Как устроена термоядерная бомба: Как устроена водородная бомба: принцип и мощность |

Содержание

Как действует водородная бомба и каковы последствия взрыва? Инфографика | Инфографика | Вопрос-Ответ

16.01.2014 19:07

Елена Слободян

Примерное время чтения: 5 минут

273829

Категория:
События

12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская водородная бомба.

А 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. 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.

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.

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.

Наука устрашения: испытания «Царь-бомбы» в фотографиях

Разработка АН602 завершилась в 1961 году в Академии наук СССР при участии Андрея Сахарова под руководством Игоря Курчатова. Её масса составила 26,5 тонн, а в длину бомба достигала восьми метров.
© Commons.wikimedia.org / Автор неизвестен

Испытания бомбы состоялись 30 октября 1961 года. К месту взрыва бомбу доставил стратегический бомбардировщик Ту-95, самый быстрый винтовой самолёт, ставший вместе с «Царь-бомбой» одним из символов холодной войны.
© Commons.wikimedia.org / Автор неизвестен

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.
© Commons.wikimedia.org / Автор неизвестен

Световое излучение вспышки взрыва могло вызвать ожоги третьей степени на расстоянии до ста километров. Это фото сделано с расстояния в 160 км.
© Commons.wikimedia.org / Автор неизвестен

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.
© Commons.wikimedia.org / Автор неизвестен

Никита Хрущёв на заседании ООН, на котором он произнёс фразу про «Кузькину мать». Это заявление позволило повлиять на баланс сил в геополитике 60-х годов.
© Commons.wikimedia.org / Библиотека Конгресса США

Для Андрея Сахарова, принимавшего непосредственно участие в создании бомбы, этот проект стал последним в области ядерного оружия. В последствии он стал активным участником за запрет такого рода бомб. На фото: Андрей Сахаров с сыном Димой в 1963 году.
© РИА Новости

Основной целью этих испытаний являлась демонстрация владения Советским Союзом мощнейшим арсеналом оружия массового уничтожения. Во многом именно это привело к решению сокращения ядерных арсеналов.
© Commons.wikimedia.org / Croquant

Наука устрашения: испытания «Царь-бомбы» в фотографиях

Никита Хрущёв на заседании ООН, на котором он произнёс фразу про «Кузькину мать». Это заявление позволило повлиять на баланс сил в геополитике 60-х годов.
© Commons.wikimedia. org / Библиотека Конгресса США

водородная бомбаатомное оружиеистория РоссииНикита Хрущёв

Следующий материал

Самое интересное в соцсетях

Новости СМИ2

ВОДОРОДНАЯ БОМБА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

Термоядерные реакции.
Изотопы водорода.
Разработка водородной бомбы.
Механизм действия водородной бомбы.
Деление, синтез, деление (супербомба).
Последствия взрыва.
Ударная волна и тепловой эффект.
Огненный шар.
Радиоактивные осадки.
Как они образуются.
Длительное заражение местности радиоактивными осадками.

ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах.

Термоядерные реакции.

В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.

Изотопы водорода.

Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H₂O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (²H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.

Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли, где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.

Разработка водородной бомбы.

Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 ё 8 Мт в тротиловом эквиваленте.

Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.

Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.

Механизм действия водородной бомбы.

Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.

Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.

Деление, синтез, деление (супербомба).

На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 (основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах). Быстрые нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб.

Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным. Оно гораздо дешевле атомных бомб той же мощности.

Последствия взрыва.

Ударная волна и тепловой эффект.

Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.

Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.

Огненный шар.

В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное (хотя и вторичное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей среды.

Радиоактивные осадки.

Как они образуются.

При взрыве бомбы возникший огненный шар наполняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхностью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и пепел и втягивает их в огненный смерч. В вихре пламени они перемешиваются и связываются с радиоактивными частицами. Радиоактивная пыль, кроме самой крупной, оседает не сразу. Более мелкая пыль уносится возникшим в результате взрыва облаком и постепенно выпадает по мере движения его по ветру. Непосредственно в месте взрыва радиоактивные осадки могут быть чрезвычайно интенсивными – в основном это оседающая на землю крупная пыль. В сотнях километров от места взрыва и на более далеких расстояниях на землю выпадают мелкие, но все еще видимые глазом частицы пепла. Часто они образуют похожий на выпавший снег покров, смертельно опасный для всех, кто окажется поблизости. Еще более мелкие и невидимые частицы, прежде чем они осядут на землю, могут странствовать в атмосфере месяцами и даже годами, много раз огибая земной шар. К моменту выпадения их радиоактивность значительно ослабевает. Наиболее опасным остается излучение стронция-90 с периодом полураспада 28 лет. Его выпадение четко наблюдается повсюду в мире. Оседая на листве и траве, он попадает в пищевые цепи, включающие и человека. Как следствие этого, в костях жителей большинства стран обнаружены заметные, хотя и не представляющие пока опасности, количества стронция-90. Накопление стронция-90 в костях человека в долгосрочной перспективе весьма опасно, так как приводит к образованию костных злокачественных опухолей.

Длительное заражение местности радиоактивными осадками.

В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепловым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа супербомб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельно опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание сверхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать непригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных этим изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человека.

Термоядерная бомба | История, принцип, схема, доходность, эффекты и факты

термоядерная бомба

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:: Эдвард Теллер
Игорь Васильевич Курчатов

Похожие темы:: термоядерная боеголовка
Конфигурация Теллера-Улама

Просмотреть весь связанный контент →

Прочтите краткий обзор этой темы

термоядерная бомба , также называемая водородная бомба или водородная бомба , оружие, огромная взрывная сила которого является результатом неконтролируемой самоподдерживающейся цепной реакции, в которой изотопы водорода соединяются при чрезвычайно высоких температурах с образованием гелия в процесс, известный как ядерный синтез. Высокие температуры, необходимые для реакции, создаются взрывом атомной бомбы.

Термоядерная бомба принципиально отличается от атомной тем, что она использует энергию, высвобождаемую при объединении или слиянии двух легких атомных ядер с образованием более тяжелого ядра. Атомная бомба, напротив, использует энергию, высвобождаемую при расщеплении или делении тяжелого атомного ядра на два более легких ядра. В обычных условиях атомные ядра несут положительные электрические заряды, которые сильно отталкивают другие ядра и не позволяют им сблизиться друг с другом. Только при температурах в миллионы градусов положительно заряженные ядра могут набрать достаточную кинетическую энергию или скорость, чтобы преодолеть взаимное электрическое отталкивание и приблизиться друг к другу достаточно близко, чтобы соединиться под действием короткодействующей ядерной силы. Очень легкие ядра атомов водорода являются идеальными кандидатами для этого процесса синтеза, потому что они несут слабые положительные заряды и, следовательно, обладают меньшим сопротивлением для преодоления.

Подробнее по этой теме

ядерное оружие: Термоядерное оружие

В июне 1948 г. Игорь Юрьевич Тамм был назначен руководителем специальной исследовательской группы в Институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) для исследования…

Ядра водорода, которые объединяются, чтобы сформировать более тяжелые ядра гелия, должны потерять небольшую часть своей массы (около 0,63 процента), чтобы «вписаться» в один более крупный атом. Они теряют эту массу, полностью превращая ее в энергию в соответствии со знаменитой формулой Альберта Эйнштейна: E = м c ² . Согласно этой формуле количество созданной энергии равно количеству преобразованной массы, умноженному на квадрат скорости света. Энергия, полученная таким образом, образует взрывную силу водородной бомбы.

Дейтерий и тритий, которые являются изотопами водорода, обеспечивают идеальные взаимодействующие ядра для процесса синтеза. Два атома дейтерия, каждый с одним протоном и одним нейтроном, или трития с одним протоном и двумя нейтронами объединяются в процессе синтеза, образуя более тяжелое ядро гелия, которое имеет два протона и один или два нейтрона. В современных термоядерных бомбах в качестве термоядерного топлива используется дейтерид лития-6; он превращается в тритий в начале процесса синтеза.

В термоядерной бомбе взрывной процесс начинается с детонации так называемой первичной ступени. Он состоит из относительно небольшого количества обычных взрывчатых веществ, детонация которых объединяет достаточно делящегося урана, чтобы вызвать цепную реакцию деления, которая, в свою очередь, вызывает еще один взрыв и температуру в несколько миллионов градусов. Сила и тепло этого взрыва отражаются обратно окружающим контейнером из урана и направляются на вторичную ступень, содержащую дейтерид лития-6. Огромное тепло инициирует синтез, и в результате взрыва вторичной ступени контейнер с ураном разрывается на части. Нейтроны, высвобождаемые в результате реакции синтеза, вызывают деление уранового контейнера, на которое часто приходится большая часть энергии, выделяемой при взрыве, и которое также приводит к выпадению осадков (осаждению радиоактивных материалов из атмосферы) в процессе. (Нейтронная бомба — это термоядерное устройство, в котором урановый контейнер отсутствует, что дает гораздо меньший взрыв, но смертоносное «усиленное излучение» нейтронов.) Вся серия взрывов в термоядерной бомбе происходит за доли секунды.

Термоядерный взрыв производит взрыв, свет, тепло и различное количество радиоактивных осадков. Ударная сила самого взрыва принимает форму ударной волны, которая исходит от точки взрыва со сверхзвуковой скоростью и может полностью разрушить любое здание в радиусе нескольких миль. Интенсивный белый свет взрыва может вызвать необратимую слепоту у людей, смотрящих на него с расстояния в десятки миль. Интенсивный свет и тепло взрыва подожгли дерево и другие горючие материалы на расстоянии многих миль, создавая огромные пожары, которые могут слиться в огненный шторм. Выпадение радиоактивных осадков загрязняет воздух, воду и почву и может продолжаться спустя годы после взрыва; его распространение практически по всему миру.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Термоядерные бомбы могут быть в сотни и даже тысячи раз мощнее атомных бомб. Мощность взрыва атомных бомб измеряется в килотоннах, каждая единица которых равна взрывной силе 1000 тонн тротила. Взрывная мощность водородных бомб, напротив, часто выражается в мегатоннах, каждая единица которых равна взрывной силе 1 000 000 тонн тротила. Были взорваны водородные бомбы мощностью более 50 мегатонн, но взрывная мощность оружия, установленного на стратегических ракетах, обычно составляет от 100 килотонн до 1,5 мегатонн. Термоядерные бомбы можно сделать достаточно маленькими (несколько футов в длину), чтобы они поместились в боеголовках межконтинентальных баллистических ракет; эти ракеты могут пролететь почти половину земного шара за 20 или 25 минут и имеют настолько точную компьютеризированную систему наведения, что могут приземлиться в пределах нескольких сотен ярдов от обозначенной цели.

Посмотреть кадры первого испытания водородной бомбы, проведенного США на Маршалловых островах

Посмотреть все видео к этой статье

Эдвард Теллер, Станислав М. Улам и другие американские ученые разработали первую водородную бомбу, которая была испытано на атолле Эниветок 1 ноября 1952 г. СССР впервые испытал водородную бомбу 12 августа 1953 г., за ним последовали Великобритания в мае 1957 г., Китай (1967 г.) и Франция (1968 г.). В 1998 году Индия испытала «термоядерное устройство», которое, как предполагалось, было водородной бомбой. В конце 19В 80-е годы в арсеналах ядерных держав мира хранилось около 40 000 термоядерных устройств. Это число снизилось в течение 1990-х годов. Массивная разрушительная угроза этого оружия была главной заботой населения мира и его государственных деятелей с 1950-х годов. См. также контроль над вооружениями.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Адамом Августином.

Как работает ядерное оружие | Союз неравнодушных ученых

В центре каждого атома находится ядро. Разрушение этого ядра или объединение двух ядер вместе может высвободить большое количество энергии. Ядерное оружие использует эту энергию для создания взрыва.

Современное ядерное оружие работает за счет сочетания химических взрывов, ядерного деления и ядерного синтеза. Взрывчатые вещества сжимают ядерный материал, вызывая деление; при делении выделяется огромное количество энергии в виде рентгеновских лучей, которые создают высокую температуру и давление, необходимые для запуска синтеза.

Деление и синтез

Правосудие по ядерному оружию

Деление и синтез

Вся материя состоит из атомов: невероятно маленьких структур, которые содержат различные комбинации трех частиц, известных как протоны, нейтроны и электроны.

В центре каждого атома находится «ядро» (во множественном числе «ядра»), в котором нейтроны и протоны связаны друг с другом в непосредственной близости. Большинство ядер относительно стабильны, то есть состав их нейтронов и протонов относительно статичен и неизменен.

Во время деления ядра некоторых тяжелых атомов расщепляются на более мелкие и легкие ядра, высвобождая при этом избыточную энергию. Иногда это может происходить спонтанно, но в некоторых ядрах также может быть индуцировано извне. Нейтрон выстреливается в ядро и поглощается, вызывая нестабильность и деление. В некоторых элементах, таких как определенные изотопы урана и плутония, в процессе деления также высвобождаются избыточные нейтроны, которые могут вызвать цепную реакцию, если они будут поглощены соседними атомами.

Слияние работает в обратном порядке: при воздействии чрезвычайно высоких температур и давлений некоторые легкие ядра могут сливаться вместе, образуя более тяжелые ядра, высвобождая при этом энергию.

В современном ядерном оружии, в котором используется как деление, так и синтез, одна боеголовка может высвободить больше взрывной энергии за долю секунды, чем все оружие, использовавшееся во время Второй мировой войны вместе взятые , включая Толстяка и Малыша, две атомные бомбы были сброшены на Японию.

Как они работают

Все ядерное оружие использует деление для создания взрыва. «Малыш» — первое ядерное оружие, когда-либо использовавшееся в военное время, — стреляло полым цилиндром из урана-235 в мишень-пробку из того же материала.

Каждой части самой по себе было недостаточно, чтобы образовать критическую массу (минимальное количество ядерного материала, необходимое для поддержания деления), но при столкновении частей была достигнута критическая масса, и произошла цепная реакция деления.

Современное ядерное оружие работает несколько иначе. Критическая масса зависит от плотности материала: по мере того, как плотность в сминается, критическая масса de складывается. Вместо того, чтобы сталкивать два докритических куска ядерного топлива, современное оружие взрывает химическую взрывчатку вокруг докритической сферы (или «ямы») из металлического урана-235 или плутония-239. Сила взрыва направлена внутрь, сжимая яму и сближая ее атомы. Как только плотность становится достаточной для достижения критической массы, нейтроны вводятся, инициируя цепную реакцию деления и производя атомный взрыв.

В термоядерном оружии (также называемом «термоядерным» или «водородным» оружием) энергия первоначального ядерного взрыва используется для «сплавления» изотопов водорода вместе. Энергия, высвобождаемая оружием, создает огненный шар, температура которого достигает нескольких десятков миллионов градусов — температуры в том же диапазоне, что и в центре Солнца (которое также работает на термоядерном синтезе).

Боеголовки глубинные

Взрывы, используемые в термоядерном оружии, часто описываются как первичный (химический и ядерный взрывы) и вторичный (последующий термоядерный взрыв). Однако реальные механизмы значительно сложнее.

Например, первичный элемент чистого деления неэффективен — плутониевая яма разорвется на части до того, как большая часть плутония-239 сможет расщепиться. Вместо этого реакцию можно «стимулировать», включив газообразный водород (состоящий из изотопов дейтерия и трития) в центр полой ямы. По мере деления окружающего плутония газообразный водород подвергается синтезу и высвобождает нейтроны, вызывая дополнительное деление.

Точно так же вторичный блок состоит не только из термоядерного топлива; внутри него находится «свеча зажигания» деления, состоящая либо из плутония-239, либо из урана-235. Поскольку первичный взрыв сжимает топливо снаружи, материал свечи зажигания становится сверхкритическим и делится, нагревая водород изнутри и способствуя дальнейшим реакциям синтеза.

Термоядерный синтез высвобождает нейтроны. Эти нейтроны поражают слой урана, окружающий термоядерное топливо, вызывая деление атомов в нем; это деление обычно составляет более половины общей взрывной мощности оружия.

Термоядерное оружие, которое не включает в себя это урановое «одеяло», называется нейтронными бомбами , так как нейтроны, высвобождаемые при синтезе, высвобождаются из оружия. Таким образом, нейтронные бомбы создают большее количество радиации, чем обычное оружие той же мощности. Во время холодной войны такое оружие рассматривалось для использования против танковых атак с целью вывести из строя экипажи танков без физического уничтожения танка.

Природный уран должен быть обогащен в подобных центрифугах, прежде чем его можно будет использовать в ядерном оружии. Фото: Комиссия по ядерному регулированию

Ядерное топливо

Хотя некоторые элементы являются расщепляющимися (то есть могут подвергаться делению), лишь некоторые из них используются в ядерном оружии. Наиболее распространены изотопы урана-235 и плутония-239 (напоминаем: изотопы — это атомы одного и того же элемента, отличающиеся только количеством нейтронов).

Уран встречается во всем мире и может быть добыт из месторождений полезных ископаемых (его также можно добывать из морской воды, но в настоящее время это намного дороже). Однако лишь небольшая часть (менее одного процента) встречающегося в природе урана представляет собой уран-235. Производство пригодного для использования урана требует процесса «обогащения», в котором различные изотопы урана разделяются и концентрируются (обычно с использованием центрифуг, которые работают как салатные центрифуги). Это чрезвычайно дорого, сложно и требует много времени и является одним из главных препятствий на пути создания ядерной бомбы.

Плутоний также можно использовать, но в природе он встречается только в следовых количествах. Однако он может производиться в качестве побочного продукта деления в ядерных реакторах, а затем отделяться в процессе, называемом «переработка». Выделение плутония проще, чем обогащение урана — оно включает в себя разделение разных элементов, а не разных изотопов одного и того же элемента, — но это высокорадиоактивный процесс, требующий сильно защищенных помещений с оборудованием для дистанционного управления.

У кого есть ядерное оружие?

Соединенные Штаты были первой страной, разработавшей ядерное оружие, взорвавшей первое ядерное устройство в 1945 году. Семь лет спустя Соединенные Штаты успешно испытали первую водородную бомбу во время операции «Плющ» (физик Ричард Гарвин помог создать это устройство, и сегодня входит в правление Союза неравнодушных ученых). По состоянию на 2018 год у Соединенных Штатов было около 6500 ядерных боеголовок, включая списанное (ожидающее демонтажа), хранящееся и развернутое оружие.

Советский Союз впервые разработал ядерный потенциал в 1949 году. Современный арсенал России включает примерно 7000 боеголовок.

Франция (~300 боеголовок), Китай (~260), Великобритания (~215), Пакистан (~130) и Индия (~120) также имеют ядерное оружие. Израиль официально не признал свой ядерный потенциал. По оценкам, его арсенал обычно составляет около 80 боеголовок, хотя некоторые оценки значительно больше.

Северная Корея Возможности практически неизвестны.