Как советские физики делали водородную бомбу, какие плюсы и минусы несло в себе это страшное оружие, читайте в рубрике «История науки».
Как сделать атомную бомбу
При инерциальном способе удержания дейтерий-тритиевую плазму надо очень сильно сжать, чтобы за короткое время удержания успело произойти необходимое количество реакций синтеза. В последнем эксперименте Ливерморской лаборатории произошло около 1018 реакций синтеза. Lawrence Livermore National Laboratory Как меряют энергию на выходе? Энергия, как я говорил, содержится в альфа-частицах и нейтронах. Нейтроны тормозятся в веществе значительно слабее заряженных альфа-частиц. Они все покидают мишень.
Поэтому по измерению числа нейтронов определяется число произошедших реакций синтеза и, следовательно, выделившаяся в этих реакциях энергия. Энергия, выделившаяся в американском эксперименте, 3 МДж, действительно превзошла энергию лазерных пучков 2МДж. Но для генерации этих пучков потребовалось в сто раз больше энергии. То есть до получения действительно положительного выхода реакции еще далеко? Да, это так.
Пока система накачки этого неодимового лазера неэффективна. Но ученые знают, что надо делать, и они работают в этом направлении. Нужно накачивать лазер — создавать инверсную населенность — с помощью излучения полупроводниковых диодов. Диодная накачка позволит повысить КПД лазера в в десятки раз. Каковы перспективы извлечения мирной энергии в этой схеме и в ИТЭРе?
Вообще говоря, то, что сейчас американцы сделали, к реальной энергетике пока имеет не очень большое отношение. Для энергетического использования надо будет решить много технических проблем, в том числе тех, о которых мы говорили — диодная накачка, утилизация выделяющейся энергии и другие. А вот то, что они продемонстрировали в рентгеновской схеме сжатие мишени и зажигание реакции — это действительно выдающийся фундаментальный результат, который имеет очень серьезные, в первую очередь, военные приложения, особенно учитывая мораторий на испытания ядерных зарядов. Об этом открытии действительно многие СМИ написали в военном контексте, да и сама Ливерморская лаборатории принадлежит Министерству энергетики США, то есть по сути военным... В американской прессе мы действительно можем увидеть высказывания ряда известных людей в этой области, которые говорят, что главный результат это не энергетический, в смысле энергетики будущего, а прикладной — для исследования рентгеновского сжатия вещества и поджига термоядерной реакции.
Речь идет о том, что в этих экспериментах можно моделировать ряд процессов, которые происходят в реальных взрывных устройствах. А разве процессы слияния ядер водорода не просчитаны еще 70 лет назад Сахаровым и коллегами? Важное значение имеет масштаб того устройства, которое мы обсуждаем. Если есть большое устройство, то там одна иерархия процессов, в том числе рентгеновских. Если размеры меньше, что всех как раз интересует, это другая иерархия процессов.
Его задача — обжать внутреннюю часть бомбы, где хранится термоядерное горючее, чтобы создать давление и высокую температуру, и послужить источником нейтронов для получения трития. Эта внутренняя камера имеет в сердцевине еще один кусочек плутония, который начинает сжимать его изнутри наружу. Зажатый между двумя атомными зарядами, как кусок железа между молотом и наковальней, горючее начинает термоядерную реакцию.
A - бомба до взрыва; B - подрывается плутониевый заряд; C - жесткое рентгеновское излучение проникает внутрь второй ступени дейтерида лития ; D - стрежень из плутония в самом центре второй ступени также начинает расщепляться; E - начинается термоядерная реакция. Такой пирог можно покрывать новыми слоями, которые будут обжимать внутренности всё сильнее и сильнее, обеспечивая продолжение реакции внутри бомбы. Так что теоретически можно создать термоядерную бомбу с какой-угодно мощностью — здесь нет «потолка».
Доля атомного заряда в итоговой мощности невелика, ведь он служит только для активации процесса. Но сколько же термоядерного горючего закладывается в бомбу? Столько же энергии выделится, если перевести в энергию … 2,65 кг вещества.
Это и есть тот самый дефект массы, который превратился в энергию взрыва. Если пересчитать это значение на водород, то получится, что при взрыве Царь-бомбы 372,2 кг водорода превратилось в 369,5 кг гелия. При этом учтите, что не весь дейтерид прореагировал, то есть горючего закладывали больше.
К счастью, человек создает не только оружие, но и энергетику на основе термоядерной реакции. Для неё уже не подойдет дейтерид лития, так как в реактор будут добавлять «реагенты» постепенно, чтобы удержать реакцию под контролем — ведь нам нужно медленное горение, а не взрыв. В качестве горючего будет использоваться чистый тритий, который получают в специальных реакторах, где облучают изотоп лития.
Выход его небольшой: всего лишь несколько килограммов в год, в то время как для запуска термоядерного реактора понадобятся уже сотни «кэгэ».
Если таких бомб сделать достаточно много и разом взорвать даже на своей территории, полагал учёный, то кобальт рассеется по всей планете с потоками воздуха… и вот тогда точно конец! Одна из особенностей ядерных зарядов пушечного типа — непредсказуемые колебания мощности взрыва в пределах 2—2. Она зависит от того, на каком именно этапе вхождения плутониевого стержня в цилиндр вспыхивала цепная реакция фото: National Nuclear Security Administration, 1953 Фантастов идея вдохновила. Однако военные и политики отнеслись к идее без особого энтузиазма. В реальности «грязные» бомбы действительно разрабатывались, по крайней мере в СССР, но никогда не принимались на вооружение и не производились. Даже испытания проводились только имитационные — с использованием нерадиоактивных изотопов. В результате испытаний от идеи быстро отказались. Вопреки прогнозам, загрязнённая площадь была невелика — как средство массового поражения кобальтовый заряд уступал по эффективности даже многим химическим боеприпасам.
Предсказать точное расположение, размер и форму смертоносного пятна оказалось невозможно. Калифорниевая бомба Калифорний часто называют самым дорогим веществом в мире. Это не совсем так, но среди изотопов, которые производят промышленно, он чемпион Фантасты уже много лет обдумывают идеи ядерной взрывчатки на основе экзотических веществ. Во вселенной Великорасы Александра Зорича, например, применяются сверхмощные калифорниевые боеприпасы. Почему калифорниевые? Вероятно, автор заглянул в справочник и узнал, что данный металл обладает критической массой впятеро меньшей, чем у плутония… Но из этого же не следует, что взрыв калифорниевой бомбы будет впятеро сильнее при том же весе! Напротив, безопасный — подкритический — шаровой заряд из калифорния окажется не только в 3000 раз дороже и в 30 раз радиоактивнее, но и впятеро слабее плутониевого. Но, может быть, использование синтетических изотопов с минимальной критической массой позволит создать миниатюрное взрывное устройство? Теоретически это возможно, но зачем военным безумно дорогая, зато слабенькая атомная бомба, умещающаяся в кейс, знают только фантасты.
Советский «ядерный ранец» РЯ-6 мощностью в одну килотонну с зарядом на основе плутония весил всего 25 кг, и военные не считали, что им нужно что-то ещё легче. Нейтронная бомба: миф и реальность Противоположностью «грязной» кобальтовой бомбе можно считать нейтронную: она не заражает территорию, поражает только живую силу и оставляет невредимыми материальные ценности. Во всяком случае, такого мнения придерживалась как американская, так и советская пресса в 70—80-х годах. Последняя также утверждала, что нейтронные боеприпасы есть только у США, прозрачно намекая на тягу вероятного противника к чужим материальным ценностям. Приближая источник радиации к бериллиевой мишени, нейтроны можно испускать направленно. На марсоходе Curiosity установлена нейтронная пушка российского производства. Поговаривают, что мощность этого устройства слишком высока для исследовательских целей фото: NASA Как и в случае кобальтовой бомбы, все утверждения о свойствах нейтронных боеприпасов оказались вымыслом. Устройство представляло собой обычный шаровой заряд, в котором слои алюминия и урана заменены слоем бериллия. Такое решение снижало КПД, зато бериллий, поглощая ядра гелия, появляющиеся в результате распада плутония, испускал нейтроны — слишком быстрые, чтобы поддерживать цепную реакцию, но не обладающие достаточной энергией для раскалывания ядер.
Как следствие, взрыв формально термоядерный! Нейтронные боевые части планировалось устанавливать на противоракеты для уничтожения советских боеголовок. Перехват осуществлялся на орбите, но в вакууме ударная волна не образуется, а рентгеновское и световое излучение позволяло поразить цель на дистанции не более километра от подрыва заряда. Предполагалось, что использование нейтронных боеприпасов позволит увеличить радиус поражения в полтора раза. К тому же боеприпасы такого типа можно без опаски применять над собственной территорией: рентгеновского излучения там кот наплакал, а нейтроны теряют «убойную силу» в атмосфере из-за сопротивления азота. После появления современных противоракет, позволяющих перехватывать боеголовки на минимальной высоте и едва ли не прямым попаданием! Откуда взялся миф про «сохранение материальных ценностей» — тайна. Если подорвать нейтронный заряд вблизи от поверхности, действительно возникнет узкая — метров триста шириной — зона, в которой уровень радиации всё ещё будет смертельным, а каменные здания уже устоят, хотя и будут объяты пламенем. Но никакой практической ценности эта особенность не имеет.
Применение ядерных зарядов в мирных целях, несомненно, возобновится, когда этого позволит политическая ситуация.
Поэтому было решено создать бомбу, взрыв которой происходил бы за счет синтеза легких ядер, а не деления тяжелых, как в атомной бомбе. Весной 1950 года начались работы над созданием бомбы, получившей в дальнейшем название РДС-6с. В числе ее разработчиков оказался и будущий лауреат Нобелевской премии мира Андрей Сахаров, предложивший идею конструкции заряда еще в 1948 году, но позднее выступавший против ядерных испытаний. Впоследствии, правда, дейтерий предложили заменить на дейтерид лития — это значительно упростило конструкцию заряда и его эксплуатацию. Дополнительным преимуществом было то, что из лития после бомбардировки нейтронами получается еще один изотоп водорода — тритий. Вступая в реакцию с дейтерием, тритий выделяет гораздо больше энергии. К тому же литий еще и замедляет нейтроны лучше.
Такая структура бомбы и подарила ей прозвище «Слойка».
Ученые придумали, из чего можно было бы создать бомбу мощнее водородной
Атомные бомбы середины прошлого века, сконструированные в основном по модели «Толстяк» (инициирующий тротиловый заряд приводит к схлопыванию контура, образованного дольками из оружейного плутония), а тем более первая бомба модели «Малыш» были оружием массового. Водородная бомба типа Super получила индекс РДС-6т, а водородная бомба слоеной конфигурации — индекс РДС-6с. В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. ВОДОРОДНАЯ БОМБА — оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Водородную бомбу можно собрать таким образом, что выгорание каждого из трёх компонентов — плутония, дейтрида лития и обеднённого урана — превысит 90%.
2. Чем отличаются атомная, ядерная и термоядерная бомбы?
- Формула ядерной бомбы. Водородная бомба
- ВОДОРОДНАЯ БОМБА | это... Что такое ВОДОРОДНАЯ БОМБА?
- 2. Чем отличаются атомная, ядерная и термоядерная бомбы?
- ГЛАВА 24 „Чистая" водородная бомба
- Принцип водородной бомбы
- Калужские милиционеры изъяли купальники с символикой сочинской олимпиады
Самая охраняемая тайна
Было ядерное оружие и у СССР. Конечно, в распоряжении нашей страны оно появилось чуть позже, но появилось. Сброс изделия массой 26 500 килограммов был произведён со стратегического бомбардировщика Ту-95В. Измеренная мощность взрыва составила 58,6 мегатонны в тротиловом эквиваленте, что является абсолютным рекордом для всех когда-либо испытанных ядерных боеприпасов. Скриншот из рассекреченного видео Росатома Рекорд официально зарегистрирован в книге рекордов Гиннеса. Для сравнения, мощность бомб, сброшенных американцами в 1945 году на японские города Хиросима и Нагасаки, составила "всего" 18 и 21 килотонну в тротиловом эквиваленте.
Испытанная бомба получила неофициальное название "Царь-бомба". Она же "Кузькина мать". Применение этой бомбы никогда не планировалось. Это при том, что испытанное изделие имело половинную мощность, хотя у СССР уже в 1959 году была в наличии бомба полной мощности — А620ЭН 101,5 мегатонн. Испытания боеприпаса преследовало далеко идущие цели.
В этом случае первое лицо государства, президент, отдаёт личный приказ по его запуску. Помимо этого, есть тактическое ядерное оружие, которое не подготовлено к непосредственному применению. Оно хранится в «законсервированном» состоянии в военных частях. Есть ли срок годности у ядерного оружия? В составе ядерных бомб используется нестабильное радиоактивное вещество, в котором происходит процесс естественного распада. Но счёт идёт не на года, а на десятки тысяч лет. Что это значит?
Это значит, что лишь через это время активного вещества в бомбе станет в два раза меньше. То есть на горизонте сотен лет ядерная бомба остаётся опасной. Однако помимо этого в бомбе есть дополнительные элементы, у каждого из которых — свой срок годности. Эти элементы тоже устаревают. Например, самая обычная взрывчатка может отсыреть, электроника — прийти в негодность. Поэтому срок годности каждой конкретной бомбы зависит от её конструкции. Может ли атомная бомба взорваться сама?
Крайне маловероятно. Будет просто маленький «пшик». Несколько бомбардировщиков с атомными бомбами на борту постоянно находились в воздухе и готовы были в любой момент нанести удар по СССР. Во время этой операции произошло несколько аварий. Один раз у них из люка выпала атомная бомба, и её осколки упали на испанский посёлок Паломарес. Был пожар, но, к счастью, взрыва не произошло, и никто из жителей не пострадал. Также бомба падала в море, и её вытаскивали с привлечением водолазов.
Каждый из этих случаев, несмотря на другие негативные последствия, не привёл к активации ядерной бомбы. Можно ли купить ядерное оружие? Приобрести или произвести ядерное оружие, скорее, нельзя — это сложно, дорого и незаконно. В 1968 году большинство существующих на тот момент стран подписали Договор о нераспространении ядерного оружия. Он ограничивает производство и продажу такого вооружения. Однако сейчас некоторые страны подозреваются в его нарушении. Например, поступали сообщения о том, что Иран хочет войти в клуб ядерных держав.
Якобы на его территории идёт разработка атомной бомбы.
Они получаются тут же, на месте, из протона, электрона и небольшого количества энергии. Но откуда получается энергия, если процесс требует нагрева, а в итоге просто образуется новое вещество? Ведь вы затратите на нагрев гораздо больше, разве не так? Так, да не так. Вся прелесть термоядерной реакции заключается в том, что вы получаете больше энергии, чем затрачиваете на неё. Всё дело в том, что нейтроны и протоны при соединении в ядре становятся немного легче. Это явление называется «дефект массы».
Вот эта масса и превращается в энергию согласно знаменитого уравнения Эйнштейна. В земных условиях воссоздать этот процесс полностью не получится. Причина этого кроется в том, что на звездах превращение водорода в гелий происходит в несколько стадий. Сначала получаются нейтроны, а уже затем они вместе с протонами соединяются в ядро гелия. Сами протоны очень маленькие, и ждать, пока они «найдут» друг друга, придется очень долго. Вот почему звезды существуют на протяжении миллионов и миллиардов лет — чтобы столкнулись все протоны, должно пройти очень много времени. Чтобы обойти это, ученые решили начать процесс на полпути, то есть с того момента, когда нейтроны уже созданы — такие ядра несколько больше, и вероятность их столкновения повышается. В обычном водороде, который есть у нас на Земле, на каждые 7-8 тысяч атомов «обычного» вещества попадается «необычный»: у него, помимо протона, есть еще и нейтрон.
Такой изотоп водорода назвали «дейтерий».
По количеству, может, американцы нас и опережали. Но мы одной бомбой могли поразить гораздо большую площадь.
Ничего подобного у них не было», — подчеркнул Леонков. По мнению руководителя Центра военно-политических исследований Института США и Канады РАН Владимира Батюка, американцы вплоть до 1950-х годов относились к достижениям советской науки с изрядным скептицизмом. Было принято списывать всё на «атомный шпионаж».
Более того, не стало сенсацией и испытание водородной, хотя здесь Советский Союз явно опередил Америку. Подозреваю, что имело место всё то же восприятие, связанное с разговорами об атомном шпионаже: мол, русские что-то украли и доработали», — отметил Батюк в беседе с RT. Эксперт считает, что по-настоящему шокированы достижениями советской науки и военной техники американцы были несколькими годами позже.
В 1957 году стало ясно, что советские учёные действительно ушли в отрыв, и не считаться с советской наукой невозможно. И гораздо больше, чем первое испытание советского водородного заряда, американское общество и элиту взволновало испытание в 1961 году на Новой Земле «Царь-бомбы» , ставшей самым мощным оружием в истории человечества. Мощность взрыва оценивалась в 58 Мт», — подчеркнул Владимир Батюк.
Испытания водородного оружия повлияли не только на обороноспособность СССР и советско-американские отношения, но и на жизнь его создателя — Андрея Сахарова. Молодому физику на момент испытаний ему было всего 32 года. В 1953 году Сахаров был удостоен Сталинской премии, а в начале 1954-го — первой звезды Героя Социалистического Труда.
Всего таких наград у учёного было три. Однако на рубеже 1950—1960-х годов он начал переосмысливать свою деятельность, и в 1961 году у него начались серьёзные противоречия с Никитой Хрущёвым , так как учёный выступил против продолжения атомных испытаний. К работе над ядерным арсеналом Москвы отец водородной бомбы, по сути, больше не возвращался.
Ошибка в тексте?
Как сделать атомную бомбу
В 1945—1946 годах Фукс участвовал в теоретических работах по разработке водородной бомбы, в анализе результатов применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, в разработке программы исследований со взрывами атомных бомб на атолле Бикини. Непосредственная работа по изготовлению первой водородной бомбы началась в 1950 году. Идея использовать термоядерную реакцию для бомбы появилась вместе с работами Ганса Бете об источнике энергии в звездах, в начале 30-х.
Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения
СССР начал разрабатывать термоядерную бомбу позднее — первая схема была предложена советскими разработчиками лишь в 1949 году. Водородные бомбы, также известные как термоядерные бомбы, намного мощнее атомных бомб и основаны на другом типе ядерной реакции, называемой синтезом. В водородной бомбе используется уран-238, который под действием быстрых нейтронов распадается и даёт радиоактивные осколки.
Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва.
Ее мощность зависит от размера самой бомбы и той высоты, на которой произошла детонация заряда. Тепловой эффект Водородная бомба всего в 20 мегатонн размеры самой большой испытанной на данный момент бомбы — 58 мегатонн создает огромное количество тепловой энергии: бетон плавился в радиусе пяти километров от места испытания снаряда. В девятикилометровом радиусе будет уничтожено все живое, не устоят ни техника, ни постройки. Диаметр воронки, образованной взрывом, превысит два километра, а глубина ее будет колебаться около пятидесяти метров. Огненный шар Самым зрелищным после взрыва покажется наблюдателям огромный огненный шар: пылающие бури, инициированные детонацией водородной бомбы, будут поддерживать себя сами, вовлекая в воронку все больше и больше горючего материала. Радиационное заражение Но самым опасным последствием взрыва станет, конечно же, радиационное заражение. Распад тяжелых элементов в бушующем огненном вихре наполнит атмосферу мельчайшими частицами радиоактивной пыли — она настолько легка, что попадая в атмосферу, может обогнуть земной шар два-три раза и только потом выпадет в виде осадков.
Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах в том числе и на Солнце. Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ проекта А. Сахарова было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.
Термоядерная реакция Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры порядка 15 млн градусов Кельвина. При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии. Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т.
Самой мощной водородной бомбой стала царь-бомба, которая была испытана нашей страной во времена Советского Союза в 1961 году. Взрыв этой бомбы поразил всех экспертов в мире. Ее мощность составила 50 миллионов тонн в тротиловом эквиваленте. То есть фактически мощность водородной бомбы была в 111 раз больше самой мощной в мире атомной бомбы. Слева — грибовидное облако водородной бомбы, а справа — грибовидное облако атомной бомбы Почему же если потенциальная энергия ядерного деления урана-235 и ядерного синтеза дейтерид лития-6 отличается всего в 3 раза на деле разница при взрыве оказывается колоссальной? Все дело в различной критической массе ядерного топлива , а также в различии процессов высвобождения энергии. В ядерной бомбе процесс начинается после детонации заряда, расположенного внутри атомной бомбы, в которой находится уран или плутоний. После мини-взрыва, который приводит к детонации, изотопы начинают распадаться, захватывая нейтроны. Начинается цепной процесс деления атомных ядер. После разрушения структуры атомов происходит ядерное возбуждение энергии с момента, когда ядерный заряд достигнет критической отметки. Это и приводит к ядерному взрыву. Водородная бомба основана на совершенно ином процессе высвобождения энергии. Для начала в водородной бомбе начинается процесс расщепления тяжелых ядер дейтерида лития-6, который распадается на тритий и гелий. И только потом происходит процесс термоядерного синтеза, что приводит к резкому нагреву боевого заряда с последующим мощнейшим взрывом.
Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха - туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги. Однако самое опасное хотя и вторичное последствие взрыва - это радиоактивное заражение окружающей среды. Слайд 11 Описание слайда: Самая мощная водородная бомба В 1961 году был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы. Утром 30 октября в 11ч. Над Новой Землёй в районе Губы Митюши на высоте 4000м над поверхностью суши была взорвана водородная бомба мощностью в 50 млн. Слайд 12 Описание слайда: Самая мощная водородная бомба Бомба была разработана В. Адамским, Ю. Смирновым, А. Сахаровым, Ю. Бабаевым и Ю. Трутнёвым Сахаров был награждён третью медалью героя Социалистического труда.