Формула ядерной бомбы. Водородная бомба. История создания мощного оружия
16 января 1963 года, в самый разгар холодной войны, Никита Хрущёв заявил миру о том, что Советский союз обладает в своём арсенале новым оружием массового поражения - водородной бомбой.
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. Во многом именно это заявление советского лидера заставило мир осознать угрозу дальнейшей эскалации гонки ядерных вооружений: уже 5 августа 1963 г. в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.
История создания
Теоретическая возможность получения энергии путём термоядерного синтеза была известна ещё до Второй мировой войны, но именно война и последующая гонка вооружений поставили вопрос о создании технического устройства для практического создания этой реакции. Известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путём сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества - но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. США и СССР вели разработки термоядерного оружия начиная с 40-х годов, практически одновременно испытав первые термоядерные устройства в начале 50-х. В 1952 году на атолле Эниветок США осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны (что в 450 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки), а в 1953 году в СССР было испытано устройство мощностью 400 килотонн.
Конструкции первых термоядерных устройств были плохо приспособленными для реального боевого использования. К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн. Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива - дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании. В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн - самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба». 
Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. 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. 
Вспышка взрыва бомбы АН602 сразу после отделения ударной волны. В это мгновение диаметр шара составлял около 5,5 км, а через несколько секунд он увеличился до 10 км.
Оболочку контейнера для термоядерного горючего делают из урана-238 и пластика, рядом с контейнером размещают обычный ядерный заряд мощностью несколько килотонн - его называют триггером, или зарядом-инициатором водородной бомбы. Во время взрыва плутониевого заряда-инициатора под действием мощного рентгеновского излучения оболочка контейнера превращается в плазму, сжимаясь в тысячи раз, что создаёт необходимое высокое давление и огромную температуру. Одновременно с этим нейтроны, испускаемые плутонием, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий. Ядра дейтерия и трития взаимодействуют под действием сверхвысоких температуры и давления, что и приводит к термоядерному взрыву. 
Световое излучение вспышки взрыва могло вызвать ожоги третьей степени на расстоянии до ста километров. Это фото сделано с расстояния в 160 км.
Если сделать несколько слоёв урана-238 и дейтерида лития-6, то каждый из них добавит свою мощность ко взрыву бомбы - т. е. такая «слойка» позволяет наращивать мощность взрыва практически неограниченно. Благодаря этому водородную бомбу можно сделать почти любой мощности, причём она будет гораздо дешевле обычной ядерной бомбы такой же мощности. 
Сейсмическая волна, вызванная взрывом, обогнула земной шар трижды. Высота ядерного гриба достигла 67 километров в высоту, а диаметр его «шляпки» - 95 км. Звуковая волна достигла острова Диксон, располагающегося в 800 км от места испытаний.
Испытание водородной бомбы РДС-6С, 1953 год
Атомная бомба и водородная бомбы являются мощным оружием, которое использует ядерные реакции в качестве источника взрывной энергии. Ученые впервые разработали технологию ядерного оружия в ходе Второй мировой войны.
Атомные бомбы в реальной войне использовались только дважды, и оба раза Соединенными Штатами — против Японии в конце Второй мировой войны. После войны последовал период распространения ядерного оружия, а во время «холодной войны» Соединенные Штаты и Советский Союз боролись за господство в глобальной гонке ядерных вооружений.
Что такое водородная бомба, как она устроена, принцип действия термоядерного заряда и когда проведены первые испытания в СССР — написано ниже.
Как устроена атомная бомба
После того, как в Берлине, в 1938 году, германские физики Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман открыли явление ядерного деления, появилась возможность создания оружия необычайной мощности.
Когда атом радиоактивного материала расщепляется на более легкие атомы, происходит внезапное, мощное высвобождение энергии.
Открытие ядерного деления открыло возможность использования ядерных технологий, включая оружие.
Атомная бомба — оружие, которое получает свою взрывную энергию только от реакции деления.
Принцип действия водородной бомбы или термоядерного заряда, основаны на комбинации ядерного деления и ядерного синтеза.
Ядерный синтез — еще один тип реакции, в котором более легкие атомы объединяются для высвобождения энергии. Например, в результате реакции ядерного синтеза из атомов дейтерия и трития образуется атом гелия с высвобождением энергии.
Проект «Манхэттен»
Проект «Манхэттен» — кодовое название американского проекта по разработке практической атомной бомбы во время Второй мировой войны. Проект «Манхэттен» был начат как ответ усилиям немецких ученых, работавших над оружием, использующим ядерную технологию, с 1930-х годов.
28 декабря 1942 года президент Франклин Рузвельт санкционировал создание Манхэттенского проекта для объединения различных ученых и военных должностных лиц, работающих над ядерными исследованиями.
Большая часть работы была выполнена в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, под руководством физика-теоретика Дж. Роберта Оппенгеймера.
16 июля 1945 года в отдаленном пустынном месте недалеко от Аламогордо, штат Нью-Мексико, первая атомная бомба, эквивалентная по мощности 20 килотоннам тротила, была успешно испытана. Взрыв водородной бомбы создал огромное грибоподобное облако высотой около 150 метров и открыл атомный век.
Единственное фото первого в мире атомного взрыва, сделанное американским физиком Джеком Аэби
Малыш и Толстяк
Ученые из Лос-Аламоса разработали два различных типа атомных бомб к 1945 году — проект на основе урана под названием «Малыш» и оружие на основе плутония под названием «Толстяк».
В то время как война в Европе закончилась в апреле, боевые действия в Тихоокеанском регионе продолжались между японскими войсками и войсками США.
В конце июля президент Гарри Трумэн призвал к капитуляции Японии в Потсдамской декларации. Декларация обещала «быстрое и полное уничтожение», если бы Япония не сдалась.
6 августа 1945 года Соединенные Штаты сбросили свою первую атомную бомбу с бомбардировщика B-29 под названием «Энола Гей» в японском городе Хиросима.
Взрыв «Малыша» соответствовал 13 килотоннам в тротиловом эквиваленте, сравнял с землёй пять квадратных миль города и мгновенно убил 80 000 человек. Десятки тысяч людей позже умрут от радиационного облучения.
Японцы продолжали сражаться, и Соединенные Штаты сбросили вторую атомную бомбу через три дня в городе Нагасаки. Взрыв «Толстяка» убил около 40 000 человек.
Ссылаясь на разрушительную силу «новой и самой жестокой бомбы», японский император Хирохито объявил о капитуляции своей страны 15 августа, закончив Вторую мировую войну.
Холодная Война
В послевоенные годы Соединенные Штаты были единственной страной с ядерным оружием. Сначала у СССР не хватало научных наработок и сырья для создания ядерных боеголовок.
Но, благодаря усилиям советских учёных, данным разведки и обнаруженным региональным источникам урана в Восточной Европе, 29 августа 1949 года СССР опробовал свою первую ядерную бомбу. Устройство водородной бомбы разработано академиком Сахаровым.
От атомного оружия к термоядерному
Соединенные Штаты ответили в 1950 запуском программы разработки более совершенного термоядерного оружия. Началась гонка вооружений «холодной войны», а ядерные испытания и исследования стали широкомасштабными целями для нескольких стран, особенно для Соединенных Штатов и Советского Союза.
в этом году, США провели взрыв термоядерной бомбы мощностью 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте
1955 год — СССР ответил своим первым термоядерным испытанием — всего-то лишь 1,6 мегатонн. Но главные успехи советского ВПК были впереди. Только в 1958 году СССР испытал 36 ядерных бомб различного класса. Но ничто из того, что испытал Советский Союз, не сравнится с Царь — бомбой.
Испытание и первый врыв водородной бомбы в СССР
Утром 30 октября 1961 года советский бомбардировщик Ту-95 взлетел с аэродрома Оленя на Кольском полуострове на крайнем севере России.
Самолёт был специально измененной версией, появившейся в эксплуатации несколько лет назад — огромный четырехмоторный монстр, которому поручено носить советский ядерный арсенал.
Модифицированная версия ТУ-95 «Медведь», специально подготовленная для первого испытания водородной Царь-бомбы в СССР
Ту-95 нёс под собой огромную 58-мегатонную бомбу, устройство слишком большое, чтобы вместить внутри бомбового отсека самолета, где такие боеприпасы обычно перевозились. Бомба длиной 8 м имела диаметр около 2,6 м и весила более 27 тонн и в истории осталась с именем Царь-бомба — «Tsar Bomba».
Царь-бомба не была обычной ядерной бомбой. Это был результат напряженных усилий ученых СССР создать самое мощное ядерное оружие.
Туполев достиг своей целевой точки — Новая Земля, малонаселенный архипелаг в Баренцевом море, над замерзшими северными краями СССР.
Царь Бомба взорвалась в 11:32 по московскому времени. Результаты испытания водородной бомбы в СССР продемонстрировали весь букет поражающих факторов данного вида оружия. Прежде, чем ответить на вопрос, что мощнее, атомная или водородная бомба, следует знать, что мощность последней ихмеряется мегатоннами, а у атомных — килотоннами.
Световое излучение
В мгновение ока бомба создала огненный шар шириной в семь километров. Огненный шар пульсировал от силы собственной ударной волны. Вспышку можно было увидеть за тысячи километров — на Аляске, в Сибири и в Северной Европе.
Ударная волна
Последствия взрыва водородной бомбы Новой Земле были катастрофическими. В селе Северный, примерно в 55 км от Ground Zero, все дома были полностью разрушены. Сообщалось о том, что на советской территории в сотнях километров от зоны взрыва было повреждено все — разрушались дома, падали крыши, повреждались двери, разрушались окна.
Радиус действия водородной бомбы несколько сотен километров.
В зависимости от мощности заряда и поражающих факторов.
Датчики регистрировали взрывную волну, обернувшуюся вокруг Земли не один раз, не дважды, а три раза. Звуковую волну зафиксировали у острова Диксон на расстоянии около 800 км.
Электромагнитный импульс
Более часа была нарушена радиосвязь во всей Арктике.
Проникающая радиация
Получил некоторую дозу радиации экипаж.
Радиоактивное заражение местности
Взрыв Царь-бомбы на Новой Земле оказался на удивление «чистым». Испытатели прибыли в точку взрыва через два часа. Уровень радиации в этом месте не представлял большой опасности — не более 1 мР/час в радиусе всего 2-3 км. Причинами были особенности конструкции бомбы и выполнение взрыва на достаточно большом расстоянии от поверхности.
Тепловое излучение
Несмотря на то, что самолет-носитель, покрытый особой свето- и теплоотражающей краской, в момент подрыва бомбы ушёл на расстояние 45 км, он вернулся на базу со значительными термическими повреждениями обшивки. У незащищенного человека излучение вызвало бы ожоги третьей степени на расстоянии до 100 км.
 |
Гриб после взрыва виден на расстоянии 160 км, диаметр облака в момент съёмки — 56 км |
 |
Вспышка от взрыва Царь-бомбы, около 8 км в диаметре |
Принцип действия водородной бомбы
Устройство водородной бомбы.
Первичная ступень выполняет роль включателя – триггера. Реакция деления плутония в триггере инициирует термоядерную реакцию синтеза во вторичной ступени, при которой температура внутри бомбы мгновенно достигает 300 миллионов °С. Происходит термоядерный взрыв. Первое испытание водородной бомбы шокировало мировое сообщество своей разрушительной силой.
Видео взрыва на ядерном полигоне
Геополитические амбиции крупных держав всегда веди к гонке вооружения. Разработка новых военных технологий давала той или иной стране преимущества перед другими. Так семимильными шагами человечество подошло к возникновению страшного оружия - ядерной бомбы . С какой даты пошел отчет атомной эры, сколько стран нашей планеты обладают ядерным потенциалом и в чем принципиальное отличие водородной бомбы от атомной? На эти и другие вопросы вы сможете найти ответ, прочитав данную статью.
Чем отличается водородная бомба от ядерной
Любое ядерное оружие основывается на внутриядерной реакции , мощь которой способна почти мгновенно уничтожить как большое количество живой единицы, так и технику, и всевозможные здания и сооружения. Рассмотрим классификацию ядерных боеголовок, находящихся на вооружении некоторых стран:
- Ядерная (атомная) бомба. В процессе ядерной реакции и деления плутония и урана, происходит выделение энергии колоссальных масштабов. Обычно в одной боеголовке находится от двух зарядов плутония одинаковой массы, которые взрываются друга от друга.
- Водородная (термоядерная) бомба. Энергия выделяется на основе синтеза ядер водорода (отсюда пошло и название). Интенсивность ударной волны и количество выделяемой энергии превышает атомную в разы.
Что мощнее: ядерная или водородная бомба?
Пока ученые ломали голову над тем, как пустить атомную энергию полученную в процессе термоядерного синтеза водорода в мирные цели, военные уже провели не с один десяток испытаний. Выяснилось, что заряд в несколько мегатонн водородной бомбы мощнее атомной в тысячи раз . Даже трудно представить, что было бы с Хиросимой (да и с самой Японией), если бы в брошенной на нее 20-ти килотонной бомбе был водород.
Рассмотрим мощную разрушительную силу, которая получается при взрыве водородной бомбы в 50 мегатонн:
- Огненный шар : диаметр в 4,5 -5 километра в диаметре.
- Звуковая волна : взрыв можно услышать, находясь на расстоянии в 800 километров.
- Энергия : от освобожденной энергии, человек может получить ожоги кожного покрова, находясь от эпицентра взрыва до 100 километров.
- Ядерный гриб : высота более 70 км в высоту, радиус шапки - около 50 км.
Атомные бомбы такой мощности еще ни разу не взрывали. Есть показатели бомбы сброшенной на Хиросиму в 1945 году, но своими размерами она значительно уступала водородному разряду описанному выше:
- Огненный шар : диаметр около 300 метров.
- Ядерный гриб : высота 12 км, радиус шапки - около 5 км.
- Энергия : температура в центре взрыва достигала 3000С°.
Сейчас на вооружении ядерных держав стоят именно водородные бомбы . Кроме того, что они опережают по своим характеристикам своих «малых братьев », они значительно дешевле в производстве.
Принцип действия водородной бомбы
Разберем пошагово, этапы приведения в действие водородных бомб :
- Детонация заряда . Заряд находится в специальной оболочке. После детонации идет выброс нейтронов и создается высокая температура, требуемая для начала ядерного синтеза в главном заряде.
- Расщепление лития . Под воздействием нейтронов, литий расщепляется на гелий и тритий.
- Термоядерный синтез . Тритий и гелий запускают термоядерную реакцию, вследствие чего в процесс вступает водород, и температура внутри заряда мгновенно возрастает. Происходит термоядерный взрыв.
Принцип действия атомной бомбы
- Детонация заряда . В оболочке бомбы находится несколько изотопов (уран, плутоний и т.п.), которые поле детонации распадаются и захватывают нейтроны.
- Лавинообразный процесс . Разрушение одного атома, инициируют к распаду еще нескольких атомов. Идет цепной процесс, который влечет за собой к разрушению большого количества ядер.
- Ядерная реакция . За очень короткое времени все части бомбы образуют одно целое, и масса заряда начинает превышать критическую массу. Освобождается огромное количество энергии, после этого происходит взрыв.
Опасность ядерной войны
Еще в середине прошлого века опасность ядерной войны была маловероятна. В своем арсенале атомное оружие имели две страны - СССР и США. Лидеры двух супердержав прекрасно понимали опасность применения оружия массового поражения, и гонка вооружений велась, скорее всего, как «соревнующее» противостояние.
Безусловно напряженные моменты в отношении держав были, но здравый смысл всегда брал верх над амбициями.
Ситуация изменилась в конце 20 века. «Ядерной дубинкой» завладели не только развитые страны западной Европы, но и представители Азии.
Но, как вы наверное знаете, «ядерный клуб » состоит из 10 стран. Неофициально считается, что ядерные боеголовки имеет Израиль, и возможно Иран. Хотя последние, после наложения на них экономических санкций, отказались от развития ядерной программы.
После возникновения первой атомной бомбы, ученые СССР и США начали думать об оружии, которое бы не несло такие большие разрушения и заражения территорий противника, а целенаправленно действовало на организм человека. Возникла идея о создании нейтронной бомбы .
Принцип действия заключается во взаимодействии нейтронного потока с живой плотью и военной техникой . Образованные радиоактивнее изотопы моментально уничтожают человека, а танки, транспортеры и другое оружие на кратковременное время становятся источниками сильного излучения.
Нейтронная бомба взрывается на расстоянии 200 метров до уровня земли, и особенно эффективна при танковой атаке противника. Броня военной техники толщиной в 250 мм, способна уменьшить действия ядерной бомбы в разы, но бессильна перед гамма-излучениями нейтронной бомбы. Рассмотрим действия нейтронного снаряда мощностью до 1 килотонна на экипаж танка:
Как вы поняли, отличие водородной бомбы от атомной огромна. Разница в реакции ядерного деления между этими зарядами, делает водородную бомбу разрушительнее атомной в сотни раз .
При использовании термоядерной бомбы в 1 мегатонн, в радиусе 10 километров будет уничтожено все. Пострадают не только постройки и техника, но и все живое.
Об этом должны помнить главы ядерных стран, и использовать «ядерную» угрозу исключительно как сдерживающий инструмент, а не в качестве наступательного оружия.
Видео о различиях атомной и водородной бомбы
На этом видео будет подробно и пошагово описан принцип действия атомной бомбы, а также основные отличия от водородной:
Я понял, что бомбы ржавеют. Даже атомные. Хотя это выражение и не стоит воспринимать буквально, общий смысл происходящего именно такой. По целому ряду естественных причин сложное оружие с течением времени утрачивает свои изначальные свойства настолько, что возникают весьма серьезные сомнения в его срабатывании, если дело до того дойдет. Наглядный тому пример - нынешняя история с американской термоядерной бомбой В61, ситуация с которой сложилась вообще запутанная и, отчасти, где-то даже комичная. Изготовители ядерных боеголовок по обе стороны океана дают одинаковый гарантийный срок на свои изделия - 30 лет.
Поскольку вряд речь идет о корпоративном сговоре монополистов, очевидно, что проблема - в законах физики. Вот как это описывает автор.
Национальное управление ядерной безопасности США (NNSA) у себя на сайте разместило сообщение о начале инженерной подготовки производства модернизированной термоядерной авиабомбы В61-12, являющейся дальнейшей модификацией “изделия” В61, поступавшего в арсенал США с 1968 по конец 1990х годов и составляющего сегодня, наравне с крылатыми ракетами “Томагавк”, основу американской тактической ядерной мощи. Как отметил глава NNSA Фрэнк Клотц, это позволит продлить сроки эксплуатации системы еще как минимум на 20 лет, т.е. примерно до 2040 - 2045 года.
Стоит ли удивляться шуму, который немедленно подняли журналисты по этому поводу? А как же недавно принятый в США билль о запрете разработки новых видов ядерного оружия? А как же условия договора об СНВ-III? Правда, нашлись и те, кто попытался увязать заявление Клотца с прозвучавшим еще в 2011 году российским заявлением о начале широкомасштабных работ по модернизации своего ядерного арсенала. Правда, там речь шла не столько о создании новых боезарядов, сколько о разработке новых носителей, например межконтинентальных баллистических ракет пятого поколения “Рубеж” и “Сармат”, железнодорожном комплексе “Баргузин”, ракете морского базирования “Булава” и строительстве восьми подводных крейсеров “Борей”. Но кого сейчас такие тонкости волнуют? Тем более, что тактическое ядерное оружие под условия СНВ-III все равно не подпадает. Да и, по большому счету, все перечисленное к первопричине истории имеет весьма опосредованное отношение. Исходный мотив заключается, как уже сказано, прежде всего, в законах физики.
История В61 началась в 1963 году с проекта ТХ-61 Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мехико. Математическое моделирование реализации господствовавшей в то время концепции применения ядерного оружия показало, что даже после массированных ядерных ударов боеголовками баллистических ракет на поле боя останется масса важных и хорошо защищенных объектов, опираясь на которые противник (мы все хорошо понимаем, кого они имели в виду) сможет продолжить ведение большой войны. ВВС США потребовался тактический инструмент для, так сказать, “точечного поражения”, например, заглубленных бункеров управления и связи, подземных топливных хранилищ или прочих объектов, вроде известной подземной базы подводных лодок в Крыму, при помощи наземных ядерных взрывов малой мощности. Ну, как малой, “от 0,3 килотонн”. И до 170 килотонн, но об этом ниже.
В серию изделие пошло в 1968 году и получило официальное наименование В61. За все время производства, во всех модификациях, этих бомб американцы наштамповали 3155 штук. И вот с этого момента начинается сама нынешняя история, так как сегодня из всего трехтысячного арсенала “в живых” осталось: 150 “стратегических” и около 400 “тактических” бомб, а также еще примерно 200 “тактических” изделий находятся на хранении в резерве. На этом - все. Куда делись остальные? Вполне уместно пошутить - полностью заржавели, - и это будет не так чтобы большая шутка.
Бомба В61 является термоядерной, или как их еще не совсем правильно, но часто называют - водородной. Ее разрушительное действие основано на использовании реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые (например, получения одного атома гелия из двух атомов дейтерия), при которой выделяется огромное количество энергии. Теоретически запустить такую реакцию можно и в среде жидкого дейтерия, но это сложно с точки зрения конструкции. Хотя первые испытательные взрывы на полигоне производились именно так. Но получить изделие, которое бы можно было доставить к цели самолетом, удалось только благодаря соединению тяжелого изотопа водорода (дейтерия) и изотопа лития с массовым числом 6 известного сегодня как дейтерид лития -6. Помимо “ядерных” свойств, его главное преимущество заключается в том, что он твердый и позволяет хранить в себе дейтерий при плюсовых температурах внешней среды. Собственно, именно с появлением доступного 6Li и появилась возможность реализовать на практике в виде оружия.
Американская термоядерная бомба основана на принципе Теллера-Улама. С известной долей условности ее можно представить в виде прочного корпуса, внутри которого находится инициирующий триггер и контейнер с термоядерным горючим. Триггером, или по-нашему детонатором, служит небольшой плутониевый заряд, задача которого сводится к созданию начальных условий для запуска термоядерной реакции - высокой температуры и давления. “Термоядерный контейнер” содержит в себе дейтерид лития -6 и расположенный строго по продольной оси плутониевый стержень, играющий роль запала термоядерной реакции. Сам контейнер (может изготавливаться как из урана-238, так и из свинца) покрыт соединениями бора для защиты содержимого от преждевременного разогрева потоком нейтронов от триггера. Точность взаимного расположения триггера и контейнера чрезвычайно важна, по этому, после сборки изделия, внутреннее пространство заливается специальным пластиком, проводящим излучение, но при этом обеспечивающим надежную фиксацию во время хранения и до этапа подрыва.
При срабатывании триггера 80% его энергии выделяется в виде импульса так называемого мягкого рентгеновского излучения, который поглощается пластиком и оболочкой “термоядерного” контейнера. По ходу процесса и то и другое превращается в высокотемпературную плазму, находящуюся под большим давлением, и обжимающую содержимое контейнера до объема, составляющего менее чем тысячную долю от исходного. Тем самым плутониевый стержень переходит в надкритическое состояние, становясь источником собственной ядерной реакции. Разрушение ядер плутония создает нейтронный поток, который, взаимодействуя с ядрами лития-6, высвобождает тритий. Он уже вступает во взаимодействие с дейтерием и начинается та самая реакция синтеза, выделяющая основную энергию взрыва.
A: Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
B: Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.
C: В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.
D: Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.
E: В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…
Ну а пока оно все не бабахнуло, термоядерная В61 представляет собой привычного вида “бомбообразную железяку” длиной 3,58 метра и диаметром 33 см, состоящую из нескольких частей. В носовом обтекателе - управляющая электроника. За ним отсек с зарядом, внешне выглядящим как совершенно неброский металлический цилиндр. Потом еще относительно небольшой отсек с электроникой и хвостовик с жестко закрепленными стабилизаторами, содержащий тормозной стабилизирующий парашют, для замедления скорости падения, чтобы сбросивший бомбу самолет получил время уйти из зоны воздействия взрыва.
Бомба “B-61” в разборе.
В таком виде бомба и хранилась “там, где надо”. В том числе почти 200 штук развернуто в Европе: в Бельгии, Нидерландах, Германии, Италии и Турции. Или вы думаете почему США своих граждан сегодня из Турции отзывают, даже семьи дипломатов эвакуируют, а охрана на авиабазе НАТО Инджирлик заняла периметр “по-боевому” и готовится реально стрелять в своего партнера по военному блоку при малейшей попытке пересечь периметр “американского” сектора? Причина как раз в наличии там некоторого оперативного запаса американского тактического ядерного оружия. Именно этих вот В61. Сколько их в Турции точно - установить не удалось, а вот на авиабазе Рамштайн в Германии их лежит 12 штук.
Полигонные испытания В61 первых моделей в целом дали удовлетворительный результат. С дальности в 40 - 45 километров, изделие попадало в круг радиусом около 180 метров, что при максимальной мощности взрыва в 170 килотонн гарантировало успешную компенсацию промаха по расстоянию силой самого наземного взрыва. Правда, вскоре военные обратили внимание на теоретическую возможность конструкции несколько варьировать мощность подрыва, так как максимальная требовалась далеко не всегда, а целом ряде случаев от излишнего усердия вреда оказывалось значительно больше, чем пользы. Так что “чистой” В61, как ее придумали изначально, сегодня уже не сохранилось.
Весь выпущенный запас прошел целую серию последовательных модификаций, из которых сейчас самой “древней” является В61-3 и вскоре за ней последовавшая В61-4. Последняя особенно интересна тем, что одно и то же изделие, в зависимости от настроек электроники, может создать взрыв мощностью 0,3 - 1,5 - 10 - 45 килотонн. Судя по всему, 0,3 килотонны это и есть примерное значение мощности взрыва триггера, без запуска последующей термоядерной части бомбы.
В настоящее время на вооружении США находятся 3-я и 4-я модель В61, для так называемого “низкого” бомбометания, применяющегося самолетами тактической авиации: F-16, F-18, F-22, A-10, Tornado и Eurofighter. А доработанные до шага мощности 60, 80 и 170 килотонн, модификации 7 и 11 считаются “высотными” и входят в ассортимент вооружения стратегических бомбардировщиков В-2А и В-52Н.
На том бы история и закончилась, если бы не физика. Казалось бы, сделали бомбу, положили в спецхранилище, поставили охрану и потекла себе служба рутинная. Ну да, в начале 70х, в результате авиационных ЧП с патрулировавшими в воздухе Б-52, случилось несколько неприятностей, когда сколько-то ядерных бомб оказались потеряны. У берегов Испании время от времени поиски вспыхивают по сей день. ВВС США так и не признались, сколько же точно “изделий” у них в тот раз “утонуло вместе с обломками самолета”. Вот только было 3155, а осталось что-то около тысячи, это ни на какие ЧП не списать. Куда делась разница?
Я совсем не занудства ради выше подробно расписывал устройство американского тактического “ядренбатона”. Без него сложно было бы понять суть проблемы, с которой столкнулись США, и которую пытались скрывать на протяжении как минимум последних 15 лет. Вы помните, бомба состоит из “бака с термоядерным топливом” и плутониевого триггера - зажигалки. 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. Проблема боеспособности “старых” плутониевых зарядов в том, что с течением времени уменьшается концентрация Плутония 239. 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. Плутониевые заряды “стареют”. И их, как бы, невозможно “обновить”. Да, теоретически, можно поменять конструкцию инициатора, расплавить 3 старых шарика, сплавить из них 2 новых… Увеличив массу с учётом деградации плутония. Однако “грязный” плутоний - ненадёжен. Даже увеличенный “шарик” может не выйти на сверхкритическое состояние при обжатии во время взрыва… А если вдруг по какой-то статистической прихоти в полученном шарике образуется повышенное содержание Плутония-240 (образуется из 239 захватом нейтрона) - то наоборот, может бабахнуть прямо на заводе. Критичной величиной является 7% Плутония-240, превышение которой может привести к изящно сформулированной «проблеме» - «преждевременной детонации».
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. Существуют, конечно, еще накопленные запасы. В РФ к 2007 было накоплено 170 тонн оружейного плутония, в США - 103 тонны. Хотя эти запасы тоже “стареют”. Плюс к тому, вспоминается статья НАСА о том, что у США осталось Плутония-238 всего на пару РИТЭГов. Департамент энергетики обещает НАСА 1.5 кг Плутония-238 в год. “Новые горизонты” имеет 220Ваттный РИТЭГ, содержащий в себе 11 килограммов. “Любопытство” - несёт РИТЭГ с 4.8 кг. Причём, есть предположения, что этот плутоний уже был куплен в России…
Это и приоткрывает завесу тайны над вопросом “массового усыхания” американского тактического ядерного оружия. Подозреваю, что все В61, произведенные до начала 80х годов ХХ века они разобрали сами, так сказать, во избежание “внезапных случайностей”. А также в виду неизвестности: - а сработает ли изделие, как надо, если, не приведи Господи, дело таки дойдет до его практического применения? Но теперь начал “подходить срок” оставшейся части арсенала и судя по всему старые приемы с ним уже не проходят. Бомбы надо разбирать, но сделать новые в Америке уже не из чего. От слова - вообще. Технологии обогащения урана утрачены, наработка оружейного плутония остановлена теперь уже по обоюдной договоренности России и США, специальные реакторы остановлены. Специалистов практически не осталось. Да и денег начинать эти ядерные танцы с начала в нужном количестве, как выяснилось, у США уже тоже нет. А отказаться от тактического ядерного оружия нельзя по целому ряду политических причин. Да и вообще, в США все, от политиков до военных стратегов слишком сильно привыкли к наличию у себя тактической ядерной дубинки. Без нее им как-то неуютно, холодно, страшно и очень одиноко.
Впрочем, судя по информации открытых источников, пока ядерная начинка в В61 еще не совсем до конца «протухла». Лет 15 - 20 изделие еще срабатывать будет. Другой вопрос, что про установку на максимальную мощность можно забыть. Значит что? Значит надо придумать, как ту же бомбу можно класть точнее! Расчеты на матмоделях показали, что при сокращении радиуса круга, в который изделие будет гарантированно попадать, до 30 метров, и обеспечения не наземного, а подземного подрыва боевой части на глубине хотя бы от 3 до 12 метров, разрушительная сила удара, за счет процессов, протекающих в плотное среде грунтов, получается той же, а мощность взрыва можно уменьшить до 15 раз. Грубо говоря, тот же результат достигается 17ю килотоннами, вместо 170. Как это сделать? Да элементарно, Ватсон!
ВВС уже скоро как 20 лет применяют технологию Joint Direct Attack Munition (JDAM). Берется обычная “тупая” (от английского dumb) бомба.
На нее навешивается комплект наведения, включающий использование GPS, заменяется хвостовая часть с пассивной на активно подруливающую по командам бортового компьютера, и вот вам новая, уже”умная”(smart) бомба, способная поражать цель точно. Кроме того, замена материалов некоторых элементов корпуса и головного обтекателя позволяет оптимизировать траекторию встречи изделия с преградой так, чтобы за счет собственной кинетической энергии оно могло до взрыва проникать в грунт на нужную глубину Технология была разработана корпорацией Boeing в 1997 году по объединенному заказу ВВС И ВМС США. Во время “Второй Иракской” известен случай поражения 500 килограммовой JDAM иракского бункера, находившегося на глубине 18 метров под землей. Причем подрыв боевой части самой бомбы произошел на минус третьем уровне бункера, находившемся еще 12-ю метрами ниже. Сказано - сделано! У США появилась программа модернизации всех 400 “тактических” и 200 “запасных” В61 в новейшую модернизацию В61-12. Впрочем, ходят слухи, что “высотные” варианты под эту программу попадут тоже.
На фото из программы испытаний хорошо видно, что инженеры пошли именно таким путем. На хвостовик, торчащий за стабилизаторами внимания обращать не стоит. Это элемент крепления к испытательному стенду в аэродинамической трубе.
Важно отметить, что в центральной части изделия появилась вставка, в которой расположены маломощные ракетные двигатели, выхлоп сопел которых обеспечивает бомбе собственное вращение по продольной оси. В сочетании с головкой самонаведения и активными рулями, В61-12 теперь может планировать на дальность до 120 - 130 километров, позволяя самолету-носителю производить ее сброс без захода в зону ПВО цели.
20 октября 2015 года ВВС США провели бросковые испытания образца новой тактической термоядерной бомбы на полигоне в штате Невада, использовав в качестве носителя истребитель-бомбардировщик F-15E. Боеприпас без заряда уверенно поразил круг радиусом 30 метров.
Насчет точности (КВО):
Это значит, что формально американцам удалось (есть такое у них выражение) схватить Бога за бороду. Под соусом “просто модернизации одного очень-очень старого изделия”, которое, к тому же, ни под один из свежезаключенных договоров не подпадает, США создали “ядерное шило” с повышенной дальностью и точностью. С учетом особенностей физики ударной волны подземного взрыва и модернизации боевой части под 0,3 – 1,5 – 10 – 35 (по другим источникам до 50) килотонн, в проникающем режиме В61-12 может обеспечить такие же разрушения, как при обычном наземном взрыве мощностью от 750 до 1250 килотонн.
Правда, оборотной стороной успеха стали… деньги и союзники. На сами поиски решения, включая бросковые испытания на полигоне, с 2010 года Пентагон потратил всего 2 млрд. долларов, что по американским меркам сущие пустяки. Правда, возникает ехидный вопрос, что они такого нового там придумывали, если учесть, что самый дорогой серийный комплект оборудования для переоснащения сопоставимой по размеру и весу обычной фугасной авиабомбы типа GBU там стоит всего 75 тыс. дол? Ну да ладно, чего в чужой карман заглядывать.
Другое дело, что сами эксперты из NNSA прогнозируют размер расходов на переделку всего текущего боезапаса В61 в сумме, по меньшей мере в 8,1 млрд. долл. к 2024 году. Это если ничто никуда к тому моменту не подорожает, что для американских военных программ есть ожидание абсолютно фантастическое. Хотя… если даже этот бюджет поделить на 600 изделий, предполагающихся к модернизации, то калькулятор мне подсказывает, что денег понадобится как минимум по 13,5 млн. баксов за штуку. Куда уж тут еще дороже, учитывая розничную цену обычного комплекта “умности для бомбы”?
Впрочем, существует весьма ненулевая вероятность, что вся программа В61-12 полностью так и не будет реализована. Названная сумма уже вызвала серьезное недовольство Конгресса США, серьезно занятого поиском возможностей секвестра расходов и сокращения бюджетных программ. Включая оборонные. Пентагон, само собой, бьется на смерть. Заместитель министра обороны США по проблемам глобальной стратегии Мадлен Кридон заявила на слушаниях в Конгрессе, что “воздействие секвестра угрожает подорвать усилия [по модернизации ядерных боеприпасов] и способствовать дальнейшему росту незапланированных затрат за счет удлинения периодов разработки и производства”. По ее словам, уже в нынешнем виде сокращения бюджета к настоящему моменту привели к переносу сроков начала реализации программы модернизации В61 примерно на шесть месяцев. Т.е. начало серийного производства В61-12 сдвинулся до начала 2020 года.
С другой стороны, у заседающих в разных контрольно-наблюдательных и всяких там бюджетно-финансовых комиссиях гражданских конгрессменов для секвестра существует свой резон. Самолет F-35, рассматривающийся в качестве основного носителя новых термоядерных авиабомб, все еще толком не летает. Программа его поставок в войска уже в который раз сорвана и неизвестно, будет ли она исполнена вообще. Европейские партнеры по НАТО все больше выражают озабоченность по поводу опасности повышения “тактической заточенности” модернизированных В61 и неизбежный “какой-то ответ со стороны России”. А она уже успела за прошедшие несколько лет продемонстрировать способность парировать новые угрозы категорически ассиметричными способами. Как бы не получилось так, что в результате ответных мер Москвы, ядерная безопасность в Европе, вопреки сладким речам Вашингтона, не увеличилась, а, наоборот, как бы не уменьшилась. Они все чаще цепляются за стремление к безъядерному статусу Европы. И модернизированные термоядерные бомбы их совершенно не радуют. Разве что новый премьер-министр Великобритании в своем первом выступлении при вступлении в должность что-то там про ядерное сдерживание пообещала. Остальные же, особенно Германия, Франция и Италия, так вообще не стесняются заявлять, что против реально у них существующих проблем с мигрантами и террористических угроз тактическое ядерное оружие может помочь в наименьшей степени.
Но деваться Пентагону все равно некуда. Если не модернизировать эти бомбы в ближайшие 4 – 8 лет, то “ржа сожрет” и половину текущего боезапаса…А еще через пяток лет вопрос модернизации может сняться сам собой, так сказать, в виду пропадания предмета для модернизации.
И, кстати, с начинкой боеголовок стратегического ядерного оружия у них ведь те же проблемы…
источники
Во время обустройства площадки для ядерных испытаний на Семипалатинском атомном полигоне мне пришлось 12 августа 1953 года пережить взрыв первой на земном шаре водородной бомбы мощностью 400 килотонн, взрыв возник внезапно. Земля заколыхалась под нами, как вода. Волна земной поверхности прошла и подняла нас на высоту более метра. А находились мы на удалении около 30 километров от эпицентра взрыва. Шквал воздушной волны бросил нас на землю. Прокатил по ней несколько метров, как щепки. Раздался дикий рёв. Ослепительно сверкали молнии. Они вселяли животный ужас.
Когда мы, наблюдатели этого кошмара, поднялись, над нами висел ядерный гриб. От него исходило тепло и слышался треск. Я как зачарованный смотрел в ножку гигантского гриба. Внезапно к нему подлетел самолёт и начал делать чудовищные виражи. Я подумал, что это лётчик-герой забирает пробы радиоактивного воздуха. Затем самолёт нырнул в ножку гриба и исчез... Это было удивительно и страшно.
На поле полигона действительно стояли самолёты, танки и другая техника. Но позднейшие расспросы показали, что ни один самолёт не брал пробы воздуха из ядерного гриба. Неужели это была галлюцинация? Загадка разрешилась позже. Я понял, что то был эффект печной трубы гигантских масштабов. Ни самолётов, ни танков на поле после взрыва не оказалось. Но специалисты считали, что они испарились от высокой температуры. Я считаю, что их попросту втянул в себя огненный гриб. Мои наблюдения и впечатления подтвердились и другим свидетельством.
22 ноября 1955 года был произведён ещё более мощный взрыв. Заряд водородной бомбы составлял 600 килотонн. Площадку под этот новый взрыв мы подготовили в 2,5 километра от эпицентра предыдущего ядерного взрыва. Оплавленную радиоактивную корку земли зарывали тут же в вырытые бульдозерами траншеи; готовили новую порцию техники, которая должна была сгореть в пламени водородной бомбы. Начальником строительства Семипалатинского полигона был Р. Е. Рузанов. Он оставил выразительное описание этого второго взрыва.
Жителей «Берега» (жилгородок испытателей), ныне город Курчатов, подняли в 5 часов утра. Был мороз -15°С. Всех отвели на стадион. Окна и двери в домах оставили открытыми.
В назначенный час появился гигантский самолёт в сопровождении истребителей.
Вспышка взрыва возникла неожиданно и страшно. Она была ярче Солнца. Солнце померкло. Оно исчезло. Исчезли облака. Небо стало чёрно-синим. Раздался удар страшной силы. Он дошёл до стадиона с испытателями. Стадион был в 60 километрах от эпицентра. Несмотря на это, воздушная волна повалила людей на землю и отбросила их на десятки метров к трибунам. Были повалены тысячи людей. Раздался дикий вопль этих толп. Кричали женщины и дети. Весь стадион наполнился стонами от травм и боли, которые мгновенно поразили людей. Стадион с испытателями и жителями городка утонул в пыли. Город тоже был не виден от пыли. Горизонт там, где был полигон, кипел в клубах пламени. Ножка атомного гриба тоже как бы кипела. Она двигалась. Казалось, вот-вот подойдёт к стадиону и накроет нас всех кипящее облако. Отчётливо было видно, как с земли в облако стали втягиваться и исчезать в нём танки, самолёты, части разрушенных сооружений, специально выстроенных на поле полигона Голову сверлила мысль: и нас втянет в это облако! Всеми овладели оцепенение и ужас.
Внезапно ножка ядерного гриба оторвалась от кипящего вверху облака. Облако поднялось выше, а ножка осела к земле. Только тут люди пришли в себя. Все бросились к домам. Окон и дверей, крыш, скарба в них не было. Всё было размётано вокруг. Пострадавших во время испытаний спешно собирали и отправляли в госпиталь...
Через неделю приехавшие с Семипалатинского полигона офицеры шёпотом рассказывали об этом чудовищном зрелище. О страданиях, которые перенесли люди. О летающих в воздухе танках. Сопоставив эти рассказы с моими наблюдениями, я понял, что был свидетелем явления, которое можно назвать эффектом печной трубы. Только в гигантских масштабах.
Огромные тепловые массы при водородном взрыве отрывались от поверхности земли и двигались в направлении к центру гриба. Этот эффект возник из-за чудовищных температур, которые давал ядерный взрыв. В начальной стадии взрыва температура составляла 30 тысяч градусов Цельсия В ножке ядерного гриба она была не менее 8 тысяч. Возникала огромная, чудовищная сила всасывания, втягивавшая в эпицентр взрыва любые предметы, стоявшие на полигоне. Поэтому самолёт, который я наблюдал при первом ядерном взрыве, не был галлюцинацией. Его просто втянуло в ножку гриба, и он делал там невероятные виражи...
Процесс, который я наблюдал при взрыве водородной бомбы, весьма опасен. Не только своей высокой температурой, но и понятым мной эффектом всасывания гигантских масс, будь то воздушная или водяная оболочка Земли.
Мой расчёт 1962 года показал, что если ядерный гриб пробьёт атмосферу на большую высоту, это может вызвать планетарную катастрофу. При подъеме гриба на высоту 30 километров начнётся процесс всасывания водо-воздушных масс Земли в космос. Вакуум начнёт работать как насос. Земля лишится воздушной и водной оболочек вместе с биосферой. Человечество погибнет.
Я подсчитал, что для этого апокалиптического процесса достаточно атомной бомбы всего в 2 тысячи килотонн, то есть всего в три раза больше мощности второго водородного взрыва. Это самый простой рукотворный сценарий гибели человечества.
В своё время мне запретили об этом говорить. Сегодня я считаю своим долгом сказать об угрозе человечеству прямо и открыто.
На Земле накоплены огромные запасы ядерного оружия. Работают реакторы атомных электростанций по всему миру. Они могут стать добычей террористов. Взрыв этих объектов может достигнуть мощностей больших, чем 2 тысячи килотонн. Потенциально сценарий гибели цивилизации уже уготован.
Что отсюда следует? Необходимо охранять ядерные объекты от возможного терроризма так тщательно, чтобы они оказались совершенно недоступными для него. В противном случае планетарная катастрофа неминуема.
Сергей Алексеенко
участник строительства
Семиполатинского ядерного
