1.6.7. Как Цай Лунь изобрел бумагу Китайцы на протяжении нескольких тысяч лет считали варварскими все остальные страны. Китай является родиной многих великих изобретений. Бумагу придумали именно здесь.До ее появления для записей в Китае использовали скрученные в свитки

Водородная, или термоядерная бомба стала краеугольным камнем гонки вооружений между США и СССР. Две сверхдержавы несколько лет спорили о том, кто станет первым обладателем нового вида разрушительного оружия.

Проект термоядерного оружия

В начале холодной войны испытание водородной бомбы было для руководства СССР важнейшим аргументом в борьбе с США. В Москве хотели достичь ядерного паритета с Вашингтоном и вкладывали в гонку вооружений огромные средства. Впрочем, работы по созданию водородной бомбы начались не благодаря щедрому финансированию, а из-за донесений законспирированной агентуры в Америке. В 1945 года в Кремле узнали о том, что в США идет подготовка к созданию нового оружия. Это была сверхбомба, проект которой получил название Super.

Источником ценной информации был Клаус Фукс - сотрудник Лос-Аламосской национальной лаборатории США. Он передал Советскому Союзу конкретные сведения, которые касались секретных американских разработок сверхбомбы. К 1950 году проект Super был выброшен в корзину, так как западным ученым стало ясно, что такая схема нового оружия не может быть реализована. Руководителем этой программы был Эдвард Теллер.

В 1946 году Клаус Фукс и Джон развили идеи проекта Super и запатентовали собственную систему. Принципиально новым в ней был принцип радиоактивной имплозии. В СССР эту схему начали рассматривать несколько позже - в 1948 году. В целом можно сказать, что на стартовом этапе полностью базировался на американских информации, полученной разведкой. Но, продолжая исследования уже на основе этих материалов, советские ученые заметно опередили своих западных коллег, то позволило СССР получить сначала первую, а потом и самую мощную термоядерную бомбу.

17 декабря 1945 года на заседании специального комитета, созданного при Совете Народных комиссаров СССР, физики-ядерщики Яков Зельдович, Исаак Померанчук и Юлий Хартион выступили с докладом «Использование ядерной энергии легких элементов». В этом документе рассматривалась возможность использования бомбы с дейтерием. Данное выступление стало началом советской ядерной программы.

В 1946 году теоретические исследования тали проводиться в Институте химической физики. Первые результаты этой работы были обсуждены на одном из заседаний Научно-технического совета в Первом главном управлении. Еще через два года Лаврентий Берия поручил Курчатову и Харитону проанализировать материалы о системе фон Неймана, которые были доставлены в Советский Союз благодаря законспирированной агентуре на западе. Данные из этих документов дали дополнительный импульс исследованиям, благодаря которым родился проект РДС-6.

«Иви Майк» и «Кастл Браво»

1 ноября 1952 года американцы испытали первое в мире термоядерное Это была еще не бомба, но уже ее важнейшая составная часть. Подрыв произошел на атолле Энивотек, в Тихом океане. и Станислав Улам (каждый из них фактически создатель водородной бомбы) незадолго до того разработали двухступенчатую конструкцию, которую американцы и опробовали. Устройство не могло использоваться в качестве оружия, так как производился с помощью дейтерия. Кроме того, оно отличалось огромным весом и габаритами. Такой снаряд просто нельзя было сбросить с самолета.

Испытание первой водородной бомбы было проведено советскими учеными. После того как в США узнали об успешном использовании РДС-6с, стало ясно что необходимо как можно быстрее сократить отставание от русских в гонке вооружений. Американское испытание прошло 1 марта 1954 года. В качестве полигона был выбран атолл Бикини на Маршалловых островах. Тихоокеанские архипелаги выбирались не случайно. Здесь почти не было населения (а те немногие люди, которые жили на близлежащих островах, были выселена накануне эксперимента).

Самый разрушительный взрыв водородной бомбы американцев стал известен как «Кастл Браво». Мощность заряда оказалась в 2,5 раза выше предполагаемой. Взрыв привел к радиационному заражению значительной площади (множества островов и Тихого океана), что привело к скандалу и пересмотру ядерной программы.

Разработка РДС-6с

Проект первой советской термоядерной бомбы получил название РДС-6с. План был написан выдающимся физиком Андреем Сахаровым. В 1950 году Совет министров СССР постановил сосредоточить работы над созданием нового оружия в КБ-11. Согласно этому решению, группа ученых под руководством Игоря Тамма отправилась в закрытый Арзамас-16.

Специально для этого грандиозного проекта был подготовлен Семипалатинский полигон. Перед тем как началось испытание водородной бомбы, там были установлены многочисленные измерительные, киносъемочные и регистрирующие приборы. Кроме того, по поручению ученых там появились почти две тысячи индикаторов. Область, которую затронуло испытание водородной бомбы, включала в себя 190 сооружений.

Семипалатинский эксперимент был уникальным не только из-за нового вида оружия. Использовались уникальные заборники, предназначенные для химических и радиоактивных проб. Их могла открыть только мощная ударная волна. Регистрирующие и киносъемочные приборы были установлены в специально подготовленных укрепленных сооружениях на поверхности и в подземных бункерах.

Alarm Clock

Еще в 1946 году Эдвард Теллер, работавший в США, разработал прототип РДС-6с. Он получил название Alarm Clock. Первоначально проект этого устройства был предложен как альтернатива Super. В апреле 1947 года в лаборатории в Лос-Аламосе началась целая серия экспериментов, предназначенная для исследования природы термоядерных принципов.

От Alarm Clock ученые ожидали наибольшего энерговыделения. Осенью Теллер решил использовать в качестве горючего для устройства дейтерид лития. Исследователи еще не использовали это вещество, но ожидали, что оно позволит повысить эффективность Интересно, что Теллер уже тогда отмечал в своих служебных записках зависимость ядерной программы от дальнейшего развития компьютеров. Эта техника была необходима ученым для более точных и сложных расчетов.

Alarm Clock и РДС-6с имели много общего, но многим и отличались. Американский вариант не был столь практичным как советский из-за своей величины. Большие размеры он унаследовал от проекта Super. В конце концов, американцам пришлось отказаться от этой разработки. Последние исследования прошли в 1954 году, после чего стало ясно, что проект нерентабелен.

Взрыв первой термоядерной бомбы

Первое в человеческой истории испытание водородной бомбы произошло 12 августа 1953 года. Утром на горизонте появилась ярчайшая вспышка, которая слепила даже через защитные очки. Взрыв РДС-6с оказался в 20 раз мощнее атомной бомбы. Эксперимент был признан удачным. Ученые смогли достичь важного технологического прорыва. Впервые в качестве горючего был использован гидрид лития. В радиусе 4 километров от эпицентра взрыва волной уничтожило все постройки.

Последующие испытания водородной бомбы в СССР основывались на опыте, полученном при использовании РДС-6с. Это разрушительное оружие было не только самым мощным. Важным достоинством бомбы являлась ее компактность. Снаряд помещался в бомбардировщик Ту-16. Успех позволил советским ученым опередить американцев. В США в это время было термоядерное устройство, размером с дом. Оно было нетранспортабельным.

Когда в Москве заявили, что водородная бомба СССР уже готова, в Вашингтоне оспорили эту информацию. Главным аргументом американцев был тот факт, что термоядерная бомба должна быть изготовлена по схеме Теллера-Улама. В ее основе лежал принцип радиационной имплозии. Этот проект будет реализован в СССР через два года, в 1955-м.

В создание РДС-6с наибольший вклад внес физик Андрей Сахаров. Водородная бомба была его детищем - именно он предложил революционные те технические решения, которые позволили успешно завершить испытания на Семипалатинском полигоне. Молодой Сахаров сразу же стал академиком в АН СССР, Героем Социалистического Труда и лауреатом Сталинской премии. Наград и медалей удостоились и другие ученые: Юлий Харитон, Кирилл Щелкин, Яков Зельдович, Николай Духов и т. д. В 1953 испытание водородной бомбы показало, что советская наука может преодолеть то, что еще совсем недавно казалось выдумкой и фантастикой. Поэтому сразу после успешного взрыва РДС-6с началась разработка еще более мощных снарядов.

РДС-37

20 ноября 1955 года прошли очередные испытания водородной бомбы в СССР. На этот раз она была двухступенчатой и соответствовала схеме Теллера-Улама. Бомбу РДС-37 собирались сбросить с самолета. Однако, когда он поднялся в воздух, стало ясно что испытания придется проводить при нештатной ситуации. Вопреки прогнозам синоптиков, заметно испортилась погода, из-за чего полигон накрыла плотная облачность.

Впервые специалисты оказались вынуждены сажать самолет с термоядерной бомбой на борту. Некоторое время на Центральном командном пункте шла дискуссия о том, что делать дальше. Рассматривалось предложение сбросить бомбу в горах неподалеку, однако этот вариант был отклонен, как слишком рискованный. Меж тем самолет продолжал кружить рядом с полигоном, вырабатывая горючее.

Решающее слово получили Зельдович и Сахаров. Водородная бомба, взорвавшаяся не на полигоне, привела бы к катастрофе. Ученые понимали всю степень риска и собственной ответственности, и все-таки дали письменное подтверждение того, что посадка самолета будет безопасной. Наконец, командир экипажа Ту-16 Федор Головашко получил команду приземляться. Посадка была очень плавной. Летчики проявили все свои умения и не запаниковали в критической ситуации. Маневр был идеальным. В Центральном командном пункте облегченно выдохнули.

Создатель водородной бомбы Сахаров и его команда перенесли испытания. Вторая попытка была намечена на 22 ноября. В этот день все прошло без внештатных ситуаций. Бомбу сбросили с высоты в 12 километров. Пока снаряд падал, самолет успел удалиться на безопасное расстояние от эпицентра взрыва. Через несколько минут ядерный гриб достиг высоты 14 километров, а его диаметр - 30 километров.

Взрыв не обошелся без трагических происшествий. От ударной волны на расстоянии в 200 километров выбивало стекла, из-за чего пострадало несколько человек. Также погибла девочка, жившая в соседнем ауле, на которую обвалился потолок. Еще одной жертвой стал солдат, находившийся в специальном выжидательном районе. Солдата засыпало в землянке, и он умер от удушья до того, как товарищи смогли вытащить его.

Разработка «Царь-бомбы»

В 1954 году лучшие физики-ядерщики страны под руководством начали разработку мощнейшей в истории человечества термоядерной бомбы. В этом проекте также приняли участие Андрей Сахаров, Виктор Адамский, Юрий Бабаев, Юрий Смирнов, Юрий Трутнев и т. д. Благодаря своей мощности и размеру бомба стала известна как «Царь-бомба». Участники проекта позже вспоминали, что эта фраза появилась после знаменитого высказывания Хрущева о «Кузькиной матери» в ООН. Официально же проект назывался АН602.

За семь лет разработок бомба пережила несколько реинкарнаций. Сначала ученые планировали использовать компоненты из урана и реакцию Джекилла-Хайда, однако позже от этой идеи пришлось отказаться из-за опасности радиоактивного загрязнения.

Испытание на Новой Земле

На некоторое время проект «Царь-бомба» был заморожен, так как Хрущев собирался в США, а в холодной войне наступила короткая пауза. В 1961 году конфликт между странами разгорелся вновь и в Москве снова вспомнили о термоядерном оружии. Хрущев сообщил о предстоящих испытаниях в октябре 1961 года во время XXII съезда КПСС.

30 числа Ту-95В с бомбой на борту вылетел из Оленьи и направился на Новую Землю. Самолет добирался до цели два часа. Очередная советская водородная бомба была сброшена на высоте в 10,5 тысяч метров над ядерным полигоном «Сухой Нос». Снаряд взорвался еще в воздухе. Возник огненный шар, который достиг диаметра трех километров и почти коснулся земли. Согласно подсчетам, ученых сейсмическая волна от взрыва три раза пересекла планету. Удар чувствовался за тысячу километров, а все живое на расстоянии ста километров могло получить ожоги третьей степени (этого не произошло, так как данный район был необитаемым).

На тот момент наиболее мощная термоядерная бомба США в мощности уступала «Царю-бомбе» в четыре раза. Советское руководство было довольно результатом эксперимента. В Москве получили то, чего так хотели от очередной водородной бомбы. Испытание продемонстрировало, что у СССР есть оружие куда более мощное чем у США. В дальнейшем разрушительный рекорд «Царя-бомбы» так и не был побит. Самый мощный взрыв водородной бомбы стал важнейшей вехой в истории науки и холодной войны.

Термоядерное оружие других стран

Британские разработки водородной бомбы начались в 1954 году. Руководителем проекта был Уильям Пенней, который до того был участником манхэттенского проекта в США. Англичане обладали крохами информации о строении термоядерного оружия. Американские союзники не делились этой информацией. В Вашингтоне ссылались на закон об атомной энергии, принятый в 1946 году. Единственным исключением для британцев было разрешение вести наблюдения за испытаниями. Кроме того, они использовали самолеты для сбора проб, оставшихся после взрывов американских снарядов.

Сперва в Лондоне решили ограничиться созданием очень мощной атомной бомбы. Так начались испытания «Оранжевый вестник». В ходе них была сброшена самая мощная из не термоядерных бомб в истории человечества. Ее недостатком была чрезмерная дороговизна. 8 ноября 1957 года была испытана водородная бомба. История создания британского двухступенчатого устройства - это пример успешного прогресса в условиях отставания от двух споривших между собой сверхдержав.

В Китае водородная бомба появилась в 1967 году, во Франции - в 1968-м. Таким образом, в клубе стран-обладательниц термоядерного оружия сегодня пять государств. Спорными остаются сведения о водородной бомбе в Северной Корее. Глава КНДР заявлял, что его ученые смогли разработать такой снаряд. В ходе испытаний сейсмологи разных стран зафиксировали сейсмическую активность, вызванную ядерным взрывом. Но никакой конкретной информации о водородной бомбе в КНДР до сих пор нет.

Разработка советского ядерного оружия началась с добычи в начале 1930-х годов образцов радия. В 1939 году советские физики Юлий Харитон и Яков Зельдович рассчитали цепную реакцию деления ядер тяжёлых атомов. В следующем году учёные Украинского физико-технического института отправили заявки на создание атомной бомбы, а также способы наработки урана-235. Впервые исследователи предложили использовать обычную взрывчатку в качестве средства для воспламенения заряда, которое позволило бы создать критическую массу и запустить цепную реакцию.

Однако в изобретении харьковских физиков были свои недостатки, и поэтому их заявка, успев побывать в самых различных инстанциях, в итоге была отклонена. Решающее слово осталось за директором Радиевого института АН СССР академиком Виталием Хлопиным: «…заявка не имеет под собой реального основания. Кроме этого, в ней и по сути много фантастического... Даже если бы и удалось реализовать цепную реакцию, то энергию, которая выделится, лучше использовать для приведения в действие двигателей, например, самолётов».

Безрезультатными оказались и обращения учёных накануне Великой Отечественной войны к наркому обороны Сергею Тимошенко. В итоге проект изобретения был похоронен на полке с грифом «совершенно секретно».

• Владимир Семёнович Шпинель
• Wikimedia Commons

В 1990 году журналисты спросили одного из авторов проекта бомбы Владимира Шпинеля: «Если бы ваши предложения в 1939—1940 годах были по достоинству оценены на правительственном уровне и вам дали бы поддержку, когда бы СССР мог иметь атомное оружие?»

«Думаю, что при таких возможностях, которые позднее имел Игорь Курчатов, мы бы получили её в 1945 году», — ответил Шпинель.

Однако именно Курчатову удалось использовать в своих разработках успешные американские схемы создания плутониевой бомбы, добытые советской разведкой.

Атомная гонка

С началом Великой Отечественной войны ядерные исследования были временно остановлены. Главные научные институты двух столиц эвакуировали в удалённые регионы.

Руководитель стратегической разведки Лаврентий Берия был осведомлён о наработках западных физиков в области ядерного оружия. Впервые о возможности создания сверхоружия советское руководство узнало от «отца» американской атомной бомбы Роберта Оппенгеймера, посетившего Советский Союз в сентябре 1939 года. В начале 1940-х годов и политики, и учёные осознали реальность получения ядерной бомбы, а также то, что её появление в арсенале противника поставит под угрозу безопасность других держав.

В 1941 году советское правительство получило первые разведданные из США и Великобритании, где уже началась активная работа по созданию сверхоружия. Главным осведомителем был советский «атомный шпион» Клаус Фукс — физик из Германии, участвующий в работах по ядерным программам США и Великобритании.

• Академик АН СССР физик Пётр Капица
• РИА Новости
• В. Носков

Академик Пётр Капица, выступая 12 октября 1941 года на антифашистском митинге учёных, заявил: «Одним из важных средств современной войны являются взрывчатые вещества. Наука указывает принципиальные возможности увеличить взрывную силу в 1,5—2 раза... Теоретические подсчёты показывают, что если современная мощная бомба может, например, уничтожить целый квартал, то атомная бомба даже небольшого размера, если она осуществима, с лёгкостью могла бы уничтожить крупный столичный город с несколькими миллионами населения. Моё личное мнение, что технические трудности, стоящие на пути использования внутриатомной энергии, ещё очень велики. Пока это дело ещё сомнительное, но очень вероятно, что здесь имеются большие возможности».

В сентябре 1942 года советское правительство приняло постановление «Об организации работ по урану». Весной следующего года для производства первой советской бомбы была создана Лаборатория №2 АН СССР. Наконец, 11 февраля 1943 года Сталин подписал решение ГКО о программе работ по созданию атомной бомбы. Поначалу руководить важной задачей поручили заместителю председателя ГКО Вячеславу Молотову. Именно ему предстояло найти научного руководителя новой лаборатории.

Сам Молотов в записи от 9 июля 1971 года так вспоминает о своём решении: «У нас по этой теме работы велись с 1943 года. Мне было поручено за них отвечать, найти такого человека, который бы мог осуществить создание атомной бомбы. Чекисты дали мне список надёжных физиков, на которых можно было положиться, и я выбирал. Вызвал Капицу к себе, академика. Он сказал, что мы к этому не готовы и атомная бомба — оружие не этой войны, дело будущего. Спрашивали Иоффе — он тоже как-то неясно к этому отнёсся. Короче, был у меня самый молодой и никому ещё не известный Курчатов, ему не давали ходу. Я его вызвал, поговорили, он произвёл на меня хорошее впечатление. Но он сказал, что у него ещё много неясностей. Тогда я решил ему дать материалы нашей разведки — разведчики сделали очень важное дело. Курчатов несколько дней сидел в Кремле, у меня, над этими материалами».

Следующие пару недель Курчатов досконально изучил полученные разведкой данные и составил экспертное заключение: «Материалы имеют громадное, неоценимое значение для нашего государства и науки... Совокупность сведений указывает на техническую возможность решения всей проблемы урана в значительно более короткий срок, чем это думают наши учёные, не знакомые с ходом работ по этой проблеме за границей».

В середине марта Игорь Курчатов занял пост научного руководителя Лаборатории №2. В апреле 1946 года для нужд этой лаборатории было решено создать конструкторское бюро КБ-11. Сверхсекретный объект располагался на территории бывшего Саровского монастыря в нескольких десятках километров от Арзамаса.

• Игорь Курчатов (справа) с группой сотрудников Ленинградского физико-технического института
• РИА Новости

Специалисты КБ-11 должны были создать атомную бомбу, использующую в качестве рабочего вещества плутоний. При этом в процессе создания первого в СССР ядерного оружия отечественные учёные опирались на схемы плутониевой бомбы США, прошедшей успешные испытания в 1945 году. Однако поскольку производством плутония в Советском Союзе ещё не занимались, физики на первоначальном этапе использовали уран, добытый в чехословацких рудниках, а также на территориях Восточной Германии, Казахстана и Колымы.

Первая советская атомная бомба была названа РДС-1 («Реактивный двигатель специальный»). Загрузить в неё достаточное количество урана и запустить в реакторе цепную реакцию группе специалистов под руководством Курчатова удалось 10 июня 1948 года. Следующий шаг заключался в использовании плутония.

«Это и есть атомная молния»

В плутониевый «Толстяк», сброшенный на Нагасаки 9 августа 1945 года, американские учёные заложили 10 килограммов радиоактивного металла. Такое количество вещества СССР удалось накопить к июню 1949 года. Руководитель эксперимента Курчатов сообщил куратору атомного проекта Лаврентию Берии о готовности испытать РДС-1 29 августа.

В качестве полигона для испытаний выбрали часть казахстанской степи площадью около 20 километров. В её центральной части специалисты соорудили металлическую башню высотой почти 40 метров. Именно на ней установили РДС-1, масса которого составляла 4,7 тонны.

Советский физик Игорь Головин так описывает обстановку, царившую на полигоне за несколько минут до начала испытаний: «Всё хорошо. И вдруг при общем молчании за десять минут до «часа» раздаётся голос Берии: «А ничего у вас, Игорь Васильевич, не получится!» — «Что вы, Лаврентий Павлович! Обязательно получится!» — восклицает Курчатов и продолжает наблюдать, только шея его побагровела и лицо сделалось мрачно-сосредоточенным».

Крупному учёному в сфере атомного права Абраму Иойрышу состояние Курчатова кажется схожим с религиозным переживанием: «Курчатов бросился вон из каземата, взбежал на земляной вал и с криком «Она!» широко взмахнул руками, повторяя: «Она, она!» — и просветление разлилось по его лицу. Столб взрыва клубился и уходил в стратосферу. К командному пункту приближалась ударная волна, ясно видимая на траве. Курчатов бросился навстречу ей. За ним рванулся Флёров, схватил его за руку, насильно увлёк в каземат и закрыл дверь». Автор биографии Курчатова Пётр Асташенков наделяет своего героя следующими словами: «Это и есть атомная молния. Теперь она в наших руках...»

Сразу после взрыва металлическая башня разрушилась до основания, а на её месте осталась лишь воронка. Мощная ударная волна отбросила на пару десятков метров шоссейные мосты, а находившиеся рядом машины разлетелись по просторам почти на 70 метров от места взрыва.

• Ядерный гриб наземного взрыва РДС-1 29 августа 1949 года
• Архив РФЯЦ-ВНИИЭФ

Однажды после очередного испытания Курчатова спросили: «А вас не тревожит моральная сторона этого изобретения?»

«Вы задали закономерный вопрос, — ответил он. — Но мне кажется, он неправильно адресован. Его лучше адресовать не нам, а тем, кто развязал эти силы... Страшна не физика, а авантюристическая игра, не наука, а использование её подлецами... Когда наука совершает рывок и открывает возможность для действий, затрагивающих миллионы людей, возникает необходимость переосмыслить нормы морали, чтобы поставить эти действия под контроль. Но ничего похожего не произошло. Скорее наоборот. Вы вдумайтесь — речь Черчилля в Фултоне, военные базы, бомбардировщики вдоль наших границ. Намерения предельно ясны. Науку превратили в орудие шантажа и главный решающий фактор политики. Неужто вы полагаете, что их остановит мораль? А если дело обстоит так, а оно обстоит именно так, приходится разговаривать с ними на их языке. Да, я знаю: оружие, которое создали мы, является инструментом насилия, но нас вынудили его создать во избежание более отвратительного насилия!» — описывается ответ учёного в книге Абрама Иойрыша и физика-атомщика Игоря Морохова «А-бомба».

Всего было изготовлено пять бомб РДС-1. Все они хранились в закрытом городе Арзамас-16. Сейчас увидеть макет бомбы можно в музее ядерного оружия в Сарове (бывший Арзамас-16).

Водородная бомба

Термоя́дерное ору́жие - тип оружия массового поражения , разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжёлые (например, синтеза двух ядер атомов дейтерия (тяжелого водорода) в одно ядро атома гелия), при которой выделяется колоссальное количество энергии . Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия , термоядерное оружие имеет намного большую мощность взрыва. Теоретически она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. Следует отметить, что радиоактивное заражение от термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от атомного, особенно, по отношению к мощности взрыва. Это дало основания называть термоядерное оружие «чистым». Термин этот, появившийся в англоязычной литературе, к концу 70-х годов вышел из употребления.

Общее описание

Термоядерное взрывное устройство может быть построено, как с использованием жидкого дейтерия, так и газообразного сжатого. Но появление термоядерного оружия стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития - дейтериду лития-6. Это соединение тяжёлого изотопа водорода - дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6.

Дейтерид лития-6 - твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий (обычное состояние которого в нормальных условиях - газ) при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент - литий-6 - это сырьё для получения самого дефицитного изотопа водорода - трития . Собственно, 6 Li - единственный промышленный источник получения трития:

В ранних термоядерных боеприпасах США использовался также и дейтерид природного лития, содержащего в основном изотоп лития с массовым числом 7. Он также служит источником трития, но для этого нейтроны, участвующие в реакции, должны иметь энергию 10 МэВ и выше.

Для того, чтобы создать необходимые для начала термоядерной реакции нейтроны и температуру (порядка 50 млн градусов), в водородной бомбе сначала взрывается небольшая по мощности атомная бомба . Взрыв сопровождается резким ростом температуры, электромагнитным излучением, а также возникновением мощного потока нейтронов. В результате реакции нейтронов с изотопом лития образуется тритий.

Наличие дейтерия и трития при высокой температуре взрыва атомной бомбы инициирует термоядерную реакцию (234), которая и дает основное выделение энергии при взрыве водородной (термоядерной) бомбы. Если корпус бомбы изготовлен из природного урана, то быстрые нейтроны (уносящие 70 % энергии, выделяющейся при реакции (242)) вызывают в нем новую цепную неуправляемую реакцию деления. Возникает третья фаза взрыва водородной бомбы. Подобным образом создается термоядерный взрыв практически неограниченной мощности.

Дополнительным поражающим фактором является нейтронное излучение , возникающее в момент взрыва водородной бомбы.

Устройство термоядерного боеприпаса

Термоядерные боеприпасы существуют как в виде авиационных бомб (водородная или термоядерная бомба ), так и боеголовок для баллистических и крылатых ракет.

История

СССР

Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоеный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (еще до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Сахаровым и Виталием Гинзбургом и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера-Улама . В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза - дейтерида лития в смеси с тритием («первая идея Сахарова»). Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления малоэффективно увеличивал общую мощность устройства (современные устройства типа «Теллер-Улам» могут дать коэффициент умножения до 30 раз). Кроме того, области зарядов деления и синтеза перемежались с обычным взрывчатым веществом - инициатором первичной реакции деления, что дополнительно увеличивало необходимую массу обычной взрывчатки. Первое устройство типа «Слойка» было испытано в 1953 году, получив наименование на Западе «Джо-4» (первые советские ядерные испытания получали кодовые наименования от американского прозвища Иосифа (Джозефа) Сталина «Дядя Джо»). Мощность взрыва была эквивалентна 400 килотоннам при кпд всего 15 - 20 %. Расчёты показали, что разлёт непрореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.

После проведения Соединенными Штатами испытаний «Иви Майк» в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Гинзбургом еще в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий.

В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный (деление) и вторичный (синтез) заряды в отдельных объемах, повторив таким образом схему Теллера-Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Сахаровом и Яковом Зельдовичем весной 1954. Он подразумевал использовать рентгеновское излучение от реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом («лучевая имплозия»). «Третья идея» Сахарова была проверена в ходе испытаний «РДС-37» мощностью 1.6 мегатонн в ноябре 1955 года. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов.

Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 50 мегатонн, доставленная бомбардировщиком Ту-95 . КПД устройства составил почти 97 %, и изначально оно было рассчитано на мощность в 100 мегатонн, урезанных впоследствии волевым решением руководства проекта вдвое. Это было самое мощное термоядерное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле. Настолько мощное, что его практическое применение в качестве оружия теряло всякий смысл, даже с учетом того, что оно было испытано уже в виде готовой бомбы.

США

Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году , в самом начале Манхэттенского проекта . Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой. Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь.

Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам . Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма излучение, порожденные первичным взрывом могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию(обжатие) и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма.

Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).

Почему предпочтительнее слияние ядер?

При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.

В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.

Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.

Что такое реакция слияния ядер?

Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ

D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.

Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.

Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.

Как все начиналось

Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.

Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.

Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.

Принцип термоядерной бомбы

Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:

• вариант Теллера, известный как "классический супер";
• более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
• окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.

Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.

Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.

Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама

Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".

Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже.

Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.

Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.

По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.

Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже.

В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд - сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.

Последовательность термоядерного взрыва

Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.

На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.

Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.

Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.

В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.

Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.

Операция Плющ

Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.

Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.

СССР дает симметричный ответ

Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.

Достижение предельной мощности

Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».

Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.

Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.

При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.

После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.

Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.

Солнце как термоядерный реактор

Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?

Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.