Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения. Создатели водородной бомбы. испытание водородной бомбы в ссср, сша, кндр
Термоя́дерное ору́жие (водородная бомба) - тип ядерного оружия , разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия), при которой выделяется энергия .
Общее описание [ | ]
Термоядерное взрывное устройство может быть построено как с использованием жидкого дейтерия , так и газообразного сжатого. Но появление термоядерного оружия стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития - дейтериду лития-6 . Это соединение тяжёлого изотопа водорода - дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6 .
Дейтерид лития-6 - твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий (обычное состояние которого в нормальных условиях - газ) при обычных условиях, и, кроме того, второй его компонент - литий-6 - это сырьё для получения самого дефицитного изотопа водорода - трития . Собственно, 6 Li - единственный промышленный источник получения трития:
3 6 L i + 0 1 n → 1 3 H + 2 4 H e + E 1 . {\displaystyle {}_{3}^{6}\mathrm {Li} +{}_{0}^{1}n\to {}_{1}^{3}\mathrm {H} +{}_{2}^{4}\mathrm {He} +E_{1}.}Эта же реакция происходит и в дейтериде лития-6 в термоядерном устройстве при облучении быстрыми нейтронами; выделяющаяся энергия E 1 = 4,784 МэВ . Образовавшийся тритий (3 H) далее вступает в реакцию с дейтерием, выделяя энергию E 2 = 17,59 МэВ :
1 3 H + 1 2 H → 2 4 H e + 0 1 n + E 2 , {\displaystyle {}_{1}^{3}\mathrm {H} +{}_{1}^{2}\mathrm {H} \to {}_{2}^{4}\mathrm {He} +{}_{0}^{1}n+E_{2},}причём образуется нейтрон с кинетической энергией не менее 14,1 МэВ , который может вновь инициировать первую реакцию на ещё одном ядре лития-6, либо вызвать деление тяжёлых ядер урана или плутония в оболочке или триггере с испусканием ещё нескольких быстрых нейтронов.
В ранних термоядерных боеприпасах США использовался также и дейтерид природного лития, содержащего в основном изотоп лития с массовым числом 7 . Он также служит источником трития, но для этого нейтроны, участвующие в реакции, должны иметь энергию 10 МэВ и выше: реакция n + 7 Li → 3 H + 4 He + n − 2,467 МэВ является эндотермической, поглощающей энергию.
Термоядерная бомба, действующая по принципу Теллера - Улама, состоит из двух ступеней: триггера и контейнера с термоядерным горючим.
Устройство, испытанное США в 1952 году, фактически не являлось бомбой, а представляло собой лабораторный образец, «3-этажный дом, наполненный жидким дейтерием», выполненный в виде специальной конструкции. Советские же учёные разработали именно бомбу - законченное устройство, пригодное к практическому военному применению .
Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба - советская 58-мегатонная «царь-бомба », взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля. Никита Хрущёв впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, «чтобы не побить все стёкла в Москве». Конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться заменой свинцового на урановый . Бомба была взорвана на высоте 4000 метров над полигоном «Новая Земля». Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила ; тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала.
США [ | ]
Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру осенью 1941 года , в самом начале Манхэттенского проекта . Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой. Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь.
Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам . Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма-излучение, порождённые первичным взрывом, могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию (обжатие) и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма.
Взрыв «Джордж»
В 1951 году была проведена серия испытаний под общим наименованием Операция «Парник» (англ. Operation Greenhouse ), в ходе которой отрабатывались вопросы миниатюризации ядерных зарядов при увеличении их мощности. Одним из испытаний в этой серии стал взрыв под кодовым наименованием «Джордж» (англ. George ), в котором было взорвано экспериментальное устройство, представлявшее собой ядерный заряд в виде тора с небольшим количеством жидкого водорода, помещённым в центре. Основная часть мощности взрыва была получена именно за счёт водородного синтеза, что подтвердило на практике общую концепцию двухступенчатых устройств.
«Иви Майк»
Вскоре развитие термоядерного оружия в Соединённых Штатах было направлено в сторону миниатюризации конструкции Теллер-Улама, которой можно было бы оснастить межконтинентальные баллистические ракеты (МБР/ICBM) и баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ/SLBM). К 1960 году на вооружение были приняты боеголовки мегатонного класса W47, развёрнутые на подводных лодках, оснащённых баллистическими ракетами Поларис . Боеголовки имели массу 320 кг и диаметр 50 см. Более поздние испытания показали низкую надёжность боеголовок, установленных на ракеты Поларис, и необходимость их доработок. К середине 1970-х годов миниатюризация новых версий боеголовок по схеме Теллера-Улама позволила размещать 10 и более боеголовок в габаритах боевой части ракет с разделяющимися головными частями (РГЧ/MIRV).
СССР [ | ]
Северная Корея [ | ]
В декабре года ЦТАК распространило заявление руководителя КНДР Ким Чен Ына, в котором он сообщает о наличии у Пхеньяна собственной водородной бомбы
У многих наших читателей водородная бомба ассоциируется с атомной, только гораздо более мощной. На самом деле это принципиально новое оружие, потребовавшее для своего создания несоизмеримо больших интеллектуальных усилий и работающее на принципиально других физических принципах.
«Слойка»
Современная бомба
Единственно, что роднит атомную и водородную бомбу, так это то, что обе высвобождают колоссальную энергию, скрытую в атомном ядре. Сделать это можно двумя путями: разделить тяжелые ядра, например, урана или плутония, на более легкие (реакция деления) или заставить слиться легчайшие изотопы водорода (реакция синтеза). В результате обеих реакций масса получившегося материала всегда меньше массы исходных атомов. Но масса не может исчезнуть бесследно — она переходит в энергию по знаменитой формуле Эйнштейна E=mc2.
A-bomb
Для создания атомной бомбы необходимым и достаточным условием является получение делящегося материала в достаточном количестве. Работа довольно трудоемкая, но малоинтеллектуальная, лежащая ближе к горнорудной промышленности, чем к высокой науке. Основные ресурсы при создании такого оружия уходят на строительство гигантских урановых рудников и обогатительных комбинатов. Свидетельством простоты устройства является тот факт, что между получением необходимого для первой бомбы плутония и первым советским ядерным взрывом не прошло и месяца.
Напомним вкратце принцип работы такой бомбы, известный из курса школьной физики. В ее основе лежит свойство урана и некоторых трансурановых элементов, например, плутония, при распаде выделять более одного нейтрона. Эти элементы могут распадаться как самопроизвольно, так и под воздействием других нейтронов.
Высвободившийся нейтрон может покинуть радиоактивный материал, а может и столкнуться с другим атомом, вызвав очередную реакцию деления. При превышении определенной концентрации вещества (критической массе) количество новорожденных нейтронов, вызывающих дальнейшее деление атомного ядра, начинает превышать количество распадающихся ядер. Количество распадающихся атомов начинает расти лавинообразно, рождая новые нейтроны, то есть происходит цепная реакция. Для урана-235 критическая масса составляет около 50 кг, для плутония-239 — 5,6 кг. То есть шарик плутония массой чуть меньше 5,6 кг представляет собой просто теплый кусок металла, а массой чуть больше существует всего несколько наносекунд.
Собственно схема работы бомбы простая: берем две полусферы урана или плутония, каждая чуть меньше критической массы, располагаем их на расстоянии 45 см, обкладываем взрывчаткой и взрываем. Уран или плутоний спекается в кусок надкритической массы, и начинается ядерная реакция. Все. Существует другой способ запустить ядерную реакцию — обжать мощным взрывом кусок плутония: расстояние между атомами уменьшится, и реакция начнется при меньшей критической массе. На этом принципе работают все современные атомные детонаторы.
Проблемы атомной бомбы начинаются с того момента, когда мы хотим нарастить мощность взрыва. Простым увеличением делящегося материала не обойтись — как только его масса достигает критической, он детонирует. Придумывались разные хитроумные схемы, например, делать бомбу не из двух частей, а из множества, отчего бомба начинала напоминать распотрошенный апельсин, а потом одним взрывом собирать ее в один кусок, но все равно при мощности свыше 100 килотонн проблемы становились непреодолимыми.
H-bomb
А вот горючее для термоядерного синтеза критической массы не имеет. Вот Солнце, наполненное термоядерным топливом, висит над головой, внутри его уже миллиарды лет идет термоядерная реакция, — и ничего, не взрывается. К тому же при реакции синтеза, например, дейтерия и трития (тяжелого и сверхтяжелого изотопа водорода) энергии выделяется в 4,2 раза больше, чем при сгорании такой же массы урана-235.
Изготовление атомной бомбы было скорее экспериментальным, чем теоретическим процессом. Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Прежде чем начинать конструировать бомбу, надо было досконально разобраться в природе явлений, происходящих только в ядре звезд. Никакие эксперименты тут помочь не могли — инструментами исследователей были только теоретическая физика и высшая математика. Не случайно гигантская роль в разработке термоядерного оружия принадлежит именно математикам: Уламу, Тихонову, Самарскому и т. д.
Классический супер
К концу 1945 года Эдвард Теллер предложил первую конструкцию водородной бомбы, получившую название «классический супер». Для создания чудовищного давления и температуры, необходимых для начала реакции синтеза, предполагалось использовать обычную атомную бомбу. Сам «классический супер» представлял собой длинный цилиндр, наполненный дейтерием. Предусматривалась также промежуточная «запальная» камера с дейтериевотритиевой смесью — реакция синтеза дейтерия и трития начинается при более низком давлении. По аналогии с костром, дейтерий должен был играть роль дров, смесь дейтерия с тритием — стакана бензина, а атомная бомба — спички. Такая схема получила название «труба» — своеобразная сигара с атомной зажигалкой с одного конца. По такой же схеме начали разрабатывать водородную бомбу и советские физики.
Однако математик Станислав Улам на обыкновенной логарифмической линейке доказал Теллеру, что возникновение реакции синтеза чистого дейтерия в «супере» вряд ли возможно, а для смеси потребовалось бы такое количество трития, что для его наработки нужно было бы практически заморозить производство оружейного плутония в США.
Слойка с сахаром
В середине 1946 года Теллер предложил очередную схему водородной бомбы — «будильник». Она состояла из чередующихся сферических слоев урана, дейтерия и трития. При ядерном взрыве центрального заряда плутония создавалось необходимое давление и температура для начала термоядерной реакции в других слоях бомбы. Однако для «будильника» требовался атомный инициатор большой мощности, а США (как, впрочем, и СССР) испытывали проблемы с наработкой оружейного урана и плутония.
Осенью 1948 года к аналогичной схеме пришел и Андрей Сахаров. В Советском Союзе конструкция получила название «слойка». Для СССР, который не успевал в достаточном количестве нарабатывать оружейный уран-235 и плутоний-239, сахаровская слойка была панацеей. И вот почему.
В обычной атомной бомбе природный уран-238 не только бесполезен (энергии нейтронов при распаде не хватает для инициации деления), но и вреден, поскольку жадно поглощает вторичные нейтроны, замедляя цепную реакцию. Поэтому оружейный уран на 90% состоит из изотопа уран-235. Однако нейтроны, появляющиеся в результате термоядерного синтеза, в 10 раз более энергетичные, чем нейтроны деления, и облученный такими нейтронами природный уран-238 начинает превосходно делиться. Новая бомба позволяла использовать в качестве взрывчатки уран-238, который прежде рассматривался как отходы производства.
Изюминкой сахаровской «слойки» было также применение вместо остродефицитного трития белого легкого кристаллического вещества — дейтрида лития 6LiD.
Как упоминалось выше, смесь дейтерия и трития поджигается гораздо легче, чем чистый дейтерий. Однако на этом достоинства трития заканчиваются, а остаются одни недостатки: в нормальном состоянии тритий — газ, из-за чего возникают трудности с хранением; тритий радиоактивен и, распадаясь, превращается в стабильный гелий-3, активно пожирающий столь необходимые быстрые нейтроны, что ограничивает срок годности бомбы несколькими месяцами.
Нерадиоактивный дейтрид лития же при облучении его медленными нейтронами деления — последствиями взрыва атомного запала — превращается в тритий. Таким образом, излучение первичного атомного взрыва за мгновение вырабатывает достаточное для дальнейшей термоядерной реакции количество трития, а дейтерий в дейтриде лития присутствует изначально.
Именно такая бомба, РДС-6с, и была успешно испытана 12 августа 1953 на башне Семипалатинского полигона. Мощность взрыва составила 400 килотонн, и до сих пор не прекратились споры, был ли это настоящий термоядерный взрыв или сверхмощный атомный. Ведь на реакцию термоядерного синтеза в сахаровской слойке пришлось не более 20% суммарной мощности заряда. Основной вклад во взрыв внесла реакция распада облученного быстрыми нейтронами урана-238, благодаря которому РДС-6с и открыла эру так называемых «грязных» бомб.
Дело в том, что основное радиоактивное загрязнение дают как раз продукты распада (в частности, стронций-90 и цезий-137). По существу, сахаровская «слойка» была гигантской атомной бомбой, лишь незначительно усиленной термоядерной реакцией. Не случайно всего один взрыв «слойки» дал 82% стронция-90 и 75% цезия-137, которые попали в атмосферу за всю историю существования Семипалатинского полигона.
Американ бомб
Тем не менее, первыми водородную бомбу взорвали именно американцы. 1 ноября 1952 года на атолле Элугелаб в Тихом океане было успешно испытано термоядерное устройство «Майк» мощностью 10 мегатонн. Назвать бомбой 74-тонное американское устройство можно с большим трудом. «Майк» представлял собой громоздкое устройство размером с двухэтажный дом, заполненное жидким дейтерием при температуре, близкой к абсолютному нулю (сахаровская «слойка» была вполне транспортабельным изделием). Однако изюминкой «Майка» были не размеры, а гениальный принцип обжатия термоядерной взрывчатки.
Напомним, что основная идея водородной бомбы состоит в создании условий для синтеза (сверхвысокого давления и температуры) посредством ядерного взрыва. В схеме «слойка» ядерный заряд расположен в центре, и поэтому он не столько сжимает дейтерий, сколько разбрасывает его наружу — увеличение количества термоядерной взрывчатки не приводит к увеличению мощности — она просто не успевает детонировать. Именно этим и ограничена предельная мощность данной схемы — самая мощная в мире «слойка» Orange Herald, взорванная англичанами 31 мая 1957 года, дала только 720 килотонн.
Идеально было бы, если бы заставить взрываться атомный запал внутрь, сжимая термоядерную взрывчатку. Но как это сделать? Эдвард Теллер выдвинул гениальную идею: сжимать термоядерное горючее не механической энергией и нейтронным потоком, а излучением первичного атомного запала.
В новой конструкции Теллера инициирующий атомный узел был разнесен с термоядерным блоком. Рентгеновское излучение при срабатывании атомного заряда опережало ударную волну и распространялось вдоль стенок цилиндрического корпуса, испаряя и превращая в плазму полиэтиленовую внутреннюю облицовку корпуса бомбы. Плазма, в свою очередь, переизлучала более мягкое рентгеновское излучение, которое поглощалось внешними слоями внутреннего цилиндра из урана-238 — «пушера». Слои начинали взрывообразно испаряться (это явление называют абляция). Раскаленную урановую плазму можно сравнить со струями сверхмощного ракетного двигателя, тяга которого направлена внутрь цилиндра с дейтерием. Урановый цилиндр схлопывался, давление и температура дейтерия достигала критического уровня. Это же давление обжимало центральную плутониевую трубку до критической массы, и она детонировала. Взрыв плутониевого запала давил на дейтерий изнутри, дополнительно сжимая и нагревая термоядерную взрывчатку, которая детонировала. Интенсивный поток нейтронов расщепляет ядра урана-238 в «пушере», вызывая вторичную реакцию распада. Все это успевало произойти до того момента, когда взрывная волна от первичного ядерного взрыва достигала термоядерного блока. Расчет всех этих событий, происходящих за миллиардные доли секунды, и потребовал напряжения ума сильнейших математиков планеты. Создатели «Майка» испытывали от 10-мегатонного взрыва не ужас, а неописуемый восторг — им удалось не только разобраться в процессах, которые в реальном мире идут только в ядрах звезд, но и экспериментально проверить свои теории, устроив свою небольшую звезду на Земле.
Браво
Обойдя русских по красоте конструкции, американцы не смогли сделать свое устройство компактным: они использовали жидкий переохлажденный дейтерий вместо порошкообразного дейтрида лития у Сахарова. В Лос-Аламосе на сахаровскую «слойку» реагировали с долей зависти: «вместо огромной коровы с ведром сырого молока русские используют пакет молока сухого». Однако утаить секреты друг от друга обеим сторонам не удалось. Первого марта 1954 года у атолла Бикини американцы испытали 15-мегатонную бомбу «Браво» на дейтриде лития, а 22 ноября 1955 года над семипалатинским полигоном рванула первая советская двухступенчатая термоядерная бомба РДС-37 мощностью 1,7 мегатонн, снеся чуть ли не полполигона. С тех пор конструкция термоядерной бомбы претерпела незначительные изменения (например, появился урановый экран между инициирующей бомбой и основным зарядом) и стала канонической. А в мире не осталось больше столь масштабных загадок природы, разгадать которые можно было бы столь эффектным экспериментом. Разве что рождение сверхновой звезды.
60 лет назад, 1 марта 1954 года, США произвели взрыв водородной бомбы на атолле Бикини. Мощность этого взрыва была эквивалентна взрыву тысячи бомб, которые были сброшены на японские города Хиросиму и Нагасаки. Это было самое мощное испытание из когда-либо произведённых в Соединенных Штатах. Расчётная мощность бомбы была равна 15 мегатоннам. В дальнейшем в США повышение взрывной силы таких бомб признали нецелесообразным.
В результате испытания в атмосферу попало около 100 млн. тонн заражённого грунта. Пострадали и люди. Американские военные не стали откладывать испытание, зная, что ветер дует в сторону обитаемых островов и, что могут пострадать рыбаки. Островитян и рыбаков даже не предупредили об испытаниях и возможной опасности.
Так, японское рыболовное судно «Счастливый дракон» («Фукурю-Мару»), которое находилось в 140 км от эпицентра взрыва, подверглось облучению, 23 человека пострадали (в дальнейшем 12 из них умерло). По данным японского министерства здравоохранения, в результате испытания «Кастл Браво» заражению различной степени подверглось более 800 японских рыболовных судов. На них находилось около 20 тыс. человек. Серьёзные дозы облучения получили жители атоллов Ронгелап и Аилингинаэ. Пострадали и некоторые американские военные.
Мировая общественность высказала свою обеспокоенность по поводу мощной ударной войны и радиоактивных осадков. Несколько выдающихся ученых, включая Бертрана Рассела, Альберта Эйнштейна, Фредерика Жолио-Кюри, выступили с протестом. В 1957 году в канадском местечке Пагуош прошла первая конференция научного движения, целью которого был запрет ядерных испытаний, снижение опасности возникновения вооруженных конфликтов и совместный поиск решения глобальных проблем (Пагуошское движение).
Из истории создания водородной бомбы в США
Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, была высказано ещё в 1941 году. В мае 1941 года учёный-физик Токутаро Хагивара из университета в Киото в Японии высказал мысль о возможности возбуждения термоядерной реакции между ядрами водорода с помощью взрывной цепной реакции деления ядер урана-235. Аналогичную идею, в сентябре 1941 года в Колумбийском университете высказал выдающийся итальянский физик Энрико Ферми. Он её изложил своему коллеге американскому физику Эдварду Теллеру. Затем Ферми и Теллер высказали мысль о возможности инициирования ядерным взрывом термоядерных реакций в среде из дейтерия. Теллер загорелся этой идеей и в ходе реализации Манхэттенского проекта большую часть своего времени посвятил работе по созданию термоядерной бомбы.
Надо сказать, что был настоящим учёным-«милитаристом», который выступал за обеспечение преимущества США в области ядерных вооружений. Учёный был против запрещения ядерных испытаний в трех средах, предлагал проводить новые работы по созданию более дешевых и эффективных видов атомного . Выступал за развертывание вооружений в космосе.
Группа блестящих учёных США и Европы, которая работала в Лос-Аламосской лаборатории, в ходе работы по созданию ядерного оружия, затрагивала и проблемы дейтериевой сверхбомбы. К концу 1945 года была создана относительная целостная концепция «классического супера». Считалось, что потоком нейтронов, выходящих из первичной атомной бомбы на основе урана-235, можно вызвать детонацию в цилиндре с жидким дейтерием (через промежуточную камеру с DT-смесью). Эмиль Конопинский предложил добавить к дейтерию тритий для уменьшения температуры зажигания. В 1946 году Клаус Фукс при участии Джона Фон-Неймана предложил использовать новую систему инициирования. Она включала в себя дополнительный вторичный узел из жидкой DT-смеси, которая зажигалась в результате излучения первичной атомной бомбы.
Сотрудник Теллера польский математик Станислав Улам высказал предложения, которые позволили перевести разработку термоядерной бомбы в практическую плоскость. Так, он для инициирования термоядерного синтеза предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, использовав для этого первичную реакцию расщепления и разместив термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента. Исходя из этих расчётов, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма излучение, вызванное первичным взрывом, сможет передать достаточно энергии во вторичный компонент, позволит инициировать термоядерную реакцию.
В январе 1950 года американский президент Гарри Трумен заявил о том, что США будут вести работу над всеми видами атомного оружия, включая водородную бомбу («сверхбомбу»). Было принято решение провести в 1951 году первые полигонные испытания с термоядерными реакциями. Так, планировали испытать «усиленную» атомную бомбу «Пункт», а также модель «классического супера» с бинарным инициирующим отсеком. Это испытание получило название «Джордж» (само устройство назвали «Цилиндр»). В ходе подготовки испытания «Джорж» был использован классический принцип конструирования термоядерного устройства, где удерживается и используется энергия первичной атомной бомбы для сжатия и инициирования второго компонента с термоядерным горючим.
9 мая 1951 года испытание «Джордж» было проведено. На Земле вспыхнуло первое маленькое термоядерное пламя. В 1952 году началось строительство завода по производству лития-6. В 1953 году производство было запущено.
В сентябре 1951 года в Лос-Аламосе приняли решение о разработке термоядерного устройства «Майк». 1 ноября 1952 год испытание термоядерного взрывного устройства было проведено на атолле Эниветок. Мощность взрыва оценили в 10-12 мегатонн тротилового эквивалента. В качестве топлива для термоядерного синтеза использовали жидкий дейтерий. Идея двухступенчатого устройства с конфигурацией Теллера-Улама себя оправдала. Устройство состояло из обычного ядерного заряда и криогенной ёмкости со смесью жидких дейтерия и трития. «Свечой зажигания» для термоядерной реакции были плутониевый стержень, который располагался по центру криогенной ёмкости. Испытание было успешным.
Однако была проблема – сверхбомба была сконструирована в нетранспортабельном варианте. Общая масса конструкции составляла более 70 тонн. Её нельзя было использовать во время войны. Главной задачей стало создание транспортабельного термоядерного оружия. Для этого необходимо было накопить достаточное количество лития-6. Достаточное количество накопили к весне 1954 года.
1 марта 1954 года американцы провели новое термоядерное испытание «Кастл Браво» на атолле Бикини. В качестве термоядерного горючего применили дейтерид лития. Это был двухступенчатый заряд: инициирующий атомный заряд и термоядерное горючее. Испытание признали успешным. Хотя и ошиблись в мощности взрыва. Он был намного мощнее, чем предполагали.
Дальнейшие испытания позволили усовершенствовать термоядерный заряд. 21 мая 1956 года произвели первый сброс бомбы с летательного аппарата. Масса заряда была сокращена, что позволило уменьшить бомбу. Уже к 1960 году США смогли создать боеголовки мегатонного класса, которые развернули на атомных подводных лодках.
Разрушительную силу которого при взрыве никому не остановить. Какая самая мощная бомба в мире? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться в особенностях тех или иных бомб.
Что такое бомба?
Атомные электростанции работают по принципу высвобождения и сковывания ядерной энергии. Этот процесс обязательно контролируется. Высвобожденная энергия переходит в электричество. Атомная бомба приводит к тому, что происходит цепная реакция, которая совершенно не поддается контролю, а огромное количество освобожденной энергии наносит чудовищные разрушения. Уран и плутоний - не такие уж и безобидные элементы таблицы Менделеева, они приводят к глобальным катастрофам.
Атомная бомба
Чтобы понять, какая самая мощная атомная бомба на планете, узнаем обо всем подробнее. Водородные и атомные бомбы относятся к атомной энергетике. Если объединить два кусочка урана, но каждый будет иметь массу ниже критической, то этот «союз» намного превысит критическую массу. Каждый нейтрон участвует в цепной реакции, потому что расщепляет ядро и высвобождает еще 2-3 нейтрона, которые вызывают новые реакции распада.
Нейтронная сила совершенно не поддается контролю человека. Меньше чем за секунду сотни миллиардов новообразованных распадов не только освобождают огромное количество энергии, но и становятся источниками сильнейшей радиации. Этот радиоактивный дождь покрывает толстым слоем землю, поля, растения и все живое. Если говорить о бедствиях в Хиросиме, то можно заметить, что 1 грамм стал причиной гибели 200 тысяч человек.
Принцип работы и преимущества вакуумной бомбы
Считается, что вакуумная бомба, созданная по новейшим технологиям, может конкурировать с ядерной. Дело в том, что вместо тротила здесь используется газовое вещество, которое мощнее в несколько десятков раз. Авиационная бомба повышенной мощности - самая мощная вакуумная бомба в мире, которая не относится к ядерному оружию. Она может уничтожить противника, но при этом не пострадают дома и техника, а продуктов распада не будет.
Каков принцип ее работы? Сразу после сбрасывания с бомбардировщика срабатывает детонатор на некотором расстоянии от земли. Корпус разрушается и распыляется огромнейшее облако. При смешивании с кислородом оно начинает проникать куда угодно - в дома, бункеры, убежища. Выгорание кислорода образует везде вакуум. При сбрасывании этой бомбы получается сверхзвуковая волна и образуется очень высокая температура.
Отличие вакуумной бомбы американской от российской
Различия состоят в том, что последняя может уничтожать противника, находящегося даже в бункере, при помощи соответствующей боеголовки. Во время взрыва в воздухе боеголовка падает и сильно ударяется об землю, зарываясь на глубину до 30 метров. После взрыва образуется облако, которое, увеличиваясь в размерах, может проникать в убежища и уже там взрываться. Американские же боеголовки начиняются обыкновенным тротилом, поэтому разрушают здания. Вакуумная бомба уничтожает определенный объект, так как обладает меньшим радиусом. Неважно, какая бомба самая мощная - любая из них наносит несопоставимый ни с чем разрушительный удар, поражающий все живое.
Водородная бомба
Водородная бомба - еще одно страшное ядерное оружие. Соединение урана и плутония порождает не только энергию, но и температуру, которая повышается до миллиона градусов. Изотопы водорода соединяются в гелиевые ядра, что создает источник колоссальной энергии. Водородная бомба самая мощная - это неоспоримый факт. Достаточно всего лишь представить, что взрыв ее равен взрывам 3000 атомных бомб в Хиросиме. Как в США, так и в бывшем СССР можно насчитать 40 тысяч бомб различной мощности - ядерных и водородных.
Взрыв такого боеприпаса сопоставим с процессами, которые наблюдается внутри Солнца и звезд. Быстрые нейтроны с огромной скоростью расщепляют урановые оболочки самой бомбы. Выделяется не только тепло, но и радиоактивные осадки. Насчитывают до 200 изотопов. Производство такого ядерного оружия дешевле, чем атомного, а его действие может быть усилено во сколько угодно раз. Это самая мощная взорванная бомба, которую испытали в Советском Союзе 12 августа 1953 года.
Последствия взрыва
Результат взрыва водородной бомбы носит тройной характер. Самое первое, что происходит - наблюдается мощнейшая взрывная волна. Ее мощность зависит от высоты проводимого взрыва и типа местности, а также степени прозрачности воздуха. Могут образовываться большие огненные ураганы, которые не успокаиваются в течение нескольких часов. И все же вторичное и наиболее опасное последствие, которое может вызвать самая мощная термоядерная бомба - это радиоактивное излучение и заражение окружающей местности на длительное время.
Радиоактивные остатки после взрыва водородной бомбы
При взрыве огненный шар содержит в себе множество очень маленьких радиоактивных частиц, которые задерживаются в атмосферном слое земли и надолго там остаются. При соприкосновении с землей этот огненный шар создает раскаленную пыль, состоящую из частиц распада. Сначала оседает крупная, а затем более легкая, которая при помощи ветра разносится на сотни километров. Эти частицы можно разглядеть невооруженным глазом, например, такую пыль можно заметить на снегу. Она приводит к летальному исходу, если кто-либо окажется поблизости. Самые мелкие частицы могут много лет находиться в атмосфере и так «путешествовать», несколько раз облетая всю планету. Их радиоактивное излучение станет более слабым к тому моменту, когда они выпадут в виде осадков.
Ее взрыв способен в считаные секунды стереть Москву с лица земли. Центр города запросто бы испарился в прямом смысле слова, а все остальное могло бы превратиться в мельчайший щебень. Самая мощная бомба в мире стерла бы и Нью-Йорк со всеми небоскребами. После него остался бы двадцатикилометровый расплавленный гладкий кратер. При таком взрыве не получилось бы спастись, спустившись в метро. Вся территория в радиусе 700 километров получила бы разрушения и заразилась радиоактивными частицами.
Взрыв «Царь-бомбы» - быть или не быть?
Летом 1961 года ученые решили провести испытание и понаблюдать за взрывом. Самая мощная бомба в мире должна была взорваться на полигоне, расположенном на самом севере России. Огромная площадь полигона занимает всю территорию острова Новая Земля. Масштаб поражения должен был составить 1000 километров. При взрыве зараженными могли остаться такие промышленные центры, как Воркута, Дудинка и Норильск. Ученые, осмыслив масштабы бедствия, взялись за головы и поняли, что испытание отменяется.
Места для испытания знаменитой и невероятно мощной бомбы не было нигде на планете, оставалась только Антарктида. Но на ледяном континенте тоже не получилось провести взрыв, так как территория считается международной и получить разрешение на подобные испытания просто нереально. Пришлось снизить заряд этой бомбы в 2 раза. Бомбу все-таки взрывали 30 октября 1961 года в том же месте - на острове Новая Земля (на высоте около 4 километров). При взрыве наблюдался чудовищный огромный атомный гриб, который поднимался ввысь на 67 километров, а ударная волна трижды обогнула планету. Кстати, в музее «Арзамас-16», в городе Саров, можно на экскурсии посмотреть кинохронику взрыва, хотя утверждают, что это зрелище не для слабонервных.
August 21st, 2015
Царь-бомба — это прозвище водородной бомбы АН602, испытания которой были проведены в Советском Союзе в 1961 году. Эта бомба была самой мощной из всех когда-либо взорванных. Ее мощность была такова, что вспышка от взрыва была видна за 1000 км, а ядерный гриб поднялся почти на 70 км.
Царь-бомба была водородной бомбой. Ее создали в лаборатории Курчатова. Мощность бомбы была такой, что ее хватило бы на 3800 Хиросим.
Давайте вспомним историю ее создания …
В начале «атомного века» Соединённые Штаты и Советский Союз вступили в гонку не только по количеству атомных бомб, но и по их мощности.
СССР, который обзавёлся атомным оружием позже конкурента, стремился выравнять положение за счёт создания более совершенных и более мощных устройств.
Разработка термоядерного устройства по кодовым названием «Иван» была начата в середине 1950-х годов группой физиков под руководством академика Курчатова. В группу, занимавшуюся данным проектом, входили Андрей Сахаров, Виктор Адамский, Юрий Бабаев, Юрий Трунов и Юрий Смирнов.
В ходе исследовательских работ учёные также пытались нащупать пределы максимальной мощности термоядерного взрывного устройства.
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.
Проектные изыскания длились в течение нескольких лет, а финальный этап разработки «изделия 602» пришёлся на 1961 год и занял 112 дней.
Бомба АН602 имела трёхступенчатую конструкцию: ядерный заряд первой ступени (расчётный вклад в мощность взрыва - 1,5 мегатонны) запускал термоядерную реакцию во второй ступени (вклад в мощность взрыва - 50 мегатонн), а она, в свою очередь, инициировала так называемую ядерную «реакцию Джекилла-Хайда» (деление ядер в блоках урана-238 под действием быстрых нейтронов, образующихся в результате реакции термоядерного синтеза) в третьей ступени (ещё 50 мегатонн мощности), так что общая расчётная мощность АН602 составляла 101,5 мегатонн.
Однако первоначальный вариант был отклонён, поскольку в таком виде взрыв бомбы вызвал бы чрезвычайно мощное радиационное загрязнение (которое, однако, по расчётам всё равно серьёзно уступало бы тому, которое было вызвано куда менее мощными американскими устройствами).
В итоге было решено не использовать «реакцию Джекилла-Хайда» в третьей ступени бомбы и заменить урановые компоненты на их свинцовый эквивалент. Это уменьшало расчётную общую мощность взрыва почти вдвое (до 51,5 мегатонн).
Ещё одним ограничением для разработчиков были возможности авиатехники. Первый вариант бомбы весом в 40 тонн был отвергнут авиаконструкторами из КБ Туполева - самолёт-носитель не смог бы доставить подобный груз до цели.
В итоге стороны достигли компромисса - атомщики уменьшили вес бомбы вдвое, а авиационные конструкторы готовили для неё специальную модификацию бомбардировщика Ту-95 - Ту-95В.
Оказалось, что поместить заряд в бомболюке не удастся ни при каких условиях, поэтому донести АН602 до цели Ту-95В должен был на специальной внешней подвеске.
Фактически самолёт-носитель был готов в 1959 году, однако физикам-атомщикам было дано указание не форсировать работы по бомбе - как раз в этот момент в мире наметились признаки снижения напряжения в международных отношениях.
В начале 1961 года, однако, обстановка вновь обострилась, и проект реанимировали.
Окончательный вес бомбы вместе с парашютной системой составил 26,5 тонн. У изделия оказалось сразу несколько названий - «Большой Иван», «Царь-Бомба» и «Кузькина мать». Последнее приклеилось к бомбе после выступление советского лидера Никиты Хрущёва перед американцами, в котором он посулил им показать «кузькину мать».
О том, что Советский Союз планирует в ближайшее время испытать сверхмощный термоядерный заряд, в 1961 году Хрущёв вполне открыто говорил иностранным дипломатам. 17 октября 1961 года о предстоящих испытаниях советский лидер заявил в докладе на XXII съезде партии.
Местом испытаний был определён полигон «Сухой Нос» на Новой Земле. Подготовка к взрыву была завершена в последних числах октября 1961 года.
Самолёт-носитель Ту-95В базировался на аэродроме в Ваенге. Здесь же в специальном помещении производилась окончательная подготовка к испытаниям.
Утром 30 октября 1961 года экипаж лётчика Андрея Дурновцева получил приказ вылететь в район полигона и произвести сброс бомбы.
Взлетев с аэродрома в Ваенге, Ту-95В через два часа достиг расчётной точки. Бомба на парашютной системе была сброшена с высоты 10 500 метров, после чего лётчики сразу стали уводить машину из опасного района.
В 11:33 по московскому времени на высоте 4 км над целью был произведён взрыв.
Мощность взрыва заметно превысила расчётную (51,5 мегатонн) и составила от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте.
Принцип действия:
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.
Свидетели испытания говорят, что ничего подобного в своей жизни им более наблюдать не приходилось. Ядерный гриб взрыва поднялся на высоту 67 километров, световое излучение потенциально могло вызывать ожоги третьей степени на расстоянии до 100 километров.
Наблюдатели сообщали, что в эпицентре взрыва скалы приняли удивительно ровную форму, а земля превратилась в некое подобие военного плаца. Полное уничтожение было достигнуто на площади, равной территории Парижа.
Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвязи даже в сотнях километров от полигона в течение около 40 минут. Отсутствие радиосвязи убедило учёных - испытания прошли как нельзя лучше. Ударная волна, возникшая в результате взрыва «Царь-бомбы», трижды обогнула земной шар. Звуковая волна, порождённая взрывом, докатилась до острова Диксон на расстоянии около 800 километров.
Несмотря на сильную облачность, свидетели видели взрыв даже на расстоянии тысячи километров и могли его описать.
Радиоактивное заражение от взрыва оказалось минимальным, как и планировали разработчики, - более 97 % мощности взрыва давала практически не создающая радиоактивного загрязнения реакция термоядерного синтеза.
Это позволило учёным приступить к исследованию результатов испытаний на опытном поле уже через два часа после взрыва.
Взрыв «Царь-бомбы» действительно произвёл впечатление на весь мир. Она оказалась мощнее самой мощной американской бомбы в четыре раза.
Существовала теоретическая возможность создания ещё более мощных зарядов, однако от реализации таких проектов было решено отказаться.
Как ни странно, главными скептиками оказались военные. С их точки зрения, практического смысла подобное оружие не имело. Как прикажете его доставлять в «логово врага»? Ракеты у СССР уже были, но долететь до Америки с таким грузом им было не под силу.
Стратегические бомбардировщики также были не в состоянии долететь до США с такой «поклажей». К тому же они становились лёгкой мишенью для средств ПВО.
Учёные-атомщики оказались куда большими энтузиастами. Выдвигались планы размещения у берегов США нескольких сверхбомб мощностью в 200–500 мегатонн, взрыв которых должен был вызвать гигантское цунами, которое смыло бы Америку в прямом смысле слова.
Академик Андрей Сахаров, будущий правозащитник и лауреат Нобелевской премии мира, выдвинул другой план. «Носителем может явиться большая торпеда, запускаемая с подводной лодки. Я фантазировал, что можно разработать для такой торпеды прямоточный водо-паровой атомный реактивный двигатель. Целью атаки с расстояния нескольких сот километров должны стать порты противника. Война на море проиграна, если уничтожены порты, - в этом нас заверяют моряки. Корпус такой торпеды может быть очень прочным, ей не будут страшны мины и сети заграждения. Конечно, разрушение портов - как надводным взрывом „выскочившей“ из воды торпеды со 100-мегатонным зарядом, так и подводным взрывом - неизбежно сопряжено с очень большими человеческими жертвами», - писал учёный в своих воспоминаниях.
О своей идее Сахаров рассказал вице-адмиралу Петру Фомину. Бывалый моряк, возглавлявший «атомный отдел» при Главкоме ВМФ СССР, пришёл в ужас от замысла учёного, назвав проект «людоедским». По словам Сахарова, он устыдился и более никогда к данной идее не возвращался.
Учёные и военные за успешное проведение испытаний «Царь-бомбы» получили щедрые награды, но сама идея сверхмощных термоядерных зарядов стала уходить в прошлое.
Конструкторы ядерного оружия сосредоточились на вещах менее эффектных, но куда более эффективных.
А взрыв «Царь-бомбы» и по сей день остаётся самым мощным из тех, что когда-либо были произведены человечеством.
Царь-бомба в цифрах:
- Вес: 27 тонн
- Длина: 8 метров
- Диаметр: 2 метра
- Мощность: 55 мегатонн в тротиловом эквиваленте
- Высота ядерного гриба: 67 км
- Диаметр основания гриба: 40 км
- Диаметр огненного шара: 4.6 км
- Расстояние, на котором взрыв вызывал ожоги кожи: 100 км
- Расстояние видимости взрыва: 1000 км
- Количество тротила, необходимое, чтобы сравняться по мощности с царь-бомбой: гигантский тротиловый куб со стороной 312 метров (высота Эйфелевой башни)
источники
http://www.aif.ru/society/history/1371856
http://www.aif.ru/dontknows/infographics/kak_deystvuet_vodorodnaya_bomba_i_kakovy_posledstviya_vzryva_infografika
http://lllolll.ru/tsar-bomb
И еще немного про немирный АТОМ: вот например , а вот . А было же еще и такое, что и были же еще Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -