Что такое водородная бомба: как устроена, испытание. Самая мощная бомба в мире

Все уже успели обсудить одну из самых неприятных новостей декабря - успешные испытания Северной Кореей водородной бомбы. Ким Чен Ын не преминул намекнуть (прямо заявить) о том, что готов в любой момент превратить оружие из оборонительного в наступательное, чем вызывал небывалый ажиотаж в прессе всего мира. Впрочем, нашлись и оптимисты, заявившие о фальсификации испытаний: мол, и тень от чучхе не туда падает, и радиоактивных осадков что-то не видно. Но почему наличие у страны-агрессора водородной бомбы является столь значительным фактором для свободных стран, ведь даже ядерные боеголовки, которые у Северной Кореи имеются в достатке, еще никого так не пугали?

Водородная бомба, известная также как Hydrogen Bomb или HB - оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте. Принцип действия HB основан на энергии, которая вырабатывается при термоядерном синтезе ядер водорода - точно такой же процесс происходит на Солнце.

Чем водородная бомба отличается от атомной

Термоядерный синтез - процесс, который происходит во время детонации водородной бомбы - самый мощный тип доступной человечеству энергии. В мирных целях его использовать мы еще не научились, зато приспособили к военным. Эта термоядерная реакция, подобная той, что можно наблюдать на звездах, высвобождает невероятный поток энергии. В атомной же энергия получается от деления атомного ядра, поэтому взрыв атомной бомбы намного слабее.

Первое испытание

И Советский Союз вновь опередил многих участников гонки холодной войны. Первую водородную бомбу, изготовленную под руководством гениального Сахарова, испытали на секретном полигоне Семипалатинска - и они, мягко говоря, впечатлили не только ученых, но и западных лазутчиков.

Ударная волна

Прямое разрушительное воздействие водородной бомбы - сильнейшая, обладающая высокой интенсивностью ударная волна. Ее мощность зависит от размера самой бомбы и той высоты, на которой произошла детонация заряда.

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. В девятикилометровом радиусе будет уничтожено все живое, не устоят ни техника, ни постройки. Диаметр воронки, образованной взрывом, превысит два километра, а глубина ее будет колебаться около пятидесяти метров.

Огненный шар

Самым зрелищным после взрыва покажется наблюдателям огромный огненный шар: пылающие бури, инициированные детонацией водородной бомбы, будут поддерживать себя сами, вовлекая в воронку все больше и больше горючего материала.

Радиационное заражение

Но самым опасным последствием взрыва станет, конечно же, радиационное заражение. Распад тяжелых элементов в бушующем огненном вихре наполнит атмосферу мельчайшими частицами радиоактивной пыли - она настолько легка, что попадая в атмосферу, может обогнуть земной шар два-три раза и только потом выпадет в виде осадков. Таким образом, один взрыв бомбы в 100 мегатонн может иметь последствия для всей планеты.

Царь-бомба

58 мегатонн - вот, сколько весила самая крупная водородная бомба, взорванная на полигоне архипелага Новая Земля. Ударная волна три раза обогнула земной шар, заставив противников СССР лишний раз увериться в огромной разрушительной силе этого оружия. Весельчак Хрущев на пленуме шутил, что бомбу не сделали больше только из опасений разбить стекла в Кремле.

В конце 30-х годов прошлого столетия в Европе уже были открыты закономерности деления и распада а водородная бомба из разряда фантастики перешла в реальную действительность. История освоения ядерной энергии интересна и до сих пор представляет собой захватывающее соревнование между научным потенциалом стран: нацистской Германии, СССР и США. Самая мощная бомба, владеть которой мечтало любое государство, была не только оружием, но и мощным политическим инструментом. Та страна, которая имела ее в своем арсенале, фактически становилась всемогущей и могла диктовать свои правила.

Водородная бомба имеет свою историю создания, в основу которой легли физические законы, а именно термоядерный процесс. Изначально ее неправильно назвали атомной, а виной тому была неграмотность. В ученый Бете, впоследствии ставший лауреатом Нобелевской премии, работал над искусственным источником энергии - делением урана. Это время было пиком научной деятельности многих физиков, а в их среде было такое мнение, что научные секреты не должны существовать вовсе, так как изначально законы науки интернациональны.

Теоретически водородная бомба была изобретена, теперь же с помощью конструкторов она должна была приобрести технические формы. Оставалось только упаковать ее в определенную оболочку и испытать на мощность. Есть два ученых, имена которых навсегда будут связаны с созданием этого мощного оружия: в США это - Эдвард Теллер, а в СССР - Андрей Сахаров.

В США термоядерной проблемой еще в 1942 году начал заниматься физик По распоряжению Гарри Трумэна, на то время президента США, над этой проблемой работали лучшие ученые страны, они создавали принципиально новое оружие уничтожения. Причем, заказ правительства был на бомбу мощностью не меньше миллиона тонн тротила. Водородная бомба Теллером была создана и показала человечеству в Хиросиме и Нагасаки свои безграничные, но уничтожающие способности.

На Хиросиму была сброшена бомба, которая весила 4,5 тонны с содержанием урана 100 кг. Этот взрыв соответствовал почти 12 500 тоннам тротила. Японский город Нагасаки стерла плутониевая бомба такой же массы, но эквивалентная уже 20 000 тонн тротила.

Будущий советский академик А. Сахаров в 1948 году, основываясь на своих исследованиях, представил конструкцию водородной бомбы под наименованием РДС-6. Его исследования пошли по двум ветвям: первая имела название «слойка» (РДС-6с), а ее особенностью был атомный заряд, который окружался слоями тяжелых и легких элементов. Вторая ветвь - «труба» или (РДС-6т), в ней плутониевая бомба находилась в жидком дейтерии. Впоследствии было сделано очень важное открытие, доказавшее, что направление «труба» является тупиковым.

Принцип действия водородной бомбы состоит в следующем: сначала взрывается внутри оболочки HB заряд, который является инициатором термоядерной реакции, как результат возникает нейтронная вспышка. При этом процесс сопровождается высвобождением высокой температуры, которая нужна для дальнейшего Нейтроны начинают бомбардировку вкладыша из дейтерида лития, а он в свою очередь под непосредственным действием нейтронов расщепляется на два элемента: тритий и гелий. Используемый атомный запал образует нужные для протекания синтеза составляющие в уже приведенной в действие бомбе. Вот такой непростой принцип действия водородной бомбы. После этого предварительного действия начинается непосредственно термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием. В это время в бомбе все больше увеличивается температура, а в синтезе участвует все большее количество водорода. Если следить за временем протекания этих реакций, то скорость их действия можно охарактеризовать, как мгновенную.

Впоследствии ученые стали применять не синтез ядер, а их деление. При делении одной тонны урана создается энергия, эквивалентная 18 Мт. Такая бомба обладает колоссальной мощностью. Самая мощная бомба, созданная человечеством, принадлежала СССР. Она даже попала в книгу рекордов Гиннесса. Ее взрывная волна приравнивалась к 57 (примерно) мегатоннам вещества тротил. Взорвана она была в 1961 году в районе архипелага Новая Земля.

30 октября 1961 года СССР произвёл взрыв самой мощной бомбы в мировой истории: 58-мегатонная водородная бомба («Царь-бомба») была взорвана на полигоне на острове Новая Земля. Никита Хрущёв пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, чтобы не побить все стёкла в Москве.

Взрыв АН602 по классификации был низким воздушным взрывом сверхбольшой мощности. Результаты его впечатляли:

Огненный шар взрыва достиг радиуса примерно 4,6 километра. Теоретически он мог бы вырасти до поверхности земли, однако этому воспрепятствовала отражённая ударная волна, подмявшая и отбросившая шар от земли.
Световое излучение потенциально могло вызывать ожоги третьей степени на расстоянии до 100 километров.
Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвязи даже в сотнях километров от полигона в течение около 40 минут
Ощутимая сейсмическая волна, возникшая в результате взрыва, три раза обогнула земной шар.
Свидетели почувствовали удар и смогли описать взрыв на расстоянии тысячи километров от его центра.
Ядерный гриб взрыва поднялся на высоту 67 километров; диаметр его двухъярусной «шляпки» достиг (у верхнего яруса) 95 километров.
Звуковая волна, порождённая взрывом, докатилась до острова Диксон на расстоянии около 800 километров. Однако о каких-либо разрушениях или повреждениях сооружений даже в расположенных гораздо ближе (280 км) к полигону посёлке городского типа Амдерма и посёлке Белушья Губа источники не сообщают.
Радиоактивное загрязнение опытного поля радиусом 2-3 км в районе эпицентра составило не более 1 мР/час, испытатели появились на месте эпицентра через 2 часа после взрыва. Радиоактивное загрязнение практически не представляло опасности для участников испытания

Все ядерные взрывы, произведенные странами мира, в одном видео:

Создатель атомной бомбы Роберт Оппенгеймер в день первого испытания своего детища сказал: «Если бы на небе разом взошли сотни тысяч солнц, их свет мог бы сравниться с сиянием, исходившим от Верховного Господа… Я - есть Смерть, великий разрушитель миров, несущий гибель всему живому». Эти слова были цитатой из «Бхагавад Гиты», которую американский физик прочитал в оригинале.

Фотографы из Лукаут Маунтэйн стоят по пояс в пыли, поднятой ударной волной после ядерного взрыва (фото 1953 года).

Название испытания: Umbrella
Дата: 8 июня 1958 года

Мощность: 8 килотонн

Подводный ядерный взрыв был произведён в ходе операции «Hardtack». В качестве мишеней использовались списанные корабли.

Название испытания: Chama (в рамках проекта «Доминик»)
Дата: 18 октября 1962 года
Место: Остров Джонстон
Мощность: 1.59 мегатонн

Название испытания: Oak
Дата: 28 июня 1958 года
Место: Лагуна Эниветок в Тихом океане
Мощность: 8.9 мегатонн

Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Энни». Дата: 17 марта 1953 г.; проект: Апшот-Нотхол; испытание: Энни; место: Нотхол, полигон в Неваде, сектор 4; мощность: 16 кт. (Photo: Wikicommons)

Название испытания: Castle Bravo
Дата: 1 марта 1954 года
Место: атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 15 мегатонн

Взрыв водородной бомбы Castle Bravo был самым мощным взрывом из всех испытаний, когда либо проводимых США. Мощность взрыва оказалась намного больше первоначальных прогнозов в 4-6 мегатонн.

Название испытания: Castle Romeo
Дата: 26 марта 1954 года
Место: на барже в кратере Bravo, атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 11 мегатонн

Мощность взрыва оказалась в 3 раза больше первоначальных прогнозов. Romeo был первым испытанием, произведенным на барже.

Проект «Доминик», испытание «Ацтек»

Название испытания: Priscilla (в рамках серии испытаний «Plumbbob»)
Дата: 1957 год

Мощность: 37 килотонн

Именно так выглядит процесс высвобождения огромного количества лучистой и тепловой энергии при атомном взрыве в воздухе над пустыней. Тут еще можно разглядеть военную технику, которая через мгновение будет уничтожена ударной волной, запечатленной в виде кроны, окружившей эпицентр взрыва. Видно как ударная волна отразилась от земной поверхности и вот-вот сольется с огненным шаром.

Название испытания: Grable (в рамках операции «Апшот-Нотхол»)
Дата: 25 мая 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 15 килотонн

На испытательном полигоне в пустыне Невада фотографами центра Лукаут Маунтэйн в 1953 году была сделана фотография необычного явления (кольцо огня в ядерном грибе после взрыва снаряда из ядерной пушки), природа которого долгое время занимала умы ученых.

Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Грабл». В рамках этого испытания был произведен взрыв атомной бомбы мощностью 15 килотонн, запущенной 280-миллиметровой атомной пушкой. Испытание прошло 25 мая 1953 года на полигоне Невады. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Грибовидное облако, образованное в результате атомного взрыва испытания «Траки», проводимого в рамках проекта «Доминик».

Проект «Бастер», испытание «Дог».

Проект «Доминик», испытание «Йесо». Испытание: Йесо; дата:10 июня 1962 г.; проект: Доминик; место: 32 км к югу от острова Рождества; тип испытания: B-52, атмосферный, высота – 2,5 м; мощность: 3.0 мт; тип заряда: атомный. (Wikicommons)

Название испытания: YESO
Дата: 10 июня 1962 года
Место: Остров Рождества
Мощность: 3 мегатонны

Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №1. (Pierre J./French Army)

Название испытания: «Единорог» (фр. Licorne)
Дата: 3 июля 1970 года
Место: атолл во Французской Полинезии
Мощность: 914 килотонн

Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №2. (Photo: Pierre J./French Army)

Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №3. (Photo: Pierre J./French Army)

Для получения хороших снимков на испытательных полигонах часто работают целые команды фотографов. На фото: испытательный ядерный взрыв в пустыне Невада. Справа видны ракетные шлейфы, с помощью которых ученые определяют характеристики ударной волны.

Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №4. (Photo: Pierre J./French Army)

Проект «Кастл», испытание «Ромео». (Photo: zvis.com)

Проект «Хардтэк», испытание «Амбрелла». Испытание: Амбрелла; дата: 8 июня 1958 г.; проект: Хардтэк I; место: лагуна атолла Эниветок; тип испытания: подводный, глубина 45 м; мощность: 8кт; тип заряда: атомный.

Проект «Редвинг», испытание «Семинол». (Photo: Nuclear Weapons Archive)

Испытание «Рия». Атмосферное испытание атомной бомбы на территории Французской Полинезии в августе 1971 года. В рамках этого испытания, которое прошло 14 августа 1971 года, была взорвана термоядерная боеголовка под кодовым названием «Рия», мощностью 1000 кт. Взрыв произошел на территории атолла Муруроа. Этот снимок был сделан с расстояния 60 км от нулевой отметки. Photo: Pierre J.

Грибовидное облако от ядерного взрыва над Хиросимой (слева) и Нагасаки (справа). На заключительной стадии Второй мировой войны, Соединенные Штаты нанесли 2 атомных удара по Хиросиме и Нагасаки. Первый взрыв прогремел 6 августа 1945 года, а второй – 9 августа 1945 года. Это был единственный случай, когда ядерное оружие применялось в военных целях. Согласно приказу президента Трумэна, 6 августа 1945 года американская армия сбросила ядерную бомбу «Малыш» на Хиросиму, а 9 августа последовал ядерный взрыв бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. В течение 2-4 месяцев после ядерных взрывов в Хиросиме погибло от 90 000 до 166 000 человек, а в Нагасаки – от 60 000 до 80 000. (Photo: Wikicommons)

Проект «Апшот-Нотхол». Полигон в Неваде, 17 марта 1953 года. Взрывная волна полностью разрушила Строение №1, расположенное на расстоянии 1,05 км от нулевой отметки. Разница во времени между первым и вторым снимком составляет 21/3 секунды. Камера была помещена в защитный футляр с толщиной стенки 5 см. Единственным источником света в данном случае была ядерная вспышка. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Проект «Рэйнджер», 1951 год. Название испытания неизвестно. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Испытание «Тринити».

«Тринити» было кодовым названием первого испытания ядерного оружия. Это испытание было проведено армией Соединенных Штатов 16 июля 1945 года, на территории, расположенной приблизительно в 56 км к юго-востоку от Сокорро, штат Нью-Мексико, на ракетном полигоне «Уайт Сэндс». Для испытания использовалась плутониевая бомба имплозивного типа, получившая прозвище «Штучка». После детонации прогремел взрыв мощностью эквивалентной 20 килотоннам тротила. Дата проведения этого испытания считается началом атомной эры. (Photo: Wikicommons)

Название испытания: Mike
Дата: 31 октября 1952 года
Место: Остров Elugelab («Flora»), атолл Эневейта
Мощность: 10.4 мегатонны

Устройство, взорванное при испытании Майка и названное «колбасой», было первой настоящей «водородной» бомбой мегатонного класса. Грибовидное облако достигло высоты 41 км при диаметре 96 км.

Взрыв “MET”, осуществленный в рамках Операции “Типот”. Примечательно, что взрыв “MET” по мощности был сравним с плутониевой бомбой «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. 15 апреля 1955 года, 22 кт. (Wikimedia)

Один из самых мощных взрывов термоядерной водородной бомбы на счету США – операция “Кастл Браво”. Мощность заряда составила 10 мегатонн. Взрыв был произведен 1 марта 1954 года на атолле Бикини, Маршалловы Острова. (Wikimedia)

Операция “Кастл Ромео” – один из самых мощных взрывов термоядреной бомбы, произведенных США. Атолл Бикини, 27 марта 1954 года, 11 мегатонн. (Wikimedia)

Взрыв “Бэйкер”, показана белая поверхность воды, потревоженной воздушной ударной волной, и верх полой колонны брызг, образовавшей полусферическое облако Вильсона. На заднем плане – берег атолла Бикини, июль 1946 года. (Wikimedia)

Взрыв американской термоядерной (водородной) бомбы “Майк” мощностью 10,4 мегатонны. 1 ноября, 1952 года. (Wikimedia)

Операция «Парник» (англ. Operation Greenhouse) - пятая серия американских ядерных испытаний и вторая из них за 1951 год. В ходе операции испытывались конструкции ядерных зарядов с использованием термоядерного синтеза для увеличения выхода энергии. Кроме того, исследовалось воздействие взрыва на сооружения, включая жилые здания, корпуса заводов и бункеры. Операция проводилась на Тихоокеанском ядерном полигоне. Все устройства были взорваны на высоких металлических вышках, имитирующих воздушный взрыв. Взрыв “Джордж”, 225 килотонн, 9 мая 1951 года. (Wikimedia)

Грибообразное облако, у которого вместо пылевой ножки водяной столб. Справа на столбе видна прореха: линкор «Арканзас» закрыл собой выброс брызг. Испытание “Бэйкер”, мощностью заряда – 23 килотонны в тротиловом эквиваленте, 25 июля 1946 года. (Wikimedia)

200-метровое облако над территорией Frenchman Flat после взрыва “MET” в рамках операции “Типот”, 15 апреля 1955 года, 22 кт. Этот снаряд имел редкую сердцевину из урана-233. (Wikimedia)

Кратер был сформирован, когда в 100 килотонн взрывной волны были взорваны под 635 футов пустыни 6 июля 1962 года, вытеснив 12 миллионов тонн земли.

Время: 0с. Расстояние: 0м. Инициация взрыва ядерного детонатора.
Время: 0.0000001c. Расстояние: 0м Температура: до 100 млн. °C. Начало и ход ядерных и термоядерных реакций в заряде. Ядерный детонатор своим взрывом создаёт условия для начала термоядерных реакций: зона термоядерного горения проходит ударной волной в веществе заряда со скоростью порядка 5000 км/с (106 - 107 м/с) Около 90% выделяющихся при реакциях нейтронов поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10% вылетают наружу.

Время: 10−7c. Расстояние: 0м. До 80% и более энергии реагирующего вещества трансформируется и выделяется в виде мягкого рентгеновского и жёсткого УФ излучения с огромной энергией. Рентгеновское излучение формирует тепловую волну, которая нагревает бомбу, выходит наружу и начинает нагревать окружающий воздух.

Время: < 10−7c. Расстояние: 2м Температура: 30 млн.°C. Окончание реакции, начало разлёта вещества бомбы. Бомба сразу исчезает из виду и на её месте появляется яркая светящаяся сфера (огненный шар), маскирующая разлёт заряда. Скорость роста сферы на первых метрах близка к скорости света. Плотность вещества здесь за 0,01 сек падает до 1% плотности окружающего воздуха; температура за 2,6 сек падает до 7-8 тыс.°C, ~5 секунд удерживается и дальше снижается с подъёмом огненной сферы; давление через 2-3 сек падает до несколько ниже атмосферного.

Время: 1.1х10−7c. Расстояние: 10м Температура: 6 млн.°C. Расширение видимой сферы до ~10 м идёт за счёт свечения ионизованного воздуха под рентгеновским излучением ядерных реакций, а далее посредством радиационной диффузии самого нагретого воздуха. Энергия квантов излучения, покидающих термоядерный заряд такова, что их свободный пробег до захвата частицами воздуха порядка 10 м и вначале сравним с размерами сферы; фотоны быстро обегают всю сферу, усредняя её температуру и со скоростью света вылетают из неё, ионизуя всё новые слои воздуха, отсюда одинаковая температура и околосветовая скорость роста. Далее, от захвата к захвату, фотоны теряют энергию и длина их пробега сокращается, рост сферы замедляется.

Время: 1.4х10−7c. Расстояние: 16м Температура: 4 млн.°C. В целом от 10−7 до 0,08 секунд идёт 1-я фаза свечения сферы с быстрым падением температуры и выходом ~1 % энергии излучения, большей частю в виде УФ-лучей и ярчайшего светового излучения, способных повредить зрение у далёкого наблюдателя без образования ожогов кожи. Освещённость земной поверхности в эти мгновения на расстояниях до десятков километров может быть в сто и более раз больше солнечной.

Время: 1.7х10−7c. Расстояние: 21м Температура: 3 млн.°C. Пары бомбы в виде клубов, плотных сгустков и струй плазмы как поршень сжимают впереди себя воздух и формируют ударную волну внутри сферы - внутренний скачок, отличающийся от обычной ударной волны неадиабатическими, почти изотермическими свойствами и при тех же давлениях в несколько раз большей плотностью: сжимающийся скачком воздух сразу излучает большую часть энергии через пока прозрачный для излучений шар.
На первых десятках метров окружающие предметы перед налётом на них огневой сферы из-за слишком большой её скорости не успевают никак среагировать - даже практически не нагреваются, а оказавшись внутри сферы под потоком излучения испаряются мгновенно.

Температура: 2 млн.°C. Скорость 1000 км/с. С ростом сферы и падением температуры энергия и плотность потока фотонов снижаются и их пробега (порядка метра) уже не хватает для околосветовых скоростей расширения огневого фронта. Нагретый объём воздуха начал расширяться и формируется поток его частиц от центра взрыва. Тепловая волна при неподвижном воздухе на границе сферы замедляется. Расширяющийся нагретый воздух внутри сферы наталкивается на неподвижный у её границы и где-то начиная с 36-37 м появляется волна повышения плотности - будущая внешняя воздушная ударная волна; до этого волна не успевала появиться из-за огромной скорости роста световой сферы.

Время: 0,000001c. Расстояние: 34м Температура: 2 млн.°C. Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8-12 м от места взрыва, пик давления до 17 000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность ~ в 4 раза больше плотности воздуха, скорость ~100 км/с. Область горячего воздуха: давление на границе 2.500 МПа, внутри области до 5000 МПа, скорость частиц до 16 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутр. скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют скорость.

Время: 0,000034c. Расстояние: 42м Температура: 1 млн.°C. Условия в эпицентре взрыва первой советской водородной бомбы (400кт на высоте 30 м), при котором образовалась воронка порядка 50 м диаметром и 8 м глубиной. В 15 м от эпицентра или в 5-6 м от основания башни с зарядом располагался железобетонный бункер со стенами толщиной 2 м. для размещения научной аппаратуры сверху укрытый большой насыпью земли толщиной 8 м разрушен.

Температура: 600тыс.°C.С этого момента характер ударной волны перестаёт зависеть от начальных условий ядерного взрыва и приближается к типовому для сильного взрыва в воздухе, т.е. такие параметры волны могли бы наблюдаться при взрыве большой массы обычной взрывчатки.

Время: 0,0036c. Расстояние: 60м Температура: 600тыс.°C. Внутренний скачок, пройдя всю изотермическую сферу, догоняет и сливается с внешним, повышая его плотность и образуя т. н. сильный скачок - единый фронт ударной волны. Плотность вещества в сфере падает до 1/3 атмосферной.

Время: 0,014c. Расстояние: 110м Температура: 400тыс.°C. Аналогичная ударная волна в эпицентре взрыва первой советской атомной бомбы мощностью 22 кт на высоте 30 м сгенерировала сейсмический сдвиг, разрушивший имитацию тоннелей метро с различными типами крепления на глубинах 10 и 20 м 30 м, животные в тоннелях на глубинах 10, 20 и 30 м погибли. На поверхности появилось малозаметное тарелкообразное углубление диаметром около 100 м. Сходные условия были в эпицентре взрыва "Тринити" 21 кт на высоте 30 м, образовалась воронка диаметром 80 м и глубиной 2 м.

Время: 0,004c. Расстояние: 135м
Температура: 300тыс.°C. Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки в земле. Фронт ударной волны искривлён ударами сгустков паров бомбы:

Время: 0,007c. Расстояние: 190м Температура: 200тыс.°C. На гладком и как бы блестящем фронте уд. волны образуются большие волдыри и яркие пятна (сфера как бы кипит). Плотность вещества в изотермической сфере диаметром ~150 м падает ниже 10 % атмосферной.
Немассивные предметы испаряются за несколько метров до прихода огн. сферы («Канатные трюки»); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны.

Время: 0,01c. Расстояние: 214м Температура: 200тыс.°C. Аналогичная воздушная ударная волна первой советской атомной бомбы на расстоянии 60 м (52 м от эпицентра) разрушила оголовки стволов, ведущих в имитации тоннелей метро под эпицентром (см. выше). Каждый оголовок представлял собой мощный железобетонный каземат, укрытый небольшой грунтовой насыпью. Обломки оголовков обвалились в стволы, последние затем раздавлены сейсмической волной.

Время: 0,015c. Расстояние: 250м Температура: 170тыс.°C. Ударная волна сильно разрушает скальные породы. Скорость ударной волны выше скорости звука в металле: теоретический предел прочности входной двери в убежище; танк расплющивается и сгорает.

Время: 0,028c. Расстояние: 320м Температура: 110тыс.°C. Человек развеивается потоком плазмы (скорость ударной волны = скорости звука в костях, тело разрушается в пыль и сразу сгорает). Полное разрушение самых прочных наземных построек.

Время: 0,073c. Расстояние: 400м Температура: 80тыс.°C. Неровности на сфере пропадают. Плотность вещества падает в центре почти до 1%, а на краю изотерм. сферы диамером ~320 м до 2% атмосферной.На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30 000 °C и падение до 7000 °C, ~5 с удержание на уровне ~6.500 °C и снижение температуры за 10-20 с по мере ухода огненного шара вверх.

Время: 0,079c. Расстояние: 435м Температура: 110тыс.°C. Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием Температурный минимум излучения ударной волны, окончание 1-й фазы свечения. Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами и монолитным железобетоном и заглублённое на 18 м, по расчёту способно выдержать без разрушения взрыв (40 кт) на высоте 30 м на минимальном расстоянии 150 м (давление ударной волны порядка 5 МПа), испытано 38 кт РДС-2 на расстоянии 235 м (давление ~1,5 МПа), получило незначительные деформации, повреждения. При температурах во фронте сжатия ниже 80тыс.°C новые молекулы NO2 больше не появляются, слой двуокиси азота постепенно исчезает и перестаёт экранировать внутреннее излучение. Ударная сфера постепенно становится прозрачной и через неё, как через затемнённое стекло, некоторое время видны клубы паров бомбы и изотермическая сфера; в целом огненная сфера похожа на фейерверк. Затем, по мере увеличения прозрачности, интенсивность излучения возрастает и детали как бы снова разгорающейся сферы становятся не видны. Процесс напоминает окончание эры рекомбинации и рождение света во Вселенной через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.

Время: 0,1c. Расстояние: 530м Температура: 70тыс.°C. Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Наступает 2-я фаза свечения, менее интенсивная, но на два порядка более длительная с выходом 99 % энергии излучения взрыва в основном в видимом и ИК спектре. На первых сотнях метров человек не успевает увидеть взрыв и погибает без мучений (время зрительной реакции человека 0,1 - 0,3 с, время реакции на ожог 0,15 - 0,2 с).

Время: 0,15c. Расстояние: 580м Температура: 65тыс.°C. Радиация ~100 000 Гр. От человека остаются обугленные осколки костей (скорость ударной волны порядка скорости звука в мягких тканях: по телу проходит разрушающий клетки и ткани гидродинамический удар).

Время: 0,25c. Расстояние: 630м Температура: 50тыс.°C. Проникающая радиация ~40 000 Гр. Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна вызывает травматические ампутацииа подошедшая через долю сек. огненная сфера обугливает останки. Полное разрушение танка. Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев. Разрушение подземных ж/б труб диаметром 1,5м, с толщиной стенок 0,2м. Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС. Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений. Незначительные повреждения подземных сооружений метро.

Время: 0,4c. Расстояние: 800м Температура: 40тыс.°C. Нагрев объектов до 3000 °C. Проникающая радиация ~20 000 Гр. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ) разрушение защитных устройств входов в метро. Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС ДОТы становятся небоеспособны дистанции 250 м.

Время: 0,73c. Расстояние: 1200м Температура: 17тыс.°C. Радиация ~5000 Гр. При высоте взрыва 1200 м нагрев приземного воздуха в эпицентре перед приходом уд. волны до 900°C. Человек - 100 %-я гибель от действия ударной волны. Разрушение убежищ, рассчитанных на 200 кПа (тип А-III или класс 3). Полное разрушение железобетонных ДОТов сборного типа на дистанции 500 м по условиям наземного взрыва. Полное разрушение железнодорожных путей. Максимум яркости второй фазы свечения сферы к этому времени она выделила ~20 % световой энергии

Время: 1,4c. Расстояние: 1600м Температура: 12тыс.°C. Нагрев объектов до 200°C. Радиация 500 Гр. Многочисленные ожоги 3-4 степени до 60-90 % поверхности тела, тяжёлое лучевое поражение, сочетающиеся с другими травмами, летальность сразу или до 100 % в первые сутки. Танк отбрасывается ~ на 10 м и повреждается. Полное резрушение металлических и железобетонных мостов пролётом 30 - 50 м.

Время: 1,6c. Расстояние: 1750м Температура: 10тыс.°C. Радиация ок. 70 Гр. Экипаж танка погибает в течение 2-3 недель от крайне тяжёлой лучевой болезни. Полное разрушение бетонных, железобетонных монолитных (малоэтажных) и сейсмостойких зданий 0,2 МПа, убежищ встроенных и отдельностоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV или класс 4), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий.

Время: 1,9c. Расстояние: 1900м Температура: 9тыс.°C Опасные поражения человека ударной волной и отброс до 300 м с начальной скоростью до 400 км/ч, из них 100-150 м (0,3-0,5 пути) свободный полёт, а остальное расстояние - многочисленные рикошеты о грунт. Радиация около 50 Гр - молниеносная форма лучевой болезни[, 100 % летальность в течение 6-9 суток. Разрушение встроенных убежищ, рассчитанных на 50 кПа. Сильное разрушение сейсмостойких зданий. Давление 0,12 МПа и выше - вся городская застройка плотная и разряжённая превращается в сплошные завалы (отдельные завалы сливаются в один сплошной), высота завалов может составлять 3-4 м. Огненная сфера в это время достигает максимальных размеров (D~2км), подминается снизу отражённой от земли ударной волной и начинает подъём; изотермическая сфера в ней схлопывается, образуя быстрый восходящий поток в эпицентре - будущую ножку гриба.

Время: 2,6c. Расстояние: 2200м Температура: 7,5тыс.°C. Тяжёлые поражения человека ударной волной. Радиация ~10 Гр - крайне тяжёлая острая лучевая болезнь, по сочетании травм 100 % летальность в пределах 1-2 недель. Безопасное нахождение в танке, в укреплённом подвале с усиленным ж/б перекрытием и в большинстве убежищ Г. О. Разрушение грузовых автомобилей. 0,1 МПа - расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена.

Время: 3,8c. Расстояние: 2800м Температура: 7,5тыс.°C. Радиация 1 Гр - в мирных условиях и своевременном лечении неопасное лучевое поражение, но при сопутствующих катастрофе антисанитарии и тяжёлых физических и психологических нагрузках, отсутствии медицинской помощи, питания и нормального отдыха до половины пострадавщих погибают только от радиации и сопутствующих заболеваний, а по сумме повреждений (плюс травмы и ожоги) гораздо больше. Давление менее 0,1 МПа - городские районы с плотной застройкой превращаются в сплошные завалы. Полное разрушение подвалов без усиления конструкций 0,075 МПа. Среднее разрушение сейсмостойких зданий 0,08-0,12 МПа. Сильные повреждения железобетонных ДОТов сборного типа. Детонация пиротехнических средств.

Время: 6c. Расстояние: 3600м Температура: 4,5тыс.°C. Средние поражения человека ударной волной. Радиация ~0,05 Гр - доза неопасна. Люди и предметы оставляют «тени» на асфальте. Полное разрушение административных многоэтажных каркасных (офисных) зданий (0,05-0,06 МПа), укрытий простейшего типа; сильное и полное разрушение массивных промышленных сооружений. Практически вся городская застройка разрушена с образованием местных завалов (один дом - один завал). Полное разрушение легковых автомобилей, полное уничтожение леса. Электромагнитный импульс ~3 кВ/м поражает нечувствительные электроприборы. Разрушения аналогичны землетрясению10 бал. Сфера перешла в огненный купол, как пузырь всплывающий вверх, увлекая за собой столб из дыма и пыли с поверхности земли: растёт характерный взрывной гриб с начальной вертикальной скоростью до 500 км/час. Скорость ветра у поверхности к эпицентру ~100 км/ч.

Время: 10c. Расстояние: 6400м Температура: 2тыс.°C. Окончание эффективного времени второй фазы свечения, выделилось ~80 % суммарной энергии светового излучения. Оставшиеся 20 % неопасно высвечиваются в течение порядка минуты с непрерывным понижением интенсивности, постепенно теряясь в клубах облака. Разрушение укрытий простейшего типа (0,035-0,05 МПа). На первых километрах человек не услышит грохот взрыва из-за поражения слуха ударной волной. Отброс человека ударной волной ~20 м с начальной скоростью ~30 км/ч. Полное разрушение многоэтажных кирпичных домов, панельных домов, сильное разрушение складов, среднее разрушение каркасных административных зданий. Разрушения аналогичны землетрясению 8 баллов. Безопасно почти в любом подвале.
Свечение огненного купола перестаёт быть опасным, он превращается в огненное облако, с подъёмом растущее в объёме; раскалённые газы в облаке начинают вращаться в торообразном вихре; горячие продукты взрыва локализуются в верхней части облака. Поток запылённого воздуха в столбе движется в два раза быстрее подъёма «гриба», настигает облако, проходит сквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку.

Время: 15c. Расстояние: 7500м . Лёгкие поражения человека ударной волной. Ожоги третьей степени открытых частей тела. Полное разрушение деревянных домов, сильное разрушение кирпичных многоэтажных домов 0,02-0,03МПа, среднее разрушение кирпичных складов, многоэтажных железобетонных, панельных домов; слабое разрушение административных зданий 0,02-0,03 МПа, массивных промышленных сооружений. Воспламенение автомобилей. Разрушения аналогичны землетрясению 6 бал., урагану 12 бал. до 39 м/с. «Гриб» вырос до 3 км над центром взрыва (истинная высота гриба больше на высоту взрыва боеголовки, примерно на 1,5 км), у него появляется «юбочка» из конденсата паров воды в потоке тёплого воздуха, веером затягиваемого облаком в холодные верхние слои атмосферы.

Время: 35c. Расстояние: 14км. Ожоги второй степени. Воспламеняется бумага, тёмный брезент. Зона сплошных пожаров, в районах плотной сгораемой застройки возможны огненный шторм, смерч (Хиросима, «Операция Гоморра»). Слабое разрушение панельных зданий. Вывод из строя авиатехники и ракет. Разрушения аналогичны землетрясению 4-5 баллов, шторму 9-11 балов V = 21 - 28,5м/с. «Гриб» вырос до ~5 км огненное облако светит всё слабее.

Время: 1мин. Расстояние: 22км. Ожоги первой степени - в пляжной одежде возможна гибель. Разрушение армированного остекления. Корчевание больших деревьев. Зона отдельных пожаров.«Гриб» поднялся до 7,5 км облако перестаёт излучать свет и теперь имеет красноватый оттенок из-за содержащихся в нём окислов азота, чем будет резко выделяться среди других облаков.

Время: 1,5мин. Расстояние: 35км . Максимальный радиус поражения незащищённой чувствительной электроаппаратуры электромагнитным импульсом. Разбиты почти все обычные и часть армированных стёкол в окнах- актуально морозной зимой плюс возможность порезов летящими осколками. «Гриб» поднялся до 10 км, скорость подъёма ~220 км/час. Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину.
Время: 4мин. Расстояние: 85км. Вспышка похожа на большое неестественно яркое Солнце у горизонта, может вызвать ожог сетчатки глаз, прилив тепла к лицу. Подошедшая через 4 минуты ударная волна ещё может сбить с ног человека и разбить отдельные стёкла в окнах. «Гриб» поднялся свыше 16 км, скорость подъёма ~140 км/час

Время: 8мин. Расстояние: 145км. Вспышка не видна за горизонтом, зато видно сильное зарево и огненное облако. Общая высота «гриба» до 24 км, облако 9 км в высоту и 20-30 км в диаметре, своей широкой частью оно "опирается " на тропопаузу. Грибовидное облако выросло до максимальных размеров и наблюдается ешё порядка часа или более, пока не развеется ветрами и не перемешается с обычной облачностью. Из облака в течение 10-20 часов выпадают осадки с относительно крупными частицами, формируя ближний радиоактивный след.

Время: 5,5-13 часов Расстояние: 300-500км. Дальняя граница зоны умеренного заражения (зона А). Уровень радиации на внешней границе зоны 0,08 Гр/ч; суммарная доза излучения 0,4-4 Гр.

Время: ~10 месяцев. Эффективное время половинного оседания радиоактивных веществ для нижних слоёв тропической стратосферы (до 21 км), выпадение также идёт в основном в средних широтах в том же полушарии, где произведён взрыв.

Памятник первому испытанию атомной бомбы «Тринити». Этот памятник был воздвигнут на полигоне «Уайт Сэндс» в 1965 году, через 20 лет после проведения испытания «Тринити». Мемориальная доска памятника гласит: «На этом месте 16 июля 1945 года прошло первое в мире испытание атомной бомбы». Еще одна мемориальная доска, установленная ниже, свидетельствует о том, что это место получило статус национального исторического памятника. (Photo: Wikicommons)

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.

Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).

Почему предпочтительнее слияние ядер?

При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.

В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.

Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.

Что такое реакция слияния ядер?

Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ

D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.

Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.

Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.

Как все начиналось

Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.

Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.

Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.

Принцип термоядерной бомбы

Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:

вариант Теллера, известный как "классический супер";
более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.

Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.

Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.

Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама

Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".

Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже.

Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.

Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.

По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.

Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже.

В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд - сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.

Последовательность термоядерного взрыва

Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.

На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.

Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.

Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.

В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.

Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.

Операция Плющ

Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.

Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.

СССР дает симметричный ответ

Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.

Достижение предельной мощности

Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».

Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.

Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.

При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. 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.

Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. 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.

Солнце как термоядерный реактор

Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?

Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.