом деле это конечно не так, ведь действие водородной бомбы основано на крайне радиоактивных веществах. Теоретически возможно сделать бомбу без уранового заряда, но это нецелесообразно ввиду сложности процесса, поэтому чистую реакцию синтеза «разбавляют» ураном, для увеличения мощности. При этом количество радиоактивных осадков вырастает до 1000%. Все, что попадает в огненный шар, будет уничтожено, зона в радиусе поражения станет необитаемой для людей на десятилетия. Радиоактивные осадки могут нанести вред здоровью людей в сотнях и тысячах километров. Конкретные цифры, площадь заражения можно рассчитать, зная силу заряда.

Однако разрушение городов — не самое страшное, что может случиться «благодаря» оружию массового поражения. После ядерной войны мир не будет полностью уничтожен. На планете останутся тысячи крупных городов, миллиарды людей и лишь небольшой процент территорий потеряет свой статус «пригодная для жизни». В долгосрочной перспективе весь мир окажется под угрозой из-за так называемой «ядерной зимы». Подрыв ядерного арсенала «клуба» может спровоцировать выброс в атмосферу достаточного количества вещества (пыли, сажи, дыма), чтобы «убавить» яркость солнца. Пелена, которая может разнестись по всей планете, уничтожит урожаи на несколько лет вперед, провоцируя голод и неизбежное сокращение населения. В истории уже был «год без лета», после крупного извержения вулкана в 1816, поэтому ядерная зима выглядит более чем реально. Опять же в зависимости от того, как будет протекать война, мы можем получить следующие виды глобального изменения климата:

похолодание на 1 градус, пройдет незаметно;
ядерная осень – похолодание на 2-4 градуса, возможны неурожаи и усиление образования ураганов;
аналог «года без лета» — когда температура упала значительно, на несколько градусов на год;
малый ледниковый период – температура может упасть на 30 – 40 градусов на значительное время, будет сопровождаться депопуляцией ряда северных зон и неурожаями;
ледниковый период – развитие малого ледникового периода, когда отражение солнечных лучей от поверхности может достичь некой критической отметки и температура продолжит падать, отличие лишь в температуре;
необратимое похолодание – это совсем печальный вариант ледникового периода, который под влиянием множества факторов превратит Землю в новую планету.

Теория ядерной зимы постоянно подвергается критике, ее последствия выглядят немного раздутыми. Однако не стоит сомневаться в ее неминуемом наступлении при каком-либо глобальном конфликте с применением водородных бомб.

Холодная война давно позади, и поэтому ядерную истерию можно увидеть разве что в старых голливудских фильмах и на обложках раритетных журналов и комиксов. Несмотря на это, мы можем находиться на пороге, пусть и не большого, но серьезного ядерного конфликта. Все это благодаря любителю ракет и герою борьбы с империалистическими замашками США – Ким Чен Ыну. Водородная бомба КНДР — объект пока что гипотетический, о ее существовании говорят лишь косвенные улики. Конечно, правительство Северной Кореи постоянно сообщает о том, что им удалось изготовить новые бомбы, пока что в живую их никто не видел. Естественно Штаты и их союзники – Япония и Южная Корея, немного более обеспокоены наличием, пусть даже и гипотетическим, подобного оружия у КНДР. Реалии таковы, что на данный момент у КНДР не достаточно технологий для успешной атаки на США, о которой они каждый год заявляют на весь мир. Даже атака на соседние Японию или Юг могут быть не очень успешными, если вообще состоятся, но с каждым годом опасность возникновения нового конфликта на корейском полуострова растет.

Атомное оружие – устройство, получающее огромную взрывную мощность от реакций ДЕЛЕНИЯ АТОМНОГО ЯДРА и ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА.

Об Атомном оружиии

Атомное оружие – самое мощное оружие на сегодняшний день, находящееся на вооружении пяти стран: России, США, Великобритании, Франции и Китая. Существует также ряд государств, которые ведут более-менее успешные разработки атомного оружия, однако их исследования или не закончены, или эти страны не обладают необходимыми средствами доставки оружия к цели. Индия, Пакистан, Северная Корея, Ирак, Иран имеют разработки ядерного оружия на разных уровнях, ФРГ, Израиль, ЮАР и Япония теоретически обладают необходимыми мощностями для создания ядерного оружия в сравнительно короткие сроки.

Трудно переоценить роль ядерного оружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой – самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами, которые обладают этим оружием. С момента первого применения атомной бомбы в Хиросиме прошло 52 года. Мировое сообщество близко подошло к осознанию того, что ядерная война неминуемо приведет к глобальной экологической катастрофе, которая сделает дальнейшее существование человечества невозможным. В течение многих лет создавались правовые механизмы, призванные разрядить напряженность и ослабить противостояние между ядерными державами. Так например, было подписано множество договоров о сокращении ядерного потенциала держав, была подписана Конвенция о Нераспространении Ядерного Оружия, по которой страны-обладателя обязались не передавать технологии производства этого оружия другим странам, а страны, не имеющие ядерного оружия, обязались не предпринимать шагов для его разработки; наконец, совсем недавно сверхдержавы договорились о полном запрещении ядерных испытаний. Очевидно, что ядерное оружие является важнейшим инструментом, который стал регулирующим символом целой эпохи в истории международных отношений и в истории человечества.

Атомное оружие

АТОМНОЕ ОРУЖИЕ, устройство, получающее огромную взрывную мощность от реакций ДЕЛЕНИЯ АТОМНОГО ЯДРА и ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА. Первое ядерное оружие было применено Соединенными Штатами против японских городов Хиросимы и Нагасаки в августе 1945 г. Эти атомные бомбы состояли из двух стабильных доктритических масс УРАНА и ПЛУТОНИЯ, которые при сильном сталкивании вызвали превышение КРИТИЧЕСКОЙ МАССЫ, тем самым провоцируя бесконтрольную ЦЕПНУЮ РЕАКЦИЮ деления атомных ядер. При таких взрывах высвобождается огромное количество энергии и губительной радиации: взрывная мощность может равняться мощности 200 000 тонн тринитротолуола. Гораздо более мощная водородная бомба (термоядерная бомба), впервые испытанная в 1952 г., состоит из атомной бомбы, которая во время взрыва создает температуру, достаточно высокую для того, чтобы вызвать ядерный синтез в близлежащем твердом слое, обычно - в детеррите лития. Взрывная мощность может равняться мощности нескольких миллионов тонн (мегатонн) тринитротолуола. Площадь поражения, вызванного такими бомбами, достигает больших размеров: 15 мегатонная бомба взорвет все горящие вещества в пределах 20 км. Третий тип ядерного оружия, нейтронная бомба, является небольшой водородной бомбой, называемой также оружием повышенной радиации. Она вызывает слабый взрыв, который, однако, сопровождается интенсивным выбросом высокоскоростных НЕЙТРОНОВ. Слабость взрыв означает то, что здания повреждаются не сильно. Нейтроны же вызывают серьезную лучевую болезнь у людей, находящихся в пределах определенного радиуса от места взрыва, и убивают всех пораженных в течении недели.

Вначале взрыв атомной бомбы (А) образует огненный шар (1) с температурой и миллионы градусов по Цельсию и испускает радиационное излучение (?) Через несколько минут (В) шар увеличивается в обьеме и создав!ударную волну с высоким давлением (3). Огненный шар поднимается (С), всасывая пыль и обломки, и образует грибовидное облако (D), По мере увеличения в обьеме огненный шар создает мощное конвекционное течение (4), выделяя горячее излучение (5) и образуя облако (6), При взрыве 15 мегатонной бомбы разрушение от взрывной волны являются полным (7) в радиусе 8 км, серьезными (8) в радиусе 15км и заметными (Я) в радиусе 30 км Даже на расстоянии 20 км (10) взрываются все легковоспламеняющиеся вещества, В течение двух дней после взрыва бомбы на расстоянии 300 км от взрыва продолжается выпадение осадков с радиоактивной дозой в 300 рентген Прилагаемая фотография показывает, как взрыв крупного ядерного оружия на земле создает огромное грибовидное облако радиоактивной пыли и обломков, которое может достигать высоты нескольких километров. Опасная пыль, находящаяся в воздухе, свободно переносится затем преобладающими ветрами в любом направлении Опустошение покрывает огромную территорию.

Современные атомные бомбы и снаряды

Радиус действия

В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы,снаряды делят на калибры:малый,средний и крупный . Чтобы получить энергию, равную энергии взрыва атомной бомбы малого калибра, нужно взорвать несколько тысяч тонн тротила. Тротиловый эквивалент атомной бомбы среднего калибра составляет десятки тысяч, а бомбы крупного калибра – сотни тысяч тонн тротила. Еще большей мощностью может обладать термоядерное (водородное) оружие, его тротиловый эквивалент может достигать миллионов и даже десятков миллионов тонн. Атомные бомбы, тротиловый эквивалент которых равен 1- 50 тыс. т,относят к классу тактических атомных бомб и предназначают для решения оперативно-тактических задач. К тактическому оружию относят также: артиллерийские снаряды с атомным зарядом мощность 10 – 15 тыс. т. и атомные заряды (мощностью около 5 – 20 тыс. т) для зенитных управляемых снарядов и снарядов, используемых для вооружения истребителей. Атомные и водородные бомбы мощностью свыше 50 тыс. т относят к классу стратегического оружия.

Нужно отметить,что подобная классификация атомного оружия является лишь условной, поскольку в действительности последствие применения тактического атомного оружия могут быть не меньшими, чем те, которые испытало на себе население Хиросимы и Нагасаки, а даже большими. Сейчас очевидно, что взрыв только одной водородной бомбы способен вызвать такие тяжелые последствия на огромных территориях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и бомб, применявшихся в прошлых мировых войнах. А нескольких водородных бомб вполне достаточно, чтобы превратить в зону пустыни огромные территории.

Ядерное оружие подразделяется на 2 основных типа: атомное и водородное (термоядерное). В атомном оружии выделение энергии происходит за счет реакции деления ядер атомов тяжелых элементов урана или плутония. В водородном оружии энергия выделяется в результате образования (или синтеза) ядер атомов гелия из атомов водорода.

Термоядерное оружие

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

Атомная бомба

В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития. Для образования гелия используется, в основном, тяжелый водород – дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру – один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.

Принципиальная схема водородной бомбы такова. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твердого сплава, твердой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до высоких температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Однако, в процессе создания водородных бомб было установлено, что непрактично использовать изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает слишком большой вес (более 60 т.), из-за чего нельзя было и думать об использовании таких зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах любой дальности. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его длительное хранение.

В ходе исследования 2 вышеуказанные проблемы были решены. Жидкие изотопы водорода были заменены твердым химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило значительно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Кроме того, гидрид лития был использован вместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись все новые и новые его образцы, была создана водородно- урановая бомба, а также некоторые ее разновидности – сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создания так называемой «чистой» водородной бомбы.

Водородная бомба

Первые разработки этой модификации термоядерной бомбы появились еще в 1957 году, на волне пропагандистских заявлений США о создании некоего «гуманного» термоядерного оружия, которое не несет столько вреда для будущих поколений, сколько обычная термоядерная бомба. В претензиях на «гуманность» была доля истины. Хотя разрушительная сила бомбы не была меньшей, в то же время она могла быть взорвана так, чтобы не распространялся стронций-90, который при обычном водородном взрыве в течение длительного времени отравляем земную атмосферу. Все, что находится в радиусе действия подобной бомбы, будет уничтожено, однако опасность для живых организмов, которые удалены от взрыва, а также для будущих поколений, уменьшится. Однако данные утверждения были опровергнуты учеными, которые напомнили, что при взрывах атомных или водородных бомб образуется большое количество радиоактивной пыли, которая поднимается мощным потоком воздуха на высоту до 30 км, а потом постепенно оседает на землю на большой площади, заражая её. Исследования, проведенные учеными, показывают, что понадобится от 4 до 7 лет, чтобы половина этой пыли выпала на землю.

Видео

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.

В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития. Для образования гелия используется, в основном, тяжелый водород - дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру - один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись все новые и новые его образцы, была создана водородно-урановая бомба, а также некоторые ее разновидности - сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создания так называемой «чистой» водородной бомбы, которая будет описана ниже.