Принцип действия водородной бомбы. Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов. Популярная лекция о том, как устроено термоядерное оружие и о том какова роль математиков в его создании. Водородные бомбы, считающиеся ядерным оружием, работают с использованием комбинации ядерного деления и термоядерного синтеза. Что такое водородная бомба, как она устроена, принцип действия термоядерного заряда и когда проведены первые испытания в СССР — написано ниже.
Как устроена водородная бомба
Эта концепция позволила в 1955 году добиться мощности взрыва в 1,6 мегатонн, открыв безграничные просторы для наращивания силы заряды. Через 6 лет была взорвана «Царь-бомба», которая остается самым мощным оружием, испытанным человечеством. Принцип действия водородной бомбы Основой термоядерного взрыва является энергия, которая выделяется при реакции термоядерного синтеза легких ядер. Подобные реакции происходят на солнце и других небесных светилах. Критические температуры и колоссальное давление приводят к столкновению ядер водорода, при котором образуются тяжелые ядра гелия. Некоторая часть массы ядра водорода переходит в энергию. Подобные реакции и провоцируют постоянное выделение энергии у звезд. Ученые положили в основу такой реакции изотопы водорода, что и дало название будущей бомбе. Именно на дейтерий и тритий положились основные задачи термоядерной реакции.
Чуть позже основой водородной бомбы стало соединение дейтерия и изотопа лития, которое получило название дейтерид лития-6. Этот элемент стал термоядерным горючим, имея в своем составе главные ингредиенты требуемой реакции. Изотоп лития служит исходным материалом для получения трития, вследствие воздействия высокой температуры и давления. Оболочка несущего контейнера состоит из пластика и урана-238. В ее пределах располагается ядерный заряд — катализатор реакции водородной бомбы. Во время взрыва этого заряда возникает громадное рентгеновское излучение, которое превращает оболочку в плазму. Происходит сжатие, измеримое в тысячном эквиваленте, которое и создает необходимые первичные условия для начала термоядерной реакции.
Померанчуком - рассмотреть вопрос о возможности освобождения энергии легких элементов. Докладчиком был Я.
Фукса с советским разведчиком А. Теллера и Э. Однако А. Арзамас-16 Саров. В этом постановлении, помимо конкретных мероприятий, предусматривалась командировка Я. Зельдовича для работы в КБ-11. Фукса с А. Среди переданных К. Фуксом материалов были новые теоретические сведения, относящиеся к сверхбомбе.
Фукса в адрес И. Сталина, В. Молотова, Л. Политическое руководство страны отнеслось к ним с большим вниманием, и уже 23 апреля Л. Берия поручил Б. Курчатову и Ю. Заключение и предложения главных специалистов были готовы 5 мая 1948 года. Предложения Б. Ванникова, И.
Курчатова и Ю. В постановлении, в частности, ставилась задача проверить возможность создания водородной бомбы, которой был присвоен индекс РДС-6. Берии материалы К. Фукса направляются в КБ-11 Ю. Харитону для использования в работе.
В ней наблюдаются эффекты столкновения частиц, квантовые эффекты и т. Все это есть в плазме. Для физика плазма — рай или кошмар, в зависимости от того, как на это смотреть. Предсказание и управление поведением плазмы при высоких энергиях — сложная задача даже при использовании самых быстрых суперкомпьютеров.
Магнитный и инерционный синтез Температура в миллион градусов создает астрономически высокое давление. Без механизмов его ограничения нагретое топливо будет взрывным образом расширяться и быстро потеряет плотность, необходимую для протекания значительного числа реакций. Попытка решить эту проблему привела к двум очень различающимся стратегиям. Первая стратегия — удержать горячую плазму в «магнитной бутылке», то есть использовать магнитные поля для противодействия её огромной силе расширения. Сегодня на сцене доминирует проект гигантского Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР , который сейчас строится в Кадараше, Франция. На мой взгляд, ИТЭР ценен прежде всего как платформа для исследований плазмы, разработки технологий и как средство поддержки экосистемы ученых и инженеров, работающих в соответствующих областях. Однако с точки зрения практической реализации термоядерного синтеза в качестве коммерческого источника энергии ИТЭР выглядит тупиком. Модель реакторной камеры ИТЭР Намного более перспективными являются устройства гораздо меньшего размера, использующие сильно неравновесные импульсные режимы, такие как фокусированная плотная плазма DPF. DPF использует процессы самоорганизации в плазме для достижения чрезвычайно высокой плотности энергии.
Второй основной подход, на котором я сосредоточусь в этой статье, называется термоядерным синтезом с инерционным удержанием ICF. В ICF мы не пытаемся ограничить расширение плазмы; но перед началом процесса мы сжимаем топливо до такой высокой плотности, что большое количество реакций происходит уже в первые моменты, до того как оно успевает расшириться. В этот крошечный промежуток времени энергия, выделяемая каждой реакцией, нагревает смесь еще больше; процесс горения становится самоподдерживающимся — достигается воспламенение. Получается миниатюрный термоядерный взрыв. Будущий реактор ICF будет работать в импульсном режиме, при этом крошечные топливные таблетки одна за другой сбрасываются во взрывную камеру и зажигаются лазерными импульсами. Взрывная камера NIF слева. Лазерный отсек NIF, генерирующий 192 луча Излишне говорить, что базовая физика ICF была разработана в контексте разработки ядерного оружия и до сих пор существенно пересекается с областью секретных военных исследований. Можно было бы много сказать о политике магнитного и инерционного синтеза, но это не моя тема здесь. ОтSuper-бомбы к радиационному взрыву Пока что единственной доступной технологией генерирования большого количества избыточной энергии с помощью реакций ядерного синтеза является водородная бомба, также известная как термоядерная бомба.
Только высвобождается она не в ходе примитивной химической реакции, а в сложных ядерных процессах. Существует два основных способа выделения ядерной энергии из атома. Ядерный синтез — процесс, с помощью которого Солнце вырабатывает энергию — включает объединение двух меньших атомов с образованием более крупного. В любом процессе, делении или слиянии выделяются большие количества тепловой энергии и излучения. В зависимости от того, используется деление ядер или их синтез, бомбы делятся на ядерные атомные и термоядерные. А можно поподробнее про ядерное деление? Взрыв атомной бомбы над Хиросимой 1945 г Как вы помните, атом состоит из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром, состоит из протонов и нейтронов. Протоны положительно заряжены, электроны — отрицательно, а нейтроны вообще не имеют заряда.
Отношение протон-электрон всегда один к одному, поэтому атом в целом имеет нейтральный заряд. Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Частицы удерживаются вместе фундаментальной силой — сильным ядерным взаимодействием. Свойства атома могут значительно меняться в зависимости от того, сколько различных частиц в нем содержится. Если изменить количество протонов, у вас будет уже другой химический элемент. Если же изменить количество нейтронов, вы получите изотоп того же элемента, что у вас в руках. Большинство атомных ядер стабильны, но некоторые из них неустойчивы радиоактивны. Эти ядра спонтанно излучают частицы, которые ученые называют радиацией. Этот процесс называется радиоактивным распадом.
Бета-распад: нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Выброшенный электрон является бета-частицей. Спонтанное деление: ядро распадается на несколько частей и выбрасывает нейтроны, а также излучает импульс электромагнитной энергии — гамма-луч. Именно последний тип распада используется в ядерной бомбе. Свободные нейтроны, выброшенные в результате деления, начинают цепную реакцию, которая высвобождает колоссальное количество энергии. Из чего делают ядерные бомбы? Их могут делать из урана-235 и плутония-239. Наиболее распространенный 238U не поддерживает цепную реакцию: на это способен лишь 235U. Поэтому уран приходится искусственно обогащать.
Для этого смесь урановых изотопов разделяют на две части так, чтобы в одной из них оказалось больше 235U.
История создания первой водородной бомбы: последствия термоядерного взрыва
Конструктив водородной бомбы сформирован на использовании энергии, выделяемой в процессе реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Отметим, что реализация ключевого для водородной бомбы принципа сжатия термоядерной взрывчатки в «Слойке» был иным, чем в бомбе Теллера-Улама. В принципе, водородная бомба основана на легком ядерном синтезе, также известном как термоядерный синтез. Кстати, он привлек к работе над водородной бомбой и Гамова, который в 1948 году получил от Пентагона допуск к военным секретам. Изменение ситуации с работами по водородной бомбе в СССР в 1948 году было связано с поступлением новой разведывательной информации.
Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва? Инфографика
Как теперь известно, американская водородная бомба начинает свою историю с 1946 года. ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. оружие невероятной разрушительной силы, чья мощность исчисляется мегатоннами в тротиловом эквиваленте.
Принцип действия термоядерного синтеза
Теперь многое зависело от того, кто окажется лидером гонки в области разработки значительно более мощного термоядерного или водородного оружия. В обычной атомной бомбе происходит детонация находящегося внутри заряда, состоящего из изотопов урана или плутония, которые, распадаясь, выделяют огромное количество энергии. В свою очередь, в водородной бомбе энергия высвобождается в результате реакции термоядерного синтеза тяжёлого водорода — дейтерия и трития — и получения более тяжёлых элементов. Основное преимущество термоядерного оружия в том, что в отличие от атомного у него теоретически нет ограничений по мощности. Первый в мире термоядерный заряд испытали американцы. Это произошло 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок. Однако заокеанские учёные, не сумев создать достаточно компактную бомбу, взорвали лабораторное устройство размером с трёхэтажный дом. Также по теме Ядерный пацифизм: насколько оправданны призывы запретить атомное оружие 16 июля 1945 года Соединённые Штаты впервые в истории человечества провели испытание атомной бомбы.
В 1949 году обладателем самого... Советский физик Андрей Сахаров предложил создать сферическую водородную бомбу, начинка которой состояла из слоёв урана и термоядерного горючего, окружённых взрывчатым веществом. Компактный термоядерный заряд мощностью 400 кт под названием «изделие РДС-6c» был разработан в КБ-11 в городе Арзамас-16 современный Саров Нижегородской области. Для того чтобы оценить мощность нового оружия, на полигоне построили макет населённого пункта из 190 сооружений, между которыми поместили образцы военной техники, а также около 3 тыс. Заряд подняли на стальной мачте на 30 м от земли. В результате взрыва в радиусе 4 км были снесены все кирпичные здания, а железобетонный мост, находившийся в 1 км от эпицентра, сместился на 200 м. Советский Союз вышел в лидеры военно-технической гонки.
За океаном компактный термоядерный заряд появился только в 1954 году. Значение и последствия «За восемь лет до описываемых событий произошла первая атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки. Эти два города не были военными объектами, но Америка продемонстрировала свой военный арсенал, которого на тот момент не было ни у одной другой страны.
Изготовители ядерных боеголовок по обе стороны океана дают одинаковый гарантийный срок на свои изделия — как правло, 20 лет и очень редко когда срок доходит до 30 лет. Поскольку вряд речь идет о корпоративном сговоре монополистов, очевидно, что проблема — в законах физики. Без него сложно было бы понять суть проблемы, с которой столкнулись США, и которую пытались скрывать на протяжении как минимум последних 15 лет. С тритием-то там никаких проблем. Дейтерид-лития-6 — вещество твердое и по своим характеристикам достаточно стабильное. Обычная взрывчатка, из которой состоит детонационная сфера первоначального инициатора триггера, со временем свои характеристики конечно меняет, но ее замена особой проблемы не создает. А вот к плутонию есть вопросы.
Оружейный плутоний — он распадается. Постоянно и неостановимо. Из-за альфа-распада ядра Плутония-239 «теряют» альфа-частицы, представляющие из себя ядра атома Гелия , вместо него образуется примесь Урана 235. Соответственно, растёт критическая масса. Для чистого Плутония 239 — это 11кг 10см сфера , для урана — 47 кг 17см сфера. Уран -235 также распадается это как и в случае с Плутонием-239, тоже альфа-распад , загрязняя плутониевую сферу Торием-231 и Гелием. Примесь плутония 241 а оно всегда есть, хоть и доли процентов с периодом полураспада в 14 лет, также распадается в этом случае идет уже бета-распад — Плутоний-241 «теряет» электрон и нейтрино , давая Америций 241, ещё более ухудшающий критические показатели Америций-241 распадается по альфа-варианту до Нептуния-237 и все того же Гелия. Когда я говорил про ржавчину, я не сильно-то и шутил. Да, теоретически, можно поменять конструкцию инициатора, расплавить 3 старых шарика, сплавить из них 2 новых… Увеличив массу с учётом деградации плутония. Таким образом, мы приходим к выводу о том, что для обновления парка B61 Штатам нужны новые, свежие плутониевые инициаторы.
Но официально — реакторы-размножители в Америке были закрыты еще в 1988 году.
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. 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. 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. 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.
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. Таким образом, один взрыв бомбы в 100 мегатонн может иметь последствия для всей планеты. Царь-бомба 58 мегатонн — вот, сколько весила самая крупная водородная бомба, взорванная на полигоне архипелага Новая Земля. Ударная волна три раза обогнула земной шар, заставив противников СССР лишний раз увериться в огромной разрушительной силе этого оружия.
Весельчак Хрущев на пленуме шутил, что бомбу не сделали больше только из опасений разбить стекла в Кремле.
Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва? Инфографика
Схему устройства, которое позволило бы это проделать, американцы запатентовали в 1946 году проект неофициально назывался Super , но вспомнили о ней только спустя три года, когда в СССР успешно испытали ядерную бомбу. О том, какие секреты хранит в себе это опаснейшее ядерное оружие, смотрите в сегодняшнем видео на канале NewSoldat. Также смотрите другие видео на нашем канале: 14 самых крупных ядерных взрывов. Показать больше.
Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно - это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае в 1967 году и во Франции в 1968 году. Принцип действия водородной бомбы Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер.
Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия. Во время реакции часть массы ядер водорода превращается в большое количество энергии - благодаря этому звёзды и выделяют огромное количество энергии постоянно. Учёные скопировали эту реакцию с использованием изотопов водорода - дейтерия и трития, что и дало название «водородная бомба». Изначально для производства зарядов использовались жидкие изотопы водорода, а впоследствии стал использоваться дейтерид лития-6, твёрдое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития. Дейтерид лития-6 является основным компонентом водородной бомбы, термоядерным горючим. В нём уже хранится дейтерий, а изотоп лития служит сырьём для образования трития.
Для начала реакции термоядерного синтеза требуется создать высокие температуру и давление, а также выделить из лития-6 тритий. Эти условия обеспечивают следующим образом.
Математик Михаил Лаврентьев. Ядерная торпеда Лаврентьева не должна была разрушать инфраструктуру прямым взрывом. Предложение академика было простым — имитировать землетрясение в море с помощью взрыва 100 мегатонн термоядерного заряда. Однако главным разрушителем берегов потенциального противника должна была стать не высота, а длина волны. Энергия взрыва от такого заряда могла разметать даже крупные авианесущие корабли как детские игрушки. Для этого «торпеда Сахарова» должна была разгоняться с помощью парового ядерного двигателя.
В документе упоминалось два варианта. Одна из бомб должна быть создана, по сути, по американским лекалам. Это изделие проходит под кодовым названием РДС-6Т. В ней предполагалось цилиндрическое расположение заряда. Второе изделие РДС-6С. Ее конструкция представляла собой «слоеный пирог» из урана и термоядерного горючего, окруженных взрывчатым веществом. Эту альтернативную схему водородной бомбы предложил Андрей Сахаров. В итоге успешной будет именно «сахаровская слойка», а американская идея окажется тупиковой. Уже через несколько дней после принятия секретной правительственной директивы многие талантливые физики и математики окажутся в Арзамасе-16. Среди них будет выпускник физического факультета Ленинградского университета Юрий Трутнев. Они говорят: "Мы хотим вас отправить в очень интересное место, и очень интересная работа. Как вы? Мне объяснили: "Вам нужно пройти на бульвар. Напротив ресторана "Узбекистан" пройдете, двор 13, в дворницкую, там вам объяснят". Пошел, прихожу туда. Открыл дверь, смотрю - газовые горелки, кирпичи на них греются, и бабка какая-то сидит. Я говорю: "Сюда я попал? Пришел парень и говорит мне: "Вам нужно завтра с утра ехать во Внуково, встать около статуи Сталина. Там к вам подойдут, и вы дальше полетите туда, куда нужно"», - делится воспоминаниями Юрий Трутнев, первый зам.
Мощнейшее смертоносное оружие: как устроена водородная бомба и чем она отличается от атомной
научный руководитель Атомного проекта СССР. Информация о работах американцев над термоядерной бомбой и ее испытании поступала в Советский Союз очень оперативно: над ее добычей работал специальный отдел научно-технической разведки в структуре внешней разведки НКВД. Водородная (термоядерная) бомба – оружие большой разрушительной силы (измеряющейся в мегатоннах в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые. Водородные бомбы, также известные как термоядерные бомбы, намного мощнее атомных бомб и основаны на другом типе ядерной реакции, называемой синтезом. Принцип работы Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер.
Курсы валюты:
- Мощнейшее смертоносное оружие: как устроена водородная бомба и чем она отличается от атомной
- Самая мощная бомба в мире. Какая бомба сильнее: вакуумная или термоядерная?
- Последствия обогащения
- Водородная против атомной. Что нужно знать о ядерном оружии | Futurist - будущее уже здесь
- Атомная, водородная, нейтронная… Чем отличаются и как работают
Как устроена водородная бомба
Принцип термоядерной реакции: Водородная бомба использует термоядерную реакцию, при которой происходит слияние легких ядер (обычно изотопов водорода) при высоких температурах и давлениях. В заключение, вероятно, взорвем водородную бомбу мощностью в 50 миллионов тонн тротила. К истории создания водородной бомбы в СССР.