Воднева бомба хтось винайшов. Ядерна зброя Росії: будова, принцип дії, перші випробування. Відео: випробування в ссср

12 серпня 1953 року на Семипалатинському полігоні було випробувано першу радянську водневу бомбу.

А 16 січня 1963 року, у розпал холодної війни, Микита Хрущовзаявив світові про те, що Радянський Союз має у своєму арсеналі нову зброю масової поразки. За півтора року до цього в СРСР був здійснений найпотужніший вибух водневої бомбиу світі - на Новій Землі був підірваний заряд потужністю понад 50 мегатонн. Багато в чому саме ця заява радянського лідера змусила світ усвідомити загрозу подальшої ескалації гонки ядерних озброєнь: вже 5 серпня 1963 р. у Москві було підписано договір про заборону випробувань ядерної зброї в атмосфері, космічному просторі та під водою.

Історія створення

Теоретична можливість отримання енергії шляхом термоядерного синтезубула відома ще до Другої світової війни, але саме війна та подальша гонка озброєнь поставили питання про створення технічного устрою для практичного створення цієї реакції. Відомо, що в Німеччині в 1944 році велися роботи з ініціювання термоядерного синтезу шляхом стиснення ядерного палива з використанням зарядів звичайної вибухової речовини — але вони не мали успіху, оскільки не вдалося отримати необхідних температур і тиску. США та СРСР вели розробки термоядерної зброї починаючи з 40-х років, практично одночасно випробувавши перші термоядерні пристрої на початку 50-х. У 1952 році на атоле Еніветок США здійснили вибух заряду потужністю 10,4 мегатонни (що в 450 разів більше за потужність бомби, скинутої на Нагасакі), а в 1953 році в СРСР було випробувано пристрій потужністю 400 кілотонн.

Конструкції перших термоядерних пристроїв були погано пристосовані реального бойового використання. Наприклад, пристрій, випробуваний США в 1952 році, був наземною спорудою висотою з 2-поверховий будинок і вагою понад 80 тонн. Рідке термоядерне пальне зберігалося за допомогою величезної холодильної установки. Тому надалі серійне виробництво термоядерної зброї здійснювалося з використанням твердого палива – дейтериду літію-6. В 1954 США випробували пристрій на його основі на атоле Бікіні, а в 1955 на Семипалатинському полігоні була випробувана нова радянська термоядерна бомба. 1957 року випробування водневої бомби провели у Великій Британії. У жовтні 1961 року в СРСР на Новій Землі було підірвано термоядерну бомбу потужністю 58 мегатонн — найпотужнішу бомбу з коли-небудь випробуваних людством, яка увійшла в історію під назвою «Цар-бомба».

Подальший розвиток було спрямовано зменшення розмірів конструкції водневих бомб, щоб забезпечити їх доставку до мети балістичними ракетами. Вже в 60-ті роки масу пристроїв вдалося зменшити до кількох сотень кілограмів, а до 70-х років балістичні ракети могли нести понад 10 боєголовок одночасно — це ракети з головними частинами, що розділяються, кожна з частин може вражати свою власну мету. На сьогоднішній день термоядерний арсенал мають США, Росія та Великобританія, випробування термоядерних зарядів були проведені також у Китаї (1967 року) та у Франції (1968 року).

Принцип дії водневої бомби

Дія водневої бомби ґрунтується на використанні енергії, що виділяється при реакції термоядерного синтезу легких ядер. Саме ця реакція протікає в надрах зірок, де під дією надвисоких температур та гігантського тиску ядра водню стикаються та зливаються у більш важкі ядра гелію. Під час реакції частина маси ядер водню перетворюється на велику кількість енергії - завдяки цьому зірки і виділяють величезну кількість енергії постійно. Вчені скопіювали цю реакцію з використанням ізотопів водню – дейтерію та тритію, що й дало назву «воднева бомба». Спочатку для виробництва зарядів використовувалися рідкі ізотопи водню, а згодом став використовуватися дейтерид літію-6, тверда речовина, з'єднання дейтерію та ізотопу літію.

Дейтерид літію-6 є основним компонентом водневої бомби, термоядерним пальним. У ньому вже зберігається дейтерій, а ізотоп літію служить сировиною для утворення тритію. Для початку реакції термоядерного синтезу потрібно створити високу температуру та тиск, а також виділити з літію-6 тритій. Ці умови забезпечують в такий спосіб.

Оболонку контейнера для термоядерного пального роблять з урану-238 і пластику, поруч із контейнером розміщують звичайний ядерний заряд потужністю кілька кілотонн - його називають тригером, або зарядом-ініціатором водневої бомби. Під час вибуху плутонієвого заряду-ініціатора під дією потужного рентгенівського випромінювання оболонка контейнера перетворюється на плазму, стискаючись у тисячі разів, що створює необхідний високий тиск та величезну температуру. Одночасно з цим нейтрони, що випускають плутонію, взаємодіють з літієм-6, утворюючи тритій. Ядра дейтерію та тритію взаємодіють під дією надвисоких температури та тиску, що і призводить до термоядерного вибуху.

Якщо зробити кілька шарів урану-238 і дейтериду літію-6, то кожен з них додасть свою потужність до вибуху бомби - тобто така "шаровка" дозволяє нарощувати потужність вибуху практично необмежено. Завдяки цьому водневу бомбу можна зробити майже будь-якої потужності, причому вона буде набагато дешевшою за звичайну. ядерної бомбитакої ж потужності.

Наприкінці 30-х років минулого століття в Європі вже були відкриті закономірності поділу та розпаду, а воднева бомба з розряду фантастики перейшла в реальну дійсність. Історія освоєння ядерної енергії цікава і досі є захоплюючим змаганням між науковим потенціаломкраїн: нацистської Німеччини, СРСР та США. Найпотужніша бомба, володіти якою мріяла будь-яка держава, була не лише зброєю, а й потужним політичним інструментом. Та країна, яка мала її у своєму арсеналі, фактично ставала всемогутньою та могла диктувати свої правила.

Воднева бомба має власну історію створення, основою якої лягли фізичні закони, саме термоядерний процес. Спочатку її неправильно назвали атомною, а виною тому була неписьменність. У вчений Бете, який згодом став лауреатом Нобелівської преміїпрацював над штучним джерелом енергії - розподілом урану. Цей час був піком наукової діяльностібагатьох фізиків, а серед них була така думка, що наукові секрети нічого не винні існувати зовсім, оскільки спочатку закони науки інтернаціональні.

Теоретично воднева бомба була винайдена, тепер за допомогою конструкторів вона повинна була придбати технічні форми. Залишалося тільки упаковати її у певну оболонку та випробувати на потужність. Є два вчені, імена яких назавжди будуть пов'язані зі створенням цієї потужної зброї: у США це – Едвард Теллер, а в СРСР – Андрій Сахаров.

У США термоядерною проблемою ще 1942 року почав займатися фізик За розпорядженням Гаррі Трумена, на той час президента США, над цією проблемою працювали найкращі вчені країни, вони створювали принципово нову зброю знищення. Причому замовлення уряду було на бомбу потужністю не менше мільйона тонн тротилу. Воднева бомба Теллером була створена і показала людству в Хіросімі та Нагасакі свої безмежні, але нищівні здібності.

На Хіросіму було скинуто бомбу, яка важила 4,5 тонни із вмістом урану 100 кг. Цей вибух відповідав майже 12 500 тонн тротилу. Японське місто Нагасакі стерла плутонієва бомба такої самої маси, але еквівалентна вже 20 000 тонн тротилу.

Майбутній радянський академік А. Сахаров у 1948 році, ґрунтуючись на своїх дослідженнях, представив конструкцію водневої бомби під найменуванням РДС-6. Його дослідження пішли за двома гілками: перша мала назву «шарка» (РДС-6с), а її особливістю був атомний заряд, який оточувався шарами важких та легких елементів. Друга гілка - «труба» або (РДС-6т), у ній плутонієва бомба перебувала у рідкому дейтерії. Згодом було зроблено дуже важливе відкриття, що довело, що напрям «труба» є глухим.

Принцип дії водневої бомби полягає в наступному: спочатку вибухає всередині оболонки HB заряд, який є ініціатором термоядерної реакції, як результат виникає нейтронний спалах. При цьому процес супроводжується вивільненням високої температури, Яка потрібна для подальшого нейтрону починають бомбардування вкладиша з дейтериду літію, а він у свою чергу під безпосереднім впливом нейтронів розщеплюється на два елементи: тритій і гелій. Використовуваний атомний запал утворює необхідних перебігу синтезу складові вже приведеної в дію бомбі. Ось такий складний принцип дії водневої бомби. Після цієї попередньої дії починається безпосередньо термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм. У цей час у бомбі дедалі більше зростає температура, а в синтезі бере участь більша кількість водню. Якщо слідкувати за часом перебігу цих реакцій, то швидкість їх дії можна охарактеризувати як миттєву.

Згодом вчені почали застосовувати не синтез ядер, які розподіл. При поділі однієї тонни урану створюється енергія, еквівалентна 18 Мт. Така бомба має колосальну потужність. Найпотужніша бомба, створена людством, належала СРСР. Вона навіть потрапила до книги рекордів Гіннесса. Її вибухова хвиля дорівнювала до 57 (приблизно) мегатоннам речовини тротил. Вибухнула вона була в 1961 році в районі архіпелагу Нова Земля.

Наша стаття присвячена історії створення та загальним принципамсинтез такого пристрою, як іноді званої водневої. Замість виділення енергії вибуху при розщепленні ядер важких елементів, на зразок урану, вона генерує навіть більшу її кількість шляхом злиття ядер легких елементів (наприклад, ізотопів водню) на один важкий (наприклад, гелій).

Чому краще злиття ядер?

При термоядерній реакції, що полягає в злитті ядер беруть участь у ній хімічних елементів, генерується значно більше енергії на одиницю маси фізичного пристрою, ніж чистої атомної бомби, що реалізує ядерну реакцію поділу.

В атомній бомбі ядерне паливо, що ділиться швидко, під дією енергії підриву звичайних вибухових речовин об'єднується в невеликому сферичному обсязі, де створюється його так звана критична маса, і починається реакція поділу. При цьому багато нейтронів, що звільняються з ядер, що діляться, викликатимуть поділ інших ядер у масі палива, які також виділяють додаткові нейтрони, що призводить до ланцюгової реакції. Вона охоплює не більше 20% палива, перш ніж бомба вибухає, або, можливо, набагато менше, якщо умови не ідеальні: так в атомних бомбах Малюк, скинутій на Хіросіму, і Товстун, що вразив Нагасакі, ККД (якщо такий термін взагалі можна до них застосовувати) були всього 1,38% та 13%, відповідно.

Злиття (або синтез) ядер охоплює всю масу заряду бомби і триває, поки нейтрони можуть знаходити термоядерне пальне, що ще не вступило в реакцію. Тому маса та вибухова потужність такої бомби теоретично необмежені. Таке злиття може тривати теоретично нескінченно. Дійсно, термоядерна бомба є одним із потенційних пристроїв кінця світу, який може знищити все людське життя.

Що таке реакція злиття ядер?

Паливом для реакції термоядерного синтезу є ізотопи водню дейтерій або тритій. Перший відрізняється від звичайного водню тим, що у його ядрі, крім одного протона міститься ще й нейтрон, а в ядрі тритію вже два нейтрони. У природній воді один атом дейтерію посідає 7000 атомів водню, але з його кількості. що міститься у склянці води, можна в результаті термоядерної реакції отримати таку ж кількість теплоти, як і при згорянні 200 л бензину. На зустрічі в 1946 році з політиками батько американської водневої бомби Едвард Теллер підкреслив, що дейтерій дає більше енергії на грам ваги, ніж уран або плутоній, проте коштує двадцять центів за грам порівняно з кількома сотнями доларів за грам палива для ядерного поділу. Тритій у природі у вільному стані взагалі не зустрічається, тому він набагато дорожчий, ніж дейтерій, із ринковою ціною в десятки тисяч доларів за грам, проте найбільша кількістьенергії вивільняється саме в реакції злиття ядер дейтерію та тритію, при якій утворюється ядро ​​атома гелію і вивільняється нейтрон, що забирає надмірну енергію в 17,59 МеВ

D + T → 4 Не + n + 17,59 МеВ.

Схематично ця реакція показана малюнку нижче.

Чи багато це чи мало? Як відомо, все пізнається порівняно. Так от, енергія в 1 МеВ приблизно в 2,3 мільйона разів більша, ніж виділяється при згорянні 1 кг нафти. Отже злиття тільки двох ядер дейтерію і тритію вивільняє стільки енергії, скільки виділяється при згорянні 2,3 10 6 17,59 = 40,5 10 6 кг нафти. Але ж мова йдетільки про два атоми. Можете уявити, наскільки високі були ставки у другій половині 40-х років минулого століття, коли в США та СРСР розгорнулися роботи, результатом яких стала термоядерна бомба.

Як все починалося

Ще влітку 1942 р. на початку реалізації проекту створення атомної бомбиу США (Манхетенський проект) і пізніше в аналогічній радянській програмі, задовго до того, як була побудована бомба, заснована на розподілі ядер урану, увага деяких учасників цих програм була залучена до пристрою, який може використовувати набагато потужнішу термоядерну реакцію злиття ядер. У США прихильником цього підходу, і навіть, можна сказати, його апологетом, був згаданий вище Едвард Теллер. У СРСР цей напрямок розвивав Андрій Сахаров, майбутній академік та дисидент.

Для Теллера його захоплення термоядерним синтезом у роки створення атомної бомби зіграло швидше за ведмежу послугу. Будучи учасником Манхетенського проекту, він наполегливо закликав до перенаправлення коштів на реалізацію власних ідей, метою яких була воднева та термоядерна бомба, що не сподобалося керівництву та викликало напруженість у відносинах. Оскільки на той час термоядерний напрямок досліджень не був підтриманий, то після створення атомної бомби Теллер залишив проект і зайнявся викладацькою діяльністю, і навіть дослідженнями елементарних частинок.

Однак почалася холодна війна, а найбільше створення та успішне випробування радянської атомної бомби в 1949 р., стали для запеклого антикомуніста Теллера новим шансом реалізувати свої наукові ідеї. Він повертається до Лос-Аламоської лабораторії, де створювалася атомна бомба, і спільно зі Станіславом Уламом та Корнеліусом Евереттом приступає до розрахунків.

Принцип термоядерної бомби

Щоб почалася реакція злиття ядер, потрібно миттєво нагріти заряд бомби до температури 50 мільйонів градусів. Схема термоядерної бомби, запропонована Теллером, використовує для цього вибух невеликої атомної боми, яка знаходиться всередині водневого корпусу. Можна стверджувати, що було три покоління у розвитку її проекту у 40-х роках минулого століття:

• варіант Теллера, відомий як "класичний супер";
• більш складні, а й реальніші конструкції з кількох концентричних сфер;
• остаточний варіант конструкції Теллера-Улама, яка є основою всіх систем термоядерної зброї, що нині працюють.

Аналогічні етапи проектування пройшли і термоядерні бомби СРСР, на початку створення яких стояв Андрій Сахаров. Він, мабуть, цілком самостійно і незалежно від американців (чого не можна сказати про радянську атомну бомбу, створену спільними зусиллями вчених і розвідників, які працювали в США) пройшов перераховані вище етапи проектування.

Перші два покоління мали ту властивість, що вони мали послідовність зчеплених "шарів", кожен з яких посилював деякий аспект попереднього, і в деяких випадках встановлювався зворотний зв'язок. Там не було чіткого поділу між первинною атомною бомбою та вторинною термоядерною. На відміну від цього схема термоядерної бомби розробки Теллера-Улама різко розрізняє первинний вибух, вторинний, і при необхідності, додатковий.

Влаштування термоядерної бомби за принципом Теллера-Улама

Багато його деталей, як і раніше, залишаються засекреченими, але є достатня впевненість, що вся наявна нині термоядерна зброя використовує як прототип пристрій, створений Едвардом Теллеросом і Станіславом Уламом, в якому атомна бомба (тобто первинний заряд) використовується для генерації випромінювання, стискає та нагріває термоядерне паливо. Андрій Сахаров у Радянському Союзі, мабуть, незалежно вигадав аналогічну концепцію, яку він назвав "третьою ідеєю".

Схематично пристрій термоядерної бомби в цьому варіанті показано нижче.

Вона мала циліндричну форму з приблизно сферичною первинною атомною бомбою на одному кінці. Вторинний термоядерний заряд у перших, ще непромислових зразках, був із рідкого дейтерію, дещо пізніше він став твердим з хімічної сполукипід назвою дейтерид літію.

Справа в тому, що в промисловості давно використовується гідрид літію LiH для безбалонного транспортування водню. Розробники бомби (ця ідея спочатку була використана в СРСР) просто запропонували брати замість звичайного водню його ізотоп дейтерій та з'єднувати з літієм, оскільки з твердим термоядерним зарядом виконати бомбу набагато простіше.

За формою вторинний заряд був циліндр, поміщений у контейнер зі свинцевою (або уранової) оболонкою. Між зарядами знаходиться щит нейтронного захисту. Простір між стінками контейнера з термоядерним паливом і корпусом бомби заповнений спеціальним пластиком, як правило, пінополістиролом. Сам корпус бомби виконаний із сталі або алюмінію.

Ці форми змінилися в останніх конструкціях, таких як показана на малюнку нижче.

У ній первинний заряд сплюснуть, як кавун чи м'яч у американському футболі, а вторинний заряд – сферичний. Такі форми набагато ефективніше вписуються у внутрішній обсяг конічних ракетних боєголовок.

Послідовність термоядерного вибуху

Коли первинна атомна бомба детонує, то в перші миті цього процесу генерується потужне рентгенівське випромінювання (потік нейтронів), яке частково блокується щитом нейтронного захисту, і відбивається від внутрішнього облицювання корпусу, що оточує вторинний заряд, так що рентгенівські промені симетрично падають на нього довжина.

На початкових етапах термоядерної реакції нейтрони від атомного вибуху поглинаються пластиковим заповнювачем, щоб не допустити швидкого розігріву палива.

Рентгенівські промені викликають появу спочатку щільної пластикової піни, що заповнює простір між корпусом і вторинним зарядом, яка швидко переходить у стан плазми, що нагріває та стискає вторинний заряд.

Крім того, рентгенівські промені випаровують поверхню контейнера, що оточує вторинний заряд. Симетрично випаровується щодо цього заряду речовина контейнера набуває деякий імпульс, спрямований від його осі, а шари вторинного заряду згідно із законом збереження кількості руху одержують імпульс, спрямований до осі пристрою. Принцип тут той самий, що і в ракеті, тільки якщо уявити, що ракетне паливо розлітається симетрично від осі, а корпус стискається всередину.

В результаті такого стиснення термоядерного палива його обсяг зменшується в тисячі разів, а температура досягає рівня початку реакції злиття ядер. Відбувається вибух термоядерної бомби. Реакція супроводжується утворенням ядер тритію, які зливаються з ядрами дейтерію, що спочатку є у складі вторинного заряду.

Перші вторинні заряди були побудовані навколо стрижневого сердечника з плутонію, неофіційно званого "свічкою", який вступав у реакцію ядерного поділу, тобто здійснювався ще один, додатковий атомний вибух з метою ще більшого підвищення температури для гарантованого початку реакції злиття ядер. В даний час вважається, що більше ефективні системистиснення усунули «свічку», дозволяючи подальшу мініатюризацію конструкції бомби.

Операція Плющ

Так назвалися випробування американської термоядерної зброї на Маршаллових островах 1952 р., під час яких було підірвано першу термоядерну бомбу. Вона називалася Плющ Майк і була побудована за типовою схемою Теллера-Уламу. Її вторинний термоядерний заряд був поміщений у циліндричний контейнер, що представляє собою термічно ізольовану посудину Дьюара з термоядерним паливом у вигляді рідкого дейтерію, вздовж осі якого проходила свічка з 239-плутонію. Дьюар, у свою чергу, був покритий шаром 238-урану вагою понад 5 метричних тонн, який у процесі вибуху випаровувався, забезпечуючи симетричний стиск термоядерного палива. Контейнер з первинним та вторинним зарядами був поміщений у сталевий корпус 80 дюймів шириною та 244 дюйми довжиною зі стінками в 10-12 дюймів товщиною, що було найбільшим прикладом кованого виробу до того часу. Внутрішня поверхня корпусу була вистелена листами свинцю та поліетилену для відображення випромінювання після вибуху первинного заряду та створення плазми, що розігріває вторинний заряд. Весь пристрій важив 82 тонни. Вигляд пристрою незадовго до вибуху показано на фото нижче.

Перше випробування термоядерної бомби відбулося 31 жовтня 1952 р. Потужність вибуху становила 10,4 мегатонни. Аттол Еніветок, на якому його було зроблено, було повністю зруйновано. Момент вибуху показано на фото нижче.

СРСР дає симетричну відповідь

Термоядерна першість США протрималася недовго. 12.08.1953 р. на Семипалатинському полігоні була випробувана перша радянська термоядерна бомба РДС-6, розроблена під керівництвом Андрія Сахарова і Юлія Харитона. а скоріше лабораторний пристрій, громіздке та вельми недосконале. Радянські вчені, незважаючи на невелику потужність всього 400 кг, випробували цілком закінчений боєприпас з термоядерним паливом у вигляді твердого дейтериду літію, а не рідкого дейтерію, як у американців. До речі, слід зазначити, що у складі дейтериду літію використовується лише ізотоп 6 Li (це з особливостями проходження термоядерних реакцій), а природі він у суміші з ізотопом 7 Li. Тому були побудовані спеціальні виробництва для поділу ізотопів літію та відбору лише 6 Li.

Досягнення граничної потужності

Потім було десятиліття безперервної гонки озброєнь, протягом якого потужність термоядерних боєприпасів безперервно зростала. Нарешті, 30.10.1961 р. в СРСР над полігоном Нова Земля в повітрі на висоті близько 4 км було підірвано найпотужнішу термоядерну бомбу, яку колись було побудовано і випробувано, відому на Заході як «Цар-бомба».

Цей триступеневий боєприпас розроблявся насправді як 101,5-мегатонна бомба, але прагнення знизити радіоактивне зараження території змусило розробників відмовитися від третього ступеня потужністю 50 мегатонн і знизити розрахункову потужність пристрою до 51,5 мегатонн. При цьому 1,5 мегатонни становила потужність вибуху первинного атомного заряду, а друга термоядерна ступінь повинна була дати ще 50. Реальна потужність вибуху склала до 58 мегатонн. Зовнішній вигляд бомби показаний на фото нижче.

Наслідки його були вражаючими. Незважаючи на дуже суттєву висоту вибуху в 4000 м, неймовірно яскрава вогненна куля нижнім краєм майже досягла Землі, а верхньою піднялася до висоти понад 4,5 км. Тиск нижче точки розриву був у шість разів вищий за піковий тиск під час вибуху в Хіросімі. Спалах світла був настільки яскравим, що його було видно на відстані 1000 кілометрів, незважаючи на похмуру погоду. Один із учасників тесту побачив яскравий спалах через темні окуляри та відчув наслідки теплового імпульсу навіть на відстані 270 км. Фото моменту вибуху показано нижче.

При цьому було показано, що потужність термоядерного заряду справді не має обмежень. Адже достатньо було виконати третій ступінь, і розрахункову потужність було б досягнуто. Адже можна нарощувати число щаблів і далі, оскільки вага «Цар-бомби» склала не більше 27 тонн. Вигляд цього пристрою показано нижче.

Після цих випробувань багатьом політикам і військовим як у СРСР, так і в США стало зрозуміло, що настала межа гонки ядерних озброєнь і її слід зупинити.

Сучасна Росія успадкувала ядерний арсенал СРСР. Сьогодні термоядерні бомби Росії продовжують служити стримуючим фактором для тих, хто прагне світової гегемонії. Сподіватимемося, що вони зіграють свою роль лише у вигляді залякування і ніколи не будуть підірвані.

Сонце як термоядерний реактор

Загальновідомо, що температура Сонця, точніше його ядра, що досягає 15000000 К, підтримується за рахунок безперервного протікання термоядерних реакцій. Проте все, що ми могли почерпнути з попереднього тексту, свідчить про вибух такого процесу. Тоді чому Сонце не вибухає, як термоядерна бомба?

Справа в тому, що при величезній частці водню у складі сонячної маси, яка досягає 71%, частка його ізотопу дейтерію, ядра якого тільки і можуть брати участь у реакції термоядерного синтезу, мізерно мала. Справа в тому, що ядра дейтерію самі утворюються в результаті злиття двох ядер водню, та не просто злиття, а з розпадом одного з протонів на нейтрон, позитрон і нейтрино (т. зв. бета-розпад), що є рідкісною подією. При цьому ядра дейтерію, що утворюються, розподілені за обсягом сонячного ядра досить рівномірно. Тому при її величезних розмірах і масі окремі та рідкісні вогнища термоядерних реакцій щодо невеликої потужності розмазані по всьому його ядру Сонця. Тепла, що виділяється при цих реакціях, явно недостатньо, щоб миттєво випалити весь дейтерій в Сонці, але вистачає для його нагріву до температури, що забезпечує життя на Землі.

Ядерна зброя - зброя масового ураження вибухової дії, заснована на використанні енергії поділу важких ядер деяких ізотопів урану і плутонію, або при термоядерних реакціях синтезу легких ядер ізотопів водню дейтерію і тритію, більш важкі, наприклад, ядра ізотопів гелію.

Ядерними зарядами можуть бути забезпечені бойові частини ракет та торпед, авіаційні та глибинні бомби, артилерійські снаряди та міни. По потужності розрізняють ядерні боєприпаси надмалі (менше 1 кт), малі (1-10 кт), середні (10-100 кт), великі (100-1000 кт) і надвеликі (понад 1000 кт). Залежно від розв'язуваних завдань можливе застосування ядерної зброї у вигляді підземної, наземної, повітряної, підводної та надводної вибухів. Особливості вражаючої дії ядерної зброї населення визначаються як потужністю боєприпасу і видом вибуху, а й типом ядерного устрою. Залежно від заряду розрізняють: атомну зброю, в основі якої лежить реакція поділу; термоядерна зброя – при використанні реакції синтезу; комбіновані заряди; нейтронна зброя.

Єдиною зустрічається в природі в помітних кількостях речовиною, що ділиться, є ізотоп урану з масою ядра 235 атомних одиниць маси (уран-235). Зміст цього ізотопу у природному урані становить лише 0.7%. Частина, що залишилася, припадає на уран-238. Оскільки хімічні властивості ізотопів абсолютно однакові, виділення урану-235 з природного урану необхідне здійснення досить складного процесу поділу ізотопів. В результаті може бути отриманий високозбагачений уран, що містить близько 94% урану-235, який придатний для використання в ядерній зброї.

Речовини, що діляться, можуть бути отримані штучно, причому найменш складним з практичної точки зору є отримання плутонію-239, що утворюється в результаті захоплення нейтрона ядром урану-238 (і наступного ланцюжка радіоактивних розпадів проміжних ядер). Подібний процес можна здійснити в ядерному реакторі, що працює на природному або слабозбагаченому урані. Надалі плутоній може бути виділений з відпрацьованого палива реактора в процесі хімічної переробки палива, що помітно простіше здійснюється при отриманні збройового урану процесу поділу ізотопів.

Для створення ядерних вибухових пристроїв можуть бути використані й інші речовини, що діляться, наприклад уран-233, одержуваний при опроміненні в ядерному реакторі торію-232. Однак практичне застосування знайшли тільки уран-235 та плутоній-239, насамперед через відносну простоту отримання цих матеріалів.

Можливість практичного використання енергії, що виділяється при розподілі ядер, обумовлена ​​тим, що реакція поділу може мати ланцюговий, самопідтримуваний характер. У кожному акті поділу утворюється приблизно два вторинних нейтрони, які, будучи захоплені ядрами речовини, що ділиться, можуть викликати їх поділ, що в свою чергу призводить до утворення ще більшої кількості нейтронів. При створенні спеціальних умов кількість нейтронів, а відтак і актів поділу, зростає від покоління до покоління.

Вибух першого ядерного вибухового пристрою був зроблений США 16 липня 1945 р. в Аламогордо, штат Нью-Мексико. Пристрій був плутонієвою бомбою, в якій для створення критичності був використаний спрямований вибух. Потужність вибуху становила близько 20 кт. У СРСР вибух першого ядерного вибухового пристрою, аналогічного американському, був зроблений 29 серпня 1949 року.

Історія створення ядерної зброї.

На початку 1939 року французький фізик Фредерік Жоліо-Кюрі зробив висновок, що можлива ланцюгова реакція, яка призведе до вибуху жахливої ​​руйнівної сили і що уран може стати джерелом енергії як звичайна вибухова речовина. Цей висновок став поштовхом для розробок створення ядерної зброї. Європа була напередодні Другої світової війни, і потенційне володіння такою потужною зброєю давало будь-якому його володарю величезні переваги. Над створенням атомної зброї працювали фізики Німеччини, Англії, США, Японії.

До літа 1945 року американцям вдалося зібрати дві атомні бомби, що отримали назви "Малюк" та "Товстун". Перша бомба важила 2722 кг і споряджена збагаченим Ураном-235.

Бомба "Товстун" із зарядом з Плутонію-239 потужністю понад 20 кт мала масу 3175 кг.

Президент США Г. Трумен став першим політичним керівником, який ухвалив рішення на застосування ядерних бомб. Першими цілями для ядерних ударівбуло обрано японські міста (Хіросіма, Нагасакі, Кокура, Ніігата). З військової точки зору, необхідності таких бомбардувань густонаселених японських міст не було.

Вранці 6 серпня 1945 р. над Хіросимою було ясне безхмарне небо. Як і раніше, наближення зі сходу двох американських літаків (один з них називався Енола Гей) на висоті 10-13 км не викликало тривоги (бо кожен день вони показувалися в небі Хіросіми). Один із літаків спікував і щось скинув, а потім обидва літаки повернули та полетіли. Покинутий предмет на парашуті повільно спускався і раптом на висоті 600 м над землею вибухнув. Це була бомба "Малюк". 9 серпня ще одну бомбу було скинуто над містом Нагасакі.

Загальні людські втрати та масштаби руйнувань від цих бомбардувань характеризуються такими цифрами: миттєво загинуло від теплового випромінювання (температура близько 5000 градусів С) та ударної хвилі – 300 тисяч осіб, ще 200 тисяч отримали поранення, опіки, променеву хворобу. На площі 12 кв. км було повністю зруйновано всі будівлі. Тільки в одній Хіросімі з 90 тисяч будівель було знищено 62 тисячі.

Після американських атомних бомбардувань за розпорядженням Сталіна 20 серпня 1945 року було створено спеціальний комітет з атомної енергії під керівництвом Л. Берія. У комітет увійшли видатні вчені А.Ф. Іоффе, П.Л. Капіца та І.В. Курчатов. Велику послугу радянським атомникам надав комуніст із переконань, учений Клаус Фукс - видатний працівник американського ядерного центру в Лос-Аламосі. Він протягом 1945 -1947 років чотири рази передавав відомості з практичних та теоретичних питань створення атомної та водневих бомб, чим прискорив їх появу в СРСР.

У 1946 - 1948 роках у СРСР було створено атомну промисловість. У районі м. Семипалатинська було збудовано випробувальний полігон. У серпні 1949 року там було підірвано перший радянський ядерний устрій. Перед цим президенту США Г. Трумену доповіли, що Радянський Союз опанував секрет ядерної зброї, але ядерну бомбу. радянський Союзстворить не раніше 1953 року. Це повідомлення викликало у правлячих кіл США бажання якнайшвидше розв'язати превентивну війну. Було розроблено план "Тройан", в якому передбачалося розпочати бойові дії на початку 1950 року. На той час США мало 840 стратегічних бомбардувальників і понад 300 атомних бомб.

Вражаючими факторами ядерного вибуху є: ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація, радіоактивне зараження та електромагнітний імпульс.

Ударна хвиля. Основний фактор ядерного вибуху. На неї витрачається близько 60% енергії ядерного вибуху. Вона являє собою область різкого стиснення повітря, що поширюється на всі боки від місця вибуху. Вражаюча дія ударної хвилі характеризується величиною надлишкового тиску. Надлишковий тиск - це різниця між максимальним тиском у фронті ударної хвилі та нормальним атмосферним тиском перед ним. Воно вимірюється в кіло паскалях – 1 кПа =0,01 кгс/см2.

При надмірному тиску 20-40 кПа незахищені люди можуть отримати легкі ураження. Вплив ударної хвилі з надлишковим тиском 40-60 кПа призводить до уражень середньої тяжкості. Тяжкі травми виникають при надмірному тиску понад 60 кПа і характеризуються сильними контузіями всього організму, переломами кінцівок, розривами внутрішніх паренхіматозних органів. Вкрай тяжкі поразки, нерідко зі смертельними наслідками, спостерігаються при надмірному тиску понад 100 кПа.

Світлове випромінювання - це потік променистої енергії, що включає видимі ультрафіолетові та інфрачервоні промені.

Його джерело - область, що світиться, утворена розпеченими продуктами вибуху. Світлове випромінювання поширюється практично миттєво та триває залежно від потужності ядерного вибуху до 20 с. Сила його така, що, незважаючи на короткочасність, вона здатна викликати пожежі, глибокі опіки шкіри та ураження органів зору у людей.

Світлове випромінювання не проникає через непрозорі матеріали, тому будь-яка перешкода, здатна створити тінь, захищає від прямої дії світлового випромінювання та виключає опіки.

Значно послаблюється світлове випромінювання в запиленому (задимленому) повітрі, туман, дощ.

Проникаюча радіація.

Це потік гамма-випромінювання та нейтронів. Вплив триває 10-15 с. Первинна дія радіації реалізується у фізичних, фізико-хімічних та хімічних процесах з утворенням хімічно активних вільних радикалів (Н, ВІН, НО2), що володіють високими окисними та відновними властивостями. У подальшому утворюються різні перекисні сполуки, що пригнічують активність одних ферментів і підвищують - інших, що відіграють важливу роль у процесах аутолізу (саморозчинення) тканин організму. Поява в крові продуктів розпаду радіочутливих тканин та патологічного обміну речовин при дії високих доз іонізуючого випромінювання є основою формування токсемії – отруєння організму, пов'язаного з циркуляцією у крові токсинів. Основне значення у розвитку радіаційних уражень мають порушення фізіологічної регенерації клітин та тканин, а також зміни функцій регуляторних систем.

Радіоактивне зараження місцевості

Основними її джерелами є продукти розподілу ядерного заряду та радіоактивні ізотопи, що утворюються в результаті придбання радіоактивних властивостей елементами з яких виготовлений ядерний боєприпас та входять до складу ґрунту. З них утворюється радіоактивна хмара. Воно піднімається на багатокілометрову висоту і з повітряними масами переноситься на значні відстані. Радіоактивні частинки, випадаючи з хмари на землю, утворюють зону радіоактивного зараження (слід), довжина якої може досягати кількох сотень кілометрів. Найбільшу небезпеку радіоактивні речовини становлять у перші години після випадання, оскільки їх активність у період найвища.

Електромагнітний імпульс .

Це короткочасне електромагнітне поле, що виникає під час вибуху ядерного боєприпасу внаслідок взаємодії гамма-випромінювання та нейтронів, що випускаються при ядерному вибуху, з атомами навколишнього середовища. Наслідком його впливу є перегорання чи пробої окремих елементів радіоелектронної та електротехнічної апаратури. Поразка людей можлива тільки в тих випадках, коли вони в момент вибуху стикаються з провідними лініями.

Різновидом ядерної зброї є нейтронна та термоядерна зброя.

Нейтронна зброя є малогабаритним термоядерним боєприпасом потужністю до 10 кт, призначений в основному для ураження живої сили противника за рахунок дії нейтронного випромінювання. Нейтронна зброя відноситься до тактичної ядерної зброї.

Історії розвитку людства завжди супроводжували війни як спосіб вирішення конфліктів насильством. Цивілізація перенесла понад п'ятнадцять тисяч малих і великих збройних конфліктів, втрати людських життівобчислюються мільйонами. Лише у дев'яностих роках минулого століття трапилося понад сто військових зіткнень за участю дев'яноста країн світу.

Одночасно наукові відкриття, технічний прогрес дозволили створювати зброю знищення все більшої потужності та витонченості застосування. У двадцятому століттіпіком масового руйнівного впливу та інструментом політики стала ядерна зброя.

Влаштування атомної бомби

Сучасні ядерні бомби як засоби поразки противника створюються на основі передових технічних рішень, суть яких широкому розголосу не надається. Але основні елементи властиві цьому виду зброї, можна розглянути на прикладі влаштування ядерної бомби з кодовою назвою «Товстун», скинутої в 1945 на одне з міст Японії.

Потужність вибуху дорівнювала 22.0 кт у тротиловому еквіваленті.

Вона мала такі конструктивні особливості:

• Довжина виробу становила 3250.0 мм, при діаметрі об'ємної частини - 1520.0 мм. Загальна вага понад 4.5 тонни;
• корпус представлений еліптичною формою. Щоб уникнути передчасного руйнування з-за потрапляння зенітних боєприпасів та небажаних впливів іншого роду, для його виготовлення використовувалася 9.5 мм броньована сталь;
• корпус поділено на чотири внутрішні частини: ніс, дві половини еліпсоїда (основний - відсік для ядерної начинки), хвіст.
• носовий відсік укомплектований акумуляторними батареями;
• основний відсік, як носовий, для запобігання влученню шкідливих середовищ, вологи, створення комфортних умов для роботи бородатчика вакуумуються;
• в еліпсоїді розміщувалося плутонію ядро, охоплене урановим тампером (оболонкою). Він грав роль інерційного обмежувача перебігом ядерної реакції, забезпечуючи максимальну активність збройового плутоніюшляхом відображення нейтронів до сторони активної зони заряду.

Усередині ядра розміщували первинне джерело нейтронів, що зветься ініціатор або «їжачок». Представлений бериллієм кулястої форми діаметром 20.0 мміз зовнішнім покриттям на основі полонію - 210.

Слід зазначити, що експертною спільнотою така конструкція ядерного боєприпасу визначена малоефективною, ненадійною при використанні. Нейтронне ініціювання некерованого типу надалі не використовувалося .

Принцип дії

Процес розподілу ядер урану 235 (233) і плутонію 239 (це те, з чого складається ядерна бомба) з величезним виділенням енергії при обмеженні обсягу називають ядерним вибухом. Атомна структура радіоактивних металів має нестійку форму вони постійно діляться на інші елементи.

Процес супроводжується відривом нейронів, частина з яких потрапляє на сусідні атоми ініціюють подальшу реакцію, що супроводжується виділенням енергії.

Принцип полягає наступним: скорочення час розпаду призводить до більшої інтенсивності процесу, а зосередження нейронів на бомбардування ядер призводить до ланцюгової реакції. При суміщенні двох елементів до критичної масиствориться надкритична, що веде до вибуху.

У побутових умовахспровокувати активну реакцію неможливо – потрібні високі швидкості зближення елементів – не менше 2.5 км/с. Досягнення цієї швидкості в бомбі можливе при застосуванні типів вибухівки (швидкої і повільної), що комбінують один одного, балансують щільність надкритичної маси, що виробляє атомний вибух.

Ядерні вибухи відносять до результатів діяльності людини планети чи її орбіті. Природні процесиТакі можливі лише на деяких зірках космічного простору.

Атомні бомби по праву вважають найпотужнішою та руйнівною зброєю масової поразки. Тактичне застосування вирішує завдання знищення стратегічних, військових об'єктів наземного, і навіть глибинного базування, поразки значного накопичення техніки, живої сили противника.

Глобально застосувати можна лише переслідуючи мету повного винищення населення та інфраструктури на значних територіях.

Для досягнення певних цілей виконання завдань тактичного та стратегічного характеру підриви атомних боєприпасів можуть проводити:

• на критичних та малих висотах (вище та нижче 30.0 км);
• у безпосередньому дотику із земною корою (водою);
• підземно (чи підводний вибух).

Ядерний вибух характеризується миттєвим виділенням величезної енергії.

Що призводить до поразки об'єктів та людини наступним чином:

• Ударна хвиля.При вибуху вище або на земної кори(Воді) називають повітряною хвилею, під землею (водою) - сейсмовзривною хвилею. Повітряна хвиля утворюється після критичного стиснення повітряних мас і поширюється коло до згасання зі швидкістю, що перевищує звук. Наводить як прямому поразці живої сили, і непрямому (взаємодіям з уламками зруйнованих об'єктів). Дія надлишкового тиску робить техніку нефункціональною шляхом переміщення та ударів об поверхню землі;
• Світлове випромінювання.Джерело - світлова частина, утворена випаровуванням виробу з масами повітря, при наземному застосуванні - парів ґрунту. Вплив відбувається в ультрафіолетовому та інфрачервоному спектрах. Його поглинання предметами та людьми провокує обвуглювання, плавлення та горіння. Ступінь ураження залежить від видалення епіцентру;
• Проникаюча радіація— це проміння, що рухається від місця розриву нейтрони і гама — промені. Вплив на біологічні тканини призводить до іонізації молекул клітин, що призводять до променевої хвороби організму. Поразка майна пов'язане з реакціями розподілу молекул у вражаючих елементах боєприпасів.
• Радіоактивне зараження.При наземному вибуху відбувається підйом парів ґрунту, пилу та іншого. Виникає хмара, що переміщається у напрямку руху повітряних мас. Джерела ураження представлені продуктами розподілу активної частини ядерного боєприпасу, ізотопами, не зруйнованими частинами заряду. Під час руху радіоактивної хмари відбувається суцільне радіаційне зараження місцевості;
• Електромагнітний імпульс.Вибух супроводжує виникнення електромагнітних полів (від 1.0 до 1000 м) у вигляді імпульсу. Вони призводять до виходу з експлуатації електричних приладів, засобів управління та зв'язку.

Сукупність чинників ядерного вибуху завдає по-різному — рівнева поразка живою силою, технікою та інфраструктурою противника, а фатальність наслідків пов'язана лише з віддаленням від його епіцентру.

Історія створення ядерної зброї

Створення зброї з використанням ядерної реакції супроводжувалося низкою наукових відкриттів, теоретичних та практичних досліджень, серед них:

• 1905 рік— створено теорію відносності, яка стверджує, що невелика кількість речовини співвідноситься до значного виділення енергії за формулою E = mc2, де «с» представляє світлову швидкість (автор А. Ейнштейн);
• 1938 рік— німецькими вченими проведено експеримент із поділу атома на частини шляхом атаки урану нейтронами, що закінчився успішно (О.Ханн та Ф. Страссманна), а фізик із Великобританії дав пояснення факту виділення енергії (Р.Фріш);
• 1939 рік— ученим із Франції, що з проведенні ланцюга реакцій молекул урану виділиться енергія здатна зробити вибух величезної сили (Жолио — Кюрі).

Останнє стало відправною точкою для винаходу атомної зброї. Паралельною розробкою займалися Німеччина, Великобританія, США, Японія. Основна проблема полягала у видобутку урану потрібними обсягами для проведення експериментів у цій галузі.

Найшвидше завдання вирішили в США, закупивши сировину у Бельгії у 1940 році.

У рамках проекту, який отримав назву Манхеттен, з тридцять дев'ятого по сорок п'ятий рік збудовано завод з уранової очистки, створено центр дослідження ядерних процесів, залучено до роботи в ньому. найкращі фахівці- Фізики з усієї частини Західної Європи.

Великобританія, яка вела власні розробки, змушена була після німецького бомбардування в добровільному порядку передати напрацювання за своїм проектом військовим США.

Вважається, що американці перші, хто винайшов атомну бомбу. Випробування першого ядерного заряду проводились у штаті Нью-Мехіко у липні сорок п'ятого року. Спалах від вибуху затьмарив небо, а піщаний ландшафт перетворився на скло. Через невеликий проміжок часу створені ядерні заряди, які називають «Малюк» і «Товстун».

Ядерна зброя в СРСР - дати та події

Становленню СРСР, як ядерної держави, передувала тривала робота окремих учених та державних інститутів. Ключові періоди та значущі дати подій представлені таким:

• 1920 ріквважають початком робіт радянських учених із поділу атома;
• З тридцятих роківнапрямок ядерної фізикиставати пріоритетним;
• Жовтень 1940 року- Ініціативна група вчених-фізиків виступила з пропозицією про використання атомних розробок у військових цілях;
• Влітку 1941 рокуу зв'язку з війною інститути атомної енергетики переведено до тилу;
• Восени 1941роки радянська розвідка проінформувала керівництво країни про початок ядерних програм у Британії та Америці;
• Вересень 1942 року— дослідження атома почали робити повним обсягом, роботи з урану продовжилися;
• Лютий 1943 року— створено спеціальну дослідницьку лабораторію під керівництвом І. Курчатова, а загальне керівництво покладено на В. Молотова;

Керував проектом В. Молотова.

• Серпень 1945 року- у зв'язку з проведенням ядерного бомбометання в Японії, високою важливістю розробок для СРСР, створено Спеціальний Комітет під керівництвом Л. Берії;
• Квітень 1946 року— створено КБ-11, що стало розробляти зразки радянської ядерної зброї у двох варіантах (з використанням плутонію та урану);
• Середина 1948 року- роботи з урану припинені з-за малої ефективності при великих витратах;
• Серпень 1949 рокуколи в СРСР винайшли атомну бомбу, проведено випробування першої радянської ядерної бомби.

Скорочення термінів розробки виробу сприяла якісна робота розвідувальних органів, які зуміли отримати інформацію щодо американських ядерних розробок. Серед тих, хто першим створив атомну бомбу в СРСР, був колектив вчених під керівництвом академіка А. Сахарова. Вони розробили перспективніші технічні рішення, ніж використовувані американцями.

Атомна бомба "РДС-1"

У 2015 — 2017 роках Росія зробила прорив удосконалення ядерних боєприпасів і засобів їх доставки, тим самим заявивши про державу здатну відбити будь-яку агресію.

Перші випробування атомної бомби

Після випробування експериментальної ядерної бомби в штаті Нью-Мексико влітку сорок п'ятого року, пішли бомбардування японських міст Хіросіми та Нагасакі, шостого та дев'ятого серпня відповідно.

цього року закінчено розробку атомної бомби

У 1949 році, за умов підвищеної секретності, радянськими конструкторами КБ — 11 і вченим було закінчено розробку атомної бомби, яка мала назву РДС-1 (реактивний двигун «С»). 29 серпня на полігоні Семипалатинська пройшло випробування першого радянського ядерного устрою. Атомна бомба Росії — РДС-1 являла собою виріб «каплевидної» форми, вагою 4.6 тонн, діаметром об'ємної частини 1.5 м, довжиною 3.7 метра.

Активна частина включала плутонієвий блок, що дозволив досягти потужності вибуху 20.0 кілотон пропорційно тротилу. Майданчик для випробувань займав радіус двадцятьма кілометрами. Особливості умов випробувального підриву не оприлюднено досі.

Третього вересня того ж року американською авіаційною розвідкою встановлено наявність у повітряних масах Камчатки слідів ізотопів, що свідчать про випробування ядерного заряду. Двадцять третього числа перша особа США публічно оголосила, що СРСР вдалося випробовувати атомну бомбу.