Идея термоядерного оружия, где ядра атомов сливаются, а не расщепляются, как в атомной бомбе, появилась не позднее 1941 года. Она пришла в головы физикам Энрико Ферми и Эдварду Теллеру. Примерно в то же время они стали участниками Манхэттенского проекта и помогли создать бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Сконструировать термоядерный боеприпас оказалось намного сложнее.
Приблизительно понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно и по тому факту, что работающие АЭС давно обыденность, а работающие и практичные термоядерные электростанции — все еще научная фантастика.
Чтобы атомные ядра сливались друг с другом, их надо нагреть до миллионов градусов. 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.
Президент США Гарри Трумэн заявил, что на советский рывок нужно ответить «так называемой водородной, или супербомбой».
К 1951 году американцы собрали устройство и провели испытания под кодовым названием «Джордж». Конструкция представляла собой тор — проще говоря, бублик — с тяжелыми изотопами водорода, дейтерием и тритием. Выбрали их потому, что такие ядра сливать проще, чем ядра обычного водорода. Запалом служила ядерная бомба. Взрыв сжимал дейтерий и тритий, те сливались, давали поток быстрых нейтронов и зажигали обкладку из урана. В обычной атомной бомбе он не делится: там есть только медленные нейтроны, которые не могут заставить делиться стабильный изотоп урана. Хотя на энергию слияния ядер пришлось примерно 10% от общей энергии взрыва «Джорджа», «поджиг» урана-238 позволил поднять мощность взрыва вдвое выше обычного, до 225 килотонн.
Фото: wikipedia.org
За счет дополнительного урана взрыв получился вдвое мощнее, чем с обычной атомной бомбой. Но на термоядерный синтез приходилось только 10% выделившейся энергии: испытания показали, что ядра водорода сжимаются недостаточно сильно.
Тогда математик Станислав Улам предложил другой подход — двухступенчатый ядерный запал. Его задумка заключалась в том, чтобы поместить в «водородной» зоне устройства плутониевый стержень. Взрыв первого запала «поджигал» плутоний, две ударные волны и два потока рентгеновских лучей сталкивались — давление и температура подскакивали достаточно, чтобы начался термоядерный синтез. Новое устройство испытали на атолле Эниветок в Тихом океане в 1952 году — взрывная мощность бомбы составила уже десять мегатонн в тротиловом эквиваленте.
Айви Майк — первые атмосферные испытания водородной бомбы, проведенные США на атоллле Эниветок 1 ноября 1952 года. Фото: CTBTO
Тем не менее и это устройство было непригодно для использования в качестве боевого оружия.
Чтобы ядра водорода сливались, расстояние между ними должно быть минимальным, поэтому дейтерий и тритий охлаждали до жидкого состояния, почти до абсолютного нуля. Для этого требовалась огромная криогенная установка. Второе термоядерное устройство, по сути увеличенная модификация «Джорджа», весило 70 тонн — с самолета такое не сбросишь.
Гений-психопат
Эдвард Теллер не был нравственным человеком. Коллег он презирал и гнобил при малейшей возможности — просто из любви к искусству и склочности. Теллер пытался лишить доступа к секретным разработкам Оппенгеймера — а вдруг тот тайно сочувствует коммунистам?
Отец американской водородной бомбы имел в жизни единственную любовь. Он очень любил атомное оружие, как штурмбаннфюрер из «Хеллсинга» — войну. Чем больше, мощнее и разрушительнее — тем лучше.
На ту же тему
Доктор Стрейнджлав, или «А Власти Скрывают»
Потому Теллер страстно ненавидел антивоенное и антиядерное движение. Однажды он обвинил Джейн Фонду в своём сердечном приступе — за то, что та призвала к осторожности с атомом после аварии на АЭС Три-Майл-Айленд.
Советский коллега Теллера академик Сахаров тоже поначалу любил всё, что жахает. Он предлагал устраивать термоядерные цунами, чтобы смывать американские города, — это же великолепная физика! Однако со временем Сахаров ужаснулся перспективам армагеддона и встал на сторону пацифизма. Да и план с цунами по более строгим расчётам оказался нерабочим.
Теллер до самых седых волос был ярым сторонником всемерного применения атома, военного и мирного. Кубрик не скрывал, кто вдохновил его на образ доктора Стрейнджлава. Только вместо кресла оригинал имел протез ступни и не зиговал даже непроизвольно — презиравшему нацистов вместе с коммунистами венгерскому еврею не пристало.
Замецки
Точности ради, Теллер был не единственным прототипом учёного-зигамёта.
В остальном портрет гения-психопата, фанатика ядерной войны получился точным.
Ударная волна и тепловой эффект.
Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. 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.
Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.
Нужно больше бомб — и бомб побольше!
Теллер был одним из тех, кто категорически настаивал на боевом применении атомного оружия против японцев.
Впрочем, по мере того как оружие становилось реальностью, Теллер к нему охладевал. Осенью 1941 года Ферми озвучил ему идею проекта «Супер»: а что, если поджечь ядерным взрывом дейтерий и запустить многократно более мощную реакцию атомного синтеза? Неограниченно мощную в теории?
Теллера заворожила открывшаяся перспектива. Десятки килотонн — это смертельно скучно и очень мало. Термоядерный взрыв может иметь мощность десятки мегатонн! Сотни мегатонн! А то и больше! Вот это действительно интересно.
Учёный ещё в 1942 году сбросил рутину Лос-Аламоса на помощников и сосредоточился на чём-то повеселее. За это его тихо и искренне поблагодарили в Москве. Значительную часть работы Теллера по атомной бомбе пришлось выполнять Клаусу Фуксу, талантливому британскому физику и по совместительству — идейному коммунисту и агенту НКГБ СССР.
Замецки
ФИО, как легко заметить, не вполне йоркширские. Дело в том, что Фукс родился в Германии и бежал от нацистов. После провала и тюремного срока он вернулся в Германию — как положено, в ГДР.
Клаус Фукс
Когда над полигоном Аламогордо впервые в истории прогремел ядерный взрыв, Теллер нарушил инструкцию и не залёг. Он остался стоять и с восхищением взирал на вспышку и вздымающееся грибовидное облако.
«Как будто я поднял шторы в тёмной комнате и её залил яркий солнечный свет», — романтично описал впечатления учёный.
На ту же тему
Спасти Хиросиму: мир без атомных бомб
Ну а когда некоторые учёные попытались убедить Вашингтон отказаться от боевого применения атомных бомб против Японии — Теллер был непреклонен. Он убедил Оппенгеймера не подписывать петицию, и тот настоял на бомбёжках Хиросимы и Нагасаки.
После долгих неудач Теллер и его коллега Станислав Улам предложили схему, которая ныне лежит в основе всех термоядерных боеприпасов. Их ответом на «слойку Сахарова» стала «сосиска Теллера-Улама». Прелесть была в том, что она позволяла неограниченное наращивание мощности взрыва.
На испытания его детища на атолле Эниветок Теллера не пригласили — сказались конфликты, вызванные его тяжёлым характером. Первого ноября 1952 года учёному пришлось наблюдать за взрывом по сейсмографу.
10,4 мегатонны, 450 Хиросим. Теллер мог быть доволен. Но он хотел большего.
Термоядерное оружие
Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.
Атомная бомба
В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития. Для образования гелия используется, в основном, тяжелый водород – дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру – один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.
Принципиальная схема водородной бомбы такова. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твердого сплава, твердой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до высоких температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Однако, в процессе создания водородных бомб было установлено, что непрактично использовать изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает слишком большой вес (более 60 т.), из-за чего нельзя было и думать об использовании таких зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах любой дальности. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его длительное хранение.
В ходе исследования 2 вышеуказанные проблемы были решены. Жидкие изотопы водорода были заменены твердым химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило значительно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Кроме того, гидрид лития был использован вместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.
Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись все новые и новые его образцы, была создана водородно- урановая бомба, а также некоторые ее разновидности – сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создания так называемой «чистой» водородной бомбы.
Бомба Судного дня
По воспоминаниям коллег, ещё в 1942 году Теллер задумывался о термоядерной супербомбе мощностью порядка 100 мегатонн. После 15-мегатонного взрыва «Касл Браво» в марте 1954-го на многострадальном атолле Бикини стало ясно, что наука и военная промышленность США освоили тяжёлое термоядерное оружие.
На ту же тему
Мгновение до апокалипсиса: что происходит внутри термоядерной бомбы
По общему мнению, теперь следовало сосредоточиться на миниатюризации боеприпасов и точности средств доставки. Теллер был не против — но ему хотелось выйти и за «верхний порог».
Летом 1954 года Теллер участвовал в заседании Генерального совещательного комитета Комиссии по атомной энергии США. Он был зол. Одно из его устройств на испытаниях «Касл» не сработало, проект сходного закрыли. Требовалась свежая идея.
— Господа, а почему бы не сделать устройство мощностью в десять гигатонн? Одним таким устройством можно сжечь, скажем, Калифорнию. Или Германию. Или Великобританию вместе с Ирландией. Или обе Кореи сразу. Просто, быстро, эффективно и удобно.
Присутствующие разработчики ядерного оружия были людьми не из слабонервных, но их предложение доктора Теллера повергло в тихий шок. Во-первых, радиоактивное заражение от такого взрыва будет эпохальным. Во-вторых, жертвы одного удара будут исчисляться десятками миллионов. В третьих, физика такого взрыва может преподнести самые мрачные сюрпризы.
Зная привычки и методы коллеги, начальство задумалось: а не пустил ли он втихомолку ресурсы Ливерморской национальной лаборатории на это чудовище?
Доктор Израиль Раби, старый враг изобретателя, пытавшийся вместе с Ферми предотвратить разработку термоядерного оружия США, прокомментировал: «Это дешёвый пиар, его не стоит принимать всерьёз». За глаза он позже добавил, что «без Теллера этот мир был бы лучше».
Теллер в 54-м
Все присутствующие понимали — технически создать «выжигатель стран» мощностью 666 тысяч Хиросим, считая её за 15 килотонн, возможно. Вопрос в ресурсах и политической воле. Зная Теллера, можно было быть уверенными — он говорил совершенно серьёзно.
Всерьёз задуматься о таком не решились даже самые бешеные ястребы Вашингтона. Им вполне хватало достигнутых мощностей. К тому же, Сталин был мёртв, и пугавший Белый дом и Пентагон призрак подготовки к завоеванию Евразии быстро рассеивался.
Возможные последствия взрыва водородной бомбы
В первую очередь водородная бомба — это оружие массового поражения. Оно способно уничтожать не только взрывной волной, как на это способны тротиловые снаряды, но и радиационными последствиями. Что происходит после взрыва термоядерного заряда:
- ударная волна, сметающая всё на своём пути, оставляя после себя масштабные разрушения;
- тепловой эффект — невероятная тепловая энергия, способна расплавить даже бетонные конструкции;
- радиоактивные осадки — облачная масса с каплями радиационной воды, элементами распада заряда и радионуклидами, движется по ветру и выпадает в виде осадков на любом удалении от эпицентра подрыва.
Вблизи ядерных полигонов или техногенных катастроф на протяжении десятилетий наблюдается радиоактивный фон. Последствия применения водородной бомбы очень серьёзные, способные нанести вред будущим поколениям.
Всем спасибо!
Немного истории
После того, как мир увидел разрушительную силу ядерного оружия, в августе 1945 года, СССР начало гонку, которая продолжалась до момента его распада. США первыми создали, испытали и применили ядерное оружие, первыми произвели подрыв водородной бомбы, но на счет СССР можно записать первое изготовление компактной водородной бомбы, которую можно доставить противнику на обычном Ту-16. Первая бомба США была размером с трехэтажный дом, от водородной бомбы такого размер мало толку. Советы получили такое оружие уже в 1952, в то время как первая «адекватная» бомба Штатов была принята на вооружение лишь в 1954. Если оглянуться назад и проанализировать взрывы в Нагасаки и Хиросиме, то можно прийти к выводу, что они не были такими уж мощными. Две бомбы в сумме разрушили оба города и убили по разным данным до 220 000 человек. Ковровые бомбардировки Токио в день могли уносить жизни 150-200 000 человек и без всякого ядерного оружия. Это связано с малой мощностью первых бомб – всего несколько десятков килотонн в тротиловом эквиваленте. Водородные же бомбы испытывали с прицелом на преодоление 1 мегатонны и более.
Первая Советская бомба была испытана с заявкой на 3 Мт, но в итоге испытывали 1.6 Мт.
Немного истории
Длительное заражение местности радиоактивными осадками.
В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепловым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа супербомб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельно опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание сверхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать непригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных этим изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человека.
