Содержание статьи
ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах.
Термоядерные реакции.
В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода , находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.
Изотопы водорода.
Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H 2 O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (2 H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.
Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли , где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.
Разработка водородной бомбы.
Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 ё 8 Мт в тротиловом эквиваленте.
Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.
Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.
Механизм действия водородной бомбы.
Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.
Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.
Деление, синтез, деление (супербомба).
На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 (основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах). Быстрые нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб.
Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным. Оно гораздо дешевле атомных бомб той же мощности.
Последствия взрыва.
Ударная волна и тепловой эффект.
Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.
Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.
Огненный шар.
В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное (хотя и вторичное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей среды.
Радиоактивные осадки.
Как они образуются.
При взрыве бомбы возникший огненный шар наполняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхностью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и пепел и втягивает их в огненный смерч. В вихре пламени они перемешиваются и связываются с радиоактивными частицами. Радиоактивная пыль, кроме самой крупной, оседает не сразу. Более мелкая пыль уносится возникшим в результате взрыва облаком и постепенно выпадает по мере движения его по ветру. Непосредственно в месте взрыва радиоактивные осадки могут быть чрезвычайно интенсивными – в основном это оседающая на землю крупная пыль. В сотнях километров от места взрыва и на более далеких расстояниях на землю выпадают мелкие, но все еще видимые глазом частицы пепла. Часто они образуют похожий на выпавший снег покров, смертельно опасный для всех, кто окажется поблизости. Еще более мелкие и невидимые частицы, прежде чем они осядут на землю, могут странствовать в атмосфере месяцами и даже годами, много раз огибая земной шар. К моменту выпадения их радиоактивность значительно ослабевает. Наиболее опасным остается излучение стронция-90 с периодом полураспада 28 лет. Его выпадение четко наблюдается повсюду в мире. Оседая на листве и траве, он попадает в пищевые цепи, включающие и человека. Как следствие этого, в костях жителей большинства стран обнаружены заметные, хотя и не представляющие пока опасности, количества стронция-90. Накопление стронция-90 в костях человека в долгосрочной перспективе весьма опасно, так как приводит к образованию костных злокачественных опухолей.
Длительное заражение местности радиоактивными осадками.
В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепловым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа супербомб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельно опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание сверхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать непригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных этим изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человека.
Как известно, еще в середине 20-х годов английский астрофизик Эддингтон выс- казал предположение, что источником энергии звезд могут быть ядерные реакции син- теза (слияние легких атомных ядер в более тяжелые. Сверхвысокие температура и давление в недрах звезд создают необходимые для этого условия. В нормальных (земных) условиях кинетическая энергия ядер легких атомов слишком мала для того, чтобы они, преодолев электростатическое отталкивание, могли сблизиться и вступить в ядерную реакцию. Однако это отталкивание можно преодолеть, сталкивая разогнанные до больших скоростей ядра легких элементов. Д.Кокрофт и Э.Уолтон использовали этот метод в своих экспериментах, проводившихся в 1932г. в Кембридже (Великобритания). Ускоренные в электрическом поле протоны, «обстреливали» литиевую мишень при этом наблюдалось взаимодействие протонов с ядрами лития. В 1938г. тремя физиками неза- висимо друг от друга были открыты два цикла термоядерных реакций превращения водо- рода в гелий, являющиеся источником энергии звезд:- протон-протонный (Г. Бете и Ч.Критчфилд) и углеродно-азотный (Г.Бете и К.Вейцзеккер). Таким образом теоретическая возможность получения энергии путем ядерного син- теза была известна еще до войны. Вопрос состоял в том чтобы создать работоспособ- ное техническое устройство которое бы позволило создать на Земле условия необходи- мые для начала реакций синтеза. Для этого требовались миллионные температуры и сверхвысокие давления. В 1944г. в Германии в лаборатории Дибнера велись работы по инициированию термоядерного синтеза путем сжатия ядерного топлива подрывом кумуля- тивных зарядов обычного взрывчатого вещества (см. «Урановый проект Фашистской Германии»). Работы эти не дали однако желаемого результата как теперь понятно из-за недостаточности давления и температуры. США Идея бомбы основанной на термоядерном синтезе, инициируемом атомным зарядом была предложена Э.Ферми его коллеге Э.Теллеру (который и считается «отцом» термо- ядерной бомбы) еще в 1941г. В 1942г. между Оппенгеймером и Теллером возник конфликт поскольку последний был «обижен» тем, что место главы теоретического отдела было отдано не ему. В результате Оппенгеймер отстранил Теллера от проекта атомной бомбы и перевел на изучение возможности использования реакции синтеза гелия из ядер тяжелого водорода (дейтерия) для создания нового оружия. Теллер принялся за создание устройства, получившего название «классический супер» (в со- ветском варианте «труба»). Идея состояла в разжигании термоядерной реакции в жид- ком дейтерии при помощи тепла от взрыва атомного заряда. Но вскоре выяснилось, что атомный взрыв недостаточно горяч, и не обеспечивает необходимых условий для «горения» дейтерия. Для начала реакций синтеза требовалось введение в смесь трития. Реакция дейтерия с тритием должна была обеспечить повышение температуры до условий дейтериево-дейтериевого синтеза. Но тритий, ввиду своей радиоактивности (период полураспада всего 12 лет) в природе практически не встречается и его приходится получать искусственным путем в реакторах деления. Это делало его на порядок дороже оружейного плутония. Кроме того каждые 12 лет половина полученного трития просто исчезала в результате радиоактивного распада. Применение газообразных дейтерия и трития в качестве ядерного топлива было невозможно и приходилось применять сжи- женный газ, что делало взрывные устройства малопригодными для практического приме- нения. Исследования проблем «классического супера» продолжалось в США до конца 1950г. когда выяснилось что даже несмотря на большие количества трития достичь стабильного термоядерного горения в таком устройстве невозможно. Исследования зашли в тупик. В апреле 1946г. в Лос-Аламосе проходило секретное совещание на котором обсуж- дались итоги американских работ по водородной бомбе в нем участвовал Клаус Фукс. Через какое-то время после совещания он передал материалы, связанные с этими рабо- тами, представителям советской разведки и они попали к нашим физикам. В начале 1950г. К.Фукс был арестован и этот источник информации «иссяк». В конце августа 1946г. Э.Теллер выдвинул идею, альтернативную «классическому суперу», которую он назвал «Alarm Clock». Этот вариант был использован в СССР А.Сахаровым под названием «слойка», а в США никогда не реализовывался. Идея заклю- чалась в окружении ядра делящейся атомной бомбы слоем термоядерного горючего из смеси дейтерия с тритием. Излучение от атомного взрыва способно сжать 7-16 слоев горючего, перемежающегося со слоями делящегося материала и нагреть его примерно до такой же температуры, как и само делящиеся ядро. Это опять же требовало исполь- зования очень дорогого и неудобного трития. Термоядерное топливо окружала оболочка из урана-238 которая на первом этапе выполняла роль теплоизолятора, не давая энер- гии выйти за пределы капсулы с топливом. Без нее горючие, состоящие из легких элементов было бы абсолютно прозрачно для теплового излучения, и не прогрелось бы до высоких температур. Непрозрачный уран, поглощая эту энергию, возвращал часть ее обратно в топливо. Кроме того, они увеличивают сжатие горючего путем сдерживания его теплового расширения. На втором этапе, уран подвергался распаду за счет нейтро- нов, появившихся при синтезе, выделяя дополнительную энергию. В сентябре 1947г. Теллер предложил использовать новое термоядерное горючее - дейтерид лития-6 являющееся при нормальных условиях твердым веществом. Литий поглощая нейтрон делился на гелий и тритий с выделением дополнительной энергии, что еще больше повышало температуру, помогая начаться синтезу. Идею «слойки», использовали и британские физики при создании при создании своей первой бомбы. Но будучи тупиковой ветвью развития термоядерных систем эта схема отмерла. Перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость позволила предложенная в 1951г. сотрудником Теллера Станиславом Уламом новая схема. Для инициирования термоядерного синтеза предполагалось сжимать термоядерное топливо, используя излучение от первичной реакции расщепления, а не ударную волну(т.н. идея «радиационной имплозии»), а также разместить термоядерный заряд отдельно от пер- вичного ядерного компонента бомбы - триггера (двуступенчатая схема). Учитывая что при обычном атомном взрыве 80% энергии выделяется в виде рентгеновского излучения, а около 20 в виде кинетической энергии осколков деления и что, рентгеновские лучи намного опережают расширяющиеся (со скоростью около 1000 км/с.) остатки плутония, такая схема позволяла сжать емкость с термоядерным горючим второй ступени до начала его интенсивного нагрева. Эта модель американской водородной бомбы получила название Улама-Теллера. На практике все происходит следующим образом. Компоненты бомбы помещаются в цилиндрический корпус с триггером на одном конце. Термоядерное топливо в виде ци- линдра или эллипсоида помещается в корпус из очень плотного материала – урана, свинца или вольфрама. Внутри цилиндра аксиально помещен стержень из Pu-239 или U-235, 2-3 см. в диаметре. Все оставшееся пространство корпуса заполняется пласт- массой. При подрыве триггера испускаемые рентгеновские лучи нагревают урановый корпус бомбы он начинает расширяться и охлаждаться путем уноса массы (абляции). Явление уноса, подобно струе кумулятивного заряда направленного внутрь капсулы, развивает огромное давление на термоядерное горючие. Два других источника давления движение плазмы (после срабатывания первичного заряда корпус капсулы как и всё устройство представляет собой ионизированную плазму) и давление рентгеновских фотонов не оказывают значительного влияния на обжатие. При обжатии стержня из делящегося материала он переходит в надкритическое состояние. Быстрые нейтроны, образующиеся при делении триггера и замедленные дейтеридом лития до тепловых скоростей начинают цепную реакцию в стержне. Происходит еще один атомный взрыв действующий наподобие «запальной свечи» и вызывающий еще большее увеличивает дав- ления и температуры в центре капсулы, делая их достаточными для разжигания термо- ядерной реакции. Урановый корпус мешает выходу теплового излучения за его пределы, значительно увеличивая эффективность горения. Температуры, возникающие в ходе термоядерной реакции многократно превышают образующиеся при цепном делении (до 300 млн. вместо 50-100млн. град.). Все это происходит примерно за несколько сотен нано- секунд. Описанная выше последовательность процессов на этом заканчивается, если корпус заряда изготовлен из вольфрама (или свинца). Однако если изготовить его из U-238 то образующиеся при синтезе быстрые нейтроны, вызывают деление ядер U-238. Деление одной тонны U-238 дает энергию, эквивалентную 18 Мт. При этом обраэуется много радиоактивных продуктов деления. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрыв водородной бомбы. Чисто термоядерные заряды создают значи- тельно меньшее заражение обусловленное только взрывом триггера. Такие бомбы полу- чили название «чистых»/ Двухступенчатая схема Теллера-Улама позволяет создавать столь мощные заряды, на сколько хватит мощности триггера для сверхбыстрого обжатия большого количества горючего. Для дальнейшего увеличения величины заряда можно использовать энергию второй ступени для сжатия третьей. На каждой стадии в таких устройствах возможно усиление мощности в 10-100 раз. Модель требовала большого количества трития, и для его производства американцы построили новые реакторы. Работы шли в большой спешке, ведь Советский Союз к тому времени уже создал атомную бомбу. Штатам оставалось только надеяться, что СССР пошел по украденному Фуксом тупиковому пути (который был арестован в Англии в январе 1950г.). И эти надежды оправдались. Первые термоядерные устройства были взорваны в ходе операции Greenhouse (Оран- жерея) на атолле Эниветок (Маршалловы острова). Операция включала четыре испытания. В ходе первых двух «Dog» и «Easy» в апреле1951г. были испытаны две новые атомные бомбы: Mk.6 - 81Кт. и Mk.5 - 47Кт. 8 мая 1951г. было проведено первое испытание термоядерного устройства «George» мощностью 225Кт. Это был чисто исследовательский эксперимент по изучению термоядерного горения дейтерия. Устройство представляло собой ядерный заряд в виде тора 2,6м. в диаметре и 0,6м. толщиной с небольшим (несколько граммов) количеством жидкой дейтериево-тритиевой смеси, помещенным в центре. Выход энергии от синтеза в этом устройстве очень невелик по сравнению с выходом энергии от деления ядер урана. 25 мая 1951г. было проведено испытание тер- моядерного устройства «Item». В нем в качестве термоядерного топлива использова- лась смесь дейтерия с тритием, охлажденная до жидкого состояния, и находящаяся внутри ядра из обогащенного урана. Устройство создавалось для испытания принципа увеличения мощности атомного заряда за счет дополнительных нейтронов возникающих в реакции синтеза. Эти нейтроны, попадая в зону реакции деления, увеличивали их интенсивность (увеличивалась доля ращепившихся ядер урана) а следовательно и силу взрыва. Для ускорения разработок в июле 1952г. правительство США организовало второй оружейный ядерный центр - Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса в Калифорнии. 1 ноября 1952г. на атолле Эниветок проведено испытание «Ivy Mike» мощностью 10,4Мт. Это было первое устройство, созданное по принципу Теллера-Улама. Весило оно около 80т. и занимало помещение размером с двухэтажный дом. Термоядерное горю- чее (дейтерий – тритий) находилось в жидком состоянии при температуре, близкой к абсолютному нулю в дьюаровском сосуде по центру которого проходил плутониевый стр- ежень. Сам сосуд окружал корпус-толкатель из природного урана, массой более 5т. Целиком сборка помещалась в огромную стальную оболочку, 2м. в диаметре и 6,1м. в высоту, со стенками толщиной 25-30см. Эксперимент стал промежуточным шагом амери- канских физиков на пути к созданию транспортабельного водородного оружия. 77% (8 Мт.) выхода энергии обеспечило деление уранового корпуса заряда и только (2.4Мт.), приходился на реакцию синтеза.
«Ivy Mike»
Смесь жидких изотопов водорода не имела практического применения для термоя-
дерных боеприпасов, и последующий прогресс в развитии термоядерного оружия связан
с использованием твердого топлива - дейтерида лития-6 (Li6). В этом плане впереди
оказались советские ученые, использовавшие дейтерид Li6 уже в первой советской
термоядерная бомбе испытанной в августе 1953г. Американский же завод по производ-
ству Li6 в Ок-Ридже был пущен в эксплуатацию только к середине 1953г. (строитель-
ство началось в мае 1952г.). После операции «Ivy Mike» оба ядерных центра (в Лос-
Аламосе и Калифорнии) приступили к спешной разработке более компактных зарядов с
использованием дейтерида лития, которые возможно было бы применять в боевых усло-
виях.
В 1954г. в ходе операции «Castle» на атолле Бикини планировалось провести ис-
пытания экспериментальных образцов термоядерных зарядов ставшие прототипами для
первых серийных бомб. Однако для скорейшего оснащения вооруженных сил новым ору-
жием три типа устройств, были сразу, без испытаний, изготовлены малой серией (по 5
изделий). Одним из них стла бомба EC-16 (ее испытание под именем «Jughead» планиро-
валось провести в ходе операции «Castle»). Это была транспортабельная версия
криогенной системы «Mike» (масса бомбы 19т. мощность 8Мт.). Но после первых успеш-
ных испытаний устройств с дейтеридом лития EC-16 моментально устарела и даже не
испытывалась. EC-17 и ЕС-14 были серийными версиями устройств «Runt I» и «Alarm
Clock».
1 марта 1954г.(здесь и далее дата указана по местному времени) состоялось ис-
пытание «Castle Bravo» в ходе которого было взорвано устройство «Shrimp». Это был
двухступенчатый заряд с дейтеридом лития обогащенным изотопом Li6 до 40%(остальное
составлял природный Li7). Такое горючие применялось в США впервые поэтому мощность
взрыва сильно превысила ожидаемую в 4-8Мт. и составила 15Мт. (10Мт. выделилось
при делении оболочки из U-238 и 5 Мт. от реакции синтеза). Причина неожиданно
высокой мощности состояла в Li7 который по ожиданиям должен был быть достаточно
инертным, но в действительности при поглощении быстрых нейтронов атом Li7 тоже
делился на тритий и гелий. Этот «незапланированный» тритий и обеспечил 2-х крат-
ное усиление мощности. Кратер от взрыва получился 2км. в диаметре и глубиной 75м.
Масса устройства составляла 10.5т. длина 4,5м. диаметр 1,35м. Успешный результат
первого испытаня привел к отказу от криогенных проектов «Jughead» (EC-16) и
«Ramrod» (криогенного близнеца устройства «Morgenstern»).
Из-за дефицита обогащенного Li6 в следующем испытани «Castle Romeo» исполь-
зовался заряд из природного (7.5% Li6) лития. Термоядерное устройство под именем
«Runt I» было взорвано 26 Марта 1954г. Одновременно это было контрольное испытание
термоядерной бомбы получившей обозначение EC-17. Мощность взрыва составила 11Мт.
из которых на реакции синтеза пришлось 4Мт. Как и в случае с «Bravo», выделившаяся
мощность намного превысила ожидаемые 1.5-7Мт. Масса устройства - 18т. длина –
5,7м. диаметр – 1,55м.
26 Апреля 1954г. в ходе испытания «Castle Union» было взорвано устройство
«Alarm Clock» (EC-14) с содержанием Li6-95%. Энерговыделение – 6,9 Мт. из которых
1,6Мт. (27.5%) образовались за счет реакций синтеза. Взрыв оставил на дне лагуны
кратер 100м. шириной и 30м. глубиной. Масса устройства – 12,5 т. длина – 3,86 м.
диаметр – 1,55м.
7 апреля 1954г. проведено испытание «Castle Koon» в ходе которого было взор-
вано изделие «Morgenstern» являвшееся первой термоядерной разработкой Калифорний-
ского ядерного центра и последним оружейным проектом, над которым работал Э.Теллер.
Испытание было неудачным. Вместо планировавшейся 1Мт. мощность взрыва составила
лишь 110кт. из которых только 10кт. за приходилось на термоядерный синтез. Это
произошло из-за того, что нейтронный поток от триггера достиг второй ступени, пред-
варительно разогрев ее и помешав эффективному обжатию. Остальные изделия, испытан-
ные в «Castle», содержали бор-10, служащий хорошим поглотителем нейтронов и снижа-
ющим эффект предварительного разогрева термоядерного топлива.
5 Мая 1954г. произведено испытание «Castle Yankee». Испытываемый заряд назы-
вался «Runt II» и являлся прототипом для бомбы EC-24 и близнецом «Runt I». Это
изделие было полностью аналогично испытанному в «Romeo», но в нем вместо природ-
ного применялся обогащенный (до 40% Li6) литий. Это дало прибавку мощности в 2.5Мт.
Мощность взрыва составила 13.5 Мт. (при ожидаемых 7.5-15Мт.) из которых на реакции
синтеза пришлось 6,5Мт. Масса «Runt II» 17,8т. длина-5,6м. диаметр -1,52м. Вклю-
чение в график испытания этого заряда произошло из-за чрезвычайного успеха «Castle
Romeo» и исключения испытаний устройств «Ramrod» и «Jughead».
14 Мая 1954г. состоялось испытание «Castle Nectar» в ходе которого было взор-
вано изделие «Zombie» представлявшее собой прототип облегченного термоядерного
заряда TX-15. По сравнению с весом остальных зарядов, эта бомба выглядит совсем
небольшой масса - 2.9т. мощность - 1.7 Мт, длина – 2,8м. диаметр- 0,88 м. Первона-
чально она разрабатывалось как чисто атомная бомба с мощностью в диапазоне сотен
килотонн в которой применялось радиационное обжатие одного атомного заряда другим.
Идея была сохранена но в проект добавили термоядерное горючее для увеличения мощ-
ности. В итоге получилась радиационно обжимаемая атомная бомба с термоядерным
усилением (80% энергии выделяется за счет деления урана). Проект выиграл в весе,
но применение в нем дорогого и отсутствующего на тот момент в должных количествах
материала - высокообогащенного лития сдерживало его производство до 1955г.
Таким образом на вооружение США уже в 1954г поступили в ограниченном коли-
честве первые термоядерные бомбы. Это были огромные и тяжелые мастодонты ЕС-14
(«Alarm Clock») масса 14т. мощность 7Мт. получивший обозначение Мк.14, ЕС-17
(«Runt I») масса 19 т. мощность 11 Мт. диаметр – 1,6 м. длина – 7,5м получивший
обозначение Мк.17. Эти заряды изготовлены сериями по 5 шт. Кроме того, имелось 10
зарядов EC 24 («Runt II») получивших обозначение Мк.24. Термоядерная бомба Mk.17
стала крупнейшей бомбой из созданных в США. Взять ее в полет мог только B-36. Для
ее эксплуатации требовались специальные машины, средства и приспособления. Подве-
сить ее в самолет могли лишь на одной авиабазе, что было крайне неудобно и снижало
гибкость применения этого оружия. Поэтому все пять Mk.17 были сняты с вооружения
в 1957г.
После операции «Castle» было развернуто серийное производство новых термоя-
дерных зарядов, начавших поступать на вооружение в 1955г. Серийная версия «Zombie»
(«Castle Nectar»)- Mk.15 длина - 3,5м. масса - 3447кг. мощность - 1.69Мт. В 1955-
1957гг. было изготовлено 1200шт. сняты с вооружения в 1965г. Mk.21 с ядром, содер-
жащим 95% лития-6: длина – 3,75м. масса – 8т. мощность 5Мт. В 1955 – 56гг. произ-
ведено 275 шт. сняты с вооружения в 1957г. Наследник «Castle Yankee» - Mk.24 длина
– 7,42м. масса 19т. мощность 15Мт. В 1954-55 гг. изготовлено 105шт. сняты с воору-
жения в 1956г. В 1956г. состоялось испытание «Redwing Cherokee» (дальнейшее раз-
витие бомбы Mk.15). Энерговыделение составило 3.8Мт. масса 3,1т. длина – 3,45м.
диаметр - 0,88м. Важное отличие этого заряда от испытанных ранее то, что он был
сразу конструктивно оформлен в виде авиабомбы и впервые в США было произведено бом-
бометание термоядерного устройства с самолета.
Самая мощная американская бомба была разработана по программе B-41. Работы
начались в 1955г. в Калифорнийскрм ядерном центре на основе разрабатываемой там
экспериментальной трехступенчатой термоядерной системы. Прототипы бомбы TX-41, ис-
пытывался в тестах "Sycamore", "Poplar" и "Pine" операции "Hardtack" на полигоне в
Тихом океане, между 31 маем и 27 июлем 1958г. среди них были только чистые вари-
анты. В результете была создана самая мощная американская термоядерная бомба Mk.41.
Она имела ширину 1,3м. (1,85м. по хвостовому оперению) длину 3,7м. и массу 4,8т.
За период 1960-62гг. было изготовлено 500 шт. (снята с вооружения в 1976г.).
Этот трехступенчатый термоядерный заряд производился в двух вариантах. «Гряз-
ная» с оболочкой третьей ступени из U-238 - Y1 и «чистая» со свинцовой оболочкой
-Y2 мощностью менее 10 Мт. и 25 Мт. соответственно. В качестве топлива использо-
вался дейтерид лития с 95% Li-6. Среди всех американских проектов, в этом был
достигнут наибольший удельный энерговыход: 5.2 кт/кг. (по словам Тейлора для
термоядерного оружия предел отношения мощности заряда к массе - около 6 кт/кг.).
В 1979г. после тяжелого сердечного приступа Э.Теллер сделал неожиданное заяв-
ление «…первую конструкцию (водородной бомбы) создал Дик Гарвин». В интервью,
посвященном той же теме, Гарвин вспоминал что в 1951г. в Лос-Аламосе Теллер рас-
сказал ему о научной идее, лежащей в основе создания будущего оружия, и попросил
сконструировать ядерное взрывное устройство. Рэй Киддер, один из основоположников
атомного оружия прокомментировал это заявление так: «Всегда существовало противоре-
чие подобного типа: у кого возникла идея создания водородной бомбы и кто ее создал.
Теперь все сказано. Это исключительно правдоподобно и, смею заметить, точно».
Однако среди ученых нет единодушия в отношении вклада 23-хлетнего (в ту пору
Гарвина в разработку термоядерной бомбы.
СССР
Как уже говорилось СССР через своего агента - английского физика Клауса Фукса
(до его ареста в 1950г.) получал практически все материалы по американским раз-
работкам как говорится из "первых рук". Но он был не единственным нашим источником
и после 1950г. информация продолжала поступать (может быть не том количестве). С
ней, в строжайшей тайне, знакомился только Курчатов. Никто (из физиков) кроме него
об этой информации не знал. Со стороны это выглядело как гениальное озарение Но к
идее использования термоядерного синтеза для создания бомбы советские ученые
похоже пришли самостоятельно. В 1946г. И. Гуревич, Я. Зельдович, И.Померанчук
и Ю. Харитон передали Курчатову совместное предложение в форме открытого отчёта.
Суть их предложения заключалась в использовании атомного взрыва в качестве детона-
тора для обеспечения взрывной реакции в дейтерии. При этом подчёркивалось, что
„желательна наибольшая возможная плотность дейтерия“, а для облегчения возникнове-
ния ядерной детонации полезно применение массивных оболочек, замедляющих разлёт.
Гуревич позднее назвал факт незасектеченности этого отчета «... наглядным доказа-
тельством того, что мы ничего не знали об американских разработках.» Но Сталин
и Берия во всю гнали создание атомной бомбы и на предложение малоизвстных ученых
не обратили внимания. Далее события развивались следующим образом.
В июне 1948г. по постановлению Правительства в ФИАНе под руководством И.Тамма
была создана специальная группа, в которую был включен А.Сахаров в задачу которой
входило исследование возможности создания водородной бомбы. При этом ей поручалась
проверка и уточнение тех расчётов, которые проводились в московской группе Я. Зель-
довича в Институте химической физики. Надо сказать, что в тот период группа Я.Зель-
довича разрабатывала проект «труба».
Уже в конце 1949г. Сахаров предложил новую модель водородной бомбы. Это была
гетерогенная конструкция из чередующихся слоев расщепляющегося материала и слоев
топлива синтеза (дейтерия в смеси с тритием). Схема получила наименование «слойка»
или схема Сахарова-Гинзбурга (непонятно каким образом «слойку» внедрялись жидкие
дейтерий и тритий). Эта модель имела некоторые недостатки - водородный компонент
бомбы был незначителен, что ограничивало мощность взрыва. Эта мощность могла быть
максимум в двадцать-сорок раз выше мощности обычной плутониевой бомбы. Кроме того
только тритий был очень дорог и для его производства требовалось много времени. По
предложению В. Гинзбурга в качестве источника дейтерия и трития был использован
литий, имевший к тому же дополнительные преимущества -твёрдое агрегатное состояние
и дешевизну.
В феврале 1950г. было принято постановление Совета Министров СССР ставившее
задачу организовать расчетно-теоретические, экспериментальные и конструкторские
работы по созданию изделий РДС-6с («слойка») и РДС-6т («труба»). Таким образом у
нас параллельно развивались два направления - «труба» и «слойка». В первую очередь
должно было быть создано изделие РДС-6с весом до 5т. для усиления мощности в дейте-
рид лития вводилось небольшое количество трития. Был установлен срок изготовления
первого экземпляра изделия РДС-6с - 1954г. К 1 мая 1952г. следовало изготовить РДС-6с была испытана 12 августа 1953г. на Семипалатинском полигоне,получив на
Западе наименование «Джо-4». Это была именно перемещаемая бомба, а не стационарное
устройство, как у американцев. Заряд имел несколько больший вес и те же габариты,
что и первая советская атомная бомба, испытанная в 1949г. Испытание решено было
провести в стационарных условиях на стальной башне высотой 40м. (заряд устанавли-
вался на высоте 30м.). Мощность взрыва была эквивалентна 400Кт. при кпд всего 15
- 20 %. Расчёты показали, что разлёт непрореагировавшего материала препятствует
увеличению мощности свыше 750Кт. Выделяемая мощность распределялась следующим
образом 40 кт. - триггер, 60-80 кт. синтез, остальное - деление оболочек из U-238.
Л.Феоктистов вспоминает: «В 1953г. мы... были уверены, что... «слойкой» мы не
только догоняем, но даже перегоняем Америку. ... Конечно, мы уже тогда слышали об
испытании «Майк», но...в то время мы думали, что богатые американцы взорвали «дом»
с жидким дейтерием... по схеме, близкой к «трубе» Зельдовича» . Бомба имела
два существенных недостатка, обусловленные наличием трития - высокая стоимость и
ограниченный (до полугода) срок годности. В дальнейщем от трития отказались, что
привело к некоторому снижению мощности. Испытание нового заряда было проведено 6
ноября 1955г. Причем впервые водорордная бомба была сброшена с самолета.
В начале 1954г. состоялось специальное совещание в Министерстве среднего маши-
ностроения с участием министра В. Малышева по «трубе». Было принято решение о
полной бесперспективности этого направления (в США к такому же выводу пришли еще в
1950г.). Дальнейшие исследования сконцентрировались на том, что у нас получило
название «атомного обжатия» (АО) идея которого заключалась использовать для обжа-
тия основного заряда не продуктов взрыва, а излучения (схема Улама-Теллера). В
связи с этим 14 января 1954г. Зельдович собственноручно написал записку Харитону,
сопроводив её поясняющей схемой: «В настоящей записке сообщаются предварительная
схема устройства для АО сверхъизделия и оценочные расчёты её действия. Применение
АО было предложено В. Давиденко». В своих «Воспоминаниях» Сахаров отмечал что к
этой идее «…одновременно пришли несколько сотрудников наших теоретических отделов.
Одним из них был я... Но также, несомненно, очень велика была роль Зельдовича,
Трутнева и некоторых...».
К началу лета 1955г. расчётно-теоретические работы были завершены, был выпущен
отчёт. Но изготовление экспериментального заряда завершилось лишь к осени. Он
был успешно испытан 22 ноября 1955г. Это была первая советская двухступенчатая
водородная бомба небольшой мощности, получившая обозначение РДС-37. При ее испы-
тании пришлось заменить часть термоядерного горючего на инертное вещество, чтобы
снизить мощность ради безопасности самолёта и жилого городка, находившегося при-
мерно в 70км. от места взрыва. Мощность взрыва составила 1,6Мт.
Решение о создании водородной бомбы мощностью 100Мт. Хрущев принял в 1961г.
дабы показать империалистам «кузькину мать». До этого максимальным зарядом,
испытанным в СССР заряд мощностью 2.9 Мт. К разработке устройства получившего
обозначение А602ЭН группа Сахарова приступила сразу после совещания с Хрущевым 10
июля 1961г. на котором было объявлено о начале проведения осенью 1961г. серии
испытаний устройств в 4, 10 и 12.5 Мт. Разработка шла ускоренными темпами. Из
готовившегося испытания не делали тайны. Публичное заявление по поводу планирующе-
гося супервзрыва было сделано Хрущевым 1 сентября 1961г. (в тот же день произве-
дено первое испытание серии). Ядерный заряд разрабатывался в ВНИИЭФ (Арзамас-16),
собиралась бомба в РФЯЦ-ВНИИТФ (Челябинск-70). Бомба имела трехступенчатую схему.
Около 50% мощности обеспечивалось термоядерной частью, а 50% - делением корпусов
третьей и второй ступеней из урана-238. Для испытаний было решено ограничить мак-
симальную мощность бомбы до 50 Мт. Для этого урановую оболочку третьей ступени
заменили на свинцовую что снизило вклад урановой части с 51.5 до 1.5 Мт. Для
обеспечения безопасного (для экипажа) применения «супербомбы» с самолета-носителя
в НИИ парашютно-десантных систем была создана тормозная парашютная система с пло-
щадью основного купола 1600 кв.м. Бомба имела длину около 8 м. диаметр около 2 м.
массу 27т. Груз таких габаритов не помещался ни в один из существующих бомбарди-
ровщиков и только Ту-95 на пределе грузоподъемности мог поднять его в воздух. Но
и в егов бомбоотсек бомба не помещалась. На заводе-изготовителе стратегический
бомбардировщик Ту-95 подвергли доработке, вырезав часть фюзеляжа и все-таки в
полете бомба больше чем наполовину торчала наружу. Такая подвеска и немалый вес
груза привели к тому, что самолет сильно сбавил в дальности и скорости - становясь
практически негодным к боевому применению. Весь корпус самолета, даже лопасти его
винтов, были покрыты специальной белой краской, защищающей от световой вспышки при
взрыве.
Все было готово уже через 112 дней после встречи с Хрущевым. Утром 30 октября
1961г. Ту-95 поднялся в воздух и взял курс на Новую Землю. Экипажем самолета
командовал майор А.Дурновцев (после испытания он получил звание Героя СССР и повы-
шение до подполковника). Бомба отделилась на высоте 10500м. и снижалась на замед-
ляющем парашюте до 4000м. За время падения самолет успел удалиться на относительно
безопасное расстояние в 40-50км. Взрыв произошел в 11:32 по московскому времени.
Вспышка оказалась настолько ярка, что ее можно было наблюдать с расстояния до 1000
км. на 300-километровом удалении был слышен мощный рев. Светящийся огненный шар
достиг земли и имел размеры около 10км. в диаметре. Гиганский гриб поднялся на
высоту в 65 км. После взрыва из-за ионизации атмосферы на 40 мин. было прервано
радиосообщение с Новой Землей. Зона полного уничтожения представляла собой круг в
25км. в радиусе 40км. были разрушены деревянные и сильно повреждены каменные дома,
на расстоянии 60 км. можно было получить ожоги третьей степени (с омертвлением
верхних слоев кожи), а окна, двери, крыши срывало и на больших расстояниях. При
полной мощности в 100 Мт. зона полного уничтожения имела бы радиус 35 км. зона
серьезных повреждений - 50 км. ожоги третьей степени можно было бы п олучить на
дистанции в 77 км.
С полной уверенностью можно утверждать, что использование такого оружия в
военных условиях было невозможно и испытание имело сугубо политическое и психоло-
гическое значение. Дальнейшие работы по бомбе были прекращены серийное производ-
ство не велось.
Великобритания
В Великобритании разработка термоядерного оружия была начата в 1954г. в Олдер-
мастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Ман-
хэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термо-
ядерной проблеме находилась на весьма зачаточном уровне, так как США не делились
информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946г.
В 1957г. Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом
океане под общим наименованием «Operation Grapple» (Операция Схватка). Первым под
наименованием «Short Granite» (Хрупкий Гранит) было испытано опытное термоядерное
устройство мощностью около 300Кт. оказавшееся значительно слабее советских и аме-
риканских аналогов. В ходе испытания «Orange Herald» (Оранжевый вестник) была
взорвана самая мощная из когда-либо созданных атомная бомба мощностью 700Кт. Почти
все свидетели испытаний (включая экипаж самолета, который ее сбросил) считали, что
это была термоядерная бомба. Бомба оказалась слишком дорогой в производстве, так
как в ее состав входил 117кг. плутония, а годовое производство плутония в Велико-
британии составляло в то время 120 кг.
В сентябре 1957г. была проведена вторая серия испытаний. Первым в испытании
под названием «Grapple Х Round» 8 ноября было взорвано двухступенчатое устройство с
небольшим термоядерным зарядом. Мощность взрыва составила приблизительно 1.8 Мт.
28 апреля 1958г. в ходе испытаний «Grapple Y» над островом Рождества была сброшена
самая мощная британская термоядерная бомба мощностью 3 Мт. 2 сентября 1958 г. был
взорван облегченный вариант этого устройства мощностью около 1,2 Мт. 11 сентября
1958 г. в ходе последнего испытания под наименованием "Halliard 1" было взорвано
трехступенчатое устройство мощностью около 800Кт.
Франция
В ходе испытаний «Канопус» во Французской Полинезии в августе 1968 г. Франция
взорвала термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью около 2,6Мт. Подроб-
ности о развитиии французской программы малоизвестны.
Это фотографии испытаний первой французской термоядерной бомбы.
Китай
КНР испытала своё первое термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью
3,31Мт. в июне 1967г. (известно также под наименованием «Испытание номер 6»). Испы-
тание было проведено спустя всего 32 месяца после взрыва первой китайской атомной
бомбы, что является примером самого быстрого развития национальной ядерной прог-
раммы от реакции расщепления к синтезу. Это стало возможным благодаря США откуда
в то время были высланы по подозрению в шпионаже работавшие там китайские физики.
Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).
Почему предпочтительнее слияние ядер?
При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.
В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.
Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.
Что такое реакция слияния ядер?
Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ
D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.
Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.
Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.
Как все начиналось
Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.
Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.
Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.
Принцип термоядерной бомбы
Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:
- вариант Теллера, известный как "классический супер";
- более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
- окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.
Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.
Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.
Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама
Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".
Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже.
Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.
Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.
По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.
Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже.
В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд - сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.
Последовательность термоядерного взрыва
Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.
На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.
Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.
Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.
В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.
Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.
Операция Плющ
Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.
Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.
СССР дает симметричный ответ
Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.
Достижение предельной мощности
Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».
Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.
Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.
При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.
После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.
Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.
Солнце как термоядерный реактор
Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?
Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.
Водородная бомба (Hydrogen Bomb, HB, ВБ) — оружие массового поражения, обладающее невероятной разрушительной силой (ее мощность оценивается мегатоннами в тротиловом эквиваленте). Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах (в том числе и на Солнце). Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ (проекта А.Д.Сахарова) было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.
Термоядерная реакция
Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры (порядка 15 млн градусов Кельвина). При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии.
Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т. вещества в секунду, выделяя при этом в космическое пространство непрерывный поток энергии.
Изотопы водорода
Самым простым из всех существующих атомов является атом водорода. В его состав входит всего один протон, образующий ядро, и единственный электрон, вращающийся вокруг него. В результате научных исследований воды (H2O), было установлено, что в ней в малых количествах присутствует так называемая «тяжёлая» вода. Она содержит «тяжёлые» изотопы водорода (2H или дейтерий), ядра которых, помимо одного протона, содержат так же один нейтрон (частицу, близкую по массе к протону, но лишённую заряда).
Науке известен также тритий — третий изотоп водорода, ядро которого содержит 1 протон и сразу 2 нейтрона. Для трития характерна нестабильность и постоянный самопроизвольный распад с выделением энергии (радиации), в результате чего образуется изотоп гелия. Следы трития находят в верхних слоях атмосферы Земли: именно там, под действием космических лучей молекулы газов, образующие воздух, претерпевают подобные изменения. Получение трития возможно также и в ядерном реакторе путём облучения изотопа литий-6 мощным потоком нейтронов.
Разработка и первые испытания водородной бомбы
В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок (атолл в Тихом океане) было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза.
Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.
В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали «слойкой» Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского «трёхэтажного дома», советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.
Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно «Счастливый дракон» и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.
Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.
Видео: испытания в СССР
Царь-бомба — термоядерная бомба СССР
Жирную точку в цепи набора тоннажа водородных бомб поставил СССР, когда 30 октября 1961 года на Новой Земле было проведено испытание 50-мегатонной (крупнейшей в истории) «Царь-бомбы » — результата многолетнего труда исследовательской группы А.Д. Сахарова. Взрыв прогремел на высоте 4 километра, а ударную волную трижды зафиксировали приборы по всему земному шару. Несмотря на то, что испытание не выявило никаких сбоев, бомба на вооружение так и не поступила. Зато сам факт обладания Советами таким вооружением произвёл неизгладимое впечатление на весь мир, а в США прекратили набирать тоннаж ядерного арсенала. В России, в свою очередь, решили отказаться от ввода на боевое дежурство боеголовок с водородными зарядами.
Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.
Сначала происходит детонация заряда-инициатора, находящегося внутри оболочки ВБ (миниатюрная атомная бомба), результатом которой становится мощный выброс нейтронов и создание высокой температуры, требуемой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка вкладыша из дейтерида лития (получают соединением дейтерия с изотопом лития-6).
Под действием нейтронов происходит расщепление лития-6 на тритий и гелий. Атомный запал в этом случае становится источником материалов, необходимых для протекания термоядерного синтеза в самой сдетонировавшей бомбе.
Смесь трития и дейтерия запускает термоядерную реакцию, вследствие чего происходит стремительное повышение температуры внутри бомбы, и в процесс вовлекается всё больше и больше водорода.
Принцип действия водородной бомбы подразумевает сверхбыстрое протекание данных процессов (устройство заряда и схема расположения основных элементов способствует этому), которые для наблюдателя выглядят мгновенными.
Супербомба: деление, синтез, деление
Последовательность процессов, описанных выше, заканчивается после начала реагирования дейтерия с тритием. Далее было решено использовать деление ядер, а не синтез более тяжёлых. После слияния ядер трития и дейтерия выделяется свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для инициации начала деления ядер урана-238. Быстрым нейтронам под силу расщепить атомы из урановой оболочки супербомбы. Расщепление тонны урана генерирует энергию порядка 18 Мт. При этом энергия расходуется не только на создание взрывной волны и выделения колоссального количества тепла. Каждый атом урана распадается на два радиоактивных «осколка». Образуется целый «букет» из различных химических элементов (до 36) и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно по этой причине и образуются многочисленные радиоактивные осадки, регистрируемые за сотни километров от эпицентра взрыва.
После падения «железного занавеса», стало известно, что в СССР планировали разработку «Царь бомбы», мощностью в 100 Мт. Из-за того, что тогда не было самолёта, способного нести столь массивный заряд, от идеи отказались в пользу 50 Мт бомбы.
Последствия взрыва водородной бомбы
Ударная волна
Взрыв водородной бомбы влечёт масштабные разрушения и последствия, а первичное (явное, прямое) воздействие имеет тройственный характер. Самое очевидное из всех прямых воздействий — ударная волна сверхвысокой интенсивности. Её разрушительная способность уменьшается при удалении от эпицентра взрыва, а так же зависит от мощности самой бомбы и высоты, на которой произошла детонация заряда.
Тепловой эффект
Эффект от теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и мощность ударной волны. Но к ним добавляется ещё один — степень прозрачности воздушных масс. Туман или даже незначительная облачность резко уменьшает радиус поражения, на котором тепловая вспышка может стать причиной серьёзных ожогов и потери зрения. Взрыв водородной бомбы (более 20 Мт) генерирует невероятное количество тепловой энергии, достаточной, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, выпарить воду практически всю воду из небольшого озера на расстоянии в 10 км, уничтожить живую силу противника, технику и постройки на том же расстоянии. В центре образуется воронка диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытая толстым слоем стекловидной массы (несколько метров пород, имеющих большое содержание песка, почти мгновенно плавятся, превращаясь в стекло).
Согласно расчётам, полученным в ходе реальных испытаний, люди получают 50% вероятность остаться в живых, если они:
- Находятся в железобетонном убежище (подземном) в 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ);
- Находятся в жилых домах на расстоянии 15 км от ЭВ;
- Окажутся на открытой территории на расстоянии более 20 км от ЭВ при плохой видимости (для «чистой» атмосферы минимальное расстояние в этом случае составит 25 км).
С удалением от ЭВ резко возрастает и вероятность остаться в живых у людей, оказавшихся на открытой местности. Так, на удалении в 32 км она составит 90-95%. Радиус в 40-45 км является предельным для первичного воздействия от взрыва.
Огненный шар
Ещё одним явным воздействием от взрыва водородной бомбы являются самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), образующиеся вследствие вовлекания в огненный шар колоссальных масс горючего материала. Но, несмотря на это, самым опасным по степени воздействия последствием взрыва окажется радиационное загрязнение окружающей среды на десятки километров вокруг.
Радиоактивные осадки
Возникший после взрыва огненный шар быстро наполняется радиоактивными частицами в огромных количествах (продукты распада тяжёлых ядер). Размер частиц настолько мал, что они, попадая в верхние слои атмосферы, способны пребывать там очень долго. Всё, до чего дотянулся огненный шар на поверхности земли, моментально превращается в пепел и пыль, а затем втягивается в огненный столб. Вихри пламени перемешивают эти частички с заряженными частицами, образуя опасную смесь радиоактивной пыли, процесс оседания гранул которой растягивается на долгое время.
Крупная пыль оседает довольно быстро, а вот мелкая разносится воздушными потоками на огромные расстояния, постепенно выпадая из новообразованного облака. В непосредственной близости от ЭВ оседают крупные и наиболее заряженные частицы, в сотнях километров от него всё ещё можно встретить различимые глазом частицы пепла. Именно они образуют смертельно опасный покров, толщиной в несколько сантиметров. Каждый кто окажется рядом с ним, рискует получить серьёзную дозу облучения.
Более мелкие и неразличимые частицы могут «парить» в атмосфере долгие годы, многократно огибая Землю. К тому моменту, когда выпадут на поверхность, они изрядно теряют радиоактивность. Наиболее опасен стронций-90, имеющий период полураспада 28 лет и генерирующий стабильное излучение на протяжении всего этого времени. Его появление определяется приборами по всему миру. «Приземляясь» на траву и листву, он становится вовлечённым в пищевые цепи. По этой причине у людей, находящихся за тысячи километров от мест испытаний при обследовании обнаруживается стронций-90, накапливаемый в костях. Даже если его содержание крайне невелико, перспектива оказаться «полигоном для хранения радиоактивных отходов» не сулит человеку ничего хорошего, приводя к развитию костных злокачественных новообразований. В регионах России (а также других стран), близких к местам пробных запусков водородных бомб, до сих пор наблюдается повышенный радиоактивный фон, что ещё раз доказывает способность этого вида вооружения оставлять значительные последствия.
Видео о водородной бомбе
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская водородная бомба.
А 16 января 1963 года, в самый разгар холодной войны, Никита Хрущёв заявил миру о том, что Советский союз обладает в своём арсенале новым оружием массового поражения. За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире — на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. Во многом именно это заявление советского лидера заставило мир осознать угрозу дальнейшей эскалации гонки ядерных вооружений: уже 5 августа 1963 г. в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.
История создания
Теоретическая возможность получения энергии путём термоядерного синтеза была известна ещё до Второй мировой войны, но именно война и последующая гонка вооружений поставили вопрос о создании технического устройства для практического создания этой реакции. Известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путём сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества — но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. США и СССР вели разработки термоядерного оружия начиная с 40-х годов, практически одновременно испытав первые термоядерные устройства в начале 50-х. В 1952 году на атолле Эниветок США осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны (что в 450 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки), а в 1953 году в СССР было испытано устройство мощностью 400 килотонн.Конструкции первых термоядерных устройств были плохо приспособленными для реального боевого использования. К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн. Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива — дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании. В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн — самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба».
Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно — это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае (в 1967 году) и во Франции (в 1968 году).
Принцип действия водородной бомбы
Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия. Во время реакции часть массы ядер водорода превращается в большое количество энергии — благодаря этому звёзды и выделяют огромное количество энергии постоянно. Учёные скопировали эту реакцию с использованием изотопов водорода — дейтерия и трития, что и дало название «водородная бомба». Изначально для производства зарядов использовались жидкие изотопы водорода, а впоследствии стал использоваться дейтерид лития-6, твёрдое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития.
Дейтерид лития-6 является основным компонентом водородной бомбы, термоядерным горючим. В нём уже хранится дейтерий, а изотоп лития служит сырьём для образования трития. Для начала реакции термоядерного синтеза требуется создать высокие температуру и давление, а также выделить из лития-6 тритий. Эти условия обеспечивают следующим образом.
Оболочку контейнера для термоядерного горючего делают из урана-238 и пластика, рядом с контейнером размещают обычный ядерный заряд мощностью несколько килотонн — его называют триггером, или зарядом-инициатором водородной бомбы. Во время взрыва плутониевого заряда-инициатора под действием мощного рентгеновского излучения оболочка контейнера превращается в плазму, сжимаясь в тысячи раз, что создаёт необходимое высокое давление и огромную температуру. Одновременно с этим нейтроны, испускаемые плутонием, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий. Ядра дейтерия и трития взаимодействуют под действием сверхвысоких температуры и давления, что и приводит к термоядерному взрыву.
Если сделать несколько слоёв урана-238 и дейтерида лития-6, то каждый из них добавит свою мощность ко взрыву бомбы — т. е. такая «слойка» позволяет наращивать мощность взрыва практически неограниченно. Благодаря этому водородную бомбу можно сделать почти любой мощности, причём она будет гораздо дешевле обычной ядерной бомбы такой же мощности.
