Som bekant föreslog den engelske astrofysikern Eddington i mitten av 20-talet att energikällan för stjärnor kunde vara kärnfusionsreaktioner (sammansmältning av lätta atomkärnor till tyngre. Ultrahöga temperaturer och tryck i stjärnornas inre skapa de nödvändiga förutsättningarna för detta Under normala (markmässiga) förhållanden är den kinetiska energin hos kärnorna av lätta atomer för liten för att de, efter att ha övervunnit elektrostatisk repulsion, kan komma närmare och ingå i en kärnreaktion genom att kollidera kärnorna av lätta element accelererade till höga hastigheter och E. Walton använde denna metod i sina experiment utförda i Cambridge (Storbritannien) med protoner accelererade i ett elektriskt fält, och interaktionen mellan protoner och litiumkärnor observerades 1938. av tre fysiker, oberoende av varandra, upptäcktes två cykler av termonukleära reaktioner för att omvandla väte till helium, som är energikällan för stjärnor: - proton-proton (G. Bethe och C. Critchfield) och kol-kväve (G. Bethe och K. Weizsäcker). Således var den teoretiska möjligheten att få energi genom kärnfusion känd redan före kriget. Frågan var att skapa en fungerande teknisk anordning som skulle göra det möjligt att på jorden skapa de förutsättningar som krävs för att fusionsreaktioner ska kunna starta. Detta krävde miljongraders temperaturer och ultrahöga tryck. År 1944 I Tyskland, i Dibners laboratorium, utfördes arbete för att initiera termonukleär fusion genom att komprimera kärnbränsle genom att detonera formade laddningar av ett konventionellt sprängämne (se "Uranium Project of Nazi Germany"). Dessa arbeten gav dock inte det önskade resultatet, vilket nu är klart, på grund av otillräckligt tryck och temperatur. Idén om en bomb baserad på termonukleär fusion initierad av en atomladdning föreslog E. Fermi till sin kollega E. Teller (som anses vara "fadern" till den termonukleära bomben) redan 1941. År 1942 en konflikt uppstod mellan Oppenheimer och Teller eftersom denne blev "kränkt" av att tjänsten som chef för den teoretiska avdelningen inte gavs till honom. Som ett resultat tog Oppenheimer bort Teller från atombombprojektet och överförde honom för att studera möjligheten att använda fusionsreaktionen av helium från tunga vätekärnor (deuterium) för att skapa nya vapen. Teller satte igång att skapa en enhet som heter den "klassiska super" (i den sovjetiska versionen "rör"). Tanken var att antända en termonukleär reaktion i flytande deuterium med hjälp av värme från explosionen av en atomladdning. Men det blev snart klart att atomexplosionen inte var tillräckligt varm och inte gav de nödvändiga förutsättningarna för "bränning" av deuterium. För att starta syntesreaktionerna var det nödvändigt att införa tritium i blandningen. Reaktionen av deuterium med tritium var tänkt att öka temperaturen till villkoren för deuterium-deuterium-syntes. Men tritium, på grund av sin radioaktivitet (halveringstid på endast 12 år), förekommer praktiskt taget inte i naturen och måste produceras artificiellt i fissionsreaktorer. Detta gjorde det en storleksordning dyrare än plutonium för vapen. Dessutom, vart 12:e år, försvann hälften av det resulterande tritiumet helt enkelt som ett resultat av radioaktivt sönderfall. Användningen av gasformigt deuterium och tritium som kärnbränsle var omöjligt och det var nödvändigt att använda flytande gas, vilket gjorde explosiva anordningar olämpliga för praktisk användning. Forskningen om problemen med den "klassiska super" fortsatte i USA fram till slutet av 1950. när det visade sig att det trots stora mängder tritium var omöjligt att uppnå en stabil termonukleär förbränning i en sådan anordning. Forskningen har nått en återvändsgränd. Tanken var att omge kärnan av en klyvbar atombomb med ett lager termonukleärt bränsle tillverkat av en blandning av deuterium och tritium. Strålning från en atomexplosion kan komprimera 7-16 lager av bränsle varvat med lager av klyvbart material och värma det till ungefär samma temperatur som själva klyvbara kärnan. Detta krävde återigen användningen av mycket dyrt och obekvämt tritium. Det termonukleära bränslet var omgivet av ett skal av uran-238, som i det första skedet fungerade som en värmeisolator och hindrade energin från att lämna kapseln med bränslet. Utan det skulle brännbart material som består av lätta element vara absolut genomskinligt för termisk strålning och skulle inte värmas upp till höga temperaturer. Ogenomskinligt uran, som absorberar denna energi, återförde en del av det tillbaka till bränslet. Dessutom ökar de kompressionen av bränslet genom att hämma dess termiska expansion. I det andra steget genomgick uran sönderfall på grund av neutroner som producerades under fusion, vilket frigjorde ytterligare energi. Termonukleärt bränsle i form av en cylinder eller ellipsoid placeras i ett hus tillverkat av ett mycket tätt material - uran, bly eller volfram. En stav gjord av Pu-239 eller U-235, 2-3 cm i diameter, placeras axiellt inuti cylindern. Allt återstående utrymme i huset är fyllt med plast. När avtryckaren detoneras värmer de utsända röntgenstrålarna bombens urankropp, den börjar expandera och svalna genom massförlust (ablation). Fenomenet med indragning, som en stråle av kumulativ laddning riktad in i kapseln, utvecklar ett enormt tryck på det termonukleära bränslet. Två andra tryckkällor, plasmarörelse (efter att den primära laddningen utlösts, är kapselkroppen, liksom hela enheten, joniserad plasma) och trycket från röntgenfotoner har ingen signifikant effekt på kompressionen. När en stav gjord av klyvbart material komprimeras, går den in i ett superkritiskt tillstånd. Snabba neutroner som produceras under klyvningen av avtryckaren och bromsas av litiumdeuterid till termiska hastigheter börjar en kedjereaktion i staven. En annan atomexplosion inträffar, som fungerar som en "blixtplugg" och orsakar en ännu större ökning av tryck och temperatur i mitten av kapseln, vilket gör dem tillräckliga för att antända en termonukleär reaktion. Uranhöljet förhindrar värmestrålning från att fly utanför dess gränser, vilket avsevärt ökar förbränningseffektiviteten. Temperaturerna som genereras under en termonukleär reaktion är många gånger högre än de som genereras vid kedjeklyvning (upp till 300 miljoner istället för 50-100 miljoner grader). Allt detta händer på ungefär några hundra nanosekunder. Sekvensen av processer som beskrivs ovan slutar här om laddningskroppen är gjord av volfram (eller bly). Men om den är gjord av U-238, orsakar de snabba neutroner som produceras under fusion klyvning av U-238 kärnor. Klyvningen av ett ton U-238 producerar energi motsvarande 18 Mt. Detta producerar många radioaktiva fissionsprodukter. Allt detta utgör det radioaktiva nedfallet som följer med explosionen av en vätebomb. Rent termonukleära laddningar skapar betydligt mindre kontaminering som bara orsakas av explosionen av avtryckaren. Sådana bomber kallas "rena" / Teller-Ulam-schemat i två steg låter dig skapa laddningar lika kraftfulla som utlösningskraften är tillräckligt för att ultrasnabbt komprimera en stor mängd bränsle. För att ytterligare öka mängden laddning kan energin från det andra steget användas för att komprimera det tredje. Vid varje steg i sådana enheter är det möjligt att förstärka strömmen med 10-100 gånger. Modellen krävde stora mängder tritium och amerikanerna byggde nya reaktorer för att producera den. Arbetet fortskred i stor hast, eftersom USA vid den tiden hade han redan skapat en atombomb. Staterna kunde bara hoppas att Sovjetunionen följde den återvändsgränd som stals av Fuchs (som arresterades i England i januari 1950). Och dessa förhoppningar gick i uppfyllelse. 4Mt.), stod för syntesreaktionen.
"Ivy Mike" En blandning av flytande väteisotoper hade ingen praktisk användning för termonukleära vapen, och efterföljande framsteg i utvecklingen av termonukleära vapen var förknippad med användningen av fast bränsle - litium-6-deuterid (Li6). I detta avseende var sovjetiska vetenskapsmän före och använde Li6-deuterid redan i den första sovjetiska termonukleära bomben som testades i augusti 1953. Den amerikanska Li6-produktionsanläggningen i Oak Ridge togs i drift först i mitten av 1953. (bygget påbörjades i maj 1952). Efter Operation Ivy Mike började båda kärnkraftscentralerna (i Los Alamos och Kalifornien) hastigt utveckla mer kompakta laddningar med litiumdeuterid som kunde användas i stridsförhållanden. På grund av brist på anrikat Li6 använde nästa Castle Romeo-test en laddning av naturligt (7,5 % Li6) litium. En termonukleär anordning kallad "Runt I" detonerades den 26 mars 1954. Samtidigt var detta ett kontrolltest av en termonukleär bomb betecknad EC-17. Explosionens kraft var 11 Mt. varav syntesreaktioner stod för 4 Mt. Som i fallet med Bravo översteg den frigjorda kraften vida de förväntade 1,5-7 Mt. Enhetens vikt - 18t. längd – 5,7 m. diameter – 1,55 m. diameter - 0,88 m Ursprungligen utvecklades den som en ren atombomb med en kraft i intervallet hundratals kiloton, som använde strålningskompression av en atomladdning av en annan. Idén behölls, men termonukleärt bränsle lades till projektet för att öka kraften. Resultatet blev en strålningspressad atombomb med termonukleär förbättring (80 % av energin frigörs på grund av klyvning av uran). Projektet vann i vikt, men användningen av ett dyrt material i det som inte var tillgängligt i tillräckliga mängder vid den tiden - högberikat litium - höll tillbaka produktionen till 1955. Sovjetunionen Mk.17 blev den största bomben som någonsin skapats i USA. Bara B-36 kunde flyga den. Dess drift krävde speciella maskiner, verktyg och anordningar. De kunde bara fästa den på ett flygplan på en flygbas, vilket var extremt obekvämt och minskade flexibiliteten att använda detta vapen. Därför togs alla fem Mk.17:or ur tjänst 1957. Efter Operation Castle lanserades massproduktion av nya termonukleära laddningar, som började tas i bruk 1955. Produktionsversion "Zombie" ("Castle Nectar") - Mk.15 längd - 3,5 m. vikt - 3447 kg. effekt - 1,69 Mt. Åren 1955-1957 1200 stycken tillverkades. togs ur tjänst 1965. Mk.21 med en kärna innehållande 95 % litium-6: längd – 3,75 m. vikt – 8t. kraft 5Mt. 1955 - 56. 275 enheter tillverkade. togs ur tjänst 1957. Efterföljaren till "Castle Yankee" - Mk.24 längd - 7,42 m. vikt 19t. kraft 15 Mt. Åren 1954-55 105 stycken tillverkade. togs ur tjänst 1956. År 1956 Redwing Cherokee testades (en vidareutveckling av Mk.15-bomben). Energifrisättningen var 3,8 Mt. vikt 3,1t. längd – 3,45 m. diameter - 0,88 m. En viktig skillnad mellan denna laddning och de som tidigare testats är att den omedelbart designades i form av en flygbomb och var första gången i USA som en termonukleär anordning bombades från ett flygplan., mellan 31 maj och 27 juli 1958. Bland dem fanns bara rena varianter. Som ett resultat skapades den mest kraftfulla amerikanska termonukleära bomben, Mk.41. Den hade en bredd på 1,3 m. (1,85 m längs svansen) längd 3,7 m. och vikt 4,8 ton. För perioden 1960-62. 500 stycken tillverkades. (upptagen ur tjänst 1976). Denna termonukleära laddning i tre steg tillverkades i två versioner. "Dirty" med ett tredje stegs skal tillverkat av U-238 - Y1 och "rent" med ett blyskal - Y2 med en kapacitet på mindre än 10 Mt. och 25 Mt. respektive. Litiumdeuterid med 95 % Li-6 användes som bränsle. Bland alla amerikanska projekt uppnådde detta den högsta specifika energiproduktionen: 5,2 kt/kg. (enligt Taylor, för termonukleära vapen är gränsen för förhållandet mellan laddningskraft och massa cirka 6 kt/kg). Som redan har sagts fick Sovjetunionen, genom sin agent, den engelske fysikern Klaus Fuchs (innan han arresterades 1950), nästan allt material om amerikansk utveckling, som de säger, "första hand". Men han var inte vår enda källa efter 1950. informationen fortsatte att komma (kanske inte i samma mängd). Endast Kurchatov bekantade sig med henne, i största förtroende. Ingen (av fysikerna) förutom han visste om denna information. Från utsidan såg det ut som en lysande insikt Men sovjetiska forskare verkade ha kommit på idén att använda termonukleär fusion för att skapa en bomb på egen hand. År 1946 I. Gurevich, Y. Zeldovich, I. Pomeranchuk och Yu Khariton lämnade ett gemensamt förslag till Kurchatov i form av en öppen rapport. Kärnan i deras förslag var att använda en atomexplosion som en detonator för att säkerställa en explosiv reaktion i deuterium. Samtidigt betonades det att "högsta möjliga deuteriumdensitet är önskvärd", och för att underlätta förekomsten av kärnvapendetonationer är användningen av massiva granater som bromsar expansionen användbar. Gurevich kallade senare det faktum att denna rapport inte klassificerades som "... tydliga bevis för att vi inte visste något om den amerikanska utvecklingen." Men Stalin och Beria var i full jakt på skapandet av atombomben och uppmärksammade inte förslaget från föga kända forskare. Ytterligare händelser utvecklades enligt följande. Ginzburg använde litium som en källa till deuterium och tritium, vilket också hade ytterligare fördelar - ett fast tillstånd av aggregation och låg kostnad. I detta avseende den 14 januari 1954. Zeldovich skrev en anteckning till Khariton i sin egen hand och åtföljde den med ett förklarande diagram: "Denna anteckning rapporterar ett preliminärt diagram över enheten för AO-superprodukten och uppskattade beräkningar av dess funktion. Användningen av AO föreslogs av V. Davidenko.” I sina "Memoarer" noterade Sacharov att denna idé "...flera anställda vid våra teoretiska avdelningar kom till denna idé samtidigt. En av dem var jag... Men också, utan tvekan, rollen som Zeldovich, Trutnev och några var väldigt stor...” Men bomben fick inte heller plats i dess bombrum. Vid tillverkningsanläggningen modifierades Tu-95 strategiska bombplan genom att skära ut en del av flygkroppen, och ändå stack mer än hälften av bomben ut under flykten. En sådan upphängning och lastens avsevärda vikt ledde till att flygplanet kraftigt minskade dess räckvidd och hastighet - och blev praktiskt taget olämpligt för stridsanvändning. Hela flygplanets kropp, även bladen på dess propellrar, täcktes med en speciell vit färg som skyddade mot ljusblixten under en explosion.
Allt var klart 112 dagar efter mötet med Chrusjtjov. På morgonen den 30 oktober 1961 Tu-95 lyfte och styrde mot Novaja Zemlja. Flygplanets besättning beordrades av major A. Durnovtsev (efter testet fick han titeln Hero of the USSR och en befordran till överstelöjtnant). Bomben separerade på en höjd av 10 500 m. och gick ner på en saktande fallskärm till 4000m. Under fallet lyckades planet förflytta sig till ett relativt säkert avstånd på 40-50 km. Explosionen inträffade klockan 11:32 Moskva-tid. Blossen var så stark att den kunde observeras från ett avstånd på upp till 1000 km. ett kraftigt dån hördes på 300 kilometers avstånd. Det glödande eldklotet nådde marken och mätte cirka 10 km. i diameter. Den gigantiska svampen steg till en höjd av 65 km. Efter explosionen på grund av jonisering av atmosfären i 40 minuter. Radiokommunikationen med Novaja Zemlja avbröts. Zonen för fullständig förstörelse var en cirkel på 25 km. inom en radie av 40 km. Trähus förstördes och stenhus skadades allvarligt på ett avstånd av 60 km. Det var möjligt att få tredje gradens brännskador (med nekros av de övre hudlagren), och fönster, dörrar och tak slets av över långa avstånd. Med full kapacitet på 100 Mt. zonen med fullständig förstörelse skulle ha en radie på 35 km. zon av allvarlig skada - 50 km. tredje gradens brännskador kan uppstå på ett avstånd av 77 km. Bomben visade sig vara för dyr att tillverka, eftersom den innehöll 117 kg. plutonium, och den årliga produktionen av plutonium i Storbritannien var vid den tiden 120 kg.


År 1979 Efter en allvarlig hjärtattack gjorde E. Teller ett oväntat uttalande: "...den första designen (av en vätebomb) skapades av Dick Garvin." I en intervju om samma ämne påminde Garvin om det 1951. På Los Alamos berättade Teller för honom om den vetenskapliga idén som låg bakom skapandet av framtida vapen och bad honom att designa en kärnvapensprängladdning. Ray Kidder, en av grundarna av atomvapen, kommenterade detta uttalande enligt följande: "Det har alltid funnits en motsägelse av den här typen: vem hade idén om att skapa en vätebomb och vem skapade den. Nu är allt sagt. Detta är extremt trovärdigt och, vågar jag säga, korrekt." Det finns dock ingen konsensus bland forskare om bidraget från den då 23-årige Garvin till utvecklingen av den termonukleära bomben.

USSR

Kina Kina testade sin första termonukleära anordning av typen Teller-Ulam med en kapacitet på 3,31 Mt. i juni 1967 (även känd som "Test nr 6"). Testet ägde rum bara 32 månader efter explosionen av Kinas första atombomb, vilket markerar den snabbaste tiden som landets kärnkraftsprogram har gått från fission till fusion. Detta blev möjligt tack vare USA, varifrån kinesiska fysiker som arbetade där utvisades vid den tiden misstänkta för spionage. Den 12 augusti 1953 testades den första sovjetiska vätebomben på testplatsen i Semipalatinsk. meddelade världen att Sovjetunionen har nya massförstörelsevapen i sin arsenal. Ett och ett halvt år tidigare utfördes den kraftigaste vätebombexplosionen i världen i Sovjetunionen - en laddning med en kapacitet på över 50 megaton detonerades på Novaya Zemlya. På många sätt var det detta uttalande av den sovjetiska ledaren som fick världen att inse hotet om ytterligare upptrappning av kärnvapenkapprustningen: redan den 5 augusti 1963 undertecknades ett avtal i Moskva som förbjöd kärnvapenprov i atmosfären, yttre rymd och under vatten.

skapelsehistoria

Den teoretiska möjligheten att få energi genom termonukleär fusion var känd redan före andra världskriget, men det var kriget och den efterföljande kapprustningen som väckte frågan om att skapa teknisk anordning för att praktiskt taget skapa denna reaktion. Det är känt att man i Tyskland 1944 arbetade för att initiera termonukleär fusion genom att komprimera kärnbränsle med hjälp av laddningar av konventionella sprängämnen - men de var inte framgångsrika, eftersom det inte var möjligt att få de erforderliga temperaturerna och trycken. USA och Sovjetunionen har utvecklat termonukleära vapen sedan 40-talet, nästan samtidigt testade de första termonukleära enheterna i början av 50-talet. 1952 exploderade USA en laddning med en avkastning på 10,4 megaton på Eniwetak-atollen (som är 450 gånger kraftfullare än bomben som släpptes på Nagasaki), och 1953 testade Sovjetunionen en anordning med en avkastning på 400 kiloton.

Designen av de första termonukleära enheterna var dåligt lämpade för faktisk stridsanvändning. Till exempel var enheten som testades av USA 1952 en markbaserad struktur på höjden av en tvåvåningsbyggnad och vägde över 80 ton. Flytande termonukleärt bränsle lagrades i den med hjälp av en enorm kylenhet. Därför utfördes serieproduktion av termonukleära vapen i framtiden med fast bränsle - litium-6-deuterid. 1954 testade USA en enhet baserad på den på Bikini-atollen och 1955 testades en ny sovjetisk termonukleär bomb på testplatsen i Semipalatinsk. 1957 genomfördes tester av en vätebomb i Storbritannien. I oktober 1961 detonerades en termonukleär bomb med en kapacitet på 58 megaton i Sovjetunionen på Novaya Zemlya - den mest kraftfulla bomb som någonsin testats av mänskligheten, som gick till historien under namnet "Tsar Bomba".

Ytterligare utveckling syftade till att minska storleken på designen av vätebomber för att säkerställa deras leverans till målet med ballistiska missiler. Redan på 60-talet reducerades massan av enheter till flera hundra kilo, och på 70-talet kunde ballistiska missiler bära över 10 stridsspetsar samtidigt - det här är missiler med flera stridsspetsar, varje del kan träffa sitt eget mål. Idag har USA, Ryssland och Storbritannien termonukleära arsenaler tester av termonukleära laddningar utfördes även i Kina (1967) och i Frankrike (1968).

Funktionsprincipen för en vätebomb

En vätebombs verkan är baserad på användningen av energi som frigörs under den termonukleära fusionsreaktionen av lätta kärnor. Det är denna reaktion som äger rum i stjärnornas djup, där vätekärnor, under inverkan av ultrahöga temperaturer och enorma tryck, kolliderar och smälter samman till tyngre heliumkärnor. Under reaktionen omvandlas en del av massan av vätekärnor till en stor mängd energi - tack vare detta frigör stjärnor ständigt enorma mängder energi. Forskare kopierade denna reaktion med hjälp av väteisotoperna deuterium och tritium, vilket gav den namnet "vätebomb". Till en början användes flytande isotoper av väte för att producera laddningar, och senare användes litium-6-deuterid, en fast förening av deuterium och en isotop av litium.

Litium-6-deuterid är huvudkomponenten i vätebomben, termonukleärt bränsle. Den lagrar redan deuterium, och litiumisotopen fungerar som råvara för bildandet av tritium. För att starta en termonukleär fusionsreaktion är det nödvändigt att skapa höga temperaturer och tryck, samt att separera tritium från litium-6. Dessa villkor tillhandahålls enligt följande.

Skalet på behållaren för termonukleärt bränsle är gjord av uran-238 och plast, och en konventionell kärnladdning med en kraft på flera kiloton placeras bredvid behållaren - det kallas en trigger, eller initiatorladdning av en vätebomb. Under explosionen av plutoniuminitiatorladdningen under påverkan av kraftfull röntgenstrålning förvandlas behållarens skal till plasma, komprimeras tusentals gånger, vilket skapar det nödvändiga höga trycket och den enorma temperaturen. Samtidigt interagerar neutroner som emitteras av plutonium med litium-6 och bildar tritium. Deuterium- och tritiumkärnor samverkar under påverkan av ultrahög temperatur och tryck, vilket leder till en termonukleär explosion.

Om du gör flera lager av uran-238 och litium-6 deuterid, kommer var och en av dem att lägga sin egen kraft till explosionen av en bomb - det vill säga en sådan "puff" låter dig öka explosionens kraft nästan obegränsat . Tack vare detta kan en vätebomb tillverkas av nästan vilken kraft som helst, och den blir mycket billigare än en konventionell kärnvapenbomb av samma kraft.

Innehållet i artikeln

VÄTEBOMB, ett vapen med stor destruktiv kraft (i storleksordningen megaton i TNT-ekvivalent), vars funktionsprincip är baserad på reaktionen av termonukleär fusion av lätta kärnor. Källan till explosionsenergi är processer som liknar de som sker på solen och andra stjärnor.

Termonukleära reaktioner.

Solens inre innehåller en gigantisk mängd väte, som är i ett tillstånd av ultrahög kompression vid en temperatur på ca. 15 000 000 K. Vid så höga temperaturer och plasmadensiteter upplever vätekärnor ständiga kollisioner med varandra, varav en del slutar i deras fusion och i slutändan bildandet av tyngre heliumkärnor. Sådana reaktioner, som kallas termonukleär fusion, åtföljs av frigörande av enorma mängder energi. Enligt fysikens lagar beror energifrigöringen under termonukleär fusion på det faktum att under bildandet av en tyngre kärna omvandlas en del av massan av de lätta kärnorna som ingår i dess sammansättning till en kolossal mängd energi. Det är därför solen, som har en gigantisk massa, förlorar ca varje dag i processen med termonukleär fusion. 100 miljarder ton materia och frigör energi, tack vare vilket liv på jorden blev möjligt.

Isotoper av väte.

Väteatomen är den enklaste av alla existerande atomer. Den består av en proton, som är dess kärna, runt vilken en enda elektron roterar. Noggranna studier av vatten (H 2 O) har visat att det innehåller försumbara mängder "tungt" vatten som innehåller den "tunga isotopen" av väte - deuterium (2 H). Deuteriumkärnan består av en proton och en neutron - en neutral partikel med en massa nära en proton.

Det finns en tredje isotop av väte, tritium, vars kärna innehåller en proton och två neutroner. Tritium är instabilt och genomgår spontant radioaktivt sönderfall och förvandlas till en isotop av helium. Spår av tritium har hittats i jordens atmosfär, där det bildas som ett resultat av samspelet mellan kosmiska strålar och gasmolekyler som utgör luften. Tritium produceras artificiellt i en kärnreaktor genom att bestråla litium-6-isotopen med en ström av neutroner.

Utveckling av vätebomben.

Preliminär teoretisk analys visade att termonukleär fusion är lättast att åstadkomma i en blandning av deuterium och tritium. Med detta som grund började amerikanska forskare i början av 1950 genomföra ett projekt för att skapa en vätebomb (HB). De första testerna av en modell av kärnkraftsanordningar utfördes på Enewetaks provplats våren 1951; termonukleär fusion var endast partiell. Betydande framgång uppnåddes den 1 november 1951 under testningen av en massiv kärnkraftsanordning, vars explosionskraft var 4 × 8 Mt i TNT-ekvivalent.

Den första vätebomben detonerades i Sovjetunionen den 12 augusti 1953 och den 1 mars 1954 detonerade amerikanerna en kraftigare (cirka 15 Mt) luftbomb på Bikini-atollen. Sedan dess har båda makterna genomfört explosioner av avancerade megatonvapen.

Explosionen vid Bikini Atoll åtföljdes av utsläpp av stora mängder radioaktiva ämnen. Några av dem föll hundratals kilometer från explosionsplatsen på det japanska fiskefartyget "Lucky Dragon", medan andra täckte ön Rongelap. Eftersom termonukleär fusion producerar stabilt helium, bör radioaktiviteten från explosionen av en ren vätebomb inte vara mer än den för en atomdetonator av en termonukleär reaktion. Men i det aktuella fallet skilde sig det förutspådda och faktiska radioaktiva nedfallet avsevärt i mängd och sammansättning.

Vätebombens verkningsmekanism.

Sekvensen av processer som inträffar under explosionen av en vätebomb kan representeras enligt följande. Först exploderar den termonukleära reaktionsinitiatorladdningen (en liten atombomb) som finns inuti HB-skalet, vilket resulterar i en neutronblixt och skapar den höga temperatur som krävs för att initiera termonukleär fusion. Neutroner bombarderar en insats gjord av litiumdeuterid, en förening av deuterium och litium (en litiumisotop med massnummer 6 används). Litium-6 delas upp i helium och tritium under inverkan av neutroner. Således skapar atomsäkringen de material som behövs för syntes direkt i själva bomben.

Sedan börjar en termonukleär reaktion i en blandning av deuterium och tritium, temperaturen inuti bomben ökar snabbt, vilket involverar mer och mer väte i syntesen. Med ytterligare temperaturökning kunde en reaktion mellan deuteriumkärnor, karakteristisk för en ren vätebomb, börja. Alla reaktioner sker förstås så snabbt att de uppfattas som momentana.

Fission, fusion, fission (superbomb).

Faktum är att i en bomb slutar sekvensen av processer som beskrivits ovan vid det stadium av reaktionen mellan deuterium och tritium. Vidare valde bombdesignerna att inte använda kärnfusion, utan kärnklyvning. Fusionen av deuterium- och tritiumkärnor producerar helium och snabba neutroner, vars energi är tillräckligt hög för att orsaka kärnklyvning av uran-238 (huvudisotopen för uran, mycket billigare än uran-235 som används i konventionella atombomber). Snabba neutroner delar atomerna i superbombens uranskal. Klyvningen av ett ton uran skapar energi motsvarande 18 Mt. Energi går inte bara till explosion och värmealstring. Varje urankärna delas i två mycket radioaktiva "fragment". Klyvningsprodukterna omfattar 36 olika kemiska grundämnen och nästan 200 radioaktiva isotoper. Allt detta utgör det radioaktiva nedfallet som åtföljer superbombexplosioner.

Tack vare den unika designen och den beskrivna verkningsmekanismen kan vapen av denna typ göras så kraftfulla som önskas. Det är mycket billigare än atombomber av samma kraft.

Konsekvenser av explosionen.

Chockvåg och termisk effekt.

Den direkta (primära) effekten av en superbombexplosion är trefaldig. Den mest uppenbara direkta påverkan är en chockvåg av enorm intensitet. Styrkan i dess nedslag, beroende på bombens kraft, höjden på explosionen över jordens yta och terrängens karaktär, minskar med avståndet från explosionens epicentrum. Den termiska påverkan av en explosion bestäms av samma faktorer, men beror också på luftens genomskinlighet - dimma minskar kraftigt avståndet från vilket en termisk blixt kan orsaka allvarliga brännskador.

Enligt beräkningar kommer människor under en explosion i atmosfären av en 20 megaton bomb att förbli vid liv i 50 % av fallen om de 1) tar sin tillflykt till ett underjordiskt skydd av armerad betong på ett avstånd av cirka 8 km från epicentrum explosion (E), 2) finns i vanliga stadsbyggnader på ett avstånd av ca . 15 km från EV, 3) befann sig på en öppen plats på ett avstånd av ca. 20 km från EV. Under förhållanden med dålig sikt och på ett avstånd av minst 25 km, om atmosfären är klar, för människor i öppna områden, ökar sannolikheten för överlevnad snabbt med avståndet från epicentrum; på ett avstånd av 32 km är dess beräknade värde mer än 90 %. Området över vilket den penetrerande strålningen som genereras under en explosion orsakar dödsfall är relativt liten, även i fallet med en superbomb med hög effekt.

Eldkula.

Beroende på sammansättningen och massan av brännbart material som är involverat i eldklotet, kan gigantiska självuppehållande eldstormar bildas och rasa i många timmar. Den farligaste (om än sekundära) konsekvensen av explosionen är dock radioaktiv förorening av miljön.

Nedfall.

Hur de bildas.

När en bomb exploderar fylls det resulterande eldklotet med en enorm mängd radioaktiva partiklar. Vanligtvis är dessa partiklar så små att när de väl når den övre atmosfären kan de förbli där under lång tid. Men om en eldklot kommer i kontakt med jordens yta förvandlar den allt på den till hett damm och aska och drar in dem i en brinnande tornado. I en virvelvind av lågor blandar de sig och binder med radioaktiva partiklar. Radioaktivt stoft, förutom det största, sedimenterar inte direkt. Finare damm förs bort av det resulterande molnet och faller gradvis ut när det rör sig med vinden. Direkt på platsen för explosionen kan radioaktivt nedfall vara extremt intensivt - främst stort damm som lägger sig på marken. Hundratals kilometer från explosionsplatsen och på större avstånd, litet men ändå synlig för ögat askpartiklar. De bildar ofta ett täcke som liknar nedfallen snö, dödligt för alla som råkar vara i närheten. Även mindre och osynliga partiklar, innan de lägger sig på marken, kan vandra i atmosfären i månader och till och med år och cirkla runt jorden många gånger. När de faller ut är deras radioaktivitet avsevärt försvagad. Den farligaste strålningen är strontium-90 med en halveringstid på 28 år. Dess förlust observeras tydligt över hela världen. När den sätter sig på löv och gräs går den in i näringskedjor som inkluderar människor. Som en konsekvens av detta har märkbara, men ännu inte farliga, mängder strontium-90 hittats i benen hos invånare i de flesta länder. Ansamlingen av strontium-90 i mänskliga ben är mycket farlig på lång sikt, eftersom det leder till bildandet av maligna bentumörer.

Långtidsförorening av området med radioaktivt nedfall.

Användningen av en vätebomb kommer vid fientlighet att leda till omedelbar radioaktiv kontaminering av ett område inom en radie av ca. 100 km från explosionens epicentrum. Om en superbomb exploderar kommer ett område på tiotusentals kvadratkilometer att förorenas. Ett sådant enormt område av förstörelse med en enda bomb gör det till en helt ny typ av vapen. Även om superbomben inte träffar målet, d.v.s. inte kommer att träffa föremålet med chock-termiska effekter, kommer den penetrerande strålningen och det radioaktiva nedfallet som följer med explosionen att göra det omgivande utrymmet obeboeligt. Sådan nederbörd kan fortsätta i många dagar, veckor och till och med månader. Beroende på deras mängd kan strålningsintensiteten nå dödliga nivåer. Ett relativt litet antal superbomber räcker för att helt täcka stort land ett lager av radioaktivt damm som är dödligt för allt levande. Sålunda markerade skapandet av superbomben början på en era då det blev möjligt att göra hela kontinenter obeboeliga. Även långt efter att direkt exponering för radioaktivt nedfall upphört kommer faran på grund av den höga radiotoxiciteten hos isotoper som strontium-90 att kvarstå. Med mat som odlas på jordar som är förorenade med denna isotop kommer radioaktivitet in i människokroppen.

I slutet av 30-talet av förra seklet upptäcktes lagarna om fission och förfall redan i Europa, och vätebomben flyttade från kategorin fiktion till verkligheten. Historien om kärnenergins utveckling är intressant och representerar fortfarande en spännande konkurrens mellan den vetenskapliga potentialen i länderna: Nazityskland, Sovjetunionen och USA. Den mest kraftfulla bomben, som någon stat drömde om att äga, var inte bara ett vapen, utan också ett kraftfullt politiskt verktyg. Landet som hade det i sin arsenal blev faktiskt allsmäktigt och kunde diktera sina egna regler.

Vätebomben har sin egen skapelsehistoria, som bygger på fysiska lagar, nämligen den termonukleära processen. Ursprungligen kallades det felaktigt atomärt, och analfabetismen var skyldig. Vetenskapsmannen Bethe, som senare blev nobelpristagare, arbetade på en artificiell energikälla - klyvningen av uran. Den här gången var toppen av många fysikers vetenskapliga aktivitet, och bland dem fanns det en åsikt att vetenskapliga hemligheter inte alls borde existera, eftersom vetenskapens lagar från början var internationella.

Teoretiskt sett hade vätebomben uppfunnits, men nu fick den, med hjälp av designers, skaffa sig tekniska former. Allt som återstod var att packa den i ett specifikt skal och testa den för kraft. Det finns två vetenskapsmän vars namn för alltid kommer att förknippas med skapandet av detta kraftfulla vapen: i USA är det Edward Teller, och i Sovjetunionen är det Andrei Sakharov.

I USA började en fysiker studera det termonukleära problemet redan 1942. På order av Harry Truman, dåvarande president i USA, arbetade de bästa forskarna i landet med detta problem, de skapade ett i grunden nytt förstörelsevapen. Dessutom var regeringens order om en bomb med en kapacitet på minst en miljon ton TNT. Vätebomben skapades av Teller och visade mänskligheten i Hiroshima och Nagasaki dess gränslösa men destruktiva kapacitet.

En bomb släpptes över Hiroshima som vägde 4,5 ton och innehöll 100 kg uran. Denna explosion motsvarade nästan 12 500 ton TNT. Den japanska staden Nagasaki förstördes av en plutoniumbomb av samma massa, men motsvarande 20 000 ton TNT.

Den framtida sovjetiska akademikern A. Sacharov presenterade 1948, baserat på sin forskning, designen av en vätebomb under namnet RDS-6. Hans forskning följde två grenar: den första kallades "puff" (RDS-6s), och dess egenskap var en atomladdning, som var omgiven av lager av tunga och lätta element. Den andra grenen är "röret" eller (RDS-6t), där plutoniumbomben var innesluten i flytande deuterium. Därefter gjordes en mycket viktig upptäckt, som bevisade att "rörriktningen" är en återvändsgränd.

Funktionsprincipen för en vätebomb är som följer: först exploderar en laddning inuti HB-skalet, vilket är initiatorn till en termonukleär reaktion, vilket resulterar i en neutronblixt. I det här fallet åtföljs processen av frigivningen hög temperatur, som behövs för att ytterligare neutroner ska börja bombardera litiumdeuteridinsatsen, och den i sin tur, under direkt inverkan av neutroner, delas upp i två element: tritium och helium. Atomsäkringen som används bildar de komponenter som är nödvändiga för att fusion ska ske i den redan detonerade bomben. Detta är den komplicerade funktionsprincipen för en vätebomb. Efter denna preliminära åtgärd börjar den termonukleära reaktionen direkt i en blandning av deuterium och tritium. Vid denna tidpunkt ökar temperaturen i bomben mer och mer, och en ökande mängd väte deltar i syntesen. Om du övervakar tiden för dessa reaktioner, kan hastigheten på deras verkan karakteriseras som omedelbar.

Därefter började forskare inte använda syntesen av kärnor, utan deras klyvning. Klyvningen av ett ton uran skapar energi motsvarande 18 Mt. Denna bomb har enorm kraft. Den mest kraftfulla bomben som skapats av mänskligheten tillhörde Sovjetunionen. Hon kom till och med in i Guinness rekordbok. Dess sprängvåg motsvarade 57 (ungefär) megaton TNT. Den sprängdes 1961 i området i Novaya Zemlya-skärgården.

Ivy Mike - det första atmosfäriska testet av en vätebomb utförd av USA vid Eniwetak-atollen den 1 november 1952.

För 65 år sedan detonerade Sovjetunionen sin första termonukleära bomb. Hur fungerar det här vapnet, vad kan det göra och vad kan det inte?

Den 12 augusti 1953 detonerades den första "praktiska" termonukleära bomben i Sovjetunionen. Vi kommer att berätta om historien om dess skapelse och ta reda på om det är sant att sådan ammunition knappast förorenar miljön, men kan förstöra världen.

Idén om termonukleära vapen, där kärnorna av atomer smälts snarare än delas, som i en atombomb, dök upp senast 1941. Det kom till fysikerna Enrico Fermi och Edward Teller. Ungefär samtidigt blev de involverade i Manhattan-projektet och hjälpte till att skapa bomberna som släpptes över Hiroshima och Nagasaki. Att designa ett termonukleärt vapen visade sig vara mycket svårare.

Du kan ungefär förstå hur mycket mer komplicerad en termonukleär bomb är än en kärnvapenbomb av det faktum att fungerande kärnkraftverk länge har varit vardag, och fungerande och praktiska termonukleära kraftverk fortfarande är science fiction.

USA:s president Harry Truman sa att det sovjetiska genombrottet borde besvaras med "den så kallade vätgasen eller superbomben".

År 1951 monterade amerikanerna enheten och testade den under kodnamn"George". Designen var en torus - med andra ord en munk - med tunga isotoper av väte, deuterium och tritium. De valdes för att sådana kärnor är lättare att smälta samman än vanliga vätekärnor. Säkringen var en atombomb. Explosionen komprimerade deuterium och tritium, de slogs samman, gav en ström av snabba neutroner och antände uranplattan. I en konventionell atombomb klyvs den inte: det finns bara långsamma neutroner, som inte kan få en stabil isotop av uran att klyvas. Även om kärnfusionsenergin stod för ungefär 10 % av den totala energin från George-explosionen, tillät "antändningen" av uran-238 att explosionen var dubbelt så kraftfull som vanligt, till 225 kiloton.

På grund av tillskottet av uran var explosionen dubbelt så kraftig som med en konventionell atombomb. Men termonukleär fusion stod bara för 10 % av den frigjorda energin: tester visade att vätekärnor inte komprimerades tillräckligt starkt.

Sedan föreslog matematiker Stanislav Ulam ett annat tillvägagångssätt - en tvåstegs kärnsäkring. Hans idé var att placera en plutoniumstav i enhetens "väte"-zon. Explosionen av den första säkringen "antände" plutoniumet, två stötvågor och två strömmar av röntgenstrålar kolliderade - trycket och temperaturen hoppade tillräckligt för att termonukleär fusion skulle börja. Den nya enheten testades på Enewetak-atollen i Stilla havet 1952 - bombens explosiva kraft var redan tio megaton TNT.

Men denna anordning var också olämplig för användning som ett militärt vapen.

För att vätekärnor ska smälta samman måste avståndet mellan dem vara minimalt, så deuterium och tritium kyldes till ett flytande tillstånd, nästan till absolut noll. Detta krävde en enorm kryogen installation. Den andra termonukleära enheten, i huvudsak en förstorad modifiering av "George", vägde 70 ton - du kunde inte tappa den från ett flygplan.

Sovjetunionen började utveckla en termonukleär bomb senare: det första schemat föreslogs av sovjetiska utvecklare först 1949. Det var meningen att den skulle använda litiumdeuterid. Detta är en metall, ett fast ämne, det behöver inte göras flytande, och därför behövdes inte längre ett skrymmande kylskåp, som i den amerikanska versionen. Lika viktigt är att litium-6, när det bombarderades med neutroner från explosionen, producerade helium och tritium, vilket ytterligare förenklar den ytterligare sammansmältningen av kärnor.

RDS-6s bomb var klar 1953. Till skillnad från amerikanska och moderna termonukleära enheter innehöll den ingen plutoniumstav. Detta schema är känt som en "puff": lager av litiumdeuterid varvades med uranlager. Den 12 augusti testades RDS-6s på testplatsen i Semipalatinsk.

Explosionens kraft var 400 kiloton TNT - 25 gånger mindre än i amerikanernas andra försök. Men RDS-6:orna kunde släppas ur luften. Samma bomb skulle användas på interkontinentala ballistiska missiler. Och redan 1955 förbättrade Sovjetunionen sin termonukleära idé och försåg den med en plutoniumstav.

Idag är praktiskt taget alla termonukleära enheter – även nordkoreanska, tydligen – en korsning mellan tidiga sovjetiska och amerikanska konstruktioner. De använder alla litiumdeuterid som bränsle och antänder det med en tvåstegs kärnsprängkapsel.

Som bekant från läckor liknar även den mest moderna amerikanska termonukleära stridsspetsen, W88, RDS-6c: lager av litiumdeuterid varvas med uran.

Skillnaden är att modern termonukleär ammunition inte är multimegatonmonster som Tsar Bomba, utan system med en avkastning på hundratals kiloton, som RDS-6. Ingen har megatonstridsspetsar i sina arsenaler, eftersom militärt sett ett dussin mindre kraftfulla stridsspetsar är mer värdefulla än en stark: detta gör att du kan träffa fler mål.

Tekniker arbetar med en amerikansk termonukleär stridsspets W80

Vad en termonukleär bomb inte kan göra

Väte är ett extremt vanligt grundämne; det finns tillräckligt med det i jordens atmosfär.

Vid ett tillfälle ryktades det att en tillräckligt kraftig termonukleär explosion kunde starta en kedjereaktion och all luft på vår planet skulle brinna ut. Men det här är en myt.

Inte bara gasformigt utan även flytande väte är inte tillräckligt tätt för att termonukleär fusion ska börja. Den behöver komprimeras och värmas upp av en kärnvapenexplosion, helst från olika sidor, som man gör med en tvåstegssäkring. Det finns inga sådana förhållanden i atmosfären, så självförsörjande kärnfusionsreaktioner är omöjliga där.

Detta är inte den enda missuppfattningen om termonukleära vapen. Det sägs ofta att en explosion är "renare" än en kärnvapen: de säger att när vätekärnor smälter samman finns det färre "fragment" - farliga kortlivade atomkärnor som producerar radioaktiv förorening - än när urankärnor klyvs.

Denna missuppfattning är baserad på det faktum att under en termonukleär explosion antas det mesta av energin frigöras på grund av fusionen av kärnor. Detta är inte sant. Ja, Tsar Bomba var sådan, men bara för att dess uran-"mantel" ersattes med bly för testning. Moderna tvåstegssäkringar resulterar i betydande radioaktiv kontaminering.

Zonen för möjlig total förstörelse av Tsar Bomba, ritad på kartan över Paris. Den röda cirkeln är zonen för fullständig förstörelse (radie 35 km). Den gula cirkeln är storleken på eldklotet (radie 3,5 km).

Det är sant att det fortfarande finns ett korn av sanning i myten om den "rena" bomben. Ta den bästa amerikanska termonukleära stridsspetsen, W88. Om det exploderar på optimal höjd över staden, kommer området med allvarlig förstörelse praktiskt taget att sammanfalla med zonen för radioaktiv skada, farlig för liv. Det kommer att finnas försvinnande få dödsfall från strålningssjuka: människor kommer att dö av själva explosionen, inte av strålning.

En annan myt säger att termonukleära vapen är kapabla att förstöra all mänsklig civilisation, och till och med livet på jorden. Detta är också praktiskt taget uteslutet. Explosionens energi är fördelad i tre dimensioner, därför, med en ökning av ammunitionens kraft med tusen gånger, ökar radien för destruktiv aktion endast tio gånger - en megaton stridsspets har en förstörelseradie bara tio gånger större än en taktisk, kiloton stridsspets.

För 66 miljoner år sedan ledde ett asteroidnedslag till att de flesta landdjur och växter utrotades. Slagkraften var cirka 100 miljoner megaton - detta är 10 tusen gånger mer än den totala kraften hos alla termonukleära arsenaler på jorden. För 790 tusen år sedan kolliderade en asteroid med planeten, nedslaget var en miljon megaton, men inga spår av ens måttlig utrotning (inklusive vårt släkte Homo) inträffade efter det. Både livet i allmänhet och människorna är mycket starkare än de verkar.

Sanningen om termonukleära vapen är inte lika populär som myterna. Idag är det som följer: termonukleära arsenaler av kompakta stridsspetsar med medelkraft ger en bräcklig strategisk balans, på grund av vilken ingen fritt kan stryka andra länder i världen med atomvapen. Rädsla för en termonukleär reaktion är mer än tillräckligt avskräckande.