Головна Хронічний Хтось перший створив водневої бомби. Воднева бомба. Історія створення потужної зброї. Вибух «Цар-бомби» - бути чи не бути

Хтось перший створив водневої бомби. Воднева бомба. Історія створення потужної зброї. Вибух «Цар-бомби» - бути чи не бути

Я зрозумів, що бомби іржавіють. Навіть атомні. Хоча цей вислів і не варто сприймати буквально, загальний зміст того, що відбувається саме такий. З цілого ряду природних причин складна зброя з часом втрачає свої споконвічні властивості настільки, що виникають дуже серйозні сумніви в її спрацьовуванні, якщо справа до того дійде. Наочний приклад цього - нинішня історія з американською термоядерною бомбою В61, ситуація з якою склалася взагалі заплутана і, частково, десь навіть комічна. Виробники ядерних боєголовок по обидва боки океану пропонують однаковий гарантійний термін на свої вироби - 30 років.

Оскільки навряд йдеться про корпоративну змову монополістів, очевидно, що проблема – у законах фізики. Ось як описує автор.

Національне управління ядерної безпеки США (NNSA) у себе на сайті розмістило повідомлення про початок інженерної підготовки виробництва модернізованої термоядерної авіабомби В61-12, що є подальшою модифікацією "виробу" В61, що надходив до арсеналу США з 1968 по кінець 1990-х років і складає сьогодні, нарівні крилатими ракетами "Томагавк", основою американської тактичної ядерної могутності. Як зазначив голова NNSA Френк Клотц, це дозволить продовжити термін експлуатації системи ще як мінімум на 20 років, тобто. приблизно до 2040 – 2045 року.

Чи варто дивуватися галасу, який негайно зчинили журналісти з цього приводу? А як же нещодавно ухвалений у США білль про заборону розробки нових видів ядерної зброї? А як же умови договору про СНО-ІІІ? Щоправда, знайшлися й ті, хто спробував ув'язати заяву Клотця з російською заявою, що прозвучала ще в 2011 році, про початок широкомасштабних робіт з модернізації свого ядерного арсеналу. Щоправда, там йшлося не стільки про створення нових боєзарядів, скільки про розробку нових носіїв, наприклад міжконтинентальних балістичних ракет п'ятого покоління “Рубіж” та “Сармат”, залізничний комплекс “Баргузін”, ракету морського базування “Булава” та будівництво восьми підводних крейсерів” Борей”. Але кого зараз такі тонкощі турбують? Тим більше, що тактична ядерна зброя під умови СНО-ІІІ все одно не підпадає. Та й, за великим рахунком, все перераховане до першопричин історії має дуже опосередковане відношення. Вихідний мотив полягає, як сказано, передусім, у законах фізики.

Історія В61 розпочалася у 1963 році з проекту ТХ-61 Лос-Аламоської національної лабораторії у Нью-Мехіко. Математичне моделювання реалізації концепції застосування ядерної зброї, що панувала на той час, показало, що навіть після масованих ядерних ударів боєголовками балістичних ракет на полі бою залишиться маса важливих і добре захищених об'єктів, спираючись на які противник (ми всі добре розуміємо, кого вони мали на увазі) зможе продовжити ведення великої війни. ВПС США знадобився тактичний інструмент для, так би мовити, “точкового ураження”, наприклад, заглиблених бункерів управління та зв'язку, підземних паливних сховищ або інших об'єктів, на кшталт відомої підземної бази підводних човнів у Криму, за допомогою наземних ядерних вибухів малої потужності. Ну, як малої, "від 0,3 кілотон". І до 170 кілотонів, але про це нижче.

У серію виріб пішов у 1968 році і отримав офіційне найменування В61. За весь час виробництва у всіх модифікаціях цих бомб американці наштампували 3155 штук. І ось з цього моменту починається сама нинішня історія, тому що сьогодні з усього тритисячного арсеналу “в живих” залишилося: 150 “стратегічних” і близько 400 “тактичних” бомб, а також приблизно 200 “тактичних” виробів знаходяться на зберіганні в резерві. На цьому все. Куди поділися решта? Цілком доречно пожартувати - повністю заіржавіли, - і це буде не так, щоб великий жарт.

Бомба В61 є термоядерною, або як їх ще не зовсім правильно, але часто називають водневою. Її руйнівна дія заснована на використанні реакції ядерного синтезу легких елементів у більш тяжкі (наприклад, одержання одного атома гелію з двох атомів дейтерію), при якій виділяється величезна кількість енергії. Теоретично запустити таку реакцію можна і серед рідкого дейтерію, але це складно з погляду конструкції. Хоча перші випробувальні вибухи на полігоні відбувалися саме так. Але отримати виріб, який можна було б доставити до мети літаком, вдалося тільки завдяки з'єднанню важкого ізотопу водню (дейтерію) і ізотопу літію з масовим числом 6 відомого сьогодні як дейтерид літію -6. Крім "ядерних" властивостей, його головна перевага полягає в тому, що він твердий і дозволяє зберігати в собі дейтерій за плюсових температур зовнішнього середовища. Власне, саме з появою доступного 6Li з'явилася можливість реалізувати на практиці у вигляді зброї.

Американська термоядерна бомба ґрунтується на принципі Теллера-Улама. З відомою часткою умовності її можна представити у вигляді міцного корпусу, всередині якого знаходиться тригер ініціює і контейнер з термоядерним пальним. Тригером, або по-нашому детонатором, є невеликий плутонієвий заряд, завдання якого зводиться до створення початкових умов для запуску термоядерної реакції - високої температури та тиску. "Термоядерний контейнер" містить в собі дейтерид літію -6 і розташований строго по поздовжній осі плутонієвий стрижень, що грає роль запалу термоядерної реакції. Сам контейнер (може виготовлятися з урану-238, і з свинцю) покритий сполуками бору захисту вмісту від передчасного розігріву потоком нейтронів від тригера. Точність взаємного розташування тригера і контейнера надзвичайно важлива, тому, після збирання виробу, внутрішній простір заливається спеціальним пластиком, що проводить випромінювання, але при цьому забезпечує надійну фіксацію під час зберігання і до етапу підриву.

При спрацьовуванні тригера 80% енергії виділяється у вигляді імпульсу так званого м'якого рентгенівського випромінювання, який поглинається пластиком і оболонкою "термоядерного" контейнера. По ходу процесу те й інше перетворюється на високотемпературну плазму, що знаходиться під великим тиском, і обтискає вміст контейнера до об'єму, що становить менш ніж тисячну частку від вихідного. Тим самим плутонієвий стрижень перетворюється на надкритичний стан, стаючи джерелом власної ядерної реакції. Руйнування ядер плутонію створює нейтронний потік, який, взаємодіючи з ядрами літію-6, вивільняє тритій. Він вже вступає у взаємодію з дейтерієм і починається та сама реакція синтезу, що виділяє основну енергію вибуху.

A: Боєголовка перед вибухом; перший ступінь зверху, другий ступінь внизу. Обидва компоненти термоядерної бомби.
B: Вибухова речовина підриває перший ступінь, стискаючи ядро плутонію до надкритичного стану та ініціюючи ланцюгову реакцію розщеплення.
C: У процесі розщеплення в першому ступені відбувається імпульс рентгенівського випромінювання, який поширюється вздовж внутрішньої частини оболонки, проникаючи через наповнювач із пінополістиролу.
D: Другий ступінь стискається внаслідок абляції (випаровування) під впливом рентгенівського випромінювання, і плутонієвий стрижень усередині другого ступеня переходить у надкритичний стан, ініціюючи ланцюгову реакцію, виділяючи величезну кількість тепла.
E: У стислому і розігрітому дейтериді літію-6 відбувається реакція злиття, нейтронний потік, що випускається, є ініціатором реакції розщеплення тампера. Вогненна куля розширюється.

Ну а поки воно все не бабахнуло, термоядерна В61 є звичним видом "бомбоподібну залізяку" довжиною 3,58 метра і діаметром 33 см, що складається з декількох частин. У носовому обтічнику - електроніка, що управляє. За ним відсік із зарядом, що зовні виглядає як абсолютно непомітний металевий циліндр. Потім ще відносно невеликий відсік з електронікою і хвостовик з жорстко закріпленими стабілізаторами, що містить гальмівний стабілізуючий парашут, для уповільнення швидкості падіння, щоб літак, що скинув бомбу, отримав час піти із зони впливу вибуху.

Бомба "B-61" у розборі.

У такому вигляді бомба і зберігалася там, де треба. У тому числі майже 200 штук розгорнуто у Європі: у Бельгії, Нідерландах, Німеччині, Італії та Туреччині. Чи ви думаєте, чому США своїх громадян сьогодні з Туреччини відкликають, навіть сім'ї дипломатів евакуюють, а охорона на авіабазі НАТО Інджирлік зайняла периметр “по-бойовому” і готується реально стріляти у свого партнера по військовому блоку за найменшої спроби перетнути периметр “американського” сектору? Причина якраз у наявності там деякого оперативного запасу американської тактичної ядерної зброї. Саме цих ось В61. Скільки їх у Туреччині точно – встановити не вдалося, а ось на авіабазі Рамштайн у Німеччині їх лежить 12 штук.

Полігонні випробування В61 перших моделей загалом дали задовільний результат. З дальності в 40 - 45 кілометрів, виріб потрапляв у коло радіусом близько 180 метрів, що при максимальній потужності вибуху в 170 кілотон гарантувало успішну компенсацію промаху на відстані силою самого наземного вибуху. Правда, невдовзі військові звернули увагу на теоретичну можливість конструкції дещо варіювати потужність підриву, оскільки максимальна була потрібна далеко не завжди, а в ряді випадків від зайвої старанності шкоди виявлялося значно більше, ніж користі. Так що "чистий" В61, як її вигадали спочатку, сьогодні вже не збереглося.
Весь випущений запас пройшов цілу серію послідовних модифікацій, з яких зараз найстародавнішою є В61-3 і незабаром за нею послідувала В61-4. Остання особливо цікава тим, що той самий виріб, залежно від налаштувань електроніки, може створити вибух потужністю 0,3 - 1,5 - 10 - 45 кілотонн. Зважаючи на все, 0,3 кілотонни це і є зразкове значення потужності вибуху тригера, без запуску наступної термоядерної частини бомби.

В даний час на озброєнні США знаходяться 3-я і 4-а модель В61, для так званого "низького" бомбометання, що застосовується літаками тактичної авіації: F-16, F-18, F-22, A-10, Tornado та Eurofighter. А допрацьовані до кроку потужності 60, 80 і 170 кілотон, модифікації 7 і 11 вважаються "висотними" і входять до асортименту озброєння стратегічних бомбардувальників В-2А та В-52Н.

На тому історія й закінчилася б, якби не фізика. Здавалося б, зробили бомбу, поклали в спецсховище, поставили охорону та потекла собі служба рутинна. Ну так, на початку 70-х, в результаті авіаційних НП з Б-52, що патрулювали в повітрі, трапилося кілька неприємностей, коли скільки-то ядерних бомб виявилися втрачені. Біля берегів Іспанії іноді пошуки спалахують до цього дня. ВПС США так і не зізналися, скільки ж точно “виробів” у них того разу “втопилося разом із уламками літака”. Ось тільки було 3155, а залишилося щось близько тисячі, це ні на які НП не списати. Куди поділася різниця?

Я не занудства заради вище докладно розписував пристрій американського тактичного “ядренбатона”. Без нього складно було б зрозуміти суть проблеми, з якою зіткнулися США, і яку намагалися приховувати як мінімум протягом останніх 15 років. Ви пам'ятаєте, бомба складається з бака з термоядерним паливом і плутонієвого тригера - запальнички. З тритієм там ніяких проблем. Дейтерид-літію-6 - речовина тверда і за своїми характеристиками досить стабільна. Звичайна вибухівка, з якої складається детонаційна сфера початкового ініціатора тригера, згодом свої характеристики, звичайно, змінює, але її заміна особливої проблеми не створює. А ось до плутонію є запитання.

Збройовий плутоній – він розпадається. Постійно та невпинно. Проблема боєздатності “старих” плутонієвих зарядів у тому, що з часом зменшується концентрація Плутонію 239. Через альфа-розпад (ядра Плутонія-239 «втрачають» альфа-частинки, що являють собою ядра атома Гелія), замість нього утворюється домішка Урана 235. Відповідно, зростає критична маса. Для чистого Плутонію 239 - це 11кг (10см сфера), для урану - 47 кг (17см сфера). Уран -235 також розпадається (це як і у випадку з Плутонієм-239, теж альфа-розпад), забруднюючи плутонієву сферу Торієм-231 і Гелієм. років, також розпадається (у цьому випадку йде вже бета-розпад - Плутоній-241 «втрачає» електрон і нейтрино), даючи Амеріцій 241, що ще більше погіршує критичні показники (Америцій-241 розпадається за альфа-варіантом до Нептунія-237 і все того ж Гелія).

Коли я говорив про іржу, я не дуже те й жартував. Плутонієві заряди "старіють". І їх, начебто, неможливо “оновити”. Так, теоретично, можна змінити конструкцію ініціатора, розплавити 3 старих кульки, сплавити з них 2 нових… Збільшивши масу з урахуванням деградації плутонію. Однак "брудний" плутоній – ненадійний. Навіть збільшена “кулька” може не вийти на надкритичний стан під час обтиснення під час вибуху… А якщо раптом по якійсь статистичній забаганки в отриманій кульці утворюється підвищений вміст Плутонію-240 (утворюється з 239 захопленням нейтрона) – то навпаки, може бабахнути прямо на заводі. Критичною величиною є 7% Плутонію-240, перевищення якої може призвести до витончено сформульованої «проблеми» - «передчасної детонації».
Таким чином, ми приходимо до висновку, що для оновлення парку B61 Штатам потрібні нові, свіжі плутонієві ініціатори. Але офіційно - реактори-розмножувачі в Америці були закриті ще 1988 року. Існують, звісно, ще накопичені запаси. У РФ до 2007 року було накопичено 170 тонн збройового плутонію, у США - 103 тонни. Хоча ці запаси теж "старіють". Плюс до того, згадується стаття НАСА про те, що США залишилося Плутонія-238 всього на пару РІТЕГів. Департамент енергетики обіцяє НАСА 1.5 кг Плутонію-238 на рік. "Нові горизонти" має 220Ватний РІТЕГ, що містить у собі 11 кілограмів. "Цікавість" - несе РІТЕГ з 4.8 кг. Причому є припущення, що цей плутоній вже був куплений у Росії.

Це і відкриває завісу таємниці над питанням "масового усихання" американської тактичної ядерної зброї. Підозрюю, що всі В61, вироблені до початку 80-х років ХХ століття вони розібрали самі, так би мовити, щоб уникнути "раптових випадковостей". А також через невідомість: - а чи спрацює виріб, як треба, якщо, не приведи Господи, справа таки дійде до його практичного застосування? Але тепер почав "підходити термін" частини арсеналу, що залишилася і судячи з усього старі прийоми з ним вже не проходять. Бомби треба розбирати, але зробити нові в Америці вже нема з чого. Від слова – взагалі. Технології збагачення урану втрачено, напрацювання збройового плутонію зупинено тепер уже за взаємною домовленістю Росії та США, спеціальних реакторів зупинено. Фахівців практично не лишилося. Та й грошей починати ці ядерні танці з початку у потрібній кількості, як з'ясувалося, США вже теж не мають. А відмовитися від тактичної ядерної зброї не можна з цілої низки політичних причин. Та й взагалі, у США всі, від політиків до військових стратегів надто звикли до наявності у себе тактичної ядерної палиці. Без неї їм якось незатишно, холодно, страшно та дуже самотньо.

Втім, судячи з інформації відкритих джерел, поки що ядерна начинка у В61 ще не зовсім до кінця «протухла». Років 15 - 20 виріб ще спрацьовуватиме. Інше питання, що про встановлення на максимальну потужність можна забути. Значить, що? Значить, треба придумати, як ту ж бомбу можна класти точніше! Розрахунки на матмоделях показали, що при скороченні радіуса кола, в який виріб гарантовано потраплятиме, до 30 метрів, і забезпечення не наземного, а підземного підриву бойової частини на глибині хоча б від 3 до 12 метрів, руйнівна сила удару, за рахунок процесів, протікають у щільне середовищі ґрунтів, виходить тієї ж, а потужність вибуху можна зменшити до 15 разів. Грубо кажучи, той же результат досягається 17 кілотоннами, замість 170. Як це зробити? Так просто, Ватсон!
ВВС вже скоро як 20 років використовують технологію Joint Direct Attack Munition (JDAM). Береться звичайна "тупа" (від англійського dumb) бомба.

На неї навішується комплект наведення, що включає використання GPS, замінюється хвостова частина з пасивної на бортову комп'ютера, що активно підрулює по командах, і ось вам нова, вже "розумна" (smart) бомба, здатна вражати ціль точно. Крім того, заміна матеріалів деяких елементів корпусу і головного обтічника дозволяє оптимізувати траєкторію зустрічі виробу з перешкодою так, щоб за рахунок власної кінетичної енергії воно могло до вибуху проникати в ґрунт на потрібну глибину. США. Під час Другої Іракської відомий випадок поразки 500 кілограмової JDAM іракського бункера, що знаходився на глибині 18 метрів під землею. Причому підрив бойової частини самої бомби стався на мінус третьому рівні бункера, що знаходився ще 12-ма метрами нижче. Сказано зроблено! У США з'явилася програма модернізації всіх 400 "тактичних" та 200 "запасних" В61 в новітню модернізацію В61-12. Втім, ходять чутки, що висотні варіанти під цю програму потраплять теж.

На фото із програми випробувань добре видно, що інженери пішли саме таким шляхом. На хвостовик, що стирчить за стабілізаторами уваги не варто звертати. Це елемент кріплення до випробувального стенду в аеродинамічній трубі.

Важливо, що у центральної частини виробу з'явилася вставка, у якій розташовані малопотужні ракетні двигуни, вихлоп сопел яких забезпечує бомбі власне обертання поздовжньої осі. У поєднанні з головкою самонаведення та активними кермами, В61-12 тепер може планувати на дальність до 120 - 130 кілометрів, дозволяючи літаку-носителю виробляти її скидання без заходу в зону ППО цілі.
20 жовтня 2015 року ВПС США провели кидкові випробування зразка нової тактичної термоядерної бомби на полігоні в штаті Невада, використавши як носій винищувач-бомбардувальник F-15E. Боєприпас без заряду впевнено вразив коло радіусом 30 метрів.

Щодо точності (КВО):

Це означає, що формально американцям вдалося (є такий у них вираз) схопити Бога за бороду. Під соусом "просто модернізації одного старого виробу", яке, до того ж, ні під один із свіжоукладених договорів не підпадає, США створили "ядерне шило" з підвищеною дальністю і точністю. З урахуванням особливостей фізики ударної хвилі підземного вибуху та модернізації бойової частини під 0,3 – 1,5 – 10 – 35 (за іншими джерелами до 50) кілотонн, у проникаючому режимі В61-12 може забезпечити такі ж руйнування, як за звичайного наземного вибуху потужністю від 750 до 1250 кілотонн.

Щоправда, зворотним боком успіху стали... гроші та союзники. На самі пошуки рішення, включаючи кидкові випробування на полігоні, з 2010 року Пентагон витратив лише 2 млрд. доларів, що за американськими мірками є дрібниці. Щоправда, виникає єхидне питання, що вони такого нового там вигадували, якщо врахувати, що найдорожчий серійний комплект обладнання для переоснащення порівнянної за розміром та вагою звичайної фугасної авіабомби типу GBU там коштує лише 75 тис. дол? Ну та гаразд, чого в чужу кишеню заглядати.
Інша справа, що самі експерти з NNSA прогнозують розмір витрат на переробку всього поточного боєзапасу В61 у сумі щонайменше 8,1 млрд. дол. до 2024 року. Це якщо ніщо нікуди на той момент не подорожчає, що для американських військових програм є очікування абсолютно фантастичне. Хоча… якщо навіть цей бюджет поділити на 600 виробів, які передбачаються модернізації, то калькулятор мені нагадує, що грошей знадобиться як мінімум по 13,5 млн. доларів за штуку. Куди тут ще дорожче, враховуючи роздрібну ціну звичайного комплекту “розумності для бомби”?

Втім, існує ненульова ймовірність, що вся програма В61-12 повністю так і не буде реалізована. Названа сума вже викликала серйозне невдоволення Конгресу США, серйозно зайнятого пошуком можливостей секвестру видатків та скорочення бюджетних програм. Включно з оборонними. Пентагон, ясна річ, б'ється на смерть. Заступник міністра оборони США з проблем глобальної стратегії Мадлен Крідон заявила на слуханнях у Конгресі, що "вплив секвестру загрожує підірвати зусилля [з модернізації ядерних боєприпасів] та сприяти подальшому зростанню незапланованих витрат за рахунок подовження періодів розробки та виробництва". За її словами, вже у нинішньому вигляді скорочення бюджету наразі призвели до перенесення термінів початку реалізації програми модернізації В61 приблизно на шість місяців. Тобто. початок серійного виробництва В61-12 зрушив до початку 2020 року.

З іншого боку, у засідаючих у різних контрольно-спостережних і всяких бюджетно-фінансових комісіях цивільних конгресменів для секвестру існує свій резон. Літак F-35, що розглядається як основний носій нових термоядерних авіабомб, все ще до пуття не літає. Програма його поставок до військ уже вкотре зірвана і невідомо, чи буде вона виконана взагалі. Європейські партнери з НАТО дедалі більше висловлюють занепокоєння щодо небезпеки підвищення “тактичної заточеності” модернізованих В61 та неминучою “якоїсь відповіді з боку Росії”. А вона вже встигла за кілька років продемонструвати здатність парирувати нові загрози категорично асиметричними способами. Як би не вийшло так, що в результаті заходів у відповідь Москви, ядерна безпека в Європі, всупереч солодким промовам Вашингтона, не збільшилася, а, навпаки, як би не зменшилася. Вони все частіше чіпляються за прагнення без'ядерного статусу Європи. І модернізовані термоядерні бомби їх зовсім не тішать. Хіба новий прем'єр-міністр Великобританії у своєму першому виступі при вступі на посаду щось там про ядерне стримування пообіцяла. Решта ж, особливо Німеччина, Франція та Італія, так взагалі не соромляться заявляти, що проти реально у них існуючих проблем з мігрантами та терористичних загроз тактична ядерна зброя може допомогти найменшою мірою.

Але подітися Пентагону все одно нікуди. Якщо не модернізувати ці бомби в найближчі 4 - 8 років, то "іржа зжере" і половину поточного боєзапасу ... А ще через п'ять років питання модернізації може знятися саме собою, так би мовити, через зникнення предмета для модернізації.
І, до речі, з начинкою боєголовок стратегічної ядерної зброї у них ті самі проблеми…

джерела

У світі є чимало різних політичних клубів. Велика, тепер уже, сімка, Велика двадцятка, БРІКС, ШОС, НАТО, Євросоюз певною мірою. Однак жоден із цих клубів не може похвалитися унікальною функцією – здатністю знищити світ таким, яким ми його знаємо. Подібними можливостями має «ядерний клуб».

На сьогоднішній день існує 9 країн, які мають ядерну зброю:

Країни збудовані в міру появи у них арсеналу ядерної зброї. Якби список було збудовано за кількістю боєголовок, то Росія опинилася б на першому місці з її 8000 одиницями, 1600 з яких можна запускати хоч зараз. Штати відстають лише на 700 одиниць, але «під рукою» у них на 320 зарядів більше. «Ядерний клуб» — поняття суто умовне, жодного клубу насправді немає. Між країнами є низка угод щодо нерозповсюдження та скорочення запасів ядерної зброї.

Перші випробування атомної бомби, як відомо, зробила США ще 1945 року. Ця зброя була випробувана в «польових» умовах Другої Світової на жителях японських міст Хіросіма та Нагасакі. Вони діють за принципом поділу. Під час вибуху запускається ланцюгова реакція, яка провокує поділ ядер на два, із супутнім вивільненням енергії. Для цієї реакції в основному використовують уран та плутоній. З цими елементами пов'язані наші уявлення про те, з чого робляться ядерні бомби. Так як у природі уран зустрічається лише у вигляді суміші трьох ізотопів, з яких лише один здатний підтримувати подібну реакцію, необхідно збагачувати уран. Альтернативою є плутоній-239, який не зустрічається у природі, і його потрібно виготовляти з урану.

Якщо в урановій бомбі йде реакція поділу, то у водневій реакція злиття - у цьому суть того, чим відрізняється воднева бомба від атомної. Всі ми знаємо, що сонце дає нам світло, тепло і можна сказати життя. Ті самі процеси, що відбуваються на сонці, можуть легко знищувати міста і країни. Вибух водневої бомби народжений реакцією синтезу легких ядер, так званого термоядерного синтезу. Це «диво» можливе завдяки ізотопам водню – дейтерію та тритію. Саме тому бомба і називається водневою. Також можна побачити назву «термоядерна бомба» за реакцією, яка лежить в основі цієї зброї.

Після того, як світ побачив руйнівну силу ядерної зброї, у серпні 1945 року СРСР розпочав гонку, яка тривала до моменту її розпаду. США першими створили, випробували і застосували ядерну зброю, першими зробили підрив водневої бомби, але з приводу СРСР можна записати перше виготовлення компактної водневої бомби, яку можна доставити противнику звичайному Ту-16. Перша бомба США була розміром з триповерховий будинок, від водневої бомби такого розміру мало толку. Поради отримали таку зброю вже в 1952, тоді як першу «адекватну» бомбу Штатів було використано лише в 1954. Якщо озирнутися назад і проаналізувати вибухи в Нагасакі та Хіросімі, то можна дійти висновку, що вони не були такими вже потужними . Дві бомби в сумі зруйнували обидва міста та вбили за різними даними до 220 000 людей. Килимові бомбардування Токіо в день могли забирати життя 150-200 000 чоловік і без будь-якої ядерної зброї. Це пов'язано з малою потужністю перших бомб — лише кілька десятків кілотон у тротиловому еквіваленті. Водневі бомби випробовували з прицілом на подолання 1 мегатонни і більше.

Перша Радянська бомба була випробувана із заявкою на 3 Мт, але в результаті випробовували 1.6 Мт.

Найпотужніша воднева бомба була випробувана Радами у 1961 році. Її потужність досягла 58-75 Мт, при заявлених 51 Мт. «Цар» кинув світ у легкий шок, у прямому значенні. Ударна хвиля обійшла планету тричі. На полігоні (Нова Земля) не залишилося жодного височини, вибух було чути з відривом 800км. Вогненна куля досягла діаметра майже 5км, «гриб» виріс на 67км, а діаметр його шапки становив майже 100км. Наслідки такого вибуху у великому місті важко уявити. На думку багатьох експертів, саме випробування водневої бомби такої потужності (Штати мали на той момент бомби вчетверо менше за силою) стало першим кроком до підписання різних договорів щодо заборони ядерної зброї, її випробування та скорочення виробництва. Світ уперше задумався про власну безпеку, яка справді стояла під загрозою.

Як було сказано раніше, принцип дії водневої бомби ґрунтується на реакції синтезу. Термоядерний синтез - це процес злиття двох ядер в одне, з утворенням третього елемента, виділенням четвертого та енергії. Сили, що відштовхують ядра, є колосальними, тому для того, щоб атоми зблизилися досить близько для злиття, температура повинна бути просто величезною. Вчені вже котрий століття ламають голову над холодним термоядерним синтезом, намагаються скинути температуру синтезу до кімнатної, в ідеалі. І тут людству відкриється доступом до енергії майбутнього. Що ж до термоядерної реакції нині, то для її запуску, як і раніше, потрібно запалювати мініатюрне сонце тут на Землі — зазвичай у бомбах використовують урановий або плутонієвий заряд для старту синтезу.

Крім наведених вище наслідків від використання бомби в десятки мегатонн, воднева бомба, як і будь-яка ядерна зброя, має ряд наслідків від застосування. Деякі люди схильні вважати, що воднева бомба — «чистіша зброя», ніж звичайна бомба. Можливо, це пов'язано із назвою. Люди чують слово «водо» і думають, що це якось пов'язане з водою та воднем, а отже наслідки не такі плачевні. Насправді це звичайно не так, адже дія водневої бомби ґрунтується на вкрай радіоактивних речовинах. Теоретично можливо зробити бомбу без уранового заряду, але це недоцільно через складність процесу, тому чисту реакцію синтезу «розбавляють» ураном, збільшення потужності. У цьому кількість радіоактивних опадів зростає до 1000%. Все, що потрапляє в вогненну кулю, буде знищено, зона в радіусі поразки стане безлюдною для людей на десятиліття. Радіоактивні опади можуть завдати шкоди здоров'ю людей у сотнях та тисячах кілометрів. Конкретні цифри, площу зараження можна розрахувати, знаючи силу заряду.

Проте руйнація міст — не найстрашніше, що може статися «завдяки» зброї масового знищення. Після ядерної війни світ не буде повністю знищено. На планеті залишаться тисячі великих міст, мільярди людей і лише невеликий відсоток територій втратить свій статус «придатний для життя». У довгостроковій перспективі весь світ опиниться під загрозою через так звану «ядерну зиму». Підрив ядерного арсеналу «клубу» може спровокувати викид в атмосферу достатньої кількості речовини (пилу, сажі, диму), щоб «зменшити» яскравість сонця. Пелена, яка може рознестись по всій планеті, знищить урожаї на кілька років уперед, провокуючи голод та неминуче скорочення населення. В історії вже був «рік без літа», після великого виверження вулкана в 1816 році, тому ядерна зима виглядає більш ніж реально. Знову ж таки залежно від того, як протікатиме війна, ми можемо отримати такі види глобальної зміни клімату:

похолодання на 1 градус, пройде непомітно;
ядерна осінь – похолодання на 2-4 градуси, можливі неврожаї та посилення утворення ураганів;
аналог "року без літа" - коли температура впала значно, на кілька градусів на рік;
малий льодовиковий період – температура може впасти на 30 – 40 градусів на значний час, супроводжуватиметься депопуляцією низки північних зон та неврожаями;
льодовиковий період – розвиток малого льодовикового періоду, коли відбиття сонячних променів від поверхні може досягти певної критичної позначки і температура продовжить падати, відмінність лише в температурі;
Необоротне похолодання – це дуже сумний варіант льодовикового періоду, який під впливом багатьох чинників перетворить Землю на нову планету.

Теорія ядерної зими постійно критикується, її наслідки виглядають трохи роздутими. Однак не варто сумніватися в її неминучому наступі за будь-якого глобального конфлікту із застосуванням водневих бомб.

Холодна війна давно позаду, і тому ядерну істерію можна побачити хіба що у старих голлівудських фільмах та на обкладинках раритетних журналів та коміксів. Незважаючи на це, ми можемо перебувати на порозі, хоч і не великого, але серйозного ядерного конфлікту. Все це завдяки любителю ракет та герою боротьби з імперіалістичними замашками США – Кім Чен Ыну. Воднева бомбаКНДР — об'єкт поки що гіпотетичний, про її існування свідчать лише непрямі докази. Звичайно, уряд Північної Кореї постійно повідомляє про те, що їм вдалося виготовити нові бомби, поки що в живу їх ніхто не бачив. Природно Штати та їхні союзники – Японія та Південна Корея, трохи стурбовані наявністю, нехай навіть і гіпотетичною, подібної зброї у КНДР. Реалії такі, що на даний момент КНДР не має технологій для успішної атаки на США, про яку вони щороку заявляють на весь світ. Навіть атака на сусідні Японію чи Південь можуть бути не дуже успішними, якщо взагалі відбудуться, але з кожним роком небезпека виникнення нового конфлікту на корейському півострові зростає.

Наша стаття присвячена історії створення та загальним принципамсинтез такого пристрою, як іноді званої водневої. Замість виділення енергії вибуху при розщепленні ядер важких елементів, на зразок урану, вона генерує навіть більшу її кількість шляхом злиття ядер легких елементів (наприклад, ізотопів водню) на один важкий (наприклад, гелій).

Чому краще злиття ядер?

При термоядерній реакції, що полягає в злитті ядер беруть участь у ній хімічних елементів, генерується значно більше енергії на одиницю маси фізичного пристрою, ніж чистої атомної бомби, що реалізує ядерну реакцію поділу.

В атомній бомбі ядерне паливо, що ділиться швидко, під дією енергії підриву звичайних вибухових речовин об'єднується в невеликому сферичному обсязі, де створюється його так звана критична маса, і починається реакція поділу. При цьому багато нейтронів, що звільняються з ядер, що діляться, викликатимуть поділ інших ядер у масі палива, які також виділяють додаткові нейтрони, що призводить до ланцюгової реакції. Вона охоплює не більше 20% палива, перш ніж бомба вибухає, або, можливо, набагато менше, якщо умови не ідеальні: так в атомних бомбах Малюк, скинутій на Хіросіму, і Товстун, що вразив Нагасакі, ККД (якщо такий термін взагалі можна до них застосовувати) були всього 1,38% та 13%, відповідно.

Злиття (або синтез) ядер охоплює всю масу заряду бомби і триває, поки нейтрони можуть знаходити термоядерне пальне, що ще не вступило в реакцію. Тому маса та вибухова потужність такої бомби теоретично необмежені. Таке злиття може тривати теоретично нескінченно. Дійсно, термоядерна бомба є одним із потенційних пристроїв кінця світу, який може знищити все людське життя.

Що таке реакція злиття ядер?

Паливом для реакції термоядерного синтезу є ізотопи водню дейтерій або тритій. Перший відрізняється від звичайного воднютим, що в його ядрі, крім одного протона міститься ще й нейтрон, а в ядрі тритію вже два нейтрони. У природній воді один атом дейтерію посідає 7000 атомів водню, але з його кількості. що міститься у склянці води, можна в результаті термоядерної реакції отримати таку ж кількість теплоти, як і при згорянні 200 л бензину. На зустрічі в 1946 році з політиками батько американської водневої бомби Едвард Теллер підкреслив, що дейтерій дає більше енергії на грам ваги, ніж уран або плутоній, проте коштує двадцять центів за грам порівняно з кількома сотнями доларів за грам палива для ядерного поділу. Тритій у природі у вільному стані взагалі не зустрічається, тому він набагато дорожчий, ніж дейтерій, з ринковою ціною в десятки тисяч доларів за грам, проте найбільша кількість енергії вивільняється саме в реакції злиття ядер дейтерію та тритію, при якій утворюється ядро атома гелію та вивільняється нейтрон, що забирає надмірну енергію в 17,59 МеВ

D + T → 4 Не + n + 17,59 МеВ.

Схематично ця реакція показана малюнку нижче.

Чи багато це чи мало? Як відомо, все пізнається порівняно. Так от, енергія в 1 МеВ приблизно в 2,3 мільйона разів більша, ніж виділяється при згорянні 1 кг нафти. Отже злиття тільки двох ядер дейтерію і тритію вивільняє стільки енергії, скільки виділяється при згоранні 2,3 10 6 17,59 = 40,5 10 6 кг нафти. Адже йдеться лише про два атоми. Можете уявити, наскільки високі були ставки у другій половині 40-х років минулого століття, коли в США та СРСР розгорнулися роботи, результатом яких стала термоядерна бомба.

Як все починалося

Ще влітку 1942 р. на початку реалізації проекту створення атомної бомби в США (Манхетенський проект) і пізніше в аналогічній радянській програмі, задовго до того, як була побудована бомба, заснована на розподілі ядер урану, увага деяких учасників цих програм була привернута до влаштування, яке може використовувати набагато потужнішу термоядерну реакцію злиття ядер. У США прихильником цього підходу, і навіть, можна сказати, його апологетом, був згаданий вище Едвард Теллер. У СРСР цей напрямок розвивав Андрій Сахаров, майбутній академік та дисидент.

Для Теллера його захоплення термоядерним синтезом у роки створення атомної бомби зіграло швидше за ведмежу послугу. Будучи учасником Манхетенського проекту, він наполегливо закликав до перенаправлення коштів на реалізацію власних ідей, метою яких була воднева та термоядерна бомба, що не сподобалося керівництву та викликало напруженість у відносинах. Оскільки на той час термоядерний напрямок досліджень не був підтриманий, то після створення атомної бомби Теллер залишив проект і зайнявся викладацькою діяльністю, а також дослідженнями елементарних частинок.

Однак холодна війна, що розпочалася, а найбільше створення і успішне випробування радянської атомної бомби в 1949 р., стали для запеклого антикомуніста Теллера новим шансом реалізувати свої наукові ідеї. Він повертається до Лос-Аламоської лабораторії, де створювалася атомна бомба, і спільно зі Станіславом Уламом та Корнеліусом Евереттом приступає до розрахунків.

Принцип термоядерної бомби

Щоб почалася реакція злиття ядер, потрібно миттєво нагріти заряд бомби до температури 50 мільйонів градусів. Схема термоядерної бомби, запропонована Теллером, використовує для цього вибух невеликої атомної боми, яка знаходиться всередині водневого корпусу. Можна стверджувати, що було три покоління у розвитку її проекту у 40-х роках минулого століття:

варіант Теллера, відомий як "класичний супер";
більш складні, але й реальніші конструкції з кількох концентричних сфер;
остаточний варіант конструкції Теллера-Улама, яка є основою всіх працюючих досі систем термоядерної зброї.

Аналогічні етапи проектування пройшли і термоядерні бомби СРСР, на початку створення яких стояв Андрій Сахаров. Він, мабуть, цілком самостійно і незалежно від американців (чого не можна сказати про радянську атомну бомбу, створену спільними зусиллями вчених і розвідників, які працювали в США) пройшов перераховані вище етапи проектування.

Перші два покоління мали ту властивість, що вони мали послідовність зчеплених "шарів", кожен з яких посилював деякий аспект попереднього, і в деяких випадках встановлювався зворотний зв'язок. Там не було чіткого поділу між первинною атомною бомбою та вторинною термоядерною. На відміну від цього схема термоядерної бомби розробки Теллера-Улама різко розрізняє первинний вибух, вторинний, і при необхідності, додатковий.

Влаштування термоядерної бомби за принципом Теллера-Улама

Багато його деталей, як і раніше, залишаються засекреченими, але є достатня впевненість, що вся наявна нині термоядерна зброя використовує як прототип пристрій, створений Едвардом Теллеросом і Станіславом Уламом, в якому атомна бомба (тобто первинний заряд) використовується для генерації випромінювання, стискає та нагріває термоядерне паливо. Андрій Сахаров у Радянському Союзі, мабуть, незалежно вигадав аналогічну концепцію, яку він назвав "третьою ідеєю".

Схематично пристрій термоядерної бомби в цьому варіанті показано нижче.

Вона мала циліндричну форму з приблизно сферичною первинною атомною бомбою на одному кінці. Вторинний термоядерний заряд у перших, ще непромислових зразках, був із рідкого дейтерію, трохи пізніше він став твердим із хімічної сполуки під назвою дейтерид літію.

Справа в тому, що в промисловості давно використовується гідрид літію LiH для безбалонного транспортування водню. Розробники бомби (ця ідея спочатку була використана в СРСР) просто запропонували брати замість звичайного водню його ізотоп дейтерій і з'єднувати з літієм, оскільки з твердим зарядом термоядерним виконати бомбу набагато простіше.

За формою вторинний заряд був циліндр, поміщений у контейнер зі свинцевою (або уранової) оболонкою. Між зарядами знаходиться щит нейтронного захисту. Простір між стінками контейнера з термоядерним паливом і корпусом бомби заповнений спеціальним пластиком, як правило, пінополістиролом. Сам корпус бомби виконаний із сталі або алюмінію.

Ці форми змінилися в останніх конструкціях, таких як показана на малюнку нижче.

У ній первинний заряд сплюснуть, як кавун чи м'яч у американському футболі, а вторинний заряд – сферичний. Такі форми набагато ефективніше вписуються у внутрішній обсяг конічних ракетних боєголовок.

Послідовність термоядерного вибуху

Коли первинна атомна бомба детонує, то в перші миті цього процесу генерується потужне рентгенівське випромінювання (потік нейтронів), яке частково блокується щитом нейтронного захисту, і відбивається від внутрішнього облицювання корпусу, що оточує вторинний заряд, так що рентгенівські промені симетрично падають на нього довжина.

На початкових етапах термоядерної реакції нейтрони від атомного вибуху поглинаються пластиковим заповнювачем, щоб не допустити надто швидкого розігріву палива.

Рентгенівські промені викликають появу спочатку щільної пластикової піни, що заповнює простір між корпусом і вторинним зарядом, яка швидко переходить у стан плазми, що нагріває та стискає вторинний заряд.

Крім того, рентгенівські промені випаровують поверхню контейнера, що оточує вторинний заряд. Симетрично випаровується щодо цього заряду речовина контейнера набуває деякий імпульс, спрямований від його осі, а шари вторинного заряду згідно із законом збереження кількості руху одержують імпульс, спрямований до осі пристрою. Принцип тут той самий, що й у ракеті, тільки якщо уявити, що ракетне паливо розлітається симетрично від осі, а корпус стискається всередину.

В результаті такого стиснення термоядерного палива його обсяг зменшується в тисячі разів, а температура досягає рівня початку реакції злиття ядер. Відбувається вибух термоядерної бомби. Реакція супроводжується утворенням ядер тритію, які зливаються з ядрами дейтерію, що спочатку є у складі вторинного заряду.

Перші вторинні заряди були побудовані навколо стрижневого сердечника з плутонію, неофіційно званого "свічкою", який вступав у реакцію ядерного поділу, тобто здійснювався ще один, додатковий атомний вибух з метою ще більшого підвищення температури для гарантованого початку реакції злиття ядер. В даний час вважається, що більш ефективні системи стиснення усунули свічку, дозволяючи подальшу мініатюризацію конструкції бомби.

Операція Плющ

Так назвалися випробування американської термоядерної зброї на Маршаллових островах 1952 р., під час яких було підірвано першу термоядерну бомбу. Вона називалася Плющ Майк і була побудована за типовою схемою Теллера-Уламу. Її вторинний термоядерний заряд був поміщений у циліндричний контейнер, що представляє собою термічно ізольовану посудину Дьюара з термоядерним паливом у вигляді рідкого дейтерію, вздовж осі якого проходила свічка з 239-плутонію. Дьюар, у свою чергу, був покритий шаром 238-урану вагою понад 5 метричних тонн, який у процесі вибуху випаровувався, забезпечуючи симетричний стиск термоядерного палива. Контейнер з первинним та вторинним зарядами був поміщений у сталевий корпус 80 дюймів шириною та 244 дюйми довжиною зі стінками в 10-12 дюймів товщиною, що було найбільшим прикладом кованого виробу до того часу. Внутрішня поверхня корпусу була вистелена листами свинцю та поліетилену для відображення випромінювання після вибуху первинного заряду та створення плазми, що розігріває вторинний заряд. Весь пристрій важив 82 тонни. Вигляд пристрою незадовго до вибуху показано на фото нижче.

Перше випробування термоядерної бомби відбулося 31 жовтня 1952 р. Потужність вибуху становила 10,4 мегатонни. Аттол Еніветок, на якому його було зроблено, було повністю зруйновано. Момент вибуху показано на фото нижче.

СРСР дає симетричну відповідь

Термоядерна першість США протрималася недовго. 12.08.1953 р. на Семипалатинському полігоні була випробувана перша радянська термоядерна бомба РДС-6, розроблена під керівництвом Андрія Сахарова і Юлія Харитона. а скоріше лабораторний пристрій, громіздкий і вельми недосконалий. Радянські вчені, незважаючи на невелику потужність всього 400 кг, випробували цілком закінчений боєприпас з термоядерним паливом у вигляді твердого дейтериду літію, а не рідкого дейтерію, як у американців. До речі, слід зазначити, що у складі дейтериду літію використовується лише ізотоп 6 Li (це з особливостями проходження термоядерних реакцій), а природі він у суміші з ізотопом 7 Li. Тому були побудовані спеціальні виробництва для поділу ізотопів літію та відбору лише 6 Li.

Досягнення граничної потужності

Потім було десятиліття безперервної гонки озброєнь, протягом якого потужність термоядерних боєприпасів безперервно зростала. Нарешті, 30.10.1961 р. в СРСР над полігоном Нова Земля в повітрі на висоті близько 4 км було підірвано найпотужнішу термоядерну бомбу, яку колись було побудовано і випробувано, відому на Заході як «Цар-бомба».

Цей триступінчастий боєприпас розроблявся насправді як 101,5-мегатонна бомба, але прагнення знизити радіоактивне зараження території змусило розробників відмовитися від третього ступеня потужністю 50 мегатонн і знизити розрахункову потужність пристрою до 51,5 мегатонн. При цьому 1,5 мегатонни становила потужність вибуху первинного атомного заряду, а друга термоядерна ступінь повинна була дати ще 50. Реальна потужність вибуху склала до 58 мегатонн. Зовнішній вигляд бомби показаний на фото нижче.

Наслідки його були вражаючими. Незважаючи на дуже суттєву висоту вибуху в 4000 м, неймовірно яскрава вогненна куля нижнім краєм майже досягла Землі, а верхньою піднялася до висоти понад 4,5 км. Тиск нижче точки розриву був у шість разів вищий за піковий тиск під час вибуху в Хіросімі. Спалах світла був настільки яскравим, що його було видно на відстані 1000 кілометрів, незважаючи на похмуру погоду. Один із учасників тесту побачив яскравий спалах через темні окуляри та відчув наслідки теплового імпульсу навіть на відстані 270 км. Фото моменту вибуху показано нижче.

При цьому було показано, що потужність термоядерного заряду справді не має обмежень. Адже достатньо було виконати третій ступінь, і розрахункову потужність було б досягнуто. Адже можна нарощувати число щаблів і далі, оскільки вага «Цар-бомби» склала не більше 27 тонн. Вигляд цього пристрою показано на фото нижче.

Після цих випробувань багатьом політикам і військовим як у СРСР, так і в США стало зрозуміло, що настала межа гонки ядерних озброєнь і її слід зупинити.

Сучасна Росія успадкувала ядерний арсенал СРСР. Сьогодні термоядерні бомби Росії продовжують служити стримуючим фактором для тих, хто прагне світової гегемонії. Сподіватимемося, що вони зіграють свою роль тільки у вигляді залякування і ніколи не будуть підірвані.

Сонце як термоядерний реактор

Загальновідомо, що температура Сонця, точніше його ядра, що досягає 15000000 К, підтримується за рахунок безперервного протікання термоядерних реакцій. Однак усе, що ми могли почерпнути з попереднього тексту, говорить про вибуховий характер таких процесів. Тоді чому Сонце не вибухає, як термоядерна бомба?

Справа в тому, що при величезній частці водню у складі сонячної маси, яка досягає 71%, частка його ізотопу дейтерію, ядра якого тільки і можуть брати участь у реакції термоядерного синтезу, мізерно мала. Справа в тому, що ядра дейтерію самі утворюються в результаті злиття двох ядер водню, та не просто злиття, а з розпадом одного з протонів на нейтрон, позитрон і нейтрино (т. зв. бета-розпад), що є рідкісною подією. При цьому ядра дейтерію, що утворюються, розподілені за обсягом сонячного ядра досить рівномірно. Тому при її величезних розмірах і масі окремі та рідкісні вогнища термоядерних реакцій щодо невеликої потужності розмазані по всьому його ядру Сонця. Тепла, що виділяється при цих реакціях, явно недостатньо, щоб миттєво випалити весь дейтерій в Сонці, але вистачає для його нагріву до температури, що забезпечує життя на Землі.

Зміст статті

Воднева бомба,зброя великої руйнівної сили (порядку мегатон у тротиловому еквіваленті), принцип дії якого заснований на реакції термоядерного синтезу легких ядер. Джерелом енергії вибуху є процеси, аналогічні до процесів, що протікають на Сонці та інших зірках.

Термоядерні реакції.

У надрах Сонця міститься гігантське кількість водню , що у стані надвисокого стискування за нормальної температури бл. 15 000 000 К. При настільки високих температурі і щільності плазми ядра водню відчувають постійні зіткнення один з одним, частина з яких завершується їх злиттям і зрештою утворенням важких ядер гелію. Подібні реакції, які мають назву термоядерного синтезу, супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. Відповідно до законів фізики, енерговиділення при термоядерному синтезі обумовлено тим, що при утворенні більш важкого ядра частина маси легких ядер, що увійшли до його складу, перетворюється на колосальну кількість енергії. Саме тому Сонце, маючи гігантську масу, у процесі термоядерного синтезу щодня втрачає бл. 100 млрд. т речовини і виділяє енергію, завдяки якій стало можливим життя на Землі.

Ізотопи водню.

Атом водню – найпростіший із усіх існуючих атомів. Він складається з одного протона, що є його ядром, довкола якого обертається єдиний електрон. Ретельні дослідження води (H 2 O) показали, що в ній у нікчемній кількості є «важка» вода, що містить «важкий ізотоп» водню – дейтерій (2 H). Ядро дейтерію складається з протону і нейтрону – нейтральної частки, за масою близькою до протону.

Існує третій ізотоп водню - тритій, в ядрі якого містяться один протон і два нейтрони. Тритій нестабільний і зазнає мимовільного радіоактивного розпаду, перетворюючись на ізотоп гелію. Сліди тритію виявлено в атмосфері Землі, де він утворюється в результаті взаємодії космічних променів з молекулами газів, що входять до складу повітря. Тритій отримують штучним шляхом у ядерному реакторі, опромінюючи ізотоп літій-6 потоком нейтронів.

Розробка водневої бомби.

Попередній теоретичний аналіз показав, що термоядерний синтез найлегше здійснити в суміші дейтерію та тритію. Взявши це за основу, вчені США на початку 1950 року розпочали реалізацію проекту зі створення водневої бомби (HB). Перші випробування модельного ядерного пристрою були проведені на полігоні Еніветок навесні 1951; термоядерний синтез був лише частковим. Значний успіх був досягнутий 1 листопада 1951 року при випробуванні масивного ядерного пристрою, потужність вибуху якого склала 4 8 Мт в тротиловому еквіваленті.

Перша воднева авіабомба була підірвана в СРСР 12 серпня 1953 року, а 1 березня 1954 року на атоле Бікіні американці підірвали потужнішу (приблизно 15 Мт) авіабомбу. З того часу обидві держави проводили вибухи вдосконалених зразків мегатонної зброї.

Вибух на атоле Бікіні супроводжувався викидом великої кількості радіоактивних речовин. Частина з них випала за сотні кілометрів від місця вибуху на японське рибальське судно «Щасливий дракон», а інша покрила острів Ронгелап. Оскільки в результаті термоядерного синтезу утворюється стабільний гелій, радіоактивність при вибуху суто водневої бомби має бути не більшою, ніж у атомного детонатора термоядерної реакції. Однак у розглянутому випадку прогнозовані та реальні радіоактивні опади значно розрізнялися за кількістю та складом.

Механізм дії водневої бомби

Послідовність процесів, що відбуваються під час вибуху водневої бомби, можна наступним чином. Спочатку вибухає заряд-ініціатор термоядерної реакції (невелика атомна бомба), що знаходиться всередині оболонки HB, внаслідок чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температуранеобхідна для ініціації термоядерного синтезу Нейтрони бомбардують вкладиш з дейтериду літію – з'єднання дейтерію з літієм (використовується ізотоп літію з масовим числом 6). Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій та тритій. Таким чином, атомний запал створює необхідні для синтезу матеріали безпосередньо в наведеній в дію бомбі.

Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи до синтезу все більшу кількість водню. При подальшому підвищенні температури могла б початися реакція між ядрами дейтерію, характерна для водневої бомби. Всі реакції, звичайно, протікають настільки швидко, що сприймаються як миттєві.

Поділ, синтез, поділ (супербомба).

Насправді у бомбі описана вище послідовність процесів закінчується на стадії реакції дейтерію з тритієм. Далі конструктори бомби воліли використовувати не синтез ядер, які розподіл. В результаті синтезу ядер дейтерію і тритію утворюються гелій і швидкі нейтрони, енергія яких досить велика, щоб викликати поділ ядер урану-238 (основний ізотоп урану, значно дешевше, ніж уран-235, що використовується у звичайних атомних бомбах). Швидкі нейтрони розщеплюють атоми уранової оболонки супербомби. Розподіл однієї тонни урану створює енергію, еквівалентну 18 Мт. Енергія йде не лише на вибух та виділення тепла. Кожне ядро урану розщеплюється на два радіоактивні «уламки». До продуктів поділу входять 36 різних хімічних елементів і майже 200 радіоактивних ізотопів. Все це і становить радіоактивні опади, які супроводжують вибухи супербомбів.

Завдяки унікальній конструкції та описаному механізму дії зброю такого типу може бути зроблено як завгодно потужною. Воно набагато дешевше за атомні бомби тієї ж потужності.

Наслідки вибуху.

Ударна хвиля та тепловий ефект.

Пряма (первинна) дія вибуху супербомби носить потрійний характер. Найбільш очевидний з прямих впливів – це ударна хвиля величезної інтенсивності. Сила її впливу, яка залежить від потужності бомби, висоти вибуху над поверхнею землі та характеру місцевості, зменшується з віддаленням від епіцентру вибуху. Теплова дія вибуху визначається тими ж факторами, але, крім того, залежить і від прозорості повітря – туман різко зменшує відстань, на якій тепловий спалах може спричинити серйозні опіки.

Згідно з розрахунками, при вибуху в атмосфері 20-мегатонної бомби люди залишаться живими в 50% випадків, якщо вони 1) ховаються в підземному залізобетонному притулку на відстані приблизно 8 км від епіцентру вибуху (ЕВ), 2) знаходяться у звичайних міських будівлях на відстані ок. . 15 км від ЕВ, 3) опинилися на відкритому місці з відривом бл. 20 км від ЕВ. В умовах поганої видимості та на відстані не менше 25 км, якщо атмосфера чиста, для людей, що знаходяться на відкритій місцевості, можливість уціліти швидко зростає з віддаленням від епіцентру; з відривом 32 км її розрахункова величина становить понад 90%. Площа, на якій проникне випромінювання, що виникає під час вибуху, викликає летальний кінець, порівняно невелика навіть у разі супербомби високої потужності.

Вогненна куля.

Залежно від складу і маси пального матеріалу, залученого в вогненну кулю, можуть утворюватися гігантські вогняні урагани, що самопідтримуються, що вирують протягом багатьох годин. Проте найнебезпечніший (хоч і вторинне) наслідок вибуху – це радіоактивне зараження довкілля.

Радіоактивні опади.

Як вони утворюються?

При вибуху бомби вогненна куля, що виникла, наповнюється величезною кількістю радіоактивних частинок. Зазвичай, ці частинки настільки малі, що, потрапивши у верхні шари атмосфери, можуть залишатися там протягом тривалого часу. Але якщо вогненна куля стикається з поверхнею Землі, все, що на ній знаходиться, вона перетворює на розпечені пил і попіл і втягує їх у вогненний смерч. У вихорі полум'я вони перемішуються та зв'язуються з радіоактивними частинками. Радіоактивний пил, крім найбільшого, осідає не відразу. Дрібніший пил носиться хмарою, що виникла в результаті вибуху, і поступово випадає в міру руху її за вітром. Безпосередньо в місці вибуху радіоактивні опади можуть бути надзвичайно інтенсивними - в основному це великий пил, що осідає на землю. За сотні кілометрів від місця вибуху і на далеких відстанях на землю випадають дрібні, але все ще видимі оком частинки попелу. Часто вони утворюють схожий на сніг, що випав, покрив, смертельно небезпечний для всіх, хто виявиться поблизу. Ще дрібніші і невидимі частки, перш ніж вони осядуть на землю, можуть мандрувати в атмосфері місяцями і навіть роками, багато разів огинаючи земну кулю. На момент випадання їхня радіоактивність значно слабшає. Найбільш небезпечним залишається випромінювання стронцію-90 з періодом напіврозпаду 28 років. Його випадання чітко спостерігається у світі. Осідаючи на листі та траві, він потрапляє в харчові ланцюги, що включають і людину. Як наслідок цього, в кістках жителів більшості країн виявлені помітні, хоча й небезпеки, що становлять поки що, кількості стронцію-90. Накопичення стронцію-90 у кістках людини у довгостроковій перспективі дуже небезпечне, оскільки призводить до утворення кісткових злоякісних пухлин.

Тривале зараження території радіоактивними опадами.

У разі воєнних дій застосування водневої бомби призведе до негайного радіоактивного забруднення території в радіусі прибл. 100 км. від епіцентру вибуху. При вибуху супербомби забрудненим виявиться район десятки тисяч квадратних кілометрів. Така величезна площа поразки однією-єдиною бомбою робить її зовсім новим видом зброї. Навіть якщо супербомба не влучить у ціль, тобто. не вразить об'єкт ударно-тепловим впливом, проникаюче випромінювання і радіоактивні опади, що супроводжують вибух, зроблять навколишній простір непридатним для проживання. Такі опади можуть тривати багато днів, тижнів і навіть місяців. Залежно від кількості інтенсивність радіації може досягти смертельно небезпечного рівня. Порівняно невеликої кількості супербомб достатньо, щоб повністю покрити велику країну шаром смертельно небезпечного для всього живого радіоактивного пилу. Таким чином, створення надбомби ознаменувало початок епохи, коли стало можливим зробити непридатними для проживання цілі континенти. Навіть через довгий часпісля припинення прямого впливу радіоактивних опадів зберігатиметься небезпека, обумовлена високою радіотоксичністю таких ізотопів, як стронцій-90. З продуктами харчування, вирощеними на забруднених цим ізотопом ґрунтах, радіоактивність надходитиме в організм людини.

Айві Майк – перші атмосферні випробування водневої бомби, проведені США на атоле Еніветок 1 листопада 1952 року.

65 років тому Радянський Союз підірвав свою першу термоядерну бомбу. Як улаштована ця зброя, що вона може і чого не може? 12 серпня 1953-го в СРСР підірвали першу «практичну» термоядерну бомбу. Ми розповімо про історію її створення та розберемося, чи правда, що такий боєприпас майже не забруднює середовище, але може знищити світ.

Ідея термоядерної зброї, де ядра атомів зливаються, а не розщеплюються, як в атомній бомбі, з'явилася не пізніше 1941 року. Вона спала на думку фізикам Енріко Фермі та Едварду Теллеру. Приблизно водночас вони стали учасниками Манхеттенського проекту та допомогли створити бомби, скинуті на Хіросіму та Нагасакі. Сконструювати термоядерний боєприпас виявилося набагато важче.

Приблизно зрозуміти, наскільки термоядерна бомба складніша за атомну, можна й за тим фактом, що працюючі АЕС давно буденність, а працюючі й практичні термоядерні електростанції - все ще наукова фантастика.

Щоб атомні ядра зливалися один з одним, їх треба нагріти до мільйонів градусів. Схему пристрою, який дозволив би це зробити, американці запатентували в 1946 році (проект неофіційно називався Super), але згадали про неї лише через три роки, коли в СРСР успішно випробували ядерну бомбу.

Президент США Гаррі Трумен заявив, що на радянський ривок потрібно відповісти «так званою водневою, чи супербомбою».

До 1951 року американці зібрали пристрій та провели випробування під кодовою назвою «Джордж». Конструкція була тор - простіше кажучи, бублик - з важкими ізотопами водню, дейтерієм і тритієм. Вибрали їх тому, що такі ядра зливати простіше, ніж ядра звичайного водню. Запалом служила ядерна бомба. Вибух стискав дейтерій та тритій, ті зливалися, давали потік швидких нейтронів та запалювали обкладку з урану. У звичайній атомній бомбі він не ділиться: там є лише повільні нейтрони, які не можуть змусити ділитися стабільним ізотопом урану. Хоча на енергію злиття ядер припало приблизно 10% від загальної енергії вибуху «Джорджа», «запалення» урану-238 дозволило підняти потужність вибуху вдвічі вище за звичайний, до 225 кілотонн.

За рахунок додаткового урану вибух вийшов удвічі потужнішим, ніж із звичайною атомною бомбою. Але на термоядерний синтез припадало тільки 10% енергії, що виділилася: випробування показали, що ядра водню стискаються недостатньо сильно.

Тоді математик Станіслав Улам запропонував інший підхід – двоступінчастий ядерний запал. Його задум полягав у тому, щоб помістити у «водневій» зоні пристрою плутонієвий стрижень. Вибух першого запалу «підпалював» плутоній, дві ударні хвилі та два потоки рентгенівських променів стикалися – тиск та температура підскакували достатньо, щоб розпочався термоядерний синтез. Новий пристрій випробували на атоле Еніветок у Тихому океані в 1952 році - вибухова потужність бомби склала вже десять мегатонн у тротиловому еквіваленті.

Тим не менш, і цей пристрій був непридатний для використання в якості бойової зброї.

Щоб ядра водню зливалися, відстань між ними має бути мінімальною, тому дейтерій та тритій охолоджували до рідкого стану, майже до абсолютного нуля. Для цього була потрібна величезна кріогенна установка. Другий термоядерний пристрій, по суті збільшена модифікація "Джорджа", важив 70 тонн - з літака таке не скинеш.

СРСР почав розробляти термоядерну бомбу пізніше: першу схему було запропоновано радянськими розробниками лише 1949 року. У ній передбачалося використовувати дейтерид літію. Це метал, тверда речовина, його не треба скраплювати, а тому громіздкий холодильник, як в американському варіанті, вже не був потрібний. Не менш важливим є і те, що літій-6 при бомбардуванні нейтронами від вибуху давав гелій і тритій, що ще більше спрощує подальше злиття ядер.

Бомба РДС-6с була готова у 1953 році. На відміну від американських та сучасних термоядерних пристроїв плутонієвого стрижня в ній не було. Така схема відома як «шаровка»: шари дейтериду літію перемежовувалися урановими. 12 серпня РДС-6с випробували на Семипалатинському полігоні.

Потужність вибуху склала 400 кілотонн у тротиловому еквіваленті - у 25 разів менше, ніж у другій спробі американців. Натомість РДС-6с можна було скинути з повітря. Таку ж бомбу збиралися використовувати і міжконтинентальних балістичних ракетах. А вже 1955 року СРСР удосконалив своє термоядерне дітище, оснастивши його плутонієвим стрижнем.

Сьогодні практично всі термоядерні пристрої - судячи з усього, навіть північнокорейські - є чимось середнім між ранніми радянськими та американськими моделями. Всі вони використовують дейтерид літію як паливо та підпалюють його двоступеневим ядерним детонатором.

Як відомо з витоків, навіть найсучасніша американська термоядерна боєголовка W88 схожа на РДС-6c: шари дейтериду літію перемежовуються ураном.

Різниця в тому, що сучасні термоядерні боєприпаси - це не багатомегатонні монстри на кшталт «Цар-бомби», а системи потужністю сотні кілотонн, як РДС-6с. Мегатонних боєголовок в арсеналах ні в кого немає, тому що у військовому відношенні десяток менш потужних зарядів цінніший за один сильний: це дозволяє вразити більше цілей.

Техніки працюють з американською термоядерною боєголовкою W80

Чого не може термоядерна бомба

Водень є елементом надзвичайно поширеним, досить його і в атмосфері Землі.

У свій час подейкували, що досить потужний термоядерний вибух може запустити ланцюгову реакцію і все повітря на нашій планеті вигорить. Але ж це міф.

Не те що газоподібний, а й рідкий водень недостатньо щільний, щоб розпочався термоядерний синтез. Його потрібно стискати і нагрівати ядерним вибухом, бажано з різних сторін, як це робиться двоступеневим запалом. В атмосфері таких умов немає, тому самопідтримувані реакції злиття ядер там неможливі.

Це не єдина помилка про термоядерну зброю. Часто кажуть, що вибух «чистіше» ядерного: мовляв, при злитті ядер водню «уламків» – небезпечних короткоживучих ядер атомів, що дають радіоактивне забруднення, – виходить менше, ніж при розподілі ядер урану.

Помилка це полягає в тому, що з термоядерному вибуху більшість енергії нібито виділяється з допомогою злиття ядер. Це не правда. Так, «Цар-бомба» була такою, але лише тому, що її уранову «сорочку» для випробувань замінили свинцевою. Сучасні двоступінчасті запали призводять до значного радіоактивного забруднення.

Зона можливої тотальної поразки "Цар-бомбою", нанесена на карту Парижа. Червоне коло – зона повної руйнації (радіус 35 км). Жовте коло – розмір вогняної кулі (радіус 3,5 км).

Щоправда, зерно істини в міфі про «чисту» бомбу все ж таки є. Взяти найкращу американську термоядерну боєголовку W88. При її вибуху на оптимальній висоті над містом площа сильних руйнувань практично збігатиметься з зоною радіоактивного ураження, небезпечного для життя. Загиблих від променевої хвороби буде мало: люди загинуть від самого вибуху, а не радіації.

Ще один міф свідчить, що термоядерна зброя здатна знищити всю людську цивілізацію, а то й життя на Землі. Це також практично виключено. Енергія вибуху розподілена в трьох вимірах, тому при зростанні потужності боєприпасу в тисячу разів радіус вражаючої дії зростає всього в десять разів - мегатонна боєголовка має радіус ураження всього вдесятеро більше ніж тактична, кілотонна.

66 мільйонів років тому зіткнення з астероїдом призвело до зникнення більшості наземних тварин та рослин. Потужність удару склала близько 100 млн мегатонн - це в 10 тис. разів більше сумарної потужності всіх термоядерних арсеналів Землі. 790 тис. років тому з планетою зіткнувся астероїд, удар був потужністю в мільйон мегатонн, але жодних слідів хоча б помірного вимирання (включаючи наш рід Homo) після цього не сталося. І життя в цілому, і людина набагато міцніша, ніж вони здаються.

Правда про термоядерну зброю не така популярна, як міфи. На сьогодні вона така: термоядерні арсенали компактних боєголовок середньої потужності забезпечують тендітний стратегічний баланс, через який ніхто не може вільно прасувати інші країни світу атомною зброєю. Побоювання термоядерної відповіді - більш ніж достатній стримуючий фактор.