Принцип работы водородной бомбы. Я пережил взрыв водородной бомбы

Водородная бомба (Hydrogen Bomb, HB, ВБ) — оружие массового поражения, обладающее невероятной разрушительной силой (ее мощность оценивается мегатоннами в тротиловом эквиваленте). Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах (в том числе и на Солнце). Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ (проекта А.Д.Сахарова) было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.

Термоядерная реакция

Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры (порядка 15 млн градусов Кельвина). При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии.

Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т. вещества в секунду, выделяя при этом в космическое пространство непрерывный поток энергии.

Изотопы водорода

Самым простым из всех существующих атомов является атом водорода. В его состав входит всего один протон, образующий ядро, и единственный электрон, вращающийся вокруг него. В результате научных исследований воды (H2O), было установлено, что в ней в малых количествах присутствует так называемая «тяжёлая» вода. Она содержит «тяжёлые» изотопы водорода (2H или дейтерий), ядра которых, помимо одного протона, содержат так же один нейтрон (частицу, близкую по массе к протону, но лишённую заряда).

Науке известен также тритий — третий изотоп водорода, ядро которого содержит 1 протон и сразу 2 нейтрона. Для трития характерна нестабильность и постоянный самопроизвольный распад с выделением энергии (радиации), в результате чего образуется изотоп гелия. Следы трития находят в верхних слоях атмосферы Земли: именно там, под действием космических лучей молекулы газов, образующие воздух, претерпевают подобные изменения. Получение трития возможно также и в ядерном реакторе путём облучения изотопа литий-6 мощным потоком нейтронов.

Разработка и первые испытания водородной бомбы

В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок (атолл в Тихом океане) было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза.

Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.

В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали «слойкой» Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского «трёхэтажного дома», советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.

Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно «Счастливый дракон» и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.

Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.

Видео: испытания в СССР

Царь-бомба — термоядерная бомба СССР

Жирную точку в цепи набора тоннажа водородных бомб поставил СССР, когда 30 октября 1961 года на Новой Земле было проведено испытание 50-мегатонной (крупнейшей в истории) «Царь-бомбы » — результата многолетнего труда исследовательской группы А.Д. Сахарова. Взрыв прогремел на высоте 4 километра, а ударную волную трижды зафиксировали приборы по всему земному шару. Несмотря на то, что испытание не выявило никаких сбоев, бомба на вооружение так и не поступила. Зато сам факт обладания Советами таким вооружением произвёл неизгладимое впечатление на весь мир, а в США прекратили набирать тоннаж ядерного арсенала. В России, в свою очередь, решили отказаться от ввода на боевое дежурство боеголовок с водородными зарядами.

Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.

Сначала происходит детонация заряда-инициатора, находящегося внутри оболочки ВБ (миниатюрная атомная бомба), результатом которой становится мощный выброс нейтронов и создание высокой температуры, требуемой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка вкладыша из дейтерида лития (получают соединением дейтерия с изотопом лития-6).

Под действием нейтронов происходит расщепление лития-6 на тритий и гелий. Атомный запал в этом случае становится источником материалов, необходимых для протекания термоядерного синтеза в самой сдетонировавшей бомбе.

Смесь трития и дейтерия запускает термоядерную реакцию, вследствие чего происходит стремительное повышение температуры внутри бомбы, и в процесс вовлекается всё больше и больше водорода.
Принцип действия водородной бомбы подразумевает сверхбыстрое протекание данных процессов (устройство заряда и схема расположения основных элементов способствует этому), которые для наблюдателя выглядят мгновенными.

Супербомба: деление, синтез, деление

Последовательность процессов, описанных выше, заканчивается после начала реагирования дейтерия с тритием. Далее было решено использовать деление ядер, а не синтез более тяжёлых. После слияния ядер трития и дейтерия выделяется свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для инициации начала деления ядер урана-238. Быстрым нейтронам под силу расщепить атомы из урановой оболочки супербомбы. Расщепление тонны урана генерирует энергию порядка 18 Мт. При этом энергия расходуется не только на создание взрывной волны и выделения колоссального количества тепла. Каждый атом урана распадается на два радиоактивных «осколка». Образуется целый «букет» из различных химических элементов (до 36) и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно по этой причине и образуются многочисленные радиоактивные осадки, регистрируемые за сотни километров от эпицентра взрыва.

После падения «железного занавеса», стало известно, что в СССР планировали разработку «Царь бомбы», мощностью в 100 Мт. Из-за того, что тогда не было самолёта, способного нести столь массивный заряд, от идеи отказались в пользу 50 Мт бомбы.

Последствия взрыва водородной бомбы

Ударная волна

Взрыв водородной бомбы влечёт масштабные разрушения и последствия, а первичное (явное, прямое) воздействие имеет тройственный характер. Самое очевидное из всех прямых воздействий — ударная волна сверхвысокой интенсивности. Её разрушительная способность уменьшается при удалении от эпицентра взрыва, а так же зависит от мощности самой бомбы и высоты, на которой произошла детонация заряда.

Тепловой эффект

Эффект от теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и мощность ударной волны. Но к ним добавляется ещё один — степень прозрачности воздушных масс. Туман или даже незначительная облачность резко уменьшает радиус поражения, на котором тепловая вспышка может стать причиной серьёзных ожогов и потери зрения. Взрыв водородной бомбы (более 20 Мт) генерирует невероятное количество тепловой энергии, достаточной, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, выпарить воду практически всю воду из небольшого озера на расстоянии в 10 км, уничтожить живую силу противника, технику и постройки на том же расстоянии. В центре образуется воронка диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытая толстым слоем стекловидной массы (несколько метров пород, имеющих большое содержание песка, почти мгновенно плавятся, превращаясь в стекло).

Согласно расчётам, полученным в ходе реальных испытаний, люди получают 50% вероятность остаться в живых, если они:

• Находятся в железобетонном убежище (подземном) в 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ);
• Находятся в жилых домах на расстоянии 15 км от ЭВ;
• Окажутся на открытой территории на расстоянии более 20 км от ЭВ при плохой видимости (для «чистой» атмосферы минимальное расстояние в этом случае составит 25 км).

С удалением от ЭВ резко возрастает и вероятность остаться в живых у людей, оказавшихся на открытой местности. Так, на удалении в 32 км она составит 90-95%. Радиус в 40-45 км является предельным для первичного воздействия от взрыва.

Огненный шар

Ещё одним явным воздействием от взрыва водородной бомбы являются самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), образующиеся вследствие вовлекания в огненный шар колоссальных масс горючего материала. Но, несмотря на это, самым опасным по степени воздействия последствием взрыва окажется радиационное загрязнение окружающей среды на десятки километров вокруг.

Радиоактивные осадки

Возникший после взрыва огненный шар быстро наполняется радиоактивными частицами в огромных количествах (продукты распада тяжёлых ядер). Размер частиц настолько мал, что они, попадая в верхние слои атмосферы, способны пребывать там очень долго. Всё, до чего дотянулся огненный шар на поверхности земли, моментально превращается в пепел и пыль, а затем втягивается в огненный столб. Вихри пламени перемешивают эти частички с заряженными частицами, образуя опасную смесь радиоактивной пыли, процесс оседания гранул которой растягивается на долгое время.

Крупная пыль оседает довольно быстро, а вот мелкая разносится воздушными потоками на огромные расстояния, постепенно выпадая из новообразованного облака. В непосредственной близости от ЭВ оседают крупные и наиболее заряженные частицы, в сотнях километров от него всё ещё можно встретить различимые глазом частицы пепла. Именно они образуют смертельно опасный покров, толщиной в несколько сантиметров. Каждый кто окажется рядом с ним, рискует получить серьёзную дозу облучения.

Более мелкие и неразличимые частицы могут «парить» в атмосфере долгие годы, многократно огибая Землю. К тому моменту, когда выпадут на поверхность, они изрядно теряют радиоактивность. Наиболее опасен стронций-90, имеющий период полураспада 28 лет и генерирующий стабильное излучение на протяжении всего этого времени. Его появление определяется приборами по всему миру. «Приземляясь» на траву и листву, он становится вовлечённым в пищевые цепи. По этой причине у людей, находящихся за тысячи километров от мест испытаний при обследовании обнаруживается стронций-90, накапливаемый в костях. Даже если его содержание крайне невелико, перспектива оказаться «полигоном для хранения радиоактивных отходов» не сулит человеку ничего хорошего, приводя к развитию костных злокачественных новообразований. В регионах России (а также других стран), близких к местам пробных запусков водородных бомб, до сих пор наблюдается повышенный радиоактивный фон, что ещё раз доказывает способность этого вида вооружения оставлять значительные последствия.

Видео о водородной бомбе

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Во время обустройства площадки для ядерных испытаний на Семипалатинском атомном полигоне мне пришлось 12 августа 1953 года пережить взрыв первой на земном шаре водородной бомбы мощностью 400 килотонн, взрыв возник внезапно. Земля заколыхалась под нами, как вода. Волна земной поверхности прошла и подняла нас на высоту более метра. А находились мы на удалении около 30 километров от эпицентра взрыва. Шквал воздушной волны бросил нас на землю. Прокатил по ней несколько метров, как щепки. Раздался дикий рёв. Ослепительно сверкали молнии. Они вселяли животный ужас.

Когда мы, наблюдатели этого кошмара, поднялись, над нами висел ядерный гриб. От него исходило тепло и слышался треск. Я как зачарованный смотрел в ножку гигантского гриба. Внезапно к нему подлетел самолёт и начал делать чудовищные виражи. Я подумал, что это лётчик-герой забирает пробы радиоактивного воздуха. Затем самолёт нырнул в ножку гриба и исчез... Это было удивительно и страшно.

На поле полигона действительно стояли самолёты, танки и другая техника. Но позднейшие расспросы показали, что ни один самолёт не брал пробы воздуха из ядерного гриба. Неужели это была галлюцинация? Загадка разрешилась позже. Я понял, что то был эффект печной трубы гигантских масштабов. Ни самолётов, ни танков на поле после взрыва не оказалось. Но специалисты считали, что они испарились от высокой температуры. Я считаю, что их попросту втянул в себя огненный гриб. Мои наблюдения и впечатления подтвердились и другим свидетельством.

22 ноября 1955 года был произведён ещё более мощный взрыв. Заряд водородной бомбы составлял 600 килотонн. Площадку под этот новый взрыв мы подготовили в 2,5 километра от эпицентра предыдущего ядерного взрыва. Оплавленную радиоактивную корку земли зарывали тут же в вырытые бульдозерами траншеи; готовили новую порцию техники, которая должна была сгореть в пламени водородной бомбы. Начальником строительства Семипалатинского полигона был Р. Е. Рузанов. Он оставил выразительное описание этого второго взрыва.

Жителей «Берега» (жилгородок испытателей), ныне город Курчатов, подняли в 5 часов утра. Был мороз -15°С. Всех отвели на стадион. Окна и двери в домах оставили открытыми.

В назначенный час появился гигантский самолёт в сопровождении истребителей.

Вспышка взрыва возникла неожиданно и страшно. Она была ярче Солнца. Солнце померкло. Оно исчезло. Исчезли облака. Небо стало чёрно-синим. Раздался удар страшной силы. Он дошёл до стадиона с испытателями. Стадион был в 60 километрах от эпицентра. Несмотря на это, воздушная волна повалила людей на землю и отбросила их на десятки метров к трибунам. Были повалены тысячи людей. Раздался дикий вопль этих толп. Кричали женщины и дети. Весь стадион наполнился стонами от травм и боли, которые мгновенно поразили людей. Стадион с испытателями и жителями городка утонул в пыли. Город тоже был не виден от пыли. Горизонт там, где был полигон, кипел в клубах пламени. Ножка атомного гриба тоже как бы кипела. Она двигалась. Казалось, вот-вот подойдёт к стадиону и накроет нас всех кипящее облако. Отчётливо было видно, как с земли в облако стали втягиваться и исчезать в нём танки, самолёты, части разрушенных сооружений, специально выстроенных на поле полигона Голову сверлила мысль: и нас втянет в это облако! Всеми овладели оцепенение и ужас.

Внезапно ножка ядерного гриба оторвалась от кипящего вверху облака. Облако поднялось выше, а ножка осела к земле. Только тут люди пришли в себя. Все бросились к домам. Окон и дверей, крыш, скарба в них не было. Всё было размётано вокруг. Пострадавших во время испытаний спешно собирали и отправляли в госпиталь...

Через неделю приехавшие с Семипалатинского полигона офицеры шёпотом рассказывали об этом чудовищном зрелище. О страданиях, которые перенесли люди. О летающих в воздухе танках. Сопоставив эти рассказы с моими наблюдениями, я понял, что был свидетелем явления, которое можно назвать эффектом печной трубы. Только в гигантских масштабах.

Огромные тепловые массы при водородном взрыве отрывались от поверхности земли и двигались в направлении к центру гриба. Этот эффект возник из-за чудовищных температур, которые давал ядерный взрыв. В начальной стадии взрыва температура составляла 30 тысяч градусов Цельсия В ножке ядерного гриба она была не менее 8 тысяч. Возникала огромная, чудовищная сила всасывания, втягивавшая в эпицентр взрыва любые предметы, стоявшие на полигоне. Поэтому самолёт, который я наблюдал при первом ядерном взрыве, не был галлюцинацией. Его просто втянуло в ножку гриба, и он делал там невероятные виражи...

Процесс, который я наблюдал при взрыве водородной бомбы, весьма опасен. Не только своей высокой температурой, но и понятым мной эффектом всасывания гигантских масс, будь то воздушная или водяная оболочка Земли.

Мой расчёт 1962 года показал, что если ядерный гриб пробьёт атмосферу на большую высоту, это может вызвать планетарную катастрофу. При подъеме гриба на высоту 30 километров начнётся процесс всасывания водо-воздушных масс Земли в космос. Вакуум начнёт работать как насос. Земля лишится воздушной и водной оболочек вместе с биосферой. Человечество погибнет.

Я подсчитал, что для этого апокалиптического процесса достаточно атомной бомбы всего в 2 тысячи килотонн, то есть всего в три раза больше мощности второго водородного взрыва. Это самый простой рукотворный сценарий гибели человечества.

В своё время мне запретили об этом говорить. Сегодня я считаю своим долгом сказать об угрозе человечеству прямо и открыто.

На Земле накоплены огромные запасы ядерного оружия. Работают реакторы атомных электростанций по всему миру. Они могут стать добычей террористов. Взрыв этих объектов может достигнуть мощностей больших, чем 2 тысячи килотонн. Потенциально сценарий гибели цивилизации уже уготован.

Что отсюда следует? Необходимо охранять ядерные объекты от возможного терроризма так тщательно, чтобы они оказались совершенно недоступными для него. В противном случае планетарная катастрофа неминуема.

Сергей Алексеенко

участник строительства

Семиполатинского ядерного

Я понял, что бомбы ржавеют. Даже атомные. Хотя это выражение и не стоит воспринимать буквально, общий смысл происходящего именно такой. По целому ряду естественных причин сложное оружие с течением времени утрачивает свои изначальные свойства настолько, что возникают весьма серьезные сомнения в его срабатывании, если дело до того дойдет. Наглядный тому пример - нынешняя история с американской термоядерной бомбой В61, ситуация с которой сложилась вообще запутанная и, отчасти, где-то даже комичная. Изготовители ядерных боеголовок по обе стороны океана дают одинаковый гарантийный срок на свои изделия - 30 лет.

Поскольку вряд речь идет о корпоративном сговоре монополистов, очевидно, что проблема - в законах физики. Вот как это описывает автор.

Национальное управление ядерной безопасности США (NNSA) у себя на сайте разместило сообщение о начале инженерной подготовки производства модернизированной термоядерной авиабомбы В61-12, являющейся дальнейшей модификацией “изделия” В61, поступавшего в арсенал США с 1968 по конец 1990х годов и составляющего сегодня, наравне с крылатыми ракетами “Томагавк”, основу американской тактической ядерной мощи. Как отметил глава NNSA Фрэнк Клотц, это позволит продлить сроки эксплуатации системы еще как минимум на 20 лет, т.е. примерно до 2040 - 2045 года.

Стоит ли удивляться шуму, который немедленно подняли журналисты по этому поводу? А как же недавно принятый в США билль о запрете разработки новых видов ядерного оружия? А как же условия договора об СНВ-III? Правда, нашлись и те, кто попытался увязать заявление Клотца с прозвучавшим еще в 2011 году российским заявлением о начале широкомасштабных работ по модернизации своего ядерного арсенала. Правда, там речь шла не столько о создании новых боезарядов, сколько о разработке новых носителей, например межконтинентальных баллистических ракет пятого поколения “Рубеж” и “Сармат”, железнодорожном комплексе “Баргузин”, ракете морского базирования “Булава” и строительстве восьми подводных крейсеров “Борей”. Но кого сейчас такие тонкости волнуют? Тем более, что тактическое ядерное оружие под условия СНВ-III все равно не подпадает. Да и, по большому счету, все перечисленное к первопричине истории имеет весьма опосредованное отношение. Исходный мотив заключается, как уже сказано, прежде всего, в законах физики.

История В61 началась в 1963 году с проекта ТХ-61 Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мехико. Математическое моделирование реализации господствовавшей в то время концепции применения ядерного оружия показало, что даже после массированных ядерных ударов боеголовками баллистических ракет на поле боя останется масса важных и хорошо защищенных объектов, опираясь на которые противник (мы все хорошо понимаем, кого они имели в виду) сможет продолжить ведение большой войны. ВВС США потребовался тактический инструмент для, так сказать, “точечного поражения”, например, заглубленных бункеров управления и связи, подземных топливных хранилищ или прочих объектов, вроде известной подземной базы подводных лодок в Крыму, при помощи наземных ядерных взрывов малой мощности. Ну, как малой, “от 0,3 килотонн”. И до 170 килотонн, но об этом ниже.

В серию изделие пошло в 1968 году и получило официальное наименование В61. За все время производства, во всех модификациях, этих бомб американцы наштамповали 3155 штук. И вот с этого момента начинается сама нынешняя история, так как сегодня из всего трехтысячного арсенала “в живых” осталось: 150 “стратегических” и около 400 “тактических” бомб, а также еще примерно 200 “тактических” изделий находятся на хранении в резерве. На этом - все. Куда делись остальные? Вполне уместно пошутить - полностью заржавели, - и это будет не так чтобы большая шутка.

Бомба В61 является термоядерной, или как их еще не совсем правильно, но часто называют - водородной. Ее разрушительное действие основано на использовании реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые (например, получения одного атома гелия из двух атомов дейтерия), при которой выделяется огромное количество энергии. Теоретически запустить такую реакцию можно и в среде жидкого дейтерия, но это сложно с точки зрения конструкции. Хотя первые испытательные взрывы на полигоне производились именно так. Но получить изделие, которое бы можно было доставить к цели самолетом, удалось только благодаря соединению тяжелого изотопа водорода (дейтерия) и изотопа лития с массовым числом 6 известного сегодня как дейтерид лития -6. Помимо “ядерных” свойств, его главное преимущество заключается в том, что он твердый и позволяет хранить в себе дейтерий при плюсовых температурах внешней среды. Собственно, именно с появлением доступного 6Li и появилась возможность реализовать на практике в виде оружия.

Американская термоядерная бомба основана на принципе Теллера-Улама. С известной долей условности ее можно представить в виде прочного корпуса, внутри которого находится инициирующий триггер и контейнер с термоядерным горючим. Триггером, или по-нашему детонатором, служит небольшой плутониевый заряд, задача которого сводится к созданию начальных условий для запуска термоядерной реакции - высокой температуры и давления. “Термоядерный контейнер” содержит в себе дейтерид лития -6 и расположенный строго по продольной оси плутониевый стержень, играющий роль запала термоядерной реакции. Сам контейнер (может изготавливаться как из урана-238, так и из свинца) покрыт соединениями бора для защиты содержимого от преждевременного разогрева потоком нейтронов от триггера. Точность взаимного расположения триггера и контейнера чрезвычайно важна, по этому, после сборки изделия, внутреннее пространство заливается специальным пластиком, проводящим излучение, но при этом обеспечивающим надежную фиксацию во время хранения и до этапа подрыва.

При срабатывании триггера 80% его энергии выделяется в виде импульса так называемого мягкого рентгеновского излучения, который поглощается пластиком и оболочкой “термоядерного” контейнера. По ходу процесса и то и другое превращается в высокотемпературную плазму, находящуюся под большим давлением, и обжимающую содержимое контейнера до объема, составляющего менее чем тысячную долю от исходного. Тем самым плутониевый стержень переходит в надкритическое состояние, становясь источником собственной ядерной реакции. Разрушение ядер плутония создает нейтронный поток, который, взаимодействуя с ядрами лития-6, высвобождает тритий. Он уже вступает во взаимодействие с дейтерием и начинается та самая реакция синтеза, выделяющая основную энергию взрыва.

A: Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
B: Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.
C: В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.
D: Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.
E: В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

Ну а пока оно все не бабахнуло, термоядерная В61 представляет собой привычного вида “бомбообразную железяку” длиной 3,58 метра и диаметром 33 см, состоящую из нескольких частей. В носовом обтекателе - управляющая электроника. За ним отсек с зарядом, внешне выглядящим как совершенно неброский металлический цилиндр. Потом еще относительно небольшой отсек с электроникой и хвостовик с жестко закрепленными стабилизаторами, содержащий тормозной стабилизирующий парашют, для замедления скорости падения, чтобы сбросивший бомбу самолет получил время уйти из зоны воздействия взрыва.

Бомба “B-61” в разборе.

В таком виде бомба и хранилась “там, где надо”. В том числе почти 200 штук развернуто в Европе: в Бельгии, Нидерландах, Германии, Италии и Турции. Или вы думаете почему США своих граждан сегодня из Турции отзывают, даже семьи дипломатов эвакуируют, а охрана на авиабазе НАТО Инджирлик заняла периметр “по-боевому” и готовится реально стрелять в своего партнера по военному блоку при малейшей попытке пересечь периметр “американского” сектора? Причина как раз в наличии там некоторого оперативного запаса американского тактического ядерного оружия. Именно этих вот В61. Сколько их в Турции точно - установить не удалось, а вот на авиабазе Рамштайн в Германии их лежит 12 штук.

Полигонные испытания В61 первых моделей в целом дали удовлетворительный результат. С дальности в 40 - 45 километров, изделие попадало в круг радиусом около 180 метров, что при максимальной мощности взрыва в 170 килотонн гарантировало успешную компенсацию промаха по расстоянию силой самого наземного взрыва. Правда, вскоре военные обратили внимание на теоретическую возможность конструкции несколько варьировать мощность подрыва, так как максимальная требовалась далеко не всегда, а целом ряде случаев от излишнего усердия вреда оказывалось значительно больше, чем пользы. Так что “чистой” В61, как ее придумали изначально, сегодня уже не сохранилось.
Весь выпущенный запас прошел целую серию последовательных модификаций, из которых сейчас самой “древней” является В61-3 и вскоре за ней последовавшая В61-4. Последняя особенно интересна тем, что одно и то же изделие, в зависимости от настроек электроники, может создать взрыв мощностью 0,3 - 1,5 - 10 - 45 килотонн. Судя по всему, 0,3 килотонны это и есть примерное значение мощности взрыва триггера, без запуска последующей термоядерной части бомбы.

В настоящее время на вооружении США находятся 3-я и 4-я модель В61, для так называемого “низкого” бомбометания, применяющегося самолетами тактической авиации: F-16, F-18, F-22, A-10, Tornado и Eurofighter. А доработанные до шага мощности 60, 80 и 170 килотонн, модификации 7 и 11 считаются “высотными” и входят в ассортимент вооружения стратегических бомбардировщиков В-2А и В-52Н.

На том бы история и закончилась, если бы не физика. Казалось бы, сделали бомбу, положили в спецхранилище, поставили охрану и потекла себе служба рутинная. Ну да, в начале 70х, в результате авиационных ЧП с патрулировавшими в воздухе Б-52, случилось несколько неприятностей, когда сколько-то ядерных бомб оказались потеряны. У берегов Испании время от времени поиски вспыхивают по сей день. ВВС США так и не признались, сколько же точно “изделий” у них в тот раз “утонуло вместе с обломками самолета”. Вот только было 3155, а осталось что-то около тысячи, это ни на какие ЧП не списать. Куда делась разница?

Я совсем не занудства ради выше подробно расписывал устройство американского тактического “ядренбатона”. Без него сложно было бы понять суть проблемы, с которой столкнулись США, и которую пытались скрывать на протяжении как минимум последних 15 лет. Вы помните, бомба состоит из “бака с термоядерным топливом” и плутониевого триггера - зажигалки. С тритием-то там никаких проблем. Дейтерид-лития-6 - вещество твердое и по своим характеристикам достаточно стабильное. Обычная взрывчатка, из которой состоит детонационная сфера первоначального инициатора триггера, со временем свои характеристики конечно меняет, но ее замена особой проблемы не создает. А вот к плутонию есть вопросы.

Оружейный плутоний - он распадается. Постоянно и неостановимо. Проблема боеспособности “старых” плутониевых зарядов в том, что с течением времени уменьшается концентрация Плутония 239. Из-за альфа-распада (ядра Плутония-239 «теряют» альфа-частицы, представляющие из себя ядра атома Гелия), вместо него образуется примесь Урана 235. Соответственно, растёт критическая масса. Для чистого Плутония 239 - это 11кг (10см сфера), для урана - 47 кг (17см сфера). Уран -235 также распадается (это как и в случае с Плутонием-239, тоже альфа-распад), загрязняя плутониевую сферу Торием-231 и Гелием.Примесь плутония 241 (а оно всегда есть, хоть и доли процентов) с периодом полураспада в 14 лет, также распадается(в этом случае идет уже бета-распад - Плутоний-241 «теряет» электрон и нейтрино), давая Америций 241, ещё более ухудшающий критические показатели(Америций-241 распадается по альфа-варианту до Нептуния-237 и все того же Гелия).

Когда я говорил про ржавчину, я не сильно то и шутил. Плутониевые заряды “стареют”. И их, как бы, невозможно “обновить”. Да, теоретически, можно поменять конструкцию инициатора, расплавить 3 старых шарика, сплавить из них 2 новых… Увеличив массу с учётом деградации плутония. Однако “грязный” плутоний - ненадёжен. Даже увеличенный “шарик” может не выйти на сверхкритическое состояние при обжатии во время взрыва… А если вдруг по какой-то статистической прихоти в полученном шарике образуется повышенное содержание Плутония-240 (образуется из 239 захватом нейтрона) - то наоборот, может бабахнуть прямо на заводе. Критичной величиной является 7% Плутония-240, превышение которой может привести к изящно сформулированной «проблеме» - «преждевременной детонации».
Таким образом, мы приходим к выводу о том, что для обновления парка B61 Штатам нужны новые, свежие плутониевые инициаторы. Но официально - реакторы -размножители в Америке были закрыты еще в 1988 году. Существуют, конечно, еще накопленные запасы. В РФ к 2007 было накоплено 170 тонн оружейного плутония, в США - 103 тонны. Хотя эти запасы тоже “стареют”. Плюс к тому, вспоминается статья НАСА о том, что у США осталось Плутония-238 всего на пару РИТЭГов. Департамент энергетики обещает НАСА 1.5 кг Плутония-238 в год. “Новые горизонты” имеет 220Ваттный РИТЭГ, содержащий в себе 11 килограммов. “Любопытство” - несёт РИТЭГ с 4.8 кг. Причём, есть предположения, что этот плутоний уже был куплен в России…

Это и приоткрывает завесу тайны над вопросом “массового усыхания” американского тактического ядерного оружия. Подозреваю, что все В61, произведенные до начала 80х годов ХХ века они разобрали сами, так сказать, во избежание “внезапных случайностей”. А также в виду неизвестности: - а сработает ли изделие, как надо, если, не приведи Господи, дело таки дойдет до его практического применения? Но теперь начал “подходить срок” оставшейся части арсенала и судя по всему старые приемы с ним уже не проходят. Бомбы надо разбирать, но сделать новые в Америке уже не из чего. От слова - вообще. Технологии обогащения урана утрачены, наработка оружейного плутония остановлена теперь уже по обоюдной договоренности России и США, специальные реакторы остановлены. Специалистов практически не осталось. Да и денег начинать эти ядерные танцы с начала в нужном количестве, как выяснилось, у США уже тоже нет. А отказаться от тактического ядерного оружия нельзя по целому ряду политических причин. Да и вообще, в США все, от политиков до военных стратегов слишком сильно привыкли к наличию у себя тактической ядерной дубинки. Без нее им как-то неуютно, холодно, страшно и очень одиноко.

Впрочем, судя по информации открытых источников, пока ядерная начинка в В61 еще не совсем до конца «протухла». Лет 15 - 20 изделие еще срабатывать будет. Другой вопрос, что про установку на максимальную мощность можно забыть. Значит что? Значит надо придумать, как ту же бомбу можно класть точнее! Расчеты на матмоделях показали, что при сокращении радиуса круга, в который изделие будет гарантированно попадать, до 30 метров, и обеспечения не наземного, а подземного подрыва боевой части на глубине хотя бы от 3 до 12 метров, разрушительная сила удара, за счет процессов, протекающих в плотное среде грунтов, получается той же, а мощность взрыва можно уменьшить до 15 раз. Грубо говоря, тот же результат достигается 17ю килотоннами, вместо 170. Как это сделать? Да элементарно, Ватсон!
ВВС уже скоро как 20 лет применяют технологию Joint Direct Attack Munition (JDAM). Берется обычная “тупая” (от английского dumb) бомба.

На нее навешивается комплект наведения, включающий использование GPS, заменяется хвостовая часть с пассивной на активно подруливающую по командам бортового компьютера, и вот вам новая, уже”умная”(smart) бомба, способная поражать цель точно. Кроме того, замена материалов некоторых элементов корпуса и головного обтекателя позволяет оптимизировать траекторию встречи изделия с преградой так, чтобы за счет собственной кинетической энергии оно могло до взрыва проникать в грунт на нужную глубину Технология была разработана корпорацией Boeing в 1997 году по объединенному заказу ВВС И ВМС США. Во время “Второй Иракской” известен случай поражения 500 килограммовой JDAM иракского бункера, находившегося на глубине 18 метров под землей. Причем подрыв боевой части самой бомбы произошел на минус третьем уровне бункера, находившемся еще 12-ю метрами ниже. Сказано - сделано! У США появилась программа модернизации всех 400 “тактических” и 200 “запасных” В61 в новейшую модернизацию В61-12. Впрочем, ходят слухи, что “высотные” варианты под эту программу попадут тоже.

На фото из программы испытаний хорошо видно, что инженеры пошли именно таким путем. На хвостовик, торчащий за стабилизаторами внимания обращать не стоит. Это элемент крепления к испытательному стенду в аэродинамической трубе.

Важно отметить, что в центральной части изделия появилась вставка, в которой расположены маломощные ракетные двигатели, выхлоп сопел которых обеспечивает бомбе собственное вращение по продольной оси. В сочетании с головкой самонаведения и активными рулями, В61-12 теперь может планировать на дальность до 120 - 130 километров, позволяя самолету-носителю производить ее сброс без захода в зону ПВО цели.
20 октября 2015 года ВВС США провели бросковые испытания образца новой тактической термоядерной бомбы на полигоне в штате Невада, использовав в качестве носителя истребитель-бомбардировщик F-15E. Боеприпас без заряда уверенно поразил круг радиусом 30 метров.

Насчет точности (КВО):

Это значит, что формально американцам удалось (есть такое у них выражение) схватить Бога за бороду. Под соусом “просто модернизации одного очень-очень старого изделия”, которое, к тому же, ни под один из свежезаключенных договоров не подпадает, США создали “ядерное шило” с повышенной дальностью и точностью. С учетом особенностей физики ударной волны подземного взрыва и модернизации боевой части под 0,3 – 1,5 – 10 – 35 (по другим источникам до 50) килотонн, в проникающем режиме В61-12 может обеспечить такие же разрушения, как при обычном наземном взрыве мощностью от 750 до 1250 килотонн.

Правда, оборотной стороной успеха стали… деньги и союзники. На сами поиски решения, включая бросковые испытания на полигоне, с 2010 года Пентагон потратил всего 2 млрд. долларов, что по американским меркам сущие пустяки. Правда, возникает ехидный вопрос, что они такого нового там придумывали, если учесть, что самый дорогой серийный комплект оборудования для переоснащения сопоставимой по размеру и весу обычной фугасной авиабомбы типа GBU там стоит всего 75 тыс. дол? Ну да ладно, чего в чужой карман заглядывать.
Другое дело, что сами эксперты из NNSA прогнозируют размер расходов на переделку всего текущего боезапаса В61 в сумме, по меньшей мере в 8,1 млрд. долл. к 2024 году. Это если ничто никуда к тому моменту не подорожает, что для американских военных программ есть ожидание абсолютно фантастическое. Хотя… если даже этот бюджет поделить на 600 изделий, предполагающихся к модернизации, то калькулятор мне подсказывает, что денег понадобится как минимум по 13,5 млн. баксов за штуку. Куда уж тут еще дороже, учитывая розничную цену обычного комплекта “умности для бомбы”?

Впрочем, существует весьма ненулевая вероятность, что вся программа В61-12 полностью так и не будет реализована. Названная сумма уже вызвала серьезное недовольство Конгресса США, серьезно занятого поиском возможностей секвестра расходов и сокращения бюджетных программ. Включая оборонные. Пентагон, само собой, бьется на смерть. Заместитель министра обороны США по проблемам глобальной стратегии Мадлен Кридон заявила на слушаниях в Конгрессе, что “воздействие секвестра угрожает подорвать усилия [по модернизации ядерных боеприпасов] и способствовать дальнейшему росту незапланированных затрат за счет удлинения периодов разработки и производства”. По ее словам, уже в нынешнем виде сокращения бюджета к настоящему моменту привели к переносу сроков начала реализации программы модернизации В61 примерно на шесть месяцев. Т.е. начало серийного производства В61-12 сдвинулся до начала 2020 года.

С другой стороны, у заседающих в разных контрольно-наблюдательных и всяких там бюджетно-финансовых комиссиях гражданских конгрессменов для секвестра существует свой резон. Самолет F-35, рассматривающийся в качестве основного носителя новых термоядерных авиабомб, все еще толком не летает. Программа его поставок в войска уже в который раз сорвана и неизвестно, будет ли она исполнена вообще. Европейские партнеры по НАТО все больше выражают озабоченность по поводу опасности повышения “тактической заточенности” модернизированных В61 и неизбежный “какой-то ответ со стороны России”. А она уже успела за прошедшие несколько лет продемонстрировать способность парировать новые угрозы категорически ассиметричными способами. Как бы не получилось так, что в результате ответных мер Москвы, ядерная безопасность в Европе, вопреки сладким речам Вашингтона, не увеличилась, а, наоборот, как бы не уменьшилась. Они все чаще цепляются за стремление к безъядерному статусу Европы. И модернизированные термоядерные бомбы их совершенно не радуют. Разве что новый премьер-министр Великобритании в своем первом выступлении при вступлении в должность что-то там про ядерное сдерживание пообещала. Остальные же, особенно Германия, Франция и Италия, так вообще не стесняются заявлять, что против реально у них существующих проблем с мигрантами и террористических угроз тактическое ядерное оружие может помочь в наименьшей степени.

Но деваться Пентагону все равно некуда. Если не модернизировать эти бомбы в ближайшие 4 – 8 лет, то “ржа сожрет” и половину текущего боезапаса…А еще через пяток лет вопрос модернизации может сняться сам собой, так сказать, в виду пропадания предмета для модернизации.
И, кстати, с начинкой боеголовок стратегического ядерного оружия у них ведь те же проблемы…

источники

16 января 1963 года, в самый разгар холодной войны, Никита Хрущёв заявил миру о том, что Советский союз обладает в своём арсенале новым оружием массового поражения - водородной бомбой.
За полтора года до этого в СССР был произведён самый мощный взрыв водородной бомбы в мире - на Новой Земле был взорван заряд мощностью свыше 50 мегатонн. Во многом именно это заявление советского лидера заставило мир осознать угрозу дальнейшей эскалации гонки ядерных вооружений: уже 5 августа 1963 г. в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.

История создания

Теоретическая возможность получения энергии путём термоядерного синтеза была известна ещё до Второй мировой войны, но именно война и последующая гонка вооружений поставили вопрос о создании технического устройства для практического создания этой реакции. Известно, что в Германии в 1944 году велись работы по инициированию термоядерного синтеза путём сжатия ядерного топлива с использованием зарядов обычного взрывчатого вещества - но они не увенчались успехом, так как не удалось получить необходимых температур и давления. США и СССР вели разработки термоядерного оружия начиная с 40-х годов, практически одновременно испытав первые термоядерные устройства в начале 50-х. В 1952 году на атолле Эниветок США осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны (что в 450 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки), а в 1953 году в СССР было испытано устройство мощностью 400 килотонн.
Конструкции первых термоядерных устройств были плохо приспособленными для реального боевого использования. К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн. Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива - дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании. В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн - самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба».

Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно - это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае (в 1967 году) и во Франции (в 1968 году).

Принцип действия водородной бомбы

Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия. Во время реакции часть массы ядер водорода превращается в большое количество энергии - благодаря этому звёзды и выделяют огромное количество энергии постоянно. Учёные скопировали эту реакцию с использованием изотопов водорода - дейтерия и трития, что и дало название «водородная бомба». Изначально для производства зарядов использовались жидкие изотопы водорода, а впоследствии стал использоваться дейтерид лития-6, твёрдое вещество, соединение дейтерия и изотопа лития.

Дейтерид лития-6 является основным компонентом водородной бомбы, термоядерным горючим. В нём уже хранится дейтерий, а изотоп лития служит сырьём для образования трития. Для начала реакции термоядерного синтеза требуется создать высокие температуру и давление, а также выделить из лития-6 тритий. Эти условия обеспечивают следующим образом.


Вспышка взрыва бомбы АН602 сразу после отделения ударной волны. В это мгновение диаметр шара составлял около 5,5 км, а через несколько секунд он увеличился до 10 км.

Оболочку контейнера для термоядерного горючего делают из урана-238 и пластика, рядом с контейнером размещают обычный ядерный заряд мощностью несколько килотонн - его называют триггером, или зарядом-инициатором водородной бомбы. Во время взрыва плутониевого заряда-инициатора под действием мощного рентгеновского излучения оболочка контейнера превращается в плазму, сжимаясь в тысячи раз, что создаёт необходимое высокое давление и огромную температуру. Одновременно с этим нейтроны, испускаемые плутонием, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий. Ядра дейтерия и трития взаимодействуют под действием сверхвысоких температуры и давления, что и приводит к термоядерному взрыву.


Световое излучение вспышки взрыва могло вызвать ожоги третьей степени на расстоянии до ста километров. Это фото сделано с расстояния в 160 км.
Если сделать несколько слоёв урана-238 и дейтерида лития-6, то каждый из них добавит свою мощность ко взрыву бомбы - т. е. такая «слойка» позволяет наращивать мощность взрыва практически неограниченно. Благодаря этому водородную бомбу можно сделать почти любой мощности, причём она будет гораздо дешевле обычной ядерной бомбы такой же мощности.


Сейсмическая волна, вызванная взрывом, обогнула земной шар трижды. Высота ядерного гриба достигла 67 километров в высоту, а диаметр его «шляпки» - 95 км. Звуковая волна достигла острова Диксон, располагающегося в 800 км от места испытаний.

Испытание водородной бомбы РДС-6С, 1953 год

В конце 30-х годов прошлого столетия в Европе уже были открыты закономерности деления и распада а водородная бомба из разряда фантастики перешла в реальную действительность. История освоения ядерной энергии интересна и до сих пор представляет собой захватывающее соревнование между научным потенциалом стран: нацистской Германии, СССР и США. Самая мощная бомба, владеть которой мечтало любое государство, была не только оружием, но и мощным политическим инструментом. Та страна, которая имела ее в своем арсенале, фактически становилась всемогущей и могла диктовать свои правила.

Водородная бомба имеет свою историю создания, в основу которой легли физические законы, а именно термоядерный процесс. Изначально ее неправильно назвали атомной, а виной тому была неграмотность. В ученый Бете, впоследствии ставший лауреатом Нобелевской премии, работал над искусственным источником энергии - делением урана. Это время было пиком научной деятельности многих физиков, а в их среде было такое мнение, что научные секреты не должны существовать вовсе, так как изначально законы науки интернациональны.

Теоретически водородная бомба была изобретена, теперь же с помощью конструкторов она должна была приобрести технические формы. Оставалось только упаковать ее в определенную оболочку и испытать на мощность. Есть два ученых, имена которых навсегда будут связаны с созданием этого мощного оружия: в США это - Эдвард Теллер, а в СССР - Андрей Сахаров.

В США термоядерной проблемой еще в 1942 году начал заниматься физик По распоряжению Гарри Трумэна, на то время президента США, над этой проблемой работали лучшие ученые страны, они создавали принципиально новое оружие уничтожения. Причем, заказ правительства был на бомбу мощностью не меньше миллиона тонн тротила. Водородная бомба Теллером была создана и показала человечеству в Хиросиме и Нагасаки свои безграничные, но уничтожающие способности.

На Хиросиму была сброшена бомба, которая весила 4,5 тонны с содержанием урана 100 кг. Этот взрыв соответствовал почти 12 500 тоннам тротила. Японский город Нагасаки стерла плутониевая бомба такой же массы, но эквивалентная уже 20 000 тонн тротила.

Будущий советский академик А. Сахаров в 1948 году, основываясь на своих исследованиях, представил конструкцию водородной бомбы под наименованием РДС-6. Его исследования пошли по двум ветвям: первая имела название «слойка» (РДС-6с), а ее особенностью был атомный заряд, который окружался слоями тяжелых и легких элементов. Вторая ветвь - «труба» или (РДС-6т), в ней плутониевая бомба находилась в жидком дейтерии. Впоследствии было сделано очень важное открытие, доказавшее, что направление «труба» является тупиковым.

Принцип действия водородной бомбы состоит в следующем: сначала взрывается внутри оболочки HB заряд, который является инициатором термоядерной реакции, как результат возникает нейтронная вспышка. При этом процесс сопровождается высвобождением высокой температуры, которая нужна для дальнейшего Нейтроны начинают бомбардировку вкладыша из дейтерида лития, а он в свою очередь под непосредственным действием нейтронов расщепляется на два элемента: тритий и гелий. Используемый атомный запал образует нужные для протекания синтеза составляющие в уже приведенной в действие бомбе. Вот такой непростой принцип действия водородной бомбы. После этого предварительного действия начинается непосредственно термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием. В это время в бомбе все больше увеличивается температура, а в синтезе участвует все большее количество водорода. Если следить за временем протекания этих реакций, то скорость их действия можно охарактеризовать, как мгновенную.

Впоследствии ученые стали применять не синтез ядер, а их деление. При делении одной тонны урана создается энергия, эквивалентная 18 Мт. Такая бомба обладает колоссальной мощностью. Самая мощная бомба, созданная человечеством, принадлежала СССР. Она даже попала в книгу рекордов Гиннесса. Ее взрывная волна приравнивалась к 57 (примерно) мегатоннам вещества тротил. Взорвана она была в 1961 году в районе архипелага Новая Земля.