Введение

Интерес к истории возникновения и значению для человечества ядерного оружия определяется значением целого ряда факторов, среди которых, пожалуй, первый ряд занимают проблемы обеспечения баланса сил на мировой арене и актуальности построения системы ядерного сдерживания военной угрозы для государства. Определённое влияние, прямое или косвенное, наличие ядерного оружия всегда оказывает на социально-экономическую ситуацию и политическую расстановку сил в «странах-владельцах» таковым вооружением, Этим, в том числе, и обусловлена актуальность выбранной нами проблемы исследования. Проблема разработки и актуальности использования ядерного оружия в целях обеспечения национальной безопасности государства является достаточно актуальной в отечественной науке уже не первое десятилетие, и эта тема, до сих пор, не исчерпала себя.

Объектом данного исследования является атомное оружие в современном мире, предметом исследования - история создания атомной бомбы и её технологическое устройство. Новизна работы состоит в том, что проблема атомного оружия освещается с позиции целого ряда направлений: ядерной физики, национальной безопасности, истории, внешней политики и разведки.

Цель данной работы состоит в исследовании истории создания и роли атомной (ядерной) бомбы в обеспечении мира и порядка на нашей планете.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

охарактеризовано понятие «атомная бомба», «ядерное оружие» и др.;

рассмотрены предпосылки возникновения атомного оружия;

выявлены причины, побудившие человечество к созданию атомного оружия и его использованию.

проанализировано строение и состав атомной бомбы.

Поставленные цель и задачи обусловили структуру и логику исследования, которое состоит из введения, двух разделов, заключения и списка использованных источников.

АТОМНАЯ БОМБА: СОСТАВ, БОЕВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ

Прежде чем начать изучение строения атомной бомбы, необходимо разобраться в терминологии по данной проблеме. Итак, в научных кругах, существуют специальные термины, отображающие характеристики атомного оружия. Среди них, особо отметим следующие:

Атомная бомба - первоначальное название авиационной ядерной бомбы, действие которой основано на взрывной цепной ядерной реакции деления. С появлением так называемой водородной бомбы, основанной на термоядерной реакции синтеза, утвердился общий для них термин - ядерная бомба.

Ядерная бомба - авиационная бомба с ядерным зарядом, обладает большой разрушительной силой. Первые две ядерные бомбы с тротиловым эквивалентом около 20 кт каждая были сброшены американской авиацией на японские города Хиросима и Нагасаки, соответственно 6 и 9 августа 1945, и вызвали огромные жертвы и разрушения. Современные ядерные бомбы имеют тротиловый эквивалент от десятков до миллионов тонн.

Ядерное или атомное оружие - оружие взрывного действия, основанного на использовании ядерной энергии, освобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Относится к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическим и химическим.

Ядерное оружие - совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Относится к оружию массового поражения; обладает громадной разрушительной силой. По выше указанной причине, США и СССР вкладывали огромные средства в разработку ядерного оружия. По мощности зарядов и дальности действия ядерное оружие делится на тактическое, оперативно-тактическое и стратегическое. Применение ядерного оружия в войне гибельно для всего человечества.

Ядерный взрыв - это процесс мгновенного выделения большого количества внутриядерной энергии в ограниченном объеме.

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и, в отдельных случаях, уран-233).

Уран-235 используют в ядерном оружии потому, что в отличие от наиболее распространённого изотопа урана-238, в нём возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Плутоний-239 также называют "оружейным плутонием", т.к. он предназначен для создания ядерного оружия и содержание изотопа 239Pu должно быть, не менее 93,5 %.

Для отражения строения и состава атомной бомбы, в качестве прототипа проанализируем плутониевую бомбу "Толстяк" (рис. 1) сброшенную 9 августа 1945 года на японский город Нагасаки.

атомный ядерный бомба взрыв

Рисунок 1 - Атомная бомба "Толстяк"

Схема этой бомбы (типичная для плутониевых однофазных боеприпасов) примерно следующая:

Нейтронный инициатор - шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 - первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическое состояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большого количества нейтронов). В настоящее время помимо данного типа инициирования, больше распространено термоядерное инициирование (ТИ). Термоядерный инициатор (ТИ). Находится в центре заряда (подобно НИ) где размещается небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревается сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывается значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции (рис. 2).

Плутоний. Используют максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.

Оболочка (обычно из урана), служащая отражателем нейтронов.

Обжимающая оболочка из алюминия. Обеспечивает бомльшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренние части заряда от непосредственного контакта со взрывчаткой и раскалёнными продуктами её разложения.

Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронность необходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара) ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородность и невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используется комбинированная схема (система линз) из «быстрой» и «медленной» взрывчаток.

Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов - две сферических крышки и пояс, соединяемые болтами.

Рисунок 2 - Принцип действия плутониевой бомбы

Центр ядерного взрыва - точка, в которой происходит вспышка или находится центр огненного шара, а эпицентром - проекцию центра взрыва на земную или водную поверхность.

Ядерное оружие является самым мощным и опасным видом оружия массового поражения, угрожающим всему человечеству невиданными разрушениями и уничтожением миллионов людей.

Если взрыв происходит на земле или довольно близко от ее поверхности, то часть энергии взрыва передается поверхности Земли в виде сейсмических колебаний. Возникает явление, которое по своим особенностям напоминает землетрясение. В результате такого взрыва образуются сейсмические волны, которые через толщу земли распространяется на весьма большие расстояния. Разрушительное действие волны ограничивается радиусом в несколько сот метров.

В результате чрезвычайно высокой температуры взрыва возникает яркая вспышка света, интенсивность которой в сотни раз превосходит интенсивность солнечных лучей, падающих на Землю. При вспышке выделяется огромное количество тепла и света. Световое излучение вызывает самовозгорание воспламеняющихся материалов и ожоги кожи у людей в радиусе многих километров.

При ядерном взрыве возникает радиация. Она продолжается около минуты и обладает настолько высокой проникающей способностью, что для защиты от нее на близких расстояниях требуются мощные и надежные укрытия.

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва (ПФЯВ) являются:

ударная волна;

световое излучение;

проникающая радиация;

радиоактивное заражение местности;

электромагнитный импульс (ЭМИ).

При ядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.

Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных объектов при ядерном взрыве обусловливается осколками деления вещества заряда (Pu-239, U-235) и не прореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва, а также радиоактивные изотопы, образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов - наведённая активность. С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается, особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общая активность осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кТ через один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту после взрыва.

Северная Корея угрожает США испытаниями сверхмощной водородной бомбы в Тихом океане. Япония, которая может пострадать из-за испытаний, назвала планы КНДР абсолютно неприемлемыми. Президенты Дональд Трамп и Ким Чен Ын ругаются в интервью и говорят об открытом военном конфликте. Для тех, кто не разбирается в ядерном оружии, но хочет быть в теме, «Футурист» составил путеводитель.

Как работает ядерное оружие?

Как и в обычной динамитной шашке, в ядерной бомбе используется энергия. Только высвобождается она не в ходе примитивной химической реакции, а в сложных ядерных процессах. Существует два основных способа выделения ядерной энергии из атома. В ядерном делении ядро ​​атома распадается на два меньших фрагмента с нейтроном. Ядерный синтез – процесс, с помощью которого Солнце вырабатывает энергию – включает объединение двух меньших атомов с образованием более крупного. В любом процессе, делении или слиянии выделяются большие количества тепловой энергии и излучения. В зависимости от того, используется деление ядер или их синтез, бомбы делятся на ядерные (атомные) и термоядерные .

А можно поподробнее про ядерное деление?

Взрыв атомной бомбы над Хиросимой (1945 г)

Как вы помните, атом состоит из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром , состоит из протонов и нейтронов. Протоны положительно заряжены, электроны – отрицательно, а нейтроны вообще не имеют заряда. Отношение протон-электрон всегда один к одному, поэтому атом в целом имеет нейтральный заряд. Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Частицы удерживаются вместе фундаментальной силой – сильным ядерным взаимодействием .

Свойства атома могут значительно меняться в зависимости от того, сколько различных частиц в нем содержится. Если изменить количество протонов, у вас будет уже другой химический элемент. Если же изменить количество нейтронов, вы получите изотоп того же элемента, что у вас в руках. Например, углерод имеет три изотопа: 1) углерод-12 (шесть протонов + шесть нейтронов), стабильную и часто встречающуюся форму элемента, 2) углерод-13 (шесть протонов + семь нейтронов), который является стабильным, но редким и 3) углерод-14 (шесть протонов + восемь нейтронов), который является редким и неустойчивым (или радиоактивным).

Большинство атомных ядер стабильны, но некоторые из них неустойчивы (радиоактивны). Эти ядра спонтанно излучают частицы, которые ученые называют радиацией. Этот процесс называется радиоактивным распадом . Существует три типа распада:

Альфа-распад : ядро ​​выбрасывает альфа-частицу – два протона и два нейтрона, связанных вместе. Бета-распад : нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Выброшенный электрон является бета-частицей. Спонтанное деление: ядро распадается на несколько частей и выбрасывает нейтроны, а также излучает импульс электромагнитной энергии – гамма-луч. Именно последний тип распада используется в ядерной бомбе. Свободные нейтроны, выброшенные в результате деления, начинают цепную реакцию , которая высвобождает колоссальное количество энергии.

Из чего делают ядерные бомбы?

Их могут делать из урана-235 и плутония-239. Уран в природе встречается в виде смеси трех изотопов: 238 U (99,2745 % природного урана), 235 U (0,72 %) и 234 U (0,0055 %). Наиболее распространенный 238 U не поддерживает цепную реакцию: на это способен лишь 235 U. Чтобы достичь максимальной мощности взрыва, необходимо, чтобы содержание 235 U в «начинке» бомбы составляло не менее 80%. Поэтому уран приходится искусственно обогащать . Для этого смесь урановых изотопов разделяют на две части так, чтобы в одной из них оказалось больше 235 U.

Обычно при разделении изотопов остается много обедненного урана, не способного вступить в цепную реакцию – но есть способ заставить его это сделать. Дело в том, что плутоний-239 в природе не встречается. Зато его можно получить, бомбардируя нейтронами 238 U.

Как измеряется их мощность?

​Мощность ядерного и термоядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте - количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения аналогичного результата. Она измеряется в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Мощность сверхмалых ядерных боеприпасов составляет менее 1 кт, в то время как сверхмощные бомбы дают более 1 Мт.

Мощность советской «Царь-бомбы» составляла по разным данным от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте, мощность термоядерной бомбы, которую в начале сентября испытала КНДР, составила около 100 килотонн.

Кто создал ядерное оружие?

Американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс

В 1930-х годах итальянский физик Энрико Ферми продемонстрировал, что элементы, подвергшиеся бомбардировке нейтронами, могут быть преобразованы в новые элементы. Результатом этой работы стало обнаружение медленных нейтронов , а также открытие новых элементов, не представленных на периодической таблице. Вскоре после открытия Ферми немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман бомбардировали уран нейтронами, в результате чего образовался радиоактивный изотоп бария. Они пришли к выводу, что низкоскоростные нейтроны заставляют ядро ​​урана разрываться на две более мелкие части.

Эта работа взбудоражила умы всего мира. В Принстонском университете Нильс Бор работал с Джоном Уилером для разработки гипотетической модели процесса деления. Они предположили, что уран-235 подвергается делению. Примерно в то же время другие ученые обнаружили, что процесс деления привел к образованию еще большего количества нейтронов. Это побудило Бора и Уилера задать важный вопрос: могли ли свободные нейтроны, созданные в результате деления, начать цепную реакцию, которая высвободила бы огромное количество энергии? Если это так, то можно создать оружие невообразимой силы. Их предположения подтвердил французский физик Фредерик Жолио-Кюри . Его заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.

Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии. Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту о том, что нацистская Германия планирует очистить уран-235 и создать атомную бомбу. Сейчас выяснилось, что Германия была далека от проведения цепной реакции: они работали над «грязной», сильно радиоактивной бомбой. Как бы то ни было, правительство США бросило все силы на создание атомной бомбы в кратчайшие сроки. Был запущен «Манхэттенский проект», которым руководили американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс . В нем участвовали крупные ученые, эмигрировавшие из Европы. К лету 1945 года было создано атомное оружие, основанное на двух видах делящегося материала - урана-235 и плутония-239. Одну бомбу, плутониевую «Штучку», взорвали на испытаниях, а еще две, уранового «Малыша» и плутониевого «Толстяка» сбросили на японские города Хиросиму и Нагасаки.

Как работает термоядерная бомба и кто ее изобрел?

Термоядерная бомба основана на реакции ядерного синтеза . В отличие от ядерного деления, которое может проходить как самопроизвольно, так и вынужденно, ядерный синтез невозможен без подвода внешней энергии. Атомные ядра заряжены положительно - поэтому они отталкиваются друг от друга. Эта ситуация называется кулоновским барьером. Чтобы преодолеть отталкивание, необходимо разогнать эти частицы до сумасшедших скоростей. Это можно осуществить при очень высокой температуре - порядка нескольких миллионов кельвинов (отсюда и название). Термоядерные реакции бывают трех видов: самоподдерживающиеся (проходят в недрах звезд), управляемые и неуправляемые или взрывные – они используются в водородных бомбах.

Идею бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, предложил Энрико Ферми своему коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Однако тогда эта идея оказалась не востребована. Разработки Теллера усовершенствовал Станислав Улам , сделав идею термоядерной бомбы осуществимой на практике. В 1952 году на атолле Эниветок в ходе операции Ivy Mike испытали первое термоядерное взрывное устройство. Однако это был лабораторный образец, непригодный в боевых действиях. Год спустя Советский Союз взорвал первую в мире термоядерную бомбу, собранную по конструкции физиков Андрея Сахарова и Юлия Харитона . Устройство напоминало слоёный пирог, поэтому грозное оружие прозвали «Слойкой». В ходе дальнейших разработок на свет появилась самая мощная бомба на Земле, «Царь-бомба» или «Кузькина мать». В октябре 1961 года ее испытали на архипелаге Новая Земля.

Из чего делают термоядерные бомбы?

Если вы думали, что водородные и термоядерные бомбы - это разные вещи, вы ошибались. Эти слова синонимичны. Именно водород (а точнее, его изотопы - дейтерий и тритий) требуется для проведения термоядерной реакции. Однако есть сложность: чтобы взорвать водородную бомбу, необходимо сначала в ходе обычного ядерного взрыва получить высокую температуру - лишь тогда атомные ядра начнут реагировать. Поэтому в случае с термоядерной бомбой большую роль играет конструкция.

Широко известны две схемы. Первая - сахаровская «слойка». В центре располагался ядерный детонатор, который был окружен слоями дейтерида лития в смеси с тритием, которые перемежались со слоями обогащенного урана. Такая конструкция позволяла достичь мощности в пределах 1 Мт. Вторая - американская схема Теллера - Улама, где ядерная бомба и изотопы водорода располагались раздельно. Выглядело это так: снизу - емкость со смесью жидких дейтерия и трития, по центру которой располагалась «свеча зажигания» - плутониевый стержень, а сверху - обычный ядерный заряд, и все это в оболочке из тяжелого металла (например, обедненного урана). Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве, вызывают в урановой оболочке реакции деления атомов и добавляют энергию в общую энергию взрыва. Надстраивание дополнительных слоев дейтерида лития урана-238 позволяет создавать снаряды неограниченной мощности. В 1953 году советский физик Виктор Давиденко случайно повторил идею Теллера - Улама, и на ее основе Сахаров придумал многоступенчатую схему, которая позволила создавать оружие небывалых мощностей. Именно по такой схеме работала «Кузькина мать».

Какие еще бомбы бывают?

Еще бывают нейтронные, но это вообще страшно. По сути, нейтронная бомба - это маломощная термоядерная бомба, 80% энергии взрыва которой составляет радиация (нейтронное излучение). Это выглядит как обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок с изотопом бериллия - источником нейтронов. При взрыве ядерного заряда запускается термоядерная реакция. Этот вид оружия разрабатывал американский физик Сэмюэль Коэн . Считалось, что нейтронное оружие уничтожает все живое даже в укрытиях, однако дальность поражения такого оружия невелика, так как атмосфера рассеивает потоки быстрых нейтронов, и ударная волна на больших расстояниях оказывается сильнее.

А как же кобальтовая бомба?

Нет, сынок, это фантастика. Официально кобальтовых бомб нет ни у одной страны. Теоретически это термоядерная бомба с оболочкой из кобальта, которая обеспечивает сильное радиоактивное заражение местности даже при сравнительно слабом ядерном взрыве. 510 тонн кобальта способны заразить всю поверхность Земли и уничтожить все живое на планете. Физик Лео Силард , описавший эту гипотетическую конструкцию в 1950 году, назвал ее «Машиной судного дня».

Что круче: ядерная бомба или термоядерная?

Натурный макет «Царь-бомбы"

Водородная бомба является гораздо более продвинутой и технологичной, чем атомная. Ее мощность взрыва намного превосходит атомную и ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. При термоядерной реакции на каждый нуклон (так называются составляющие ядра, протоны и нейтроны) выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. К примеру, при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт), а при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ.

Как бомбы доставляют до цели?

Поначалу их сбрасывали с самолетов, однако средства противовоздушной обороны постоянно совершенствовались, и доставлять ядерное оружие таким образом оказалось неразумным. С ростом производства ракетной техники все права на доставку ядерного оружия перешли к баллистическим и крылатым ракетам различного базирования. Поэтому под бомбой теперь подразумевается не бомба, а боеголовка.

Есть мнение, что северокорейская водородная бомба слишком большая , чтобы ее можно было установить на ракете - поэтому, если КНДР решит воплотить угрозу в жизнь, ее повезут на корабле к месту взрыва.

Каковы последствия ядерной войны?

Хиросима и Нагасаки - это лишь малая часть возможного апокалипсиса. ​Например, известна гипотеза "ядерной зимы", которую выдвигали американский астрофизик Карл Саган и советский геофизик Георгий Голицын. Предполагается, что при взрыве нескольких ядерных боезарядов (не в пустыне или воде, а в населенных пунктах) возникнет множество пожаров, и в атмосферу выплеснется большое количество дыма и сажи, что приведет к глобальному похолоданию. Гипотезу критикуют, сравнивая эффект с вулканической активностью, которая оказывает незначительный эффект на климат. Кроме того, некоторые ученые отмечают, что скорее наступит глобальное потепление,чем похолодание - впрочем, обе стороны надеются, что мы этого никогда не узнаем.

Разрешено ли использовать ядерное оружие?

После гонки вооружений в XX веке страны одумались и решили ограничить использование ядерного оружия. ООН были приняты договоры о нераспространении ядерного оружия и запрещении ядерных испытаний (последний не был подписан молодыми ядерными державами Индией, Пакистаном, и КНДР). В июле 2017 года был принят новый договор о запрещении ядерного оружия.

"Каждое государство-участник обязуется никогда и ни при каких обстоятельствах не разрабатывать, не испытывать, не производить, не изготавливать, не приобретать иным образом, не иметь во владении и не накапливать ядерное оружие или другие ядерные взрывные устройства," - гласит первая статья договора.

Однако документ не вступит в силу до тех пор, пока его не ратифицируют 50 государств.

А вот этого-то мы зачастую и не знаем. И почему ядерная бомба взрывается, тоже…

Начнём издалека. У каждого атома есть ядро, а ядро состоит из протонов и нейтронов – это знают, пожалуй, все. Точно так же все видели таблицу Менделеева. Но почему химические элементы в ней размещены именно так, а не иначе? Уж наверняка не потому, что Менделееву так захотелось. Порядковый номер каждого элемента в таблице указывает на то, сколько протонов находится в ядре атома этого элемента. Иными словами, железо стоит 26-м номером в таблице, потому что в атоме железа 26 протонов. А если их не 26, это уже не железо.

Но вот нейтронов в ядрах одного и того же элемента может быть разное количество, а значит, и масса у ядер бывает разная. Атомы одного и того же элемента с разной массой называются изотопами. У урана таких изотопов несколько: самый распространённый в природе – уран-238 (в его ядре 92 протона и 146 нейтронов, вместе получается 238). Он радиоактивен, но ядерную бомбу из него не изготовишь. А вот изотоп уран-235, небольшое количество которого есть в урановых рудах, для ядерного заряда годится.

Возможно, читатель сталкивался с выражениями «обогащённый уран» и «обеднённый уран». В обогащённом уране больше урана-235, чем в природном; в обеднённом, соответственно – меньше. Из обогащённого урана можно получить плутоний – другой элемент, пригодный для ядерной бомбы (в природе он почти не встречается). Как обогащают уран и как из него получают плутоний – тема отдельного разговора.

Итак, почему ядерная бомба взрывается? Дело в том, что некоторые тяжёлые ядра имеют свойство распадаться, если в них попадёт нейтрон. А уж свободного нейтрона долго ждать не придётся – их вокруг очень много летает. Итак, попадает такой нейтрон в ядро урана-235 и тем самым разбивает его на «осколки». При этом высвобождается ещё несколько нейтронов. Догадываетесь, что произойдёт, если вокруг будут ядра того же элемента? Правильно, произойдёт цепная реакция. Вот так это происходит.

В ядерном реакторе, где уран-235 «растворён» в более стабильном уране-238, взрыва при нормальных условиях не происходит. Большинство нейтронов, которые вылетают из распадающихся ядер, улетает «в молоко», не находя ядер урана-235. В реакторе распад ядер идёт «вяло» (но этого хватает, чтобы реактор давал энергию). Вот в цельном куске урана-235, если он будет достаточной массы, нейтроны будут гарантированно разбивать ядра, цепная реакция пойдёт лавиной, и… Стоп! Ведь если изготовить кусок урана-235 или плутония нужной для взрыва массы, он сразу же и взорвётся. Это не дело.

А если взять два куска докритической массы, и столкнуть их друг с другом при помощи механизма на дистанционном управлении? Например, поместить оба в трубку и к одному прикрепить пороховой заряд, чтобы в нужный момент выстрелить одним куском, как снарядом, в другой. Вот и решение проблемы.

Можно поступить иначе: взять шарообразный кусок плутония и по всей его поверхности закрепить взрывные заряды. Когда эти заряды по команде извне сдетонируют, их взрыв сожмёт плутоний со всех сторон, сдавит его до критической плотности, и произойдёт цепная реакция. Однако тут важны точность и надёжность: все взрывные заряды должны сработать одновременно. Если часть из них сработает, а часть – нет, или часть сработает с опозданием, никакого ядерного взрыва не выйдет: плутоний не сожмётся до критической массы, а рассеется в воздухе. Вместо ядерной бомбы получится так называемая «грязная».

Так выглядит ядерная бомба имплозионного типа. Заряды, которые должны создать направленный взрыв, выполнены в форме многогранников, чтобы как можно плотнее охватить поверхность плутониевой сферы.

Устройство первого типа назвали пушечным, второго типа – имплозионным.
Бомба «Малыш», сброшенная на Хиросиму, имела заряд из урана-235 и устройство пушечного типа. Бомба «Толстяк», взорванная над Нагасаки, несла плутониевый заряд, а взрывное устройство было имплозионным. Сейчас устройства пушечного типа почти не используются; имплозионные сложнее, но в то же время позволяют регулировать массу ядерного заряда и расходовать его более рационально. Да и плутоний как ядерная взрывчатка вытеснил уран-235.

Прошло совсем немного лет, и физики предложили военным ещё более мощную бомбу – термоядерную, или, как её ещё называют, водородную. Получается, водород взрывается сильнее плутония?

Водород действительно взрывоопасен, но не настолько. Впрочем, «обычного» водорода в водородной бомбе нет, в ней используются его изотопы – дейтерий и тритий. У ядра «обычного» водорода один нейтрон, у дейтерия – два, у трития – три.

В ядерной бомбе ядра тяжёлого элемента делятся на ядра более лёгких. В термоядерной идёт обратный процесс: лёгкие ядра сливаются друг с другом в более тяжёлые. Ядра дейтерия и трития, к примеру, соединяются в ядра гелия (иначе называемые альфа-частицами), а «лишний» нейтрон отправляется в «свободный полёт». При этом выделяется значительно больше энергии, чем при распаде ядер плутония. Кстати, именно этот процесс идёт на Солнце.

Однако реакция слияния возможна только при сверхвысоких температурах (почему она и называется ТЕРМОядерной). Как заставить дейтерий и тритий вступить в реакцию? Да очень просто: нужно использовать как детонатор ядерную бомбу!

Поскольку дейтерий и тритий сами по себе стабильны, их заряд в термоядерной бомбе может быть сколь угодно огромным. А значит, термоядерную бомбу можно сделать несравненно мощнее «простой» ядерной. «Малыш», сброшенный на Хиросиму, имел тротиловый эквивалент в пределах 18 килотонн, а самая мощная водородная бомба (так называемая «Царь-бомба», она же «Кузькина мать») – уже 58,6 мегатонн, более чем в 3255 раз мощнее «Малыша»!


Облако-«гриб» от «Царь-бомбы» поднялось на высоту 67 километров, а взрывная волна трижды обогнула земной шар.

Однако такая гигантская мощность явно избыточна. «Наигравшись» с мегатонными бомбами, военные инженеры и физики пошли по другому пути – пути миниатюризации ядерного оружия. В обычном виде ядерные боеприпасы можно сбрасывать со стратегических бомбардировщиков, как авиабомбы, или запускать с баллистическими ракетами; если же их миниатюризировать, получится компактный ядерный заряд, который не разрушает всё на километры вокруг, и который можно поставить на артиллерийский снаряд или ракету «воздух-земля». Повысится мобильность, расширится спектр решаемых задач. В дополнение к стратегическому ядерному оружию мы получим тактическое.

Для тактического ядерного оружия разрабатывались самые разные средства доставки – ядерные пушки, миномёты, безоткатные орудия (например, американский «Дэви Крокетт»). В СССР даже был проект ядерной пули. Правда, от него пришлось отказаться – ядерные пули были так ненадёжны, так сложны и до́роги в изготовлении и хранении, что в них не было никакого смысла.

«Дэви Крокетт». Некоторое количество этих ядерных орудий состояло на вооружении ВС США, а западногерманский министр обороны безуспешно добивался того, чтобы ими вооружили и Бундесвер.

Говоря о малых ядерных боеприпасах, стоит упомянуть и другую разновидность ядерного оружия – нейтронную бомбу. Заряд плутония в ней невелик, но это и не нужно. Если термоядерная бомба идёт по пути наращивания силы взрыва, то нейтронная делает ставку на другой поражающий фактор – радиацию. Для усиления радиации в нейтронной бомбе есть запас изотопа бериллия, который при взрыве даёт огромное количество быстрых нейтронов.

По замыслу её создателей, нейтронная бомба должна убивать живую силу противника, но оставлять в целости технику, которую можно потом захватить при наступлении. На практике получилось несколько иначе: облучённая техника становится непригодной к использованию – любой, кто рискнёт её пилотировать, очень скоро «заработает» себе лучевую болезнь. Это не отменяет того факта, что взрыв нейтронной бомбы способен поразить врага через танковую броню; нейтронные боеприпасы разрабатывались США именно как оружие против советских танковых соединений. Впрочем, вскоре была разработана танковая броня, обеспечивающая какую-никакую защиту и от потока быстрых нейтронов.

Ещё один вид ядерного оружия был придуман в 1950 году, но никогда (насколько это известно) не производился. Это так называемая кобальтовая бомба – ядерный заряд с оболочкой из кобальта. При взрыве кобальт, облучённый потоком нейтронов, становится крайне радиоактивным изотопом и рассеивается по местности, заражая её. Всего одна такая бомба достаточной мощности могла бы покрыть кобальтом весь земной шар и погубить всё человечество. К счастью, этот проект остался проектом.

Что можно сказать в заключение? Ядерная бомба – действительно страшное оружие, и вместе с тем оно (вот ведь парадокс!) помогло сохранить относительный мир между сверхдержавами. Если у твоего противника есть ядерное оружие, ты десять раз подумаешь, прежде чем на него нападать. Ни одна страна с ядерным арсеналом ещё не подвергалась атаке извне, и после 1945 года в мире не было войн между крупными государствами. Будем надеяться, что их и не будет.

Ядерное оружие - вооружение стратегического характера, способное решать глобальные задачи. Его применение сопряжено со страшными последствиями для всего человечества. Это делает атомную бомбу не только угрозой, но и оружием сдерживания.

Появление вооружения, способного поставить точку в развитии человечества, ознаменовало начало его новой эпохи. Вероятность глобального конфликта или новой мировой войны сведена к минимуму из-за возможности тотального уничтожения всей цивилизации.

Несмотря на подобные угрозы, ядерное оружие продолжает оставаться на вооружении ведущих стран мира. В определенной степени именно оно становится определяющим фактором международной дипломатии и геополитики.

История создания ядерной бомбы

Вопрос о том, кто изобрел ядерную бомбу, в истории не имеет однозначного ответа. Предпосылкой для работы над атомным оружием принято считать открытие радиоактивности урана. В 1896 году французский химик А. Беккерель открыл цепную реакцию данного элемента, положив начало разработкам в ядерной физике.

В следующее десятилетие были открыты альфа-, бета- и гамма-лучи, а также ряд радиоактивных изотопов некоторых химических элементов. Последовавшее открытие закона радиоактивного распада атома стало началом для изучения ядерной изометрии.

В декабре 1938 года немецкие физики О. Ган и Ф. Штрассман первыми смогли провести реакцию расщепления ядра в искусственных условиях. 24 апреля 1939 руководству Германии было доложено о вероятности создания нового мощного взрывчатого вещества.

Однако немецкая ядерная программа была обречена на провал. Несмотря на успешное продвижение ученых, страна ввиду войны постоянно испытывала трудности с ресурсами, особенно с поставками тяжелой воды. На поздних этапах, исследования замедлялись постоянными эвакуациями. 23 апреля 1945 разработки немецких ученых были захвачены в Хайгерлохе и вывезены в США.

США стали первой страной, выразившей заинтересованность в новом изобретении. В 1941 году на его разработку и создание были выделены значительные средства. Первые испытания прошли 16 июля 1945 года. Меньше, чем через месяц, США впервые применили ядерное оружие, сбросив две бомбы на Хиросиму и Нагасаки .

Собственные исследования в области ядерной физики в СССР велись с 1918 года. Комиссия по атомному ядру была создана в 1938 году при Академии наук. Однако с началом войны ее деятельность в данном направлении была приостановлена.

В 1943 году сведения о научных трудах в ядерной физике были получены советскими разведчиками из Англии. Были внедрены агенты в несколько исследовательских центров США. Добываемые ими сведения позволили ускорить разработку собственного ядерного оружия.

Изобретение советской атомной бомбы было возглавлено И. Курчатовым и Ю. Харитоном, они и считаются создателями советской атомной бомбы. Информация об этом стала толчком для подготовки США к упреждающей войне. В июле 1949 года был разработан план «Троян», по которому планировалась начать военные действия 1 января 1950 г.

Позже дата была перенесена на начало 1957 с учетом того, чтобы все страны НАТО могли подготовиться и включиться в войну. По данным западной разведки, испытание ядерного оружия в СССР могло быть проведено не раньше 1954 года.

Однако о подготовке США к войне стало известно заранее, что заставило советских ученых ускорить исследования. В короткие сроки они изобретают и создают собственную ядерную бомбу. 29 августа 1949 г. в Семипалатинске на полигоне испытана первая советская атомная бомба РДС-1 (реактивный двигатель специальный).

Подобные испытания сорвали план «Троян». С этого момента США перестали обладать монополией на ядерное оружие. Вне зависимости от силы упреждающего удара, оставался риск ответных действий, что грозило катастрофой. С этого момента самое страшное оружие стало гарантом мира между великими державами.

Принцип работы

Принцип работы атомной бомбы основан на цепной реакции распада тяжелых ядер или термоядерном синтезе легких. В ходе данных процессов выделяется огромное количество энергии, которая и превращает бомбу в оружие массового поражения.

24 сентября 1951 года были проведены испытания РДС-2. Их уже можно было доставить до точек запуска так, чтобы они доставали до США. 18 октября была испытана РДС-3, доставляемая бомбардировщиком.

Дальнейшие испытания перешли к термоядерному синтезу. Первые испытания подобной бомбы в США прошли 1 ноября 1952 года. В СССР такая боеголовка была испытана уже через 8 месяцев.

ТХ ядерной бомбы

Ядерные бомбы не имеют четких характеристик ввиду разнообразия применения подобных боеприпасов. Однако существует ряд общих аспектов, обязательно учитываемых при создании данного оружия.

К таковым относят:

• осесимметричное строение бомбы - все блоки и системы размещаются попарно в контейнерах цилиндрической, сфероцилиндрической или конической формы;
• при проектировании сокращают массу ядерной бомбы за счет объединения силовых узлов, выбора оптимальной формы оболочек и отсеков, а также применения более прочных материалов;
• минимизируют количество проводов и разъемов, а для передачи воздействия применяют пневмопровод или взрыводетанирующий шнур;
• блокировка основных узлов осуществляется с помощью перегородок, разрушаемых пирозарядами;
• активные вещества закачиваются с помощью отдельного контейнера или внешнего носителя.

С учетом требований к устройству, ядерная бомба состоит из следующих комплектующих:

• корпус, обеспечивающий защиту боеприпаса от физического и теплового воздействия - разделен на отсеки, может комплектоваться силовой рамой;
• ядерный заряд с силовым креплением;
• система самоликвидации с ее интеграцией в ядерный заряд;
• источник питания, рассчитанный на длительное хранение -приводится в действие уже при запуске ракеты;
• внешние датчики - для сбора информации;
• системы взведения, управления и подрыва, последняя внедрена в заряд;
• системы диагностики, подогрева и поддержания микроклимата внутри герметичных отсеков.

В зависимости от типа ядерной бомбы, в нее интегрируют и другие системы. Среди таких может быть датчик полета, пульт блокировки, расчет полетных опций, автопилот. В некоторых боеприпасах применяются и постановщики помех, рассчитанные на снижение противодействия ядерной бомбе.

Последствия применения такой бомбы

«Идеальные» последствия применения ядерного оружия были зафиксированы уже при сбросе бомбы на Хиросиму. Заряд взорвался на высоте 200 метров, что вызвало сильную ударную волну. Во многих домах были опрокинуты печки, отапливаемые углем, что привело к пожарам даже за пределами зоны поражения.

За световой вспышкой пошел тепловой удар, длившийся считаные секунды. Однако его мощности хватило, чтобы в радиусе 4 км расплавить черепицу и кварц, а также распылить телеграфные столбы.

За тепловой волной последовала ударная. Скорость ветра достигала 800 км/ч, его порыв разрушил практически все постройки в городе. Из 76 тыс. зданий, частично уцелело около 6 тыс., остальные были разрушены полностью.

Тепловая волна, а также поднявшийся пар и пепел вызвали сильный конденсат в атмосфере. Через несколько минут пошел дождь с черными от пепла каплями. Их попадание на кожу вызывало сильные неизлечимые ожоги.

Люди, находившиеся в пределах 800 метров от эпицентра взрыва, были сожжены в пыль. Оставшиеся подверглись воздействию радиации и лучевой болезни. Ее признаками стали слабость, тошнота, рвота, лихорадка. В крови наблюдалось резкое снижение количества белых телец.

За секунды было убито около 70 тыс. человек. Еще столько же впоследствии погибло от полученных ран и ожогов.

Через 3 дня еще одна бомба была сброшена на Нагасаки с аналогичными последствиями.

Запасы ядерного оружия в мире

Основные запасы ядерного оружия сосредоточены у России и США. Помимо них, атомные бомбы есть у следующих стран:

• Великобритания - с 1952 года;
• Франция - с 1960;
• Китай - с 1964;
• Индия - с 1974;
• Пакистан - с 1998;
• КНДР - с 2008.

Ядерным оружием обладает и Израиль, хотя официального подтверждения от руководства страны так и не поступало.

В конце концов вещество все же разлетается, прекращается деление, но процесс на этом не завершается: энергия перераспределяется между ионизованными осколками разделившихся ядер и другими испущенными при делении частицами. Их энергия — порядка десятков и даже сотен МэВ, но только электрически нейтральные гамма-кванты больших энергий и нейтроны имеют шансы избежать взаимодействия с веществом и «ускользнуть». Заряженные же частицы быстро теряют энергию в актах столкновений и ионизаций. При этом испускается излучение — правда, уже не жесткое ядерное, а более мягкое, с энергией на три порядка меньшей, но все же более чем достаточной, чтобы выбить у атомов электроны — не только с внешних оболочек, но и вообще все. Мешанина из голых ядер, ободранных с них электронов и излучения с плотностью в граммы на кубический сантиметр (попытайтесь представить, как хорошо можно загореть под светом, приобретшим плотность алюминия!) — все то, что мгновение назад было зарядом, — приходит в некое подобие равновесия. В совсем молодом огненном шаре устанавливается температура порядка десятков миллионов градусов.

Огненный шар

Казалось бы, даже и мягкое, но двигающееся со скоростью света излучение должно оставить далеко позади вещество, которое его породило, но это не так: в холодном воздухе пробег квантов кэвных энергий составляет сантиметры, и двигаются они не по прямой, а меняя направление движения, переизлучаясь при каждом взаимодействии. Кванты ионизируют воздух, распространяются в нем, подобно вишневому соку, вылитому в стакан с водой. Это явление называют радиационной диффузией.

Молодой огненный шар взрыва мощностью в 100 кт через несколько десятков наносекунд после завершения вспышки делений имеет радиус 3 м и температуру почти 8 млн кельвинов. Но уже через 30 микросекунд его радиус составляет 18 м, правда, температура спускается ниже миллиона градусов. Шар пожирает пространство, а ионизованный воздух за его фронтом почти не двигается: передать ему значительный импульс при диффузии излучение не может. Но оно накачивает в этот воздух огромную энергию, нагревая его, и, когда энергия излучения иссякает, шар начинает расти за счет расширения горячей плазмы, распираемой изнутри тем, что раньше было зарядом. Расширяясь, подобно надуваемому пузырю, плазменная оболочка истончается. В отличие от пузыря, ее, конечно, ничто не надувает: с внутренней стороны почти не остается вещества, все оно летит от центра по инерции, но через 30 микросекунд после взрыва скорость этого полета — более 100 км/с, а гидродинамическое давление в веществе — более 150 000 атм! Стать чересчур уж тонкой оболочке не суждено, она лопается, образуя «волдыри».

В вакуумной нейтронной трубке между насыщенной тритием мишенью (катодом) 1 и анодным узлом 2 прикладывается импульсное напряжение в сотню киловольт. Когда напряжение максимально, необходимо, чтобы между анодом и катодом оказались ионы дейтерия, которые и требуется ускорить. Для этого служит ионный источник. На его анод 3 подается поджигающий импульс, и разряд, проходя по поверхности насыщенной дейтерием керамики 4, образует ионы дейтерия. Ускорившись, они бомбардируют мишень, насыщенную тритием, в результате чего выделяется энергия 17,6 МэВ и образуются нейтроны и ядра гелия-4. По составу частиц и даже по энергетическому выходу эта реакция идентична синтезу — процессу слияния легких ядер. В 1950-х многие так и считали, но позже выяснилось, что в трубке происходит «срыв»: либо протон, либо нейтрон (из которых состоит ион дейтерия, разогнанный электрическим полем) «увязает» в ядре мишени (трития). Если увязает протон, то нейтрон отрывается и становится свободным.

Какой из механизмов передачи энергии огненного шара окружающей среде превалирует, зависит от мощности взрыва: если она велика — основную роль играет радиационная диффузия, если мала — расширение плазменного пузыря. Понятно, что возможен и промежуточный случай, когда эффективны оба механизма.

Процесс захватывает новые слои воздуха, энергии на то, чтобы ободрать все электроны с атомов, уже не хватает. Иссякает энергия ионизованного слоя и обрывков плазменного пузыря, они уже не в силах двигать перед собой огромную массу и заметно замедляются. Но то, что до взрыва было воздухом, движется, оторвавшись от шара, вбирая в себя все новые слои воздуха холодного… Начинается образование ударной волны.

Ударная волна и атомный гриб

При отрыве ударной волны от огненного шара меняются характеристики излучающего слоя и резко возрастает мощность излучения в оптической части спектра (так называемый первый максимум). Далее конкурируют процессы высвечивания и изменения прозрачности окружающего воздуха, что приводит к реализации и второго максимума, менее мощного, но значительно более длительного — настолько, что выход световой энергии больше, чем в первом максимуме.

Вблизи взрыва все окружающее испаряется, подальше — плавится, но и еще дальше, где тепловой поток уже недостаточен для плавления твердых тел, грунт, скалы, дома текут, как жидкость, под чудовищным, разрушающим все прочностные связи напором газа, раскаленного до нестерпимого для глаз сияния.

Наконец, ударная волна уходит далеко от точки взрыва, где остается рыхлое и ослабевшее, но расширившееся во много раз облако из конденсировавшихся, обратившихся в мельчайшую и очень радиоактивную пыль паров того, что побывало плазмой заряда, и того, что в свой страшный час оказалось близко к месту, от которого следовало бы держаться как можно дальше. Облако начинает подниматься вверх. Оно остывает, меняя свой цвет, «надевает» белую шапку сконденсировавшейся влаги, за ним тянется пыль с поверхности земли, образуя «ножку» того, что принято называть «атомным грибом».

Нейтронное инициирование

Внимательные читатели могут с карандашом в руках прикинуть энерговыделение при взрыве. При времени нахождения сборки в сверхкритическом состоянии порядка микросекунд, возрасте нейтронов порядка пикосекунд и коэффициенте размножения менее 2 выделяется около гигаджоуля энергии, что эквивалентно… 250 кг тротила. А где же кило- и мегатонны?

Нейтроны — медленные и быстрые

В неделящемся веществе, «отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, тем большую, чем легче (ближе им по массе) ядра. Чем в большем числе столкновений поучаствовали нейтроны, тем более они замедляются, и, наконец, приходят в тепловое равновесие с окружающим веществом — термализуются (это занимает миллисекунды). Скорость тепловых нейтронов — 2200 м/с (энергия 0,025 эВ). Нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но с замедлением их способность вступать в ядерные реакции существенно возрастает, поэтому нейтроны, которые «не потерялись», с лихвой компенсируют убыль численности.
Так, если шар делящегося вещества окружить замедлителем, многие нейтроны покинут замедлитель или будут поглощены в нем, но будут и такие, которые вернутся в шар («отразятся») и, потеряв свою энергию, с гораздо большей вероятностью вызовут акты деления. Если шар окружить слоем бериллия толщиной 25 мм, то, можно сэкономить 20 кг U235 и все равно достичь критического состояния сборки. Но за такую экономию платят временем: каждое последующее поколение нейтронов, прежде чем вызвать деление, должно сначала замедлиться. Эта задержка уменьшает число поколений нейтронов, рождающихся в единицу времени, а значит, энерговыделение затягивается. Чем меньше делящегося вещества в сборке, тем больше требуется замедлителя для развития цепной реакции, а деление идет на все более низкоэнергетичных нейтронах. В предельном случае, когда критичность достигается только на тепловых нейтронах, например — в растворе солей урана в хорошем замедлителе — воде, масса сборок — сотни граммов, но раствор просто периодически вскипает. Выделяющиеся пузырьки пара уменьшают среднюю плотность делящегося вещества, цепная реакция прекращается, а, когда пузырьки покидают жидкость — вспышка делений повторяется (если закупорить сосуд, пар разорвет его — но это будет тепловой взрыв, лишенный всех типичных «ядерных» признаков).

Дело в том, что цепь делений в сборке начинается не с одного нейтрона: в нужную микросекунду их впрыскивают в сверхкритическую сборку миллионами. В первых ядерных зарядах для этого использовались изотопные источники, расположенные в полости внутри плутониевой сборки: полоний-210 в момент сжатия соединялся с бериллием и своими альфа-частицами вызывал нейтронную эмиссию. Но все изотопные источники слабоваты (в первом американском изделии генерировалось менее миллиона нейтронов за микросекунду), а полоний уж очень скоропортящийся — всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопам пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное — излучающие более интенсивно нейтронные трубки (см. врезку): за несколько микросекунд (столько длится формируемый трубкой импульс) рождаются сотни миллионов нейтронов. А вот если она не сработает или сработает не вовремя, произойдет так называемый хлопок, или «пшик» — маломощный тепловой взрыв.