Де і коли було застосовано водневу бомбу. Найпотужніша бомба у світі. Яка бомба сильніша: вакуумна чи термоядерна? Цар-бомба - термоядерна бомба ссср
Воднева або термоядерна бомба стала наріжним каменем гонки озброєнь між США та СРСР. Дві наддержави кілька років сперечалися, хто стане першим володарем нового виду руйнівної зброї.
Проект термоядерної зброї
На початку холодної війни випробування водневої бомби було для керівництва СРСР найважливішим аргументом боротьби з США. У Москві хотіли досягти ядерного паритету з Вашингтоном та вкладали у гонку озброєнь величезні кошти. Втім, роботи зі створення водневої бомби розпочалися не завдяки щедрому фінансуванню, а через повідомлення законспірованої агентури в Америці. 1945 року в Кремлі дізналися про те, що в США йде підготовка до створення нової зброї. Це була надбомба, проект якої отримав назву Super.
Джерелом цінної інформації був Клаус Фукс – співробітник Лос-Аламоської національної лабораторії США. Він передав Радянському Союзу конкретні відомості щодо секретних американських розробок надбомби. До 1950 року проект Super був викинутий у кошик, оскільки західним вченим стало ясно, що така схема нової зброї не може бути реалізована. Керівником цієї програми був Едвард Теллер.
У 1946 році Клаус Фукс та Джон розвинули ідеї проекту Super та запатентували власну систему. Принципово новим у ній був принцип радіоактивної імплозії. У СРСР цю схему почали розглядати дещо пізніше – у 1948 році. Загалом можна сказати, що на стартовому етапі повністю базувався на американській інформації, отриманій розвідкою. Але, продовжуючи дослідження вже на основі цих матеріалів, радянські вчені помітно випередили своїх західних колег, що дозволило СРСР отримати спочатку першу, а потім найпотужнішу термоядерну бомбу.
17 грудня 1945 року на засіданні спеціального комітету, створеного при Раді Народних комісарів СРСР, фізики-ядерники Яків Зельдович, Ісаак Померанчук та Юлій Хартіон виступили з доповіддю «Використання ядерної енергії легких елементів». У цьому документі розглядалася можливість використання бомби із дейтерієм. Цей виступ став початком радянської ядерної програми.
В 1946 теоретичні дослідження талі проводитися в Інституті хімічної фізики. Перші результати цієї роботи було обговорено на одному із засідань Науково-технічної ради у Першому головному управлінні. Ще через два роки Лаврентій Берія доручив Курчатову та Харитону проаналізувати матеріали про систему фон Неймана, які були доставлені до Радянського Союзу завдяки законспірованій агентурі на заході. Дані цих документів дали додатковий імпульс дослідженням, завдяки яким народився проект РДС-6.
«Іві Майк» та «Кастл Браво»
1 листопада 1952 року американці зазнали першого у світі термоядерного Це була ще не бомба, але вже її найважливіша складова частина. Підрив стався на атоле Енівотек, у Тихому океані. та Станіслав Улам (кожен із них фактично творець водневої бомби) незадовго до того розробили двоступінчасту конструкцію, яку американці й випробували. Пристрій не могло використовуватися як зброя, так як проводився за допомогою дейтерію. Крім того, воно відрізнялося величезною вагою та габаритами. Такий снаряд просто не можна було скинути з літака.
Випробовування першої водневої бомби було проведено радянськими вченими. Після того як у США дізналися про успішне використання РДС-6с, стало ясно, що необхідно якнайшвидше скоротити відставання від росіян у гонці озброєнь. Американське випробування відбулося 1 березня 1954 року. Як полігон був обраний атол Бікіні на Маршаллових островах. Тихоокеанські архіпелаги вибиралися невипадково. Тут майже не було населення (а ті небагато людей, які жили на довколишніх островах, були виселені напередодні експерименту).
Найбільш руйнівний вибух водневої бомби американців став відомим як Кастл Браво. Потужність заряду виявилася в 2,5 рази вищою за передбачувану. Вибух призвів до радіаційного зараження значної площі (множини островів та Тихого океану), що призвело до скандалу та перегляду ядерної програми.
Розробка РДС-6с
Проект першої радянської термоядерної бомби отримав назву РДС-6С. План було написано видатним фізиком Андрієм Сахаровим. У 1950 році Рада міністрів СРСР ухвалила зосередити роботи над створенням нової зброї в КБ-11. Згідно з цим рішенням, група вчених під керівництвом Ігоря Тамма вирушила до закритого Арзамасу-16.
Спеціально для цього грандіозного проекту було підготовлено Семипалатинський полігон. Перед тим, як почалося випробування водневої бомби, там були встановлені численні вимірювальні, кінознімальні та реєструючі прилади. Крім того, на доручення вчених там з'явилися майже дві тисячі індикаторів. Область, яку торкнулося випробування водневої бомби, включала 190 споруд.
Семипалатинський експеримент був унікальним не лише через новий вид зброї. Використовувалися унікальні паркани, призначені для хімічних та радіоактивних проб. Їх могла відкрити лише потужна ударна хвиля. Реєструючі та кінознімальні прилади були встановлені у спеціально підготовлених укріплених спорудах на поверхні та у підземних бункерах.
Alarm Clock
Ще 1946 року Едвард Теллер, який працював у США, розробив прототип РДС-6с. Він отримав назву Alarm Clock. Спочатку проект цього пристрою був запропонований як альтернатива Super. У квітні 1947 року в лабораторії Лос-Аламосі почалася ціла серія експериментів, призначена для дослідження природи термоядерних принципів.
Від Alarm Clock вчені очікували найбільшого енерговиділення. Восени Теллер вирішив використовувати як паливо для влаштування дейтерид літію. Дослідники ще не використовували цю речовину, але очікували, що вона дозволить підвищити ефективність. Цікаво, що Теллер вже тоді зазначав у своїх службових записках залежність ядерної програми від подальшого розвитку комп'ютерів. Ця техніка була необхідна вченим для більш точних та складних розрахунків.
Alarm Clock та РДС-6с мали багато спільного, але багатьом і відрізнялися. Американський варіант був настільки практичним як радянський через свою величину. Великі розміри він успадкував від проекту Super. Зрештою, американцям довелося відмовитись від цієї розробки. Останні дослідження пройшли в 1954 році, після чого стало зрозуміло, що проект нерентабельний.
Вибух першої термоядерної бомби
Перше в людській історії випробування водневої бомби відбулося 12 серпня 1953 року. Вранці на горизонті з'явився яскравий спалах, який зліпив навіть через захисні окуляри. Вибух РДС-6с виявився в 20 разів потужнішим за атомну бомбу. Експеримент було визнано вдалим. Вчені зуміли досягти важливого технологічного прориву. Вперше як паливо був використаний гідрид літію. У радіусі 4 кілометри від епіцентру вибуху хвилею знищило всі будівлі.
Наступні випробування водневої бомби в СРСР ґрунтувалися на досвіді, отриманому під час використання РДС-6с. Ця руйнівна зброя була не лише найпотужнішою. Важливою перевагою бомби була її компактність. Снаряд містився у бомбардувальник Ту-16. Успіх дозволив радянським вченим випередити американців. У цей час був термоядерний пристрій, розміром з будинок. Воно було нетранспортабельним.
Коли у Москві заявили, що воднева бомба СРСР уже готова, у Вашингтоні оскаржили цю інформацію. Головним аргументом американців був той факт, що термоядерна бомба має бути виготовлена за схемою Теллера-Улама. У її основі лежав принцип радіаційної імплозії. Цей проект буде реалізовано в СРСР через два роки, 1955-го.
У створення РДС-6с найбільший внесок зробив фізик Андрій Сахаров. Воднева бомба була його дітищем - саме він запропонував революційні технічні рішення, які дозволили успішно завершити випробування на Семипалатинському полігоні. Молодий Сахаров відразу ж став академіком в АН СРСР, Героєм Соціалістичної Праці та лауреатом Нагород та медалей удостоїлися й інші вчені: Юлій Харитон, Кирило Щелкін, Яків Зельдович, Микола Духов тощо. У 1953 випробування водневої бомби показало подолати те, що ще зовсім недавно здавалося вигадкою та фантастикою. Тому одразу після успішного вибуху РДС-6с почалася розробка ще потужніших снарядів.
РДС-37
20 листопада 1955 року пройшли чергові випробування водневої бомби у СРСР. Цього разу вона була двоступінчастою та відповідала схемі Теллера-Улама. Бомбу РДС-37 мали намір скинути з літака. Однак, коли він піднявся в повітря, стало зрозуміло, що випробування доведеться проводити за нештатної ситуації. Попри прогнози синоптиків, помітно зіпсувалася погода, через що полігон накрила хмарно.
Вперше фахівці виявилися змушені саджати літак із термоядерною бомбою на борту. Якийсь час на Центральному командному пункті йшла дискусія про те, що робити далі. Розглядалася пропозиція скинути бомбу в горах неподалік, проте цей варіант був відхилений, як надто ризикований. Тим часом літак продовжував кружляти поруч із полігоном, виробляючи пальне.
Вирішальне слово отримали Зельдович та Сахаров. Воднева бомба, яка вибухнула не на полігоні, призвела б до катастрофи. Вчені розуміли всю міру ризику та власної відповідальності, і все-таки дали письмове підтвердження того, що посадка літака буде безпечною. Зрештою, командир екіпажу Ту-16 Федір Головашко отримав команду приземлятися. Посадка була дуже плавною. Льотчики виявили всі свої вміння та не запанікували у критичній ситуації. Маневр був ідеальним. У Центральному командному пункті полегшено видихнули.
Творець водневої бомби Сахаров та його команда перенесли випробування. Друга спроба була намічена на 22 листопада. Цього дня все минулося без позаштатних ситуацій. Бомбу скинули з висоти 12 кілометрів. Поки снаряд падав, літак встиг піти на безпечну відстань від епіцентру вибуху. За кілька хвилин ядерний гриб досяг висоти 14 кілометрів, яке діаметр - 30 кілометрів.
Вибух не обійшовся без трагічних подій. Від ударної хвилі на відстані 200 кілометрів вибивало шибки, через що постраждало кілька людей. Також загинула дівчинка, яка жила в сусідньому аулі, на яку обвалилася стеля. Ще однією жертвою став солдат, який перебував у спеціальному вичікувальному районі. Солдата засипало в землянці, і він помер від ядухи до того, як товариші змогли витягти його.
Розробка «Цар-бомби»
У 1954 році найкращі фізики-ядерники країни під керівництвом розпочали розробку найпотужнішої в історії людства термоядерної бомби. У цьому проекті також взяли участь Андрій Сахаров, Віктор Адамський, Юрій Бабаєв, Юрій Смирнов, Юрій Трутнєв тощо. Завдяки своїй потужності та розміру бомба стала відома як «Цар-бомба». Учасники проекту пізніше згадували, що ця фраза з'явилася після знаменитого висловлювання Хрущова про «Кузьчину матір» в ООН. Офіційно проект називався АН602.
За сім років розробок бомба пережила кілька реінкарнацій. Спочатку вчені планували використовувати компоненти з урану та реакцію Джекілла-Хайда, проте пізніше від цієї ідеї довелося відмовитися через небезпеку радіоактивного забруднення.
Випробування на Новій Землі
На деякий час проект «Цар-бомба» був заморожений, оскільки Хрущов збирався до США, а холодній війні настала коротка пауза. 1961 року конфлікт між країнами розгорівся знову і в Москві знову згадали про термоядерну зброю. Хрущов повідомив про майбутні випробування у жовтні 1961 року під час XXII з'їзду КПРС.
30 числа Ту-95В із бомбою на борту вилетів із Олени та попрямував на Нову Землю. Літак діставався до мети дві години. Чергову радянську водневу бомбу було скинуто на висоті 10,5 тисяч метрів над ядерним полігоном «Сухий Ніс». Снаряд вибухнув ще в повітрі. Виникла вогненна куля, яка досягла діаметра трьох кілометрів і майже торкнулася землі. За підрахунками, вчених сейсмічна хвиля від вибуху тричі перетнула планету. Удар відчувався за тисячу кілометрів, а все живе на відстані ста кілометрів могло отримати опіки третього ступеня (цього не сталося, оскільки цей район був безлюдним).
На той момент найбільш потужна термоядерна бомба США у потужності поступалася Царю-бомбі в чотири рази. Радянське керівництво було досить результатом експерименту. У Москві отримали те, що так хотіли від чергової водневої бомби. Випробування продемонструвало, що СРСР має зброю куди більш потужну ніж США. Надалі руйнівний рекорд Царя-бомби так і не був побитий. Найпотужніший вибух водневої бомби став найважливішою віхою історія науки та холодної війни.
Термоядерна зброя інших країн
Британські розробки водневої бомби розпочалися 1954 року. Керівником проекту був Вільям Пенней, який до того був учасником манхеттенського проекту у США. Англійці мали крихти інформації про будову термоядерної зброї. Американські союзники не ділилися цією інформацією. У Вашингтоні посилалися на закон про атомну енергію, прийнятий 1946 року. Єдиним винятком для британців був дозвіл на спостереження за випробуваннями. Крім того, вони використовували літаки для збору проб після вибухів американських снарядів.
Спершу в Лондоні вирішили обмежитися створенням потужної атомної бомби. Так почалися випробування «Помаранчевий вісник». У ході них було скинуто найпотужнішу з не термоядерних бомб в історії людства. Її недоліком була надмірна дорожнеча. 8 листопада 1957 року було випробувано водневу бомбу. Історія створення британського двоступінчастого пристрою - це приклад успішного прогресу в умовах відставання від двох наддержав, що сперечаються між собою.
У Китаї воднева бомба з'явилася 1967 року, у Франції - 1968-го. Таким чином, у клубі країн-власників термоядерної зброї сьогодні п'ять держав. Спірними залишаються відомості про водневу бомбу у Північній Кореї. Глава КНДР заявляв, що його вчені спромоглися розробити такий снаряд. У ході випробувань сейсмологи різних країн зафіксували сейсмічну активність, спричинену ядерним вибухом. Але жодної конкретної інформації про водневу бомбу в КНДР досі немає.
Наприкінці 30-х років минулого століття в Європі вже були відкриті закономірності поділу та розпаду, а воднева бомба з розряду фантастики перейшла в реальну дійсність. Історія освоєння ядерної енергії цікава і досі є захоплюючим змаганням між науковим потенціалом країн: нацистської Німеччини, СРСР і США. Найпотужніша бомба, володіти якою мріяла будь-яка держава, була не лише зброєю, а й потужним політичним інструментом. Та країна, яка мала її у своєму арсеналі, фактично ставала всемогутньою та могла диктувати свої правила.
Воднева бомба має історію створення, в основу якої лягли фізичні закони, а саме термоядерний процес. Спочатку її неправильно назвали атомною, а виною тому була неписьменність. У вчений Бете, який згодом став лауреатом Нобелівської премії, працював над штучним джерелом енергії - розподілом урану. Цей час був піком наукової діяльності багатьох фізиків, а серед них була така думка, що наукові секрети нічого не винні існувати зовсім, оскільки спочатку закони науки інтернаціональні.
Теоретично воднева бомба була винайдена, тепер за допомогою конструкторів вона повинна була придбати технічні форми. Залишалося тільки упаковати її у певну оболонку та випробувати на потужність. Є два вчені, імена яких назавжди будуть пов'язані зі створенням цієї потужної зброї: у США це – Едвард Теллер, а в СРСР – Андрій Сахаров.
У США термоядерною проблемою ще 1942 року почав займатися фізик За розпорядженням Гаррі Трумена, на той час президента США, над цією проблемою працювали найкращі вчені країни, вони створювали принципово нову зброю знищення. Причому замовлення уряду було на бомбу потужністю не менше мільйона тонн тротилу. Воднева бомба Теллером була створена і показала людству в Хіросімі та Нагасакі свої безмежні, але нищівні здібності.
На Хіросіму було скинуто бомбу, яка важила 4,5 тонни із вмістом урану 100 кг. Цей вибух відповідав майже 12 500 тонн тротилу. Японське місто Нагасакі стерло плутонієву бомбу такої ж маси, але еквівалентну вже 20 000 тонн тротилу.
Майбутній радянський академік А. Сахаров у 1948 році, ґрунтуючись на своїх дослідженнях, представив конструкцію водневої бомби під найменуванням РДС-6. Його дослідження пішли за двома гілками: перша мала назву «шарка» (РДС-6с), а її особливістю був атомний заряд, який оточувався шарами важких та легких елементів. Друга гілка - «труба» або (РДС-6т), у ній плутонієва бомба перебувала у рідкому дейтерії. Згодом було зроблено дуже важливе відкриття, що довело, що напрям «труба» є глухим.
Принцип дії водневої бомби полягає в наступному: спочатку вибухає всередині оболонки HB заряд, який є ініціатором термоядерної реакції, як наслідок виникає нейтронний спалах. При цьому процес супроводжується вивільненням високої температури, яка потрібна для подальшого нейтрону. Починають бомбардування вкладиша з дейтериду літію, а він у свою чергу під безпосередньою дією нейтронів розщеплюється на два елементи: тритій і гелій. Використовуваний атомний запал утворює необхідних перебігу синтезу складові вже приведеної в дію бомбі. Ось такий складний принцип дії водневої бомби. Після цієї попередньої дії починається безпосередньо термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм. У цей час у бомбі дедалі більше зростає температура, а в синтезі бере участь більша кількість водню. Якщо слідкувати за часом перебігу цих реакцій, то швидкість їх дії можна охарактеризувати як миттєву.
Згодом вчені почали застосовувати не синтез ядер, які розподіл. При поділі однієї тонни урану створюється енергія, еквівалентна 18 Мт. Така бомба має колосальну потужність. Найпотужніша бомба, створена людством, належала СРСР. Вона навіть потрапила до книги рекордів Гіннесса. Її вибухова хвиля дорівнювала 57 (приблизно) мегатоннам речовини тротил. Вибухнула вона була в 1961 році в районі архіпелагу Нова Земля.
У багатьох наших читачів воднева бомба асоціюється з атомною, лише набагато потужнішою. Насправді це принципово нова зброя, яка зажадала для свого створення незрівнянно великих інтелектуальних зусиль і працює на інших фізичних принципах.
Редакція ПМ
«Шарка»
Сучасна бомба
Єдине, що ріднить атомну і водневу бомбу, то це те, що обидві вивільняють колосальну енергію, приховану в атомному ядрі. Зробити це можна двома шляхами: розділити важкі ядра, наприклад, урану чи плутонію, більш легкі (реакція поділу) чи змусити злитися найлегші ізотопи водню (реакція синтезу). В результаті обох реакцій маса матеріалу, що вийшов, завжди менше маси вихідних атомів. Але маса не може зникнути безвісти - вона переходить в енергію за знаменитою формулою Ейнштейна E = mc2.
A-bomb
Для створення атомної бомби необхідною і достатньою умовою є отримання матеріалу, що ділиться в достатній кількості. Робота досить трудомістка, але малоінтелектуальна, що лежить ближче до гірничорудної промисловості, ніж високої науки. Основні ресурси при створенні такої зброї йдуть на будівництво гігантських уранових копалень і збагачувальних комбінатів. Свідченням простоти пристрою є той факт, що між отриманням необхідного для першої бомби плутонію та першим радянським ядерним вибухом не минуло й місяця.
Нагадаємо коротко принцип роботи такої бомби, відомий із курсу шкільної фізики. В її основі лежить властивість урану та деяких трансуранових елементів, наприклад, плутонію, при розпаді виділяти більше одного нейтрону. Ці елементи можуть розпадатися як мимовільно, і під впливом інших нейтронів.
Нейтрон, що вивільнився, може залишити радіоактивний матеріал, а може і зіткнутися з іншим атомом, викликавши чергову реакцію поділу. При перевищенні певної концентрації речовини (критичної маси) кількість новонароджених нейтронів, що викликають подальший поділ атомного ядра, починає перевищувати кількість ядер, що розпадаються. Кількість атомів, що розпадаються, починає зростати лавиноподібно, народжуючи нові нейтрони, тобто відбувається ланцюгова реакція. Для урану-235 критична маса становить близько 50 кг, для плутонію-239 – 5,6 кг. Тобто кулька плутонію масою трохи менше 5,6 кг є просто теплим шматком металу, а масою трохи більше існує всього кілька наносекунд.
Власне схема роботи бомби проста: беремо дві півсфери урану або плутонію, кожна трохи менше критичної маси, розташовуємо їх на відстані 45 см, обкладаємо вибухівкою та вибухаємо. Уран або плутоній спікається в шматок надкритичної маси і починається ядерна реакція. Всі. Існує інший спосіб запустити ядерну реакцію - обжати потужним вибухом шматок плутонію: відстань між атомами зменшиться, і реакція почнеться за меншої критичної маси. На цьому принципі працюють усі сучасні атомні детонатори.
Проблеми атомної бомби починаються з того моменту, коли хочемо наростити потужність вибуху. Простим збільшенням матеріалу, що ділиться, не обійтися - як тільки його маса досягає критичної, він детонує. Вигадувалися різні хитромудрі схеми, наприклад, робити бомбу не з двох частин, а з безлічі, чому бомба починала нагадувати розпорошений апельсин, а потім одним вибухом збирати її в один шматок, але все одно при потужності понад 100 кілотон проблеми ставали непереборними.
H-bomb
А ось пальне для термоядерного синтезу критичної маси не має. Ось Сонце, наповнене термоядерним паливом, висить над головою, всередині його вже мільярди років триває термоядерна реакція — і нічого не вибухає. До того ж при реакції синтезу, наприклад, дейтерію та тритію (важкого і надважкого ізотопу водню) енергії виділяється в 4,2 рази більше, ніж при згорянні такої ж маси урану-235.
Виготовлення атомної бомби було скоріше експериментальним, ніж теоретичним процесом. Створення водневої бомби зажадало появи абсолютно нових фізичних дисциплін: фізики високотемпературної плазми і надвисоких тисків. Перш ніж починати конструювати бомбу, треба було досконально розібратися в природі явищ, що відбуваються лише в ядрі зірок. Жодні експерименти тут допомогти не могли — інструментами дослідників були лише теоретична фізика та вища математика. Невипадково гігантська роль розробці термоядерної зброї належить саме математикам: Уламу, Тихонову, Самарскому тощо.
Класичний супер
До кінця 1945 Едвард Теллер запропонував першу конструкцію водневої бомби, що отримала назву «класичний супер». Для створення жахливого тиску і температури, необхідні початку реакції синтезу, передбачалося використовувати звичайну атомну бомбу. Сам «класичний супер» був довгим циліндром, наповненим дейтерієм. Передбачалася також проміжна «запальна» камера з дейтерієвотрітієвою сумішшю — реакція синтезу дейтерію і тритію починається при нижчому тиску. За аналогією з багаттям, дейтерій мав відігравати роль дров, суміш дейтерію з тритієм — склянки бензину, а атомна бомба — сірники. Така схема отримала назву "труба" - своєрідна сигара з атомною запальничкою з одного кінця. За такою ж схемою почали розробляти водневу бомбу та радянські фізики.
Однак математик Станіслав Улам на звичайній логарифмічній лінійці довів Теллеру, що виникнення реакції синтезу чистого дейтерію в «супері» навряд чи можливо, а для суміші знадобилася б така кількість тритію, що для його напрацювання потрібно було б практично заморозити виробництво збройового плутонію в США.
Шар з цукром
У 1946 року Теллер запропонував чергову схему водневої бомби — будильник. Вона складалася з сферичних шарів урану, дейтерію і тритію, що чергуються. При ядерному вибуху центрального заряду плутонію створювалося необхідне тиск і температура початку термоядерної реакції інших шарах бомби. Однак для «будильника» був потрібний атомний ініціатор великої потужності, а США (як, втім, і СРСР) мали проблеми з напрацюванням збройового урану і плутонію.
Восени 1948 до аналогічної схеми прийшов і Андрій Сахаров. У Радянському Союзі конструкція одержала назву «шарка». Для СРСР, який не встигав у достатній кількості напрацьовувати збройовий уран-235 та плутоній-239, цукрова слойка була панацеєю. І ось чому.
У звичайній атомній бомбі природний уран-238 не тільки марний (енергії нейтронів при розпаді не вистачає для ініціації поділу), а й шкідливий, оскільки жадібно поглинає вторинні нейтрони, уповільнюючи ланцюгову реакцію. Тому збройовий уран на 90% складається із ізотопу уран-235. Однак нейтрони, що з'являються в результаті термоядерного синтезу, в 10 разів більш енергетичні, ніж нейтрони поділу, і природний уран-238, що опромінений такими нейтронами, починає чудово ділитися. Нова бомба дозволяла використовувати як вибухівку уран-238, який раніше розглядався як відходи виробництва.
Родзинкою цукрової «шарки» було також застосування замість гостродефіцитного тритію білої легкої кристалічної речовини - дейтриду літію 6LiD.
Як згадувалося вище, суміш дейтерію та тритію підпалюється набагато легше, ніж чистий дейтерій. Однак на цьому переваги тритію закінчуються, а залишаються одні недоліки: у нормальному стані тритій - газ, через що виникають труднощі із зберіганням; тритій радіоактивний і, розпадаючись, перетворюється на стабільний гелій-3, що активно пожирає такі необхідні швидкі нейтрони, що обмежує термін придатності бомби кількома місяцями.
Нерадіоактивний дейтрид літію при опроміненні його повільними нейтронами поділу — наслідками вибуху атомного запалу — перетворюється на тритій. Таким чином, випромінювання первинного атомного вибуху за мить виробляє достатню для подальшої термоядерної реакції кількість тритію, а дейтерій в дейтриде літію є спочатку.
Саме така бомба, РДС-6с, і була успішно випробувана 12 серпня 1953 року на вежі Семипалатинського полігону. Потужність вибуху склала 400 кілотонн, і досі не припинилися суперечки, чи це справжній термоядерний вибух чи надпотужний атомний. Адже на реакцію термоядерного синтезу в цукорівському шарі довелося не більше 20% сумарної потужності заряду. Основний внесок у вибух зробила реакція розпаду опроміненого швидкими нейтронами урану-238, завдяки якому РДС-6с відкрила еру так званих «брудних» бомб.
Справа в тому, що основне радіоактивне забруднення дають якраз продукти розпаду (зокрема, стронцій-90 і цезій-137). Фактично, сахаровская «слойка» була гігантської атомної бомбою, лише трохи посиленої термоядерної реакцією. Не випадково лише один вибух «слойки» дав 82% стронцію-90 та 75% цезію-137, які потрапили в атмосферу за всю історію існування Семипалатинського полігону.
Американ бомб
Проте першими водневу бомбу підірвали саме американці. 1 листопада 1952 року на атоле Елугелаб у Тихому океані було успішно випробувано термоядерний пристрій «Майк» потужністю 10 мегатонн. Назвати бомбою 74-тонний американський пристрій можна насилу. «Майк» був громіздким пристроєм розміром з двоповерховий будинок, заповнений рідким дейтерієм при температурі, близької до абсолютного нуля (сахарівська «шаровка» була цілком транспортабельним виробом). Проте родзинкою «Майка» були не розміри, а геніальний принцип обтиснення термоядерної вибухівки.
Нагадаємо, що основна ідея водневої бомби полягає у створенні умов для синтезу (надвисокого тиску та температури) за допомогою ядерного вибуху. У схемі «шарка» ядерний заряд розташований у центрі, і тому він не так стискає дейтерій, як розкидає його назовні — збільшення кількості термоядерної вибухівки не призводить до збільшення потужності — вона просто не встигає детонувати. Саме цим і обмежена гранична потужність цієї схеми — найпотужніша у світі «шаровка» Orange Herald, підірвана англійцями 31 травня 1957 року, дала лише 720 кілотонн.
Ідеально було б, якби змусити вибухати атомний запал усередину, стискаючи термоядерну вибухівку. Але як це зробити? Едвард Теллер висунув геніальну ідею: стискати термоядерне пальне не механічною енергією та нейтронним потоком, а випромінюванням первинного атомного запалу.
У новій конструкції Теллера атомний вузол, що ініціює, був рознесений з термоядерним блоком. Рентгенівське випромінювання при спрацьовуванні атомного заряду випереджало ударну хвилю і поширювалося вздовж стінок циліндричного корпусу, випаровуючи і перетворюючи на плазму поліетиленове внутрішнє облицювання корпусу бомби. Плазма, у свою чергу, перевипромінювала м'якше рентгенівське випромінювання, яке поглиналося зовнішніми шарами внутрішнього циліндра з урану-238 - "пушера". Шари починали вибухоподібно випаровуватись (це явище називають абляція). Розпечену уранову плазму можна порівняти зі струменями надпотужного ракетного двигуна, тяга якого спрямована всередину циліндра з дейтерієм. Урановий циліндр плескався, тиск і температура дейтерію досягала критичного рівня. Це ж тиск обтискав центральну плутонію до критичної маси, і вона детонувала. Вибух плутонієвого запалу тиснув на дейтерій зсередини, додатково стискаючи та нагріваючи термоядерну вибухівку, яка детонувала. Інтенсивний потік нейтронів розщеплює ядра урану-238 у «пушері», викликаючи вторинну реакцію розпаду. Все це встигало статися до того моменту, коли вибухова хвиля від первинного ядерного вибуху сягала термоядерного блоку. Розрахунок всіх цих подій, що відбуваються за мільярдні частки секунди, і зажадав напруження розуму найсильніших математиків планети. Творці «Майка» відчували від 10-мегатонного вибуху не жах, а невимовний захват — їм вдалося не тільки розібратися в процесах, які в реальному світі йдуть лише в ядрах зірок, а й експериментально перевірити свої теорії, влаштувавши свою невелику зірку на Землі.
Браво
Обійшовши росіян за красою конструкції, американці не змогли зробити свій пристрій компактним: вони використовували рідкий переохолоджений дейтерій замість порошкоподібного літрію дейтриду у Сахарова. У Лос-Аламосі на сахаровскую «шару» реагували з часткою заздрості: «замість величезної корови з відром сирого молока росіяни використовують пакет сухого молока». Проте приховати секрети одна від одної обом сторонам не вдалося. Першого березня 1954 року в атола Бікіні американці випробували 15-мегатонну бомбу «Браво» на дейтриді літію, а 22 листопада 1955 року над семипалатинським полігоном рвонула перша радянська двоступінчаста термоядерна бомба РДС-37 потужністю 1,7 мега. З того часу конструкція термоядерної бомби зазнала незначних змін (наприклад, з'явився урановий екран між ініціюючою бомбою та основним зарядом) і стала канонічною. А у світі не залишилося більше таких масштабних загадок природи, розгадати які можна було б таким ефектним експериментом. Хіба що народження наднової зірки.
Наша стаття присвячена історії створення та загальним принципам синтезу такого пристрою, як іноді званої водневої. Замість виділення енергії вибуху при розщепленні ядер важких елементів, на зразок урану, вона генерує навіть більшу її кількість шляхом злиття ядер легких елементів (наприклад, ізотопів водню) на один важкий (наприклад, гелій).
Чому краще злиття ядер?
При термоядерної реакції, що полягає в злитті ядер хімічних елементів, що беруть участь у ній, генерується значно більше енергії на одиницю маси фізичного пристрою, ніж у чистій атомній бомбі, що реалізує ядерну реакцію поділу.
В атомній бомбі ядерне паливо, що ділиться швидко, під дією енергії підриву звичайних вибухових речовин об'єднується в невеликому сферичному обсязі, де створюється його так звана критична маса, і починається реакція поділу. При цьому багато нейтронів, що звільняються з ядер, що діляться, викликатимуть поділ інших ядер у масі палива, які також виділяють додаткові нейтрони, що призводить до ланцюгової реакції. Вона охоплює не більше 20% палива, перш ніж бомба вибухає, або, можливо, набагато менше, якщо умови не ідеальні: так в атомних бомбах Малюк, скинутій на Хіросіму, і Товстун, що вразив Нагасакі, ККД (якщо такий термін взагалі можна до них застосовувати) були всього 1,38% та 13%, відповідно.
Злиття (або синтез) ядер охоплює всю масу заряду бомби і триває, поки нейтрони можуть знаходити термоядерне пальне, що ще не вступило в реакцію. Тому маса та вибухова потужність такої бомби теоретично необмежені. Таке злиття може тривати теоретично нескінченно. Дійсно, термоядерна бомба є одним із потенційних пристроїв кінця світу, який може знищити все людське життя.
Що таке реакція злиття ядер?
Паливом для реакції термоядерного синтезу є ізотопи водню дейтерій або тритій. Перший відрізняється від звичайного водню тим, що у його ядрі, крім одного протона міститься ще й нейтрон, а в ядрі тритію вже два нейтрони. У природній воді один атом дейтерію посідає 7000 атомів водню, але з його кількості. що міститься в склянці води, можна в результаті термоядерної реакції отримати таку ж кількість теплоти, як і при згорянні 200 л бензину. На зустрічі в 1946 році з політиками батько американської водневої бомби Едвард Теллер підкреслив, що дейтерій дає більше енергії на грам ваги, ніж уран або плутоній, проте коштує двадцять центів за грам порівняно з кількома сотнями доларів за грам палива для ядерного поділу. Тритій у природі у вільному стані взагалі не зустрічається, тому він набагато дорожчий, ніж дейтерій, з ринковою ціною в десятки тисяч доларів за грам, проте найбільша кількість енергії вивільняється саме в реакції злиття ядер дейтерію та тритію, при якій утворюється ядро атома гелію та вивільняється нейтрон, що забирає надмірну енергію в 17,59 МеВ
D + T → 4 Не + n + 17,59 МеВ.
Схематично ця реакція показана малюнку нижче.
Чи багато це чи мало? Як відомо, все пізнається порівняно. Так от, енергія в 1 МеВ приблизно в 2,3 мільйона разів більша, ніж виділяється при згорянні 1 кг нафти. Отже злиття тільки двох ядер дейтерію і тритію вивільняє стільки енергії, скільки виділяється при згоранні 2,3 10 6 17,59 = 40,5 10 6 кг нафти. Адже йдеться лише про два атоми. Можете уявити, наскільки високі були ставки у другій половині 40-х років минулого століття, коли в США та СРСР розгорнулися роботи, результатом яких стала термоядерна бомба.
Як все починалося
Ще влітку 1942 р. на початку реалізації проекту створення атомної бомби в США (Манхетенський проект) і пізніше в аналогічній радянській програмі, задовго до того, як була побудована бомба, заснована на розподілі ядер урану, увага деяких учасників цих програм була привернута до влаштування, яке може використовувати набагато потужнішу термоядерну реакцію злиття ядер. У США прихильником цього підходу, і навіть, можна сказати, його апологетом, був згаданий вище Едвард Теллер. У СРСР цей напрямок розвивав Андрій Сахаров, майбутній академік та дисидент.
Для Теллера його захоплення термоядерним синтезом у роки створення атомної бомби зіграло швидше за ведмежу послугу. Будучи учасником Манхетенського проекту, він наполегливо закликав до перенаправлення коштів на реалізацію власних ідей, метою яких була воднева та термоядерна бомба, що не сподобалося керівництву та викликало напруженість у відносинах. Оскільки на той час термоядерний напрямок досліджень не був підтриманий, то після створення атомної бомби Теллер залишив проект і зайнявся викладацькою діяльністю, а також дослідженнями елементарних частинок.
Однак холодна війна, що розпочалася, а найбільше створення і успішне випробування радянської атомної бомби в 1949 р., стали для запеклого антикомуніста Теллера новим шансом реалізувати свої наукові ідеї. Він повертається до Лос-Аламоської лабораторії, де створювалася атомна бомба, і спільно зі Станіславом Уламом та Корнеліусом Евереттом приступає до розрахунків.
Принцип термоядерної бомби
Щоб почалася реакція злиття ядер, потрібно миттєво нагріти заряд бомби до температури 50 мільйонів градусів. Схема термоядерної бомби, запропонована Теллером, використовує для цього вибух невеликої атомної боми, яка знаходиться всередині водневого корпусу. Можна стверджувати, що було три покоління у розвитку її проекту у 40-х роках минулого століття:
- варіант Теллера, відомий як "класичний супер";
- більш складні, але й реальніші конструкції з кількох концентричних сфер;
- остаточний варіант конструкції Теллера-Улама, яка є основою всіх працюючих досі систем термоядерної зброї.
Аналогічні етапи проектування пройшли і термоядерні бомби СРСР, на початку створення яких стояв Андрій Сахаров. Він, мабуть, цілком самостійно і незалежно від американців (чого не можна сказати про радянську атомну бомбу, створену спільними зусиллями вчених і розвідників, які працювали в США) пройшов перераховані вище етапи проектування.
Перші два покоління мали ту властивість, що вони мали послідовність зчеплених "шарів", кожен з яких посилював деякий аспект попереднього, і в деяких випадках встановлювався зворотний зв'язок. Там не було чіткого поділу між первинною атомною бомбою та вторинною термоядерною. На відміну від цього схема термоядерної бомби розробки Теллера-Улама різко розрізняє первинний вибух, вторинний, і при необхідності, додатковий.
Влаштування термоядерної бомби за принципом Теллера-Улама
Багато його деталей, як і раніше, залишаються засекреченими, але є достатня впевненість, що вся наявна нині термоядерна зброя використовує як прототип пристрій, створений Едвардом Теллеросом і Станіславом Уламом, в якому атомна бомба (тобто первинний заряд) використовується для генерації випромінювання, стискає та нагріває термоядерне паливо. Андрій Сахаров у Радянському Союзі, мабуть, незалежно вигадав аналогічну концепцію, яку він назвав "третьою ідеєю".
Схематично пристрій термоядерної бомби в цьому варіанті показано нижче.
Вона мала циліндричну форму з приблизно сферичною первинною атомною бомбою на одному кінці. Вторинний термоядерний заряд у перших, ще непромислових зразках, був із рідкого дейтерію, трохи пізніше він став твердим із хімічної сполуки під назвою дейтерид літію.
Справа в тому, що в промисловості давно використовується гідрид літію LiH для безбалонного транспортування водню. Розробники бомби (ця ідея спочатку була використана в СРСР) просто запропонували брати замість звичайного водню його ізотоп дейтерій і з'єднувати з літієм, оскільки з твердим зарядом термоядерним виконати бомбу набагато простіше.
За формою вторинний заряд був циліндр, поміщений у контейнер зі свинцевою (або уранової) оболонкою. Між зарядами знаходиться щит нейтронного захисту. Простір між стінками контейнера з термоядерним паливом і корпусом бомби заповнений спеціальним пластиком, як правило, пінополістиролом. Сам корпус бомби виконаний із сталі або алюмінію.
Ці форми змінилися в останніх конструкціях, таких як показана на малюнку нижче.
У ній первинний заряд сплюснуть, як кавун чи м'яч у американському футболі, а вторинний заряд – сферичний. Такі форми набагато ефективніше вписуються у внутрішній обсяг конічних ракетних боєголовок.
Послідовність термоядерного вибуху
Коли первинна атомна бомба детонує, то в перші миті цього процесу генерується потужне рентгенівське випромінювання (потік нейтронів), яке частково блокується щитом нейтронного захисту, і відбивається від внутрішнього облицювання корпусу, що оточує вторинний заряд, так що рентгенівські промені симетрично падають на нього довжина.
На початкових етапах термоядерної реакції нейтрони від атомного вибуху поглинаються пластиковим заповнювачем, щоб не допустити надто швидкого розігріву палива.
Рентгенівські промені викликають появу спочатку щільної пластикової піни, що заповнює простір між корпусом і вторинним зарядом, яка швидко переходить у стан плазми, що нагріває та стискає вторинний заряд.
Крім того, рентгенівські промені випаровують поверхню контейнера, що оточує вторинний заряд. Симетрично випаровується щодо цього заряду речовина контейнера набуває деякий імпульс, спрямований від його осі, а шари вторинного заряду згідно із законом збереження кількості руху одержують імпульс, спрямований до осі пристрою. Принцип тут той самий, що й у ракеті, тільки якщо уявити, що ракетне паливо розлітається симетрично від осі, а корпус стискається всередину.
В результаті такого стиснення термоядерного палива його обсяг зменшується в тисячі разів, а температура досягає рівня початку реакції злиття ядер. Відбувається вибух термоядерної бомби. Реакція супроводжується утворенням ядер тритію, які зливаються з ядрами дейтерію, що спочатку є у складі вторинного заряду.
Перші вторинні заряди були побудовані навколо стрижневого сердечника з плутонію, неофіційно званого "свічкою", який вступав у реакцію ядерного поділу, тобто здійснювався ще один, додатковий атомний вибух з метою ще більшого підвищення температури для гарантованого початку реакції злиття ядер. В даний час вважається, що більш ефективні системи стиснення усунули свічку, дозволяючи подальшу мініатюризацію конструкції бомби.
Операція Плющ
Так назвалися випробування американської термоядерної зброї на Маршаллових островах 1952 р., під час яких було підірвано першу термоядерну бомбу. Вона називалася Плющ Майк і була побудована за типовою схемою Теллера-Уламу. Її вторинний термоядерний заряд був поміщений у циліндричний контейнер, що представляє собою термічно ізольовану посудину Дьюара з термоядерним паливом у вигляді рідкого дейтерію, вздовж осі якого проходила свічка з 239-плутонію. Дьюар, у свою чергу, був покритий шаром 238-урану вагою понад 5 метричних тонн, який у процесі вибуху випаровувався, забезпечуючи симетричний стиск термоядерного палива. Контейнер з первинним та вторинним зарядами був поміщений у сталевий корпус 80 дюймів шириною та 244 дюйми довжиною зі стінками 10-12 дюймів товщиною, що було найбільшим прикладом кованого виробу до того часу. Внутрішня поверхня корпусу була вистелена листами свинцю та поліетилену для відображення випромінювання після вибуху первинного заряду та створення плазми, що розігріває вторинний заряд. Весь пристрій важив 82 тонни. Вигляд пристрою незадовго до вибуху показано на фото нижче.
Перше випробування термоядерної бомби відбулося 31 жовтня 1952 р. Потужність вибуху становила 10,4 мегатонни. Аттол Еніветок, на якому його було зроблено, було повністю зруйновано. Момент вибуху показано на фото нижче.
СРСР дає симетричну відповідь
Термоядерна першість США протрималася недовго. 12.08.1953 р. на Семипалатинському полігоні була випробувана перша радянська термоядерна бомба РДС-6, розроблена під керівництвом Андрія Сахарова і Юлія Харитона. а скоріше лабораторний пристрій, громіздкий і вельми недосконалий. Радянські вчені, незважаючи на невелику потужність всього 400 кг, випробували цілком закінчений боєприпас з термоядерним паливом у вигляді твердого дейтериду літію, а не рідкого дейтерію, як у американців. До речі, слід зазначити, що у складі дейтериду літію використовується лише ізотоп 6 Li (це з особливостями проходження термоядерних реакцій), а природі він у суміші з ізотопом 7 Li. Тому були побудовані спеціальні виробництва для поділу ізотопів літію та відбору лише 6 Li.
Досягнення граничної потужності
Потім було десятиліття безперервної гонки озброєнь, протягом якого потужність термоядерних боєприпасів безперервно зростала. Нарешті, 30.10.1961 р. в СРСР над полігоном Нова Земля в повітрі на висоті близько 4 км було підірвано найпотужнішу термоядерну бомбу, яку колись було побудовано і випробувано, відому на Заході як «Цар-бомба».
Цей триступінчастий боєприпас розроблявся насправді як 101,5-мегатонна бомба, але прагнення знизити радіоактивне зараження території змусило розробників відмовитися від третього ступеня потужністю 50 мегатонн і знизити розрахункову потужність пристрою до 51,5 мегатонн. При цьому 1,5 мегатонни становила потужність вибуху первинного атомного заряду, а друга термоядерна ступінь повинна була дати ще 50. Реальна потужність вибуху склала до 58 мегатонн. Зовнішній вигляд бомби показаний на фото нижче.
Наслідки його були вражаючими. Незважаючи на дуже суттєву висоту вибуху в 4000 м, неймовірно яскрава вогненна куля нижнім краєм майже досягла Землі, а верхньою піднялася до висоти понад 4,5 км. Тиск нижче точки розриву був у шість разів вищий за піковий тиск під час вибуху в Хіросімі. Спалах світла був настільки яскравим, що його було видно на відстані 1000 кілометрів, незважаючи на похмуру погоду. Один із учасників тесту побачив яскравий спалах через темні окуляри та відчув наслідки теплового імпульсу навіть на відстані 270 км. Фото моменту вибуху показано нижче.
При цьому було показано, що потужність термоядерного заряду справді не має обмежень. Адже достатньо було виконати третій ступінь, і розрахункову потужність було б досягнуто. Адже можна нарощувати число щаблів і далі, оскільки вага «Цар-бомби» склала не більше 27 тонн. Вигляд цього пристрою показано на фото нижче.
Після цих випробувань багатьом політикам і військовим як у СРСР, так і в США стало зрозуміло, що настала межа гонки ядерних озброєнь і її слід зупинити.
Сучасна Росія успадкувала ядерний арсенал СРСР. Сьогодні термоядерні бомби Росії продовжують служити стримуючим фактором для тих, хто прагне світової гегемонії. Сподіватимемося, що вони зіграють свою роль тільки у вигляді засобу залякування і ніколи не будуть підірвані.
Сонце як термоядерний реактор
Загальновідомо, що температура Сонця, точніше його ядра, що досягає 15000000 К, підтримується за рахунок безперервного протікання термоядерних реакцій. Однак усе, що ми могли почерпнути з попереднього тексту, говорить про вибуховий характер таких процесів. Тоді чому Сонце не вибухає, як термоядерна бомба?
Справа в тому, що при величезній частці водню у складі сонячної маси, яка досягає 71%, частка його ізотопу дейтерію, ядра якого тільки і можуть брати участь у реакції термоядерного синтезу, мізерно мала. Справа в тому, що ядра дейтерію самі утворюються в результаті злиття двох ядер водню, та не просто злиття, а з розпадом одного з протонів на нейтрон, позитрон і нейтрино (т. зв. бета-розпад), що є рідкісною подією. При цьому ядра дейтерію, що утворюються, розподілені за обсягом сонячного ядра досить рівномірно. Тому при її величезних розмірах і масі окремі та рідкісні вогнища термоядерних реакцій щодо невеликої потужності розмазані по всьому його ядру Сонця. Тепла, що виділяється при цих реакціях, явно недостатньо, щоб миттєво випалити весь дейтерій в Сонці, але вистачає для його нагріву до температури, що забезпечує життя на Землі.
Воднева бомба
Термоядерна зброя- тип зброї масового ураження, руйнівна сила якого заснована на використанні енергії реакції ядерного синтезу легких елементів у більш важкі (наприклад, синтез двох ядер атомів дейтерію (важкого водню) в одне ядро атома гелію), при якій виділяється колосальна кількість енергії. Маючи ті ж вражаючі фактори, що й у ядерної зброї, термоядерна зброя має набагато більшу потужність вибуху. Теоретично вона обмежена лише кількістю наявних компонентів. Слід зазначити, що радіоактивне зараження від термоядерного вибуху набагато слабше, ніж від атомного, особливо щодо потужності вибуху. Це дало підстави називати термоядерну зброю «чистою». Термін цей, що з'явився в англомовній літературі, до кінця 70-х вийшов із вжитку.
Загальний опис
Термоядерний вибуховий пристрій може бути побудований як з використанням рідкого дейтерію, так і газоподібного стисненого. Але поява термоядерної зброї стала можливою лише завдяки різновиду гідриду літію - дейтериду літію-6. Це з'єднання важкого ізотопу водню - дейтерію та ізотопу літію з масовим числом 6.
Дейтерид літію-6 – тверда речовина, яка дозволяє зберігати дейтерій (звичайний стан якого в нормальних умовах – газ) при плюсових температурах, і, крім того, другий його компонент – літій-6 – це сировина для отримання найдефіцитнішого ізотопу водню – тритію. Власне, 6 Li - єдине промислове джерело отримання тритію:
У ранніх термоядерних боєприпасах США використовувався також і дейтерид природного літію, що містить в основному ізотоп літію з масовим числом 7. Він також є джерелом тритію, але для цього нейтрони, що беруть участь у реакції, повинні мати енергію 10 МеВ і вище.
Для того, щоб створити необхідні для початку термоядерної реакції нейтрони і температуру (близько 50 млн градусів), у водневій бомбі спочатку вибухає невелика за потужністю атомна бомба. Вибух супроводжується різким зростанням температури, електромагнітним випромінюванням, а також виникнення потужного потоку нейтронів. Внаслідок реакції нейтронів з ізотопом літію утворюється тритій.
Наявність дейтерію та тритію при високій температурі вибуху атомної бомби ініціює термоядерну реакцію (234), яка дає основне виділення енергії при вибуху водневої (термоядерної) бомби. Якщо корпус бомби виготовлений з природного урану, то швидкі нейтрони (що забирають 70 % енергії, що виділяється при реакції (242)) викликають у ньому нову некеровану ланцюгову реакцію поділу. Виникає третя фаза вибуху водневої бомби. Подібним чином створюється термоядерний вибух практично необмеженої потужності.
Додатковим вражаючим фактором є нейтронне випромінювання, що виникає під час вибуху водневої бомби.
Влаштування термоядерного боєприпасу
Термоядерні боєприпаси існують як у вигляді авіаційних бомб ( водневаабо термоядерна бомба), і боєголовок для балістичних і крилатих ракет.
Історія
СРСР
Перший радянський проект термоядерного пристрою нагадував листковий пиріг, у зв'язку з чим отримав умовну назву «Шарка». Проект був розроблений у 1949 році (ще до випробування першої радянської ядерної бомби) Андрієм Сахаровим та Віталієм Гінзбургом і мав конфігурацію заряду, відмінну від нині відомої роздільної схеми Теллера-Улама. У заряді шари матеріалу, що розщеплюється, чергувалися з шарами палива синтезу - дейтериду літію в суміші з тритієм («перша ідея Сахарова»). Заряд синтезу, що розташовується навколо заряду розподілу малоефективно збільшував загальну потужність пристрою (сучасні пристрої типу "Теллер-Улам" можуть дати коефіцієнт множення до 30 разів). Крім того, області зарядів поділу та синтезу перемежувалися зі звичайною вибуховою речовиною - ініціатором первинної реакції поділу, що додатково збільшувало необхідну масу звичайної вибухівки. Перший пристрій типу «Слойка» було випробувано у 1953 році, отримавши найменування на Заході «Джо-4» (перші радянські ядерні випробування отримували кодові найменування від американського прізвиська Йосипа (Джозефа) Сталіна «Дядько Джо»). Потужність вибуху була еквівалентна 400 кілотоннам при ККД всього 15 - 20%. Розрахунки показали, що розліт матеріалу, що не прореагував, перешкоджає збільшенню потужності понад 750 кілотонн.
Після проведення Сполученими Штатами випробувань «Іві Майк» у листопаді 1952 року, які довели можливість створення мегатонних бомб, Радянський Союз почав розробляти інший проект. Як згадував у своїх мемуарах Андрій Сахаров, "друга ідея" була висунута Гінзбургом ще в листопаді 1948 року і пропонувала використовувати в бомбі дейтерид літію, який при опроміненні нейтронами утворює тритій і вивільняє дейтерій.
Наприкінці 1953 року фізик Віктор Давиденко запропонував мати у своєму розпорядженні первинний (розподіл) і вторинний (синтез) заряди в окремих обсягах, повторивши таким чином схему Теллера-Улама. Наступний великий крок був запропонований і розвинений Сахаровим і Яковом Зельдовичем навесні 1954. Він мав на увазі використовувати рентгенівське випромінювання від реакції поділу для стиснення дейтериду літію перед синтезом (променева імплозія). "Третя ідея" Сахарова була перевірена в ході випробувань "РДС-37" потужністю 1.6 мегатонн у листопаді 1955 року. Подальший розвиток цієї ідеї підтвердило практичну відсутність важливих обмежень на потужність термоядерних зарядів.
Радянський Союз продемонстрував це випробуваннями у жовтні 1961 року, коли на Новій Землі було підірвано бомбу потужністю 50 мегатонн, доставлену бомбардувальником Ту-95. ККД пристрою склав майже 97%, і спочатку він був розрахований на потужність в 100 мегатонн, урізаних згодом вольовим рішенням керівництва проекту вдвічі. Це був найпотужніший термоядерний пристрій, колись розроблений і випробуваний на Землі. Настільки потужне, що його практичне застосування як зброя втрачало всякий сенс, навіть з огляду на те, що вона була випробувана вже у вигляді готової бомби.
США
Ідея бомби з термоядерним синтезом, який ініціював атомний заряд, була запропонована Енріко Фермі його колезі Едварду Теллеру ще в 1941 році, на самому початку Манхеттенського проекту. Значну частину своєї роботи під час Манхеттенського проекту Теллер присвятив роботі над проектом бомби синтезу, певною мірою нехтуючи власне атомною бомбою. Його орієнтація на труднощі та позиція «адвоката диявола» в обговореннях проблем змусили Оппенгеймера відвести Теллера та інших «проблемних» фізиків на запасний шлях.
Перші важливі та концептуальні кроки до здійснення проекту синтезу зробив співробітник Теллера Станіслав Улам. Для ініціювання термоядерного синтезу Улам запропонував стискати термоядерне паливо до початку його нагрівання, використовуючи для цього фактори первинної реакції розщеплення, а також розмістити термоядерний заряд окремо від первинного ядерного компонента бомби. Ці пропозиції дозволили перевести розробку термоядерної зброї на практичну площину. Виходячи з цього, Теллер припустив, що рентгенівське і гамма випромінювання, породжені первинним вибухом, можуть передати достатньо енергії у вторинний компонент, розташований у загальній оболонці з первинним, щоб здійснити достатню імплозію (обтиснення) та ініціювати термоядерну реакцію. Пізніше Теллер, його прихильники та противники обговорювали внесок Улама в теорію, що лежить в основі цього механізму.
Примітки
Див. також
Wikimedia Foundation.
2010 .
Дивитись що таке "Воднева бомба" в інших словниках: Застаріла назва ядерної бомби великої руйнівної сили, дія якої заснована на використанні енергії, що виділяється під час реакції синтезу легких ядер (див. Термоядерні реакції). Вперше воднева бомба була випробувана в СРСР (1953).
Ядерна бомба великої руйнівної сили, дія якої заснована на використанні енергії, що виділяється під час реакції синтезу легких ядер (див. Термоядерні реакції). Перший термоядерний заряд (потужністю 3 Мт) підірваний 1 листопада 1952 року в США. Енциклопедичний словник
воднева бомба- vandenilinė bomba statusas T sritis chemija apibrėžtis Termobranduolinė bomba, kurios užtaisas – deuteris ir tritis. atitikmenys: англ. H bomb; hydrogen bomb rus. воднева бомба ryšiai: sinonimas – H bomba … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
