Термоядерное оружие. Водородная бомба. История создания мощного оружия Термоядерные взрывные устройства
Итак, в водородной бомбе при термоядерном взрыве выгорает 100% смеси дейтерия и трития. Но в ней, как и во всех энергетических процессах, идет их расщепление, а не синтез гелия. Именно поэтому нет никакого прогресса в освоении термоядерного синтеза для получения электроэнергии, что энергетические устройства проектируются по ошибочной теории.
Полученные выше результаты можно отнести к урановому заряду водородной бомбы. Итак, расщепление уранового заряда прервалось и электронный газ вырвался на новый оперативный простор. Если термоядерным горючим служила смесь дейтерия и трития, то можно сказать, что все 2∙10 28 электронов равномерно распределились в объеме водородной бомбы и каждый электрон стал началом цепной реакции с коэффициентом размножения равным трем. Повторяется тот же процесс, что и в центре уранового заряда, но с теми отличиями, что здесь нет лимитирующего фактора в распространении ФПВР на всю массу термоядерного горючего. Именно поэтому выгорает вся масса ядерного горючего – все 100%. По ходу развития процесса ФПВР электрино покидают объем бомбы в виде γ –излучения, а все высвобождающиеся электроны накапливаются в нем. И опять электронный газ создает высокое напряжение (давление) по всему объему бомбы, разрывает корпус и выходит на новый оперативный простор. При этом все накопленное количество электронов приступает к расщеплению азота и кислорода воздуха. ФПВР в атмосферном воздухе гаснет, в основном, за счет связывания электронов в отрицательно заряженные ионы воздуха, значительная часть которых становится радиоактивной.
Интересно почувствовать масштаб дополнительной мощности от взрыва воздуха при термоядерном взрыве. По воспоминаниям Славского из газет известно, что при взрыве водородной бомбы мощностью 58 Мт по тротиловому эквиваленту на Новой Земле в радиусе 20 км испарился лед 3-х метровой толщины. После несложного подсчета видно, что только на испарение этого льда затрачено энергии в 50 раз больше, чем указанная мощность бомбы. Ясно, что эта цифра оценочная и она многое не учитывает; в открытой литературе встречаются данные о том, что при разных термоядерных взрывах дополнительная энергия участвующего во взрыве воздуха на 2...3 порядка выше расчетной мощности термоядерной бомбы.
Что касается синтеза атомов и молекул, то действительно при этом выделяется энергия. Однако, она на 20 порядков меньше, чем энергия распада вещества той же массы на элементарные частицы и обусловлена частичным распадом атомов при их сближении, а не синтезом. Тогда электроны – «склейщики» молекулы за краткий миг успевают «раздеть» атомы, сняв с них несколько электрино с выделением энергии, которую и считают энергией синтеза. Поэтому и теоретически и практически энергия выделяется только при распаде вещества, как аккумулятора энергии, на элементарные частицы.
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.
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
Время: 0 с. Расстояние: 0 м (точно в эпицентре).
Инициация взрыва ядерного детонатора.
Время:
<
0,0000001 c. Расстояние: 0 м. 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 (10 6 —10 7 м/с). Около 90% выделяющихся при реакциях нейтронов поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10% вылетают наружу.
Время:
<
10 −7 c. Расстояние: 0 м.
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 −7 c. Расстояние: 2 м. 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 с падает до 1% плотности окружающего воздуха; температура за 2,6 с падает до 7—8 тыс.°C, ~5 секунд удерживается и дальше снижается с подъёмом огненной сферы; давление через 2—3 с падает до несколько ниже атмосферного.
Время: 1,1×10 −7 c. Расстояние: 10 м. 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: 1,4×10 −7 c. Расстояние: 16 м. Температура: 4 млн.°C.
В целом от 10−7 до 0,08 секунд идёт первая фаза свечения сферы с быстрым падением температуры и выходом ~1% энергии излучения, большей частью 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: 1,7×10 −7 c. Расстояние: 21 м. 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 среагировать никак — даже практически не нагреваются, а, оказавшись внутри сферы под потоком излучения, испаряются мгновенно.
Время: 0,000001 c. Расстояние: 34 м. 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, начиная где-то 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: 0,000001 c. Расстояние: 34 м. Температура: 2 млн.°C.
Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8—12 м от места взрыва, пик давления до 17000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность в ~4 раза больше плотности воздуха, скорость ~100 км/с. Область горячего воздуха: давление на границе 2500 МПа, внутри области до 5000 МПа, скорость частиц до 16 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутреннего скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют скорость.
Время: 0,000034 c. Расстояние: 42 м. Температура: 1 млн.°C.
Условия в эпицентре взрыва первой советской водородной бомбы (400 кт 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.
Время: 0,0036 c. Расстояние: 60 м. Температура: 600 тыс.°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.
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: 0,014 c. Расстояние: 110 м. Температура: 400 тыс.°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, 20 и 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: 0,004 c. Расстояние: 135 м. Температура: 300 тыс.°C.
Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки в земле. Фронт ударной волны искривлён ударами сгустков паров бомбы.
Время: 0,007 c. Расстояние: 190 м. Температура: 200 тыс.°C.
На гладком и как бы блестящем фронте ударной 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 огненной сферы («канатные трюки»); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны.
Время: 0,01 c. Расстояние: 214 м. Температура: 200 тыс.°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: 0,015 c. Расстояние: 250 м. Температура: 170 тыс.°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: 0,028 c. Расстояние: 320 м. Температура: 110 тыс.°C.
Человек развеивается потоком плазмы (скорость ударной волны равна скорости звука в костях, тело разрушается в пыль и сразу сгорает). Полное разрушение самых прочных наземных построек.
Время: 0,073 c. Расстояние: 400 м. Температура: 80 тыс.°C.
Неровности на сфере пропадают. Плотность вещества падает в центре почти до 1%, а на краю изотермической сферы диамером ~320 м - до 2% атмосферной. На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30000°C и падение до 7000°C, ~5 с удержание на уровне ~6500°C и снижение температуры за 10—20 с по мере ухода огненного шара вверх.
Время: 0,079 c. Расстояние: 435 м. Температура: 110 тыс.°C.
Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием Температурный минимум излучения ударной волны, окончание первой фазы свечения. Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами с 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 80 тыс.°C новые молекулы NO 2 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.
Время: 0,1 c. Расстояние: 530 м. Температура: 70 тыс.°C.
Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Наступает вторая 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: 0,15 c. Расстояние: 580 м. Температура: 65 тыс.°C. Радиация: ~100000 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: 0,25 c. Расстояние: 630 м. Температура: 50 тыс.°C. Проникающая радиация: ~40000 Гр.
Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна вызывает травматические ампутации, а подошедшая через долю секунды огненная сфера обугливает останки.
Полное разрушение танка. Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев. Разрушение подземных железобетонных труб диаметром 1,5 м с толщиной стенок 0,2 м. Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС. Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений. Незначительные повреждения подземных сооружений метро.
Время: 0,4 c. Расстояние: 800 м. Температура: 40 тыс.°C.
Нагрев объектов до 3000°C. Проникающая радиация ~20000 Гр. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ), разрушение защитных устройств входов в метро. Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС. ДОТы становятся небоеспособны на дистанции 250 м.
Время: 0,73 c. Расстояние: 1200 м. Температура: 17 тыс.°C. Радиация: ~5000 Гр.
При высоте взрыва 1200 м нагрев приземного воздуха в эпицентре перед приходом ударной волны до 900°C. Человек — стопроцентная 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: 1,4 c. Расстояние: 1600 м. Температура: 12 тыс.°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: 1,6 c. Расстояние: 1750 м. Температура: 10 тыс.°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 отдельно стоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV, или класс 4), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий.
Время: 1,9 c. Расстояние: 1900 м. Температура: 9 тыс.°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 (диаметром ~2 км), 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: 2,6 c. Расстояние: 2200 м. Температура: 7,5 тыс.°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 железобетонным перекрытием и в большинстве убежищ ГО.
Разрушение грузовых автомобилей. 0,1 МПа — расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена.
Время: 3,8 c. Расстояние: 2800 м. Температура: 7,5 тыс.°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: 6 c. Расстояние: 3600 м. Температура: 4,5 тыс.°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 землетрясению силой 10 баллов.
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: 10 c. Расстояние: 6400 м. Температура: 2 тыс.°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 на ~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 силой 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 скорости подъёма гриба, настигает облако, проходит насквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку.
Время: 15 c. Расстояние: 7500 м.
Лёгкие поражения человека ударной волной. Ожоги третьей степени открытых частей тела.
Полное разрушение деревянных домов, сильное разрушение кирпичных многоэтажных домов 0,02—0,03 МПа, 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 силой 6 баллов, урагану 12 баллов со скоростью ветра до 39 м/с. Гриб вырос до 3 км над эпицентром 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: 35 c. Расстояние: 14 км.
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 силой 4-5 баллов, шторму 9—11 балов со скоростью ветра 21—28,5 м/с. Гриб вырос до ~5 км, огненное облако светит всё слабее.
Время: 1 мин. Расстояние: 22 км.
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: 1,5 мин. Расстояние: 35 км.
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/ч. Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину.
Время: 4 мин. Расстояние: 85 км.
Вспышка похожа на большое и 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/ч.
Время: 8 мин. Расстояние: 145 км.
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 макси-мальных размеров и наблюдается ещё 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: 300-500 км.
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.
===============
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.