Содержание
Глава 3. «Объект» и водородная бомба. Против ядерных испытаний, 1948–1964 — sakharov.space
А.Д. Сахаров на его дне рождения с коллегами по КБ‑11 Ю.А. Трутневым, В.Г. Заграфовым и Ю.Н. Бабаевым. 21 мая 1961 г. Фото: Архив Сахарова
В начале 1960‑х гг. под влиянием теоретических работ Якова Зельдовича Сахаров обратил внимание на проблемы космологии, то есть науки о происхождении и эволюции Вселенной.
В 1965 году была опубликована его первая космологическая работа «Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности распределения вещества». Она посвящена разрешению вопроса о том, каким образом из первоначального однородного и сверхплотного состояния Вселенной образовалась наблюдаемая нами неоднородность распределения вещества — планеты, звезды, галактики, скопления галактик, разделенные почти пустым космическим пространством.
Все эти астрономические объекты возникли из первоначальных ничтожных квантовых флуктуаций материи после Большого взрыва в расширяющейся Вселенной под воздействием гравитационной неустойчивости.
Гравитационная неустойчивость предполагает, что минимальное случайное увеличение плотности вещества неизбежно нарастает, поскольку более тяжелое тело притягивает к себе окружающее вещество, становясь тем самым еще тяжелее и увеличивая силу тяготения. То, каким образом из начальных неоднородностей вещества возникли известные нам астрономические объекты, может быть рассчитано математически, однако происхождение самих этих начальных неоднородностей до Сахарова оставалось неясным. Он выдвинул «дополнительную физическую гипотезу», согласно которой начальные неоднородности плотности вещества имеют квантовую природу, то есть в принципе неустранимы по причине квантово‑механического соотношения неопределенностей. Также они допускают точное теоретическое описание. В настоящее время это предположение является общепринятым.
Выступление А.Д. Сахарова на Третьей Советской гравитационной конференции. Цахкадзор, октябрь 1972 г. Фото: Архив Сахарова
В 1967 году Сахаров опубликовал еще одну важнейшую статью по космологии под названием «Нарушение CP‑инвариантности, С‑асимметрия и барионная асимметрия Вселенной».
Известно, что всё тяжелое вещество Вселенной (мы сами, Земля, Солнце, звезды, межзвездная пыль) состоит из молекул, молекулы — из атомов, тяжелое ядро атомов состоит из барионов (общее название для протонов и нейтронов). Легкие электроны, обращающиеся вокруг ядер атомов, дают малый вклад в их массу, а основная масса тяжелого вещества Вселенной сосредоточена в барионах. Общее их число в видимой Вселенной составляет примерно 10⁸⁰.
Известно, что у каждой частицы, кроме фотона, есть античастица, в том числе у бариона — антибарион (антипротон и антинейтрон). Известно также, что при встрече частица и античастица аннигилируют — исчезают, превращаясь в фотоны, а при соударении очень энергичных фотонов, наоборот, может родиться барион‑антибарионная пара.
В теории частицы и античастицы равноправны, однако во Вселенной имеется так называемая «барионная асимметрия» (то есть присутствуют только барионы и нет антибарионов). При этом количество фотонов реликтового излучения (то есть фотонов, образовавшихся после Большого взрыва и подобно разреженному газу равномерно заполняющих остывающую Вселенную) в сто миллионов раз больше, чем барионов.
«Что было раньше, на ранней стадии расширения Вселенной? — рассуждал Сахаров. — <…> На тех стадиях, когда энергия фотонов превосходила энергию, требуемую для образования пары барион + антибарион, барионы и антибарионы должны были присутствовать, причем в количествах, равных количеству фотонов в том же объеме». Разрешению этой загадки барионной асимметрии Вселенной и посвящена его статья.
По предположению Сахарова, изначально количество барионов и антибарионов было равно и происходила их аннигиляция. Существование незначительного остатка барионов, составляющего тяжелое вещество наблюдаемой Вселенной, объясняется чисто динамически за счет выполнения трех «сахаровских» условий, ставших классическими: 1) Ситуация должна быть нестационарной, что, очевидно, выполняется при бурном расширении Вселенной. 2) Вероятности образования частиц и античастиц должны различаться (на научном языке это называется нарушением С‑ и CP‑симметрий). Такое нарушение впервые было обнаружено на опыте в 1964 году.
«Первая известная мне работа, в которой обсуждаются следствия сохранения СРТ‑симметрии и нарушения СР‑ и С‑симметрии, принадлежат Соломону Окубо. <…> Именно это, наряду с нарушением барионного заряда, легло в основу моей работы», — вспоминал Сахаров. 3) Фундаментальный «кирпичик мироздания» протон является нестабильным, то есть со временем должен распадаться. «Физики сделали вывод, что существует абсолютный закон сохранения барионного заряда, — писал Сахаров. — Именно на этот закон, казавшийся почти незыблемым, и посягнул я в своей работе».
Отдавая себе отчет в важности своих научных работ, Сахаров не терял иронического отношения к самому себе. На экземпляре статьи о барионной асимметрии Вселенной, подаренном коллеге, физику‑теоретику Евгению Фейнбергу, он написал шутливый эпиграф:
Из эффекта С. Окубо
При большой температуре
Для Вселенной сшита шуба
По ее кривой фигуре.
Теоретические работы Сахарова 1960‑х гг.
существенно опередили науку своего времени. Выдвинутые им гипотезы и его расчеты постепенно, год за годом подтверждаются исследованиями других ученых. Так, в конце 1990‑х – начале 2000‑х годов данные, полученные с современных радиотелескопов, позволили изучить структуру реликтового излучения и обнаружить его небольшие неоднородности (осцилляции) — не что иное, как дошедший до нас через миллиарды лет «отпечаток» тех самых неоднородностей начального сверхплотного вещества, которые в своей статье 1965 года рассчитал Сахаров.
В наши дни продолжаются попытки экспериментального обнаружения предсказанного им распада протона. Они осложняются тем, что «время жизни» протона, рассчитанное Сахаровым, очень велико (более 10⁵⁰ лет, что значительно превышает время существования Вселенной — примерно 10¹⁰ лет), однако наблюдение этого явления все‑таки возможно. Для этого в шахтах глубоко под землей (чтобы исключить фон космических лучей) помещают большое количество воды, окружают ее тысячами датчиков, способных зафиксировать высокоэнергетические продукты распада, и ждут, когда распадется хотя бы один из мириадов протонов этой воды.
В случае успеха это открытие станет одним из величайших в истории науки и познании мира.
Страница из рукописи воспоминаний А.Д. Сахарова. Глава 18 «Научная работа в 60‑х годах». Архив Сахарова
как СССР создал самую мощную бомбу в истории
Поделиться
30 октября 1961 года Советский Союз провел испытание самого мощного ядерного оружия в истории человечества. «Царь-бомба» была в 10 раз мощнее, чем все боеприпасы, использованные в ходе Второй мировой войны. Целью взрыва было продемонстрировать миру, и особенно Соединенным Штатам, что Советский Союз имеет возможность создавать бомбы такой мощности. В результате стороны договорились о частичном ограничении ядерных испытаний.
Гонка вооружений
Отношения между СССР и США в начале 60-х были напряженными. Стороны находились в состоянии холодной войны и боролись за геополитическое, идеологическое и военное превосходство.
В 1952 году США провели испытания первой водородной бомбы «Майк», а в 1954 году состоялись испытания крупнейшей американской атомной бомбы «Касл Браво». В Советском Союзе также шли работы над водородной бомбой: первый взрыв был произведен в 1955 году. Но это было лишь начало. Советский лидер Никита Хрущев хотел показать военную силу СССР и распорядился создать самую мощную бомбу в мире.
Кто стоял за взрывом «Царь-бомбы»?
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.
Как выглядела самая мощная бомба?
У «Царь-бомбы» было несколько технических наименований: проект 27000, РН202, РДС-202. Она имела размеры 8 метров в длину, диаметр 2 метра и весила примерно 25 тонн. Ни один имеющийся в СССР самолет не мог принять на борт груз такого размера.
Смотри также
Ядерная война на самом деле. 30 лет назад закрыт Семипалатинский полигон
Изначально было запланировано создать бомбу мощностью 100 мегатонн, однако ученых беспокоило, что такой взрыв привет к слишком большому ядерному загрязнению. Поэтому вместо трех слоев урана применили три слоя свинца, а мощность взрыва уменьшили вдвое.
День взрыва
30 октября 1961 года Ту-95 вылетел с авиабазы Оленья на Кольском полуострове.
Хоть это и был самый большой самолет советских ВВС, его пришлось модифицировать для такого массивного груза. И все равно бомба не поместилась внутри фюзеляжа, ее закрепили под ним. Самолет выкрасили в белый цвет, чтобы уменьшить воздействие тепловых лучей от взрыва.
Пилот майор Андрей Дурновцев поднялся на высоту 10 километров и взял курс на Новую Землю. Его сопровождал бомбардировщик Ту-16, который должен был снимать взрыв.
«Царь-бомба» была сброшена над Новой Землей. Чтобы дать самолету время отлететь на безопасное расстояние, бомба спускалась на парашюте до высоты взрыва 4000 метров. Несмотря на все меры предосторожности, шансы на выживание экипажа оценивались на уровне 50%.
Взрыв произошел в 11:32 по московскому времени. Огненный шар диаметром 8 км был виден более чем за тысячу километров. Все строения в радиусе 55 км на полигоне Сухой Нос были полностью разрушены, стекла в окнах были выбиты в радиусе в несколько сотен километров. Взрывная волна трижды обогнула земной шар.
Кроме того, Ту-95 потерял 1000 м высоты, однако пилотам удалось сохранить контроль над самолетом и безопасно приземлиться.
Мощность взрыва составила 57 000 килотонн. Бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки во время Второй мировой войны, имели мощность 15 и 21 кт соответственно. Самая большая испытанная в США атомная бомба имела мощность 15 000 кт.
Ядерный гриб взрыва поднялся на высоту 60–70 км. К счастью, огненный шар не коснулся Земли, поэтому уровень радиационного загрязнения был относительно невысок. Однако, по некоторым источникам, по всей Скандинавии был зарегистрирован повышенный радиационный фон.
Что было дальше?
После взрыва «Царь-бомбы» ядерные испытания продолжились. В 1962 году было произведено 79 ядерных взрывов. Однако одновременно набирало силу движение за мораторий на испытания ядерного оружия в атмосфере.
В 1963 году США, Великобритания и СССР подписали Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.
Впоследствии договор был открыт для подписания другими странами. После этого ядерные испытания проводились под землей.
Последние ядерные испытания СССР провел в 1990 году, США – в 1992-м. Четыре года спустя, в сентябре 1996-го, был подписан Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, и любые ядерные испытания были объявлены вне закона. Из государств, обладающих ядерным оружием, его участниками не являются только Индия, Пакистан и Северная Корея.
Источники: Радио Свобода, AFP, Ассоциация по контролю над вооружениями США, Atomic Archive, Фонд Atomic Heritage, The Barents Observer, Би-би-си, Федерация американских ученых, The Insider
Подпишитесь на ежевечерний дайджест новостей Радио Свобода
Страница не найдена | OSTI.GOV
Если вы видите эту страницу, это значит, что запрошенный вами URL не может быть найден.
Возможно, он не существует или вы неправильно набрали его в своем браузере. Но, если вы считаете, что это наша ошибка, сообщите нам об этом. В противном случае у вас есть несколько вариантов: попробуйте использовать нашу панель навигации в верхней части этой страницы, посетите нашу домашнюю страницу или просмотрите наши продукты ниже.
Посетите любой из продуктов ниже, чтобы найти результаты исследований и разработок Министерства энергетики и многое другое.
Основной инструмент поиска
Рис. 271948: ОСТИ.ГОВ 250
OSTI.GOV является основным инструментом поиска данных Министерства энергетики США по науке, технологиям и инженерным исследованиям. OSTI.GOV содержит более чем 70-летнюю научную и техническую информацию от DOE и учреждений-предшественников DOE и использует инновационный инструмент семантического поиска, позволяющий ученым, исследователям и общественности получать более актуальную информацию.
Всего в OSTI.GOV около 3 миллионов записей.
Информация о научных, технических и инженерных исследованиях, финансируемая Министерством энергетики
Специализированные средства поиска по конкретным ресурсам
Публичный портал Министерства энергетики США по энергетике и науке (DOE PAGES ® ) — это инструмент поиска научных публикаций, включая рецензируемые журнальные статьи и принятые рукописи, полученные в результате исследований, финансируемых Министерством энергетики.
Научные публикации, полученные в результате исследований, финансируемых Министерством энергетики
DOE Data Explorer — это инструмент поиска наборов данных, коллекций данных и проектов данных, финансируемых DOE.
Данные научных исследований, полученные в результате исследований, финансируемых Министерством энергетики
DOE CODE — это новая платформа программных услуг Министерства энергетики США и средство поиска, заменяющее ESTSC.
DOE CODE позволяет пользователям отправлять код, предлагает услуги репозитория и обнаружение программного обеспечения, финансируемого DOE.
Открытый исходный код, инструмент отправки и поиска программного обеспечения, финансируемого Министерством энергетики
DOE Patents — это всеобъемлющий инструмент поиска патентной информации, полученной в результате исследований и разработок (НИОКР), финансируемых Министерством энергетики. Сюда включены патенты, которые Министерство энергетики спонсировало с помощью различных механизмов финансирования, включая гранты, контракты или соглашения о сотрудничестве.
Патенты, полученные в результате исследований, финансируемых Министерством энергетики
DOE ScienceCinema — это инструмент поиска мультимедийных научных видеороликов и аудиофайлов из национальных лабораторий Министерства энергетики, других исследовательских центров Министерства энергетики и ЦЕРН (Европейской организации ядерных исследований), использующий технологию поиска с распознаванием речи.
Научные видеоролики, посвященные исследованиям, финансируемым Министерством энергетики США
Федеральное агентство США и международные средства поиска научной и технической информации
Рисунок 276758: SciGov250-min.png
Science.gov, написанный курсивом, с красными и синими лентообразными кривыми внизу.
Эта межведомственная инициатива научных организаций 15 федеральных агентств США обеспечивает поиск более 200 миллионов страниц научной и технической информации всего одним запросом.
Научная информация, финансируемая правительством США
Рисунок 276759: wws-min.png
WorldWideScience.org написано справа. Синий глобус, изображающий Северную Америку и Южную Америку, окружен синими эллипсами под разными углами слева.
WorldWideScience.
org — это международный портал примерно 100 национальных научных коллекций из более чем 70 стран-участниц.
Глобальный научный портал
Термоядерный против атомного — DW — 03.09.2017
Первая термоядерная бомба, разработанная в США, была сброшена на остров Элугелаб в 1952 году. Она оставила массивный подводный кратер на том месте, где когда-то был остров. Изображение: picture-alliance/dpa/Министерство энергетики США
Наука
Льюис Сандерс IV
3 сентября 2017 г.
Северная Корея заявила о значительном прогрессе в испытаниях термоядерной бомбы. Но чем она отличается от атомной бомбы? DW рассматривает фундаментальные различия между двумя самыми разрушительными видами оружия в истории.
https://p.dw.com/p/2jH8L
Реклама
Северная Корея объявила в воскресенье, что она провела ядерное испытание с использованием усовершенствованной водородной бомбы, также известной как термоядерная бомба, что означает отход от своих экспериментов.
с атомным оружием первого поколения. Но в чем разница между атомной бомбой и более совершенной водородной бомбой?
Подробнее: Северная Корея: от войны к ядерному оружию
Детонация
Принципиальное отличие водородной бомбы от атомной заключается в процессе детонации. Для атомной бомбы, такой как бомбы, сброшенные на Нагасаки и Хиросиму, ее взрывная мощность является результатом внезапного высвобождения энергии при расщеплении ядер тяжелого элемента, такого как плутоний. Этот процесс известен как деление.
Спустя годы после того, как в Нью-Мексико была разработана первая атомная бомба, США разработали оружие, основанное на технологии атомной бомбы, но расширившее процесс детонации для создания более сильного взрыва. Это оружие называется термоядерной бомбой.
Для термоядерной бомбы процесс детонации состоит из нескольких частей, начиная с детонации атомной бомбы. Первый взрыв создает температуру в миллионы градусов, обеспечивая достаточно энергии, чтобы сблизить два легких ядра настолько, чтобы они объединились на второй стадии, известной как синтез.