Принцип работы атомной и водородной бомб. Конструкция ядерного заряда. Если сравнивать выделяемую энергию между ядерным делением и ядерном синтезе, то водородная бомба мощнее в 3 раза атомной.
Чем ядерный взрыв отличается от термоядерного?
Какое отличие атомной бомбы от водородной ввергло в ужас мировую супердержаву? Однако применение такой бомбы не сказывается на радиационном фоне, в отличие от боеприпаса с ядерной начинкой. Принцип работы атомной и водородной бомб. Конструкция ядерного заряда.
Водородная и атомная бомбы: сравнительные характеристики
это два различных типа ядерных боеприпасов, которые имеют разные. Отличие водородной бомбы от атомной: список различий, история создания. Применявшиеся для этого водородные бомбы считались сравнительно "чистыми" от радиации и были намного удобнее обычной, химической взрывчатки.
Атомная, водородная, нейтронная… Чем отличаются и как работают
Затем запускается термоядерный синтез на основе гелия и трития, что приводит к мгновенному нагреву внутри боевого заряда и мощному взрыву. Какая бомба мощнее? Мощность термоядерной бомбы может в сотни тысяч раз превышать мощность атомной бомбы. Единица измерения мощности термоядерной бомбы — мегатонна, или 1 000 000 т в тротиловом эквиваленте.
В 1945 году после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки проект начали развивать экстремально быстро, в стране одновременно строились несколько заводов и лабораторий, реакторы и производства. В 1946 году было выбрано место для создания секретного объекта, позже получившего название КБ-11. Им стал город Арзамас-16 сейчас — Саров в Нижегородской области. К весне 1947 года в секретном поселке развернулись научно-исследовательские лаборатории и конструкторские подразделения. К 1949 году ученые КБ-11 создали первую советскую атомную бомбу имплозивного типа с плутонием. РДС-1 практически повторяла конструкцию американского «Толстяка». Аббревиатура, изначально обозначавшая «реактивный двигатель специальный», быстро обрела народные названия — «реактивный двигатель Сталина» и «Россия делает сама». Взрыв РДС-1 мощностью в 22 килотонны уничтожил дома, построенные за 800 м от эпицентра, уничтожил железнодорожный мост и состав на нем. Именно к дате этих испытаний ООН позднее приурочит Международный день действий против ядерных испытаний. Важнейшим экспериментом в истории Советского атомного проекта стало испытание первой отечественной водородной бомбы РДС-6с 12 августа 1953 года. Ее считают первым в мире термоядерным взрывным устройством в виде бомбы, пригодным для военного использования на практике. Работы по созданию РДС-6с заняли три года, испытания также прошли в Семипалатинске. Бомба взорвалась с мощностью в 400 килотонн — это в 20 раз больше энерговыделения первой советской РДС-1. В РДС-6с впервые в мире использовали «сухое» термоядерное горючее — это стало технологическим прорывом для отрасли. Но уникальной эту бомбу делало не горючее, а ее компактный размер, позволяющий перевозить устройство в бомбардировщике Ту-16, в сочетании с гигантской мощностью. Американским ученым, испытывавшим в тот период термоядерные изделия размером с трехэтажный дом, было заявлено, что советская бомба полностью готова к транспортировке стратегическим бомбардировщиком на территорию врага.
Эйнштейн поставил свою подпись под письмом в 1939 г. В результате еще до начала Второй мировой войны в США было принято решение приступить к разработке атомного оружия. Первое испытание нового оружия было проведено 16 июля 1945 года в северной части штата Нью-Мексико. Меньше чем через месяц на японские города Хиросима и Нагасаки 6 и 9 августа 1945 г. Человечество вступило в новую эру — теперь оно было способно уничтожить само себя за несколько часов. Американцы впали в настоящую эйфорию от результатов тотального и молниеносного разгрома мирных городов. Догнали и перегнали В Советском Союзе тоже не сидели сложа руки. Правда, присутствовало некоторое отставание, вызванное решением более неотложных дел — шла Вторая мировая война, основное бремя которой лежало на стране Советов. Однако американцы недолго носили желтую майку лидера. Уже 29 августа 1949 года на полигоне под г. Семипалатинском был впервые испытан атомный заряд советского образца, созданный в ударные сроки русскими атомщиками под руководством академика Курчатова. Реклама И пока расстроенные «ястребы» из Пентагона пересматривали свои амбициозные планы по уничтожению «оплота мировой революции», Кремль нанес упреждающий удар — в 1953 году 12 августа были проведены испытания новой разновидности ядерного оружия. Там же, в районе г. Данное событие вызвало настоящую истерику и панику не только на Капитолийском холме, но и во всех 50 штатах «оплота мировой демократии».
После детонации наблюдается стремительное повышение температуры до 2000-3000 градусов. Для сравнения: температура в крематории составляет чуть более 1000 градусов. Облако топливовоздушной смеси обладает дисковидной формой, что позволяет направить ударную волну в стороны и, соответственно, усилить поражающий эффект. Последняя впервые была продемонстрирована осенью 2007 года, однако опыт её дальнейшего применения неизвестен. Её эффективность поражения сопоставима с ядерным оружием. Действительно, тротиловый эквивалент в 44 тонны слабым не назовёшь. Однако применение такой бомбы не сказывается на радиационном фоне, в отличие от боеприпаса с ядерной начинкой. В горах такие бомбы отличаются особой эффективностью: скальная поверхность способствуют значительному усилению ударной волны благодаря переотражениям. В теории, используя ударный беспилотник "Сириус" или С-70 "Охотник" российская армия может поразить цель в любом уголке Украины. Вероятность использования такого оружия по целям в черте города крайне низка — слишком высок шанс поражения мирного населения.
ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ
Однако есть сложность: чтобы взорвать водородную бомбу, необходимо сначала в ходе обычного ядерного взрыва получить высокую температуру — лишь тогда атомные ядра начнут реагировать. Водородная бомба и атомная бомба оба типы ядерного оружия, но одно устройства очень сильно отличаются от другого. В отличие от атомной бомбы, при взрыве которой энергия выделяется в результате деления атомного ядра, в водородной бомбе происходит термоядерная реакция, подобная той. Взрыв термоядерных или водородных бомб способен вызвать яркий шар огня с температурой, сравнимой с температурой центра Солнца. В водородной бомбе используется энергия не только от деления ядра, но и от последующего термоядерного синтеза, что значительно усиливает мощность взрыва.
Ядерный взрыв — есть ли защита от атомной бомбы?
В мирных целях энергия деления атома применяется в атомных реакторах АЭС. В военном плане применяются понятия — атомная бомба и ядерная бомба. Разница между ядерной бомбой и атомной бомбой в следующем: Атомная бомба — это бомба, в основе взрывного и разрушительного действия которой является энергия, выделяемая при распаде радиоактивных изотопов.
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. 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.
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. 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. 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. 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. 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 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. 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. В 1961 году был произведен самый мощный взрыв водородной бомбы. Утром 30 октября в 11 ч.
Советский Союз провел испытание самого мощного в истории термоядерного устройства. Даже в "половинном" варианте а максимальная мощность такой бомбы составляет 100 мегатонн энергия взрыва десятикратно превышала суммарную мощность всех взрывчатых веществ, использованных всеми воюющими сторонами за годы Второй мировой войны включая атомные бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Ударная волна от взрыва трижды обогнула земной шар, первый раз - за 36 ч. Световая вспышка была настолько яркой, что, несмотря на сплошную облачность, была видна даже с командного пункта в поселке Белушья Губа отдаленном от эпицентра взрыва почти на 200 км. Грибовидное облако выросло до высоты 67 км. К моменту взрыва, пока на огромном парашюте бомба медленно опускалась с высоты 10500 до расчетной точки подрыва, самолет-носитель Ту-95 с экипажем и его командиром майором Андреем Егоровичем Дурновцевым уже был в безопасной зоне. Командир возвращался на свой аэродром подполковником, Героем Советского Союза.
В заброшенном поселке - 400 км от эпицентра - были порушены деревянные дома, а каменные лишились крыш, окон и дверей. На многие сотни километров от полигона в результате взрыва почти на час изменились условия прохождения радиоволн, и прекратилась радиосвязь. Бомба была разработана В. Адамским, Ю. Смирновым, А. Сахаровым, Ю. Бабаевым и Ю.
Трутневым за что Сахаров был награжден третьей медалью Героя Социалистического Труда. Масса "устройства" составляла 26 тонн, для ее транспортировки и сброса использовался специально модифицированный стратегический бомбардировщик Ту-95. Сахаров, не помещалась в бомбовом отсеке самолета ее длина составляла 8 метров, а диаметр - около 2 метров , поэтому несиловую часть фюзеляжа вырезали и смонтировали специальный подъемный механизм и устройство для крепления бомбы; при этом в полете она все равно больше чем наполовину торчала наружу. Весь корпус самолета, даже лопасти его винтов, был покрыт специальной белой краской, защищающей от световой вспышки при взрыве. Такой же краской был покрыт корпус сопровождавшего самолета-лаборатории. Огненный шар разрыва достиг земли и почти достиг высоты сброса бомбы то есть, радиус огненного шара взрыва был примерно 4,5 километра. Также, ударная волна в какой-то степени сохранила разрушительную силу на расстоянии тысячи километров от эпицентра.
Политическим результатом этого испытания была демонстрация Советским Союзом владения неограниченным по мощности оружием массового уничтожения -- максимальный мегатоннаж бомбы из испытанных к тому моменту США был вчетверо меньше, чем у «Царь-бомбы». В самом деле, увеличение мощности водородной бомбы достигается простым увеличением массы рабочего материала, так что, в принципе, нет никаких факторов, препятствующих созданию 100-мегатонной или 500-мегатонной водородной бомбы. На самом деле, «Царь-бомба» была рассчитана на 100-мегатонный эквивалент; планируемую мощность взрыва урезали вдвое, по словам Хрущёва, «Чтобы не разбить все стёкла в Москве». Этим испытанием Советский Союз продемонстрировал способность создать водородную бомбу любой мощности и средства доставки бомбы к точке подрыва. В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок.
Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления, имел коэффициент умножения до 30 раз меньший по сравнению с современными устройствами по схеме Теллер — Улам. Расчёты показали, что разлёт не прореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.
После проведения США испытания « Иви Майк » в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Харитоном ещё в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий. В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный деление и вторичный синтез заряды в отдельных объёмах, повторив таким образом схему Теллера — Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Франк-Каменецким , Трутневым , Сахаровым и Зельдовичем в 1953 году. А именно, был выполнен «Проект 49», предполагающий использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом, то есть была разработана идея радиационной имплозии. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов. Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 58 мегатонн «мощного» изделия [12] , доставленная бомбардировщиком Ту-95.
Однако такой вариант отвергли, так как он бы привёл к сильнейшему загрязнению полигона осколками деления, и урановая оболочка была заменена на свинцовую [8]. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле. Великобритания[ править править код ] В Великобритании разработки термоядерного оружия были начаты в 1954 году в Олдермастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Манхэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термоядерной проблеме находилась на зачаточном уровне, так как Соединённые Штаты не делились информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946 года. Тем не менее британцам разрешали вести наблюдения, и они использовали самолёт для отбора проб в ходе проведения американцами ядерных испытаний , что давало информацию о продуктах ядерных реакций, получавшихся во вторичной стадии лучевой имплозии. Из-за этих трудностей в 1955 британский премьер-министр Энтони Иден согласился с секретным планом, предусматривавшим разработку очень мощной атомной бомбы в случае неудачи Олдермастонского проекта или больших задержек в его реализации. В 1957 году Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом океане под общим наименованием «Operation Grapple» Операция Схватка.
Первым под наименованием «Short Granite» Хрупкий Гранит было испытано опытное термоядерное устройство мощностью около 300 килотонн, оказавшееся значительно слабее советских и американских аналогов. Тем не менее, британское правительство объявило об успешном испытании термоядерного устройства.
А другие изотопы называемые радиоактивными крайне нестабильны и склонны к распаду — когда изначально тяжелые ядра вещества теряют свои частицы, испуская их в окружающее пространство с выделением энергии. При этом излучение ядер может быть трех типов: альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Последние — самые опасные, так как они способны выбивать электроны из атомов живых клеток, что приводит к их гибели лучевая болезнь.
Важным свойством ядер изотопов является их способность к расщеплению под воздействием потоков нейтронов. При этом процессе выделяется энергия, а также новые нейтроны, которые действуют на соседние атомы, которые опять-таки распадаются, выделяя энергию и новые нейтроны. Этот процесс лавинообразно нарастает и называется цепной реакцией. Так и работает атомная бомба, выделяя в процессе расщепления ядер чудовищную энергию и смертельное излучение. Почему же в природе не происходит цепной реакции?
Дело в том, что для этого требуется, чтобы масса вещества превысила некую критическую величину — критическую массу. Если масса вещества меньше критической массы, то испускаемых им нейтронов будет не хватать для запуска цепного процесса. Теперь рассмотрим конструкцию атомной бомбы в самом простом варианте. В корпус боеприпаса помещается две части изотопа например, уран-235 , разделенные друг с другом — так, чтобы каждая из частей имела докритическую массу, но в сумме масса превышала критическую. За одной такой частью располагается обычный тротиловый заряд.
Тротиловый заряд подрывается, и одна часть урана с огромной силой соединяется с другой, образуя уже критическую массу. Далее следует цепная реакция с огромным выделением энергии и сопутствующими ей поражающими факторами, уничтожающими всё вокруг на многие километры. Почему нельзя соединить оба куска просто так, без тротилового заряда? Дело в том, что в этом случае при медленном соединении обеих частей вещества вся энергия, выделенная при обмене нейтронами, будет уходить в нагрев. Чем ближе друг к другу будут обе части, тем больше будут они нагреваться и в конце концов расплавятся сами и расплавят всю конструкцию бомбы.
Нам же необходимо получить взрывной рост плотности энергии.