Айві Майк – перші атмосферні випробування водневої бомби, проведені США на атоле Еніветок 1 листопада 1952 року.

65 років тому Радянський Союз підірвав свою першу термоядерну бомбу. Як улаштована ця зброя, що вона може і чого не може? 12 серпня 1953-го в СРСР підірвали першу «практичну» термоядерну бомбу. Ми розповімо про історію її створення та розберемося, чи правда, що такий боєприпас майже не забруднює середовище, але може знищити світ.

Ідея термоядерної зброї, де ядра атомів зливаються, а не розщеплюються, як в атомній бомбі, з'явилася не пізніше 1941 року. Вона спала на думку фізикам Енріко Фермі та Едварду Теллеру. Приблизно водночас вони стали учасниками Манхеттенського проекту та допомогли створити бомби, скинуті на Хіросіму та Нагасакі. Сконструювати термоядерний боєприпас виявилося набагато важче.

Приблизно зрозуміти, наскільки термоядерна бомба складніша за атомну, можна й за тим фактом, що працюючі АЕС давно буденність, а працюючі й практичні термоядерні електростанції - все ще наукова фантастика.

Щоб атомні ядра зливалися один з одним, їх треба нагріти до мільйонів градусів. Схему пристрою, який дозволив би це зробити, американці запатентували в 1946 році (проект неофіційно називався Super), але згадали про неї лише через три роки, коли в СРСР успішно випробували ядерну бомбу.

Президент США Гаррі Трумен заявив, що на радянський ривок потрібно відповісти «так званою водневою, чи супербомбою».

До 1951 року американці зібрали пристрій та провели випробування під кодовою назвою «Джордж». Конструкція була тор - простіше кажучи, бублик - з важкими ізотопами водню, дейтерієм і тритієм. Вибрали їх тому, що такі ядра зливати простіше, ніж ядра звичайного водню. Запалом служила ядерна бомба. Вибух стискав дейтерій та тритій, ті зливалися, давали потік швидких нейтронів та запалювали обкладку з урану. У звичайній атомній бомбі він не ділиться: там є лише повільні нейтрони, які не можуть змусити ділитися стабільним ізотопом урану. Хоча на енергію злиття ядер припало приблизно 10% від загальної енергії вибуху «Джорджа», «запалення» урану-238 дозволило підняти потужність вибуху вдвічі вище за звичайний, до 225 кілотонн.

За рахунок додаткового урану вибух вийшов удвічі потужнішим, ніж із звичайною атомною бомбою. Але на термоядерний синтез припадало тільки 10% енергії, що виділилася: випробування показали, що ядра водню стискаються недостатньо сильно.

Тоді математик Станіслав Улам запропонував інший підхід – двоступінчастий ядерний запал. Його задум полягав у тому, щоб помістити у «водневій» зоні пристрою плутонієвий стрижень. Вибух першого запалу «підпалював» плутоній, дві ударні хвилі та два потоки рентгенівських променів стикалися – тиск та температура підскакували достатньо, щоб розпочався термоядерний синтез. Новий пристрій випробували на атоле Еніветок у Тихому океані в 1952 році - вибухова потужність бомби склала вже десять мегатонн у тротиловому еквіваленті.

Тим не менш, і цей пристрій був непридатний для використання в якості бойової зброї.

Щоб ядра водню зливалися, відстань між ними має бути мінімальною, тому дейтерій та тритій охолоджували до рідкого стану, майже до абсолютного нуля. Для цього була потрібна величезна кріогенна установка. Другий термоядерний пристрій, по суті збільшена модифікація "Джорджа", важив 70 тонн - з літака таке не скинеш.

СРСР почав розробляти термоядерну бомбу пізніше: першу схему було запропоновано радянськими розробниками лише 1949 року. У ній передбачалося використовувати дейтерид літію. Це метал, тверда речовина, його не треба скраплювати, а тому громіздкий холодильник, як в американському варіанті, вже не був потрібний. Не менш важливим є і те, що літій-6 при бомбардуванні нейтронами від вибуху давав гелій і тритій, що ще більше спрощує подальше злиття ядер.

Бомба РДС-6с була готова у 1953 році. На відміну від американських та сучасних термоядерних пристроїв плутонієвого стрижня в ній не було. Така схема відома як «шаровка»: шари дейтериду літію перемежовувалися урановими. 12 серпня РДС-6с випробували на Семипалатинському полігоні.

Потужність вибуху склала 400 кілотонн у тротиловому еквіваленті - у 25 разів менше, ніж у другій спробі американців. Натомість РДС-6с можна було скинути з повітря. Таку ж бомбу збиралися використовувати і міжконтинентальних балістичних ракетах. А вже 1955 року СРСР удосконалив своє термоядерне дітище, оснастивши його плутонієвим стрижнем.

Сьогодні практично всі термоядерні пристрої - судячи з усього, навіть північнокорейські - є чимось середнім між ранніми радянськими та американськими моделями. Всі вони використовують дейтерид літію як паливо та підпалюють його двоступеневим ядерним детонатором.

Як відомо з витоків, навіть найсучасніша американська термоядерна боєголовка W88 схожа на РДС-6c: шари дейтериду літію перемежовуються ураном.

Різниця в тому, що сучасні термоядерні боєприпаси - це не багатомегатонні монстри на кшталт «Цар-бомби», а системи потужністю сотні кілотонн, як РДС-6с. Мегатонних боєголовок в арсеналах ні в кого немає, тому що у військовому відношенні десяток менш потужних зарядів цінніший за один сильний: це дозволяє вразити більше цілей.

Техніки працюють з американською термоядерною боєголовкою W80

Чого не може термоядерна бомба

Водень є елементом надзвичайно поширеним, досить його і в атмосфері Землі.

У свій час подейкували, що досить потужний термоядерний вибух може запустити ланцюгову реакцію і все повітря на нашій планеті вигорить. Але ж це міф.

Не те що газоподібний, а й рідкий водень недостатньо щільний, щоб розпочався термоядерний синтез. Його потрібно стискати і нагрівати ядерним вибухом, бажано з різних сторін, як це робиться двоступеневим запалом. В атмосфері таких умов немає, тому самопідтримувані реакції злиття ядер там неможливі.

Це не єдина помилка про термоядерну зброю. Часто кажуть, що вибух «чистіше» ядерного: мовляв, при злитті ядер водню «уламків» – небезпечних короткоживучих ядер атомів, що дають радіоактивне забруднення, – виходить менше, ніж при розподілі ядер урану.

Помилка це полягає в тому, що з термоядерному вибуху більшість енергії нібито виділяється з допомогою злиття ядер. Це неправда. Так, «Цар-бомба» була такою, але лише тому, що її уранову «сорочку» для випробувань замінили свинцевою. Сучасні двоступінчасті запали призводять до значного радіоактивного забруднення.

Зона можливої ​​тотальної поразки "Цар-бомбою", нанесена на карту Парижа. Червоне коло – зона повної руйнації (радіус 35 км). Жовте коло – розмір вогняної кулі (радіус 3,5 км).

Щоправда, зерно істини в міфі про «чисту» бомбу все ж таки є. Взяти найкращу американську термоядерну боєголовку W88. При її вибуху на оптимальній висоті над містом площа сильних руйнувань практично збігатиметься з зоною радіоактивного ураження, небезпечного для життя. Загиблих від променевої хвороби буде мало: люди загинуть від самого вибуху, а не радіації.

Ще один міф свідчить, що термоядерна зброя здатна знищити всю людську цивілізацію, а то й життя на Землі. Це також практично виключено. Енергія вибуху розподілена в трьох вимірах, тому при зростанні потужності боєприпасу в тисячу разів радіус вражаючої дії зростає всього в десять разів - мегатонна боєголовка має радіус ураження всього вдесятеро більше ніж тактична, кілотонна.

66 мільйонів років тому зіткнення з астероїдом призвело до зникнення більшості наземних тварин та рослин. Потужність удару склала близько 100 млн мегатонн - це в 10 тис. разів більше сумарної потужності всіх термоядерних арсеналів Землі. 790 тис. років тому з планетою зіткнувся астероїд, удар був потужністю в мільйон мегатонн, але жодних слідів хоча б помірного вимирання (включаючи наш рід Homo) після цього не сталося. І життя в цілому, і людина набагато міцніша, ніж вони здаються.

Правда про термоядерну зброю не така популярна, як міфи. На сьогодні вона така: термоядерні арсенали компактних боєголовок середньої потужності забезпечують тендітний стратегічний баланс, через який ніхто не може вільно прасувати інші країни світу атомною зброєю. Побоювання термоядерної відповіді - більш ніж достатній стримуючий фактор.

Наша стаття присвячена історії створення та загальним принципам синтезу такого пристрою, як іноді званої водневої. Замість виділення енергії вибуху при розщепленні ядер важких елементів, на зразок урану, вона генерує навіть більшу її кількість шляхом злиття ядер легких елементів (наприклад, ізотопів водню) на один важкий (наприклад, гелій).

Чому краще злиття ядер?

При термоядерної реакції, що полягає в злитті ядер хімічних елементів, що беруть участь у ній, генерується значно більше енергії на одиницю маси фізичного пристрою, ніж у чистій атомній бомбі, що реалізує ядерну реакцію поділу.

В атомній бомбі ядерне паливо, що ділиться швидко, під дією енергії підриву звичайних вибухових речовин об'єднується в невеликому сферичному обсязі, де створюється його так звана критична маса, і починається реакція поділу. При цьому багато нейтронів, що звільняються з ядер, що діляться, викликатимуть поділ інших ядер у масі палива, які також виділяють додаткові нейтрони, що призводить до ланцюгової реакції. Вона охоплює не більше 20% палива, перш ніж бомба вибухає, або, можливо, набагато менше, якщо умови не ідеальні: так в атомних бомбах Малюк, скинутій на Хіросіму, і Товстун, що вразив Нагасакі, ККД (якщо такий термін взагалі можна до них застосовувати) були всього 1,38% та 13%, відповідно.

Злиття (або синтез) ядер охоплює всю масу заряду бомби і триває, поки нейтрони можуть знаходити термоядерне пальне, що ще не вступило в реакцію. Тому маса та вибухова потужність такої бомби теоретично необмежені. Таке злиття може тривати теоретично нескінченно. Дійсно, термоядерна бомба є одним із потенційних пристроїв кінця світу, який може знищити все людське життя.

Що таке реакція злиття ядер?

Паливом для реакції термоядерного синтезу є ізотопи водню дейтерій або тритій. Перший відрізняється від звичайного водню тим, що у його ядрі, крім одного протона міститься ще й нейтрон, а в ядрі тритію вже два нейтрони. У природній воді один атом дейтерію посідає 7000 атомів водню, але з його кількості. що міститься у склянці води, можна в результаті термоядерної реакції отримати таку ж кількість теплоти, як і при згорянні 200 л бензину. На зустрічі в 1946 році з політиками батько американської водневої бомби Едвард Теллер підкреслив, що дейтерій дає більше енергії на грам ваги, ніж уран або плутоній, проте коштує двадцять центів за грам порівняно з кількома сотнями доларів за грам палива для ядерного поділу. Тритій у природі у вільному стані взагалі не зустрічається, тому він набагато дорожчий, ніж дейтерій, з ринковою ціною в десятки тисяч доларів за грам, проте найбільша кількість енергії вивільняється саме в реакції злиття ядер дейтерію та тритію, при якій утворюється ядро ​​атома гелію та вивільняється нейтрон, що забирає надмірну енергію в 17,59 МеВ

D + T → 4 Не + n + 17,59 МеВ.

Схематично ця реакція показана малюнку нижче.

Чи багато це чи мало? Як відомо, все пізнається порівняно. Так от, енергія в 1 МеВ приблизно в 2,3 мільйона разів більша, ніж виділяється при згорянні 1 кг нафти. Отже злиття тільки двох ядер дейтерію і тритію вивільняє стільки енергії, скільки виділяється при згоранні 2,3 10 6 17,59 = 40,5 10 6 кг нафти. Адже йдеться лише про два атоми. Можете уявити, наскільки високі були ставки у другій половині 40-х років минулого століття, коли в США та СРСР розгорнулися роботи, результатом яких стала термоядерна бомба.

Як усе починалося

Ще влітку 1942 р. на початку реалізації проекту створення атомної бомби в США (Манхетенський проект) і пізніше в аналогічній радянській програмі, задовго до того, як була побудована бомба, заснована на розподілі ядер урану, увага деяких учасників цих програм була привернута до влаштування, яке може використовувати набагато потужнішу термоядерну реакцію злиття ядер. У США прихильником цього підходу, і навіть, можна сказати, його апологетом, був згаданий вище Едвард Теллер. У СРСР цей напрямок розвивав Андрій Сахаров, майбутній академік та дисидент.

Для Теллера його захоплення термоядерним синтезом у роки створення атомної бомби зіграло швидше за ведмежу послугу. Будучи учасником Манхетенського проекту, він наполегливо закликав до перенаправлення коштів на реалізацію власних ідей, метою яких була воднева та термоядерна бомба, що не сподобалося керівництву та викликало напруженість у відносинах. Оскільки на той час термоядерний напрямок досліджень не був підтриманий, то після створення атомної бомби Теллер залишив проект і зайнявся викладацькою діяльністю, а також дослідженнями елементарних частинок.

Однак холодна війна, що розпочалася, а найбільше створення і успішне випробування радянської атомної бомби в 1949 р., стали для запеклого антикомуніста Теллера новим шансом реалізувати свої наукові ідеї. Він повертається до Лос-Аламоської лабораторії, де створювалася атомна бомба, і спільно зі Станіславом Уламом та Корнеліусом Евереттом приступає до розрахунків.

Принцип термоядерної бомби

Щоб почалася реакція злиття ядер, потрібно миттєво нагріти заряд бомби до температури 50 мільйонів градусів. Схема термоядерної бомби, запропонована Теллером, використовує для цього вибух невеликої атомної боми, яка знаходиться всередині водневого корпусу. Можна стверджувати, що було три покоління у розвитку її проекту у 40-х роках минулого століття:

• варіант Теллера, відомий як "класичний супер";
• більш складні, але й реальніші конструкції з кількох концентричних сфер;
• остаточний варіант конструкції Теллера-Улама, яка є основою всіх працюючих досі систем термоядерної зброї.

Аналогічні етапи проектування пройшли і термоядерні бомби СРСР, на початку створення яких стояв Андрій Сахаров. Він, мабуть, цілком самостійно і незалежно від американців (чого не можна сказати про радянську атомну бомбу, створену спільними зусиллями вчених і розвідників, які працювали в США) пройшов перераховані вище етапи проектування.

Перші два покоління мали ту властивість, що вони мали послідовність зчеплених "шарів", кожен з яких посилював деякий аспект попереднього, і в деяких випадках встановлювався зворотний зв'язок. Там не було чіткого поділу між первинною атомною бомбою та вторинною термоядерною. На відміну від цього схема термоядерної бомби розробки Теллера-Улама різко розрізняє первинний вибух, вторинний, і при необхідності, додатковий.

Влаштування термоядерної бомби за принципом Теллера-Улама

Багато його деталей, як і раніше, залишаються засекреченими, але є достатня впевненість, що вся наявна нині термоядерна зброя використовує як прототип пристрій, створений Едвардом Теллеросом і Станіславом Уламом, в якому атомна бомба (тобто первинний заряд) використовується для генерації випромінювання, стискає та нагріває термоядерне паливо. Андрій Сахаров у Радянському Союзі, мабуть, незалежно вигадав аналогічну концепцію, яку він назвав "третьою ідеєю".

Схематично пристрій термоядерної бомби в цьому варіанті показано нижче.

Вона мала циліндричну форму з приблизно сферичною первинною атомною бомбою на одному кінці. Вторинний термоядерний заряд у перших, ще непромислових зразках, був із рідкого дейтерію, трохи пізніше він став твердим із хімічної сполуки під назвою дейтерид літію.

Справа в тому, що в промисловості давно використовується гідрид літію LiH для безбалонного транспортування водню. Розробники бомби (ця ідея спочатку була використана в СРСР) просто запропонували брати замість звичайного водню його ізотоп дейтерій і з'єднувати з літієм, оскільки з твердим зарядом термоядерним виконати бомбу набагато простіше.

За формою вторинний заряд був циліндр, поміщений у контейнер зі свинцевою (або уранової) оболонкою. Між зарядами знаходиться щит нейтронного захисту. Простір між стінками контейнера з термоядерним паливом і корпусом бомби заповнений спеціальним пластиком, як правило, пінополістиролом. Сам корпус бомби виконаний із сталі або алюмінію.

Ці форми змінилися в останніх конструкціях, таких як показана на малюнку нижче.

У ній первинний заряд сплюснуть, як кавун чи м'яч у американському футболі, а вторинний заряд – сферичний. Такі форми набагато ефективніше вписуються у внутрішній обсяг конічних ракетних боєголовок.

Послідовність термоядерного вибуху

Коли первинна атомна бомба детонує, то в перші миті цього процесу генерується потужне рентгенівське випромінювання (потік нейтронів), яке частково блокується щитом нейтронного захисту, і відбивається від внутрішнього облицювання корпусу, що оточує вторинний заряд, так що рентгенівські промені симетрично падають на нього довжина.

На початкових етапах термоядерної реакції нейтрони від атомного вибуху поглинаються пластиковим заповнювачем, щоб не допустити надто швидкого розігріву палива.

Рентгенівські промені викликають появу спочатку щільної пластикової піни, що заповнює простір між корпусом і вторинним зарядом, яка швидко переходить у стан плазми, що нагріває та стискає вторинний заряд.

Крім того, рентгенівські промені випаровують поверхню контейнера, що оточує вторинний заряд. Симетрично випаровується щодо цього заряду речовина контейнера набуває деякий імпульс, спрямований від його осі, а шари вторинного заряду згідно із законом збереження кількості руху одержують імпульс, спрямований до осі пристрою. Принцип тут той самий, що й у ракеті, тільки якщо уявити, що ракетне паливо розлітається симетрично від осі, а корпус стискається всередину.

В результаті такого стиснення термоядерного палива його обсяг зменшується в тисячі разів, а температура досягає рівня початку реакції злиття ядер. Відбувається вибух термоядерної бомби. Реакція супроводжується утворенням ядер тритію, які зливаються з ядрами дейтерію, що спочатку є у складі вторинного заряду.

Перші вторинні заряди були побудовані навколо стрижневого сердечника з плутонію, неофіційно званого "свічкою", який вступав у реакцію ядерного поділу, тобто здійснювався ще один, додатковий атомний вибух з метою ще більшого підвищення температури для гарантованого початку реакції злиття ядер. В даний час вважається, що більш ефективні системи стиснення усунули свічку, дозволяючи подальшу мініатюризацію конструкції бомби.

Операція Плющ

Так назвалися випробування американської термоядерної зброї на Маршаллових островах 1952 р., під час яких було підірвано першу термоядерну бомбу. Вона називалася Плющ Майк і була побудована за типовою схемою Теллера-Уламу. Її вторинний термоядерний заряд був поміщений у циліндричний контейнер, що представляє собою термічно ізольовану посудину Дьюара з термоядерним паливом у вигляді рідкого дейтерію, вздовж осі якого проходила свічка з 239-плутонію. Дьюар, у свою чергу, був покритий шаром 238-урану вагою понад 5 метричних тонн, який у процесі вибуху випаровувався, забезпечуючи симетричний стиск термоядерного палива. Контейнер з первинним та вторинним зарядами був поміщений у сталевий корпус 80 дюймів шириною та 244 дюйми довжиною зі стінками в 10-12 дюймів товщиною, що було найбільшим прикладом кованого виробу до того часу. Внутрішня поверхня корпусу була вистелена листами свинцю та поліетилену для відображення випромінювання після вибуху первинного заряду та створення плазми, що розігріває вторинний заряд. Весь пристрій важив 82 тонни. Вигляд пристрою незадовго до вибуху показано на фото нижче.

Перше випробування термоядерної бомби відбулося 31 жовтня 1952 р. Потужність вибуху становила 10,4 мегатонни. Аттол Еніветок, на якому його було зроблено, було повністю зруйновано. Момент вибуху показано на фото нижче.

СРСР дає симетричну відповідь

Термоядерна першість США протрималася недовго. 12.08.1953 р. на Семипалатинському полігоні була випробувана перша радянська термоядерна бомба РДС-6, розроблена під керівництвом Андрія Сахарова і Юлія Харитона. а скоріше лабораторний пристрій, громіздкий і вельми недосконалий. Радянські вчені, незважаючи на невелику потужність всього 400 кг, випробували цілком закінчений боєприпас з термоядерним паливом у вигляді твердого дейтериду літію, а не рідкого дейтерію, як у американців. До речі, слід зазначити, що у складі дейтериду літію використовується лише ізотоп 6 Li (це з особливостями проходження термоядерних реакцій), а природі він у суміші з ізотопом 7 Li. Тому були побудовані спеціальні виробництва для поділу ізотопів літію та відбору лише 6 Li.

Досягнення граничної потужності

Потім було десятиліття безперервної гонки озброєнь, протягом якого потужність термоядерних боєприпасів безперервно зростала. Нарешті, 30.10.1961 р. в СРСР над полігоном Нова Земля в повітрі на висоті близько 4 км було підірвано найпотужнішу термоядерну бомбу, яку колись було побудовано і випробувано, відому на Заході як «Цар-бомба».

Цей триступінчастий боєприпас розроблявся насправді як 101,5-мегатонна бомба, але прагнення знизити радіоактивне зараження території змусило розробників відмовитися від третього ступеня потужністю 50 мегатонн і знизити розрахункову потужність пристрою до 51,5 мегатонн. При цьому 1,5 мегатонни становила потужність вибуху первинного атомного заряду, а друга термоядерна ступінь повинна була дати ще 50. Реальна потужність вибуху склала до 58 мегатонн. Зовнішній вигляд бомби показаний на фото нижче.

Наслідки його були вражаючими. Незважаючи на дуже суттєву висоту вибуху в 4000 м, неймовірно яскрава вогненна куля нижнім краєм майже досягла Землі, а верхньою піднялася до висоти понад 4,5 км. Тиск нижче точки розриву був у шість разів вищий за піковий тиск під час вибуху в Хіросімі. Спалах світла був настільки яскравим, що його було видно на відстані 1000 кілометрів, незважаючи на похмуру погоду. Один із учасників тесту побачив яскравий спалах через темні окуляри та відчув наслідки теплового імпульсу навіть на відстані 270 км. Фото моменту вибуху показано нижче.

При цьому було показано, що потужність термоядерного заряду справді не має обмежень. Адже достатньо було виконати третій ступінь, і розрахункову потужність було б досягнуто. Адже можна нарощувати число щаблів і далі, оскільки вага «Цар-бомби» склала не більше 27 тонн. Вигляд цього пристрою показано на фото нижче.

Після цих випробувань багатьом політикам і військовим як у СРСР, так і в США стало зрозуміло, що настала межа гонки ядерних озброєнь і її слід зупинити.

Сучасна Росія успадкувала ядерний арсенал СРСР. Сьогодні термоядерні бомби Росії продовжують служити стримуючим фактором для тих, хто прагне світової гегемонії. Сподіватимемося, що вони зіграють свою роль тільки у вигляді залякування і ніколи не будуть підірвані.

Сонце як термоядерний реактор

Загальновідомо, що температура Сонця, точніше його ядра, що досягає 15000000 К, підтримується за рахунок безперервного протікання термоядерних реакцій. Однак усе, що ми могли почерпнути з попереднього тексту, говорить про вибуховий характер таких процесів. Тоді чому Сонце не вибухає, як термоядерна бомба?

Справа в тому, що при величезній частці водню у складі сонячної маси, яка досягає 71%, частка його ізотопу дейтерію, ядра якого тільки і можуть брати участь у реакції термоядерного синтезу, мізерно мала. Справа в тому, що ядра дейтерію самі утворюються в результаті злиття двох ядер водню, та не просто злиття, а з розпадом одного з протонів на нейтрон, позитрон і нейтрино (т. зв. бета-розпад), що є рідкісною подією. При цьому ядра дейтерію, що утворюються, розподілені за обсягом сонячного ядра досить рівномірно. Тому при її величезних розмірах і масі окремі та рідкісні вогнища термоядерних реакцій щодо невеликої потужності розмазані по всьому його ядру Сонця. Тепла, що виділяється при цих реакціях, явно недостатньо, щоб миттєво випалити весь дейтерій в Сонці, але вистачає для його нагріву до температури, що забезпечує життя на Землі.

Атомна енергія виділяється не тільки при розподілі атомних ядер важких елементів, але і при з'єднанні (синтезі) легких ядер у важчі.

Наприклад, ядра атомів водню, з'єднуючись, утворюють ядра атомів гелію, при цьому виділяється енергії на одиницю ваги ядерного пального більше, ніж при розподілі ядер урану.

Ці реакції синтезу ядер, що протікають за дуже високих температур, що вимірюються десятками мільйонів градусів, отримали назву термоядерних реакцій. Зброя, заснована на використанні енергії, що миттєво виділяється в результаті термоядерної реакції, називається термоядерною зброєю.

Термоядерна зброя, в якій як заряд (ядерна вибухова речовина) використовуються ізотопи водню, часто називають водневою зброєю.

Особливо успішно протікає реакція синтезу між ізотопами водню – дейтерієм та тритієм.

Як заряд водневої бомби може застосовуватися і дейтерій літію (з'єднання дейтерію з літієм).

Дейтерій, або важкий водень, у незначних кількостях зустрічається у природі у складі важкої води. У звичайній воді як домішки міститься близько 0,02% важкої води. Щоб отримати 1 кг дейтерію, треба переробити щонайменше 25 т води.

Тритій, чи надважкий водень, у природі мало зустрічається. Він виходить штучно, наприклад, при опроміненні літію нейтронами. З цією метою можуть бути використані нейтрони, що виділяються в ядерних реакторах.

Практично пристрій водневої бомбиможна уявити так: поруч із водневим зарядом, що містить важкий і надважкий водень (тобто дейтерій і тритій), знаходяться два віддалених один від одного півкулі з урану або плутонію (атомний заряд).

Для зближення цих півкуль використовуються заряди із звичайної вибухової речовини (тротилу). Вибухаючись одночасно, заряди з тротилу зближують півкулі атомного заряду. У момент їх з'єднання відбувається вибух, тим самим створюються умови для термоядерної реакції, а отже відбудеться вибух і водневого заряду. Таким чином, реакція вибуху водневої бомби проходить дві фази: перша фаза – розподіл урану або плутонію, друга – фаза синтезу, при якій утворюються ядра гелію та вільні нейтрони великих енергії. В даний час є схеми побудови трифазної термоядерної бомби.

У трифазній бомбі оболонку виготовляють із урану-238 (природного урану). У цьому випадку реакція проходить три фази: перша фаза поділу (уран або плутоній для детонації), друга - термоядерна реакція в гідриті літію та третя фаза - реакція поділу урану-238. Розподіл ядер урану викликають нейтрони, які виділяються як потужного потоку при реакції синтезу.

Виготовлення оболонки з урану-238 дозволяє збільшити потужність бомби за рахунок найбільш доступної атомної сировини. За повідомленням іноземного друку, вже випробовувалися бомби потужністю 10-14 млн. тонн і більше. Стає очевидним, що це не межа. Подальше вдосконалення ядерної зброї йде як лінією створення бомб особливо великої потужності, і по лінії розробки нових конструкцій, дозволяють зменшити вагу і калібр бомб. Зокрема працюють над створенням бомби, заснованої повністю на синтезі. Існують, наприклад, повідомлення в іноземній пресі про можливість застосування нового методу детонації термоядерних бомб на основі використання ударних хвиль звичайних вибухових речовин.

Енергія, що виділяється під час вибуху водневої бомби, може бути в тисячі разів більше, ніж енергія вибуху атомної бомби. Однак радіус руйнування не може перевищувати в стільки ж радіус руйнувань, спричинених вибухом атомної бомби.

Радіус дії ударної хвилі при повітряному вибуху водневої бомби з тротиловим еквівалентом в 10 млн. т більше радіусу дії ударної хвилі, що утворюється при вибуху атомної бомби з тротиловим еквівалентом в 20000 тонн, приблизно в 8 разів, тоді як потужність бомби більша в 500 разів, т е. на корінь кубічний з 500. Відповідно до цього і площа руйнування збільшується приблизно в 64 рази, тобто пропорційно кореню кубічного з коефіцієнта збільшення потужності бомби в квадраті.

За даними іноземних авторів, при ядерному вибуху потужністю 20 млн. т площа повного руйнування звичайних наземних будов, за підрахунками американських фахівців, може досягти 200 км2, зона значних руйнувань – 500 км2 та часткових – до 2580 км2.

Це означає, роблять висновок іноземні фахівці, що вибуху однієї бомби подібної потужності достатньо для руйнування сучасного великого міста. Як відомо, займана площа Парижа – 104 км 2 , Лондона – 300 км 2 , Чикаго – 550 км 2 , Берліна – 880 км 2 .

Масштаби уражень та руйнувань від ядерного вибуху потужністю 20 млн. т можуть бути представлені схематично, в наступному вигляді:

Область смертельних доз початкової радіації у радіусі до 8 км (на площі до 200 км2);

Область поразок світловим випромінюванням (опіки) у радіусі до 32 км (на площі близько 3000 км 2 ).

Ушкодження житлових будівель (вибиті шибки, обсипалася штукатурка тощо) можуть спостерігатися навіть на відстані до 120 км від місця вибуху.

Наведені дані із відкритих іноземних джерел є орієнтовними, вони отримані при випробуванні ядерних боєприпасів меншої потужності та шляхом розрахунків. Відхилення від цих даних у той чи інший бік залежатимуть від різних факторів, і насамперед від рельєфу місцевості, характеру забудови, метеорологічних умов, рослинного покриву тощо.

Змінити радіус ураження значною мірою можна шляхом створення штучно тих чи інших умов, що знижують ефект впливу факторів вибуху. Так, наприклад, можна зменшити вражаючу дію світлового випромінювання, скоротити площу, на якій можуть виникнути опіки у людей і займатися предметами шляхом створення димової завіси.

Проведені досліди США щодо створення димових завіс при ядерних вибухах в 1954-1955 гг. показали, що при щільності завіси (масляних туманів), що отримується при витраті 440-620 л олії на 1 км 2 вплив світлового випромінювання ядерного вибуху в залежності від відстані до епіцентру можна послабити на 65-90%.

Послаблюють вражаючий вплив світлового випромінювання також інші дими, які не тільки не поступаються, а в ряді випадків перевершують масляні тумани. Зокрема, промисловий дим, що зменшує атмосферну видимість, може послабити вплив світлового випромінювання так само, як і масляні тумани.

Набагато можна зменшити вражаючий ефект ядерних вибухів шляхом розосередженого будівництва населених пунктів, створення масивів лісових насаджень тощо.

Особливо слід відзначити різке зменшення радіусу поразки людей залежно від використання тих чи інших засобів захисту. Відомо, наприклад, що навіть на невеликій відстані від епіцентру вибуху надійним укриттям від впливу світлового випромінювання і проникаючої радіації є притулок, що має шар земляного покриття товщиною 1,6 м або шар бетону в 1 м.

Притулок легкого типу зменшує радіус зони ураження людей у ​​порівнянні з відкритим розташуванням у шість разів, а площа ураження скорочується у десятки разів. При використанні критих щілин радіус можливого ураження зменшується вдвічі.

Отже, при максимальному використанні всіх наявних способів і засобів захисту можна досягти значного зниження впливу вражаючих факторів ядерної зброї і тим самим зменшення людських і матеріальних втрат при його застосуванні.

Говорячи про масштаби руйнувань, які можуть бути викликані вибухами ядерної зброї великої потужності, необхідно мати на увазі, що поразки будуть завдані не тільки дією ударної хвилі, світлового випромінювання і проникаючої радіації, але й дією радіоактивних речовин, що випадають шляхом руху хмари, що утворилася при вибуху хмари , До складу якого входять не тільки газоподібні продукти вибуху, але і тверді частинки різної величини як за вагою, так і за розмірами. Особливо велика кількість радіоактивного пилу утворюється під час наземних вибухів.

Висота підйому хмари та її розміри багато в чому залежить від потужності вибуху. За повідомленням іноземного друку, при випробуванні ядерних зарядів потужністю кілька мільйонів тонн тротилу, які проводилися США в районі Тихого океану в 1952-1954 рр., верхівка хмари досягла висоти 30-40 км.

У перші хвилини після вибуху хмара має форму кулі і з часом витягується у напрямку вітру, досягаючи величезної величини (близько 60-70 км).

Приблизно через годину після вибуху бомби з тротиловим еквівалентом 20 тисяч т обсяг хмари досягає 300 км 3 , а під час вибуху бомби 20 млн т обсяг може досягти 10 тис км 3 .

Рухаючись у напрямку потоку повітряних мас, атомна хмара може зайняти смугу завдовжки кілька десятків кілометрів.

З хмари під час його руху, після підйому у верхні шари розрядженої атмосфери, вже за кілька хвилин починає випадати на землю радіоактивний пил, заражаючи дорогою територію в кілька тисяч квадратних кілометрів.

Спочатку випадають найбільш важкі частки пилу, які встигають осісти протягом декількох годин. Основна маса великого пилу випадає у перші 6-8 годин після вибуху.

Близько 50% частинок (найбільших) радіоактивного пилу випадає протягом перших 8 годин після вибуху. Це випадання часто називають місцевим на відміну загального, повсюдного.

Дрібніші частинки пилу залишаються в повітрі на різних висотах і випадають на землю протягом двох тижнів після вибуху. За цей час хмара може обійти навколо земної кулі кілька разів, захоплюючи при цьому широку смугу паралельно до широти, на якій був зроблений вибух.

Частинки малих розмірів (до 1 мк) залишаються у верхніх шарах атмосфери, розподіляючись рівномірніше навколо земної кулі, і випадають протягом наступного ряду років. На думку вчених, випадання дрібного радіоактивного пилу триває повсюдно протягом близько десяти років.

Найбільшу небезпеку для населення становить радіоактивний пил, що випадає в перші години після вибуху, тому що при цьому рівень радіоактивного зараження є настільки високим, що може спричинити смертельні поразки людей і тварин, які опинилися на території шляхом руху радіоактивної хмари.

Розміри площі та ступінь зараження місцевості в результаті випадання радіоактивного пилу багато в чому залежать від метеорологічних умов, рельєфу місцевості, висоти вибуху, величини заряду бомби, характеру ґрунту тощо. сила вітрів, що панують у районі вибуху на різних висотах.

Щоб визначити можливий напрямок руху хмари, необхідно знати, в якому напрямку і з якою швидкістю дме вітер на різних висотах, починаючи з висоти приблизно 1 км і закінчуючи 25-30 км. Для цього метеослужба має вести постійні спостереження та вимірювання вітру за допомогою радіозондів на різних висотах; на підставі отриманих даних визначати, в якому напрямку найімовірніше рух радіоактивної хмари.

При вибуху водневої бомби, виробленому США в 1954 році в районі центральної частини Тихого океану (на атоле Бікіні), заражена ділянка території мала форму витягнутого еліпса, що тяглася на 350 км за вітром і на 30 км проти вітру. Найбільша ширина лінії становила близько 65 км. Загальна площа небезпечного зараження досягала близько 8 тис. км2.

Як відомо, внаслідок цього вибуху зараження радіактивним пилом зазнало японське рибальське судно «Фукурюмару», яке знаходилося на той час на відстані близько 145 км. 23 рибалки, що знаходилися на цьому судні, отримали поразки, причому один з них смертельне.

Дія радіоактивного пилу, що випав після вибуху 1 березня 1954 року, зазнали також 29 американських службовців і 239 жителів Маршаллових островів, причому всі поразки знаходилися на відстані більше 300 км від місця вибуху. Виявилися зараженими також і інші судна, що знаходилися в Тихому океані на відстані до 1500 км від Бікіні, і частина риби поблизу японського берега.

На забруднення атмосфери продуктами вибуху вказували дощі, що випали в травні на тихоокеанському узбережжі та Японії, в яких було виявлено сильно підвищену радіоактивність. Райони, в яких відмічено випадання радіоактивних опадів протягом травня 1954 року, займають близько третини всієї території Японії.

Наведені вище дані про масштаби поразок, які можуть бути завдані населенню під час вибуху атомних бомб великих калібрів, показують, що ядерні заряди великої потужності (мільйони тонн тротилу) можна вважати зброєю радіологічною, тобто зброєю, що вражає більше радіоактивними продуктами вибуху, ніж ударною хвилею, світловим випромінюванням і радіацією, що проникає, що діє в момент вибуху.

Тому в ході підготовки населених пунктів та об'єктів народного господарства до цивільної оборони необхідно повсюдно передбачати заходи щодо захисту населення, тварин, продуктів харчування, фуражу та води від зараження продуктами вибуху ядерних зарядів, які можуть випадати шляхом руху радіоактивної хмари.

При цьому слід мати на увазі, що в результаті випадання радіоактивних речовин піддаватиметься зараженню не тільки поверхня ґрунту та предметів, а й повітря, рослинність, вода у відкритих водоймах тощо. в наступний час, особливо вздовж доріг при русі транспорту або за вітряної погоди, коли частинки пилу, що осіли, будуть знову підніматися в повітря.

Отже, незахищені люди і тварини можуть виявитися ураженими радіоактивним пилом, що потрапляє до органів дихання разом із повітрям.

Небезпечними також виявляться харчові продукти та вода, заражені радіоактивним пилом, які при попаданні в організм можуть спричинити тяжке захворювання, іноді зі смертельними наслідками. Таким чином, у районі випадання радіоактивних речовин, що утворюються при ядерному вибуху, люди будуть зазнавати поразки не тільки внаслідок зовнішнього опромінення, а й при потраплянні в організм зараженої їжі, води чи повітря. При організації захисту від ураження продуктами ядерного вибуху слід враховувати, що ступінь зараження слідом руху хмари в міру віддалення від місця вибуху знижується.

Тому і небезпека, яку наражається населення, що знаходиться в районі смуги зараження, на різній відстані від місця вибуху неоднакова. Найбільш небезпечними будуть райони, що належать до місця вибуху, і райони, розташовані вздовж осі руху хмари (середня частина смуги по сліду руху хмари).

Нерівномірність радіоактивного зараження шляхом руху хмари певною мірою має закономірний характер. Цю обставину необхідно брати до уваги під час організації та проведення заходів щодо протирадіаційного захисту населення.

Необхідно також враховувати, що з моменту вибуху до моменту випадання з хмари радіоактивних речовин проходить деякий час. Це час тим більше, що далі від місця вибуху, і може обчислюватися кількома годинами. Населення районів, віддалених від місця вибуху, матиме достатній час, щоб вжити відповідних заходів захисту.

Зокрема, за умови своєчасної підготовки засобів оповіщення та чіткої роботи відповідних формувань ДО населення може бути повідомлено про небезпеку приблизно за 2-3 години.

Протягом цього часу при завчасній підготовці населення та високої організованості можна здійснити низку заходів, які забезпечують достатньо надійний захист від радіоактивного ураження людей та тварин. Вибір тих чи інших заходів і способів захисту визначатиметься конкретними умовами обстановки, що склалася. Проте загальні принципи мають бути визначені, і відповідно до цього заздалегідь розроблено плани цивільної оборони.

Можна вважати, що за певних умов найбільш раціональним слід визнати прийняття в першу чергу заходів захисту на місці, використовуючи всі засоби та засоби. способи, що оберігають як від попадання радіоактивних речовин усередину організму, так і від зовнішнього опромінення.

Як відомо, найбільш ефективним засобом захисту від зовнішнього опромінення є притулки (пристосовані з урахуванням вимог протиатомного захисту, а також будівлі з масивними стінами, збудовані із щільних матеріалів (цегли, цементу, залізобетону тощо), у тому числі підвали, землянки , погреби, криті щілини та звичайні житлові споруди.

При оцінці захисних властивостей будівель та споруд можна керуватися такими орієнтовними даними: дерев'яний будинок послаблює дію радіоактивних випромінювань залежно від товщини стін у 4-10 разів, кам'яний будинок – у 10-50 разів, льохи та підвали у дерев'яних будинках – у 50-100 раз, щілина з перекриттям із шару землі 60-90 см - у 200-300 разів.

Отже, у планах цивільної оборони має бути передбачене використання у разі потреби в першу чергу споруд, що мають більш потужні захисні засоби; при отриманні сигналу про небезпеку ураження населення має негайно сховатися в цих приміщеннях і знаходитись там доти, доки не буде оголошено про подальші дії.

Час перебування людей у ​​приміщеннях, призначених для укриття, залежатиме, головним чином, від того, якою мірою виявиться зараженим район розташування населеного пункту, та швидкості зниження рівня радіації з плином часу.

Так, наприклад, у населених пунктах, які перебувають на значній відстані від місця вибуху, де сумарні дози опромінення, які отримають незахищені люди, можуть протягом короткого часу стати безпечними, населенню доцільно перечекати цей час у укриттях.

У районах сильного радіоактивного зараження, де сумарна доза, яку можуть отримати незахищені люди, буде високою та зниження її виявиться тривалим у цих умовах, тривале перебування людей у ​​укриттях стане скрутним. Тому найраціональнішим у таких районах слід вважати спочатку укриття населення дома, та був евакуація їх у незаряджені райони. Початок евакуації та її тривалість залежатиме від місцевих умов: рівня радіоактивного зараження, наявності транспортних засобів, шляхів сполучення, пори року, віддаленості місць розміщення евакуйованих тощо.

Таким чином, територію радіоактивного зараження слідом радіоактивної хмари можна розділити умовно на дві зони з різними принципами захисту населення.

У першу зону входить територія, де рівні радіації після 5-6 діб після вибуху залишаються високими та знижуються повільно (приблизно на 10-20% щодобово). Евакуація населення з таких районів може початися лише після зниження рівня радіації до таких показників, за яких за час збору та руху в зараженій зоні люди не отримають сумарної дози понад 50 грн.

До другої зони відносяться райони, в яких рівні радіації знижуються протягом перших 3-5 діб після вибуху до 0,1 рентген/година.

Евакуація населення із цієї зони не доцільна, оскільки цей час можна перечекати в укриттях.

Успішне здійснення заходів щодо захисту населення у всіх випадках немислиме без ретельної радіаційної розвідки та спостереження та постійного контролю рівня радіації.

Говорячи про захист населення від радіоактивного ураження за слідом руху хмари, що утворився при ядерному вибуху, слід пам'ятати, що можна уникнути поразки або досягти її зниження лише за чіткої організації комплексу заходів, до яких належить:

• організація системи оповіщення, що забезпечує своєчасне попередження населення про найбільш ймовірний напрямок руху радіоактивної хмари та небезпеки ураження. З цією метою повинні бути використані всі наявні засоби зв'язку – телефон, радіостанції, телеграф, радіотрансляція тощо;
• підготовка формувань ГО щодо розвідки як і містах, і у районах сільській місцевості;
• укриття людей у ​​сховищах чи інших приміщеннях, що захищають від радіоактивних випромінювань (підвали, льохи, щілини тощо);
• проведення евакуації населення та тварин з району стійкого зараження радіоактивним пилом;
• підготовка формувань та установ медичної служби ДО до дій з надання допомоги ураженим, головним чином лікуванню, проведенню санітарної обробки, експертизи води та харчових продуктів на зараженість радіоактивними речовинами;
• завчасне проведення заходів щодо захисту продуктів харчування на складах, у торговельній мережі, на підприємствах громадського харчування, а також джерел водопостачання від зараження радіоактивним пилом (герметизація складських приміщень, підготовка тари, підручних матеріалів для укриття продуктів, підготовка засобів для дезактивації продовольства та тари, оснащення дозиметричними приладами);
• проведення заходів щодо захисту тварин та надання допомоги тваринам у разі ураження.

Для забезпечення надійного захисту тварин необхідно передбачити утримання їх у колгоспах, радгоспах по можливості дрібними групами за бригадами, фермами чи населеними пунктами, що мають місця укриття.

Слід також передбачити створення додаткових водойм чи колодязів, які можуть стати резервними джерелами водопостачання у разі зараження води постійно діючих джерел.

Важливого значення набувають складські приміщення, в яких зберігається фураж, а також тваринницькі приміщення, які по можливості слід герметизувати.

Для захисту цінних племінних тварин необхідно мати індивідуальні засоби захисту, які можуть бути виготовлені з підручних матеріалів на місці (пов'язки для захисту очей, торби, ковдри та ін.), а також протигази (за наявності).

Для проведення дезактивації приміщень та ветеринарної обробки тварин необхідно заздалегідь врахувати дезінфекційні установки, що обприскувачі, дощувальні установки, зріджувальні розкидачі та інші механізми та ємності, що є в господарстві, за допомогою яких можна проводити роботи з знезараження та ветобробки;

Організація та підготовка формувань та установ для проведення робіт з дезактивації споруд, місцевості, транспорту, одягу, спорядження та іншого майна ГО, для чого заздалегідь здійснюються заходи щодо пристосування комунальної техніки, сільськогосподарських машин, механізмів та приладів для цих цілей. Залежно від наявності техніки повинні бути створені та навчені відповідні формування – загони команди групи, ланки тощо.

Водородна бомба, зброя великої руйнівної сили (порядку мегатон у тротиловому еквіваленті), принцип дії якого заснований на реакції термоядерного синтезу легких ядер. Джерелом енергії вибуху є процеси, аналогічні до процесів, що протікають на Сонці та інших зірках.

У 1961 році був зроблений найпотужніший вибух водневої бомби.

Вранці 30 жовтня об 11 год. 32 хв. над Новою Землею в районі Губи Мітюші на висоті 4000 м над поверхнею суші було підірвано водневу бомбу потужністю 50 млн. т тротилу.

Радянський Союз провів випробування найпотужнішого історія термоядерного устрою. Навіть у "половинному" варіанті (а максимальна потужність такої бомби становить 100 мегатонн) енергія вибуху десятикратно перевищувала сумарну потужність усіх вибухових речовин, використаних усіма воюючими сторонами за роки Другої світової війни (включаючи атомні бомби, скинуті на Хіросіму та Нагасакі). Ударна хвиля від вибуху тричі обігнула земну кулю, вперше - за 36 год. 27 хв.

Світловий спалах був настільки яскравим, що, незважаючи на суцільну хмарність, було видно навіть із командного пункту в селищі Білуша Губа (віддаленому від епіцентру вибуху майже на 200 км). Грибоподібна хмара зросла до висоти 67 км. На момент вибуху, поки на величезному парашуті бомба повільно опускалася з висоти 10500 до розрахункової точки підриву, літак-носій Ту-95 з екіпажем та його командиром майором Андрієм Єгоровичем Дурновцевим уже був у безпечній зоні. Командир повертався на свій аеродром підполковником, Героєм Радянського Союзу. У покинутому селищі - 400 км від епіцентру - було порушено дерев'яні будинки, а кам'яні позбулися дахів, вікон та дверей. На багато сотень кілометрів від полігону внаслідок вибуху майже на годину змінилися умови проходження радіохвиль, і припинився радіозв'язок.

Бомба була розроблена В.Б. Адамським, Ю.М. Смирновим, А.Д. Сахаровим, Ю.М. Бабаєвим та Ю.А. Трутнєвим (за що Сахаров був нагороджений третьою медаллю Героя Соціалістичної Праці). Маса "пристрою" становила 26 тонн, для її транспортування та скидання використовувався спеціально модифікований стратегічний бомбардувальник Ту-95.

"Супербомба", як називав її А.Сахаров, не містилася у бомбовому відсіку літака (її довжина становила 8 метрів, а діаметр - близько 2 метрів), тому несилову частину фюзеляжу вирізали та змонтували спеціальний підйомний механізм та пристрій для кріплення бомби; при цьому в польоті вона все одно більше ніж наполовину стирчала назовні. Весь корпус літака, навіть лопаті його гвинтів, був покритий спеціальною білою фарбою, що захищає від світлового спалаху під час вибуху. Такою ж фарбою був покритий корпус літака-лабораторії, що супроводжував.

Результати вибуху заряду, який отримав на Заході ім'я «Цар-бомба», вражали:

* Ядерний «гриб» вибуху піднявся на висоту 64 км; діаметр його капелюшка досяг 40 кілометрів.

Вогненна куля розриву досягла землі і майже досягла висоти скидання бомби (тобто, радіус вогняної кулі вибуху був приблизно 4,5 кілометра).

* Випромінювання викликало опіки третього ступеня на відстані до ста кілометрів.

* На піку виділення випромінювання вибух досяг потужності в 1% від сонячної.

* Ударна хвиля, що виникла в результаті вибуху, тричі обігнула земну кулю.

* Іонізація атмосфери стала причиною перешкод радіозв'язку навіть за сотні кілометрів від полігону протягом однієї години.

* Свідки відчули удар та змогли описати вибух на відстані тисячі кілометрів від епіцентру. Також ударна хвиля певною мірою зберегла руйнівну силу на відстані тисячі кілометрів від епіцентру.

* Акустична хвиля докотилася до острова Діксон, де вибуховою хвилею повибивало вікна в будинках.

Політичним результатом цього випробування була демонстрація Радянським Союзом володіння необмеженою за потужністю зброєю масового знищення - максимальний мегатонаж бомби з випробуваних на той момент США був вчетверо меншим, ніж у «Цар-бомби». Насправді збільшення потужності водневої бомби досягається простим збільшенням маси робочого матеріалу, так що, в принципі, немає жодних факторів, що перешкоджають створенню 100-мегатонної або 500-мегатонної водневої бомби. (Насправді, «Цар-бомба» була розрахована на 100-мегатонний еквівалент; заплановану потужність вибуху урізали вдвічі, за словами Хрущова, «Щоб не розбити всі шибки в Москві»). Цим випробуванням Радянський Союз продемонстрував здатність створити водневу бомбу будь-якої потужності та засоби доставки бомби до точки підриву.

Термоядерні реакції.У надрах Сонця міститься гігантська кількість водню, що перебуває у стані надвисокого стиску при температурі прибл. 15 000 000 К. При настільки високих температурі і щільності плазми ядра водню відчувають постійні зіткнення один з одним, частина з яких завершується їх злиттям і зрештою утворенням важких ядер гелію. Подібні реакції, які мають назву термоядерного синтезу, супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. Відповідно до законів фізики, енерговиділення при термоядерному синтезі обумовлено тим, що при утворенні більш важкого ядра частина маси легких ядер, що увійшли до його складу, перетворюється на колосальну кількість енергії. Саме тому Сонце, маючи гігантську масу, у процесі термоядерного синтезу щодня втрачає бл. 100 млрд. т речовини і виділяє енергію, завдяки якій стало можливим життя на Землі.

Ізотопи водню.Атом водню - найпростіший із усіх існуючих атомів. Він складається з одного протона, що є його ядром, довкола якого обертається єдиний електрон. Ретельні дослідження води (H 2 O) показали, що в ній у нікчемній кількості є «важка» вода, що містить «важкий ізотоп» водню - дейтерій (2 H). Ядро дейтерію складається з протону і нейтрону - нейтральної частки, за масою близькою до протону.

Існує третій ізотоп водню - тритій, в ядрі якого містяться один протон і два нейтрони. Тритій нестабільний і зазнає мимовільного радіоактивного розпаду, перетворюючись на ізотоп гелію. Сліди тритію виявлено в атмосфері Землі, де він утворюється в результаті взаємодії космічних променів з молекулами газів, що входять до складу повітря. Тритій отримують штучним шляхом у ядерному реакторі, опромінюючи ізотоп літій-6 потоком нейтронів.

Розробка водневої бомби.Попередній теоретичний аналіз показав, що термоядерний синтез найлегше здійснити в суміші дейтерію та тритію. Взявши це за основу, вчені США на початку 1950 року розпочали реалізацію проекту зі створення водневої бомби (HB). Перші випробування модельного ядерного пристрою були проведені на полігоні Еніветок навесні 1951; термоядерний синтез був лише частковим. Значний успіх був досягнутий 1 листопада 1951 року при випробуванні масивного ядерного пристрою, потужність вибуху якого склала 4? 8 Мт у тротиловому еквіваленті.

Перша воднева авіабомба була підірвана в СРСР 12 серпня 1953 року, а 1 березня 1954 року на атоле Бікіні американці підірвали потужнішу (приблизно 15 Мт) авіабомбу. З того часу обидві держави проводили вибухи вдосконалених зразків мегатонної зброї.

Вибух на атоле Бікіні супроводжувався викидом великої кількості радіоактивних речовин. Частина з них випала за сотні кілометрів від місця вибуху на японське рибальське судно «Щасливий дракон», а інша покрила острів Ронгелап. Оскільки в результаті термоядерного синтезу утворюється стабільний гелій, радіоактивність при вибуху суто водневої бомби має бути не більшою, ніж у атомного детонатора термоядерної реакції. Однак у розглянутому випадку прогнозовані та реальні радіоактивні опади значно розрізнялися за кількістю та складом.

Механізм дії водневої бомби Послідовність процесів, що відбуваються під час вибуху водневої бомби, можна наступним чином. Спочатку вибухає заряд-ініціатор термоядерної реакції (невелика атомна бомба), що знаходиться всередині оболонки HB, в результаті чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температура, необхідна для ініціації термоядерного синтезу. Нейтрони бомбардують вкладиш з дейтериду літію - з'єднання дейтерію з літієм (використовується ізотоп літію з масовим числом 6). Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій та тритій. Таким чином, атомний запал створює необхідні для синтезу матеріали безпосередньо в наведеній в дію бомбі.

Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи до синтезу все більшу кількість водню. При подальшому підвищенні температури могла б початися реакція між ядрами дейтерію, характерна для водневої бомби. Всі реакції, звичайно, протікають настільки швидко, що сприймаються як миттєві.

Поділ, синтез, поділ (супербомба). Насправді у бомбі описана вище послідовність процесів закінчується на стадії реакції дейтерію з тритієм. Далі конструктори бомби воліли використовувати не синтез ядер, які розподіл. В результаті синтезу ядер дейтерію і тритію утворюються гелій і швидкі нейтрони, енергія яких досить велика, щоб викликати поділ ядер урану-238 (основний ізотоп урану значно дешевший, ніж уран-235, що використовується в звичайних атомних бомбах). Швидкі нейтрони розщеплюють атоми уранової оболонки супербомби. Розподіл однієї тонни урану створює енергію, еквівалентну 18 Мт. Енергія йде не лише на вибух та виділення тепла. Кожне ядро ​​урану розщеплюється на два радіоактивні «уламки». До продуктів поділу входять 36 різних хімічних елементів і майже 200 радіоактивних ізотопів. Все це і становить радіоактивні опади, які супроводжують вибухи супербомбів.

Завдяки унікальній конструкції та описаному механізму дії зброю такого типу може бути зроблено як завгодно потужною. Воно набагато дешевше за атомні бомби тієї ж потужності.

30 жовтня 1961 року на радянському ядерному полігоні Нової Землі прогримів найпотужніший вибух історія людства. Ядерний гриб піднявся на висоту 67 кілометрів, а діаметр «капелюшка» це гриба становив 95 кілометрів. Ударна хвиля тричі обійшла земну кулю (а вибуховою хвилею зносило дерев'яні споруди на відстані кількох сотень кілометрів від полігону). Спалах вибуху було видно з відстані тисячу кілометрів, незважаючи на те, що над Новою Землею висіла густа хмарність. Протягом майже години у всій Арктиці не працював радіозв'язок. Потужність вибуху за різними даними становила від 50 до 57 мегатонн (мільйонів тонн тротилу).

Втім, як пожартував Микита Сергійович Хрущов, потужність бомби не стали доводити до 100 мегатонн, тільки тому, що в цьому випадку в Москві вибило б усі шибки. Але в кожному жарті є частка жарту – спочатку планувалося підірвати саме 100-мегатонну бомбу. І вибух на Новій Землі переконливо довів, що створення бомби потужністю хоч у 100 мегатонн, хоч у 200 – цілком здійсненне завдання. Але й 50 мегатонн – це майже вдесятеро більше за потужність усіх боєприпасів, витрачених за всю Другу Світову війну всіма країнами - учасницями. До того ж, у разі випробування виробу потужністю в 100 мегатон від полігону на Новій Землі (та й від більшої частини цього острова) залишився б тільки оплавлений кратер. У Москві шибки, швидше за все, вціліли б, але в Мурманську могли й вилетіти.

Макет водневої бомби. Історико-меморіальний Музей ядерної зброї у Сарові

Пристрій підірваний на висоті 4200 метрів над рівнем моря 30 жовтня 1961 року увійшов в історію під ім'ям «Цар-Бомба». Ще одна неофіційна назва – «Кузькіна Мати». А офіційна назва цієї водневої бомби була не такою гучною – скромний виріб АН602. Військового значення ця чудо-зброя не мала – не в тоннах тротилового еквівалента, а у звичайних метричних тоннах «виріб» важив 26 тонн і його було б проблематично доставити до «адресату». Це була демонстрація сили – наочний доказ того, що Країні Рад під силу створити зброю масового знищення будь-якої потужності. Що ж змусило керівництво нашої країни піти на такий безпрецедентний крок? Зрозуміло, не що інше, як загострення відносин зі Сполученими Штатами. Ще зовсім недавно здавалося, що США і Радянський Союз досягли взаєморозуміння з усіх питань - у вересні 1959 Хрущов відвідав США з офіційним візитом, планувався і візит у відповідь до Москви президента Дуайта Ейзенхауера. Але 1 травня 1960 року над радянською територією було збито американський літак-розвідник U-2. У квітні 1961 року американські спецслужби організували висадку на Кубу загонів добре підготовлених та навчених кубинських емігрантів у затоці Плайя-Хірон (ця авантюра завершилася переконливою перемогою Фіделя Кастро). У Європі великі держави було неможливо визначитися зі статусом Західного Берліна. У результаті, 13 серпня 1961 року столиця Німеччини виявилася перегородженою знаменитою Берлінською стіною. Нарешті, в тому 1961 США розмістили в Туреччині ракети PGM-19 «Юпітер» - європейська частина Росії (включаючи Москву) знаходилася в межах дальності дії цих ракет (роком пізніше Радянський Союз розмістить ракети на Кубі і почнеться знаменитий Карибський Криза). Це не кажучи вже про те, що паритету за кількістю ядерних зарядів та їх носіїв тоді між Радянським Союзом та Америкою тоді не було – 6 тисячам американських боєголовок ми могли протиставити лише триста. Отже, демонстрація термоядерної потужності була в ситуації, що склалася, зовсім не зайвою.

Радянський короткометражний фільм про випробування Цар-бомби

Існує популярний міф, що надбомбу розробили за наказом Хрущова все в тому ж 1961 в рекордно короткі терміни - всього за 112 днів. Насправді, розробку бомби вели з 1954 року. А в 1961 р. розробники просто довели вже наявні «виріб» до потрібної потужності. Паралельно КБ Туполєва займалося модернізацією літаків Ту-16 та Ту-95 під нову зброю. За початковими розрахунками вага бомби мала скласти не менше 40 тонн, але авіаконструктори пояснили ядерникам, що на даний момент носіїв для виробу з такою вагою немає і бути не може. Ядерники пообіцяли знизити вагу бомби до 20 тонн. Щоправда, і така вага і такі габарити вимагали повної обробки бомбових відсіків, кріплень, бомболюків.

Вибух водневої бомби

Робота над бомбою велася групою молодих фізиків-ядерників під керівництвом І.В. Курчатова. У цю групу входив і Андрій Сахаров, який на той час ще не думав про дисидентство. Більше того, він був одним із провідних розробників виробу.

Такої потужності вдалося досягти завдяки застосуванню багатоступінчастої конструкції – урановий заряд, потужністю у «всього» півтори мегатонни запускав ядерну реакцію в заряді другого ступеня, потужністю 50 мегатонн. Не змінюючи габаритів бомби можна було зробити її і триступінчастою (це вже за 100 мегатон). Теоретично – кількість зарядів щаблів може бути нічим не обмеженим. Конструкція бомби була унікальною для свого часу.

Хрущов квапив розробників – у жовтні у щойно побудованому Кремлівському Палаці З'їздів відривався XXII з'їзд КПРС і оголосити новину про найпотужніший вибух в історії людства треба було б саме з трибуни з'їзду. І 30 жовтня 30 жовтня 1961 року Хрущов отримав довгоочікувану телеграму за підписом міністра середнього машинобудування Є. П. Славського та Маршала Радянського Союзу К. С. Москаленка (керівників випробування):

"Москва. Кремль. Н. С. Хрущову.

Випробування на Новій Землі пройшло успішно. Безпека випробувачів та прилеглого населення забезпечена. Полігон та всі учасники виконали завдання Батьківщини. Повертаємось на з'їзд”.

Вибух Цар-Бомби майже відразу ж послужив благодатним ґрунтом для різноманітних міфів. Деякі з них поширювалися... офіційною печаткою. Так, наприклад, «Правда» називала «Цар-Бомбу» не інакше як учорашнім днем ​​атомної зброї та стверджувала, що зараз уже створено потужніші заряди. Не обійшлося і без чуток про самопідтримувану термоядерну реакцію в атмосфері. Зниження потужності вибуху, на думку деяких, було викликане страхом розколоти земну кору або викликати термоядерну реакцію в океанах.

Але, як би там не було, через рік, під час Карибської кризи США все ще мали переважну перевагу за кількістю ядерних зарядів. Але застосувати їх так і не наважилися.

Крім того, вважається, що цей мега-вибух допоміг зрушити з мертвої точки переговори про заборону ядерних випробувань у трьох середовищах, які велися в Женеві з кінця п'ятдесятих років. У 1959-60 всі ядерні держави, за винятком Франції, прийняли односторонню відмову від випробувань, доки тривають ці переговори. Але про причини, які змусили Радянський Союз не дотримуватися взятих на себе зобов'язань, ми говорили нижче. Після вибуху на Новій Землі переговори поновилися. І 10 жовтня 1963 року в Москві було підписано «Договір про заборону випробувань ядерної зброї в атмосфері, космічному просторі та під водою». Поки цей Договір дотримується, радянська Цар-Бомба залишиться найпотужнішим вибуховим пристроєм у людській історії.

Сучасна комп'ютерна реконструкція