Кто создал водородную бомба. История создания первой водородной бомбы: последствия термоядерного взрыва. Как это работает

12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская водородная бомба.

А 16 января 1963 года, в самый разгар холодной войны, Никита Хрущёв заявил миру о том, что Советский союз обладает в своём арсенале новым оружием массового поражения. За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире — на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. Во многом именно это заявление советского лидера заставило мир осознать угрозу дальнейшей эскалации гонки ядерных вооружений: уже 5 августа 1963 г. в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.

История создания

Теоретическая возможность получения энергии путём термоядерного синтеза была известна ещё до Второй мировой войны, но именно война и последующая гонка вооружений поставили вопрос о создании технического устройства для практического создания этой реакции. Известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путём сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества — но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. США и СССР вели разработки термоядерного оружия начиная с 40-х годов, практически одновременно испытав первые термоядерные устройства в начале 50-х. В 1952 году на атолле Эниветок США осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны (что в 450 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки), а в 1953 году в СССР было испытано устройство мощностью 400 килотонн.

Конструкции первых термоядерных устройств были плохо приспособленными для реального боевого использования. К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн. Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива — дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании. В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн — самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба».

Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно — это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае (в 1967 году) и во Франции (в 1968 году).

Принцип действия водородной бомбы

Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия. Во время реакции часть массы ядер водорода превращается в большое количество энергии — благодаря этому звёзды и выделяют огромное количество энергии постоянно. Учёные скопировали эту реакцию с использованием изотопов водорода — дейтерия и трития, что и дало название «водородная бомба». Изначально для производства зарядов использовались жидкие изотопы водорода, а впоследствии стал использоваться дейтерид лития-6, твёрдое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития.

Дейтерид лития-6 является основным компонентом водородной бомбы, термоядерным горючим. В нём уже хранится дейтерий, а изотоп лития служит сырьём для образования трития. Для начала реакции термоядерного синтеза требуется создать высокие температуру и давление, а также выделить из лития-6 тритий. Эти условия обеспечивают следующим образом.

Оболочку контейнера для термоядерного горючего делают из урана-238 и пластика, рядом с контейнером размещают обычный ядерный заряд мощностью несколько килотонн — его называют триггером, или зарядом-инициатором водородной бомбы. Во время взрыва плутониевого заряда-инициатора под действием мощного рентгеновского излучения оболочка контейнера превращается в плазму, сжимаясь в тысячи раз, что создаёт необходимое высокое давление и огромную температуру. Одновременно с этим нейтроны, испускаемые плутонием, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий. Ядра дейтерия и трития взаимодействуют под действием сверхвысоких температуры и давления, что и приводит к термоядерному взрыву.

Если сделать несколько слоёв урана-238 и дейтерида лития-6, то каждый из них добавит свою мощность ко взрыву бомбы — т. е. такая «слойка» позволяет наращивать мощность взрыва практически неограниченно. Благодаря этому водородную бомбу можно сделать почти любой мощности, причём она будет гораздо дешевле обычной ядерной бомбы такой же мощности.

ДОКЛАД

Водородная бомба

Проверил учитель:

Кузьмина Л.Г.

Составил:

Мёдов М.М.

ученик 9 «б»

МОУ СОШ №10

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.

В 1961 году был произведен самый мощный взрыв водородной бомбы.

Утром 30 октября в 11 ч. 32 мин. над Новой Землей в районе Губы Митюши на высоте 4000 м над поверхностью суши была взорвана водородная бомба мощностью в 50 млн. т. тротила.

Советский Союз провел испытание самого мощного в истории термоядерного устройства. Даже в "половинном" варианте (а максимальная мощность такой бомбы составляет 100 мегатонн) энергия взрыва десятикратно превышала суммарную мощность всех взрывчатых веществ, использованных всеми воюющими сторонами за годы Второй мировой войны (включая атомные бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки). Ударная волна от взрыва трижды обогнула земной шар, первый раз - за 36 ч. 27 мин.

Световая вспышка была настолько яркой, что, несмотря на сплошную облачность, была видна даже с командного пункта в поселке Белушья Губа (отдаленном от эпицентра взрыва почти на 200 км). Грибовидное облако выросло до высоты 67 км. К моменту взрыва, пока на огромном парашюте бомба медленно опускалась с высоты 10500 до расчетной точки подрыва, самолет-носитель Ту-95 с экипажем и его командиром майором Андреем Егоровичем Дурновцевым уже был в безопасной зоне. Командир возвращался на свой аэродром подполковником, Героем Советского Союза. В заброшенном поселке - 400 км от эпицентра - были порушены деревянные дома, а каменные лишились крыш, окон и дверей. На многие сотни километров от полигона в результате взрыва почти на час изменились условия прохождения радиоволн, и прекратилась радиосвязь.

Бомба была разработана В.Б. Адамским, Ю.Н. Смирновым, А.Д. Сахаровым, Ю.Н. Бабаевым и Ю.А. Трутневым (за что Сахаров был награжден третьей медалью Героя Социалистического Труда). Масса "устройства" составляла 26 тонн, для ее транспортировки и сброса использовался специально модифицированный стратегический бомбардировщик Ту-95.

"Супербомба", как называл ее А.Сахаров, не помещалась в бомбовом отсеке самолета (ее длина составляла 8 метров, а диаметр - около 2 метров), поэтому несиловую часть фюзеляжа вырезали и смонтировали специальный подъемный механизм и устройство для крепления бомбы; при этом в полете она все равно больше чем наполовину торчала наружу. Весь корпус самолета, даже лопасти его винтов, был покрыт специальной белой краской, защищающей от световой вспышки при взрыве. Такой же краской был покрыт корпус сопровождавшего самолета-лаборатории.

Результаты взрыва заряда, получившего на Западе имя «Царь-бомба», впечатляли:

* Ядерный «гриб» взрыва поднялся на высоту 64 км; диаметр его шляпки достиг 40 километров.

Огненный шар разрыва достиг земли и почти достиг высоты сброса бомбы (то есть, радиус огненного шара взрыва был примерно 4,5 километра).

* Излучение вызывало ожоги третьей степени на расстоянии до ста километров.

* На пике выделения излучения взрыв достиг мощности в 1 % от солнечной.

* Ударная волна, возникшая в результате взрыва, три раза обогнула земной шар.

* Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвязи даже в сотнях километров от полигона в течение одного часа.

* Свидетели почувствовали удар и смогли описать взрыв на расстоянии тысячи километров от эпицентра. Также, ударная волна в какой-то степени сохранила разрушительную силу на расстоянии тысячи километров от эпицентра.

* Акустическая волна докатилась до острова Диксон, где взрывной волной повыбивало окна в домах.

Политическим результатом этого испытания была демонстрация Советским Союзом владения неограниченным по мощности оружием массового уничтожения - максимальный мегатоннаж бомбы из испытанных к тому моменту США был вчетверо меньше, чем у «Царь-бомбы». В самом деле, увеличение мощности водородной бомбы достигается простым увеличением массы рабочего материала, так что, в принципе, нет никаких факторов, препятствующих созданию 100-мегатонной или 500-мегатонной водородной бомбы. (На самом деле, «Царь-бомба» была рассчитана на 100-мегатонный эквивалент; планируемую мощность взрыва урезали вдвое, по словам Хрущёва, «Чтобы не разбить все стёкла в Москве»). Этим испытанием Советский Союз продемонстрировал способность создать водородную бомбу любой мощности и средства доставки бомбы к точке подрыва.

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  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.

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.

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.

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.

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.

Созданием водородной бомбы начали заниматься в Германии еще во время Второй мировой войны. Но эксперименты так и завершились безрезультатно из-за падения Рейха. Первыми в практической фазе исследований стали американские физики-ядерщики. 1 ноября 1952 года в Тихом океане был произведен взрыв мощностью 10,4 мегатонны.

30 октября 1961 года, за несколько минут до полудня, сейсмологи всего мира зафиксировали сильную ударную волну, несколько раз обогнувшую Земной шар. Такой жуткий шлейф оставила водородная бомба, приведённая в действие. Авторами столь шумного подрыва стали советские физики-ядерщики и военные. Мир ужаснулся. Это был очередной виток конфронтации Запада и Советов. Человечество встало на развилке своего существования.

История создания первой водородной бомбы в СССР

Физики ведущих держав мира знали теорию извлечения термоядерного синтеза ещё в 30-е годы ХХ столетия. Плотное развитие термоядерной концепции пришлось на период Второй мировой войны. Ведущим разработчиком стала Германия. Немецкие учёные до 1944 года усердно вели работы по активации термоядерного синтеза через уплотнение ядерного топлива с применением обычной взрывчатки. Однако эксперимент никак не мог завершиться успехом из-за недостаточных температур и давления. Поражение Рейха поставило точку в термоядерных исследованиях.

Однако война не помешала СССР и США заниматься аналогичными разработками с 40-х годов, пусть и не так успешно, как немцы. К моменту испытаний обе сверхдержавы подошли примерно в одно время. Американцы стали пионерами в практической фазе исследований. Взрыв состоялся 1 ноября 1952 года на коралловом атолле Эниветок, что в Тихом океане. Операция получила секретное название Ivy Mike.

Специалисты накачали 3-этажное строение жидким дейтерием. Полная мощность заряда составила 10,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Получилось в 1 000 раз мощнее, чем было в сброшенной на Хиросиму бомбе. После подрыва островок Элугелаб, который стал центром размещения заряда, бесследно исчез с лица земли. На его месте образовалась воронка диаметром в 1 милю.

За всю историю разработок ядерного оружия на Земле было произведено более 2 000 подрывов: в надземном, подземном, воздушном и подводном положениях. Экосистеме нанесён колоссальный ущерб.

Принцип действия

Конструктив водородной бомбы сформирован на использовании энергии, выделяемой в процессе реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Аналогичный процесс происходит внутри звезды, где воздействие сверхвысоких температур вместе с гигантским давлением заставляют ядра водорода сталкиваться. На выходе образуются утяжелённые ядра гелия. В процессе часть массы водорода преображается в энергию исключительной силы. Именно поэтому звёзды являются постоянными источниками энергии.

Физики переняли схему деления, заменив изотопы водорода таким элементами, как дейтерий и тритий. Однако изделию всё равно дали название водородная бомба на основании базовой схемы. В ранних разработках ещё использовались жидкие изотопы водорода. Но впоследствии основным компонентом стал твёрдый дейтерий лития-6.

Дейтерий лития-6 уже содержит тритий. Но чтобы его выделить, требуется создать пиковую температуру и грандиозное давление. Для этого под термоядерное горючее конструируется оболочка из урана-238 и полистирола. По соседству устанавливается небольшой ядерный заряд мощностью несколько килотонн. Он служит триггером.

При взрыве заряда оболочка урана переходит в плазменное состояние, создавая пиковую температуру и грандиозное давление. В процессе нейтроны плутония контактируют с литием-6, что позволяет выделяться тритию. Ядра дейтерия и лития коммуницируют, образуя термоядерный взрыв. Таков принцип действия водородной бомбы.

Почему при взрыве образуется «гриб»?

При подрыве термоядерного заряда формируется горячая светящаяся сферическая масса, более известная как огненный шар. По мере формирования масса расширяется, охлаждается и устремляется вверх. В процессе охлаждения пары в огненном шаре сгущаются в облако с твёрдыми частицами, влагой и элементами заряда.

Образуется воздушный рукав, который втягивает с поверхности полигона подвижные элементы и переносит их в атмосферу. Нагретое облако поднимается на высоту 10-15 км, затем остывает и начинает расплываться по поверхности атмосферы, принимая грибовидную форму.

Первые испытания

В СССР экспериментальный термоядерный взрыв впервые произвели 12 августа 1953 года. В 7:30 утра на полигоне Семипалатинска была подорвана водородная бомба РДС-6. Стоит сказать, что это было четвёртое тестирование атомного оружия в Советском Союзе, но первое термоядерное. Масса бомбы составляла 7 тонн. Она могла бы свободно разместиться в бомболюке бомбардировщика Ту-16. В сравнение приведём пример Запада: американская бомба Ivy Mike весила 54 тонны, и для неё был построен 3-этажный корпус, схожий на дом.

Советские учёные пошли дальше американцев. Чтобы оценить силу разрушения, на полигоне был построен городок из жилых и административных зданий. Разместили по периметру военную технику от каждого рода войск. Всего в зоне поражения разместилось 190 различных объектов недвижимого и движимого имущества. Вместе с этим учёные подготовили более 500 видов всевозможной измерительной аппаратуры на полигоне и в воздухе, на самолётах наблюдателях. Были установлены кинокамеры.

Бомбу РДС-6 установили на 40-метровой железной башне с возможностью дистанционного подрыва. Все следы прошлых испытаний, радиационный грунт и т. п. были удалены с полигона. Наблюдательные бункеры усилили, а рядом с башней, всего в 5 метрах, соорудили капитальное укрытие для аппаратуры, регистрирующей термоядерные реакции и процессы.

Взрыв. Ударная волна снесла всё, что было установлено на полигоне в радиусе 4 км. Такой заряд смог бы свободно превратить в пыль 30-тысячнй городок. Приборы зафиксировали ужасающие экологические последствия: стронций-90 почти 82%, а цезий-137 около 75%. Это зашкаливающие показатели радионуклидов.

Мощность взрыва оценили в 400 килотонн, что 20 раз превзошло американский аналог Ivy Mike. По исследованиям 2005 года, от испытаний на Семипалатинском полигоне пострадало более 1 млн человек. Но эти цифры намеренно занижены. Главные последствия - онкология.

После тестирования разработчику водородной бомбы Андрею Сахарову были присвоены степень академика физико-математических наук и звание Героя Социалистического труда.

Взрыв на полигоне «Сухой Нос»

Спустя 8 лет, 30 октября 1961 года, СССР взорвал 58-мегатонную «Царь-бомбу» АН602 над архипелагом Новая Земля на высоте 4 км. Снаряд был сброшен самолётом Ту-16А с высоты 10,5 км на парашюте. После подрыва ударная волна трижды обогнула планету. Огненный шар достиг в диаметре 5 км. Световое излучение обладало поражающей силой в радиусе 100 км. Ядерный гриб вырос на 70 км. Грохот распространился на 800 км. Мощность взрыва составила 58,6 мегатонны.

Учёные признались, они подумали о том, что начала гореть атмосфера и выгорать кислород, а это бы означало конец всему живому на земле. Но опасения оказались напрасными. Впоследствии было доказано, что цепная реакция от термоядерного подрыва не грозит атмосфере.

Корпус АН602 был рассчитан на 100 мегатонн. Никита Хрущёв впоследствии шутил, что объём заряда был уменьшен из-за боязни «побить все окна в Москве». На вооружение оружие не поступило, но это был такой политический козырь, который невозможно было покрыть в то время. СССР продемонстрировал всему миру, что он способен решить задачу любого мегатоннажа ядерного вооружения.

Возможные последствия взрыва водородной бомбы

В первую очередь водородная бомба - это оружие массового поражения. Оно способно уничтожать не только взрывной волной, как на это способны тротиловые снаряды, но и радиационными последствиями. Что происходит после взрыва термоядерного заряда:

ударная волна, сметающая всё на своём пути, оставляя после себя масштабные разрушения;
тепловой эффект - невероятная тепловая энергия, способна расплавить даже бетонные конструкции;
радиоактивные осадки - облачная масса с каплями радиационной воды, элементами распада заряда и радионуклидами, движется по ветру и выпадает в виде осадков на любом удалении от эпицентра подрыва.

Вблизи ядерных полигонов или техногенных катастроф на протяжении десятилетий наблюдается радиоактивный фон. Последствия применения водородной бомбы очень серьёзные, способные нанести вред будущим поколениям.

Чтобы наглядно оценить эффект поражающей силы термоядерного оружия, предлагаем посмотреть краткий ролик подрыва РДС-6 на полигоне Семипалатинска.