Что такое водородная бомба: как устроена, испытание

Тестовое задание

Хрущев объявил о предстоящих испытаниях 50-мегаваттной бомбы в своем вступительном докладе на 22-м съезде Коммунистической партии Советского Союза 17 октября 1961 года. Перед официальным объявлением в непринужденной беседе он рассказал американскому политику о происшедшем. бомба, и эта информация была опубликована 8 сентября 1961 года в The New York Times . Царь-бомба была испытана 30 октября 1961 года.

Самолет Ту-95В № 5800302 с бомбой взлетел с аэродрома Оленья на Государственный испытательный полигон № 6 Минобороны СССР, расположенный на с экипажем из девяти человек:

• Летчик-испытатель — майор Андрей Егорович Дурновцев.
• Главный штурман испытаний — майор Иван Никифорович Клещ.
• Второй пилот — капитан Михаил Константинович Кондратенко.
• Штурман-оператор РЛС — лейтенант Анатолий Сергеевич Бобиков.
• Оператор РЛС — капитан Прокопенко Александр Филиппович.
• Бортинженер — капитан Григорий Михайлович Евтушенко.
• Радист — лейтенант Михаил Петрович Машкин.
• Стрелок-радист — капитан Снетков Вячеслав Михайлович.
• Стрелок-радист — ефрейтор Василий Яковлевич Болотов.

В испытаниях также приняли участие самолет- лаборатория Туполев Ту-16 А, №2. 3709, оборудованный для наблюдения за испытаниями, и его экипаж:

• Ведущий летчик-испытатель — подполковник Мартыненко Владимир Федорович.
• Второй пилот — старший лейтенант Владимир Иванович Муханов.
• Ведущий штурман — майор Семен Артемьевич Григорюк.
• Штурман-оператор РЛС — майор Василий Тимофеевич Музланов.
• Стрелок-радист — старший сержант Шумилов Михаил Емельянович.

Гриб царя Bomba было видно с расстояния 161 км (100 миль). На момент создания снимка вершина облака была высотой 65 км (213000 футов). Оба самолета были окрашены специальной светоотражающей краской, чтобы минимизировать тепловые повреждения. Несмотря на эти усилия, Дурновцев и его команда имели только 50% шанс выжить в испытании.

Бомба массой 27 т (26,6 длинных тонны; 29,8 коротких тонны) была настолько большой (8 м (26 футов) в длину и 2,1 м (6 футов 11 дюймов) в диаметре), что у Ту-95В был бомбовый отсек. сняты двери и топливные баки фюзеляжа . Бомба была прикреплена к 800-кг (1800 фунтов), 1600 квадратных метров (17 000 кв.м) с парашютом , который дал время освобождения и наблюдателей самолеты летать около 45 км (28 миль) от эпицентра , давая им 50-процентный шанс на выживание. Бомба была выпущена через два часа после взлета с высоты 10 500 м (34 449 футов) по испытательной цели в районе Сухого Носа . Царь-бомба взорвалась в 11:32 (или 11:33) московского времени 30 октября 1961 года над ядерным полигоном в бухте Митюшиха (зона С Сухого Носа) на высоте 4200 м (13780 футов) над уровнем моря (4000 м). (13,123 фута) над целью) (некоторые источники предполагают 3900 м (12,795 футов) над уровнем моря и 3700 м (12,139 футов) над целью, или 4500 м (14,764 фута)). К этому времени Ту-95В уже ускользнул на 39 км (24 мили), а Ту-16 — на 53,5 км (33,2 мили). Когда произошел взрыв, ударная волна настигла Ту-95В на расстоянии 115 км (71 миль) и Ту-16 на 205 км (127 миль). Ту-95В упал в воздухе на 1 км (0,62 мили) из-за ударной волны, но смог восстановиться и благополучно приземлиться. Согласно первоначальным данным, Царь-Бомба имела ядерную мощность 58,6 Мт (245 ПДж) (значительно превышающую то, что предполагала сама конструкция) и была завышена при значениях вплоть до 75 Мт (310 ПДж).

Огненный шар Царь-Бомбы, шириной около 8 км (5,0 миль) в максимуме, не смог коснуться земли из-за ударной волны, но почти достиг 10,5 км (6,5 миль) в небе — это высота, на которой был установлен бомбардировщик.

Хотя упрощенные расчеты огненного шара предсказывали, что он будет достаточно большим, чтобы удариться о землю, собственная ударная волна бомбы отразилась и предотвратила это. Огненный шар шириной 8 километров (5,0 миль) достиг почти такой же высоты, как и высота выпущенного самолета, и был виден на расстоянии почти 1000 км (620 миль). Облако грибов было около 67 км (42 миль) высоких (более семи раз высоты Эвереста ), что означает , что облако над стратосферой и хорошо внутри мезосфера , когда она достигла своего пика. Шляпа грибовидного облака имела ширину пика 95 км (59 миль), а его основание — 40 км (25 миль) в ширину.

Советский кинооператор сказал:

Виды АБ в дикой природе

Собственно обычный атомный (ядерный) взрыв

Бомбы бывают разные. Существующие IRL:

• Ядерные (ядрёные!). Это как раз классическая схема.
• Термоядерные. Там реакция многоступенчатая. Начинается с ядерного заряда, но добавляется этап синтеза тяжелых ядер из более легких. Говорят, мощнее. Кажется, не врут. Широко известны две схемы. Cахаровская лидочка — слойка из ядерного детонатора в центре и от 7 до 16 слоёв дейтерида лития-6, перемежающегося со слоями из делящегося вещества — урана; мощность в пределах 1 Мт. И расовый америкосовский дизайн — ядрёна бонба и стержень из плутония, обёрнутый дейтеридом лития, залитые полиэтиленом и закатанные в оболочку из тяжёлого металла, например вольфрама, свинца или обеднённого урана; мощность до нескольких мегатонн, в многоступенчатом варианте Сахарова — не ограничена.

Теоретические:

• Бомба нейтронная. Маломощная термоядерная бомба (порядка килотонны) с повышенным удельным выходом нейтронов (примерно 70 — 80% полного выхода энергии взрыва). Состоит из ядерного запала и отдельной от него капсулы с газообразными дейтерием и тритием в сжатом виде. Используется для борьбы с танками и пехотой в укрытиях, против которых обычные ядерные бомбы работают плохо. Вопреки расхожему мнению неплохо уничтожает и материальные ценности, так как радиус поражения взрывной волной больше радиуса сильного нейтронного облучения. На военном языке называется «оружие третьего поколения», в котором ядерные реакции идут в определенном направлении, с увеличенным выходом какого-то нужного поражающего фактора. Самый известный представитель и есть нейтронная бомба. Но есть и другие: рентгеновский лазер, разрекламированный в ходе работ по СОИ, и представляющий собой ядерный боеприпас, который перед разрушением успевает поработать генератором гамма-квантов для кучи пристроенных на нем лазеров, которые, тоже до разрушения, должны сбить определенное количество боеголовок «империи зла». Теоретически. В общем, устройство одноразовое. Еще к этому же виду должна относится разрабатываемая пиндосами «чистая» микро-боньба, без радиоактивного загрязнения и прочих негуманных вещей, для борьбы с пиндосскими недоброжелателями, навроде Усамы. Сюда же относятся генераторы электромагнитного импульса, навроде тех, что в фильме «Золотой глаз».
• Бомба грязная. Термоядерная бомба с оболочкой из урана-238 или материала, дающего сильный наведенную радиоактивность. Обильно высерает продукты деления обедненного урана в первом варианте, во втором варианте — средне- или долгоживущие радиоактивные изотопы. Пример: кобальтовая бомба.
• Бомба грязная (ещё один вариант). Любимое оружие немытых арабских террористов, но пока они только спят и видят его. Это радиоактивные отходы с АЭС, помещенные в бочкотару, плюс пиротехника, делающая «бабах» и, как опция, формирующая большой дымовой гриб. Эффект целиком и полностью зависит от используемых в устройстве веществ, к примеру, те же цезий-137 или кобальт-60 доставят немало радости окружающим. Ввиду отсутствия цепной ядерной реакции, несмотря на свою ядреность для очевидцев, труЪ-ядерной бомбой считаться не может.

Классификация зарядов по мощности

Современная:

• до 1 кт — сверхмалые;
• 1 — 10 кт — малые;
• 10 — 100 кт — средние;
• 100—1000 кт — крупные;
• свыше 1 Мт — сверхкрупные.

Классификация, данная в Военной энциклопедии 1973 г.:

• до 15 кт — малого калибра;
• 15 — 100 кт — среднего калибра;
• 100—500 кт — крупного калибра;
• свыше 500 кт — сверхкрупного калибра.

В середине 1950-х годов, когда чёткой классификации ещё не было, в США было принято подразделять заряды по мощности и назначению на тактические бомбы и артиллерийские снаряды от 5 до 50 кт и стратегические от 50 до 200 кт и более. В качестве стандартного эталона была принята так называемая «номинальная» атомная бомба 20 кт, сброшенная на Хиросиму. Она же обычно подразумевалась в тогдашней советской литературе как «бомба среднего калибра».

Принцип действия термоядерного оружия

Разрушительная сила термоядерного оружия основана на применении энергии, возникающей в процессе синтеза лёгких ядер гелия из изотопов водорода – дейтерия и трития. Запустить процесс термоядерного синтеза только с использованием данных веществ современные достижения научно-технического прогресса не позволяют. Поэтому в качестве первой ступени водородной бомбы используется обычная ядерная бомба, а в качестве компонентов или материала ряда последующих ступеней используются изотопы урана.

Конструкция простейшей водородной бомбы:

1. Триггер – маломощный инициирующий ядерный заряд (несколько килотонн тротила).
2. Контейнер, содержащий термоядерное топливо с полым запальным стержнем из урана или плутония. Материал оболочки контейнера – свинец или уран 238.
3. Пластиковый наполнитель, которым заливают триггер и контейнер.
4. Корпус бомбы, выполненный из стальных или алюминиевых сплавов. В него помещают наполнитель с основными элементами бомбы.

При взрыве инициирующего ядерного заряда возникает поток рентгеновского излучения, приводящий к мгновенному испарению оборочки контейнера с термоядерным топливом. При её испарении происходит мощное обжатие находящегося внутри термоядерного топлива и запального стержня. Запальный стержень переходит в сверхкритическое состояние, тем самым инициируя цепную реакцию деления, следствием которой является выделение огромного количества тепла.

В разогретом и сжатом термоядерном топливе происходит реакция синтеза ядер гелия из ядер водорода с выделением большого количества энергии электромагнитной энергии различного спектра, а также потока нейтронов. Если оболочка контейнера изготовлена из изотопов урана поток нейтронов вызовет цепную реакцию его деления, тем самым увеличив мощность взрыва.

Уникальные особенности

Недалеко от этого здания взорвалась атомная бомба. Совсем незаметно, правда?

Вообще говоря, у ядерного оружия три ключевых отличия от всего остального.

Практически неограниченная мощность. То есть предел, конечно, существует, но на практике, при переходе определенного рубежа мощности, оружие станет уже не «стирать с лица земли», а натурально колдобить уже саму несчастную планетку (Чисто теоретически, грешную землю вообще можно расколоть КЕМ, забурив на достаточную глубину, сверхмощную бомбу. Хотя пока переживать рано, по расчетам британских ученых, бомба должна быть настолько неебически огромной, что ее строительство, займет не один год, и будет стоить туеву хучу вечнозеленых президентов).

Отсутствие эмпирических данных по поражающим факторам. Так как ядерное оружие не применялось с 1955, на атолле Муруроа. Ключевое слово — не применялось. Разрабатывалось, проектировалось, создавалось, тестировалось — но не применялось в реальных, так сказать, условиях. Человечество, кстати, может этим заслуженно гордиться. А суть в том, что если предсказать радиус распространения ударной волны можно довольно точно, то точно предсказать последствия применения в условиях плотной городской застройки (с учетом пожаров и прочего пиздеца) вряд ли возможно.

Чудовищные экологические последствия. «Фирменная фишка» ядерного оружия. Начиная от пресловутого радиационного заражения и кончая всяческими ядерными зимами и смещениями земной орбиты. Вопрос очень и очень мутный, так как буквально всем выгодно выставлять эти последствия в свете, наиболее эффективно отбивающем всяческое желание ядерным оружием воспользоваться. Если вкратце — уровень естественного радиационного фона на земле варьируется, однако люди живут (и здравствуют) в том числе и в районах с превышениями нормы в разы. Радиационное заражение подразумевает очень схожие уровни загрязнения. Аналогично, большинство современных критериев учета опасности ионизирующих излучений строятся на «беспороговой теории», которая является скорее общепринятой, чем доказанной. Не стоит, конечно, полагать, что экологические последствия — это очередной заговор властей. Стоит, однако, понимать, что сведения о масштабе этих последствий напрямую влияют на вероятность использования ядерного оружия, и, соответственно, «научная истина» (какой бы она ни была) несколько меркнет перед угрозой падения уровня радиофобии ниже уровня стабильного сдерживания ядерного вооружения.

Как устроена водородная бомба?

«Царь-бомба» – это водородная, или термоядерная, авиабомба; это более сложная и мощная модификация атомной бомбы. В атомных бомбах применяется уран или плутоний, в водородных – еще и изотопы водорода дейтерий и тритий.

Вызывающая взрыв реакция также различается. В атомных бомбах происходит деление ядра урана и плутония с выделением огромной энергии. В водородной бомбе используется энергия не только от деления ядра, но и от последующего термоядерного синтеза, что значительно усиливает мощность взрыва.

Существует несколько модификаций водородных бомб. Конструкция, предложенная Андреем Сахаровым, называется «слойка». В ней слои дейтерия и урана чередуются, что стало передовым решением для советской ядерной программы.

Принцип действия

Конструктив водородной бомбы сформирован на использовании энергии, выделяемой в процессе реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Аналогичный процесс происходит внутри звезды, где воздействие сверхвысоких температур вместе с гигантским давлением заставляют ядра водорода сталкиваться. На выходе образуются утяжелённые ядра гелия. В процессе часть массы водорода преображается в энергию исключительной силы. Именно поэтому звёзды являются постоянными источниками энергии.

Физики переняли схему деления, заменив изотопы водорода таким элементами, как дейтерий и тритий. Однако изделию всё равно дали название водородная бомба на основании базовой схемы. В ранних разработках ещё использовались жидкие изотопы водорода. Но впоследствии основным компонентом стал твёрдый дейтерий лития-6.

Дейтерий лития-6 уже содержит тритий. Но чтобы его выделить, требуется создать пиковую температуру и грандиозное давление. Для этого под термоядерное горючее конструируется оболочка из урана-238 и полистирола. По соседству устанавливается небольшой ядерный заряд мощностью несколько килотонн. Он служит триггером.

При взрыве заряда оболочка урана переходит в плазменное состояние, создавая пиковую температуру и грандиозное давление. В процессе нейтроны плутония контактируют с литием-6, что позволяет выделяться тритию. Ядра дейтерия и лития коммуницируют, образуя термоядерный взрыв. Таков принцип действия водородной бомбы.

Рис. 2 Ядерное деление атомов урана

Объективные проблемы

Идти по самому простому пути — сделать бомбу в десять раз больше, а значит и в десять раз мощнее — было бессмысленно. Первая советская атомная бомба, испытанная ещё в 1949 году, весила более 4,6 тонны. Но в то время в стране не имелось самолёта, который мог бы доставить это оружие к месту назначения. И было ясно, что создать в обозримое время аппарат, способный нести 44-тонный заряд, не получится. К слову, лишь в 1954 году под руководством авиаконструктора Андрея Туполева был создан серийный бомбардировщик Ту-95, ставший основой для самолёта, способного сбросить ядерную бомбу в указанной точке.

Бомбардировщик Ту-95. (wikipedia.org)

Задача, поставленная перед физиками, включёнными в группу по разработке конструкции термоядерной бомбы, казалась поначалу почти неразрешимой. При этом помимо трудностей с теорией имелись и сугубо практические проблемы. Каждое новое испытание атомного оружия требовало колоссальных ресурсов и продолжительной подготовки. Поэтому возможности проверять любую интересную идею на практике просто не было.

Первые испытания

В СССР экспериментальный термоядерный взрыв впервые произвели 12 августа 1953 года. В 7:30 утра на полигоне Семипалатинска была подорвана водородная бомба РДС-6. Стоит сказать, что это было четвёртое тестирование атомного оружия в Советском Союзе, но первое термоядерное. Масса бомбы составляла 7 тонн. Она могла бы свободно разместиться в бомболюке бомбардировщика Ту-16. В сравнение приведём пример Запада: американская бомба Ivy Mike весила 54 тонны, и для неё был построен 3-этажный корпус, схожий на дом.

Советские учёные пошли дальше американцев. Чтобы оценить силу разрушения, на полигоне был построен городок из жилых и административных зданий. Разместили по периметру военную технику от каждого рода войск. Всего в зоне поражения разместилось 190 различных объектов недвижимого и движимого имущества. Вместе с этим учёные подготовили более 500 видов всевозможной измерительной аппаратуры на полигоне и в воздухе, на самолётах наблюдателях. Были установлены кинокамеры.

Бомбу РДС-6 установили на 40-метровой железной башне с возможностью дистанционного подрыва. Все следы прошлых испытаний, радиационный грунт и т. п. были удалены с полигона. Наблюдательные бункеры усилили, а рядом с башней, всего в 5 метрах, соорудили капитальное укрытие для аппаратуры, регистрирующей термоядерные реакции и процессы.

Взрыв. Ударная волна снесла всё, что было установлено на полигоне в радиусе 4 км. Такой заряд смог бы свободно превратить в пыль 30-тысячнй городок. Приборы зафиксировали ужасающие экологические последствия: стронций-90 почти 82%, а цезий-137 около 75%. Это зашкаливающие показатели радионуклидов.

Мощность взрыва оценили в 400 килотонн, что 20 раз превзошло американский аналог Ivy Mike. По исследованиям 2005 года, от испытаний на Семипалатинском полигоне пострадало более 1 млн человек. Но эти цифры намеренно занижены. Главные последствия — онкология.

Рис.3 Андрей Сахаров, изобретатель термоядерного оружия в СССР

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.

Значение и последствия

«За восемь лет до описываемых событий произошла первая атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки. Эти два города не были военными объектами, но Америка продемонстрировала свой военный арсенал, которого на тот момент не было ни у одной другой страны. Все понимали, что американские бомбардировщики, летавшие в годы Второй мировой войны над фашистской Германией, могли в условиях холодной войны полететь и в нашу сторону. Поэтому СССР было необходимо чем-то ответить, остановить армаду в 3 тыс. самолётов Б-29, в одном из которых находится ядерная бомба», — рассказал в интервью RT коммерческий директор журнала «Арсенал Отечества», военный эксперт Алексей Леонков.

• Бомбардировщики Б-29

Но, по словам специалиста, показав американцам в 1949 году, что у СССР тоже есть атомная бомба, Москва уже не могла остановиться на достигнутом.

По мнению руководителя Центра военно-политических исследований Института США и Канады РАН Владимира Батюка, американцы вплоть до 1950-х годов относились к достижениям советской науки с изрядным скептицизмом.

«На американский истеблишмент не произвело слишком сильного впечатления испытание советской атомной бомбы. Было принято списывать всё на «атомный шпионаж». Более того, не стало сенсацией и испытание водородной, хотя здесь Советский Союз явно опередил Америку. Подозреваю, что имело место всё то же восприятие, связанное с разговорами об атомном шпионаже: мол, русские что-то украли и доработали», — отметил Батюк в беседе с RT.

Эксперт считает, что по-настоящему шокированы достижениями советской науки и военной техники американцы были несколькими годами позже.

Испытания водородного оружия повлияли не только на обороноспособность СССР и советско-американские отношения, но и на жизнь его создателя — Андрея Сахарова. Молодому физику (на момент испытаний ему было всего 32 года. — RT) присвоили степень доктора физико-математических наук и избрали его действительным членом Академии наук, «пропустив» ступень члена-корреспондента. В 1953 году Сахаров был удостоен Сталинской премии, а в начале 1954-го — первой звезды Героя Социалистического Труда. Всего таких наград у учёного было три.

• Академик Андрей Дмитриевич Сахаров
• РИА Новости

Сахаров продолжил развивать советский водородный арсенал и вскоре предложил разместить вдоль атлантического и тихоокеанского побережий США термоядерные заряды по 100 Мт каждый, чтобы в случае глобального конфликта обезвредить Соединённые Штаты при помощи гигантских цунами. Однако на рубеже 1950—1960-х годов он начал переосмысливать свою деятельность, и в 1961 году у него начались серьёзные противоречия с Никитой Хрущёвым, так как учёный выступил против продолжения атомных испытаний. К работе над ядерным арсеналом Москвы отец водородной бомбы, по сути, больше не возвращался.

Зоны очага ядерного взрыва

Для определения характера возможных разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Зона полных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.

Зона сильных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.

Зона средних разрушений характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними разрушениями зданий и сооружений, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.

Зона слабых разрушений характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Таблица 2. Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы облучения