Руйнування від водневої бомби схема. Автори водневої бомби

У світі є чимало різних політичних клубів. Велика, тепер уже, сімка, Велика двадцятка, БРІКС, ШОС, НАТО, Євросоюз певною мірою. Однак жоден із цих клубів не може похвалитися унікальною функцією – здатністю знищити світ таким, яким ми його знаємо. Подібними можливостями має «ядерний клуб».

На сьогоднішній день існує 9 країн, які мають ядерну зброю:

• Росія;
• Великобританія;
• Франція;
• Індія
• Пакистан;
• Ізраїль;
• КНДР.

Країни збудовані в міру появи у них арсеналу ядерної зброї. Якби список було збудовано за кількістю боєголовок, то Росія опинилася б на першому місці з її 8000 одиницями, 1600 з яких можна запускати хоч зараз. Штати відстають лише на 700 одиниць, але «під рукою» у них на 320 зарядів більше. «Ядерний клуб» — поняття суто умовне, жодного клубу насправді немає. Між країнами є низка угод щодо нерозповсюдження та скорочення запасів ядерної зброї.

Перші випробування атомної бомби, як відомо, виробила США ще в 1945 році. японських містХіросіма та Нагасакі. Вони діють за принципом поділу. Під час вибуху запускається ланцюгова реакція, яка провокує поділ ядер на два, із супутнім вивільненням енергії. Для цієї реакції в основному використовують уран та плутоній. З цими елементами пов'язані наші уявлення про те, з чого робляться ядерні бомби. Так як у природі уран зустрічається лише у вигляді суміші трьох ізотопів, з яких лише один здатний підтримувати подібну реакцію, необхідно збагачувати уран. Альтернативою є плутоній-239, який не зустрічається у природі, і його потрібно виготовляти з урану.

Якщо в урановій бомбі йде реакція поділу, то у водневій реакція злиття - у цьому суть того, чим відрізняється воднева бомбавід атомної. Всі ми знаємо, що сонце дає нам світло, тепло і можна сказати життя. Ті самі процеси, що відбуваються на сонці, можуть легко знищувати міста і країни. Вибух водневої бомби народжений реакцією синтезу легких ядер, так званого термоядерного синтезу. Це «диво» можливе завдяки ізотопам водню – дейтерію та тритію. Саме тому бомба і називається водневою. Також можна побачити назву «термоядерна бомба» за реакцією, яка лежить в основі цієї зброї.

Після того, як світ побачив руйнівну силу ядерної зброї, у серпні 1945 року СРСР розпочав гонку, яка тривала до моменту її розпаду. США першими створили, випробували і застосували ядерну зброю, першими зробили підрив водневої бомби, але з приводу СРСР можна записати перше виготовлення компактної водневої бомби, яку можна доставити противнику звичайному Ту-16. Перша бомба США була розміром з триповерховий будинок, від водневої бомби такого розміру мало толку. Поради отримали таку зброю вже в 1952, тоді як першу «адекватну» бомбу Штатів було використано лише в 1954. Якщо озирнутися назад і проаналізувати вибухи в Нагасакі та Хіросімі, то можна дійти висновку, що вони не були такими вже потужними . Дві бомби в сумі зруйнували обидва міста та вбили за різними даними до 220 000 людей. Килимові бомбардування Токіо в день могли забирати життя 150-200 000 чоловік і без будь-якої ядерної зброї. Це пов'язано з малою потужністю перших бомб — лише кілька десятків кілотон у тротиловому еквіваленті. Водневі бомби випробовували з прицілом на подолання 1 мегатонни і більше.

Перша Радянська бомба була випробувана із заявкою на 3 Мт, але в результаті випробовували 1.6 Мт.

Найпотужніша воднева бомба була випробувана Радами у 1961 році. Її потужність досягла 58-75 Мт, при заявлених 51 Мт. «Цар» кинув світ у легкий шок, у прямому значенні. Ударна хвиля обійшла планету тричі. На полігоні ( Нова Земля) не залишилося жодної височини, вибух було чути з відривом 800км. Вогненна куля досягла діаметра майже 5км, «гриб» виріс на 67км, а діаметр його шапки становив майже 100км. Наслідки такого вибуху в великому містіважко уявити. На думку багатьох експертів, саме випробування водневої бомби такої потужності (Штати мали на той момент бомби вчетверо менше за силою) стало першим кроком до підписання різних договорів щодо заборони ядерної зброї, її випробування та скорочення виробництва. Світ уперше задумався про власну безпеку, яка справді стояла під загрозою.

Як було сказано раніше, принцип дії водневої бомби ґрунтується на реакції синтезу. Термоядерний синтез - це процес злиття двох ядер в одне, з утворенням третього елемента, виділенням четвертого та енергії. Сили, що відштовхують ядра, є колосальними, тому для того, щоб атоми зблизилися досить близько для злиття, температура повинна бути просто величезною. Вчені вже котрий століття ламають голову над холодним термоядерним синтезом, намагаються скинути температуру синтезу до кімнатної, в ідеалі. І тут людству відкриється доступом до енергії майбутнього. Що ж до термоядерної реакції нині, то для її запуску, як і раніше, потрібно запалювати мініатюрне сонце тут на Землі — зазвичай у бомбах використовують урановий або плутонієвий заряд для старту синтезу.

Крім наведених вище наслідків від використання бомби в десятки мегатонн, воднева бомба, як і будь-яка ядерна зброя, має ряд наслідків від застосування. Деякі люди схильні вважати, що воднева бомба — «чистіша зброя», ніж звичайна бомба. Можливо, це пов'язано із назвою. Люди чують слово «водо» і думають, що це якось пов'язане з водою та воднем, а отже наслідки не такі плачевні. Насправді це звичайно не так, адже дія водневої бомби ґрунтується на вкрай радіоактивних речовинах. Теоретично можливо зробити бомбу без уранового заряду, але це недоцільно через складність процесу, тому чисту реакцію синтезу «розбавляють» ураном, збільшення потужності. У цьому кількість радіоактивних опадів зростає до 1000%. Все, що потрапляє в вогненну кулю, буде знищено, зона в радіусі поразки стане безлюдною для людей на десятиліття. Радіоактивні опади можуть завдати шкоди здоров'ю людей у ​​сотнях та тисячах кілометрів. Конкретні цифри, площу зараження можна розрахувати, знаючи силу заряду.

Проте руйнація міст — не найстрашніше, що може статися «завдяки» зброї масового знищення. Після ядерної війнисвіт не буде повністю знищено. На планеті залишаться тисячі великих міст, мільярди людей та лише невеликий відсоток територій втратить свій статус «придатна для життя». У довгостроковій перспективі весь світ опиниться під загрозою через так звану «ядерну зиму». Підрив ядерного арсеналу «клубу» може спровокувати викид в атмосферу достатньої кількості речовини (пилу, сажі, диму), щоб «зменшити» яскравість сонця. Пелена, яка може рознестись по всій планеті, знищить урожаї на кілька років уперед, провокуючи голод та неминуче скорочення населення. В історії вже був «рік без літа», після великого виверження вулкана в 1816 році, тому ядерна зима виглядає більш ніж реально. Знову ж таки залежно від того, як протікатиме війна, ми можемо отримати такі види глобальної зміни клімату:

• похолодання на 1 градус, пройде непомітно;
• ядерна осінь – похолодання на 2-4 градуси, можливі неврожаї та посилення утворення ураганів;
• аналог "року без літа" - коли температура впала значно, на кілька градусів на рік;
• малий льодовиковий період – температура може впасти на 30 – 40 градусів на значний час, супроводжуватиметься депопуляцією низки північних зон та неврожаями;
• льодовиковий період – розвиток малого льодовикового періоду, коли відбиття сонячних променів від поверхні може досягти певної критичної позначки і температура продовжить падати, відмінність лише в температурі;
• Необоротне похолодання – це дуже сумний варіант льодовикового періоду, який під впливом багатьох чинників перетворить Землю на нову планету.

Теорія ядерної зими постійно критикується, її наслідки виглядають трохи роздутими. Однак не варто сумніватися в її неминучому наступі за будь-якого глобального конфлікту із застосуванням водневих бомб.

Холодна війна давно позаду, і тому ядерну істерію можна побачити хіба що у старих голлівудських фільмах та на обкладинках раритетних журналів та коміксів. Незважаючи на це, ми можемо перебувати на порозі, хоч і не великого, але серйозного ядерного конфлікту. Все це завдяки любителю ракет та герою боротьби з імперіалістичними замашками США – Кім Чен Ыну. Воднева бомба КНДР — об'єкт поки що гіпотетичний, про її існування говорять лише непрямі докази. Звичайно, уряд Північної Кореїпостійно повідомляє про те, що їм вдалося виготовити нові бомби, поки живих ніхто не бачив. Природно Штати та їхні союзники – Японія та Південна Корея, трохи стурбовані наявністю, нехай навіть і гіпотетичною, подібної зброї у КНДР. Реалії такі, що на даний момент КНДР не має технологій для успішної атаки на США, про яку вони щороку заявляють на весь світ. Навіть атака на сусідні Японію чи Південь можуть бути не дуже успішними, якщо взагалі відбудуться, але з кожним роком небезпека виникнення нового конфлікту на корейському півострові зростає.

Наша стаття присвячена історії створення та загальним принципам синтезу 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, з ринковою ціною в десятки тисяч доларів за грам, проте най більша кількістьенергії вивільняється саме в реакції злиття ядер дейтерію і 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 згоранні 2,3 10 6 17,59 = 40,5 10 6 кг нафти. Адже йдеться лише 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 бомби в 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 привернута до влаштування, яке 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, а також дослідженнями елементарних частинок.

Однак холодна війна, що розпочалася, а найбільше створення і 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, але й реальніші конструкції з кількох концентричних сфер;
• остаточний варіант конструкції Теллера-Улама, яка є основою всіх працюючих досі систем термоядерної зброї.

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 і з'єднувати з літієм, оскільки з твердим зарядом термоядерним 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 рентгенівське проміннясиметрично падають на нього по всій його довжині.

на початкових етапахтермоядерні реакції нейтрони від атомного вибуху поглинаються пластиковим заповнювачем, щоб не допустити надто 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 й у 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 у 10-12 дюймів товщиною, що було найбільшим прикладомкованого виробу на той час. Внутрішня поверхнякорпуса був вистелений 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, громіздкий і вельми недосконалий. 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 триступінчастий 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 краєммайже досяг Землі, а верхнім піднявся 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 на фото 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 тільки 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. Однак усе, що ми могли почерпнути з попереднього тексту, говорить про вибуховий характер таких процесів. 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.

Водородна бомба, зброя великої руйнівної сили (порядку мегатон у тротиловому еквіваленті), принцип дії якого заснований на реакції термоядерного синтезу легких ядер. Джерелом енергії вибуху є процеси, аналогічні до процесів, що протікають на Сонці та інших зірках.

У 1961 році був зроблений найпотужніший вибух водневої бомби.

Вранці 30 жовтня об 11 год. 32 хв. над Новою Землею в районі Губи Мітюші на висоті 4000 м над поверхнею суші було підірвано водневу бомбу потужністю 50 млн. т тротилу.

радянський Союзпровів випробування найпотужнішого в історії термоядерного пристрою. Навіть у "половинному" варіанті (а максимальна потужність такої бомби становить 100 мегатонн) енергія вибуху десятикратно перевищувала сумарну потужність усіх вибухових речовин, використаних усіма воюючими сторонами за роки Другої світової війни (включаючи атомні бомби, скинуті на Хіросіму та Нагасакі). Ударна хвиля від вибуху тричі обігнула земну кулю, вперше - за 36 год. 27 хв.

Світловий спалах був настільки яскравим, що, незважаючи на суцільну хмарність, було видно навіть із командного пункту в селищі Білуша Губа (віддаленому від епіцентру вибуху майже на 200 км). Грибоподібна хмара зросла до висоти 67 км. На момент вибуху, поки на величезному парашуті бомба повільно опускалася з висоти 10500 до розрахункової точки підриву, літак-носій Ту-95 з екіпажем та його командиром майором Андрієм Єгоровичем Дурновцевим уже був у безпечній зоні. Командир повертався на свій аеродром підполковником, Героєм Радянського Союзу. У покинутому селищі - 400 км від епіцентру - було порушено дерев'яні будинки, а кам'яні позбулися дахів, вікон та дверей. На багато сотень кілометрів від полігону внаслідок вибуху майже на годину змінилися умови проходження радіохвиль, і припинився радіозв'язок.

Бомба була розроблена В.Б. Адамським, Ю.М. Смирновим, А.Д. Сахаровим, Ю.М. Бабаєвим та Ю.А. Трутнєвим (за що Сахаров був нагороджений третьою медаллю Героя Соціалістичної Праці). Маса "пристрою" становила 26 тонн, для її транспортування та скидання використовувався спеціально модифікований стратегічний бомбардувальник Ту-95.

"Супербомба", як називав її А.Сахаров, не містилася у бомбовому відсіку літака (її довжина становила 8 метрів, а діаметр - близько 2 метрів), тому несилову частину фюзеляжу вирізали та змонтували спеціальний підйомний механізм та пристрій для кріплення бомби; при цьому в польоті вона все одно більше ніж наполовину стирчала назовні. Весь корпус літака, навіть лопаті його гвинтів, був покритий спеціальною білою фарбою, що захищає від світлового спалаху під час вибуху. Такою ж фарбою був покритий корпус літака-лабораторії, що супроводжував.

Результати вибуху заряду, який отримав на Заході ім'я «Цар-бомба», вражали:

* Ядерний «гриб» вибуху піднявся на висоту 64 км; діаметр його капелюшка досяг 40 кілометрів.

Вогненна куля розриву досягла землі і майже досягла висоти скидання бомби (тобто, радіус вогняної кулі вибуху був приблизно 4,5 кілометра).

* Випромінювання викликало опіки третього ступеня на відстані до ста кілометрів.

* На піку виділення випромінювання вибух досяг потужності в 1% від сонячної.

* Ударна хвиля, що виникла в результаті вибуху, тричі обігнула земну кулю.

* Іонізація атмосфери стала причиною перешкод радіозв'язку навіть за сотні кілометрів від полігону протягом однієї години.

* Свідки відчули удар та змогли описати вибух на відстані тисячі кілометрів від епіцентру. Також ударна хвиля певною мірою зберегла руйнівну силу на відстані тисячі кілометрів від епіцентру.

* Акустична хвиля докотилася до острова Діксон, де вибуховою хвилею повибивало вікна в будинках.

Політичним результатом цього випробування була демонстрація Радянським Союзом володіння необмеженою за потужністю зброєю масового знищення - максимальний мегатонаж бомби з випробуваних на той момент США був вчетверо меншим, ніж у «Цар-бомби». Насправді збільшення потужності водневої бомби досягається простим збільшенням маси робочого матеріалу, так що, в принципі, немає жодних факторів, що перешкоджають створенню 100-мегатонної або 500-мегатонної водневої бомби. (Насправді, «Цар-бомба» була розрахована на 100-мегатонний еквівалент; заплановану потужність вибуху урізали вдвічі, за словами Хрущова, «Щоб не розбити всі шибки в Москві»). Цим випробуванням Радянський Союз продемонстрував здатність створити водневу бомбу будь-якої потужності та засоби доставки бомби до точки підриву.

Термоядерні реакції.У надрах Сонця міститься гігантська кількість водню, що перебуває у стані надвисокого стиску при температурі прибл. 15 000 000 К. При настільки високих температурі і щільності плазми ядра водню відчувають постійні зіткнення один з одним, частина з яких завершується їх злиттям і зрештою утворенням важких ядер гелію. Подібні реакції, які мають назву термоядерного синтезу, супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. Відповідно до законів фізики, енерговиділення при термоядерному синтезі обумовлено тим, що при утворенні більш важкого ядра частина маси легких ядер, що увійшли до його складу, перетворюється на колосальну кількість енергії. Саме тому Сонце, маючи гігантську масу, у процесі термоядерного синтезу щодня втрачає бл. 100 млрд. т речовини і виділяє енергію, завдяки якій стало можливим життя на Землі.

Ізотопи водню.Атом водню - найпростіший із усіх існуючих атомів. Він складається з одного протона, що є його ядром, довкола якого обертається єдиний електрон. Ретельні дослідження води (H 2 O) показали, що в ній у нікчемній кількості є «важка» вода, що містить «важкий ізотоп» водню - дейтерій (2 H). Ядро дейтерію складається з протону і нейтрону - нейтральної частки, за масою близькою до протону.

Існує третій ізотоп водню - тритій, в ядрі якого містяться один протон і два нейтрони. Тритій нестабільний і зазнає мимовільного радіоактивного розпаду, перетворюючись на ізотоп гелію. Сліди тритію виявлено в атмосфері Землі, де він утворюється в результаті взаємодії космічних променів з молекулами газів, що входять до складу повітря. Тритій отримують штучним шляхом ядерному реакторі, опромінюючи ізотоп літій-6 потоком нейтронів

Розробка водневої бомби.Попередній теоретичний аналізпоказав, що термоядерний синтез найлегше здійснити в суміші дейтерію та тритію. Взявши це за основу, вчені США на початку 1950 року розпочали реалізацію проекту зі створення водневої бомби (HB). Перші випробування модельного ядерного пристрою були проведені на полігоні Еніветок навесні 1951; термоядерний синтез був лише частковим. Значний успіх був досягнутий 1 листопада 1951 року при випробуванні масивного ядерного пристрою, потужність вибуху якого склала 4? 8 Мт у тротиловому еквіваленті.

Перша воднева авіабомба була підірвана в СРСР 12 серпня 1953 року, а 1 березня 1954 року на атоле Бікіні американці підірвали потужнішу (приблизно 15 Мт) авіабомбу. З того часу обидві держави проводили вибухи вдосконалених зразків мегатонної зброї.

Вибух на атоле Бікіні супроводжувався викидом великої кількості радіоактивних речовин. Частина з них випала за сотні кілометрів від місця вибуху на японське рибальське судно «Щасливий дракон», а інша покрила острів Ронгелап. Оскільки в результаті термоядерного синтезу утворюється стабільний гелій, радіоактивність при вибуху суто водневої бомби має бути не більшою, ніж у атомного детонатора термоядерної реакції. Однак у розглянутому випадку прогнозовані та реальні радіоактивні опади значно розрізнялися за кількістю та складом.

Механізм дії водневої бомби Послідовність процесів, що відбуваються під час вибуху водневої бомби, можна наступним чином. Спочатку вибухає заряд-ініціатор термоядерної реакції (невелика атомна бомба), що знаходиться всередині оболонки HB, в результаті чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температура, необхідна для ініціації термоядерного синтезу. Нейтрони бомбардують вкладиш з дейтериду літію - з'єднання дейтерію з літієм (використовується ізотоп літію з масовим числом 6). Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій та тритій. Таким чином, атомний запал створює необхідні для синтезу матеріали безпосередньо в наведеній в дію бомбі.

Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи до синтезу все більшу кількість водню. При подальшому підвищенні температури могла б початися реакція між ядрами дейтерію, характерна для водневої бомби. Всі реакції, звичайно, протікають настільки швидко, що сприймаються як миттєві.

Поділ, синтез, поділ (супербомба). Насправді у бомбі описана вище послідовність процесів закінчується на стадії реакції дейтерію з тритієм. Далі конструктори бомби воліли використовувати не синтез ядер, які розподіл. В результаті синтезу ядер дейтерію і тритію утворюються гелій і швидкі нейтрони, енергія яких досить велика, щоб викликати поділ ядер урану-238 (основний ізотоп урану, значно дешевше, ніж уран-235, що використовується у звичайних атомних бомбах). Швидкі нейтрони розщеплюють атоми уранової оболонки супербомби. Розподіл однієї тонни урану створює енергію, еквівалентну 18 Мт. Енергія йде не лише на вибух та виділення тепла. Кожне ядро ​​урану розщеплюється на два радіоактивні «уламки». До продуктів поділу входять 36 різних хімічних елементів і майже 200 радіоактивних ізотопів. Все це і становить радіоактивні опади, які супроводжують вибухи супербомбів.

Завдяки унікальній конструкції та описаному механізму дії зброю такого типу може бути зроблено як завгодно потужною. Воно набагато дешевше за атомні бомби тієї ж потужності.

Атомна бомба та воднева бомби є потужною зброєющо використовує ядерні реакції як джерело вибухової енергії. Вчені вперше розробили технологію ядерної зброї під час Другої світової війни.

Атомні бомби в реальної війнивикористовувалися лише двічі, і обидва рази Сполученими Штатами проти Японії наприкінці Другої світової війни. Після війни був період поширення ядерної зброї, а під час «холодної війни» Сполучені Штати та Радянський Союз боролися за панування у глобальній гонці ядерних озброєнь.

Що таке воднева бомба, як вона влаштована, принцип дії термоядерного заряду і коли проведено перші випробування в СРСР написано нижче.

Як влаштовано атомну бомбу

Після того, як у Берліні, 1938 року, німецькі фізики Отто Хан, Ліза Мейтнер і Фріц Штрассман відкрили явище ядерного поділу, з'явилася можливість створення зброї надзвичайної потужності.

Коли атом радіоактивного матеріалу розщеплюється більш легкі атоми, відбувається раптове, потужне вивільнення енергії.

Відкриття ядерного поділу відкрило можливість використання ядерних технологій, включаючи зброю.

Атомна бомба - зброя, яка отримує свою вибухову енергію тільки від реакції розподілу.

Принцип дії водневої бомби або термоядерного заряду засновані на комбінації ядерного поділу та ядерного синтезу.

Ядерний синтез — ще один тип реакції, у якому легші атоми поєднуються для вивільнення енергії. Наприклад, в результаті реакції ядерного синтезу з атомів дейтерію та тритію утворюється атом гелію з вивільненням енергії.

Проект «Манхеттен»

Проект "Манхеттен" - кодова назва американського проекту з розробки практичної атомної бомби під час Другої світової війни. Проект «Манхеттен» розпочато як відповідь зусиллям німецьких учених, які працювали над зброєю, що використовує ядерну технологію, з 1930-х років.

28 грудня 1942 року президент Франклін Рузвельт санкціонував створення Манхеттенського проекту для об'єднання різних науковців та військових посадових осіб, які працюють над ядерними дослідженнями.

Більшість роботи було виконано в Лос-Аламосі, штат Нью-Мексико, під керівництвом фізика-теоретика Дж. Роберта Оппенгеймера.

16 липня 1945 року у віддаленому пустельному місці неподалік Аламогордо, штат Нью-Мексико, перша атомна бомба, еквівалентна за потужністю 20 кілотоннам тротилу, була успішно випробувана. Вибух водневої бомби створив величезну грибоподібну хмару заввишки близько 150 метрів і відкрив атомний вік.

Єдине фото першого у світі атомного вибуху, зроблене американським фізикомДжеком Аебі

Малюк та Товстун

Вчені з Лос-Аламосу розробили два різні типи атомних бомб до 1945 року — проект на основі урану під назвою «Малюк» та зброю на основі плутонію під назвою «Товстун».

У той час як війна в Європі закінчилася у квітні, бойові діїу Тихоокеанському регіоні продовжувалися між японськими військамита військами США.

Наприкінці липня президент Гаррі Трумензакликав до капітуляції Японії у Потсдамській декларації. Декларація обіцяла «швидке та повне знищення», якби Японія не здалася.

6 серпня 1945 року Сполучені Штати скинули свою першу атомну бомбу з бомбардувальника B-29 під назвою «Енола Гей» у японському містіХіросіма.

Вибух «Малюка» відповідав 13 кілотоннам у тротиловому еквіваленті, зрівняв із землею п'ять квадратних миль міста та миттєво вбив 80 000 людей. Десятки тисяч людей пізніше помруть від радіаційного опромінення.

Японці продовжували боротися, і Сполучені Штати скинули другу атомну бомбу за три дні у місті Нагасакі. Вибух «Товстуна» вбив близько 40 000 людей.

Посилаючись на руйнівну силу «нової та найжорстокішої бомби», японський імператор Хірохіто оголосив про капітуляцію своєї країни 15 серпня, закінчивши Другу світову війну.

Холодна війна

У повоєнні рокиСполучені Штати були єдиною країною з ядерною зброєю. Спочатку у СРСР не вистачало наукових напрацювань та сировини для створення ядерних боєголовок.

Але, завдяки зусиллям радянських учених, даним розвідки та виявленим регіональним джерелам урану Східної Європи 29 серпня 1949 року СРСР випробував свою першу ядерну бомбу. Улаштування водневої бомби розроблено академіком Сахаровим.

Від атомної зброї до термоядерної

Сполучені Штати відповіли в 1950 році запуском програми розробки більш досконалої термоядерної зброї. Почалися перегони озброєнь «холодної війни», а ядерні випробування та дослідження стали широкомасштабними цілями для кількох країн, особливо для Сполучених Штатів та Радянського Союзу.

цього року, США провели вибух термоядерної бомби потужністю 10 мегатонн у тротиловому еквіваленті

1955 рік - СРСР відповів своїм першим термоядерним випробуванням - всього лише 1,6 мегатонн. Але головні успіхи радянського ВПК були попереду. Тільки 1958 року СРСР випробував 36 ядерних бомб різного класу. Але ніщо з того, що випробував Радянський Союз, не зрівняється з Царем — бомбою.

Випробування та перший врив водневої бомби в СРСР

Вранці 30 жовтня 1961 року радянський бомбардувальник Ту-95 злетів із аеродрому Оленя на Кольському півострові на крайній півночі Росії.

Літак був спеціально зміненою версією, яка з'явилася в експлуатації кілька років тому — величезний чотиримоторний монстр, якому доручено носити радянський ядерний арсенал.

Модифікована версія ТУ-95 «Ведмідь» спеціально підготовлена ​​для першого випробування водневої Цар-бомби в СРСР.

Ту-95 ніс під собою величезну 58-мегатонну бомбу, пристрій занадто великий, щоб умістити всередині бомбового відсіку літака, де такі боєприпаси зазвичай перевозилися. Бомба довжиною 8 м мала діаметр близько 2,6 м і важила понад 27 тонн і в історії залишилася з ім'ям Цар-бомба - Tsar Bomba.

Цар-бомба не була звичайною ядерною бомбою. Це був результат напружених зусиль вчених СРСР створити найпотужнішу ядерну зброю.

Туполєв досяг своєї цільової точки — Нова Земля, малонаселений архіпелаг у Баренцевому морі над замерзлими північними краямиСРСР.

Цар Бомба вибухнула об 11:32 за київським часом. Результати випробування водневої бомби в СРСР продемонстрували весь букет факторів даного виду зброї. Перш, ніж відповісти на питання, що потужніша, атомна або воднева бомба, слід знати, що потужність останньої їх вимірюється мегатоннами, а в атомних - кілотоннами.

Світлове випромінювання

Миттєво бомба створила вогненну кулю шириною сім кілометрів. Вогненна куля пульсувала від сили власної ударної хвилі. Спалах можна було побачити за тисячі кілометрів — на Алясці, Сибіру та Північній Європі.

Ударна хвиля

Наслідки вибуху водневої бомби в Новій Землі були катастрофічними. У селі Північний, приблизно за 55 км від Ground Zero, усі будинки були повністю зруйновані. Повідомлялося, що на радянській території за сотні кілометрів від зони вибуху було пошкоджено все — руйнувалися будинки, падали дахи, ушкоджувалися двері, руйнувалися вікна.

Радіус дії водневої бомби кілька сотень кілометрів.

Залежно від потужності заряду та вражаючих факторів.

Датчики реєстрували вибухову хвилю, що обернулася навколо Землі не один раз, не двічі, а тричі. Звукову хвилю зафіксували біля острова Діксон на відстані близько 800 км.

Електромагнітний імпульс

Більше години було порушено радіозв'язок у всій Арктиці.

Проникаюча радіація

Отримав дозу радіації екіпаж.

Радіоактивне зараження місцевості

Вибух Цар-бомби на Новій Землі виявився напрочуд «чистим». Випробувачі прибули до точки вибуху за дві години. Рівень радіації в цьому місці не становив великої небезпеки - не більше 1 мР/годину в радіусі всього 2-3 км. Причинами були особливості конструкції бомби та виконання вибуху на достатньо великій відстанівід поверхні.

Теплове випромінювання

Незважаючи на те, що літак-носій, покритий особливою світло-і тепловідбивною фарбою, у момент підриву бомби пішов на відстань 45 км, він повернувся на базу зі значними термічними пошкодженнями обшивки. У незахищеної людини випромінювання викликало б опіки третього ступеня на відстані до 100 км.

	Гриб після вибуху видно на відстані 160 км, діаметр хмари в момент зйомки – 56 км.
	Спалах від вибуху Цар-бомби, близько 8 км у діаметрі

Принцип дії водневої бомби

Влаштування водневої бомби.

Первинний ступінь виконує роль вмикача – тригера. Реакція поділу плутонію в тригері ініціює термоядерну реакцію синтезу у вторинному ступені, коли температура всередині бомби миттєво досягає 300 мільйонів °С. Відбувається термоядерний вибух. Перше випробування водневої бомби шокувало світову спільноту своєю руйнівною силою.

Відео вибуху на ядерному полігоні

Усі вже встигли обговорити одну з найнеприємніших новин грудня – успішні випробування Північною Кореєю водневої бомби. Кім Чен Ин не проминув натякнути (прямо заявити) про те, що готовий будь-якої миті перетворити зброю з оборонного на наступальну, чим викликав небувалий ажіотаж у пресі всього світу. Втім, знайшлися й оптимісти, які заявили про фальсифікацію випробувань: мовляв, і тінь від чучхи не туди падає, і радіоактивних опадів щось не видно. Але чому наявність у країни-агресора водневої бомби є таким значним чинником для вільних країн, адже навіть ядерні боєголовки, які Північна Корея має в достатку, ще нікого так не лякали?

Що це

Воднева бомба, відома також як Hydrogen Bomb або HB - зброя неймовірної руйнівної сили, потужність якої обчислюється мегатоннами в тротиловому еквіваленті. Принцип дії HB заснований на енергії, яка виробляється при термоядерному синтезі ядер водню - такий самий процес відбувається на Сонці.

Чим воднева бомба відрізняється від атомної

Термоядерний синтез – процес, який відбувається під час детонації водневої бомби – найпотужніший тип доступної людству енергії. З мирною метою його використовувати ми ще не навчилися, зате пристосували до військових. Ця термоядерна реакція, подібна до тієї, що можна спостерігати на зірках, вивільняє неймовірний потік енергії. В атомній енергія виходить від поділу атомного ядра, тому вибух атомної бомби набагато слабший.

Перше випробування

І Радянський Союз знову випередив багатьох учасників перегонів холодної війни. Першу водневу бомбу, виготовлену під керівництвом геніального Сахарова, випробували на секретному полігоні Семипалатинська - і вони, м'яко кажучи, вразили не лише вчених, а й західних шпигунів.

Ударна хвиля

Прямий руйнівний вплив водневої бомби - найсильніша ударна хвиля, що володіє високою інтенсивністю. Її потужність залежить від розміру самої бомби та тієї висоти, на якій відбулася детонація заряду.

Тепловий ефект

Воднева бомба всього в 20 мегатонн (розміри найбільшої випробуваної зараз бомби - 58 мегатонн) створює величезну кількість теплової енергії: бетон плавився в радіусі п'яти кілометрів від місця випробування снаряда. У дев'ятикілометровому радіусі буде знищено все живе, не встоять ні техніка, ні споруди. Діаметр вирви, утвореної вибухом, перевищить два кілометри, а глибина її коливатиметься близько п'ятдесяти метрів.

Вогненна куля

Найбільш видовищною після вибуху здасться спостерігачам величезна вогненна куля: палаючі бурі, ініційовані детонацією водневої бомби, будуть підтримувати себе самі, залучаючи до вирви все більше і більше пального матеріалу.

Радіаційне зараження

Але найнебезпечнішим наслідком вибуху стане, звичайно, радіаційне зараження. Розпад важких елементів у бурхливому вогненному вихорі наповнить атмосферу найдрібнішими частинками радіоактивного пилу - вона настільки легка, що потрапляючи в атмосферу, може обігнути земну кулю два-три рази і лише потім випаде у вигляді опадів. Таким чином, один вибух бомби в 100 мегатонн може мати наслідки для всієї планети.

Цар-бомба

58 мегатонн - ось скільки важила найбільша воднева бомба, підірвана на полігоні архіпелагу Нова Земля. Ударна хвиля тричі обійшла земну кулю, змусивши противників СРСР вкотре переконатися у величезній руйнівній силі цієї зброї. Веселун Хрущов на пленумі жартував, що бомбу не зробили більше лише з побоювань розбити шибки в Кремлі.