Нейтроны разлагают литий-6 на тритий и гелий. В этом случае ядерный детонатор становится источником материалов, необходимых для процесса синтеза в самой бомбе, которая затем взрывается.
Как один солдат водородную бомбу изобрел
Летом 1950 года в ЦК ВКП(б) поступило письмо от унтер-офицера, служившего на Сахалине. Писатель написал, что знает, как сделать водородную бомбу. Ну, и термоядерный реактор, чтобы нам не пришлось вставать дважды.
Олег Александрович Лаврентьев, герой нашего рассказа, родился в Пскове в 1926 году. До войны мальчик успел окончить семь классов. Видимо, ближе к концу этого процесса ему в руки попала книга о физике атомного ядра и последних открытиях в этой области.
1930-е годы были временем, когда были открыты новые возможности. В 1930 году было предсказано существование нейтрино, а в 1932 году был открыт нейтрон. В последующие годы были построены первые ускорители частиц. Была затронута возможность существования сверхурановых элементов. В 1938 году Отто Хан впервые получил барий путем облучения урана нейтронами, и Лиза Мейтнер смогла объяснить, что произошло. Несколько месяцев спустя она также предсказала цепную реакцию. До вопроса об атомной бомбе оставался всего один шаг.
Неудивительно, что хороший отчет об этих открытиях захватил разум подростка. Довольно нетипичным является тот факт, что этот упрек сопровождал их во время всех последующих потрясений. А потом была война. Олегу Лаврентьеву удалось принять участие в последнем этапе в Прибалтике. Затем приключения службы охватили его на Сахалине. В части была относительно хорошая библиотека, и на свое денежное довольствие Лаврентьев, который в то время уже был унтер-офицером, заказал журнал «Успехи физических наук», который, по-видимому, произвел большое впечатление на его коллег. Руководство поддержало энтузиазм своего подчиненного. В 1948 году он прочитал лекцию по ядерной физике для офицеров части, а в следующем году окончил ее, проучившись три года в местной вечерней школе для рабочей молодежи. Неизвестно, чему и как его на самом деле учили, но в качестве образования сержанта Лаврентьева сомневаться не приходится — ему нужен был результат.
Как он вспоминал много лет спустя, идея использования термоядерной реакции для получения энергии впервые возникла у него в 1948 году, когда он готовил лекцию для офицеров. В январе 1950 года президент Трумэн призвал к быстрой разработке водородной бомбы в своей речи перед Конгрессом. Это было сделано в ответ на первое советское ядерное испытание, проведенное в августе предыдущего года. Ну а для сержанта Лаврентьева это стало толчком к немедленным действиям, ведь он знал, как ему тогда казалось, как создать эту бомбу и отпугнуть потенциального противника.
Первое письмо с описанием идеи, адресованное Сталину, осталось без ответа и впоследствии так и не было найдено. Скорее всего, он просто потерялся. Следующее письмо было отправлено более надежно: в ЦК ВКП(б) через Поронайский горком.
На этот раз реакция была интересной. Из Москвы, через Обком Сахалина, пришел приказ предоставить строптивому солдату охраняемое помещение и все необходимое для подробного изложения предложений.
Спецработа
Сейчас уместно воздержаться от упоминания дат и событий и перейти к содержанию предложений высшей советской власти.
Как писал сам автор летом 1950 года, его работа состоит из четырех частей, а именно:
- Основные идеи.
- Основные принципы.
- Экспериментальная установка для преобразования энергии урановых и трансурановых реакций в электричество.
- Литий-водородная бомба (конструкция).
O. Лаврентьев также пишет, что у него не было времени на подробную подготовку частей 2 и 3, и он ограничился кратким резюме; часть 1 также довольно груба («написана довольно поверхностно»). По сути, в предложениях речь идет о двух устройствах: бомбе и реакторе, а последняя, четвертая часть, в которой предлагается бомба, предельно сжата и состоит всего из нескольких предложений, значение которых сводится к тому, что все уже было рассмотрено в первой части.
В таком виде, «на 12 страницах», предложения Ларионова были пересмотрены в Москве А. Д. Сахаровым, тогда кандидатом естественных наук и, прежде всего, одним из тех, кто в СССР в те годы занимался вопросами термоядерной энергии и, в частности, подготовкой бомбы.
Сахаров подчеркнул два основных момента предложения: использование термоядерной реакции лития и водорода (их изотопов) и строительство реактора. Письменный, полный сочувствия ответ на первый пункт был кратким и неадекватным.
Непростая бомба
Чтобы ввести читателя в контекст, необходимо сделать краткий экскурс в реальность. В современной водородной бомбе (а насколько можно судить по открытым источникам, основные принципы конструкции практически не изменились с конца 1950-х годов) роль термоядерной «взрывчатки» играет гидрид лития — твердое белое вещество, бурно реагирующее с водой с образованием гидроксида лития и водорода. Последнее свойство позволяет гидриду широко использоваться там, где необходимо временно связать водород. Авиация — хороший пример, но список на этом не заканчивается.
Гидрид, используемый в водородных бомбах, отличается по своему изотопному составу. Вместо «обычного» водорода он содержит дейтерий, а вместо «обычного» лития — его более легкий изотоп с тремя нейтронами. Полученный дейтерид лития, 6 LiD, содержит почти все необходимое для высокой светимости. Чтобы запустить процесс, достаточно взорвать ядерный заряд поблизости (например, рядом или, как вариант, внутри). Нейтроны, образующиеся при взрыве, поглощаются литием-6, который затем распадается на гелий и тритий. Повышение давления и температуры в результате ядерного взрыва приводит к тому, что вновь образовавшиеся тритий и дейтерий, которые уже присутствовали ранее, имеют условия, необходимые для запуска реакции синтеза. Вот и все.
- A ) Головная часть ракеты перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
- B ) Взрывчатка детонирует первую ступень, сжимая плутониевое ядро до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию деления.
- B ) В процессе деления на первом этапе испускается рентгеновский импульс, который распространяется вдоль внутренней поверхности корпуса и проникает в пенополистироловый наполнитель.
- D ) Под воздействием рентгеновского излучения вторая ступень сжимается за счет расширения (испарения), и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, запуская цепную реакцию с выделением большого количества тепла.
- E ) В сжатом и нагретом литий-6-дейтерий-дейтерии происходит реакция синтеза, при этом поток испускаемых нейтронов запускает реакцию деления тумблера. Огненный шар расширяется…
Этот путь не единственный и не абсолютно необходимый. Готовый тритий, смешанный с дейтерием, может быть использован вместо дейтерида лития. Проблема в том, что оба эти газа трудно сдерживать и транспортировать, не говоря уже о том, чтобы поместить в бомбу. Полученная конструкция подходит для пробного обжига, и такие испытания были проведены. Единственная проблема заключается в том, что его нельзя доставить «получателю» — размеры конструкции делают это совершенно невозможным. При использовании дейтерида лития в качестве твердого тела эта проблема может быть элегантно обойдена.
То, о чем здесь говорится, не так сложно для нас сегодня. В 1950 году она была совершенно секретной и доступной только очень ограниченному кругу людей. Солдат, служивший на Сахалине, конечно, не был в их числе. Однако свойства гидрида лития сами по себе не были секретом и были известны любому мало-мальски сведущему человеку, например, в авиационной промышленности. Не случайно Виталий Гинзбург, родоначальник идеи использования дейтерида лития в бомбе, когда его спрашивали о духовной субстанции дейтерида лития, обычно отвечал в духе, что она очень незначительна.
Водородная бомба или термоядерная бомба была краеугольным камнем гонки вооружений между США и СССР. Две сверхдержавы годами спорили о том, кто первым применит новое разрушительное оружие.
Изобретение водородной бомбы
Даже отвечая на вопрос, кто первым в мире изобрел водородную бомбу, нельзя не назвать Соединенные Штаты.
Сама бомба основана на термоядерном процессе. Атомную бомбу ошибочно называли водородной бомбой, но это не так. Атомная бомба намного слабее термоядерной и отличается от нее способом взрыва.
Военный и послевоенный период был пиком научной активности для многих физиков-ядерщиков, поэтому теоретически водородная бомба могла быть создана довольно быстро. Его нужно было собрать и испытать.
В мире
Гарри Трумэн, 33-й президент США, официально объявил о начале работ по созданию термоядерной бомбы после испытания атомной бомбы в СССР. Возникла идея создать еще более мощное оружие, чтобы снова превосходить другие страны.
Какой ученый изобрел водородную бомбу? Эдвард Теллер связан с его созданием в США. Он начал работать над проектом еще в 1942 году. Американцы успешно создали его в 1951 году, но он не был похож на бомбу: огромное стационарное устройство весом 82 тонны.
Кодовое название такого объекта было «Иви Майк». Взрыв произошел 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок (острова). От мощности захватывало дух: водородная бомба была в 1000 раз больше атомной. Диаметр кратера составил более мили, а один из островов атолла был полностью разрушен.
В СССР
Следует также упомянуть, кто изобрел водородную бомбу в Советском Союзе. Это был Андрей Сахаров в 1948 г. Он представил свой проект бомбы под названием РДС-6.
Было решено испытать его на том же полигоне в Семипалатинске в 1953 году. Перед испытанием на полигоне вновь был разбит лагерь, убраны все следы предыдущих ядерных испытаний, установлено разнообразное оборудование и измерительные приборы. Также было установлено оборудование, позволяющее записывать все на видео.
Советская водородная бомба была намного лучше американской. Она оправдала свое название. Она весила 7 тонн и поэтому была транспортабельной. Он может быть установлен на бомбардировщике.
Взрыв, разметавший все на своем пути, был очень мощным. Длина взрывной волны оценивалась в четыре километра. Воздействие на окружающую среду оставляет желать лучшего. Взрывная сила RDS-6 была оценена в 20 раз больше, чем у американской «Иви Майк». Но стоило ли оно того? Согласно последним опубликованным данным, более миллиона человек пострадали от экологических последствий этих испытаний.
Первые реальные испытания
Это были не просто пробы и ошибки. Сегодня существует только один пример реального применения атомной бомбы. Это была атака американских бомбардировщиков на японские города Хиросима и Нагасаки.
Он проходил 6 и 9 августа 1945 года. Были сброшены две бомбы — урановая бомба «Маленький мальчик» и плутониевая бомба «Толстяк». В результате этой атаки погибло более 400 000 человек. Американские власти решились на этот шаг, так как посчитали его более логичным, чем продолжение войны с возможностью еще больших потерь. Так и случилось. Япония решила капитулировать, тем самым завершив Вторую мировую войну.
Согласно имеющимся данным, около 70 000 человек погибли на месте, остальные умерли сразу после воздействия радиации.
Следует помнить, что водородная бомба не только уничтожает все и всех при взрыве, но и имеет последствия, которые скажутся на жертвах в будущем. Это радиационное облучение и радиация. Радиация может распространяться и сохраняться в течение очень долгого времени (десятилетия). Это нанесет вред не только тем, кто живет сейчас, но и их потомкам. Разрушения очень сильные, а взорванные участки трудно восстановить.
Самая мощная бомба в мире
Самая мощная бомба в истории человечества принадлежит СССР. Это было настолько шокирующе, что было занесено в Книгу рекордов Гиннеса.
Речь идет о Царь-бомбе, которая была сброшена бомбардировщиком над архипелагом Новая Земля в 1961 году. Бомба была настолько массивной, что не помещалась в Ту-95, она выступала из самолета, пришлось прикрепить специальные кронштейны.
Поскольку бомбардировщики могли быть повреждены, заранее был построен огромный парашют, чтобы несколько прервать их падение. Настолько, что пилоты не пострадали, но смогли уйти на безопасное расстояние. Бомбардировщик даже был отброшен на тысячу метров назад, но его вовремя вернули под контроль.
Нетрудно догадаться, что последствия были ужасающими. Взрыв был настолько мощным, что были повреждены здания в радиусе 55 километров от зоны бомбардировки. И даже в сотнях километров от эпицентра были видны разрушения. Радиосвязь была прервана примерно на час после взрыва.
Единственным положительным моментом является то, что огненный шар не достиг земли, так как взорвался еще в воздухе. По этой причине эти страны не подвергались высокому уровню радиации.
Изначально предполагалось, что эта бомба будет гораздо мощнее. Однако его сочли слишком опасным для испытаний. Страшно представить, каким был бы результат.
Договор стран
Переговоры затянулись надолго и закончились в 1963 году, в результате чего был заключен договор, запрещающий испытания ядерного оружия в трех средах. Да, не страны, а среды. Согласно этому договору, испытания бомб были запрещены на поверхности земли, а также под водой и в космосе.
По иронии судьбы, одним из самых ярых противников распространения ядерного оружия был Сахаров — непосредственный создатель оружия массового поражения. Позже он получил Нобелевскую премию, а также прозвище «Совесть человечества».
В настоящее время ядерным оружием обладают следующие страны: США, Россия, Великобритания, Китай, Индия, Франция, Пакистан, Северная Корея. Считается, что Пакистан также располагает этим оружием. Пакистан, шт. Речь идет о США, России, Китае, Великобритании и Франции.
Возможно, это объясняет, почему проект «бомба Лаврентьева» был забыт почти сразу после того, как был задуман. Автор проявил недюжинные способности, но на этом все. Судьба проекта термоядерного реактора была иной.
«Иви Майк» и «Кастл Браво»
1 ноября 1952 года американцы испытали первое в мире термоядерное взрывное устройство. Это была еще не бомба, но уже самая важная ее часть. Взрыв произошел на атолле Эневотек в Тихом океане. Эдвард Теллер и Станислав Улам (оба были изобретателями водородной бомбы) незадолго до этого разработали двухступенчатую конструкцию, которую американцы испытали. Устройство не могло быть использовано в качестве оружия, поскольку для синтеза использовался дейтерий. Кроме того, он был очень тяжелым и громоздким. Такая ракета не может быть сброшена с самолета.
Первая водородная бомба была испытана советскими учеными. После того, как США узнали об успешном применении РДС-6, стало ясно, что необходимо как можно быстрее догнать русских в гонке вооружений. Американское испытание состоялось 1 марта 1954 года. В качестве испытательного полигона был выбран атолл Бикини на Маршалловых островах. Тихоокеанский архипелаг был выбран не случайно. Здесь почти не было населения (а те немногие люди, которые жили на близлежащих островах, были переселены накануне эксперимента).
Самый разрушительный взрыв американской водородной бомбы стал известен как Castle Bravo. Мощность заряда оказалась в 2,5 раза больше, чем ожидалось. Взрыв вызвал радиоактивность на большой территории (на многих островах и в Тихом океане), что привело к скандалу и пересмотру ядерной программы.
Разработка РДС-6с
Конструкция первой советской термоядерной бомбы называлась РДС-6с. Дизайн был создан выдающимся физиком Андреем Сахаровым. В 1950 году Совет Министров СССР принял решение сосредоточить работы по новому оружию на КБ-11. В соответствии с этим решением группа ученых под руководством Игоря Тамма отправилась в закрытый Арзамас-16.
Испытательный полигон в Семипалатинске был специально подготовлен для этого амбициозного проекта. Перед началом испытания водородной бомбы там были установлены многочисленные измерительные, съемочные и записывающие устройства. Кроме того, почти две тысячи маркеров были выставлены там от имени ученых. Территория, пострадавшая от испытания водородной бомбы, состояла из 190 зданий.
Эксперимент в Семипалатинске был уникальным не только из-за нового оружия. Для химических и радиоактивных образцов использовались специальные вводы. Открыть их могла только сильная ударная волна. Оборудование для записи и съемки было установлено в специально подготовленных укрепленных сооружениях на поверхности и в подземных бункерах.
Alarm Clock
Еще в 1946 году Эдвард Теллер, работая в США, разработал прототип RDS-6. Он назывался «Будильник». Конструкция этого устройства была первоначально предложена в качестве альтернативы Super. В апреле 1947 года в лаборатории Лос-Аламоса была начата целая серия экспериментов по изучению основ ядерного синтеза.
Ученые ожидали, что будильник будет вырабатывать больше всего энергии. Осенью Теллер решил использовать дейтерид лития в качестве топлива для устройства. Исследователи еще не использовали это вещество, но они ожидали, что оно повысит эффективность термоядерных реакций. Интересно, что Теллер уже отмечал в своих записках зависимость ядерной программы от развития компьютеров. Ученым нужна была технология для выполнения более точных и сложных расчетов.
Будильник и RDS-6 имели много сходств, но также и много различий. Американская версия была не такой практичной, как советская, из-за своих размеров. Он унаследовал свой размер от Суперпроекта. В конце концов, американцы были вынуждены отказаться от этой разработки. Последние исследования были проведены в 1954 году, когда стало ясно, что проект нерентабелен.
Многие наши читатели ассоциируют водородную бомбу с атомной, за исключением того, что она гораздо мощнее. В действительности, это принципиально новое оружие, разработка которого потребовала беспрецедентных интеллектуальных усилий и основана на принципиально иных физических принципах.
12 августа 1953-го: первые испытания водородной бомбы в СССР
Первый водородный взрыв произошел в США в 1952 году на атолле Эниветок. Сила взрыва составила 10,4 мегатонны, что в 450 раз мощнее бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. Однако это устройство нельзя назвать бомбой в истинном смысле этого слова. Это была конструкция размером с трехэтажный дом, заполненная жидким дейтерием.
Однако первое термоядерное оружие Советского Союза было испытано в августе 1953 года на Семипалатинском полигоне. Это была настоящая бомба, сброшенная с самолета. Он был разработан в 1949 году (до испытания первой советской атомной бомбы) Андреем Сахаровым и Юлием Харитоном. Сила взрыва была эквивалентна 400 килотоннам, но исследования показали, что сила могла быть увеличена до 750 килотонн, поскольку в термоядерной реакции было использовано только 20% топлива.
[html][/html] Видео: YouTube/Atomicground
Самая мощная бомба в мире
Самый мощный взрыв в истории был произведен группой физиков-ядерщиков под руководством академика АН СССР И.В. Курчатова 30 октября 1961 года на полигоне Сухой Нос на архипелаге Новая Земля. Измеренная сила взрыва составила 58,6 мегатонн, что во много раз превышает любой испытательный взрыв, проведенный на территории СССР или США. Изначально предполагалось, что бомба будет еще больше и мощнее, но не было самолета, способного поднять в воздух больший вес.
Огненный шар от взрыва достиг радиуса около 4,6 км. Теоретически он мог бы достичь земли, но этому помешала отраженная ударная волна, которая подняла нижнюю часть шара и отбросила его от поверхности. Грибовидное облако от взрыва достигло высоты 67 км (для сравнения, современные пассажирские самолеты летают на высоте 8-11 км). Заметная волна атмосферного давления, исходящая от взрыва, трижды обошла вокруг Земли, распространившись в течение нескольких секунд, а звуковая волна достигла острова Диксон, который находится примерно в 800 километрах от эпицентра взрыва (расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга). Все в радиусе двух-трех километров было радиоактивно загрязнено.
Все поняли, что мир уже никогда не будет прежним. Ученые были обеспокоены. Результаты превзошли все ожидания, а это означало, что в руках человечества теперь есть нечто, способное стереть всех с лица земли.
Царь-бомба – термоядерная бомба СССР
Советский Союз поставил жирную точку в цепи водородных бомб, испытав 30 октября 1961 года на Новой Земле 50-мегатонную бомбу «Зарос» (самую большую в истории) — результат многолетней работы исследовательской группы Сахарова. Взрыв произошел на высоте 4 км, а ударная волна была трижды зарегистрирована приборами по всему миру. Хотя испытание не дало сбоев, бомба так и не была использована. Но тот факт, что у Советов было такое оружие, произвел неизгладимое впечатление на мир, и США перестали расширять свой ядерный арсенал. Россия, со своей стороны, решила не приводить в боевую готовность свои водородные боеголовки.
Водородная бомба — это чрезвычайно сложное техническое устройство, для взрыва которого требуется ряд последовательных процедур.
Первый — воспламенение детонатора внутри корпуса бомбы (миниатюрной атомной бомбы), что приводит к мощному выбросу нейтронов и созданию высокой температуры, необходимой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка дейтерида лития (который образуется из комбинации дейтерия и изотопа лития-6).
Нейтроны разлагают литий-6 на тритий и гелий. В этом случае ядерный детонатор становится источником материалов, необходимых для процесса синтеза в самой бомбе, которая затем взрывается.
Смесь трития и дейтерия запускает реакцию синтеза, которая приводит к быстрому повышению температуры внутри бомбы, при этом в процесс вовлекается все больше и больше водорода. Принцип действия водородной бомбы означает, что эти процессы происходят чрезвычайно быстро (этому способствует структура заряда и расположение основных элементов), так что наблюдателю они кажутся мгновенными.
Супербомба: деление, синтез, деление
Описанная выше последовательность процессов заканчивается началом реакции дейтерия с тритием. Тогда было решено использовать деление ядер вместо слияния более тяжелых ядер. После слияния ядер трития и дейтерия высвобождается свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для начала деления ядер урана-238. Быстрые нейтроны способны расщепить атомы из урановой оболочки сверхновой. При делении одной тонны урана выделяется 18 миллионов тонн энергии. Энергия используется не только для создания ударной волны и выделения большого количества тепла. Каждый атом урана расщепляется на два радиоактивных «фрагмента». В результате получается «букет» из до 36 различных химических элементов и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно поэтому существует так много радиоактивных облаков, которые можно обнаружить за сотни километров от эпицентра взрыва.
После падения «железного занавеса» стало известно, что Советский Союз планирует разработать 100-Мт «Царь-бомбу». Поскольку в то время не было самолета, способного нести такой большой груз, от этой идеи отказались в пользу 50-метровой бомбы.
Последствия взрыва водородной бомбы
Ударная волна
Взрыв водородной бомбы приводит к широкомасштабным разрушениям и последствиям, причем первичные (очевидные, немедленные) последствия имеют три вида. Наиболее очевидным из всех прямых эффектов является сверхвысокая ударная волна. Его разрушительная сила уменьшается с расстоянием от места взрыва, а также зависит от силы самой бомбы и высоты, на которой был взорван заряд.
Тепловой эффект
Эффект теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и сила взрывной волны. Но есть и другой фактор, а именно степень прозрачности газовых масс. Туман или даже легкая облачность значительно уменьшают радиус поражения, при котором тепловая вспышка может вызвать сильные ожоги и потерю зрения. При взрыве водородной бомбы (более 20 тонн) выделяется невероятное количество тепловой энергии, достаточное для того, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, испарить почти всю воду в небольшом озере на расстоянии 10 км и уничтожить живую силу, технику и здания противника на таком же расстоянии. В его центре образуется кратер диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытый толстым слоем стеклообразной массы (несколько метров породы с высоким содержанием песка почти мгновенно плавится, превращаясь в стекло).
Согласно расчетам, полученным в ходе последних испытаний, люди имеют 50% шансов на выживание, если
- Они находятся в железобетонном бункере (подвале) в 8 км от эпицентра взрыва (EV),
- Они находятся в жилом доме на расстоянии 15 км от EV,
- вы находитесь на открытом воздухе на расстоянии более 20 км от EV при плохой видимости (при «ясном» воздухе минимальное расстояние в этом случае составляет 25 км).
По мере увеличения расстояния от EV вероятность выживания людей на открытой местности резко возрастает. Таким образом, на расстоянии 32 км это соотношение будет составлять 90-95 %. Радиус 40-45 км является пороговым для первичного эффекта взрыва.
Огненный шар
Другой очевидный эффект взрыва водородной бомбы — самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), возникающие из-за вовлечения в огненный шар огромных масс топлива. Однако самым опасным последствием взрыва будет радиоактивное заражение окружающей среды на десятки километров.
Радиоактивные осадки
Образовавшийся огненный шар быстро наполняется огромным количеством радиоактивных частиц (продуктов распада тяжелых ядер). Частицы настолько малы, что могут оставаться в верхних слоях атмосферы в течение очень долгого времени. Все, чего касается огненный шар на земле, немедленно превращается в пепел и пыль, а затем переносится в огненный столб. В вихрях пламени эти частицы смешиваются с заряженными частицами и образуют опасную смесь радиоактивной пыли, процесс осаждения которой занимает длительное время.
Андрей Сахаров выступил против вторжения советских войск в Афганистан, после чего был лишен званий и вскоре после этого отправлен в ссылку в город Горький. Он оставался там в течение семи долгих лет, в течение которых он не мог посвятить себя науке.
«Россия делает сама»
Монополия Соединенных Штатов на ядерное оружие продлилась недолго, всего четыре года. Если бы наша страна не была так истощена Второй мировой войной, паритет мог бы быть восстановлен еще быстрее. Советские спецслужбы получили первую информацию об американской ядерной программе в 1941 году, а с 1942 года начался постоянный поток информации непосредственно от тех, кто участвовал в ее разработке. В Советском Союзе довольно много ученых уже работали над делением ядер до войны, а первый проект советской атомной бомбы был представлен Фрицем Ланге в 1940 году.
Пытаясь компенсировать свое отставание от США в разработке собственного ядерного оружия, Советский Союз в первые послевоенные годы совершил огромный рывок. Да, конструкция знаменитой РДС-1, первой испытанной советской атомной бомбы (аббревиатура «изделие» изящно переводится как «Россия создает свое»), во многом повторяла американскую. Решение пойти по этому пути было принято не ради жизни: Ядерный паритет должен был быть восстановлен как можно скорее, иначе существовала опасность Третьей мировой войны сразу после Второй мировой войны. Москва узнала от членов знаменитой Кембриджской пентады в победном 1945 году, что бывшие союзники по антивоенной коалиции работают над подобными планами, и нужно было действовать быстро.
Добившись успеха в создании собственной атомной бомбы, советские ученые немедленно приступили к ее усовершенствованию и укреплению, а затем работали над еще более мощным оружием — термоядерной бомбой. О том, с какой поспешностью осуществлялись эти проекты, можно судить по столь знаменательному событию. 12 августа 1953 года была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, способная сбрасываться на цели стратегическими бомбардировщиками. А одиннадцать дней спустя на том же полигоне в Семипалатинске бомбардировщик Ту-16 сбросил в испытательных целях первую ядерную бомбу РДС-4 отечественного производства.
Догнать «Иви Майка»
Чем термоядерная бомба отличается от атомной? Прежде всего, взрывной эффект ядерной бомбы достигается за счет ускоренной цепной реакции деления, в то время как термоядерная бомба, напротив, достигается за счет сверхбыстрой реакции синтеза. Теоретически, термоядерное устройство можно сделать сколь угодно мощным, даже в относительно небольшом «изделии» (как позже доказал Советский Союз испытанием Царь-бомбы). Оно называется водородным оружием, потому что использует изотоп водорода, дейтерий, в качестве топлива для термоядерного синтеза.
И СССР, и СССР начали работу над термоядерным оружием почти одновременно, продолжая при этом создавать коммерческие ядерные бомбы. Имея преимущество в опыте, американцы смогли разработать свое первое термоядерное взрывное устройство, «Айви Майк», на год раньше советских ученых. Правда, эта конструкция не была похожа на жизнеспособное ядерное оружие. «Иви Майк» был более чем в три раза больше человека, поэтому его невозможно было доставить никаким другим способом, кроме транспортного корабля. Однако США не считали первое термоядерное устройство военным — оно было разработано исключительно в испытательных целях. Его взрыв 1 ноября 1952 года доказал эффективность выбранной американскими учеными «двухступенчатой модели», в которой сначала активировалась обычная атомная бомба, при взрыве которой сжималось и воспламенялось термоядерное топливо. Началась новая фаза холодной войны.
Информация о работе и испытаниях термоядерной бомбы американцами очень быстро дошла до Советского Союза: над ее добычей работал специальный отдел научно-технической информации Службы внешней разведки НКВД. Первые точные данные об этих проектах поступили от спецслужб в 1947 году, а через год они перешли к подробной информации, включающей некоторые проектные решения и результаты экспериментов. Учитывая, что теоретическая возможность создания термоядерной бомбы изучалась в СССР в середине 1945 года, эти данные только ускорили появление советского устройства такого типа. А 26 февраля 1950 года Совет Министров СССР издал секретное постановление, устанавливающее условия для создания отечественной термоядерной бомбы. Он должен был быть готов и испытан в 1954 году.
Сахаровская «слойка»
Поскольку все основные теоретические исследования уже были проведены, сразу же началась практическая работа. Весной того же 1950 года было решено начать практическую работу. Группа конструкторов будущей термоядерной бомбы, включая таких выдающихся ученых, как Юрий Романов, Андрей Сахаров и Игорь Там, переехала в Арзамас-16 (современный Саров), КБ-11 (современный Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики), главную кузницу ядерного оружия. Там всего за три года им удалось разработать и создать практически пригодный для использования проект советского термоядерного оружия. Его назвали «слоем» (отсюда буква «с» в названии бомбы RDS-6s), потому что Андрей Сахаров предложил заключить термоядерное топливо, дейтерий, в уран-238, чтобы образовалось много таких «слоев». Таким образом, выяснилось, что устройство было настолько большим, что его можно было использовать как обычную бомбу. Это не только поставило СССР в один ряд с Америкой по обладанию современным оружием массового поражения, но и возглавило термоядерную гонку.
Устройство было готово в начале лета 1953 года, но дата испытаний была назначена не сразу. Перед этим было проведено своего рода «шуточное» испытание, изучающее все аспекты теории и определяющее условия, которые потребуются для того, чтобы увидеть термоядерную бомбу в реальности. Затем результаты и выводы были рассмотрены государственной комиссией во главе с Игорем Курчатовым, директором Института атомной энергии. И только после этого была объявлена дата испытания: 12 августа 1953 года.
Испытательным полигоном был Семипалатинский полигон ядерного оружия, также известный как 2-й Государственный центральный научно-исследовательский испытательный полигон или просто «Двойка» в терминологии всех, кто имеет отношение к разработке ядерного оружия. Он был создан в 1949 году и в течение шести лет был единственным полигоном в СССР, где испытывались все «изделия», начиная с РДС-1, пока не появился полигон на Новой Земле. Но в 1953 году альтернативы Семипалатинску не было, и летом 1953 года здесь началась подготовка к взрыву РДС-6с.
Термоядерное «изделие» не должно было быть сброшено с самолета, а должно было взорваться статически в стальной башне на высоте 30 метров над землей. Там же происходила и окончательная сборка, поскольку никто не знал, как поведет себя заряд во время транспортировки на полигон. Подготовка к испытаниям была завершена вечером 11 августа 1953 года. Помимо сборки РДС-6, подготовка включала также установку измерительного и исследовательского оборудования на полигоне, строительство небольшого настоящего города и установку военной техники — полдюжины самолетов, семь танков, семнадцать орудий и минометов.
Речь идет о Царь-бомбе, которая была сброшена бомбардировщиком над архипелагом Новая Земля в 1961 году. Бомба была настолько массивной, что не помещалась в Ту-95, она выступала из самолета, пришлось прикрепить специальные кронштейны.
Классический супер
В конце 1945 года Эдвард Теллер предложил первую конструкцию водородной бомбы, которую он назвал «классической супер». Для создания огромного давления и высокой температуры, необходимых для запуска термоядерной реакции, предполагалось использовать обычную атомную бомбу. Сам «классический супер» представлял собой длинный цилиндр, заполненный дейтерием. Имелась также «камера зажигания» с дейтерий-тритиевой смесью, в которой реакция синтеза дейтерия и трития начиналась при более низком давлении. По аналогии с огнем дейтерий будет играть роль дров, смесь дейтерия и трития — стакана бензина, а атомная бомба — спички. Такая система называлась «трубка» — разновидность сигары с атомной зажигалкой на одном конце. Таким же образом советские физики начали разработку водородной бомбы.
Однако математик Станислав Улам доказал Теллеру, используя стандартную логарифмическую линейку, что возникновение реакции синтеза чистого дейтерия в «ужине» маловероятно и что для получения смеси потребуется такое количество трития, что производство оружейного плутония в США будет практически заморожено.
Слойка с сахаром
В середине 1946 года Теллер предложил другой проект водородной бомбы — «будильник». Он состоял из чередующихся сферических слоев урана, дейтерия и трития. Ядерный взрыв центрального плутониевого заряда создавал давление и температуру, необходимые для запуска термоядерной реакции в других слоях бомбы. Однако для «пробуждения» требовался мощный ядерный детонатор, а у США (как и у СССР) были проблемы с производством оружейного урана и плутония.
Осенью 1948 года Андрей Сахаров разработал аналогичный план. В Советском Союзе эта конструкция называлась «надувной». Для СССР, который не успел произвести достаточное количество урана-235 и оружейного плутония-239, затяжка Сахарова была панацеей. Вот почему.
В обычной ядерной бомбе природный уран-238 не только бесполезен (энергия нейтронов при делении недостаточна для запуска деления), но и вреден, жадно поглощая вторичные нейтроны и замедляя цепную реакцию. По этой причине оружейный уран на 90% состоит из изотопа урана-235, но нейтроны синтеза в десять раз энергичнее нейтронов деления, и природный уран-238, облученный такими нейтронами, начинает прекрасно делить. Новая бомба позволяет использовать в качестве взрывчатого вещества уран-238, который ранее считался отходами.
Венцом сахаровского «пузырения» стало также использование белого, легкого кристаллического вещества, дейтерида лития 6LiD, вместо крайне неэффективного трития.
Как уже упоминалось, смесь дейтерия и трития воспламеняется гораздо легче, чем чистый дейтерий. Однако на этом преимущества трития заканчиваются, и остаются только недостатки: В нормальном состоянии тритий представляет собой газ, что затрудняет его хранение; тритий радиоактивен и при распаде превращается в стабильный гелий-3, который активно пожирает необходимые быстрые нейтроны, ограничивая срок службы бомбы несколькими месяцами.
Нерадиоактивный дейтерид лития, с другой стороны, превращается в тритий при облучении медленными нейтронами деления — следствие взрыва атомной бомбы. Таким образом, в одно мгновение излучение от первого атомного взрыва производит достаточно трития для другой термоядерной реакции, а дейтерий изначально присутствует в дейтериде лития.
Это такая бомба, РДС-6с, которая была успешно испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. Сила взрыва составила 400 килотонн, и до сих пор ведутся споры, был ли это настоящий термоядерный взрыв или сверхмощный атомный взрыв. В конце концов, термоядерная реакция в молоте Сахарова составляла не более 20% от общей мощности заряда. Основной причиной взрыва стала реакция распада урана-238, который был облучен быстрыми нейтронами, таким образом, RDS-6c открыла эру так называемых «грязных» бомб.
Дело в том, что продукты деления (особенно стронций-90 и цезий-137) являются основными радиоактивными загрязнителями. «Надувная» бомба Сахарова была, по сути, гигантской атомной бомбой, слегка усовершенствованной за счет термоядерной реакции. Не случайно, что один взрыв «пузыря» произвел 82% стронция-90 и 75% цезия-137, выброшенных в атмосферу за всю историю Семипалатинского полигона.
Американ бомб
Однако именно американцы первыми взорвали водородную бомбу. 1 ноября 1952 года на атолле Элугелаб в Тихом океане было успешно испытано 10-мегатонное термоядерное устройство «Майк». 74-тонное американское устройство вряд ли можно было назвать бомбой. Майк» представлял собой громоздкое устройство размером с двухэтажный дом, заполненное жидким дейтерием при температуре, близкой к нулю (сахаровский «пузырь» был вполне портативным). Однако особенностью «Майка» был не его размер, а гениальный принцип дробления термоядерных взрывчатых веществ.
Основная идея водородной бомбы заключается в создании условий термоядерного синтеза (очень высокое давление и температура) посредством ядерного взрыва. В схеме «пузыря» ядерный заряд находится в центре и поэтому не столько сжимает дейтерий, сколько рассеивает его наружу — увеличение количества термоядерного взрывчатого вещества не увеличивает мощность — оно просто не успевает сдетонировать. Именно это ограничивает мощность этой системы — самый мощный в мире «пузырь» Orange Herald, взорванный британцами 31 мая 1957 года, выдал всего 720 килотонн.
В идеале ядерный взрыватель должен взрываться путем сжатия термоядерного взрывчатого вещества изнутри. Но как это сделать? Эдварду Теллеру пришла в голову умная идея: он сжимал термоядерное топливо не механической энергией и потоком нейтронов, а радиацией от первичного ядерного распада.
В новой конструкции Теллера устройство атомного зажигания было отделено от термоядерного блока. Рентгеновское излучение, высвобожденное при активации атомного заряда, преодолело ударную волну и распространилось по стенкам цилиндрического корпуса, испаряя и превращая в плазму внутреннюю полиэтиленовую обшивку бомбы. Плазма, в свою очередь, излучала более мягкие рентгеновские лучи, которые поглощались внешними слоями внутреннего цилиндра из урана-238, «толкателя». Слои начали взрывообразно испаряться (это явление называется детонацией). Светящуюся урановую плазму можно сравнить с соплами мощного ракетного двигателя, тяга которого направлена внутрь дейтериевого цилиндра. Урановый цилиндр разрушился, а давление и температура дейтерия достигли критического уровня. То же давление сжало центральную плутониевую трубку до критической массы, и она воспламенилась. Взрыв плутониевого детонатора вытолкнул дейтерий наружу, еще больше сжав и нагрев термоядерное взрывчатое вещество и вызвав его детонацию. Интенсивный поток нейтронов вызвал расщепление ядер урана-238 в «толкателе», что привело к вторичной реакции деления. Все это может произойти до того, как ударная волна первичного ядерного взрыва достигнет термоядерного блока. Вычисление всех этих событий, происходящих за миллиардные доли секунды, перегрузило умы самых могущественных математиков мира. Создатели «Майка» пережили 10-мегатонный взрыв не ужаса, а неописуемой радости — они смогли не только понять процессы, которые в реальном мире происходят только в ядрах звезд, но и экспериментально проверить свои теории, создав маленькую звезду на Земле.
