Принцип действия водородной бомбы. Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер.
«Отец» водородной бомбы
И это очередной повод вспомнить о масштабах ее разрушительных последствий и о том, какую угрозу представляет собой оружие массового поражения. Карибский кризис 1962 года показал, насколько хрупким и беззащитным может быть мир на фоне ядерной угрозы, поэтому в бессмысленной гонке на уничтожение друг друга СССР и США смогли прийти к компромиссу и подписать первый договор, регламентировавший разработку ядерного оружия, — Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой, к которому впоследствии подключились многие страны мира. Теоретическая возможность получения энергии путем термоядерного синтеза была известна еще до Второй мировой войны. Также известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путем сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества, но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. Принцип их работы немного отличается: если к взрыву атомной бомбы приводит распад ядра, то водородная бомба взрывается благодаря синтезу элементов с выделением колоссального количества энергии. Именно эта реакция протекает в недрах звезд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжелые ядра гелия. Полученного количества энергии достаточно для того, чтобы запустить цепную реакцию, вовлекая в нее весь возможный водород. Именно поэтому звезды не гаснут, а взрыв водородной бомбы обладает такой разрушительной силой.
Ученые скопировали эту реакцию с использованием жидких изотопов водорода — дейтерия и трития, что и дало название "водородная бомба". В последствии стал использоваться дейтерид лития-6, твердое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития, которое по своим химическим свойствам является аналогом водорода. Таким образом дейтерид лития-6 является горючим бомбы и, по сути, оказывается более "чистым", чем уран-235 или плутоний, используемые в атомных бомбах и вызывающие мощнейшую радиацию.
Эти ученые пришли к выводу, что капсулу с тяжелым водородом и атомный запал надо развести в пространстве. В этом случае после подрыва запала до капсулы первым дойдет рентгеновское излучение, которое распространяется со скоростью света и посему обгоняет взрывную волну. Оно обрушит на капсулу давление в десятки и сотни миллионов атмосфер и разогреет ее содержимое до ста миллионов градусов.
Ядра тяжелого водорода начнут сливаться друг с другом и после множества промежуточных реакций превратятся в ядра гелия. Таким образом человечество впервые получило в руки контроль над настоящим ядерным взрывом. Научный руководитель советского ядерного проекта Арзамас-16 Юлий Харитон говорил Стиллману, что русские придумали все сами. Согласно словам Харитона, в марте или апреле 1954 года принцип радиационного сжатия предложил один из главных разработчиков ядерного оружия Яков Зельдович , в будущем великий космолог. Академик Сахаров в своих мемуарах отметил, что тогда же к этой мысли одновременно пришли он сам и еще несколько засекреченных теоретиков. Но Рид со Стиллманом полагают, что информация о радиационном сжатии прибыла от Персея.
Еще во время ее разработки советская разведка выяснила, что США переключились на разработку более мощной бомбы. Это подтолкнуло СССР заняться изготовлением термоядерного оружия. Выяснить, каких результатов достигли американцы, разведчики не смогли, да и попытки советских ядерщиков не увенчались успехом. Поэтому было решено создать бомбу, взрыв которой происходил бы за счет синтеза легких ядер, а не деления тяжелых, как в атомной бомбе. Весной 1950 года начались работы над созданием бомбы, получившей в дальнейшем название РДС-6с. В числе ее разработчиков оказался и будущий лауреат Нобелевской премии мира Андрей Сахаров, предложивший идею конструкции заряда еще в 1948 году, но позднее выступавший против ядерных испытаний. Впоследствии, правда, дейтерий предложили заменить на дейтерид лития — это значительно упростило конструкцию заряда и его эксплуатацию. Дополнительным преимуществом было то, что из лития после бомбардировки нейтронами получается еще один изотоп водорода — тритий.
Тогда математик Станислав Улам предложил другой подход - двухступенчатый ядерный запал. Его задумка заключалась в том, чтобы поместить в «водородной» зоне устройства плутониевый стержень. Взрыв первого запала «поджигал» плутоний, две ударные волны и два потока рентгеновских лучей сталкивались - давление и температура подскакивали достаточно, чтобы начался термоядерный синтез. Новое устройство испытали на атолле Эниветок в Тихом океане в 1952 году - взрывная мощность бомбы составила уже десять мегатонн в тротиловом эквиваленте. Тем не менее и это устройство было непригодно для использования в качестве боевого оружия. Чтобы ядра водорода сливались, расстояние между ними должно быть минимальным, поэтому дейтерий и тритий охлаждали до жидкого состояния , почти до абсолютного нуля. Для этого требовалась огромная криогенная установка. Второе термоядерное устройство, по сути увеличенная модификация «Джорджа», весило 70 тонн - с самолета такое не сбросишь. СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее: первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. В ней предполагалось использовать дейтерид лития. Это металл, твердое вещество , его не надо сжижать, а потому громоздкий холодильник, как в американском варианте, уже не требовался. Не менее важно и то, что литий-6 при бомбардировке нейтронами от взрыва давал гелий и тритий, что еще больше упрощает дальнейшее слияние ядер. Бомба РДС-6с была готова в 1953 году. В отличие от американских и современных термоядерных устройств плутониевого стержня в ней не было. Такая схема известна как «слойка»: слои дейтерида лития перемежались урановыми. Мощность взрыва составила 400 килотонн в тротиловом эквиваленте - в 25 раз меньше, чем во второй попытке американцев. Зато РДС-6с можно было сбросить с воздуха. Такую же бомбу собирались использовать и на межконтинентальных баллистических ракетах. А уже в 1955 году СССР усовершенствовал свое термоядерное детище, оснастив его плутониевым стержнем. Сегодня практически все термоядерные устройства - судя по всему, даже северокорейские - представляют собой нечто среднее между ранними советскими и американскими моделями. Все они используют дейтерид лития как топливо и поджигают его двухступенчатым ядерным детонатором. Как известно из утечек, даже самая современная американская термоядерная боеголовка W88 похожа на РДС-6c: слои дейтерида лития перемежаются ураном. Разница в том, что современные термоядерные боеприпасы - это не многомегатонные монстры вроде «Царь-бомбы», а системы мощностью в сотни килотонн, как РДС-6с. Мегатонных боеголовок в арсеналах ни у кого нет, так как в военном отношении десяток менее мощных зарядов ценнее одного сильного: это позволяет поразить больше целей. Техники работают с американской термоядерной боеголовкой W80 Чего не может термоядерная бомба Водород - элемент чрезвычайно распространенный, достаточно его и в атмосфере Земли. Одно время поговаривали, что достаточно мощный термоядерный взрыв может запустить цепную реакцию и весь воздух на нашей планете выгорит. Но это миф. Не то что газообразный, но и жидкий водород недостаточно плотный, чтобы начался термоядерный синтез. Его нужно сжимать и нагревать ядерным взрывом, желательно c разных сторон , как это делается двухступенчатым запалом. В атмосфере таких условий нет, поэтому самоподдерживающиеся реакции слияния ядер там невозможны. Это не единственное заблуждение о термоядерном оружии. Часто говорят, что взрыв «чище» ядерного: мол, при слиянии ядер водорода «осколков» - опасных короткоживущих ядер атомов, дающих радиоактивное загрязнение , - получается меньше, чем при делении ядер урана. Заблуждение это основано на том, что при термоядерном взрыве большая часть энергии якобы выделяется за счет слияния ядер. Это неправда. Да, «Царь-бомба» была такой, но только потому, что ее урановую «рубашку» для испытаний заменили на свинцовую. Современные двухступенчатые запалы приводят к значительному радиоактивному загрязнению. Зона возможного тотального поражения «Царь-бомбой», нанесенная на карту Парижа. Красный круг - зона полного разрушения радиус 35 км. Желтый круг - размер огненного шара радиус 3,5 км. Правда, зерно истины в мифе о «чистой» бомбе все же есть. Взять лучшую американскую термоядерную боеголовку W88. При ее взрыве на оптимальной высоте над городом площадь сильных разрушений практически совпадет с зоной радиоактивного поражения, опасного для жизни. Погибших от лучевой болезни будет исчезающе мало: люди погибнут от самого взрыва, а не радиации. Еще один миф гласит, что термоядерное оружие способно уничтожить всю человеческую цивилизацию, а то и жизнь на Земле. Это тоже практически исключено. Энергия взрыва распределена в трех измерениях, поэтому при росте мощности боеприпаса в тысячу раз радиус поражающего действия растет всего в десять раз - мегатонная боеголовка имеет радиус поражения всего в десять раз больше, чем тактическая, килотонная. Мощность удара составила около 100 млн мегатонн - это в 10 тыс. И жизнь в целом, и человек куда крепче, чем они кажутся. Правда о термоядерном оружии не так популярна, как мифы. На сегодня она такова: термоядерные арсеналы компактных боеголовок средней мощности обеспечивают хрупкий стратегический баланс, из-за которого никто не может свободно утюжить другие страны мира атомным оружием. Боязнь термоядерного ответа - более чем достаточный сдерживающий фактор.
Как устроена водородная бомба
Лазерный отсек NIF, генерирующий 192 луча Излишне говорить, что базовая физика ICF была разработана в контексте разработки ядерного оружия и до сих пор существенно пересекается с областью секретных военных исследований. Можно было бы много сказать о политике магнитного и инерционного синтеза, но это не моя тема здесь. ОтSuper-бомбы к радиационному взрыву Пока что единственной доступной технологией генерирования большого количества избыточной энергии с помощью реакций ядерного синтеза является водородная бомба, также известная как термоядерная бомба. Впервые эта технология была успешно испытана 31 октября 1952 года. Во время американского Манхэттенского проекта создания атомной бомбы, использующей реакции ядерного деления, физик Эдвард Теллер задумал потенциально гораздо более разрушительное оружие, основанное не на делении урана, а на синтезе изотопов водорода. Его называли Super.
Поскольку было ясно, что химические взрывчатые вещества не могут генерировать температуру в десятки миллионов градусов, необходимую для зажигания термоядерных реакций, единственным вариантом было использование бомбы деления. Название изобретения — «Совершенствование методов и средств использования ядерной энергии». Что и говорить, устройство не предназначалось для гражданского использования! Содержание патента фон Неймана-Фукса до сих пор официально является секретом правительства США, но его можно найти в увлекательной серии томов, опубликованных в России в 2008 году «Атомный проект СССР: Документы и материалы». Там можно найти подробный текст с расчетами и диаграммами в переводе на английский и русский языки, а также комментарии к нему ведущих советских исследователей с 1948 года.
Как такое возможно? Клаус Фукс позже признал, что был советским агентом! В конструкции фон Неймана-Фукса уже заложено то, что стало основным принципом действия водородной бомбы: «радиационная имплозия». Вместо того, чтобы оборачивать термоядерное топливо вокруг бомбы деления, как это было изначально задумано для Super, поместите топливо в отдельный контейнер и используйте интенсивный импульс излучения, генерируемый взрывом деления, чтобы нагреть, сжать и воспламенить его. Устройство, которое, наконец, использовалось в успешном испытании 1952 года, основывалось на этом радиационном взрыве в более продвинутой форме, разработанном Эдвардом Теллером и Станиславом Уламом.
Это знаменитая двухступенчатая «конфигурация Теллера-Улама», проиллюстрированная на прилагаемой диаграмме. Он стал своего рода моделью для более позднего развития термоядерного синтеза с лазерным управлением. Конфигурация Теллера-Улама слева. Первое испытание водородной бомбы «Айви Майк» Избавляемся от триггера деления Учитывая успех водородной бомбы в высвобождении большого количества термоядерной энергии, естественно спросить, в какой степени термоядерные взрывы можно уменьшить до такой степени, что они могут быть использованы для коммерческого производства электроэнергии. Сам процесс термоядерного синтеза не создает внутренних препятствий для миниатюризации: не существует нижнего предела количества топлива, которое может быть использовано для обеспечения «микровзрыва» термоядерного синтеза.
А вот первая ступень водородной бомбы не может быть произвольно уменьшена, по крайней мере, каким-либо прямым образом, потому что самоподдерживающаяся реакция деления требует определенной минимальной критической массы, что приводит к слишком сильному взрыву.
Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже. После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны. Водородная бомба Как было сказано ранее, принцип действия водородной бомбы основан на реакции синтеза.
Термоядерный синтез — это процесс слияния двух ядер в одно, с образованием третьего элемента, выделением четвертого и энергии. Силы, отталкивающие ядра, колоссальны, поэтому для того, чтобы атомы сблизилась достаточно близко для слияния, температура должна быть просто огромной. Ученые уже который век ломают голову над холодным термоядерным синтезом, так сказать пытаются сбросить температуру синтеза до комнатной, в идеале. В этом случае человечеству откроется доступ к энергии будущего. Что же до термоядерной реакции в настоящее время, то для ее запуска по-прежнему нужно зажигать миниатюрное солнце здесь на Земле — обычно в бомбах используют урановый или плутониевый заряд для старта синтеза. Водородная бомба 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. Некоторые люди склонны считать, что водородная бомба — «более чистое оружие», чем обычная бомба.
Возможно, это связано с названием. Люди слышат слово «водо» и думают, что это как-то связано с водой и водородом, а следовательно последствия не такие плачевные. На самом деле это конечно не так, ведь действие водородной бомбы основано на крайне радиоактивных веществах. Теоретически возможно сделать бомбу без уранового заряда, но это нецелесообразно ввиду сложности процесса, поэтому чистую реакцию синтеза «разбавляют» ураном, для увеличения мощности. Все, что попадает в огненный шар, будет уничтожено, зона в радиусе поражения станет необитаемой для людей на десятилетия. Радиоактивные осадки могут нанести вред здоровью людей в сотнях и тысячах километров. Конкретные цифры, площадь заражения можно рассчитать, зная силу заряда. Последствия использования Общее описание Термоядерное взрывное устройство может быть построено как с использованием жидкого дейтерия , так и газообразного сжатого.
Но появление термоядерного оружия стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития — дейтериду лития-6. Это соединение тяжёлого изотопа водорода — дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 — твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий обычное состояние которого в нормальных условиях — газ при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент — литий-6 — это сырьё для получения самого дефицитного изотопа водорода — трития. Он также служит источником трития, но для этого нейтроны, участвующие в реакции, должны иметь энергию 10 МэВ и выше. Термоядерная бомба, действующая по принципу Теллера-Улама, состоит из двух ступеней: триггера и контейнера с термоядерным горючим. Ядерная зима Однако разрушение городов — не самое страшное, что может случиться «благодаря» оружию массового поражения. После ядерной войны мир не будет полностью уничтожен. На планете останутся тысячи крупных городов, миллиарды людей и лишь небольшой процент территорий потеряет свой статус «пригодная для жизни».
В долгосрочной перспективе весь мир окажется под угрозой из-за так называемой «ядерной зимы». Подрыв ядерного арсенала «клуба» может спровоцировать выброс в атмосферу достаточного количества вещества пыли, сажи, дыма , чтобы «убавить» яркость солнца.
А вот контейнер для термоядерного топлива делают из радиоактивного урана-238, чередуя его со слоями дейтерия, отчего первые советские бомбы такого типа назывались "слойками". Именно из-за них все живое, оказавшееся даже на расстоянии сотен километров от взрыва и уцелевшее при взрыве, может получить дозу облучения, которая приведет к тяжелым заболеваниям и летальному исходу. Почему при взрыве образуется "гриб"?
На самом деле облако грибовидной формы — обыкновенное физическое явление. Такие облака образуются при обычных взрывах достаточной мощности, при извержениях вулканов, сильных пожарах и падениях метеоритов. Горячий воздух всегда поднимается выше холодного, однако тут его нагрев происходит настолько быстро и так мощно, что он видимым столбом поднимается вверх, закручивается в кольцеобразный вихрь и тянет за собой "ножку" — столб пыли и дыма с поверхности земли. Поднимаясь, воздух постепенно охлаждается, становясь похожим на обычное облако из-за конденсации паров воды. Однако это еще не все.
Гораздо опаснее для человека ударная взрывная волна, расходящаяся по поверхности земли от эпицентра взрыва по окружности радиусом, достигающим 700 км, и радиоактивные осадки, выпадающие из того самого грибовидного облака. В день на полигонах могли производиться по три-четыре эксперимента, в ходе которых изучалась динамика взрыва, поражающие способности, потенциальный ущерб противника. Первый опытный образец был взорван 27 августа 1949 года, а последнее испытание ядерного оружия в СССР произвели 25 декабря 1962-го.
А прямо накануне США провели испытания первой атомной бомбы. И несмотря на всю секретность «проекта Манхэттен» авторы: физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс , Трумэн в кулуарах конференции рассказал Иосифу Сталину, что у Штатов теперь есть в распоряжении «оружие исключительной силы». Именно в Потсдаме начал ярко проявляться раскол внутри антигитлеровской коалиции. А Западная Европа начала отгораживаться железным занавесом. Главным камнем преткновения в советско-американских отношениях стал ядерный арсенал США. По сути, уже в этот момент набирала обороты гонка вооружений. Сегодня о нём всё чаще говорят на международной арене «Дитя не плачет — мать не разумеет» СССР отставал от Запада в сфере создания ядерного оружия.
Несмотря на то что исследования в области физики ядра успешно развивались в нашей стране в 1930-е годы, они были прерваны войной. Осознав из донесений разведки всю опасность отставания в этой области, осенью 1942 года руководство СССР приняло решение о возобновлении работ по урану. Научным руководителем советского атомного проекта стал 40-летний физик Игорь Курчатов, в команду которого вошли Юлий Харитон, Исаак Кикоин, Яков Зельдович и ряд других ученых. Но в условиях жесточайшей войны достаточное финансирование проекта было невозможным. И именно американцы продемонстрировали всю его разрушительную силу летом 1945-го: 6 августа на Хиросиму сбросили бомбу под кодовым названием «Малыш», а 9 августа на Нагасаки — «Толстяк». Правда, американские газеты пестрели яркими заголовками, в которых акцент делался на мощности оружия. Некоторые издания обвиняли руководство Японии в том, что оно вынудило США пойти на такие меры. Иосиф Сталин собрал совещание, на котором поручил ускорить работы по созданию советской атомной бомбы.
50 лет назад была испытана водородная бомба
6. Механизм действия водородной бомбы. Водородные бомбы типа РДС-6с и РДС-37 были включены в состав вооружения стратегических бомбардировщиков — тяжелых Ту-95а, М-4 и средних Ту-16а, причем РДС-37 заложили в основу следующих термоядерных боеприпасов. Sputnik Молдова. В термоядерных бомбах используется другой принцип — термоядерный синтез, при котором такие лёгкие элементы, как водород или литий, сливаются в более тяжёлые, за счёт чего выделяется энергия, необходимая для взрыва. Принцип действия водородной бомбы. Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.
Как Сахаров и Теллер чуть не взорвали мир
Советский Союз создал первую в мире водородную бомбу, пригодную к практическому военному применению. Как было сказано ранее, принцип действия водородной бомбы основан на реакции синтеза. Термоядерный синтез — это процесс слияния двух ядер в одно, с образованием третьего элемента, выделением четвертого и энергии. Принцип действия этого типа оружия основан на высвобождении огромного количества энергии при синтезе легких химических элементов в более тяжелые. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Водородная бомба – это термоядерный боеприпас комбинированного действия, использующий оба указанных принципа ядерных реакций. Мощность взрыва ядерного оружия измеряется в тысячах или миллионах тонн тротилового эквивалента (килотоннах или. Принцип действия: 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.
Водородная и атомная бомбы: сравнительные характеристики
используют ядерное деление. Водородная бомба принцип действия и факторы поражения. Непосредственная работа по изготовлению первой водородной бомбы началась в 1950 году. Научным руководителем стал Юлий Харитон, а его заместителями — Игорь Тамм и Яков Зельдович (Андрей Сахаров трудился в группе Тамма). В термоядерных бомбах используется другой принцип — термоядерный синтез, при котором такие лёгкие элементы, как водород или литий, сливаются в более тяжёлые, за счёт чего выделяется энергия, необходимая для взрыва. Водородная бомба содержит корпус осесимметричной формы с хвостовыми стабилизаторами, внутри которого смонтирован термоядерный заряд, и систему управления с датчиком инициирования взрыва.