Водородные бомбы типа РДС-6с и РДС-37 были включены в состав вооружения стратегических бомбардировщиков — тяжелых Ту-95а, М-4 и средних Ту-16а, причем РДС-37 заложили в основу следующих термоядерных боеприпасов. Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Одним из типов ядерного оружия является термоядерное оружие, которое многим из нас более известно под названием водородная бомба. Понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно по тому факту, что работающие АЭС давно уже стали обыденностью, а работающие и практичные термоядерные электростанции — это все еще научная фантастика.
Как это устроено: все секреты термоядерной бомбы
СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее — первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. Водородная бомба — ядерное оружие, которое использует процесс термоядерного синтеза для создания огромного количества энергии. Принцип термоядерной реакции: Водородная бомба использует термоядерную реакцию, при которой происходит слияние легких ядер (обычно изотопов водорода) при высоких температурах и давлениях. оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте. Однако зачастую в составе термоядерной бомбы есть ядерная бомба, которая и приводит к радиационному загрязнению, хоть и меньшему.
Термоядерное оружие: Как устроена водородная бомба
Водородная бомба (также известная как водородная бомба, слитая бомба, или термоядерная бомба) является атомной бомбой, чья основной энергия исходит от синтеза легких ядер. Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Мировое сообщество было разочаровано новостью о создании водородной бомбы, считает историк Клим Жуков.
Водородная бомба
Момент взрыва водородной бомбы в акватории Тихого океана. РИА Новости. Водородная бомба (термоядерное оружие) — вид ядерного оружия, основанного на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые. Водородные бомбы — наиболее разрушительный его вариант — имеют теоретически неограниченную мощность, и потому при их разработке между СССР и США развернулась гонка. Испытание первой водородной бомбы на Семипалатинском полигоне. Водородные бомбы, считающиеся ядерным оружием, работают с использованием комбинации ядерного деления и термоядерного синтеза. СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее — первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году.
Водородная бомба
Конструкции Звезда — естественный термоядерный реактор. Горячая плазма под высоким давлением удерживается гравитацией, а все излучаемое рентгеновское излучение — за счет огромной плотности и размеров поглощается. Таким образом ядро не остывает даже при относительно маленьких скоростях реакции. Из-за этого в ядре сгорает не только водород и дейтерий, но и гораздо более тяжелые элементы. К сожалению, на земле такую конструкцию реализовать затруднительно. Термоядерная водородная бомба — также достаточно проста по конструкции. С помощью 2-х типов взрывчатки «медленной» и «быстрой» и двух детонаторов формируется сферическая ударная волна, которая переводит плутоний в альфа-фазу меньшего размера, в которой возможна цепная реакция деления.
По желанию можно добавить внешний импульсный нейтронный инициатор о нем ниже — в момент наибольшего сжатия он выдаст кучу нейтронов, которые должны дать резкий старт реакции. Они начинают реагировать друг с другом — и удерживает их от разлетания сила инерции относительно тяжелого корпуса заряда из урана. Помимо этого, урановый корпус непрозрачен для рентгеновского излучения — соответственно потери тепла меньше. Вся реакция заканчивается за 1 микросекунду — и корпус только-только начинает разлетаться в разные стороны. Это была так называемая «бустерная схема» ядерного заряда, где вклад термоядерной реакции невелик, и лишь позволяет немного поднять мощность «задешево» плутоний — страшно дорогой, а литий — в сравнении с ним дешев как грязь. Тритий напрямую не используют поскольку он радиоактивный и соответственно долго не хранится.
А литий-6 стабилен, и ядерный заряд всегда готов к бою. Можно использовать и литий-7 — он не только дает тритий, но и еще один лишний нейтрон. Об этой реакции не знали, когда американцы тестировали бомбу «Shrimp» «Креветка». Существует и схема радиационной имплозии — когда первичный ядерный взрыв рентгеновским излучением обжимает и нагревает отдельную сферу с термоядерным топливом. Линейные ускорители: идея проста — берем мишень из любого удобного дейтерида металла, и в маленьком линейном ускорителе разгоняем до нужной скорости атомы трития. Получаем настоящую термоядерную реакцию, и выходом энергии и 14.
Такой источник можно использовать для поиска нефти и воды например на марсианском ровере MSL стоит российский импульсный источник нейтронов DAN , и в качестве внешнего импульсного нейтронного инициатора в ядерных зарядах. Почему-же так нельзя вырабатывать электричество? На разгон атомов тратится намного больше энергии, чем мы получаем в результате реакции далеко не все разгоняемые атомы реагируют. Токамак тороидальная камера с магнитными катушками — идея уже немного сложнее, в плазменном торе как в трансформаторе наводим ток. Вокруг тора — сверхпроводящие магниты, которые «обжимают» плазму и не дают ей коснуться стенок. Плазма нагревается микроволновым излучением, и резистивным нагревом от протекающего тока.
Когда начинали работать по этому направлению — казалось: вот-вот и все будет работать. Во всем мире построено порядка 300 токамаков, и самый современный и крупный из них — строящийся международный проект ITER в том числе и при участии России.
И если для получения энергии в реакторе, атом обуздать еще не удалось, то с задачей создания оружия, основанного на термоядерном синтезе, человек справился успешно еще в начале 50х. Что это Водородная бомба, известная также как Hydrogen Bomb или HB — оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте. Принцип действия HB основан на энергии, которая вырабатывается при термоядерном синтезе ядер водорода — точно такой же процесс происходит на Солнце. Чем водородная бомба отличается от атомной Термоядерный синтез — процесс, который происходит во время детонации водородной бомбы — самый мощный тип доступной человечеству энергии. В мирных целях его использовать мы еще не научились, зато приспособили к военным. Эта термоядерная реакция, подобная той, что можно наблюдать на звездах, высвобождает невероятный поток энергии.
В атомной же энергия получается от деления атомного ядра, поэтому взрыв атомной бомбы намного слабее.
Идея термоядерного оружия, где ядра атомов сливаются, а не расщепляются, как в атомной бомбе, появилась не позднее 1941 года. Она пришла в головы двум физикам: Энрико Ферми и Эдварду Теллеру. Примерно в то же время они стали участниками Манхэттенского проекта и помогли создать бомбы, позднее сброшенные на Хиросиму и Нагасаки.
Сконструировать термоядерный боеприпас оказалось намного сложнее.
Полноразмерный макет самой мощной водородной бомбы на выставке в Манеже, 2015 год. Прямо с трибуны, под аплодисменты собравшихся, он заявил, что Советский Союз "стал обладателем нового оружия страшной разрушительной силы - водородной бомбы". Время и место для такого заявления были выбраны не случайно. Только-только удалось миновать горячую фазу Карибского кризиса, грозившего мировой войной.
Советские ракеты с Кубы уже вернули, но страсти вокруг еще кипели. Москва требовала от Вашингтона убрать американские ракеты из Турции и не размещать их в Западной Германии. Неспокойно было в Африке - там началась деколонизация, и "два мира - две системы" боролись за влияние на вновь образующиеся государства и те, что традиционно были в русле их внешней политики. В Европе тех лет камнем преткновения была проблема германского урегулирования. По обе стороны Берлинской стены, спешно возведенной за полтора года до описываемых событий и разделившей мир в прямом и переносном смыслах, пытались доказать правоту своего выбора, преимущества своей идеологии и своего государственного устройства.
Зигфрид Майсгайер, главный редактор еженедельника "Вохенпост", в репортаже из Берлина для журнала "Огонек" так описывал январь 63-го и настроения в Германской Демократической Республике: "Тот, кто был в Берлине, никогда не забудет этих дней. В город пришел небывалый для нас мороз. Но в белом зале на Аллее Ленина все было проникнуто теплом страстных объединяющих идей...
«Отец» водородной бомбы
| Атомная, водородная и нейтронная бомбы | Принцип термоядерной реакции: Водородная бомба использует термоядерную реакцию, при которой происходит слияние легких ядер (обычно изотопов водорода) при высоких температурах и давлениях. |
| Как устроена водородная бомба: принцип и мощность | Взрыв водородной бомбы рожден реакцией синтеза легких ядер, так называемого термоядерного синтеза. |
Состоялось испытание первой Советской водородной бомбы
Водородная бомба — ядерное оружие, которое использует процесс термоядерного синтеза для создания огромного количества энергии. Водородная бомба содержит корпус осесимметричной формы с хвостовыми стабилизаторами, внутри которого смонтирован термоядерный заряд, и систему управления с датчиком инициирования взрыва. Одним из типов ядерного оружия является термоядерное оружие, которое многим из нас более известно под названием водородная бомба. В водородной бомбе применяется не чистый водород, а дейтерид лития-6, содержащий в себе изотоп водорода дейтерий и изотоп лития, служащий для выделения еще одного изотопа водорода – трития. За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире — на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. это все те же РДС-6с.
Водородная бомба и ядерная бомба отличия
| Термоядерное оружие: Как устроена водородная бомба | Первая советская водородная бомба в секретных документах называлась «Изделие РДС-6». |
| «Ничего подобного у США не было»: какую роль в истории СССР сыграло появление водородного оружия | неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей, но весьма эффективным для целей разрушения. |
Как работает водородная бомба
Из истории создания водородной бомбы в США и СССР. Мировое сообщество было разочаровано новостью о создании водородной бомбы, считает историк Клим Жуков. История создания водородной бомбы содержит в себе маленький детективный сюжет, оказавший огромное влияние на жизнь двух американских физиков — Роберта Оппенгеймера и Эдварда Теллера. Чем термоядерная бомба отличается от атомной? Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Термоядерное оружие (водородные бомбы) предусматривает использование энергии неуправляемой реакции ядерного синтеза, то есть преобразования легких элементов в более тяжелые (например, двух атомов "тяжелого водорода", дейтерия, в один атом гелия).
Последствия взрыва водородной бомбы
| «Просите всё что угодно! Отказа не будет. Только дайте бомбу» | Статьи | Известия | СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее: первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. |
| Термоядерное оружие: Как устроена водородная бомба | За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире — на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. |
| Как один солдат водородную бомбу изобрел | Водородная бомба Термоядерное оружие (она же водородная бомба) — тип ядерного, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например. |
| Как работает водородная бомба | | ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. |
| 10 стыдных вопросов о ядерном оружии: отвечает физик Дмитрий Побединский | «взрывает» реакция неуправляемого термоядерного синтеза. |
Водородная против атомной. Что нужно знать о ядерном оружии
В некоторых реакциях, например, при распаде урана, в качестве побочного продукта также получаются нейтроны. Именно благодаря этим частицам, которые могут приобретать после распада атома высокую скорость, и возможны цепные реакции, лежащие в основе атомного оружия. В результате образуются осколки деления и два нейтрона, каждый из которых также может поразить атом урана. Таким образом количество распадов начинает увеличиваться в геометрической прогрессии. Однако, чтобы запустить такой процесс, нужно достичь критической массы материала. Если в атомном заряде масса урана будет меньше критической, то никакого взрыва не произойдет.
Поэтому в атомную бомбу закладывают несколько кусочков радиоактивного материала, отделенных друг от друга. В момент взрыва детонирующие заряды сталкивают эти кусочки, достигается критическая масса и начинается взрывной процесс. В водородной бомбе вместо радиоактивного распада используется реакция ядерного синтеза.
Никита Хрущёв впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, «чтобы не побить все стёкла в Москве». Конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться заменой свинцового тампера на урановый [8]. Бомба была взорвана на высоте 4000 метров над полигоном «Новая Земля». Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила [9] ; тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала. Основная статья: История создания схемы Теллера — Улама Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру осенью 1941 года [10] , в самом начале Манхэттенского проекта. Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой.
Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь. Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам. Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма-излучение, порождённые первичным взрывом, могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию обжатие и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма. Взрыв «Джордж» В 1951 году была проведена серия испытаний под общим наименованием Операция «Парник» англ. Operation Greenhouse , в ходе которой отрабатывались вопросы миниатюризации ядерных зарядов при увеличении их мощности. Одним из испытаний в этой серии стал взрыв под кодовым наименованием « Джордж » англ. George , в котором было взорвано экспериментальное устройство, представлявшее собой ядерный заряд в виде тора с небольшим количеством жидкого водорода, помещённым в центре.
Основная часть мощности взрыва была получена именно за счёт водородного синтеза, что подтвердило на практике общую концепцию двухступенчатых устройств.
О сложности проведения реакции Человечество относительно легко освоило деление 235U: никакой сложности тут нет — поскольку нейтроны не обладают зарядом, они могут буквально «проползать» сквозь ядро даже с очень маленькой скоростью. В большинстве реакторов деления и используются как раз такие, тепловые нейтроны — у которых скорость движения сравнима со скоростью теплового движения атомов. А вот при реакции синтеза — у нас есть 2 ядра имеющие заряд, и они отталкиваются друг от друга. Для того, чтобы сблизить их на нужное для реакции расстояние — нужно, чтобы они двигались с достаточной скоростью. Скорости такой можно либо достичь в ускорителе когда все атомы в результате двигаются с одной оптимальной скоростью , или нагреванием когда атомы летают как попало в случайных направлениях и случайной скоростью. Но как вы понимаете, взять и нагреть что-то до ста миллионов градусов и оставить реагировать не выйдет — любые нагретые предметы излучают свет, и таким образом быстро остывают.
Плазма нагретая до сотни миллионов градусов — светит в рентгеновском диапазоне, и что самое печальное — она прозрачна для него. Впрочем, из-за того, что в термоядерном реакторе газа очень мало например в ITER — всего пол грамма , все получается не так плохо: чтобы нагреть 0. Есть еще критерий Лоусона , показывающий, будет ли реакция давать больше энергии, чем тратится. Помимо температуры важна еще плотность само собой выше плотность плазмы — быстрее реакция идет и время удержания плазмы чтобы успело прореагировать. Соответственно, системы могут быть импульсные Z-Machine, NIF, термоядерный заряд — короткое время реакции, высокая температура и плотность и постоянные токамак — низкая плотность и температура, длительное время реакции. Посмотрим теперь, какие подходы есть к реализации термоядерного реактора. Конструкции Звезда — естественный термоядерный реактор.
Горячая плазма под высоким давлением удерживается гравитацией, а все излучаемое рентгеновское излучение — за счет огромной плотности и размеров поглощается. Таким образом ядро не остывает даже при относительно маленьких скоростях реакции. Из-за этого в ядре сгорает не только водород и дейтерий, но и гораздо более тяжелые элементы. К сожалению, на земле такую конструкцию реализовать затруднительно. Термоядерная водородная бомба — также достаточно проста по конструкции. С помощью 2-х типов взрывчатки «медленной» и «быстрой» и двух детонаторов формируется сферическая ударная волна, которая переводит плутоний в альфа-фазу меньшего размера, в которой возможна цепная реакция деления. По желанию можно добавить внешний импульсный нейтронный инициатор о нем ниже — в момент наибольшего сжатия он выдаст кучу нейтронов, которые должны дать резкий старт реакции.
Они начинают реагировать друг с другом — и удерживает их от разлетания сила инерции относительно тяжелого корпуса заряда из урана. Помимо этого, урановый корпус непрозрачен для рентгеновского излучения — соответственно потери тепла меньше. Вся реакция заканчивается за 1 микросекунду — и корпус только-только начинает разлетаться в разные стороны. Это была так называемая «бустерная схема» ядерного заряда, где вклад термоядерной реакции невелик, и лишь позволяет немного поднять мощность «задешево» плутоний — страшно дорогой, а литий — в сравнении с ним дешев как грязь. Тритий напрямую не используют поскольку он радиоактивный и соответственно долго не хранится. А литий-6 стабилен, и ядерный заряд всегда готов к бою. Можно использовать и литий-7 — он не только дает тритий, но и еще один лишний нейтрон.
В самолете заменили все электрические разъемы, крылья и фюзеляж покрыли светоотражающей краской. Для обеспечения безопасности самолета-носителя московские конструкторы парашютно-десантной техники разработали специальную систему из шести парашютов площадь самого большого равнялась 1,6 тысячи квадратных метров. Они выбрасывались из хвостовой части корпуса бомбы один за другим и замедляли снижение бомбы, так что самолет успевал к моменту взрыва отойти на безопасное расстояние. Ту-95-202 сначала использовался как учебный на аэродроме в городе Энгельсе, а затем был списан за ненадобностью. Однако в 1961 году, с началом нового витка «холодной войны», испытания «супербомбы» вновь стали актуальными. После принятия постановления Правительства СССР о возобновлении испытаний ядерного заряда в июле 1961 года началась авральная работа в КБ-11 ныне Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, РФЯЦ-ВНИИЭФ , которому в 1960 году была поручена дальнейшая разработка супербомбы, где ей было присвоено обозначение «изделие 602». В конструкции самой супербомбы и ее заряда было применено большое число серьезных новшеств. Первоначально мощность заряда составляла 100 мегатонн тротилового эквивалента. По инициативе Андрея Сахарова мощность заряда была снижена вдвое.
Самолет-носитель из списанных возвратили в строй. На нем срочно заменили все разъемы в системе электроавтоматики сброса, сняли створки грузоотсека, так как реальная бомба по габаритам и массе оказалась несколько больше макета длина бомбы — 8,5 метра, ее масса — 24 тонны, парашютной системы — 800 килограмм. Особое внимание было уделено специальной подготовке экипажа самолета-носителя. Никто не мог дать летчикам гарантию благополучного возвращения после сброса бомбы. Специалисты опасались, что после взрыва может возникнуть неконтролируемая термоядерная реакция в атмосфере. Руководила испытаниями Государственная комиссия. Следом взлетел самолет-лаборатория Ту-16 для записи явлений взрыва и полетел ведомым за самолетом-носителем. Весь ход полета и сам взрыв снимались с борта Ту-95В, с сопровождавшего Ту-16 и с различных точек на Земле. Фото: www.
Огненный шар при взрыве превысил радиус четыре километра, достичь поверхности земли ему помешала мощная отраженная ударная волна, отбросившая огненный шар от земли. Огромное облако, образовавшееся в результате взрыва, достигло высоты 67 километров, а диаметр купола из раскаленных продуктов — 20 километров. Взрыв был такой силы, что сейсмическая волна в земной коре, порожденная ударной волной, три раза обошла вокруг Земли. Вспышка была видна на расстоянии более 1000 километров. В брошенном поселке, расположенном на расстоянии 400 километров от эпицентра, были вырваны деревья, выбиты стекла и снесены крыши домов. Ударной волной самолет-носитель, который к тому времени находился на расстоянии 45 километров от точки сброса, скинуло до высоты 8000 метров, и в течение некоторого времени после взрыва Ту-95В был неуправляем. Экипаж получил некоторую дозу радиации. За счет ионизации, на 40 мин была потеряна связь с Ту-95В и Ту-16. Что случилось с самолетами и экипажами, все это время никто не знал.
Через какое-то время оба самолета вернулись на базу, на фюзеляже Ту-95В виднелись подпалы. Фото: defence. Участники испытаний прибыли в точку, над которой произошел термоядерный взрыв, уже через два часа; уровень радиации в этом месте большой опасности не представлял. В этом сказались конструктивные особенности советской бомбы, а также то, что взрыв произошел на достаточно большом удалении от поверхности. По итогам самолетных и наземных измерений энерговыделение взрыва было оценено в 50 мегатонн тротилового эквивалента, что совпало с ожидаемым по расчетам значением. Испытание 30 октября 1961 года показало, что разработки в области ядерного оружия могут быстро перешагнуть критический предел. Основной целью, которая ставилась и была достигнута этим испытанием, стала демонстрация возможности создания СССР неограниченных по мощности термоядерных зарядов.