Водородное оружие. Создается ядерное оружие четвертого поколения

Чистое термоядерное оружие (также возможна формулировка «чисто термоядерное оружие ») - теоретический тип термоядерного оружия , в котором условия для реакции термоядерного синтеза создаются без использования уранового или плутониевого инициатора взрыва (триггера). Подобный тип оружия не создаёт долговременного радиоактивного заражения, ввиду отсутствия в нём распадающихся веществ. В настоящее время считается теоретически, безусловно, возможным, но пути практической реализации не ясны.

Концепция [ | ]

В современном термоядерном оружии, условия, необходимые для начала реакции ядерного синтеза , создаются путём детонации триггера - небольшого плутониевого ядерного заряда. Взрыв триггера создает высокую температуру и давление, необходимые для начала термоядерной реакции в дейтериде лития. При этом, основная часть долговременного радиоактивного заражения при термоядерном взрыве обеспечивается за счет радиоактивных веществ в триггере.

Однако, условия для начала термоядерной реакции возможно создать и без применения ядерного триггера. Такие условия создаются в лабораторных экспериментах и экспериментальных термоядерных реакторах. Теоретически, возможно создать термоядерное оружие, в котором реакция будет инициироваться без использования триггерного заряда - «чистое термоядерное» оружие.

Такое оружие будет иметь следующие преимущества:

Нейтронный вариант чистого термоядерного оружия [ | ]

Основным поражающим фактором в чисто термоядерном устройстве может стать мощный выброс нейтронного излучения [ ] , а не тепловая вспышка или ударная волна [ ] . Таким образом, сопутствующий ущерб от подрыва такого оружия может быть лимитирован. С другой стороны, это делает чисто термоядерное оружие не лучшим средством для тех ситуаций, когда необходимо поражение прочных сооружений, не содержащих биологической материи или электронных устройств (например, мостов).

Недостатки нейтронного варианта чистого термоядерного оружия те же, что и любого нейтронного оружия :

Возможные пути решения [ | ]

Различные пути решения проблемы чистого термоядерного оружия рассматривались непрерывно с 1992 года, но в настоящее время не дали позитивного результата. Главной проблемой является значительная сложность создания условий начала термоядерной реакции. В лабораторных экспериментах и термоядерных реакторах, такие условия создаются крупногабаритными установками, к тому же весьма энергоемкими. В настоящее время не представляется возможным создание пригодного для использования в боевых условиях термоядерного оружия, основанного, например, на лазерном поджиге реакции , - требуемые для этого лазеры имеют огромные размеры и потребляют значительное количество энергии.

Существуют несколько теоретически возможных путей решения проблемы:

Чистое термоядерное оружие на ударно-волновом излучателе [ | ]

Представляется теоретически возможным создание относительно компактного чисто термоядерного оружия на основе ударно-волнового излучателя . При этом, для запуска термоядерной реакции используется импульс электромагнитного излучения радиочастотного диапазона.

Согласно теоретическим расчетам, чистое термоядерное устройство на ударно-волновом излучателе будет иметь тротиловый эквивалент примерно сопоставимый с его собственной массой, или даже меньший. Таким образом, как взрывное устройство оно будет совершенно неэффективно. Однако, большая часть (до 80%) энергии при этом выделится в виде нейтронного потока, способного поражать неприятеля на расстоянии в сотни метров от эпицентра. Такое оружие, фактически, будет чистым нейтронным оружием - не оставляющим радиоактивного заражения и практически не создающим сопутствующего ущерба.

Нового поколения может резко снизить порог применимости ядерных вооружений и нарушить сложившийся стратегический баланс

В июле 2006 г. во время операций против боевиков ливанского движения "Хезболла" израильская армия применила так называемые противобункерные бомбы. При этом в пробах грунта, взятых из бомбовых воронок, были обнаружены следы обогащенного урана. Одновременно было установлено, что радиоактивный распад осколков деления не сопровождался гаммаизлучением и образованием изотопа цезия137, а уровень радиации, высокий внутри воронок, на удалении нескольких метров от них уменьшался примерно наполовину.

Отсутствие продуктов взрыва с длительным периодом распада, а также незначительное по площади радиоактивное загрязнение местности позволяют предположить, что в Южном Ливане могли применяться так называемые "чистые" термоядерные боеприпасы.

Известно, что существующие термоядерные заряды не обеспечивают заметной локализации (как по времени, так и по площади) масштабов радиоактивного загрязнения окружающей среды, поскольку работа их вторичного узла инициируется за счет реакции деления тяжелых ядер, следствием которой как раз и является долговременное радиоактивное загрязнение местности.

До сих пор именно последнее обстоятельство гарантировало высокий порог применения любых типов нынешнего ядерного оружия, включая ЯО малой и сверхмалой мощности. Теперь же, если результаты независимых экспертиз соответствуют действительности, можно говорить о появлении новых термоядерных боеприпасов, наличие которых на вооружении резко снижает психологический порог применимости ЯО.

При этом "чистые" термоядерные боеприпасы не подпадают в настоящее время под ограничения ни одного из существующих международных договоров и формально становятся по условиям своего применения на один уровень с обычным высокоточным оружием (ВТО), значительно превосходя последнее по разрушительной мощи.

Среди специалистов пока нет единой точки зрения, насколько далеко США и другие ведущие иностранные государства продвинулись в процессе разработки "чистых" термоядерных боеприпасов.

Между тем, косвенным подтверждением того, что в условиях строгой секретности работы по их созданию уже ведутся в США полным ходом, являются результаты практической деятельности нынешней американской администрации по реформированию своих стратегических наступательных сил (СНС).

О планах создания термоядерных боеприпасов нового поколения также свидетельствуют предпринимаемые Великобританией усилия, нацеленные на изменение существующей структуры своих стратегических ядерных сил (СЯС) и развертывание новой научно-исследовательской инфраструктуры для исследования проблем термоядерного синтеза.

Американское руководство первым среди ведущих иностранных государств осознало, что как нынешнее "грязное" стратегическое ядерное оружие, так и обычное ВТО, о котором много говорилось в рамках дискуссий о необходимости скорейшего перехода к концепции "неядерного сдерживания", сейчас не позволяют обеспечить решение всех задач, возлагаемых на стратегические силы.

В первую очередь это касается гарантированного уничтожения стратегических высокозащищенных и сильнозаглубленных целей (ВЗСЗЦ) противника, а также нейтрализации химических и биологических компонентов оружия массового уничтожения (ОМУ).

Новая американская ядерная стратегия

Анализ принятой в 2002 г. США новой ядерной стратегии показывает, что "чистому" термоядерному оружию отведена роль краеугольного камня перспективной американской стратегической триады.

Оно также исключительно четко вписывается в недавно принятую Соединенными Штатами концепцию "превентивных" ядерных ударов, в соответствии с которой ВС США получили право применять ЯО даже в условиях мирного времени.

Основные положения новой ядерной стратегии США изложены в представленном Конгрессу США в январе 2002 г. "Обзоре состояния и перспектив развития ядерных сил США" (Nuclear Posture Review; далее для краткости "Обзор…").

В данном концептуальном документе необходимость разработки и принятия на вооружение нового поколения ЯО обосновывается следующим образом.

"…Современный ядерный арсенал, до сих пор отражая потребности периода "холодной войны", характеризуется невысокой точностью стрельбы, ограниченными возможностями по перенацеливанию, высокой мощностью ядерных зарядных устройств боеголовок, баллистическими ракетами шахтного, наземного и морского базирования с боеголовками индивидуального наведения, невысокой способностью поражать заглубленные цели", поэтому "…ядерная стратегия, базирующаяся исключительно на возможностях стратегических наступательных ядерных сил, не может обеспечить сдерживание потенциальных противников, с которыми США придется столкнуться в XXI столетии".

Далее в "Обзоре…" формулируются основные требования, предъявляемые к ЯО нового поколения: "…придание современным ядерным силам новых возможностей должно обеспечить: поражение представляющих угрозу объектов, таких, как высокозащищенные и заглубленные цели, носители химического и биологического оружия; обнаружение и поражение мобильных и подвижных целей; повышение точности стрельбы; ограничение сопутствующего ущерба при применении ядерного оружия".

В "Обзоре…" также указывается, что "обеспечение таких возможностей посредством проведения интенсивных НИОКР и развертывание новых систем вооружения является настоятельно необходимым требованием при создании новой триады".

Как видно, в представленной концепции развития ядерных сил США одним из ключевых требований к новым типам ЯО является ограничение сопутствующего ущерба при их применении.

Поскольку в "чистых" термоядерных боеприпасах реакция синтеза должна инициироваться источником энергии, альтернативным реакции деления, то узловым моментом их разработки является замена существующего атомного "запала" мощным и компактным "детонатором".

При этом последний должен обладать энергетикой, достаточной для инициирования реакции термоядерного синтеза, а по своим массогабаритным характеристикам "вписываться" в головные части существующих средств доставки.

Можно ожидать, что основными поражающими факторами нового ЯО будут мгновенное гамманейтронное излучение, ударная волна, а также световое излучение. При этом проникающая радиация, являющаяся следствием радиоактивного распада осколков деления, будет сравнительно незначительной.

Ряд экспертов полагает, что в первую очередь новое термоядерное оружие будет использоваться для оснащения высокоточных управляемых ракет и авиабомб. При этом его мощность можно будет варьировать в пределах от единиц до сотен и более тонн тротилового эквивалента.

Это позволит применять "чистое" термоядерное оружие для избирательного поражения объектов противника, расположенных как на открытой местности (включая мобильные комплексы баллистических ракет), так и ВЗСЗЦ, не опасаясь долговременного радиоактивного загрязнения местности.

В связи с отсутствием радиоактивных осадков сухопутные части смогут действовать на территории, подвергшейся ударам ЯО, по оценкам, уже через 48 часов.

При использовании боеприпасов новых типов для поражения ВЗСЗЦ, включая хранилища ядерного, химического и биологического оружия, нейтронное и гаммаизлучения, возникающие непосредственно в момент взрыва, будут практически полностью поглощены прилегающими к месту взрыва слоями грунта.

По экспертным оценкам, для уничтожения находящихся на глубине свыше 300 метров ВЗСЗЦ потребуется создавать термоядерные боеприпасы мощностью порядка 100 кт и более.

По мнению американских специалистов, применение в качестве боевых частей противоракет (БЧ ПР) "чистых" термоядерных боеприпасов должно также существенно повысить эффективность создаваемой национальной системы ПРО.

Ожидается, что подобные боеприпасы будут обладать достаточно широкими поражающими возможностями для гарантированной нейтрализации боеголовок баллистических ракет противника, оснащенных ОМУ. При этом подрыв БЧ ПР над своей территорией даже на малой высоте не приведет к значительному радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Новая структура американских стратегических сил

Рассмотрим теперь более подробно те изменения, которые должны произойти непосредственно в структуре американских СНС.

В настоящее время триада СНС США состоит из межконтинентальных баллистических ракет (МБР), атомных подводных лодок с баллистическими ракетами (ПЛАРБ) и самолетов стратегической бомбардировочной авиации (СБА), на вооружении которых имеется около 6000 "грязных" ядерных боезарядов (ЯБЗ).

Новая американская ядерная стратегия предусматривает создание вместо нее качественно иной стратегической триады, которая будет включать:

• ядерные и неядерные стратегические наступательные вооружения;
• активные и пассивные стратегические оборонительные вооружения;
• обновленную военную, научноисследовательскую и промышленную инфраструктуру.

Перечисленные компоненты новой триады должны быть объединены в единое целое усовершенствованной системой связи, управления, разведки и адаптивного планирования.

Первая (ударная) компонента новой стратегической триады, в свою очередь, будет состоять из двух малых триад: триады сил "глобальных ударов" и старой триады СНС сокращенного состава.

Силы "глобальных ударов" планируется развернуть на базе самолетов СБА (включая часть нынешней авиационной компоненты СНС США), многоцелевых атомных подводных лодок (АПЛ) и надводных кораблейносителей крылатых ракет морского базирования (КРМБ), а также части МБР и БРПЛ из состава СНС.

Ожидается, что на вооружении сил "глобальных ударов" будет состоять ВТО как в обычном, так и в ядерном ("чистое" ЯО) оснащении.

Существующая триада СНС в рамках Договора о сокращении стратегических наступательных потенциалов подвергнется коренному сокращению. К 2012 г. на ее вооружении будет числиться 17002200 оперативно развернутых ядерных боезарядов. Остальные ЯБЗ будут переведены в активный или пассивный резерв.

Оперативное управление обеими ударными составляющими новой стратегической триады возложено в настоящее время на Объединенное стратегическое командование (ОСК) ВС США.

Исходя из задач, возлагаемых на ОСК ВС США и Объединенные командования (ОК) ВС США в передовых зонах, можно предположить, что силы "глобальных ударов" будут использоваться для оперативного нанесения превентивных ударов по стратегическим объектам противника в любой точке земного шара, а также для ведения боевых действий в региональных конфликтах.

Ядерные силы старой триады СНС, на вооружении которых сохранятся существующие типы стратегических ЯБЗ, продолжат выполнение задач стратегического ядерного сдерживания. В случае коренного изменения военнополитической обстановки они будут использованы для нанесения "противосиловых" или "противоценностных" ракетноядерных ударов по важнейшим стратегическим объектам противника, в качестве которого в первую очередь рассматриваются Россия и Китай.

Вторая компонента стратегической триады США также будет состоять из двух составляющих: ударных (активных) сил, предназначенных для оперативного поражения ракетных комплексов противника в их позиционных районах, а также сил ПРО для перехвата стартовавших баллистических ракет и их боеголовок (пассивные силы).

В 2003 г. США денонсировали Договор об ограничении систем противоракетной обороны. Данное обстоятельство позволяет им приступить к неограниченной разработке, испытаниям и развертыванию противоракетных систем любых классов с размещением их компонентов как на территории США, так и за ее пределами.

Новый термоядерный боеприпас органично "вписывается" и в планы создания третьей компоненты американской стратегической триады – обновленной оборонной инфраструктуры.

По замыслам американского руководства, она призвана оперативно осуществлять разработку, испытания, производство и принятие на вооружение перспективных наступательных и оборонительных систем, включая ядерные, в ответ на любые возникающие угрозы.

В настоящее время в США для исследования проблемы термоядерного синтеза по трем разным направлениям развернута мощная испытательная база. Не приходится сомневаться, что эта база будет использоваться не только в интересах промышленного освоения термоядерной энергии, но и для создания новых термоядерных зарядов.

Так, в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса (шт. Калифорния) для имитации ядерных испытаний создана самая мощная в мире лазерная термоядерная установка (ЛТУ) NIF (National Ignition Facility), способная реализовывать температуры и давления, наблюдаемые в природе только в центре звезд. Общая стоимость установки, по оценкам, составит к 2008 г. 3,3 млрд. долл.

Для этих же целей в ЛосАламосской национальной лаборатории (шт. НьюМексико) и Научно-исследовательской лаборатории ВВС (авиабаза Киртланд) совместно используется установка MTF (Magnetized Target Fusion).

В интересах изучения физических процессов с высокой плотностью энергии в национальной лаборатории "Сандия" (г. Альбукерк) модернизируется мощный генератор электрических импульсов, так называемая "Zмашина".

Создание новых типов ЯО невозможно без проведения ядерных испытаний. По этой причине администрация Бушамладшего отказалась от повторного выдвижения в Сенат конгресса США Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний для его ратификации.

Находясь, таким образом, вне правового поля данного договора, США обеспечили себе возможность реализовывать любые программы ядерных испытаний в любое удобное для себя время.

Параллельно с проведением научных исследований США активно осуществляют мероприятия по сокращению с 36 до 12 месяцев срока готовности испытательного полигона в штате Невада к возобновлению подземных ядерных взрывов.

Стратегия превентивных ядерных ударов

В 2005 г. Соединенные Штаты внесли важные изменения в стратегию применения ядерного оружия.

В соответствии с концепцией "превентивных ударов", которая больше известна как "Доктрина Буша", вооруженные силы США получили право наносить в мирное время превентивные ядерные удары по странам, от которых может исходить угроза национальной безопасности США или их союзникам.

Особо следует подчеркнуть, что указанная доктрина предусматривает также возможность возвращения в ВВС и ВМС США (в первую очередь на надводные боевые корабли и подводные лодки) снятых в 1991 г. носителей тактического ядерного оружия.

Следует добавить, что в США уже практически заканчивается развертывание стратегической ударной системы на базе атомных подводных лодок (ПЛАРК) типа "Огайо", оснащенных крылатыми ракетами "Томахок" Block IV, которые представляют собой оптимальное средство доставки к целям нового ЯО.

По своим тактикотехническим характеристикам КРМБ "Томахок" Block IV является наиболее совершенной крылатой ракетой этого класса. Максимальная дальность ее полета уже сейчас составляет 2800 км. Ракета способна в течение 2 часов барражировать в районе цели для ее поиска или доразведки. За счет оснащения КРМБ спутниковым каналом связи возможно также перенацеливание ракеты в полете.

На каждой ПЛАРК типа "Огайо" может размещаться до 154 КРМБ.

В 2006 г. Великобритания (вслед за США) приступила к кардинальному пересмотру своей доктрины ядерного сдерживания.

В настоящее время основу СЯС Великобритании составляют четыре подводные лодкиракетоносца типа "Вэнгард", каждая из которых оснащена 16 баллистическими ракетами "Трайдент2" с разделяющимися боеголовками. Нынешние СЯС Великобритании представляются устаревшим образцом противостояния современной ядерной угрозе и больше отвечают реалиям "холодной войны", чем сегодняшнего дня. Альтернативным вариантом существующей системе "Вэнгард" станет система вооружения, развернутая на базе подводных лодок, оснащенных ядерными крылатыми ракетами. Особо подчеркивается, что в интересах соблюдения Договора о нераспространении ядерного оружия боеголовки для крылатых ракет должны быть разработаны Великобританией самостоятельно, а не получены из США.

Великобритания уже приступила к переоборудованию своих многоцелевых АПЛ в носители КРМБ "Томахок" модификации Block IV.

АПЛ "Трафальгар" стала первой лодкой в составе британских ВМС, способной производить пуски данных ракет. На лодке были установлены новейшая система управления стрельбой КРМБ "Томахок" (TTWCS), разработанная американской фирмой "ЛокхидМартин", и система двусторонней спутниковой связи TSN (Tomahawk Strike Network), предназначенная для перенацеливания КРМБ данной модификации в полете.

Представленный вариант развития СЯС Великобритании не является чемто новым. Еще в середине 1970х гг. британским министерством обороны изучался вопрос о принятии на вооружение своих СЯС американских КРМБ типа "Томахок" в ядерном оснащении. Однако в 1979 г. по ряду причин правительство Великобритании отказалось от этого варианта в пользу нынешних ПЛАРБ типа "Вэнгард" с БРПЛ "Трайдент2".

Параллельно с разработкой новой доктрины ядерного сдерживания в Великобритании осуществляется ряд программ по развитию ядерной инфраструктуры, которая может потребоваться для создания ЯО, предназначенного для оснащения новой составляющей британских СЯС.

При этом Великобритания (как и США) концентрирует свои усилия на создании испытательной базы, нацеленной на исследование проблемы термоядерного синтеза. В этой связи ожидается, что вслед за США "чистые" термоядерные боеприпасы появятся в скором времени и на вооружении обновленных британских СЯС.

Летом 2005 г. на заседании специального комитета по вопросам обороны Палаты общин британского парламента было заявлено о расширении научноисследовательского центра по разработке ядерных вооружений Великобритании. В г. Олдермастон (графство Беркшир) начато строительство ЛТУ стоимостью около одного миллиарда фунтов стерлингов и заявлено о дополнительном приеме на работу в этот центр к 2008 г. свыше 1 тыс. специалистов.

По данным печати, после ввода в строй новой ЛТУ "Орион" она должна обеспечивать воссоздание физических процессов, протекающих в условиях ядерной реакции. Не выходя за рамки Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, участником которого является Великобритания, ЛТУ будет также использоваться для тестирования элементов разрабатываемых ЯБЗ.

Таким образом, можно предположить, что в ближайшем будущем Великобритания сосредоточит усилия на создании новой стратегической ядерной "диады", которая будет состоять из четырех ПЛАРБ типа "Вэнгард" с БРПЛ "Трайдент2" и нескольких ПЛАРК типа "Трафальгар", оснащенных КРМБ "Томахок" с "чистыми" термоядерными боеприпасами.

ПЛАРБ типа "Вэнгард" будут находиться на вооружении обновленных британских СЯС, по крайней мере, до 20202025 гг., когда истекает срок эксплуатации баллистических ракет "Трайдент2".

По оценкам, на создание новой стратегической "диады" Великобритания может затратить около 20 млрд. фунтов стерлингов.

В заключение следует обратить внимание на одно важное обстоятельство. В случае успешной разработки ЯО нового поколения США и Великобритания приобретают значительное военнотехническое превосходство в области стратегических вооружений. Нынешнее "грязное" стратегическое ЯО, по большому счету, становится для них ненужным.

В этой связи необходимо быть готовым к тому, что США и Великобритания, опираясь на тезис об угрозе мировой цивилизации со стороны "грязного" ЯО, могут выступить с инициативой о его всеобщем запрещении. При этом на вооружении ядерных стран должно будет остаться только "чистое" термоядерное оружие, у которого ~ 99 % энергии должно выделяться в реакциях синтеза.

Понятно, что термоядерные боеприпасы, составляющие сейчас основу стратегических вооружений ядерных держав, не будут отвечать столь высоким требованиям.

Таким образом, используя подконтрольные международные организации, США и Великобритания могут поставить перед остальными участниками ядерного клуба своеобразный научнотехнический барьер. Он может являть собой, например, международные обязательства о разработке и принятии на вооружение исключительно термоядерных боезарядов с осколочной активностью менее одного процента.

Это потребует от других ядерных государств экстренного создания мощной исследовательской, производственной и испытательной базы, огромных финансовых и временных затрат.

В то же время имеющийся военнотехнический задел в области "чистого" термоядерного оружия позволит США и Великобритании приобрести односторонние военнополитические преимущества на довольно длительный срок.

Таким образом:

1. США и Великобритания ведут активную разработку ядерного оружия нового поколения, применение которого позволяет обеспечить ограничение сопутствующего ущерба. В связи с этим они приступили к коренному реформированию структуры и состава своих СЯС, а также форм и способов боевого применения этих сил.
2. Новое ядерное оружие находится вне правового поля всех существующих международных договоров, связанных с разработкой, испытаниями, распространением или применением ЯО.
3. Принятие на вооружение ядерного оружия нового поколения позволяет значительно снизить порог применения ЯО и практически нивелировать различие между ним и ВТО общего назначения по условиям боевого применения.
4. Российской Федерации необходимо в срочном порядке предпринять адекватные меры по укреплению отечественного потенциала сдерживания.

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

Почему предпочтительнее слияние ядер?

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

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

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

Что такое реакция слияния ядер?

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

D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.

Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.

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

Как все начиналось

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

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

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

Принцип термоядерной бомбы

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

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

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

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

Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама

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

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

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

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

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

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

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

Последовательность термоядерного взрыва

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

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

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

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

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

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

Операция Плющ

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

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

СССР дает симметричный ответ

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

Достижение предельной мощности

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

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

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

При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.

После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.

Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.

Солнце как термоядерный реактор

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

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

Понятие ядерное оружие объединяет взрывные устройства, в которых энергия взрыва образуется при делении или слиянии ядер. В узком смысле под ядерным оружием понимают взрывные устройства, использующие энергию, выделяемую при делении тяжелых ядер. Устройства, использующее энергию, выделяющуюся при синтезе легких ядер, называются термоядерными .

Ядерное оружие

Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Возможность практического использования ядерной энергии в ядерных взрывных устройствах или в ядерных реакторах обусловлена существованием элементов, ядра которых делятся под воздействием нейтронов любой энергии, в том числе сколь угодно малой. Вещества, обладающие подобным свойством называются делящимися веществами .

Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран , содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.

Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239 , образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в , работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.

Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233 , получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако, практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.

Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий, количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.

Зависимость количества актов деления от времени может быть описана с помощью так называемого коэффициента размножения нейтронов k, равного разности количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет ухода за пределы массы делящегося вещества. Параметр k, таким образом, соответствует количеству актов деления которое вызывает распад одного ядра. Если параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов, вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к поколению. Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с k=1, называется критическим . При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии.

Зависимость количества актов деления от времени может быть представлена следующим образом:

N=N o *exp((k-1)*t/T)

• N — полное число актов деления, произошедших за время t с начала реакции,
• N 0 — число ядер, претерпевших деление в первом поколении, k-коэффициент размножения нейтронов,
• T — время «смены поколений,» т.е. среднее время между последовательными актами деления, характерное значение которого составляет 10 -8 сек.

Если предположить, что цепная реакция начинается с одного акта деления и значение коэффициента размножения составляет 2, то несложно оценить количество поколений, необходимое для выделения энергии, эквивалентной взрыву 1 килотонны тринитротолуола (10 12 калорий или 4.1910 12 Дж). Поскольку в каждом акте деления выделяется энергия равная примерно 180 МэВ (2.910 -11 Дж), должно произойти 1.4510 23 актов распада (что соответствует делению примерно 57 г делящегося вещества). Подобное количество распадов произойдет в течение примерно 53 поколений делящихся ядер. Весь процесс займет около 0.5 микросекунд, причем основная доля энергии выделится в течение последних нескольких поколений. Продление процесса всего на несколько поколений приведет к значительному росту выделенной энергии. Так, для увеличения энергии взрыва в 10 раз (до 100 кт) необходимо всего пять дополнительных поколений.

Основным параметром, определяющим возможность осуществления цепной реакции деления и скорость выделения энергии в ходе этой реакции является коэффициент размножения нейтронов. Этот коэффициент зависит как от свойств делящихся ядер, таких как количество вторичных нейтронов, сечения реакций деления и захвата, так и от внешних факторов, определяющих потери нейтронов вызванные их уходом за пределы массы делящегося вещества. Вероятность ухода нейтронов зависит от геометрической формы образца и увеличивается с увеличением площади его поверхности. Вероятность же захвата нейтрона пропорциональна концентрации ядер делящегося вещества и длине пути, который нейтрон проходит в образце. Если взять образец, имеющий форму шара, то при увеличении массы образца вероятность приводящего к делению захвата нейтрона растет быстрее, чем вероятность его ухода, что приводит к увеличению коэффициента размножения. Массу, при которой подобный образец достигает критического состояния (k=1), называют критической массой делящегося вещества. Для высокообогащенного урана значение критической массы составляет около 52 кг, для оружейного плутония-11 кг. Критическую массу можно уменьшить примерно вдвое окружив образец делящегося вещества слоем материала, отражающего нейтроны, например, бериллия или природного урана.

Цепная реакция возможна и при наличии меньшего количества делящегося вещества. Поскольку вероятность захвата пропорциональна концентрации ядер, увеличение плотности образца, например в результате его сжатия, способно привести к возникновению в образце критического состояния. Именно этот способ и применяется в ядерных взрывных устройствах, в которых масса делящегося вещества, находящаяся в подкритическом состоянии переводится в сверхкритическое с помощью направленного взрыва, подвергающего заряд сильной степени сжатия. Минимальное количество делящегося вещества, необходимого для осуществления цепной реакции, зависит в основном от достижимой на практике степени сжатия.

Степень и скорость сжатия массы делящегося вещества определяют не только количество расщепляющегося материала, необходимого для создания взрывного устройства, но и мощность взрыва . Причиной этого служит тот факт, что энергия, выделяющаяся в ходе цепной реакции приводит к быстрому разогреву массы делящегося вещества и, как результат, к разлету этой массы. Через некоторое время заряд теряет критичность и цепная реакция останавливается. Поскольку полная энергия взрыва зависит от количества ядер, успевших претерпеть деление за время в течение которого заряд находился в критическом состоянии, для получения достаточно большой мощности взрыва необходимо удерживать массу делящегося вещества в критическом состоянии как можно дольше. На практике это достигается путем быстрого сжатия заряда с помощью направленного взрыва, так что в момент начала цепной реакции, масса делящегося вещества обладает очень большим запасом критичности.

Поскольку в процессе сжатия заряд находится в критическом состоянии, необходимо устранить посторонние источники нейтронов, которые могут дать начало цепной реакции еще до достижения зарядом необходимой степени критичности. Преждевременное начало цепной реакции приведет, во-первых, к уменьшению скорости выделения энергии, а во-вторых, к более раннему разлету заряда и потере им критичности. После того как масса делящегося вещества оказалась в критическом состоянии, начало цепной реакции могут дать акты спонтанного деления ядер урана или плутония. Однако, интенсивность спонтанного деления оказывается недостаточной для того, чтобы обеспечить необходимую степень синхронизации момента начала цепной реакции с процессом сжатия вещества и для обеспечения достаточно большого количества нейтронов в первом поколении. Для решения этой проблемы в ядерных взрывных устройствах применяют специальный источник нейтронов, который обеспечивает «впрыск» нейтронов в массу делящегося вещества. Момент «впрыска» нейтронов должен быть тщательно синхронизован с процессом сжатия, так как слишком раннее начало цепной реакции приведет к быстрому началу разлета делящегося вещества и, следовательно, к значительному уменьшению энергии взрыва.

Взрыв первого ядерного взрывного устройства был произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.

Термоядерное оружие

В термоядерном оружии энергия взрыва образуется в ходе реакций синтеза легких ядер, таких как дейтерий, тритий, являющихся изотопами водорода или литий. Подобные реакции могут происходить только при очень высоких температурах, при которых кинетическая энергия ядер достаточна для сближения ядер на достаточно малое расстояние. Температуры, о которых идет речь, составляют около 10 7 -10 8 К.

Использование реакций синтеза для увеличения мощности взрыва может быть произведено по-разному. Первый способ заключается в помещении внутрь обычного ядерного устройства контейнера с дейтерием или тритием (или дейтеридом лития). Возникающие в момент взрыва высокие температуры приводят к тому, что ядра легких элементов вступают в реакцию, за счет которой происходит дополнительное выделение энергии. С помощью подобного метода можно заметно увеличить мощность взрыва. В то же время, мощность подобного взрывного устройства по-прежнему ограничивается конечным временем разлета делящегося вещества.

Другой способ-создание многоступенчатых взрывных устройств, в которых за счет специальной конфигурации взрывного устройства энергия обычного ядерного заряда (т.н. первичный заряд) используется для создания необходимых температур в отдельно расположенном «вторичном» термоядерном заряде, энергия которого, в свою очередь, может быть использована для подрыва третьего заряда и т.д. Первое испытание подобного устройства-взрыв «Майк»- было произведено в США 1 ноября 1952 г. В СССР подобное устройство было впервые испытано 22 ноября 1955 г. Мощность взрывного устройства, сконструированного подобным образом, может быть сколь угодно большой. Самый мощный ядерный взрыв был произведен именно с помощью многоступенчатого взрывного устройства. Мощность взрыва составила 60 Мт, причем мощность устройства была использована лишь на одну треть.

Последовательность событий при ядерном взрыве

Выделение огромного количества энергии, происходящее в ходе цепной реакции деления, приводит к быстрому разогреву вещества взрывного устройства до температур порядка 10 7 К. При таких температурах вещество представляет собой интенсивно излучающую ионизированную плазму. На этом этапе в виде энергии электромагнитного излучения выделяется около 80% энергии взрыва. Максимум энергии этого излучения, называемого первичным, приходится на рентгеновский диапазон спектра. Дальнейший ход событий при ядерном взрыве определяется в основном характером взаимодействия первичного теплового излучения с окружающей эпицентр взрыва средой, а также свойствами этой среды.

В случае если взрыв произведен на небольшой высоте в атмосфере, первичное излучение взрыва поглощается воздухом на расстояниях порядка нескольких метров. Поглощение рентгеновского излучения приводит к образованию облака взрыва, характеризующегося очень высокой температурой. На первой стадии это облако растет в размерах за счет радиационной передачи энергии из горячей внутренней части облака к его холодному окружению. Температура газа в облаке примерно постоянна по его объему и снижается по мере его увеличения. В момент когда температура облака снижается до примерно 300 тысяч градусов, скорость фронта облака уменьшается до величин, сравнимых со скоростью звука. В этот момент формируется ударная волна , фронт которой «отрывается» от границы облака взрыва. Для взрыва мощностью 20 кт это событие наступает примерно через 0.1 мсек после взрыва. Радиус облака взрыва в этот момент составляет около 12 метров.

Интенсивность теплового излучения облака взрыва целиком определяется видимой температурой его поверхности. На некоторое время воздух, нагретый в результате прохождения взрывной волны, маскирует облако взрыва, поглощая излучаемую им радиацию, так что температура видимой поверхности облака взрыва соответствует температуре воздуха за фронтом ударной волны, которая падает по мере увеличения размеров фронта. Через примерно 10 миллисекунд после начала взрыва температура во фронте падает до 3000°С и он вновь становится прозрачным для излучения облака взрыва. Температура видимой поверхности облака взрыва вновь начинает расти и через примерно 0.1 сек после начала взрыва достигает примерно 8000°С (для взрыва мощностью 20 кт). В этот момент мощность излучения облака взрыва максимальна. После этого температура видимой поверхности облака и, соответственно, излучаемая им энергия быстро падает. В результате, основная доля энергии излучения высвечивается за время меньшее одной секунды.

Формирование импульса теплового излучения и образование ударной волны происходит на самых ранних стадиях существования облака взрыва. Поскольку внутри облака содержится основная доля радиоактивных веществ, образующихся в ходе взрыва, дальнейшая его эволюция определяет формирование следа радиоактивных осадков. После того как облако взрыва остывает настолько, что уже не излучает в видимой области спектра, процесс увеличения его размеров продолжается за счет теплового расширения и оно начинает подниматься вверх. В процессе подъема облако увлекает за собой значительную массу воздуха и грунта. В течение нескольких минут облако достигает высоты в несколько километров и может достичь стратосферы. Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от размера твердых частиц, на которых они конденсируются. Если в процессе своего формирования облако взрыва достигло поверхности, количество грунта, увлеченного при подъеме облака будет достаточно велико и радиоактивные вещества оседают в основном на поверхности частиц грунта, размер которых может достигать нескольких миллиметров. Такие частицы выпадают на поверхность в относительной близости от эпицентра взрыва, причем за время выпадения их радиоактивность практически не уменьшается.

В случае если облако взрыва не касается поверхности, содержащиеся в нем радиоактивные вещества конденсируются в гораздо меньшие частицы с характерными размерами 0.01-20 микрон. Поскольку такие частицы могут достаточно долго существовать в верхних слоях атмосферы, они рассеиваются над очень большой площадью и за время, прошедшее до их выпадения на поверхность, успевают потерять значительную долю своей радиоактивности. В этом случае радиоактивный след практически не наблюдается. Минимальная высота, взрыв на которой не приводит к образованию радиоактивного следа, зависит от мощности взрыва и составляет примерно 200 метров для взрыва мощностью 20 кт и около 1 км для взрыва мощностью 1 Мт.

Ударная волна, формирующаяся на ранних стадиях существования облака взрыва, представляет собой один из основных поражающих факторов атмосферного ядерного взрыва. Основными характеристиками ударной волны являются пиковое избыточное давление и динамическое давление во фронте волны. Способность объектов выдерживать воздействие ударной волны зависит от множества факторов, таких как наличие несущих элементов, материал постройки, ориентация по отношению ко фронту. Избыточное давление в 1 атм (15 фунтов/кв. дюйм), возникающее на расстоянии 2.5 км от наземного взрыва мощностью 1 Мт, способно разрушить многоэтажное здание из железобетона. Для противостояния воздействию ударной волны военные объекты, особенно шахты баллистических ракет проектируют таким образом, чтобы они могли выдержать избыточные давления в сотни атмосфер. Радиус области, в которой при взрыве в 1 Мт создается подобное давление составляет около 200 метров. Соответственно, для поражения укрепленных целей особую роль играет точность атакующих баллистических ракет.

На начальных стадиях существования ударной волны ее фронт представляет собой сферу с центром в точке взрыва. После того как фронт достигает поверхности, образуется отраженная волна. Так как отраженная волна распространяется в среде, через которую прошла прямая волна, скорость ее распространения оказывается несколько выше. В результате, на некотором расстоянии от эпицентра две волны сливаются возле поверхности, образуя фронт, характеризуемый примерно в два раза большими значениями избыточного давления. Поскольку для взрыва данной мощности расстояние, на котором образуется подобный фронт, зависит от высоты взрыва, высоту взрыва можно подобрать для получения максимальных значений избыточного давления на определенной площади. Если целью взрыва является уничтожение укрепленных военных объектов, оптимальная высота взрыва оказывается очень малой, что неизбежно приводит к образованию значительного количества радиоактивных осадков.

Еще одним поражающим фактором ядерного оружия является проникающая , представляющая собой поток высокоэнергетичных нейтронов и гамма-квантов, образующихся как непосредственно в ходе взрыва так и в результате распада продуктов деления. Наряду с нейтронами и гамма-квантами, в ходе ядерных реакций образуются также альфа- и бета-частицы, влияние которых можно не учитывать из-за того что они очень эффективно задерживаются на расстояниях порядка нескольких метров. Нейтроны и гамма-кванты продолжают выделяться в течение достаточно длительного времени после взрыва, оказывая воздействие на радиационную обстановку. К собственно проникающей радиации обычно относят нейтроны и гамма-кванты появляющиеся в течение первой минуты после взрыва. Подобное определение связано с тем, что за время порядка одной минуты облако взрыва успевает подняться на высоту, достаточную для того, чтобы радиационный поток на поверхности стал практически незаметен.

Интенсивность потока проникающей и расстояние на котором ее действие может нанести существенный ущерб, зависят от мощности взрывного устройства и его конструкции. , полученная на расстоянии около 3 км от эпицентра термоядерного взрыва мощностью 1 Мт достаточна для того чтобы вызвать серьезные биологические изменения в организме человека. Ядерное взрывное устройство может быть специально сконструировано таким образом чтобы увеличить ущерб, наносимый проникающей радиацией по сравнению с ущербом, наносимым другими поражающими факторами (так называемое нейтронное оружие ).

Процессы, происходящие в ходе взрыва на значительной высоте, где плотность воздуха невелика, несколько отличаются от происходящих при проведении взрыва на небольших высотах. Прежде всего, из-за малой плотности воздуха поглощение первичного теплового излучения происходит на гораздо больших расстояниях и размер облака взрыва может достигать десятков километров. Существенное влияние на процесс формирования облака взрыва начинают оказывать процессы взаимодействия ионизированных частиц облака с магнитным полем Земли. Ионизированные частицы, образовавшиеся в ходе взрыва, оказывают также заметное влияние на состояние ионосферы, затрудняя, а иногда и делая невозможным распространение радиоволн (этот эффект может быть использован для ослепления радиолокационных станций).

Одним из результатов проведения высотного взрыва оказывается возникновение мощного электромагнитного импульса , распространяющегося над очень большой территорией. Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва на малых высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае быстро спадает по мере удаления от эпицентра. В случае же высотного взрыва, область действия электромагнитного импульса охватывает практически всю видимую из точки взрыва поверхность Земли.

В случае если взрыв произведен под землей, на начальной стадии взрыва поглощение окружающей средой первичного теплового излучения приводит к образованию полости, давление в которой в течение менее чем микросекунды возрастает до нескольких миллионов атмосфер. Далее, в течение долей секунды в окружающей породе формируется ударная волна, фронт которой обгоняет распространение полости взрыва. Ударная волна вызывает разрушение породы в непосредственной близости от эпицентра и, ослабляясь по мере своего продвижения, дает начало серии сейсмических импульсов, сопровождающих подземный взрыв. Полость взрыва продолжает расширяться с несколько меньшей чем в начале скоростью, достигая в итоге значительных размеров. Так, радиус полости, образованной взрывом мощностью 150 кт может достичь 50 метров. На этом этапе стены полости представляют собой расплавленную породу. На третьем этапе газ внутри полости остывает, а расплавленная порода застывает на дне.

В течение следующей стадии, которая может длиться от нескольких секунд до нескольких часов, давление газов в полости падает так, что они больше неспособны выдерживать нагрузку верхних слоев породы, которые обрушиваются вниз. В результате образуется вертикальная сигарообразная структура, заполненная обломками породы. Размеры этой структуры зависят от характера породы, в которой произведен взрыв. В верхнем конце этой структуры остается полость, заполненная радиоактивными газами. В случае если взрыв произошел на недостаточно большой глубине, часть газов может выйти на поверхность.

Является самым разрушительным из всех существующих видов вооружений. Количество запасов ядерного оружия на Земле достигает таких размеров, что его хватит на то, чтобы уничтожить нашу планету несколько раз.

Атомное оружие – устройство, получающее огромную взрывную мощность от реакций ДЕЛЕНИЯ АТОМНОГО ЯДРА и ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА.

Об Атомном оружиии

Атомное оружие – самое мощное оружие на сегодняшний день, находящееся на вооружении пяти стран: России, США, Великобритании, Франции и Китая. Существует также ряд государств, которые ведут более-менее успешные разработки атомного оружия, однако их исследования или не закончены, или эти страны не обладают необходимыми средствами доставки оружия к цели. Индия, Пакистан, Северная Корея, Ирак, Иран имеют разработки ядерного оружия на разных уровнях, ФРГ, Израиль, ЮАР и Япония теоретически обладают необходимыми мощностями для создания ядерного оружия в сравнительно короткие сроки.

Трудно переоценить роль ядерного оружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой – самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами, которые обладают этим оружием. С момента первого применения атомной бомбы в Хиросиме прошло 52 года. Мировое сообщество близко подошло к осознанию того, что ядерная война неминуемо приведет к глобальной экологической катастрофе, которая сделает дальнейшее существование человечества невозможным. В течение многих лет создавались правовые механизмы, призванные разрядить напряженность и ослабить противостояние между ядерными державами. Так например, было подписано множество договоров о сокращении ядерного потенциала держав, была подписана Конвенция о Нераспространении Ядерного Оружия, по которой страны-обладателя обязались не передавать технологии производства этого оружия другим странам, а страны, не имеющие ядерного оружия, обязались не предпринимать шагов для его разработки; наконец, совсем недавно сверхдержавы договорились о полном запрещении ядерных испытаний. Очевидно, что ядерное оружие является важнейшим инструментом, который стал регулирующим символом целой эпохи в истории международных отношений и в истории человечества.

Атомное оружие

АТОМНОЕ ОРУЖИЕ, устройство, получающее огромную взрывную мощность от реакций ДЕЛЕНИЯ АТОМНОГО ЯДРА и ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА. Первое ядерное оружие было применено Соединенными Штатами против японских городов Хиросимы и Нагасаки в августе 1945 г. Эти атомные бомбы состояли из двух стабильных доктритических масс УРАНА и ПЛУТОНИЯ, которые при сильном сталкивании вызвали превышение КРИТИЧЕСКОЙ МАССЫ, тем самым провоцируя бесконтрольную ЦЕПНУЮ РЕАКЦИЮ деления атомных ядер. При таких взрывах высвобождается огромное количество энергии и губительной радиации: взрывная мощность может равняться мощности 200 000 тонн тринитротолуола. Гораздо более мощная водородная бомба (термоядерная бомба), впервые испытанная в 1952 г., состоит из атомной бомбы, которая во время взрыва создает температуру, достаточно высокую для того, чтобы вызвать ядерный синтез в близлежащем твердом слое, обычно - в детеррите лития. Взрывная мощность может равняться мощности нескольких миллионов тонн (мегатонн) тринитротолуола. Площадь поражения, вызванного такими бомбами, достигает больших размеров: 15 мегатонная бомба взорвет все горящие вещества в пределах 20 км. Третий тип ядерного оружия, нейтронная бомба, является небольшой водородной бомбой, называемой также оружием повышенной радиации. Она вызывает слабый взрыв, который, однако, сопровождается интенсивным выбросом высокоскоростных НЕЙТРОНОВ. Слабость взрыв означает то, что здания повреждаются не сильно. Нейтроны же вызывают серьезную лучевую болезнь у людей, находящихся в пределах определенного радиуса от места взрыва, и убивают всех пораженных в течении недели.

Вначале взрыв атомной бомбы (А) образует огненный шар (1) с температурой и миллионы градусов по Цельсию и испускает радиационное излучение (?) Через несколько минут (В) шар увеличивается в обьеме и создав!ударную волну с высоким давлением (3). Огненный шар поднимается (С), всасывая пыль и обломки, и образует грибовидное облако (D), По мере увеличения в обьеме огненный шар создает мощное конвекционное течение (4), выделяя горячее излучение (5) и образуя облако (6), При взрыве 15 мегатонной бомбы разрушение от взрывной волны являются полным (7) в радиусе 8 км, серьезными (8) в радиусе 15км и заметными (Я) в радиусе 30 км Даже на расстоянии 20 км (10) взрываются все легковоспламеняющиеся вещества, В течение двух дней после взрыва бомбы на расстоянии 300 км от взрыва продолжается выпадение осадков с радиоактивной дозой в 300 рентген Прилагаемая фотография показывает, как взрыв крупного ядерного оружия на земле создает огромное грибовидное облако радиоактивной пыли и обломков, которое может достигать высоты нескольких километров. Опасная пыль, находящаяся в воздухе, свободно переносится затем преобладающими ветрами в любом направлении Опустошение покрывает огромную территорию.

Современные атомные бомбы и снаряды

Радиус действия

В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы,снаряды делят на калибры:малый,средний и крупный . Чтобы получить энергию, равную энергии взрыва атомной бомбы малого калибра, нужно взорвать несколько тысяч тонн тротила. Тротиловый эквивалент атомной бомбы среднего калибра составляет десятки тысяч, а бомбы крупного калибра – сотни тысяч тонн тротила. Еще большей мощностью может обладать термоядерное (водородное) оружие, его тротиловый эквивалент может достигать миллионов и даже десятков миллионов тонн. Атомные бомбы, тротиловый эквивалент которых равен 1- 50 тыс. т,относят к классу тактических атомных бомб и предназначают для решения оперативно-тактических задач. К тактическому оружию относят также: артиллерийские снаряды с атомным зарядом мощность 10 – 15 тыс. т. и атомные заряды (мощностью около 5 – 20 тыс. т) для зенитных управляемых снарядов и снарядов, используемых для вооружения истребителей. Атомные и водородные бомбы мощностью свыше 50 тыс. т относят к классу стратегического оружия.

Нужно отметить,что подобная классификация атомного оружия является лишь условной, поскольку в действительности последствие применения тактического атомного оружия могут быть не меньшими, чем те, которые испытало на себе население Хиросимы и Нагасаки, а даже большими. Сейчас очевидно, что взрыв только одной водородной бомбы способен вызвать такие тяжелые последствия на огромных территориях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и бомб, применявшихся в прошлых мировых войнах. А нескольких водородных бомб вполне достаточно, чтобы превратить в зону пустыни огромные территории.

Ядерное оружие подразделяется на 2 основных типа: атомное и водородное (термоядерное). В атомном оружии выделение энергии происходит за счет реакции деления ядер атомов тяжелых элементов урана или плутония. В водородном оружии энергия выделяется в результате образования (или синтеза) ядер атомов гелия из атомов водорода.

Термоядерное оружие

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

Атомная бомба

В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития. Для образования гелия используется, в основном, тяжелый водород – дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру – один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.

Принципиальная схема водородной бомбы такова. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твердого сплава, твердой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до высоких температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Однако, в процессе создания водородных бомб было установлено, что непрактично использовать изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает слишком большой вес (более 60 т.), из-за чего нельзя было и думать об использовании таких зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах любой дальности. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его длительное хранение.

В ходе исследования 2 вышеуказанные проблемы были решены. Жидкие изотопы водорода были заменены твердым химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило значительно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Кроме того, гидрид лития был использован вместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись все новые и новые его образцы, была создана водородно- урановая бомба, а также некоторые ее разновидности – сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создания так называемой «чистой» водородной бомбы.

Водородная бомба

Первые разработки этой модификации термоядерной бомбы появились еще в 1957 году, на волне пропагандистских заявлений США о создании некоего «гуманного» термоядерного оружия, которое не несет столько вреда для будущих поколений, сколько обычная термоядерная бомба. В претензиях на «гуманность» была доля истины. Хотя разрушительная сила бомбы не была меньшей, в то же время она могла быть взорвана так, чтобы не распространялся стронций-90, который при обычном водородном взрыве в течение длительного времени отравляем земную атмосферу. Все, что находится в радиусе действия подобной бомбы, будет уничтожено, однако опасность для живых организмов, которые удалены от взрыва, а также для будущих поколений, уменьшится. Однако данные утверждения были опровергнуты учеными, которые напомнили, что при взрывах атомных или водородных бомб образуется большое количество радиоактивной пыли, которая поднимается мощным потоком воздуха на высоту до 30 км, а потом постепенно оседает на землю на большой площади, заражая её. Исследования, проведенные учеными, показывают, что понадобится от 4 до 7 лет, чтобы половина этой пыли выпала на землю.

Видео