Кой е изобретил водородната бомба. Ядрени оръжия на Русия: устройство, принцип на действие, първи тестове. Видео: тестове в СССР

На 12 август 1953 г. на полигона в Семипалатинск е изпитана първата съветска водородна бомба.

И на 16 януари 1963 г., в разгара на Студената война, Никита Хрушчовобяви пред света, че Съветският съюз притежава нови оръжия за масово унищожение в своя арсенал. Година и половина преди това е направена най-мощната експлозия в СССР водородна бомбав света - на Нова Земля е взривен заряд с мощност над 50 мегатона. В много отношения именно това изявление на съветския лидер накара света да осъзнае заплахата от по-нататъшна ескалация на надпреварата в ядреното въоръжаване: още на 5 август 1963 г. в Москва е подписано споразумение за забрана на ядрени изпитания в атмосфера, космическо пространство и под вода.

История на създаването

Теоретичната възможност за получаване на енергия чрез термоядрен синтезбеше известно още преди Втората световна война, но именно войната и последвалата надпревара във въоръжаването повдигнаха въпроса за създаването на техническо устройство за практическото създаване на тази реакция. Известно е, че в Германия през 1944 г. е извършена работа за започване на термоядрен синтез чрез компресиране на ядрено гориво с помощта на конвенционални експлозивни заряди - но те не са увенчани с успех, тъй като не е било възможно да се получат необходимите температури и налягания. САЩ и СССР разработват термоядрени оръжия от 40-те години, като практически едновременно тестват първите термоядрени устройства в началото на 50-те години. През 1952 г. на атола Enewetak Съединените щати взривиха заряд с капацитет 10,4 мегатона (което е 450 пъти повече от мощността на бомбата, пусната над Нагасаки), а през 1953 г. беше устройство с капацитет от 400 килотона. тестван в СССР.

Проектите на първите термоядрени устройства не бяха подходящи за реална бойна употреба. Например, устройството, тествано от Съединените щати през 1952 г., е наземна конструкция, висока колкото двуетажна сграда и тежаща над 80 тона. В него се съхраняваше течно термоядрено гориво с помощта на огромен хладилен агрегат. Следователно в бъдеще серийното производство на термоядрени оръжия се извършва с твърдо гориво - литий-6 деутерид. През 1954 г. САЩ изпробват устройство, базирано на него, на атола Бикини, а през 1955 г. на полигона в Семипалатинск е изпробвана нова съветска термоядрена бомба. През 1957 г. във Великобритания е изпробвана водородна бомба. През октомври 1961 г. в СССР на Нова Земля беше взривена термоядрена бомба с мощност 58 мегатона - най-мощната бомба, изпробвана някога от човечеството, която влезе в историята като Цар Бомба.

По-нататъшното развитие беше насочено към намаляване на размера на структурата на водородните бомби, за да се осигури доставката им до целта с балистични ракети. Още през 60-те години масата на устройствата е намалена до няколкостотин килограма, а до 70-те години балистичните ракети могат да носят повече от 10 бойни глави едновременно - това са ракети с множество бойни глави, всяка от частите може да удари своя собствена цел. Днес Съединените щати, Русия и Обединеното кралство разполагат с термоядрен арсенал; тестове на термоядрени заряди са извършени и в Китай (през 1967 г.) и във Франция (през 1968 г.).

Как работи водородната бомба

Действието на водородната бомба се основава на използването на енергия, освободена по време на реакцията на термоядрен синтез на леки ядра. Именно тази реакция протича във вътрешностите на звездите, където под действието на свръхвисоки температури и гигантско налягане водородните ядра се сблъскват и се сливат в по-тежки хелиеви ядра. По време на реакцията част от масата на водородните ядра се превръща в голямо количество енергия - благодарение на това звездите отделят огромно количество енергия през цялото време. Учените копират тази реакция, използвайки изотопите на водорода - деутерий и тритий, което дава името "водородна бомба". Първоначално за производството на заряди са използвани течни изотопи на водород, а по-късно започва да се използва литий-6 деутерид, твърдо, съединение на деутерий и литиев изотоп.

Литиево-6 деутеридът е основният компонент на водородната бомба, термоядрено гориво. Той вече съхранява деутерий, а литиевият изотоп служи като суровина за образуването на тритий. За да започне реакцията на термоядрен синтез, е необходимо да се създаде висока температура и налягане, както и да се изолира тритий от литий-6. Тези условия са предвидени, както следва.

Обвивката на контейнер за термоядрено гориво е изработена от уран-238 и пластмаса, до контейнера е поставен конвенционален ядрен заряд с капацитет от няколко килотона - нарича се спусък или инициатор на заряд на водородна бомба . По време на експлозията на плутониев заряд-инициатор под действието на мощно рентгеново лъчение, черупката на контейнера се превръща в плазма, свиваща се хиляди пъти, което създава необходимото високо налягане и огромна температура. Едновременно с това неутроните, излъчвани от плутоний, взаимодействат с литий-6, за да образуват тритий. Ядрата на деутерий и тритий взаимодействат под действието на свръхвисока температура и налягане, което води до термоядрен взрив.

Ако направите няколко слоя от уран-238 и литий-6 деутерид, тогава всеки от тях ще добави своя собствена сила към експлозията на бомбата - тоест такова "пухкане" ви позволява да увеличите силата на експлозията почти за неопределено време . Благодарение на това водородна бомба може да бъде направена с почти всякаква мощност и ще бъде много по-евтина от конвенционалната. ядрена бомбасъщата мощност.

В края на 30-те години на миналия век в Европа вече са открити законите на деленето и разпада, а водородната бомба от категорията на фантастиката преминава в реалност. Историята на развитието на ядрената енергетика е интересна и все още представлява една вълнуваща конкуренция между тях научен потенциалдържави: нацистка Германия, СССР и САЩ. Най-мощната бомба, която всяка държава мечтаеше да притежава, беше не само оръжие, но и мощен политически инструмент. Държавата, която го имаше в арсенала си, всъщност стана всемогъща и можеше да диктува свои собствени правила.

Водородната бомба има своя собствена история на създаване, която се основава на физическите закони, а именно термоядрения процес. Първоначално неправилно е наречен атомен, а причината за това е неграмотност. Ученият Бете, който по-късно става лауреат Нобелова награда, работил върху изкуствен енергиен източник - делене на уран. Този път беше върхът научни дейностимного физици и сред тях имаше такова мнение, че научните тайни изобщо не трябва да съществуват, тъй като първоначално законите на науката са международни.

Теоретично водородната бомба е изобретена, но сега, с помощта на дизайнери, тя трябваше да придобие технически форми. Оставаше само да го опаковам в определена обвивка и да го тестваме за мощност. Има двама учени, чиито имена завинаги ще бъдат свързани със създаването на това мощно оръжие: в Съединените щати това е Едуард Телър, а в СССР - Андрей Сахаров.

В Съединените щати един физик започна да се занимава с термоядрения проблем още през 1942 г. По заповед на Хари Труман, тогава президент на Съединените щати, най-добрите учени в страната работеха по този проблем, те създаваха принципно ново оръжие за унищожение. Още повече, че поръчката на правителството беше за бомба с капацитет най-малко милион тона тротил. Водородната бомба е създадена от Телър и показа на човечеството в Хирошима и Нагасаки своите безгранични, но разрушителни способности.

Върху Хирошима е хвърлена бомба, която тежи 4,5 тона със съдържание на уран 100 кг. Тази експлозия съответства на близо 12 500 тона тротил. Японският град Нагасаки беше изтрит от плутониева бомба със същата маса, но вече еквивалентна на 20 000 тона тротил.

Бъдещият съветски академик А. Сахаров през 1948 г. въз основа на своите изследвания представя дизайна на водородна бомба под името RDS-6. Изследванията му вървят в два клона: първият се нарича "пуф" (RDS-6s), а неговата характеристика е атомният заряд, който е заобиколен от слоеве тежки и леки елементи. Вторият клон е "тръба" или (RDS-6t), в която плутониевата бомба е била в течен деутерий. Впоследствие беше направено много важно откритие, което доказа, че посоката "тръба" е задънена улица.

Принципът на действие на водородната бомба е следният: първо, заряд, който инициира термоядрена реакция, експлодира вътре в обвивката на HB и в резултат на това възниква неутронна светкавица. В този случай процесът е придружен от освобождаване висока температура, който е необходим за по-нататъшно неутрони започват да бомбардират литиево-деутеридната вложка, а тя от своя страна под прякото действие на неутроните се разделя на два елемента: тритий и хелий. Използваният атомен предпазител образува съставките, необходими за протичането на синтеза във вече активираната бомба. Това е толкова сложен принцип на водородната бомба. След това предварително действие започва термоядрена реакция в смес от деутерий и тритий. По това време температурата в бомбата се повишава все повече и повече и все по-голямо количество водород участва в синтеза. Ако следвате времето на тези реакции, тогава скоростта на тяхното действие може да се характеризира като мигновена.

Впоследствие учените започнаха да използват не сливането на ядрата, а тяхното делене. Разделянето на един тон уран създава енергия, еквивалентна на 18 Mt. Такава бомба има огромна сила. Най-мощната бомба, създадена от човечеството, принадлежеше на СССР. Тя дори влезе в Книгата на рекордите на Гинес. Взривната му вълна беше равна на 57 (приблизително) мегатона тротил. Взривена е през 1961 г. в района на архипелага Нова земя.

Нашата статия е посветена на историята на създаването и основни принциписинтезът на такова устройство понякога се нарича водород. Вместо да отделя експлозивна енергия, когато ядрата на тежки елементи, като уран, се разделят, той генерира още повече от нея чрез сливане на ядрата на леките елементи (например водородни изотопи) в едно тежко (например хелий).

Защо сливането на ядра е за предпочитане?

В термоядрена реакция, състояща се в сливане на участващи в нея ядра химични елементи, значително повече енергия се генерира на единица маса на физическо устройство, отколкото в чиста атомна бомба, която осъществява реакция на ядрено делене.

В атомна бомба делящото се ядрено гориво бързо, под действието на детонационната енергия на конвенционалните експлозиви, се комбинира в малък сферичен обем, където се създава така наречената му критична маса и започва реакцията на делене. В същото време много неутрони, освободени от делящите се ядра, ще предизвикат делене на други ядра в горивната маса, които също отделят допълнителни неутрони, което води до верижна реакция. То покрива не повече от 20% от горивото, преди бомбата да експлодира, или може би много по-малко, ако условията не са идеални: например при атомните бомби, които Хлапето пусна над Хирошима и Дебелия човек, който удари Нагасаки, ефективността (ако такъв термин по принцип е възможен за тях да се прилагат) са били съответно само 1,38% и 13%.

Сливането (или сливането) на ядрата обхваща цялата маса на заряда на бомбата и продължава толкова дълго, колкото неутроните могат да намерят термоядреното гориво, което все още не е реагирало. Следователно масата и експлозивната сила на такава бомба теоретично са неограничени. Такова сливане теоретично може да продължи за неопределено време. Всъщност термоядрената бомба е едно от потенциалните устройства на Страшния съд, които могат да унищожат целия човешки живот.

Какво е реакция на ядрен синтез?

Горивото за реакцията на синтез са водородните изотопи деутерий или тритий. Първият се различава от обикновения водород по това, че в ядрото му освен един протон има и неутрон, а в ядрото на трития вече има два неутрона. В естествената вода има един атом деутерий на всеки 7000 водородни атома, но само от неговото количество. съдържащи се в чаша вода, в резултат на термоядрена реакция може да се получи същото количество топлина, както при изгаряне на 200 литра бензин. На среща с политици през 1946 г., бащата на американската водородна бомба, Едуард Телър, подчертава, че деутерият осигурява повече енергия на грам тегло от урана или плутония, но струва двадесет цента за грам в сравнение с няколкостотин долара за грам гориво за ядрено делене . Тритият изобщо не се среща в природата в свободно състояние, следователно е много по-скъп от деутерия, с пазарна цена от десетки хиляди долари за грам обаче най-голямото числоенергията се освобождава именно при реакцията на сливане на ядра на деутерий и тритий, при която се образува ядро ​​на хелиев атом и се освобождава неутрон, отнасящ излишната енергия от 17,59 MeV

D + T → 4 He + n + 17,59 MeV.

Тази реакция е показана схематично на фигурата по-долу.

Много ли е или малко? Както знаете, всичко се научава чрез сравнение. И така, енергията от 1 MeV е около 2,3 милиона пъти повече от освободената при изгарянето на 1 kg масло. Следователно при сливането само на две ядра на деутерий и тритий се отделя толкова енергия, колкото се отделя при горене 2,3 ∙ 10 6 ∙ 17,59 = 40,5 ∙ 10 6 kg масло. Но все пак идвасамо около два атома. Можете да си представите колко високи са били залозите през втората половина на 40-те години на миналия век, когато започва работа в САЩ и СССР, резултатът от която е термоядрена бомба.

Как започна всичко

Още през лятото на 1942 г., в началото на изпълнението на проекта за създаване атомна бомбав Съединените щати (Проект Манхатън) и по-късно в подобна съветска програма, много преди да бъде построена уранова бомба на делене, вниманието на някои участници в тези програми е привлечено от устройство, което може да използва много по-мощна реакция на термоядрен синтез. В САЩ Едуард Телър, вече споменат по-горе, беше привърженик на този подход и дори, може да се каже, негов апологет. В СССР тази посока е разработена от Андрей Сахаров, бъдещият академик и дисидент.

За Телър страстта му към термоядрен синтез през годините на създаването на атомната бомба изигра по-скоро лоша услуга. Като член на проекта Манхатън той настойчиво призоваваше за пренасочване на средствата за реализиране на собствените си идеи, чиято цел беше водородна и термоядрена бомба, което не хареса ръководството и предизвика напрежение в отношенията. Тъй като по това време посоката на термоядрени изследвания не беше подкрепена, след създаването на атомната бомба Телер напусна проекта и се зае с преподавателска дейност, както и изследвания върху елементарни частици.

Въпреки това, началото студена война, и най-вече създаването и успешното тестване на съветската атомна бомба през 1949 г., се превърна в нов шанс за свирепия антикомунист Телър да реализира своите научни идеи. Той се връща в лабораторията в Лос Аламос, където е създадена атомната бомба, и заедно със Станислав Улам и Корнелиъс Еверет започва изчисленията.

Принципът на термоядрената бомба

За да започне реакцията на ядрен синтез, трябва незабавно да загреете заряда на бомбата до температура от 50 милиона градуса. Схемата за термоядрена бомба, предложена от Телър, използва експлозията на малка атомна бомба, която се намира във вътрешността на водородното тяло. Може да се твърди, че в развитието на нейния проект през 40-те години на миналия век е имало три поколения:

• Вариацията на Телър, известна като „класическия супер“;
• по-сложни, но и по-реалистични дизайни от няколко концентрични сфери;
• окончателната версия на дизайна на Телер-Улам, който е в основата на всички термоядрени оръжейни системи, действащи днес.

Термоядрените бомби на СССР също преминаха през подобни етапи на проектиране, в основата на които беше Андрей Сахаров. Той, очевидно, напълно независимо и независимо от американците (което не може да се каже за съветската атомна бомба, създадена от съвместните усилия на учени и офицери от разузнаването, работили в Съединените щати) премина през всички горепосочени етапи на проектиране.

Първите две поколения имаха свойството, че имаха последователност от взаимосвързани „слоеве“, всеки от които подсилваше някакъв аспект от предишното, а в някои случаи беше установена обратна връзка. Нямаше ясно разделение между първичната атомна бомба и вторичната термоядрена бомба. За разлика от тях, схемата за термоядрена бомба Телер-Улам рязко разграничава първичната експлозия, вторичната и, ако е необходимо, допълнителната.

Устройство за термоядрена бомба според принципа на Телер-Улам

Много от подробностите му все още са класифицирани, но има достатъчно увереност, че всички налични в момента термоядрени оръжия използват като прототип устройство, създадено от Едуард Телерос и Станислав Улам, в което атомна бомба (т.е. първичен заряд) се използва за генериране на радиация компресира и загрява термоядрен синтез. Андрей Сахаров в Съветския съюз изглежда независимо е измислил подобна концепция, която той нарече „третата идея“.

Схема на устройството на термоядрена бомба в тази версия е показана на фигурата по-долу.

Беше с цилиндрична форма, с приблизително сферична първична атомна бомба в единия край. Вторичният термоядрен заряд в първите, все още неиндустриални проби, беше от течен деутерий, малко по-късно стана твърд от химично съединениенаречен литиев деутерид.

Факт е, че литиевият хидрид LiH се използва в индустрията от дълго време за транспортиране на водород без балони. Разработчиците на бомби (тази идея беше използвана за първи път в СССР) просто предложиха да вземете неговия изотоп деутерий вместо обикновен водород и да го комбинирате с литий, тъй като е много по-лесно да се направи бомба с твърд термоядрен заряд.

По форма вторичният заряд представлявал цилиндър, поставен в контейнер с оловна (или уранова) обвивка. Между зарядите има неутронен щит. Пространството между стените на контейнера с термоядрено гориво и тялото на бомбата е запълнено със специална пластмаса, обикновено експандиран полистирол. Самото тяло на бомбата е изработено от стомана или алуминий.

Тези форми са се променили в последните дизайни, като този, показан на изображението по-долу.

При него първичният заряд е сплескан като диня или топка в американския футбол, а вторичният заряд е сферичен. Такива форми се вписват много по-ефективно във вътрешността на коничните ракетни бойни глави.

Последователността на термоядрена експлозия

Когато първичната атомна бомба детонира, в първите моменти на този процес се генерират мощни рентгенови лъчи (неутронен поток), които са частично блокирани от неутронния щит и се отразяват от вътрешната облицовка на корпуса, която заобикаля вторичната заряд, така че рентгеновите лъчи да падат симетрично върху него по цялата му дължина.

В началните етапи на термоядрена реакция неутроните от атомна експлозия се абсорбират от пластмасов пълнител, за да се предотврати твърде бързото нагряване на горивото.

Рентгеновите лъчи предизвикват появата на първата плътна пластмасова пяна, запълваща пространството между корпуса и вторичния заряд, който бързо преминава в състояние на плазма, нагрявайки и компресирайки вторичния заряд.

В допълнение, рентгеновите лъчи изпаряват повърхността на контейнера, заобикалящ вторичния заряд. Веществото на контейнера, симетрично изпаряващо се по отношение на този заряд, придобива определен импулс, насочен от неговата ос, а слоевете на вторичния заряд, съгласно закона за запазване на импулса, получават импулс, насочен към оста на устройството . Принципът тук е същият като при ракетата, само ако си представим, че горивото се разпръсква симетрично от оста си, а тялото се компресира навътре.

В резултат на такова компресиране на термоядрено гориво неговият обем намалява хиляди пъти, а температурата достига нивото на началото на реакцията на ядрен синтез. Избухва термоядрена бомба. Реакцията е придружена от образуването на тритиеви ядра, които се сливат с деутериевите ядра, които първоначално присъстват във вторичния заряд.

Първите вторични заряди са изградени около плутониев прът, неофициално наречен "свещ", който е подложен на реакция на ядрен делене, тоест е извършена друга допълнителна атомна експлозия, за да се повиши още повече температурата, за да се осигури началото на реакция на ядрен синтез. В момента се смята, че повече ефективни системикомпресията елиминира "свещта", позволявайки допълнително миниатюризиране на дизайна на бомбата.

Операция Ivy

Това беше името на изпитанията на американски термоядрени оръжия на Маршаловите острови през 1952 г., по време на които беше взривена първата термоядрена бомба. Нарича се Айви Майк и е построена по типичната схема на Телер-Улам. Неговият вторичен термоядрен заряд беше поставен в цилиндричен контейнер, който представляваше термично изолиран съд на Дюар с термоядрено гориво под формата на течен деутерий, по оста на който минаваше "свещ" от 239-плутоний. Дюар от своя страна е покрит със слой от 238-уран с тегло над 5 метрични тона, който се изпарява по време на експлозията, осигурявайки симетрично компресиране на термоядреното гориво. Контейнерът с първичното и вторичното зареждане се помещава в 80 "широк х 244" дълъг стоманен корпус с 10-12" дебели стени, което е най-големият пример за ковано изделие до това време. Вътрешната повърхност на корпуса е облицована с листове олово и полиетилен, за да отразява радиацията след експлозията на първичния заряд и да създаде плазма, която нагрява вторичния заряд. Цялото устройство тежало 82 тона. Изгледът на устройството малко преди експлозията е показан на снимката по-долу.

Първото изпитание на термоядрена бомба е проведено на 31 октомври 1952 г. Мощността на експлозията е 10,4 мегатона. Attol Eniwetok, на който е произведен, е напълно разрушен. Моментът на експлозията е показан на снимката по-долу.

СССР дава симетричен отговор

Термоядрен шампионат на САЩ не продължи дълго. На 12 август 1953 г. на полигона в Семипалатинск е изпитана първата съветска термоядрена бомба RDS-6, разработена под ръководството на Андрей Сахаров и Юли Харитон. От описанието по-горе става ясно, че американците на Ениветок всъщност не са го направили. детонира бомба, като вид готови за употреба боеприпаси, а по-скоро лабораторно устройство, тромав и много несъвършен. Съветските учени, въпреки малката мощност от само 400 кг, тестваха напълно завършен боеприпас с термоядрено гориво под формата на твърд литиев деутерид, а не течен деутерий, както в случая на американците. Между другото, трябва да се отбележи, че в състава на литиевия деутерид се използва само изотоп 6 Li (това се дължи на особеностите на преминаването на термоядрени реакции), а в природата той е в смес с изотопа 7 Li . Поради това са построени специални производствени мощности за отделяне на литиеви изотопи и селекцията само на 6 Li.

Достигане на ограничение на мощността

Това беше последвано от десетилетие на непрекъсната надпревара във въоръжаването, по време на която мощността на термоядрените боеприпаси непрекъснато се увеличаваше. И накрая, на 30 октомври 1961 г. най-мощната термоядрена бомба, създавана и изпитвана някога, известна на Запад като Цар Бомба, е взривена във въздуха на около 4 км надморска височина в СССР над полигона Нова Земля.

Този тристепенен боеприпас всъщност е разработен като бомба от 101,5 мегатона, но желанието да се намали радиоактивното замърсяване на територията принуди разработчиците да се откажат от третия етап с капацитет от 50 мегатона и да намалят проектната мощност на устройството до 51,5 мегатона. В този случай 1,5 мегатона беше експлозивната мощност на първичния атомен заряд, а вторият термоядрен етап трябваше да даде още 50. Действителната сила на експлозия беше до 58 мегатона.Външният вид на бомбата е показан на снимката по-долу.

Последствията от него бяха впечатляващи. Въпреки много значителната височина на експлозия от 4000 m, невероятно яркото огнено кълбо с долния си ръб почти достигна Земята, а с горния си край се издигна на височина повече от 4,5 км. Налягането под точката на избухване е шест пъти по-високо от пиковото налягане при експлозията в Хирошима. Светкавицата беше толкова ярка, че можеше да се види от разстояние от 1000 километра, въпреки облачното време. Един от участниците в теста видя ярка светкавица през тъмни очила и усети ефекта на топлинен импулс дори на разстояние от 270 км. По-долу е показана снимка на момента на експлозията.

В същото време беше показано, че мощността на термоядрен заряд всъщност няма никакви ограничения. В крайна сметка беше достатъчно да завършите третия етап и изчислената мощност ще бъде постигната. Но можете да увеличите броя на стъпките допълнително, тъй като теглото на "Цар-бомбата" е не повече от 27 тона. Изгледът на това устройство е показан на снимката по-долу.

След тези тестове за много политици и военни както в СССР, така и в САЩ стана ясно, че надпреварата в ядрените оръжия е приключила и трябва да бъде спряна.

Съвременната Русия наследи ядрения арсенал на СССР. Днес руските термоядрени бомби продължават да служат като възпиращ фактор за онези, които търсят глобална хегемония. Да се ​​надяваме, че те ще изиграят ролята си само като възпиращ фактор и никога няма да бъдат взривени.

Слънцето като термоядрен реактор

Добре известно е, че температурата на Слънцето, или по-скоро на ядрото му, достигаща 15 000 000 ° K, се поддържа поради непрекъснатия поток от термоядрени реакции. Но всичко, което успяхме да извлечем от предишния текст, говори за експлозивния характер на подобни процеси. Тогава защо слънцето не експлодира като термоядрена бомба?

Факт е, че с огромен дял на водород в състава на слънчевата маса, който достига 71%, делът на неговия изотоп деутерий, единствените ядра на който могат да участват в реакцията на термоядрен синтез, е незначителен. Факт е, че самите деутериеви ядра се образуват в резултат на сливането на две водородни ядра, и не просто сливане, а с разпадането на един от протоните в неутрон, позитрон и неутрино (т.нар. бета разпад), което е рядко събитие. В този случай образуваните деутериеви ядра са разпределени доста равномерно по обема на слънчевото ядро. Следователно, с огромните си размери и маса, отделни и редки огнища на термоядрени реакции с относително ниска мощност са сякаш размазани върху цялото ядро ​​на Слънцето. Топлината, отделена по време на тези реакции, очевидно не е достатъчна, за да изгори моментално целия деутерий в Слънцето, но е достатъчна да го нагрее до температурата, която осигурява живот на Земята.

Ядрените оръжия са експлозивни оръжия за масово унищожение, основаващи се на използването на енергията на делене на тежки ядра на някои изотопи на уран и плутоний, или в термоядрени реакции на сливане на леки ядра на водородни изотопи на деутерий и тритий, в по-тежки, напр. изотопи на хелий.

Ядрените заряди могат да се доставят на бойни глави на ракети и торпеда, самолети и дълбочинни бомби, артилерийски снаряди и мини. По отношение на мощността ядрените оръжия се разграничават между ултра-малки (по-малко от 1 kt), малки (1-10 kt), средни (10-100 kt), големи (100-1000 kt) и супер големи (над 1000 kt). kt). В зависимост от задачите, които трябва да бъдат решени, е възможно да се използват ядрени оръжия под формата на подземни, наземни, въздушни, подводни и надводни експлозии. Особеностите на разрушителното въздействие на ядреното оръжие върху населението се определят не само от добива на боеприпасите и вида на взрива, но и от вида на ядреното устройство. В зависимост от заряда има: атомни оръжия, които се основават на реакцията на делене; термоядрени оръжия - при използване на реакция на синтез; комбинирани такси; неутронни оръжия.

Единственият делящ се материал, открит в природата в забележими количества, е изотопът на урана с маса на ядрото от 235 единици атомна маса (уран-235). Съдържанието на този изотоп в естествения уран е само 0,7%. Останалото е уран-238. Тъй като химичните свойства на изотопите са абсолютно еднакви, е необходим доста сложен процес на разделяне на изотопи за отделяне на уран-235 от естествения уран. Резултатът може да се получи силно обогатен уран, съдържащ около 94% уран-235, който е подходящ за използване в ядрени оръжия.

Разделящите се вещества могат да се произвеждат изкуствено и най-малко трудно от практическа гледна точка е производството на плутоний-239, който се образува в резултат на улавянето на неутрон от ядрото на уран-238 (и последващата верига от радиоактивни разпад на междинни ядра). Подобен процес може да се извърши в ядрен реактор, захранван от естествен или нискообогатен уран. В бъдеще плутоният може да бъде отделен от отработеното гориво на реактора в процеса на химическа преработка на горивото, което е много по-просто от процеса на разделяне на изотопи, извършван при получаване на оръжеен уран.

За създаване на ядрени взривни устройства могат да се използват и други делящи се вещества, например уран-233, получен чрез облъчване на торий-232 в ядрен реактор. Въпреки това, само уран-235 и плутоний-239 намериха практическо приложение, главно поради относителната лекота на получаване на тези материали.

Възможността за практическо използване на енергията, освободена при ядрено делене, се дължи на факта, че реакцията на делене може да има верижен, самоподдържащ се характер. При всяко събитие на делене се образуват приблизително два вторични неутрона, които, като са уловени от ядрата на делящата се материя, могат да причинят тяхното делене, което от своя страна води до образуването на още повече неутрони. Когато се създадат специални условия, броят на неутроните, а оттам и събитията на делене, расте от поколение на поколение.

Първото ядрено взривно устройство е взривено от Съединените щати на 16 юли 1945 г. в Аламогордо, Ню Мексико. Устройството беше плутониева бомба, която използва насочена експлозия, за да създаде критичност. Мощността на експлозията беше около 20 kt. В СССР експлозията на първото ядрено взривно устройство, подобно на американското, е направено на 29 август 1949 г.

Историята на създаването на ядрени оръжия.

В началото на 1939 г. френският физик Фредерик Жолио-Кюри заключава, че е възможна верижна реакция, която да доведе до експлозия с чудовищна разрушителна сила и че уранът може да се превърне в енергиен източник като обикновен експлозив. Това заключение беше тласък за разработването на ядрени оръжия. Европа беше в навечерието на Втората световна война и потенциалното притежание на такова мощно оръжие би дало на всеки притежаващ огромни предимства. Физици от Германия, Англия, САЩ, Япония са работили върху създаването на атомни оръжия.

До лятото на 1945 г. американците успяват да съберат две атомни бомби, наречени "Хлапе" и "Дебелия човек". Първата бомба тежеше 2722 кг и беше заредена с обогатен уран-235.

Бомбата "Fat Man" със заряд от плутоний-239 с капацитет над 20 kt имаше маса от 3175 kg.

Президентът на САЩ Х. Труман стана първият политически лидер, който взе решението да използва ядрени бомби. Първите цели за ядрени удариИзбрани са японски градове (Хирошима, Нагасаки, Кокура, Ниигата). От военна гледна точка нямаше нужда от подобни бомбардировки на гъсто населени японски градове.

Сутринта на 6 август 1945 г. над Хирошима имаше ясно, безоблачно небе. Както и преди, приближаването от изток на два американски самолета (един от тях се казваше Enola Gay) на височина 10-13 км не предизвика тревога (тъй като те се показват в небето на Хирошима всеки ден). Един от самолетите се гмурна и изпусна нещо, а след това и двата самолета се обърнаха и отлетяха. Падналият обект бавно се спусна с парашут и внезапно избухна на височина 600 м над земята. Това беше бомбата "Хлапето". На 9 август друга бомба е хвърлена над град Нагасаки.

Общите човешки загуби и мащабът на разрушенията от тези бомбардировки се характеризират със следните цифри: моментално загинали от топлинна радиация (температура около 5000 градуса С) и ударна вълна - 300 хиляди души, други 200 хиляди бяха ранени, изгаряния, лъчева болест . На площ от 12 кв. км, всички сгради са напълно разрушени. Само в Хирошима от 90 000 сгради 62 000 бяха разрушени.

След американските атомни бомбардировки по заповед на Сталин от 20 август 1945 г. е създаден специален комитет по атомна енергия под ръководството на Л. Берия. Комитетът включваше видни учени A.F. Йофе, П.Л. Капица и И.В. Курчатов. Голяма услуга на съветските атомни учени оказа съвестният комунист, учен Клаус Фукс - виден служител на американския ядрен център в Лос Аламос. През 1945-1947 г. той предава информация четири пъти по практически и теоретични въпроси за създаването на атомни и водородни бомби, което ускорява появата им в СССР.

През 1946-1948 г. в СССР е създадена атомната индустрия. В близост до град Семипалатинск е изградена изпитателна площадка. През август 1949 г. там е взривено първото съветско ядрено устройство. Преди това президентът на САЩ Х. Труман беше информиран, че Съветският съюз е усвоил тайната на ядреното оръжие, но ядрената бомба съветски съюзще създаде не по-рано от 1953г. Това послание накара управляващите кръгове на САЩ да искат да отприщят превантивна война възможно най-скоро. Разработен е план "Троян", който предвижда началото на военните действия в началото на 1950 година. По това време САЩ имаха 840 стратегически бомбардировача и над 300 атомни бомби.

Увреждащите фактори на ядрена експлозия са: ударна вълна, светлинно излъчване, проникваща радиация, радиоактивно замърсяване и електромагнитен импулс.

Ударна вълна. Основният увреждащ фактор на ядрена експлозия. Той изразходва около 60% от енергията на ядрена експлозия. Това е зона на рязко компресиране на въздуха, разпространяващо се във всички посоки от мястото на експлозията. Увреждащият ефект на ударната вълна се характеризира с големината на свръхналягането. Свръхналягането е разликата между максималното налягане в предната част на ударната вълна и нормалното атмосферно налягане пред нея. Измерва се в кило паскали - 1 kPa = 0,01 kgf / cm2.

При свръхналягане от 20-40 kPa незащитени хора могат да получат леки наранявания. Излагането на ударна вълна със свръхналягане от 40-60 kPa води до умерени лезии. Тежките наранявания възникват при свръхналягане над 60 kPa и се характеризират с тежки контузии на цялото тяло, фрактури на крайниците, разкъсвания на вътрешни паренхимни органи. При свръхналягане над 100 kPa се наблюдават изключително тежки наранявания, често фатални.

Светлинно излъчване е поток от лъчиста енергия, който включва видими ултравиолетови и инфрачервени лъчи.

Неговият източник е светеща зона, образувана от горещи експлозивни продукти. Светлинната радиация се разпространява почти мигновено и продължава, в зависимост от мощността на ядрената експлозия, до 20 s. Силата му е такава, че въпреки кратката си продължителност може да причини пожари, дълбоки изгаряния на кожата и увреждане на органите на зрението при хората.

Светлинната радиация не прониква в непрозрачни материали, така че всяко препятствие, което може да създаде сянка, предпазва от прякото действие на светлинното лъчение и предотвратява изгаряния.

Светлинната радиация е значително отслабена при прашен (опушен) въздух, мъгла, дъжд.

Проникваща радиация.

Това е поток от гама лъчение и неутрони. Въздействието продължава 10-15 секунди. Първичният ефект на радиацията се осъществява във физични, физикохимични и химични процеси с образуване на химически активни свободни радикали (H, OH, HO2) с високи окислителни и редуциращи свойства. Впоследствие се образуват различни пероксидни съединения, които инхибират активността на едни ензими и повишават други, които играят важна роля в процесите на автолиза (саморазтваряне) на телесните тъкани. Появата в кръвта на продукти на разпад на радиочувствителни тъкани и патологичен метаболизъм при излагане на високи дози йонизиращо лъчение е в основата на образуването на токсемия - отравяне на тялото, свързано с циркулацията на токсини в кръвта. Нарушенията на физиологичната регенерация на клетките и тъканите, както и промените във функциите на регулаторните системи са от основно значение за развитието на лъчеви увреждания.

Радиоактивно замърсяване на района

Основните му източници са продукти на делене на ядрен заряд и радиоактивни изотопи, образувани в резултат на придобиване на радиоактивни свойства от елементите, от които са направени ядрените оръжия и които са част от почвата. От тях се образува радиоактивен облак. Издига се на височина от много километри и с въздушните маси се транспортира на значителни разстояния. Радиоактивните частици, падащи от облака на земята, образуват зона на радиоактивно замърсяване (пътека), чиято дължина може да достигне няколкостотин километра. Радиоактивните вещества представляват най-голяма опасност в първите часове след изпадането, тъй като тяхната активност е най-висока през този период.

Електромагнитен импулс .

Това е краткотрайно електромагнитно поле, което възниква по време на експлозия на ядрено оръжие в резултат на взаимодействието на гама лъчение и неутрони, излъчени по време на ядрена експлозия с атоми в околната среда. Последица от въздействието му е изгарянето или повредата на отделни елементи на електронното и електрическото оборудване. Поражението на хората е възможно само в случаите, когато те влязат в контакт с проводниците по време на експлозията.

Вид ядрено оръжие е неутронни и термоядрени оръжия.

Неутронно оръжие е малък по размер термоядрен боеприпас с капацитет до 10 kt, предназначен главно за унищожаване на живата сила на противника поради действието на неутронно лъчение. Неутронните оръжия са тактически ядрени оръжия.

Историята на човешкото развитие винаги е съпътствала войната като начин за разрешаване на конфликти чрез насилие. Цивилизацията е претърпяла повече от петнадесет хиляди малки и големи въоръжени конфликти, загуби човешки животиброй в милиони. Само през деветдесетте години на миналия век се проведоха повече от сто военни сблъсъци с участието на деветдесет страни по света.

В същото време научните открития и технологичният прогрес направиха възможно създаването на оръжия за унищожение с нарастваща мощност и изтънченост на употреба. През ХХ векядрените оръжия станаха връх на масово разрушително въздействие и политически инструмент.

Устройство за атомна бомба

Съвременните ядрени бомби като средство за поразяване на противника са създадени на базата на модерни технически решения, чиято същност не е широко разгласена. Но основните елементи, присъщи на този тип оръжие, могат да се видят на примера на устройството на ядрена бомба с кодовото име "Дебелия човек", пусната през 1945 г. в един от градовете на Япония.

Мощността на експлозията беше равна на 22,0 kt в тротилов еквивалент.

Тя имаше следните дизайнерски характеристики:

• дължината на изделието е 3250,0 мм, а диаметърът на обемната част е 1520,0 мм. Общо тегло над 4,5 тона;
• тялото е елипсовидно. За да се избегне преждевременното унищожаване поради навлизане на зенитни боеприпаси и нежелани влияния от различен вид, за производството му е използвана 9,5 мм бронирана стомана;
• тялото е разделено на четири вътрешни части: нос, две половини на елипсоид (основната е отделение за ядрен пълнеж), опашка.
• носовото отделение е оборудвано с акумулаторни батерии;
• основното отделение, подобно на носното отделение, се евакуира, за да се предотврати навлизането на вредни среди, влага, за да се създадат удобни условия за работа на сензора за брада;
• елипсоидът съдържаше плутониево ядро, заобиколено от уранов тампер (черупка). Той играе ролята на инерционен ограничител за хода на ядрена реакция, осигурявайки максимална активност оръжеен плутоний, чрез отразяване на неутрони към страната на активната зона на заряда.

Основен източник на неутрони, наречен инициатор или "таралеж", е поставен вътре в ядрото. Представен е от берилий със сферична форма с диаметър 20,0 ммс външно покритие на базата на полоний - 210.

Трябва да се отбележи, че експертната общност определи такава конструкция на ядрено оръжие за неефективна и ненадеждна за използване. Неконтролираното неутронно иницииране не се използва повече .

Принцип на действие

Процесът на делене на ядрата на уран 235 (233) и плутоний 239 (от това се състои ядрената бомба) с огромно освобождаване на енергия с ограничен обем се нарича ядрена експлозия. Атомната структура на радиоактивните метали е нестабилна - те постоянно се разделят на други елементи.

Процесът е придружен от отделяне на неврони, някои от които, попадайки върху съседни атоми, инициират по-нататъшна реакция, придружена от освобождаване на енергия.

Принципът е следният: съкращаването на времето на разпад води до по-голяма интензивност на процеса, а концентрацията на неврони върху бомбардирането на ядра води до верижна реакция. При комбиниране на два елемента до критична масаще се създаде свръхкритично, което ще доведе до експлозия.

V условия на животневъзможно е да се предизвика активна реакция - необходими са високи скорости на сближаване на елементите - не по-малко от 2,5 km / s. Постигането на тази скорост в бомба е възможно при използване на комбиниране на видове експлозиви (бързи и бавни), балансиране на плътността на свръхкритичната маса, предизвикване на атомна експлозия.

Ядрените експлозии се отнасят до резултатите от човешката дейност на планетата или нейната орбита. Естествени процеситози вид е възможен само на някои звезди в космоса.

Атомните бомби с право се считат за най-мощните и разрушителни оръжия за масово унищожение. Тактическото използване решава задачите за унищожаване на стратегически, военни съоръжения на суша, както и дълбоко базиране, унищожаване на значително натрупване на техника и жива сила на противника.

Може да се прилага глобално само в преследване на целта за пълно унищожаване на населението и инфраструктурата на големи територии.

За постигане на определени цели, изпълнение на задачи от тактически и стратегически характер, детонацията на атомни боеприпаси може да се извърши:

• на критични и ниски височини (над и под 30,0 km);
• в пряк контакт със земната кора (вода);
• под земята (или подводна експлозия).

Ядрената експлозия се характеризира с моментално освобождаване на огромна енергия.

Водещи до поражението на обекти и човек, както следва:

• Ударна вълна.При взривяване по-високо или по земна кора(вода) се нарича въздушна вълна, подземна (вода) - сеизмична експлозивна вълна. Въздушна вълна се образува след критична компресия на въздушни маси и се разпространява в кръг до затихване със скорост, превишаваща звука. Това води както до директни щети на живата сила, така и до косвени (взаимодействие с фрагменти от унищожени обекти). Действието на свръхналягане прави техниката нефункционална, като се движи и удря повърхността на земята;
• Светлинно излъчване.Източникът е светлинната част, образувана от изпаряването на продукта с въздушни маси, при наземно използване - почвени пари. Експозицията се осъществява в ултравиолетовите и инфрачервените спектъри. Усвояването му от предмети и хора провокира овъгляване, топене и изгаряне. Степента на увреждане зависи от отстраняването на епицентъра;
• Проникваща радиация- това са неутрони и гама лъчи, движещи се от мястото на разкъсване. Излагането на биологични тъкани води до йонизация на клетъчните молекули, което води до лъчева болест на тялото. Поражението на собствеността е свързано с реакции на делене на молекули в увреждащите елементи на боеприпасите.
• Радиоактивно замърсяване.При земна експлозия се издигат почвени пари, прах и други неща. Появява се облак, движещ се по посока на движение на въздушните маси. Източниците на унищожение са представени от продукти на делене на активната част на ядреното оръжие, изотопи, а не унищожени части от заряда. При движение на радиоактивен облак се получава непрекъснато радиационно замърсяване на района;
• Електромагнитен импулс.Експлозията придружава появата на електромагнитни полета (от 1,0 до 1000 m) под формата на импулс. Те водят до повреда на електрическите устройства, управлението и комуникациите.

Комбинацията от фактори на ядрена експлозия нанася различни нива на щети на живата сила, техниката и инфраструктурата на противника, като смъртността от последствията се свързва само с отдалечеността от нейния епицентър.

Историята на създаването на ядрени оръжия

Създаването на оръжия с ядрена реакция беше придружено от редица научни открития, теоретични и практически изследвания, включително:

• 1905 година- създадена е теорията на относителността, която гласи, че малко количество материя е свързано със значително освобождаване на енергия по формулата E = mc2, където "c" представлява скоростта на светлината (от А. Айнщайн);
• 1938 година- Германски учени проведоха експеримент за разделяне на атом на части чрез атака на урана с неутрони, който завърши успешно (О. Хан и Ф. Страсман), а физик от Великобритания даде обяснение за факта на отделяне на енергия (Р. Фриш );
• 1939 година- на учени от Франция, че при провеждане на верига от реакции на уранови молекули ще се освободи енергия, която може да предизвика експлозия с огромна сила (Жолио-Кюри).

Последното стана отправна точка за изобретяването на атомни оръжия. Паралелно развитие се занимаваха Германия, Великобритания, САЩ, Япония. Основният проблем беше извличането на уран в необходимите обеми за провеждане на експерименти в тази област.

Проблемът беше решен по-бързо в САЩ, след като през 1940 г. закупиха суровини от Белгия.

В рамките на проекта, наречен Манхатън, от тридесет и девета до четиридесет и пета година е построена инсталация за пречистване на уран, създаден е център за изследване на ядрените процеси и участва в него най-добрите специалисти- физици от цяла Западна Европа.

Великобритания, която провеждаше собствена разработка, беше принудена след германските бомбардировки доброволно да прехвърли разработките по своя проект на американската армия.

Смята се, че американците са първите, изобретили атомната бомба. Изпитанията на първия ядрен заряд са проведени в щата Ню Мексико през юли 1945 г. Светкавицата от експлозията затъмни небето и пясъчният пейзаж се превърна в стъкло. След кратък период от време са създадени ядрени заряди, наречени "Хлапе" и "Дебелия човек".

Ядрени оръжия в СССР - дати и събития

Образуването на СССР като ядрена сила е предшествано от дългогодишната работа на отделни учени и държавни институции... Ключови периоди и значими дати на събития са представени, както следва:

• 1920 годинасчита началото на работата на съветските учени върху атомното делене;
• От тридесетте годинипосока ядрена физикада стане приоритет;
• октомври 1940г- инициативна група учени - физици излезе с предложение за използване на атомните разработки за военни цели;
• През лятото на 1941гвъв връзка с войната институтите на атомната енергия бяха прехвърлени в тила;
• Есента на 1941ггодини съветското разузнаване информира ръководството на страната за началото на ядрени програми във Великобритания и Америка;
• септември 1942г- изследванията на атома започнаха да се извършват изцяло, работата по урана продължи;
• февруари 1943г- създадена е специална изследователска лаборатория под ръководството на И. Курчатов, а общото ръководство е поверено на В. Молотов;

Проектът е ръководен от В. Молотов.

• август 1945г- във връзка с ядрените бомбардировки в Япония, голямото значение на събитията за СССР, беше създаден Специален комитет под ръководството на Л. Берия;
• април 1946г- Създаден е KB-11, който започва да разработва образци на съветско ядрено оръжие в две версии (с помощта на плутоний и уран);
• В средата на 1948г- работата по урана беше спряна поради ниска ефективност при високи разходи;
• август 1949г- когато атомната бомба беше изобретена в СССР, беше изпробвана първата съветска ядрена бомба.

Намаляването на времето за разработка на продукта беше улеснено от висококачествената работа на разузнавателните агенции, които успяха да получат информация за американските ядрени разработки. Сред първите, които създадоха атомната бомба в СССР, беше екип от учени, ръководен от акад. А. Сахаров. Те разработиха по-модерни технически решения от използваните от американците.

Атомната бомба "RDS-1"

През 2015-2017 г. Русия направи пробив в усъвършенстването на ядрените оръжия и техните средства за доставка, като по този начин обяви държава, способна да отблъсне всяка агресия.

Първите изпитания на атомната бомба

След тестване на експериментална ядрена бомба в Ню Мексико през лятото на 1945 г., японските градове Хирошима и Нагасаки са бомбардирани съответно на 6 и 9 август.

разработката на атомната бомба приключи тази година

През 1949 г., при условия на повишена секретност, съветските конструктори в КБ - 11 и учен завършват разработката на атомна бомба, наречена RDS-1 (реактивен двигател "S"). На 29 август на полигона в Семипалатинск беше изпитано първото съветско ядрено устройство. Атомната бомба на Русия - RDS-1 беше продукт с форма на капка, с тегло 4,6 тона, с диаметър на преградата 1,5 m и дължина 3,7 метра.

Активната част включваше плутониев блок, който позволи да се постигне мощност на експлозия от 20,0 килотона, съизмерима с TNT. Тестовата площадка обхващаше радиус от двадесет километра. Спецификата на условията на пробната детонация до момента не е оповестена публично.

На 3 септември същата година американското авиационно разузнаване установи наличието на следи от изотопи във въздушните маси на Камчатка, което показва, че се тества ядрен заряд. На двадесет и трети първият човек в Съединените щати публично обяви, че СССР е успял да изпробва атомна бомба.