Мощность термоядерной ВВ 30 кт/кг, хотя я считал по формулам и получилось 70 кт/кг.
Как устроена водородная бомба
Тепловой эффект Водородная бомба всего в 20 мегатонн (размеры самой большой испытанной на данный момент бомбы — 58 мегатонн) создает огромное количество тепловой энергии: бетон плавился в радиусе пяти километров от места испытания снаряда. Водородная бомба, также известная как термоядерная, использует ядерную реакцию слияния, которая основана на ядерном расщеплении. или почему при термоядерном взрыве не начинается самоподдерживающаяся термоядерная реакция в воде и в воздухе В своё время Нильс Бор говорил, что теоретически возможно запустить такой мощности, такого объема термоядерную реакцию.
Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва.
В свою очередь, в водородной бомбе энергия высвобождается в результате реакции термоядерного синтеза тяжёлого водорода — дейтерия и трития — и получения более тяжёлых элементов. 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске была испытана первая в мире водородная бомба. Рассказываем, как устроена водородная бомба и что произойдет, если ее взорвать. Соответственно, поскольку мы выбираем водородную бомбу в качестве отправной точки для разработки термоядерных реакторов — включая с трудом полученные физические знания, лежащие в основе бомбы, — необходимо найти замену спусковому механизму деления. Атомные бомбы середины прошлого века, сконструированные в основном по модели «Толстяк» (инициирующий тротиловый заряд приводит к схлопыванию контура, образованного дольками из оружейного плутония), а тем более первая бомба модели «Малыш» были оружием массового.
ГЛАВА 24 „Чистая" водородная бомба
Этим взрывом ознаменовалось начало ядерной гонки между двумя державами. К началу 1960-х в мире сложилась довольно непростая политическая ситуация. Спасшегося летчика Фрэнсиса Пауэрса арестовали. На это американский президент ответил отменой встречи глав правительств четырех держав в Париже и других инициатив по сближению государств.
Пилот Френсис Пауэрс U. Air Force photo , by commons. Интересы США и Страны Советов расходились в процессе деколонизации Африки, германского мирного урегулирования и прочего.
К тому же в 1962 году на отношения между державами повлиял Карибский кризис. Огненное облако взрыва РДС-6с ССО В этих обстоятельствах СССР была необходима своеобразная гарантия защиты: строительство ядерных баз, усовершенствование ядерных боеприпасов и разработка стратегических бомбардировщиков.
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. 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.
Это был период ядерного превосходства Соединенных Штатов, которые использовали мораторий для резкого наращивания числа ядерных боеприпасов разного типа и суммарного мегатоннажа своего ядерного арсенала. Так, если к началу моратория в арсенал Вашингтона входило 7,5 тысячи ядерных и термоядерных зарядов общим мегатоннажем 17,3 гигатонны тротилового эквивалента, то во время моратория в 1960 году число зарядов увеличилось до 18,6 тысячи, а общий мегатоннаж возрос до 20,5 гигатонны.
На фоне сложной военно-политической обстановки советское руководство приняло решение выйти из моратория на ядерные испытания. Об этом Хрущев сообщил ведущим советским физикам-атомщикам на закрытой встрече в Кремле 10 июля 1961 года. Как создавали супермощную термоядерную бомбу Работы над созданием мощной термоядерной бомбы начались задолго до 1961 года — в 1956-м в специально созданном НИИ-1011 приступили к созданию советской "Царь-бомбы" АН602, которая, по мнению Москвы, должна была стать самым надежным средством сдерживания.
Авторы изделия предусмотрели для нее трехступенчатую конструкцию: ядерный заряд первой ступени расчетный вклад в мощность взрыва — 1,5 мегатонны запускал термоядерную реакцию во второй ступени вклад в мощность взрыва — 50 мегатонн. Она же в свою очередь инициировала так называемую ядерную реакцию Джекила — Хайда деление ядер в блоках урана-238 под действием быстрых нейтронов, образующихся в результате реакции термоядерного синтеза в третьей ступени еще 50 мегатонн мощности. Так что общая расчетная мощность АН602 должна была составить 101,5 мегатонны.
Такое оружие устрашило даже разработчиков — они пришли к выводу, что взрыв подобной конструкции вызовет чрезвычайно мощное радиационное загрязнение. В итоге конструкторский коллектив, в который входили Виктор Адамский, Андрей Сахаров, Юрий Бабаев, Юрий Смирнов и Юрий Трутнев, решил отказаться от реакции Джекила — Хайда в третьей ступени бомбы и заменить урановые компоненты на их свинцовый эквивалент. Это должно было уменьшить расчетную общую мощность взрыва почти вдвое до 51,5 мегатонны.
Я решил, что это изделие будет испытываться в "чистом варианте" — с искусственно уменьшенной мощностью, но тем не менее существенно большей, чем у какого-либо испытанного ранее кем-либо изделия. Даже в этом варианте его мощность превосходила бомбу Хиросимы в несколько тысяч раз! Подготовка к испытанию "Царь-бомбы" АН602 было решено испытать в конце октября 1961 года на полигоне на Новой Земле.
Конечно, конструкция «чистой» водородной бомбы засекречена. Но, основываясь на некоторых фактах, известных многим, можно догадываться, что лежит в основе процесса очищения. Поэтому ясно, что для создания «чистой» бомбы необходимо удалить «грязный» элемент из процесса, происходящего внутри бомбы. Но, как будет показано в дальнейшем, это связано с огромными трудностями, которые одно время казались непреодолимыми.
Природа «грязного» элемента была впервые раскрыта в работах японских физиков, опубликовавших подробный отчет в двух томах с результатами тщательного анализа смертоносного радиоактивного пепла, который выпал на японское рыболовное судно после взрыва «грязной» водородной бомбы 1 марта 1954 г. Эти исследования показали, что образование гигантского облака радиоактивной пыли, заразившего площадь в восемнадцать тысяч квадратных километров, не было вызвано присутствием в бомбе ни водорода, ни одного из двух расщепляющихся элементов — урана-235 или плутония, которые служат детонаторами в водородных бомбах. При синтезе водородных элементов за одну десятимиллионную долю секунды, в течение которой бомба еще представляет единое целое, выделяется огромное количество нейтронов такой большой энергии, что они способны расщепить атомы урана-238. В отличие от элементов обычной атомной бомбы, которые могут мгновенно взрываться при достижении сравнительно небольшой критической массы, для основного компонента водородной бомбы — урана-238 — нет предела, и это делает его особенно устрашающим для человечества.
Так как уран-238 по своей природе является «мягким доктором Джекиллом» до момента взрыва, в бомбу можно поместить любое его количество в зависимости от того, какой мощности должен быть взрыв. Од- номегатонная бомба взорвет пятьдесят килограммов элемента «Джекилл и Хайд», а бомба в двадцать мегатонн— около тысячи килограммов этого «грязного» элемента. Стивенсона, в котором мягкий и воспитанный доктор Джекилл, выпив определенное снадобье, может превращаться в злого и распутного мистера Хайда. Единственная возможность получения «чистой» водородной бомбы, совершенно не образующей радиоактивных осадков, за исключением лишь небольшого их количества от атомной бомбы-детонатора,— это создание оружия, взрывная сила которого имеет своим источником исключительно процесс ядерного синтеза водорода.
Но здесь природа выдвинула, казалось бы, непреодолимое препятствие. Для создания «чистой» водородной бомбы необходимо наличие двух тяжелых изотопов водорода — водорода-2 и водорода-3. Но водород-3, или тритий, вес которого в три раза больше обычного водорода, исчез на Земле миллионы лет назад. Нейтрон, выделяемый при делении урана-235 в реакторе, попадает в ядро лития-6, которое состоит из трех протонов и трех нейтронов.
При этом образуются два газа — тритий, ядро которого состоит из одного протона и двух нейтронов, и гелий, ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. На общую массу ядер трития и гелия приходится, таким образом, три протона и три нейтрона ядра бывшего лития-6 плюс дополнительный нейтрон, образовавшийся при делении урана.
Академик РАН Михаил Федонкин: водород стал предтечей всего в космосе и на Земле
Распространение кобальтовых частиц по всей планете займет несколько лет, что соответствует одному периоду его полураспада. Осадки с содержанием кобальта-60 значительно опаснее осадков от обычного ядерного взрыва по следующим причинам: Многие изотопы, возникающие при делении ядра урана, имеют очень краткий период полураспада. Соответственно, они распадаются до того, как успеют выпасть с осадками, либо на время их распада можно отсидеться в укрытии; Другие продукты деления ядра обладают очень длительным периодом полураспада, поэтому и излучение от них не слишком интенсивное; Кроме того, при обычном ядерном взрыве многие продукты распада быстро превращаются в нерадиоактивные вещества, например, в свинец. Кобальт-60 занимает ровно промежуточное положение между первыми двумя ситуациями, и именно поэтому так опасен. Его изотопы успеют разнестись на большие расстояния с потоками воздуха и выпасть с осадками, а переждать в бункерах его полураспад не получится — не хватит и целой жизни. Вдобавок к этому, кобальт-60 дает сильное проникающее гамма-излучение. Непосредственно после взрыва гамма-излучение у обычной атомной бомбы выше, чем у кобальтовой: в 15 000 раз выше в первый час, в 35 раз выше в первую неделю, в 5 раз выше в первый месяц. Зато уже через год излучение остаточного кобальта будет в 8 раз выше, чем излучение обычного ядерного заряда, а через 5 лет — в 150 раз выше.
Излучение кобальта-60 существенно снизится только через 75 лет после взрыва. В качестве более «гуманной» альтернативы кобальту мог бы служить цинк-65, чья радиоактивность будет гораздо выше на начальном этапе и, соответственно, спадет быстрее. Но затравочный изотоп цинк-64 составляет лишь примерно половину природного цинка, поэтому для военного применения цинк пришлось бы им обогащать. Гамма-излучение у цинка-65 также слабее, чем у кобальта-60. Сразу после взрыва радиоактивность цинка-65 будет примерно вдвое выше, чем у кобальта-60, затем эти изотопы сравняются по смертоносности через 8 месяцев, а через пять лет радиоактивность у кобальта-60 будет в 110 раз выше, чем у цинка-65.
Это третья фаза взрыва, увеличивающая его мощность ещё впятеро. Вклад энергии от распада ядер урана не так уж велик, но этот процесс порождает новые тучи нейтронов. А чем плотнее нейтронный поток, тем больше лития перейдёт в тритий, тем выше будет КПД взрывного устройства. А это чудовищная энергия. Субкилотонные боеприпасы «Малыш», первая атомная бомба, применённая в бою, относилась к пушечному типу Ядерные боеприпасы ценятся в первую очередь за мощь, но иногда компактность оказывается важнее. Как следствие, некоторое распространение практически только в США получили так называемые пушечные заряды. Они состоят из плутониевого цилиндра с отверстием в центре, стержня из того же металла, небольшого количества пороха, который вколачивает стержень в отверстие, единственного детонатора для инициации процессов и… всё. Очевидными преимуществами пушечной схемы были предельная простота, безукоризненная надёжность срабатывания и крошечные размеры. Но заряд пушечного типа не просто надёжен, а слишком надёжен. Это его главный недостаток. Тепловое или механическое повреждение боеприпаса не выведет его из строя, а напротив — может заставить сработать. В СССР посчитали, что янки — crazy, и копировать этот ужас не стали. Американцы действительно намеревались отстреливаться «Крокеттами» от советских танков и наклепали немало этих боеприпасов. Смешной тротиловый эквивалент — всего 10 тонн — позволял бить прямой наводкой Вторым недостатком пушечных зарядов стала их расточительность. Количество ядерной взрывчатки обязательно должно быть сверхкритическим. То есть расщепляющегося металла «на выстрел» уходит в среднем в три раза больше, чем при другой схеме. Таким он был у единственного в истории стратегического боеприпаса с зарядом пушечного типа — бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму. Но там всё устройство весило четыре тонны, а урановые детали были помещены в обрезок орудийного ствола. Американцы, впрочем, считали, что крайне низкая — от 10 до 150 тонн в тротиловом эквиваленте — мощность для тактического ядерного боеприпаса не изъян, а достоинство. Примитивное устройство пушечного заряда породило миф, что ядерную бомбу можно собрать в гараже. Но частному лицу достать несколько десятков килограммов почти чистого урана-235 невозможно. А плутоний вдобавок стремительно окисляется на воздухе, очень ядовит и практически не поддаётся механической обработке. Попытавшись изготовить кустарным способом из небольших плутониевых слитков детали взрывного устройства, самоделкин умрёт от лучевой болезни, от отравления или в результате вспыхнувшего в гараже пожара, но ничего не достигнет. Советский 420-мм миномёт 2Б1 «Ока» предназначался для стрельбы ядерными боеприпасами 2С7 «Пион». В 1970-х годах в СССР появились миниатюрные шаровые заряды, которые помещались в снаряд 203-мм пушки, но мощность их обычно составляла 5—15 килотонн, и «тактическими» такие боеприпасы можно было назвать лишь условно Уран или плутоний? На первый взгляд преимущества плутония над ураном, критическая масса которого впятеро выше, очевидны. Заряд получается миниатюрным. При распаде плутоний выделяет больше свободных нейтронов, чем уран, что крайне важно, например, при изготовлении термоядерных боеприпасов. К тому же обогащённый уран очень дорог в производстве, плутоний же добывается из отработанного топлива для атомных электростанций. Но на практике выбор не так прост, поскольку плутоний — металл радиоактивный. Если период полураспада урана-235 — 713 миллионов лет, то у плутония-239 он составляет всего 24 тысячи лет. К тому же извлекаемый из АЭС плутоний на самом деле представляет собой смесь изотопов, излучение которых выводит из строя электронные компоненты боеприпаса и на молекулярном уровне «разъедает» химическое взрывчатое вещество. Как следствие, в военном деле обычно используется специальный «оружейный» плутоний, который провёл в активной зоне ядерного реактора всего 1—2 месяца. Но такой плутоний уже очень недёшев и всё равно радиоактивен. Большая часть обогащённого урана производится в России «Грязная» бомба В романе Дмитрия Глуховского признан в России СМИ, исполняющим функции иностранного агента «Метро 2033» даже спустя 20 лет после ядерной бомбардировки радиация не позволяет выжившим покинуть убежища. Такое видение постапокалиптического мира в фантастической литературе стало каноническим.
Здесь действительно очень уютно тем, кто ценит спокойствие, порядок и полное отсутствие приезжих с Кавказа и Средней Азии. И, о чудо, улицы все подметены и подъезды вымыты! Поводов было как минимум два: 90-летний юбилей физика-ядерщика, создателя термоядерной бомбы, академика Юрия Трутнева и посещение стройки века — самого мощного лазера в мире, который, как надеются наши ученые, должен переломить тенденцию к затуханию передовых научных исследований в России. Научный обозреватель «МК» оказался в числе немногих допущенных на этот самый засекреченный российский объект можно сказать, до нас тут еще не ступала нога журналиста. Здесь, в Сарове, мы услышали историю развития российского атомного проекта из первых уст. Город Саров вновь появился на географической карте нашей страны только в 1995 году. Теперь историческое название возвращено, горожане уже забыли то время, когда произносили слово «Саров» шепотом. Но, пожалуй, на этом вольности и заканчиваются. Город по-прежнему считается закрытым, в него впускают по особым спискам, и напрямую в кассе билет вы сюда никогда не купите. Территория в 200 с лишним квадратных километров охраняется «по советским ГОСТам», тремя рядами колючей проволоки и самыми современными электронными средствами слежения. Город, в котором 18 тысяч жителей являются сотрудниками ядерного центра, охраняет целая дивизия Росгвардии. Как монахи с физиками подружились Когда в 1946 году заместитель председателя Совнаркома Лаврентий Берия, который курировал атомный проект СССР, приехал сюда с академиками Игорем Курчатовым и Юлием Харитоном строить экспериментальный центр, местечко называлось Свято-Успенская Саровская пустынь. Намоленная земля, мужской монастырь — и вдруг ядерный центр, место создания смертоносного оружия. Не кощунство ли? В этом монастырском приюте работали в первые годы участники атомного проекта. Но, как выяснилось, выбор был предопределен: после войны спрятанный в саровских лесах святой уголок, который к тому же не очень далеко располагался от столицы, оказался идеальным местом для создания секретного ВНИИ. Во-первых, тут уже существовала материально-техническая база — завод-550 по производству снарядов для «катюш»; во-вторых, строителям и ученым надо было где-то жить, и монастырь, где после войны чудом сохранились почти все постройки, в буквальном смысле приютил физиков. Помнится, в 90-е годы, когда первый зампредседателя правительства Егор Гайдар выдвинул идею об уничтожении Россией всего ядерного оружия, именно церковь в лице патриарха Алексия II заступилась за ученых… И сейчас, спустя 70 с лишним лет, руководство института базируется в монастырских корпусах, ранее предназначавшихся для паломников. Говорят, монахи на возвращение построек церкви пока даже не намекают. История про двух «толстяков» К 1949 году у американцев уже готов был план уничтожения 20 самых крупных советских городов. К этому времени в Арзамасе-16, в секретном КБ-11 как именовали тогда ВНИИЭФ , полным ходом шла разработка атомной бомбы по техзаданию, занявшему всего… один лист бумаги. Перед руководителем центра Юлием Харитоном стояла задача: не просто создать бомбу, но создать ее быстро. Потому ставка была сделана на данные, которые раздобыли наши разведчики у американцев. Используя их, ученым удалось создать оружие массового поражения не за пять лет, как планировалось сначала, а за неполные три года. Из двух бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки американцы называли их «Малышом» и «Толстяком» , наши выбрали для заимствования более сложного, но более эффективного «Толстяка», в котором вместо урана-235 использовался плутоний. Однако советские конструкторы внесли свои дополнения: систему предохранения экипажа, которая не позволяла бомбе подрываться в течение 20 секунд после сброса, систему самоликвидации и др. В Музее ядерного оружия до сих пор хранится натуральный корпус той бомбы под зашифрованным названием РДС-1 реактивный двигатель специальный. Его разрешают фотографировать, а вот что касается самого заряда — черного шара, который размещался под оболочкой, — его экскурсоводы охраняют от камер как зеницу ока. Дело в том, что первый атомный взрыв в СССР был взрывом именно такого черного шара — заряда, который создатели не решились сбрасывать с самолета в виде бомбы потому корпус и остался невредим. Рисковать было нельзя, а потому решили взорвать заряд аккуратно, не выбрасывая с самолета. Черный шар привезли в Семипалатинск, установили на 37-метровую вышку взрыв должен был быть только над землей и со специального пульта, который располагался в бункере в 10 километрах от вышки, произвели принудительный подрыв. В бункере присутствовал сам Берия». Дело было сделано: русские доказали, что обладают секретом атомной бомбы. Но дальше, в широкую серию, советский вариант «Толстяка» не пошел.
Американская бомба, созданная в 1952 году, была названа «Майк», мощность ее взрыва составляла 10,4 мегатонны. Это была огромная конструкция размером с двухэтажный дом. Перед советскими учеными поставили задачу создать похожее устройство, но минимального размера. В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. Во внешнем слое — взрывчатое вещество, в середине между слоями — термоядерное горючее, в центре — ядерный заряд. Взрывчатое вещество запускали с помощью электродетонаторов, происходило обжатие — сжатие бомбы, ядерный заряд в центре взрывался и смешивался с термоядерным горючим в слоях.
Формула ядерной бомбы. Водородная бомба
Рассказываем, как устроена водородная бомба и что произойдет, если ее взорвать. Но мирно собрать и использовать выделившуюся таким образом энергию сложновато: в термоядерном реакторе, в отличие от бомбы, энергия должна выделяться постепенно, небольшими порциями, то есть, быть устойчивой. Взрыв водородной бомбы – неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей, но весьма эффективным для целей разрушения. В отличие от атомной бомбы, при взрыве которой энергия выделяется в результате деления атомного ядра, в водородной бомбе идет термоядерная реакция, подобная той, которая происходит на Солнце. Принцип действия водородной бомбы состоит в следующем: сначала взрывается внутри оболочки HB заряд, который является инициатором термоядерной реакции, как результат возникает нейтронная вспышка. В свою очередь, в водородной бомбе энергия высвобождается в результате реакции термоядерного синтеза тяжёлого водорода — дейтерия и трития — и получения более тяжёлых элементов.
Как устроена водородная бомба
Создать водородную (термоядерную) бомбу решили участники «Манхэттенского проекта». «Вследствие осуществления в водородной бомбе мощной термоядерной реакции взрыв был большой силы, — писали «Известия». Уже при подготовке к взрыву термоядерной авиационной "Царь-бомбы" АН602 в 1961 году между Сахаровым и Никитой Хрущевым были сильно испорчены отношения. СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее — первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. В конструкции термоядерной бомбы советские физики применили бомбардировку оболочки из урана-238 быстрыми нейтронами.