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).
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Олег Александрович Лаврентьев, герой нашего рассказа, родился в 1926 году в Пскове. До войны парень успел окончить семь классов. Видимо, где-то под конец этого процесса в его руки попала книжка, рассказывающая о физике атомного ядра и последних открытиях в этой области.
30-е годы XX века были временем открытия новых горизонтов. В 1930 году было предсказано существование нейтрино , в 1932 году открыт нейтрон . В последующие годы были построены первые ускорители элементарных частиц. Возник вопрос о возможности существования трансурановых элементов. В 1938 году Отто Ган впервые получил барий, облучая уран нейтронами, а Лиза Мейтнер смогла объяснить, что произошло. Через несколько месяцев она же предсказала цепную реакцию. До постановки вопроса об атомной бомбе оставался один шаг.
Нет ничего удивительного в том, что хорошее описание этих открытий запало в душу подростка. Несколько нетипичнее то, что этот заряд сохранился в ней во всех последующих передрягах. А потом была война. Олег Лаврентьев успел поучаствовать в ее завершающей стадии, в Прибалтике. Затем перипетии службы забросили его на Сахалин. В части была относительно неплохая библиотека, а на свое денежное довольствие Лаврентьев, тогда уже сержант, выписал журнал «Успехи физических наук» , чем, видимо, произвел немалое впечатление на сослуживцев. Командование поддержало энтузиазм своего подчиненного. В 1948 году он читал лекции по ядерной физике офицерам части, а в следующем году получил аттестат зрелости, пройдя за год трехлетний курс в местной вечерней школе рабочей молодежи. Неизвестно, чему и как там на самом деле учили, но сомневаться в качестве образования младшего сержанта Лаврентьева не приходится - результат был нужен ему самому.
Как вспоминал он сам через много лет, мысль о возможности термоядерной реакции и ее использовании для получения энергии впервые посетила его в 1948 году, как раз при подготовке лекции для офицеров. В январе 1950 года Президент Трумэн, выступая перед Конгрессом, призвал к скорейшему созданию водородной бомбы. Это было ответом на первое советское ядерное испытание в августе предыдущего года. Ну а для младшего сержанта Лаврентьева это было толчком к немедленным действиям: ведь он-то знал, как ему на тот момент думалось, как сделать эту бомбу и опередить потенциального противника.
Первое письмо с описанием идеи, адресованное Сталину, осталось без ответа, и какие-либо его следы впоследствии найдены не были. Скорее всего, оно просто потерялось. Следующее письмо было отправлено надежнее: в ЦК ВКП(б) через Поронайский горком.
В этот раз реакция была заинтересованной. Из Москвы через Сахалинский обком пришла команда выделить настойчивому солдату охраняемую комнату и все необходимое для подробного описания предложений.
Спецработа
На этом месте уместно прервать рассказ о датах и событиях и обратиться к содержанию сделанных высшей советской инстанции предложений.
1. Основные идеи.
2. Опытная установка по преобразованию энергии литиево-водородных реакций в электрическую.
3. Опытная установка по преобразованию энергии урановых и трансурановых реакций в электрическую.
4. Литиево-водородная бомба (конструкция).
Далее О. Лаврентьев пишет, что подготовить части 2 и 3 в подробном виде не успел и вынужден ограничиться кратким конспектом, часть 1 тоже сыровата («написана весьма поверхностно»). По сути, в предложениях рассматриваются два устройства: бомба и реактор, при этом последняя, четвертая, часть - там, где предлагается бомба, - крайне лаконична, это всего несколько фраз, смысл которых сводится к тому, что все уже разобрано в первой части.
В таком виде, «на 12 листах», предложения Ларионова в Москве попали на рецензию к А.Д.Сахарову , тогда еще кандидату физматнаук, а главное, одному из тех людей, которые в СССР тех лет занимались вопросами термоядерной энергии, в основном подготовкой бомбы.
Сахаров выделил в предложении два основных момента: осуществление термоядерной реакции лития с водородом (их изотопов) и конструкция реактора. В написанном, вполне благожелательном, отзыве о первом пункте говорилось кратко - это не подходит.
Непростая бомба
Чтобы ввести читателя в контекст, необходимо сделать краткий экскурс в реальное положение дел. В современной (а, насколько можно судить по открытым источникам, базовые принципы конструкции с конца пятидесятых годов практически не изменились) водородной бомбе роль термоядерной «взрывчатки» выполняет гидрид лития – твердое белое вещество, бурно реагирующее с водой с образованием гидроксида лития и водорода. Последнее свойство дает возможность широко применять гидрид там, где нужно временно связать водород. Хорошим примером является воздухоплавание, но им список, конечно, не исчерпывается.
Гидрид, применяемый в водородных бомбах, отличается своим изотопным составом. Вместо «обычного» водорода в его составе участвует дейтерий, а вместо «обычного» лития - его более легкий изотоп с тремя нейтронами. Получившийся дейтерид лития, 6 LiD, содержит почти все необходимое для большой иллюминации. Чтобы инициировать процесс, достаточно всего-навсего взорвать расположенный поблизости (например, вокруг или, наоборот, внутри) ядерный заряд. Образовавшиеся при взрыве нейтроны поглощаются литием-6, который в результате распадается с образованием гелия и трития. Повышение давления и температуры в результате ядерного взрыва приводит к тому, что вновь появившийся тритий и дейтерий, бывший на месте событий изначально, оказываются в условиях, необходимых для начала термоядерной реакции. Ну вот и все, готово.
А
Б
В
Г
Д
В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…" alt="А
Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
Б
Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.
В
В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.
Г
Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.
Д
В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…" src="/sites/default/files/images_custom/2017/07/bombh_explosion-ru.svg.png">
А
Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
Б
Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.
В
В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.
Г
Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.
Д
В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…
/ © Википедия
Этот путь не является единственным и уж тем более обязательным. Вместо дейтерида лития можно использовать готовый тритий в смеси с дейтерием. Проблема в том, что оба они - газы, которые сложно содержать и перевозить, не говоря уже о том, чтобы запихнуть в бомбу. Получающаяся конструкция вполне пригодна для взрыва на испытаниях, таковые производились . Проблема только в том, что ее невозможно доставить «адресату» - размеры сооружения исключают такую возможность напрочь. Дейтерид лития, будучи твердым веществом, позволяет элегантно обойти эту проблему.
Изложенное здесь совсем не сложно для нас, живущих сегодня. В 1950 году это было сверхсекретом, доступ к которому имел крайне ограниченный круг лиц. Разумеется, солдат, несущий службу на Сахалине, в этот круг не входил. При этом свойства гидрида лития сами по себе тайной не были, любой мало-мальски компетентный, например в вопросах воздухоплавания, человек о них знал. Неслучайно Виталий Гинзбург , автор идеи применения дейтерида лития в бомбе, на вопрос об авторстве обычно отвечал в том духе, что вообще-то это слишком тривиально.
Конструкция бомбы Лаврентьева в общих чертах повторяет описанную выше. Здесь мы тоже видим инициирующий ядерный заряд и взрывчатку из гидрида лития, причем ее изотопный состав тот же - это дейтерид легкого изотопа лития. Принципиальное отличие в том, что вместо реакции дейтерия с тритием автор предполагает реакцию лития с дейтерием и/или водородом. Умница Лаврентьев догадался, что твердое вещество удобнее в применении и предложил использовать именно 6 Li, но лишь потому, что его реакция с водородом должна дать больше энергии. Чтобы выбрать для реакции другое горючее, требовались данные об эффективных сечениях термоядерных реакций, которых у солдата-срочника, конечно, не было.
Допустим, что Олегу Лаврентьеву еще раз повезло бы: он угадал нужную реакцию. Увы, даже это не сделало бы его автором открытия. Описанная выше конструкция бомбы разрабатывалась к тому времени уже более полутора лет. Разумеется, поскольку все работы были окружены сплошной секретностью, знать о них он не мог. Кроме того, конструкция бомбы - это не только схема размещения взрывчатки, это еще очень много расчетов и конструктивных тонкостей. Выполнить их автор предложения не мог.
Надо сказать, что полная неосведомленность о физических принципах будущей бомбы была характерна тогда и для людей куда более компетентных. Много лет спустя Лаврентьев вспоминал эпизод, бывший с ним чуть позднее, уже в студенческие времена. Проректор МГУ, читавший студентам физику, зачем-то взялся рассказать и о водородной бомбе, представлявшей собой, по его мнению, систему полива вражеской территории жидким водородом. А что? Заморозить врагов - милое дело. У слушавшего его студента Лаврентьева, который про бомбу знал немножко больше, невольно вырвалась нелицеприятная оценка услышанного, но ответить на язвительную реплику услышавшей ее соседки было нечем. Не рассказывать же ей все известные ему подробности.
Рассказанное, видимо, объясняет, почему о проекте «бомбы Лаврентьева» забыли практически сразу после его написания. Автор продемонстрировал недюжинные способности, но этим все и кончилось. Иная судьба оказалась у проекта термоядерного реактора.
Конструкция будущего реактора в 1950 году виделась его автору довольно простой. В рабочую камеру помешается два концентрических (один в другом) электрода. Внутренний выполняется в виде сетки, ее геометрия просчитывается таким образом, чтобы, насколько это возможно, минимизировать контакт с плазмой. На электроды подается постоянное напряжение порядка 0,5–1 мегавольт, причем внутренний электрод (сетка) является отрицательным полюсом, а внешний - положительным. Сама реакция идет в середине установки и вылетающие наружу, через сетку, положительно заряженные ионы (преимущественно, продукты реакции), двигаясь дальше, преодолевают сопротивление электрического поля, которое в итоге разворачивает большую их часть обратно. Энергия, затраченная ими на преодоление поля, - это и есть наш выигрыш, который относительно несложно «снять» с установки.
В качестве основного процесса опять предлагается реакция лития с водородом, которая опять не подходит по тем же причинам, но примечательно не это. Олег Лаврентьев оказался первым человеком, придумавшим изолировать плазму при помощи какого-нибудь поля. Даже то, что в его предложении эта роль, вообще говоря, второстепенна - главная функция электрического поля в том, чтобы получить энергию вылетающих из зоны реакции частиц, - ничуть не меняет значения этого факта.
Как впоследствии неоднократно заявлял Андрей Дмитриевич Сахаров, именно письмо сержанта с Сахалина впервые навело его на мысль использовать поле для удержания плазмы в термоядерном реакторе. Правда, Сахаров и его коллеги предпочли использовать другое поле - магнитное. Пока же он написал в рецензии, что предложенная конструкция скорее всего нереальна, ввиду невозможности сделать сетчатый электрод, который выдержал бы работу в таких условиях. А автора все равно надо поощрить за научную смелость.
Вскоре после отсылки предложений Олег Лаврентьев демобилизуется из армии, отправляется в Москву и становится студентом первого курса физфака МГУ. Имеющиеся источники говорят (с его слов), что сделал это он полностью самостоятельно, без протекции каких-либо инстанций.
«Инстанции», тем не менее, следили за его судьбой. В сентябре Лаврентьев встречается с И.Д.Сербиным , чиновником ЦК ВКП(б) и получателем его писем с Сахалина. По его поручению он описывает свое видение проблемы еще раз, обстоятельнее.
В самом начале следующего, 1951 года первокурсник Лаврентьев был вызван к министру измерительного приборостроения СССР Махневу , где познакомился с самим министром и своим рецензентом А.Д.Сахаровым. Надо заметить, что возглавляемое Махневым ведомство имело к измерительным приборам довольно отвлеченное отношение, его действительным назначением было обеспечение ядерной программы СССР. Сам Махнев был секретарем Специального комитета, председателем которого был всемогущий в ту пору Л.П.Берия . С ним наш студент познакомился через несколько дней. Сахаров снова присутствовал при встрече, но о его роли в ней практически ничего сказать нельзя.
По воспоминаниям О.А.Лаврентьева, он готовился рассказывать сановному начальнику о бомбе и реакторе, но Берию это как будто не интересовало. Разговор велся о самом госте, его достижениях, планах и родственниках. «Это были смотрины, - резюмировал Олег Александрович. - Ему хотелось, как я понял, посмотреть на меня и, возможно, на Сахарова, что мы за люди. По-видимому, мнение оказалось благоприятным».
Следствием «смотрин» стали необычные для советского первокурсника поблажки. Олегу Лаврентьеву была установлена персональная стипендия, выделена для жилья отдельная комната (правда, маленькая - 14 кв. м.), два персональных преподавателя по физике и математике. Он был освобожден от платы за обучение. Наконец, была организована доставка необходимой литературы.
Вскоре состоялось знакомство с техническими руководителями советской атомной программы Б.Л.Ванниковым , Н.И.Павловым и И.В.Курчатовым . Вчерашний сержант, за годы службы не видевший ни одного генерала даже издалека, теперь на равных беседовал сразу с двумя: Ванниковым и Павловым. Правда, вопросы задавал в основном Курчатов.
Очень похоже, что предложениям Лаврентьева после его знакомства с Берией послушно придавалось даже слишком большое значение. В Архиве Президента РФ лежит адресованное Берии и подписанное вышеупомянутыми тремя собеседниками предложение о создании «небольшой теоретической группы» для обсчета идей О. Лаврентьева. Была ли такая группа создана и если да, то с каким результатом, сейчас неизвестно.
Вход в Курчатовский инстутут. Современная фотография. / © Викимедиа
В мае наш герой получил пропуск в ЛИПАН - Лабораторию измерительных приборов Академии наук, ныне Институт им. Курчатова. Странное тогдашнее название тоже было данью всеобщей секретности. Олег был назначен практикантом в отдел электроаппаратуры с задачей ознакомиться с идущей уже работой над МТР (магнитным термоядерным реактором). Как и в университете, к особому гостю был прикреплен персональный гид, «специалист по газовым разрядам тов. Андрианов» - так гласит докладная записка на имя Берии.
Сотрудничество с ЛИПАНом уже тогда вышло достаточно напряженным. Там проектировали установку с удержанием плазмы магнитным полем, впоследствии ставшую токамаком, а Лаврентьев хотел работать над доработанной версией электромагнитной ловушки, восходившей к его сахалинским мыслям. В конце 1951 года в ЛИПАНе состоялось детальное обсуждение его проекта. Оппоненты не нашли в нем ошибок и в целом признали работу верной, но реализовывать отказались, решив «сосредоточить силы на главном направлении». В 1952 году Лаврентьев готовит новый проект с уточненными параметрами плазмы.
Надо отметить, что Лаврентьев в тот момент думал, что его предложение по реактору тоже запоздало, и коллеги из ЛИПАНа разрабатывают целиком собственную идею, пришедшую им в головы независимо и раньше. О том, что сами коллеги придерживаются иного мнения, он узнал существенно позднее.
Ваш благодетель умер
26 июня 1953 года был арестован и вскоре расстрелян Берия. Сейчас можно только догадываться, имел ли он какие-то конкретные планы в отношении Олега Лаврентьева, но на его судьбе утрата столь влиятельного покровителя сказалась весьма ощутимо.
В университете мне не только перестали давать повышенную стипендию, но и «вывернули» плату за обучение за прошедший год, фактически оставив без средств к существованию, - рассказывал много лет спустя Олег Александрович. - Я пробился на прием к новому декану и в полной растерянности услышал: «Ваш благодетель умер. Чего же вы хотите?» Одновременно в ЛИПАНе был снят допуск, и я лишился постоянного пропуска в лабораторию, где по существующей ранее договоренности должен был проходить преддипломную практику, а впоследствии и работать. Если стипендию потом все-таки восстановили, то допуск в институт я так и не получил.
После университета Лаврентьева так и не взяли на работу в ЛИПАН, единственное в СССР место, где тогда занимались термоядерным синтезом. Сейчас невозможно, да и бессмысленно, пытаться понять, виновата ли в этом репутация «человека Берии», какие-то личные сложности или что-то еще.
Наш герой отправился в Харьков, где в ХФТИ как раз создавался отдел плазменных исследований. Там он и сосредоточился над своей любимой темой - электромагнитными ловушками плазмы. В 1958 году была пущена установка С1, наконец-то показавшая жизнеспособность идеи. Следующее десятилетие ознаменовалось строительством еще нескольких установок, после чего идеи Лаврентьева стали восприниматься в научном мире всерьез.
Харьковский физико-технический институт, современное фото
В семидесятых предполагалось построить и запустить большую установку «Юпитер», которая должны была стать наконец полноценным конкурентом токамаков и стеллараторов, построенным на других принципах. К сожалению, пока новинка проектировалась, обстановка вокруг изменилась. В целях экономии средств установка была уменьшена вдвое. Потребовалась переделка проекта и расчетов. К моменту ее завершения технику пришлось уменьшать еще на треть - и, конечно, все снова пересчитывать. Запущенный наконец образец был вполне работоспособен, но до полноценных масштабов было, конечно, далеко.
Олег Александрович Лаврентьев до конца своих дней (его не стало в 2011 году) продолжал активную исследовательскую работу, много публиковался и, в общем, вполне состоялся как ученый. Но главная идея его жизни пока так и осталась непроверенной.
30 октября 1961 года СССР произвёл взрыв самой мощной бомбы в мировой истории: 58-мегатонная водородная бомба («Царь-бомба») была взорвана на полигоне на острове Новая Земля. Никита Хрущёв пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, чтобы не побить все стёкла в Москве.
Взрыв АН602 по классификации был низким воздушным взрывом сверхбольшой мощности. Результаты его впечатляли:
Все ядерные взрывы, произведенные странами мира, в одном видео:
Создатель атомной бомбы Роберт Оппенгеймер в день первого испытания своего детища сказал: «Если бы на небе разом взошли сотни тысяч солнц, их свет мог бы сравниться с сиянием, исходившим от Верховного Господа… Я - есть Смерть, великий разрушитель миров, несущий гибель всему живому». Эти слова были цитатой из «Бхагавад Гиты», которую американский физик прочитал в оригинале.
Фотографы из Лукаут Маунтэйн стоят по пояс в пыли, поднятой ударной волной после ядерного взрыва (фото 1953 года).
Название испытания: Umbrella
Дата: 8 июня 1958 года
Мощность: 8 килотонн
Подводный ядерный взрыв был произведён в ходе операции «Hardtack». В качестве мишеней использовались списанные корабли.
Название испытания: Chama (в рамках проекта «Доминик»)
Дата: 18 октября 1962 года
Место: Остров Джонстон
Мощность: 1.59 мегатонн
Название испытания: Oak
Дата: 28 июня 1958 года
Место: Лагуна Эниветок в Тихом океане
Мощность: 8.9 мегатонн
Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Энни». Дата: 17 марта 1953 г.; проект: Апшот-Нотхол; испытание: Энни; место: Нотхол, полигон в Неваде, сектор 4; мощность: 16 кт. (Photo: Wikicommons)
Название испытания: Castle Bravo
Дата: 1 марта 1954 года
Место: атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 15 мегатонн
Взрыв водородной бомбы Castle Bravo был самым мощным взрывом из всех испытаний, когда либо проводимых США. Мощность взрыва оказалась намного больше первоначальных прогнозов в 4-6 мегатонн.
Название испытания: Castle Romeo
Дата: 26 марта 1954 года
Место: на барже в кратере Bravo, атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 11 мегатонн
Мощность взрыва оказалась в 3 раза больше первоначальных прогнозов. Romeo был первым испытанием, произведенным на барже.
Проект «Доминик», испытание «Ацтек»
Название испытания: Priscilla (в рамках серии испытаний «Plumbbob»)
Дата: 1957 год
Мощность: 37 килотонн
Именно так выглядит процесс высвобождения огромного количества лучистой и тепловой энергии при атомном взрыве в воздухе над пустыней. Тут еще можно разглядеть военную технику, которая через мгновение будет уничтожена ударной волной, запечатленной в виде кроны, окружившей эпицентр взрыва. Видно как ударная волна отразилась от земной поверхности и вот-вот сольется с огненным шаром.
Название испытания: Grable (в рамках операции «Апшот-Нотхол»)
Дата: 25 мая 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 15 килотонн
На испытательном полигоне в пустыне Невада фотографами центра Лукаут Маунтэйн в 1953 году была сделана фотография необычного явления (кольцо огня в ядерном грибе после взрыва снаряда из ядерной пушки), природа которого долгое время занимала умы ученых.
Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Грабл». В рамках этого испытания был произведен взрыв атомной бомбы мощностью 15 килотонн, запущенной 280-миллиметровой атомной пушкой. Испытание прошло 25 мая 1953 года на полигоне Невады. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Грибовидное облако, образованное в результате атомного взрыва испытания «Траки», проводимого в рамках проекта «Доминик».
Проект «Бастер», испытание «Дог».
Проект «Доминик», испытание «Йесо». Испытание: Йесо; дата:10 июня 1962 г.; проект: Доминик; место: 32 км к югу от острова Рождества; тип испытания: B-52, атмосферный, высота – 2,5 м; мощность: 3.0 мт; тип заряда: атомный. (Wikicommons)
Название испытания: YESO
Дата: 10 июня 1962 года
Место: Остров Рождества
Мощность: 3 мегатонны
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №1. (Pierre J./French Army)
Название испытания: «Единорог» (фр. Licorne)
Дата: 3 июля 1970 года
Место: атолл во Французской Полинезии
Мощность: 914 килотонн
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №2. (Photo: Pierre J./French Army)
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №3. (Photo: Pierre J./French Army)
Для получения хороших снимков на испытательных полигонах часто работают целые команды фотографов. На фото: испытательный ядерный взрыв в пустыне Невада. Справа видны ракетные шлейфы, с помощью которых ученые определяют характеристики ударной волны.
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №4. (Photo: Pierre J./French Army)
Проект «Кастл», испытание «Ромео». (Photo: zvis.com)
Проект «Хардтэк», испытание «Амбрелла». Испытание: Амбрелла; дата: 8 июня 1958 г.; проект: Хардтэк I; место: лагуна атолла Эниветок; тип испытания: подводный, глубина 45 м; мощность: 8кт; тип заряда: атомный.
Проект «Редвинг», испытание «Семинол». (Photo: Nuclear Weapons Archive)
Испытание «Рия». Атмосферное испытание атомной бомбы на территории Французской Полинезии в августе 1971 года. В рамках этого испытания, которое прошло 14 августа 1971 года, была взорвана термоядерная боеголовка под кодовым названием «Рия», мощностью 1000 кт. Взрыв произошел на территории атолла Муруроа. Этот снимок был сделан с расстояния 60 км от нулевой отметки. Photo: Pierre J.
Грибовидное облако от ядерного взрыва над Хиросимой (слева) и Нагасаки (справа). На заключительной стадии Второй мировой войны, Соединенные Штаты нанесли 2 атомных удара по Хиросиме и Нагасаки. Первый взрыв прогремел 6 августа 1945 года, а второй – 9 августа 1945 года. Это был единственный случай, когда ядерное оружие применялось в военных целях. Согласно приказу президента Трумэна, 6 августа 1945 года американская армия сбросила ядерную бомбу «Малыш» на Хиросиму, а 9 августа последовал ядерный взрыв бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. В течение 2-4 месяцев после ядерных взрывов в Хиросиме погибло от 90 000 до 166 000 человек, а в Нагасаки – от 60 000 до 80 000. (Photo: Wikicommons)
Проект «Апшот-Нотхол». Полигон в Неваде, 17 марта 1953 года. Взрывная волна полностью разрушила Строение №1, расположенное на расстоянии 1,05 км от нулевой отметки. Разница во времени между первым и вторым снимком составляет 21/3 секунды. Камера была помещена в защитный футляр с толщиной стенки 5 см. Единственным источником света в данном случае была ядерная вспышка. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Проект «Рэйнджер», 1951 год. Название испытания неизвестно. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Испытание «Тринити».
«Тринити» было кодовым названием первого испытания ядерного оружия. Это испытание было проведено армией Соединенных Штатов 16 июля 1945 года, на территории, расположенной приблизительно в 56 км к юго-востоку от Сокорро, штат Нью-Мексико, на ракетном полигоне «Уайт Сэндс». Для испытания использовалась плутониевая бомба имплозивного типа, получившая прозвище «Штучка». После детонации прогремел взрыв мощностью эквивалентной 20 килотоннам тротила. Дата проведения этого испытания считается началом атомной эры. (Photo: Wikicommons)
Название испытания: Mike
Дата: 31 октября 1952 года
Место: Остров Elugelab («Flora»), атолл Эневейта
Мощность: 10.4 мегатонны
Устройство, взорванное при испытании Майка и названное «колбасой», было первой настоящей «водородной» бомбой мегатонного класса. Грибовидное облако достигло высоты 41 км при диаметре 96 км.
Взрыв “MET”, осуществленный в рамках Операции “Типот”. Примечательно, что взрыв “MET” по мощности был сравним с плутониевой бомбой «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. 15 апреля 1955 года, 22 кт. (Wikimedia)
Один из самых мощных взрывов термоядерной водородной бомбы на счету США – операция “Кастл Браво”. Мощность заряда составила 10 мегатонн. Взрыв был произведен 1 марта 1954 года на атолле Бикини, Маршалловы Острова. (Wikimedia)
Операция “Кастл Ромео” – один из самых мощных взрывов термоядреной бомбы, произведенных США. Атолл Бикини, 27 марта 1954 года, 11 мегатонн. (Wikimedia)
Взрыв “Бэйкер”, показана белая поверхность воды, потревоженной воздушной ударной волной, и верх полой колонны брызг, образовавшей полусферическое облако Вильсона. На заднем плане – берег атолла Бикини, июль 1946 года. (Wikimedia)
Взрыв американской термоядерной (водородной) бомбы “Майк” мощностью 10,4 мегатонны. 1 ноября, 1952 года. (Wikimedia)
Операция «Парник» (англ. Operation Greenhouse) - пятая серия американских ядерных испытаний и вторая из них за 1951 год. В ходе операции испытывались конструкции ядерных зарядов с использованием термоядерного синтеза для увеличения выхода энергии. Кроме того, исследовалось воздействие взрыва на сооружения, включая жилые здания, корпуса заводов и бункеры. Операция проводилась на Тихоокеанском ядерном полигоне. Все устройства были взорваны на высоких металлических вышках, имитирующих воздушный взрыв. Взрыв “Джордж”, 225 килотонн, 9 мая 1951 года. (Wikimedia)
Грибообразное облако, у которого вместо пылевой ножки водяной столб. Справа на столбе видна прореха: линкор «Арканзас» закрыл собой выброс брызг. Испытание “Бэйкер”, мощностью заряда – 23 килотонны в тротиловом эквиваленте, 25 июля 1946 года. (Wikimedia)
200-метровое облако над территорией Frenchman Flat после взрыва “MET” в рамках операции “Типот”, 15 апреля 1955 года, 22 кт. Этот снаряд имел редкую сердцевину из урана-233. (Wikimedia)
Кратер был сформирован, когда в 100 килотонн взрывной волны были взорваны под 635 футов пустыни 6 июля 1962 года, вытеснив 12 миллионов тонн земли.
Время: 0с. Расстояние: 0м.
Инициация взрыва ядерного детонатора.
Время: 0.0000001c. Расстояние: 0м Температура: до 100 млн. °C. Начало и ход ядерных и термоядерных реакций в заряде. Ядерный детонатор своим взрывом создаёт условия для начала термоядерных реакций: зона термоядерного горения проходит ударной волной в веществе заряда со скоростью порядка 5000 км/с (106 - 107 м/с) Около 90% выделяющихся при реакциях нейтронов поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10% вылетают наружу.
Время: 10−7c. Расстояние: 0м. До 80% и более энергии реагирующего вещества трансформируется и выделяется в виде мягкого рентгеновского и жёсткого УФ излучения с огромной энергией. Рентгеновское излучение формирует тепловую волну, которая нагревает бомбу, выходит наружу и начинает нагревать окружающий воздух.
Время: < 10−7c. Расстояние: 2м Температура: 30 млн.°C. Окончание реакции, начало разлёта вещества бомбы. Бомба сразу исчезает из виду и на её месте появляется яркая светящаяся сфера (огненный шар), маскирующая разлёт заряда. Скорость роста сферы на первых метрах близка к скорости света. Плотность вещества здесь за 0,01 сек падает до 1% плотности окружающего воздуха; температура за 2,6 сек падает до 7-8 тыс.°C, ~5 секунд удерживается и дальше снижается с подъёмом огненной сферы; давление через 2-3 сек падает до несколько ниже атмосферного.
Время: 1.1х10−7c. Расстояние: 10м Температура: 6 млн.°C. Расширение видимой сферы до ~10 м идёт за счёт свечения ионизованного воздуха под рентгеновским излучением ядерных реакций, а далее посредством радиационной диффузии самого нагретого воздуха. Энергия квантов излучения, покидающих термоядерный заряд такова, что их свободный пробег до захвата частицами воздуха порядка 10 м и вначале сравним с размерами сферы; фотоны быстро обегают всю сферу, усредняя её температуру и со скоростью света вылетают из неё, ионизуя всё новые слои воздуха, отсюда одинаковая температура и околосветовая скорость роста. Далее, от захвата к захвату, фотоны теряют энергию и длина их пробега сокращается, рост сферы замедляется.
Время: 1.4х10−7c. Расстояние: 16м Температура: 4 млн.°C. В целом от 10−7 до 0,08 секунд идёт 1-я фаза свечения сферы с быстрым падением температуры и выходом ~1 % энергии излучения, большей частю в виде УФ-лучей и ярчайшего светового излучения, способных повредить зрение у далёкого наблюдателя без образования ожогов кожи. Освещённость земной поверхности в эти мгновения на расстояниях до десятков километров может быть в сто и более раз больше солнечной.
Время: 1.7х10−7c. Расстояние: 21м
Температура: 3 млн.°C. Пары бомбы в виде клубов, плотных сгустков и струй плазмы как поршень сжимают впереди себя воздух и формируют ударную волну внутри сферы - внутренний скачок, отличающийся от обычной ударной волны неадиабатическими, почти изотермическими свойствами и при тех же давлениях в несколько раз большей плотностью: сжимающийся скачком воздух сразу излучает большую часть энергии через пока прозрачный для излучений шар.
На первых десятках метров окружающие предметы перед налётом на них огневой сферы из-за слишком большой её скорости не успевают никак среагировать - даже практически не нагреваются, а оказавшись внутри сферы под потоком излучения испаряются мгновенно.
Температура: 2 млн.°C. Скорость 1000 км/с. С ростом сферы и падением температуры энергия и плотность потока фотонов снижаются и их пробега (порядка метра) уже не хватает для околосветовых скоростей расширения огневого фронта. Нагретый объём воздуха начал расширяться и формируется поток его частиц от центра взрыва. Тепловая волна при неподвижном воздухе на границе сферы замедляется. Расширяющийся нагретый воздух внутри сферы наталкивается на неподвижный у её границы и где-то начиная с 36-37 м появляется волна повышения плотности - будущая внешняя воздушная ударная волна; до этого волна не успевала появиться из-за огромной скорости роста световой сферы.
Время: 0,000001c. Расстояние: 34м Температура: 2 млн.°C. Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8-12 м от места взрыва, пик давления до 17 000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность ~ в 4 раза больше плотности воздуха, скорость ~100 км/с. Область горячего воздуха: давление на границе 2.500 МПа, внутри области до 5000 МПа, скорость частиц до 16 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутр. скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют скорость.
Время: 0,000034c. Расстояние: 42м Температура: 1 млн.°C. Условия в эпицентре взрыва первой советской водородной бомбы (400кт на высоте 30 м), при котором образовалась воронка порядка 50 м диаметром и 8 м глубиной. В 15 м от эпицентра или в 5-6 м от основания башни с зарядом располагался железобетонный бункер со стенами толщиной 2 м. для размещения научной аппаратуры сверху укрытый большой насыпью земли толщиной 8 м разрушен.
Температура: 600тыс.°C.С этого момента характер ударной волны перестаёт зависеть от начальных условий ядерного взрыва и приближается к типовому для сильного взрыва в воздухе, т.е. такие параметры волны могли бы наблюдаться при взрыве большой массы обычной взрывчатки.
Время: 0,0036c. Расстояние: 60м Температура: 600тыс.°C. Внутренний скачок, пройдя всю изотермическую сферу, догоняет и сливается с внешним, повышая его плотность и образуя т. н. сильный скачок - единый фронт ударной волны. Плотность вещества в сфере падает до 1/3 атмосферной.
Время: 0,014c. Расстояние: 110м Температура: 400тыс.°C. Аналогичная ударная волна в эпицентре взрыва первой советской атомной бомбы мощностью 22 кт на высоте 30 м сгенерировала сейсмический сдвиг, разрушивший имитацию тоннелей метро с различными типами крепления на глубинах 10 и 20 м 30 м, животные в тоннелях на глубинах 10, 20 и 30 м погибли. На поверхности появилось малозаметное тарелкообразное углубление диаметром около 100 м. Сходные условия были в эпицентре взрыва "Тринити" 21 кт на высоте 30 м, образовалась воронка диаметром 80 м и глубиной 2 м.
Время: 0,004c. Расстояние: 135м
Температура: 300тыс.°C. Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки в земле. Фронт ударной волны искривлён ударами сгустков паров бомбы:
Время: 0,007c. Расстояние: 190м
Температура: 200тыс.°C. На гладком и как бы блестящем фронте уд. волны образуются большие волдыри и яркие пятна (сфера как бы кипит). Плотность вещества в изотермической сфере диаметром ~150 м падает ниже 10 % атмосферной.
Немассивные предметы испаряются за несколько метров до прихода огн. сферы («Канатные трюки»); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны.
Время: 0,01c. Расстояние: 214м Температура: 200тыс.°C. Аналогичная воздушная ударная волна первой советской атомной бомбы на расстоянии 60 м (52 м от эпицентра) разрушила оголовки стволов, ведущих в имитации тоннелей метро под эпицентром (см. выше). Каждый оголовок представлял собой мощный железобетонный каземат, укрытый небольшой грунтовой насыпью. Обломки оголовков обвалились в стволы, последние затем раздавлены сейсмической волной.
Время: 0,015c. Расстояние: 250м Температура: 170тыс.°C. Ударная волна сильно разрушает скальные породы. Скорость ударной волны выше скорости звука в металле: теоретический предел прочности входной двери в убежище; танк расплющивается и сгорает.
Время: 0,028c. Расстояние: 320м Температура: 110тыс.°C. Человек развеивается потоком плазмы (скорость ударной волны = скорости звука в костях, тело разрушается в пыль и сразу сгорает). Полное разрушение самых прочных наземных построек.
Время: 0,073c. Расстояние: 400м Температура: 80тыс.°C. Неровности на сфере пропадают. Плотность вещества падает в центре почти до 1%, а на краю изотерм. сферы диамером ~320 м до 2% атмосферной.На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30 000 °C и падение до 7000 °C, ~5 с удержание на уровне ~6.500 °C и снижение температуры за 10-20 с по мере ухода огненного шара вверх.
Время: 0,079c. Расстояние: 435м Температура: 110тыс.°C. Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием Температурный минимум излучения ударной волны, окончание 1-й фазы свечения. Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами и монолитным железобетоном и заглублённое на 18 м, по расчёту способно выдержать без разрушения взрыв (40 кт) на высоте 30 м на минимальном расстоянии 150 м (давление ударной волны порядка 5 МПа), испытано 38 кт РДС-2 на расстоянии 235 м (давление ~1,5 МПа), получило незначительные деформации, повреждения. При температурах во фронте сжатия ниже 80тыс.°C новые молекулы NO2 больше не появляются, слой двуокиси азота постепенно исчезает и перестаёт экранировать внутреннее излучение. Ударная сфера постепенно становится прозрачной и через неё, как через затемнённое стекло, некоторое время видны клубы паров бомбы и изотермическая сфера; в целом огненная сфера похожа на фейерверк. Затем, по мере увеличения прозрачности, интенсивность излучения возрастает и детали как бы снова разгорающейся сферы становятся не видны. Процесс напоминает окончание эры рекомбинации и рождение света во Вселенной через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.
Время: 0,1c. Расстояние: 530м Температура: 70тыс.°C. Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Наступает 2-я фаза свечения, менее интенсивная, но на два порядка более длительная с выходом 99 % энергии излучения взрыва в основном в видимом и ИК спектре. На первых сотнях метров человек не успевает увидеть взрыв и погибает без мучений (время зрительной реакции человека 0,1 - 0,3 с, время реакции на ожог 0,15 - 0,2 с).
Время: 0,15c. Расстояние: 580м Температура: 65тыс.°C. Радиация ~100 000 Гр. От человека остаются обугленные осколки костей (скорость ударной волны порядка скорости звука в мягких тканях: по телу проходит разрушающий клетки и ткани гидродинамический удар).
Время: 0,25c. Расстояние: 630м Температура: 50тыс.°C. Проникающая радиация ~40 000 Гр. Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна вызывает травматические ампутацииа подошедшая через долю сек. огненная сфера обугливает останки. Полное разрушение танка. Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев. Разрушение подземных ж/б труб диаметром 1,5м, с толщиной стенок 0,2м. Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС. Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений. Незначительные повреждения подземных сооружений метро.
Время: 0,4c. Расстояние: 800м Температура: 40тыс.°C. Нагрев объектов до 3000 °C. Проникающая радиация ~20 000 Гр. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ) разрушение защитных устройств входов в метро. Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС ДОТы становятся небоеспособны дистанции 250 м.
Время: 0,73c. Расстояние: 1200м Температура: 17тыс.°C. Радиация ~5000 Гр. При высоте взрыва 1200 м нагрев приземного воздуха в эпицентре перед приходом уд. волны до 900°C. Человек - 100 %-я гибель от действия ударной волны. Разрушение убежищ, рассчитанных на 200 кПа (тип А-III или класс 3). Полное разрушение железобетонных ДОТов сборного типа на дистанции 500 м по условиям наземного взрыва. Полное разрушение железнодорожных путей. Максимум яркости второй фазы свечения сферы к этому времени она выделила ~20 % световой энергии
Время: 1,4c. Расстояние: 1600м Температура: 12тыс.°C. Нагрев объектов до 200°C. Радиация 500 Гр. Многочисленные ожоги 3-4 степени до 60-90 % поверхности тела, тяжёлое лучевое поражение, сочетающиеся с другими травмами, летальность сразу или до 100 % в первые сутки. Танк отбрасывается ~ на 10 м и повреждается. Полное резрушение металлических и железобетонных мостов пролётом 30 - 50 м.
Время: 1,6c. Расстояние: 1750м Температура: 10тыс.°C. Радиация ок. 70 Гр. Экипаж танка погибает в течение 2-3 недель от крайне тяжёлой лучевой болезни. Полное разрушение бетонных, железобетонных монолитных (малоэтажных) и сейсмостойких зданий 0,2 МПа, убежищ встроенных и отдельностоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV или класс 4), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий.
Время: 1,9c. Расстояние: 1900м Температура: 9тыс.°C Опасные поражения человека ударной волной и отброс до 300 м с начальной скоростью до 400 км/ч, из них 100-150 м (0,3-0,5 пути) свободный полёт, а остальное расстояние - многочисленные рикошеты о грунт. Радиация около 50 Гр - молниеносная форма лучевой болезни[, 100 % летальность в течение 6-9 суток. Разрушение встроенных убежищ, рассчитанных на 50 кПа. Сильное разрушение сейсмостойких зданий. Давление 0,12 МПа и выше - вся городская застройка плотная и разряжённая превращается в сплошные завалы (отдельные завалы сливаются в один сплошной), высота завалов может составлять 3-4 м. Огненная сфера в это время достигает максимальных размеров (D~2км), подминается снизу отражённой от земли ударной волной и начинает подъём; изотермическая сфера в ней схлопывается, образуя быстрый восходящий поток в эпицентре - будущую ножку гриба.
Время: 2,6c. Расстояние: 2200м Температура: 7,5тыс.°C. Тяжёлые поражения человека ударной волной. Радиация ~10 Гр - крайне тяжёлая острая лучевая болезнь, по сочетании травм 100 % летальность в пределах 1-2 недель. Безопасное нахождение в танке, в укреплённом подвале с усиленным ж/б перекрытием и в большинстве убежищ Г. О. Разрушение грузовых автомобилей. 0,1 МПа - расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена.
Время: 3,8c. Расстояние: 2800м Температура: 7,5тыс.°C. Радиация 1 Гр - в мирных условиях и своевременном лечении неопасное лучевое поражение, но при сопутствующих катастрофе антисанитарии и тяжёлых физических и психологических нагрузках, отсутствии медицинской помощи, питания и нормального отдыха до половины пострадавщих погибают только от радиации и сопутствующих заболеваний, а по сумме повреждений (плюс травмы и ожоги) гораздо больше. Давление менее 0,1 МПа - городские районы с плотной застройкой превращаются в сплошные завалы. Полное разрушение подвалов без усиления конструкций 0,075 МПа. Среднее разрушение сейсмостойких зданий 0,08-0,12 МПа. Сильные повреждения железобетонных ДОТов сборного типа. Детонация пиротехнических средств.
Время: 6c. Расстояние: 3600м Температура: 4,5тыс.°C. Средние поражения человека ударной волной. Радиация ~0,05 Гр - доза неопасна. Люди и предметы оставляют «тени» на асфальте. Полное разрушение административных многоэтажных каркасных (офисных) зданий (0,05-0,06 МПа), укрытий простейшего типа; сильное и полное разрушение массивных промышленных сооружений. Практически вся городская застройка разрушена с образованием местных завалов (один дом - один завал). Полное разрушение легковых автомобилей, полное уничтожение леса. Электромагнитный импульс ~3 кВ/м поражает нечувствительные электроприборы. Разрушения аналогичны землетрясению10 бал. Сфера перешла в огненный купол, как пузырь всплывающий вверх, увлекая за собой столб из дыма и пыли с поверхности земли: растёт характерный взрывной гриб с начальной вертикальной скоростью до 500 км/час. Скорость ветра у поверхности к эпицентру ~100 км/ч.
Время: 10c. Расстояние: 6400м
Температура: 2тыс.°C. Окончание эффективного времени второй фазы свечения, выделилось ~80 % суммарной энергии светового излучения. Оставшиеся 20 % неопасно высвечиваются в течение порядка минуты с непрерывным понижением интенсивности, постепенно теряясь в клубах облака. Разрушение укрытий простейшего типа (0,035-0,05 МПа). На первых километрах человек не услышит грохот взрыва из-за поражения слуха ударной волной. Отброс человека ударной волной ~20 м с начальной скоростью ~30 км/ч. Полное разрушение многоэтажных кирпичных домов, панельных домов, сильное разрушение складов, среднее разрушение каркасных административных зданий. Разрушения аналогичны землетрясению 8 баллов. Безопасно почти в любом подвале.
Свечение огненного купола перестаёт быть опасным, он превращается в огненное облако, с подъёмом растущее в объёме; раскалённые газы в облаке начинают вращаться в торообразном вихре; горячие продукты взрыва локализуются в верхней части облака. Поток запылённого воздуха в столбе движется в два раза быстрее подъёма «гриба», настигает облако, проходит сквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку.
Время: 15c. Расстояние: 7500м . Лёгкие поражения человека ударной волной. Ожоги третьей степени открытых частей тела. Полное разрушение деревянных домов, сильное разрушение кирпичных многоэтажных домов 0,02-0,03МПа, среднее разрушение кирпичных складов, многоэтажных железобетонных, панельных домов; слабое разрушение административных зданий 0,02-0,03 МПа, массивных промышленных сооружений. Воспламенение автомобилей. Разрушения аналогичны землетрясению 6 бал., урагану 12 бал. до 39 м/с. «Гриб» вырос до 3 км над центром взрыва (истинная высота гриба больше на высоту взрыва боеголовки, примерно на 1,5 км), у него появляется «юбочка» из конденсата паров воды в потоке тёплого воздуха, веером затягиваемого облаком в холодные верхние слои атмосферы.
Время: 35c. Расстояние: 14км. Ожоги второй степени. Воспламеняется бумага, тёмный брезент. Зона сплошных пожаров, в районах плотной сгораемой застройки возможны огненный шторм, смерч (Хиросима, «Операция Гоморра»). Слабое разрушение панельных зданий. Вывод из строя авиатехники и ракет. Разрушения аналогичны землетрясению 4-5 баллов, шторму 9-11 балов V = 21 - 28,5м/с. «Гриб» вырос до ~5 км огненное облако светит всё слабее.
Время: 1мин. Расстояние: 22км. Ожоги первой степени - в пляжной одежде возможна гибель. Разрушение армированного остекления. Корчевание больших деревьев. Зона отдельных пожаров.«Гриб» поднялся до 7,5 км облако перестаёт излучать свет и теперь имеет красноватый оттенок из-за содержащихся в нём окислов азота, чем будет резко выделяться среди других облаков.
Время: 1,5мин. Расстояние: 35км
. Максимальный радиус поражения незащищённой чувствительной электроаппаратуры электромагнитным импульсом. Разбиты почти все обычные и часть армированных стёкол в окнах- актуально морозной зимой плюс возможность порезов летящими осколками. «Гриб» поднялся до 10 км, скорость подъёма ~220 км/час. Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину.
Время: 4мин. Расстояние: 85км. Вспышка похожа на большое неестественно яркое Солнце у горизонта, может вызвать ожог сетчатки глаз, прилив тепла к лицу. Подошедшая через 4 минуты ударная волна ещё может сбить с ног человека и разбить отдельные стёкла в окнах. «Гриб» поднялся свыше 16 км, скорость подъёма ~140 км/час
Время: 8мин. Расстояние: 145км. Вспышка не видна за горизонтом, зато видно сильное зарево и огненное облако. Общая высота «гриба» до 24 км, облако 9 км в высоту и 20-30 км в диаметре, своей широкой частью оно "опирается " на тропопаузу. Грибовидное облако выросло до максимальных размеров и наблюдается ешё порядка часа или более, пока не развеется ветрами и не перемешается с обычной облачностью. Из облака в течение 10-20 часов выпадают осадки с относительно крупными частицами, формируя ближний радиоактивный след.
Время: 5,5-13 часов Расстояние: 300-500км. Дальняя граница зоны умеренного заражения (зона А). Уровень радиации на внешней границе зоны 0,08 Гр/ч; суммарная доза излучения 0,4-4 Гр.
Время: ~10 месяцев. Эффективное время половинного оседания радиоактивных веществ для нижних слоёв тропической стратосферы (до 21 км), выпадение также идёт в основном в средних широтах в том же полушарии, где произведён взрыв.
Памятник первому испытанию атомной бомбы «Тринити». Этот памятник был воздвигнут на полигоне «Уайт Сэндс» в 1965 году, через 20 лет после проведения испытания «Тринити». Мемориальная доска памятника гласит: «На этом месте 16 июля 1945 года прошло первое в мире испытание атомной бомбы». Еще одна мемориальная доска, установленная ниже, свидетельствует о том, что это место получило статус национального исторического памятника. (Photo: Wikicommons)
Взрыв произошел в 1961 году. В радиусе нескольких сотен километров от полигона произошла спешная эвакуация людей, так как ученые рассчитали, что разрушены, будут все без исключения дома. Но такого эффекта никто не ожидал. Взрывная волна обошла планету трижды. Полигон остался «чистым листом», на нем исчезли все возвышенности. Здания в секунду превращались в песок. В радиусе 800 километров был слышен ужасный взрыв.
Если вы думаете, что атомная боеголовка является самым страшным оружием человечества, значит еще не знаете об водородной бомбе. Мы решили исправить эту оплошность и рассказать о том, что же это такое. Мы уже рассказывали о и .
Разбираясь в том, как выглядит ядерная боеголовка и почему, необходимо рассмотреть принцип ее работы, основанный на реакции деления. Сначала в атомной бомбе происходит детонация. В оболочке располагаются изотопы урана и плутония. Они распадаются на частички, захватывая нейтроны. Далее разрушается один атом и инициируется деление остальных. Делается это при помощи цепного процесса. В конце начинается сама ядерная реакция. Части бомбы становятся одним целым. Заряд начинает превышать критическую массу. При помощи такой структуры освобождается энергия и происходит взрыв.
Кстати, ядерную бомбу еще называют атомной. А водородная получила название термоядерной. Поэтому вопрос, чем отличается атомная бомба от ядерной, по сути своей является некорректным. Это одно и то же. Отличие ядерной бомбы от термоядерной же заключается не только в названии.
Термоядерная реакция основана не на реакции деления, а сжатия тяжелых ядер. Ядерная боеголовка является детонатором или запалом для водородной бомбы. Другими словами, представьте себе огромную бочку с водой. В нее погружают атомную ракету. Вода представляет собой тяжелую жидкость. Тут протон со звуком замещается в ядре водорода на два элемента - дейтерий и тритий:
, окончания Второй Мировой Войны, началась гонка между Америкой и СССР и мировое сообщество поняло, что мощнее ядерная или водородная бомба. Разрушительная сила атомного оружия начала привлекать каждую из сторон. США первыми сделали и испытали ядерную бомбу. Но вскоре стало понятно, что она не может иметь больших размеров. Поэтому было решено попробовать сделать термоядерную боеголовку. Тут снова же преуспела Америка. Советы решили не проигрывать в гонке и испытали компактную, но мощную ракету, которую можно перевозить даже на обычном самолете Ту-16. Тогда все поняли, чем отличается ядерная бомба от водородной.
Для примера, первая американская термоядерная боеголовка была такой высокой, как трехэтажный дом. Ее нельзя было доставить небольшим транспортом. Но потом по разработкам СССР размеры были уменьшены. Если проанализировать , можно сделать вывод, что эти ужасные разрушения были не такими уж и большими. В тротиловом эквиваленте сила удара была всего несколько десятком килотонн. Поэтому здания были уничтожены только в двух городах, а в остальной части страны услышали звук ядерной бомбы. Если это была бы водородная ракета, всю Японию бы разрушили полностью всего одной боеголовкой.
Ядерная бомба со слишком сильным зарядом может взорваться непроизвольно. Начнется цепная реакция и произойдет взрыв. Рассматривая, чем отличаются ядерная атомная и водородная бомбы, стоит отметить данный пункт. Ведь термоядерную боеголовку можно сделать какой угодно мощности, не боясь самопроизвольного подрыва.
Это заинтересовало Хрущева, который приказал сделать самую мощную водородную боеголовку в мире и таким образом приблизиться к выигрышу гонки. Ему показалось оптимальным 100 мегатонн. Советские ученые поднатужились и у них получилось вложиться в 50 мегатонн. Испытания начались на острове Новая Земля, где был военный полигон. До сих пор Царь-бомбу называют крупнейшим зарядом, взорванным на планете.
Взрыв произошел в 1961 году. В радиусе нескольких сотен километров от полигона произошла спешная эвакуация людей, так как ученые рассчитали, что разрушены, будут все без исключения дома. Но такого эффекта никто не ожидал. Взрывная волна обошла планету трижды. Полигон остался «чистым листом», на нем исчезли все возвышенности. Здания в секунду превращались в песок. В радиусе 800 километров был слышен ужасный взрыв. Огненный шар от применения такой боеголовки, как универсальный уничтожитель руническая ядерная бомба в Японии, был виден только в городах. А вот от водородной ракеты он поднялся на 5 километров в диаметре. Гриб из пыли, радиации и сажи вырос на 67 километров. По подсчетам ученых, его шапка в диаметре составляла сотню километров. Только представьте себе, что бы было, если бы взрыв произошел в городской черте.
Отличие атомной бомбы от термоядерной мы уже рассмотрели. А теперь представьте, какими бы были последствия взрыва, если бы ядерная бомба, сброшенная на Хиросиму и Нагасаки, была водородной с тематическим эквивалентом. От Японии не осталось бы и следа.
По заключениям испытаний, ученые сделали вывод о последствиях термоядерной бомбы. Некоторые думают, что водородная боеголовка является более чистой, то есть фактически не радиоактивной. Это связано с тем, что люди слышат название «водо» и недооценивают ее плачевное влияние на окружающую среду.
Как мы уже разобрались, водородная боеголовка основана на огромном количестве радиоактивных веществ. Ракету без уранового заряда сделать можно, но пока на практике этого не применялось. Сам процесс будет очень сложным и затратным. Поэтому реакция синтеза разбавляется ураном и получается огромная мощность взрыва. Радиоактивные осадки, которые неумолимо выпадут на цель сброса, увеличиваются на 1000%. Они нанесут вред здоровью даже тем, кто находится в десятках тысяч километров от эпицентра. При подрыве создается огромный огненный шар. Все, что попадает в радиус его действия, уничтожается. Выжженная земля может быть необитаемой десятилетиями. На обширной территории совершенно точно ничего не вырастет. И зная силу заряда, по определенной формуле можно рассчитать теоретически зараженную площадь.
Также стоит упомянуть о таком эффекте, как ядерная зима. Это понятие даже страшнее разрушенных городов и сотен тысяч человеческих жизней. Будет уничтожено не только место сброса, но и фактически весь мир. Сначала статус обитаемой потеряет только одна территория. Но в атмосферу произойдет выброс радиоактивного вещества, которое снизит яркость солнца. Это все смешается с пылью, дымом, сажей и создаст пелену. Она разнесется по всей планете. Урожаи на полях будут уничтожены на несколько десятилетий вперед. Такой эффект спровоцирует голод на Земле. Население сразу сократится в несколько раз. И выглядит ядерная зима более чем реально. Ведь в истории человечества, а конкретнее, в 1816 году, был известен подобный случай после мощнейшего извержения вулкана. На планете тогда был год без лета.
Скептики, которые не верят в подобное стечение обстоятельств, могут переубедить себя расчетами ученых:
Теперь о еще одной опасности. Стоило России и США выйти из стадии холодной войны, как появилась новая угроза. Если вы слышали о том, кто такой Ким Чен Ир, значит понимаете, что на достигнутом он не остановится. Этот любитель ракет, тиран и правитель Северной Кореи в одном флаконе, может с легкостью спровоцировать ядерный конфликт. О водородной бомбе он говорит постоянно и отмечает, что в его части страны уже есть боеголовки. К счастью, в живую их пока никто не видел. Россия, Америка, а также ближайшие соседи - Южная Корея и Япония, очень обеспокоены даже такими гипотетическими заявлениями. Поэтому надеемся, что наработки и технологии у Северной Кореи еще долго будут на недостаточном уровне, чтобы разрушить весь мир.
Для справки. На дне мирового океана лежат десятки бомб, которые были утеряны при транспортировке. А в Чернобыле, который не так далеко от нас, до сих пор хранятся огромные запасы урана.
Стоит задуматься, можно ли допустить подобные последствия ради испытаний водородной бомбы. И, если между странами, обладающими этим оружием, произойдет глобальный конфликт, на планете не останется ни самих государств, ни людей, ни вообще ничего, Земля превратится в чистый лист. И если рассматривать, чем отличается ядерная бомба от термоядерной, главным пунктом можно назвать количество разрушений, а также последующий эффект.
Теперь небольшой вывод. Мы разобрались, что ядерная и атомная бомба - это одно и тоже. А еще, она является основой для термоядерной боеголовки. Но использовать ни то, ни другое не рекомендуется даже для испытаний. Звук от взрыва и то, как выглядят последствия, не является самым страшным. Это грозит ядерной зимой, смертью сотен тысяч жителей в один момент и многочисленными последствиями для человечества. Хотя между такими зарядами, как атомная и ядерная бомба различия есть, действие обеих разрушительно для всего живого.
Водородная бомба
Термоя́дерное ору́жие - тип оружия массового поражения , разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжёлые (например, синтеза двух ядер атомов дейтерия (тяжелого водорода) в одно ядро атома гелия), при которой выделяется колоссальное количество энергии . Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия , термоядерное оружие имеет намного большую мощность взрыва. Теоретически она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. Следует отметить, что радиоактивное заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, особенно, по отношению к мощности взрыва. Это дало основания называть термоядерное оружие «чистым». Термин этот, появившийся в англоязычной литературе, к концу 70-х годов вышел из употребления.
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 плюсовых температурах, 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:
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.
Для того, чтобы создать необходимые для начала термоядерной реакции нейтроны и температуру (порядка 50 млн градусов), в водородной бомбе сначала взрывается небольшая по мощности атомная бомба . Взрыв сопровождается резким ростом температуры, электромагнитным излучением, а также возникновением мощного потока нейтронов. В результате реакции нейтронов с изотопом лития образуется тритий.
Наличие дейтерия и трития при высокой температуре взрыва атомной бомбы инициирует термоядерную реакцию (234), которая и дает основное выделение энергии при взрыве водородной (термоядерной) бомбы. Если корпус бомбы изготовлен из природного урана, то быстрые нейтроны (уносящие 70 % энергии, выделяющейся при реакции (242)) вызывают в нем новую цепную неуправляемую реакцию деления. Возникает третья фаза взрыва водородной бомбы. Подобным образом создается термоядерный взрыв практически неограниченной мощности.
Дополнительным поражающим фактором является нейтронное излучение , возникающее в момент взрыва водородной бомбы.
Термоядерные боеприпасы существуют как в виде авиационных бомб (водородная или термоядерная бомба ), так и боеголовок для баллистических и крылатых ракет.
Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоеный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (еще до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Сахаровым и Виталием Гинзбургом и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера-Улама . В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза - дейтерида лития в смеси с тритием («первая идея Сахарова»). Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления малоэффективно увеличивал общую мощность устройства (современные устройства типа «Теллер-Улам» могут дать коэффициент умножения до 30 раз). Кроме того, области зарядов деления и синтеза перемежались с обычным взрывчатым веществом - инициатором первичной реакции деления, что дополнительно увеличивало необходимую массу обычной взрывчатки. Первое устройство типа «Слойка» было испытано в 1953 году, получив наименование на Западе «Джо-4» (первые советские ядерные испытания получали кодовые наименования от американского прозвища Иосифа (Джозефа) Сталина «Дядя Джо»). Мощность взрыва была эквивалентна 400 килотоннам при кпд всего 15 - 20 %. Расчёты показали, что разлёт непрореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.
После проведения Соединенными Штатами испытаний «Иви Майк» в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Гинзбургом еще в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий.
В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный (деление) и вторичный (синтез) заряды в отдельных объемах, повторив таким образом схему Теллера-Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Сахаровом и Яковом Зельдовичем весной 1954. Он подразумевал использовать рентгеновское излучение от реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом («лучевая имплозия»). «Третья идея» Сахарова была проверена в ходе испытаний «РДС-37» мощностью 1.6 мегатонн в ноябре 1955 года. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов.
Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 50 мегатонн, доставленная бомбардировщиком Ту-95 . КПД устройства составил почти 97 %, и изначально оно было рассчитано на мощность в 100 мегатонн, урезанных впоследствии волевым решением руководства проекта вдвое. Это было самое мощное термоядерное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле. Настолько мощное, что его практическое применение в качестве оружия теряло всякий смысл, даже с учетом того, что оно было испытано уже в виде готовой бомбы.
Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году , 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, порожденные 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.
