Истории развития человечества всегда сопутствовали войны, как способ решения конфликтов насилием. Цивилизация перенесла более пятнадцати тысяч малых и больших вооруженных конфликтов, потери человеческих жизней исчисляются миллионами. Только в девяностых годах прошлого века случилось более ста военных столкновений, с участием девяноста стран мира.
Одновременно, научные открытия, технический прогресс позволили создавать оружие уничтожения все большей мощности и изощренности применения. В двадцатом веке пиком массового разрушительного воздействия и инструментом политики стало ядерное оружие.
Устройство атомной бомбы
Современные ядерные бомбы как средства поражения противника создаются на основе передовых технических решений, суть которых широкой огласке не придается. Но основные элементы присущие этому виду оружия, можно рассмотреть на примере устройства ядерной бомбы с кодовым названием «Толстяк», сброшенной в 1945 году на один из городов Японии.
Мощность взрыва равнялась 22.0 кт в тротиловом эквиваленте.
Она имела следующие конструктивные особенности:
- длинна изделия составляла 3250.0 мм, при диаметре объемной части — 1520.0 мм. Общий вес более 4.5 тонн;
- корпус представлен эллиптической формой. Во избежание преждевременного разрушения из — за попадания зенитных боеприпасов и нежелательных воздействий иного рода, для его изготовления использовалась 9.5 мм бронированная сталь;
- корпус разделен на четыре внутренние части: нос, две половины эллипсоида (основной — отсек для ядерной начинки), хвост.
- носовой отсек укомплектован аккумуляторными батареями;
- основной отсек, как носовой, для предупреждения попадания вредных сред, влаги, создания комфортных условий для работы бородатчика вакуумируются;
- в эллипсоиде размещалось плутониевое ядро, охваченное урановым тампером (оболочкой). Он играл роль инерционного ограничителя течением ядерной реакции, обеспечивая максимальную активности оружейного плутония, путем отражения нейтронов к стороне активной зоны заряда.
Внутри ядра размещали первичный источник нейтронов, носящий название инициатор или «ежик». Представлен бериллием шарообразной формы диаметром 20.0 мм с наружным покрытием на основе полония — 210.
Следует отметить, что экспертным сообществом такая конструкция ядерного боеприпаса определена, малоэффективной, ненадежной при использовании. Нейтронное инициирование неуправляемого типа в дальнейшем не использовалось.
Принцип действия
Процесс деления ядер урана 235 (233) и плутония 239 (это то, из чего состоит ядерная бомба) с огромным выделением энергии при ограничении объема — называют ядерным взрывом. Атомная структура радиоактивных металлов имеет неустойчивую форму — они постоянно делятся на другие элементы.
Процесс сопровождается отрывом нейронов, часть из которых, попадает на соседние атомы, инициируют дальнейшую реакцию, сопровождающуюся выделением энергии.
Принцип заключается следующим: сокращение время распада приводит к большей интенсивности процесса, а сосредоточение нейронов на бомбардировках ядер приводит к цепной реакции. При совмещении двух элементов до критической массы создастся сверхкритическая, приводящая к взрыву.
В бытовых условиях спровоцировать активную реакцию невозможно — нужны высокие скорости сближения элементов — не менее 2.5 км/с. Достижение этой скорости в бомбе возможно при применении комбинирующих друг друга типов взрывчатки (быстрой и медленной), балансирующих плотность сверхкритической массы, производящий атомный взрыв.
Ядерные взрывы относят к результатам деятельности человека на планете или ее орбите. Природные процессы такого рода возможны лишь на некоторых звездах космического пространства.
Атомные бомбы по праву считают самым мощным и разрушительным оружием массового поражения. Тактическое применение решает задачи по уничтожению стратегических, военных объектов наземного, а также глубинного базирования, поражения значительного скопления техники, живой силы противника.
Глобально применить можно только преследуя цель полного истребления населения и инфраструктуры на значительных территориях.
Для достижения определенных целей, выполнения задач тактического и стратегического характера подрывы атомных боеприпасов могут проводить:
- на критических и малых высотах (выше и ниже 30.0 км);
- в непосредственном прикосновении с земной корой (водой);
- подземно (или подводный взрыв).
Ядерный взрыв характеризуется мгновенным выделением огромной энергии.
Приводящей к поражению объектов и человека следующим образом:
- Ударная волна. При взрыве выше или на земной коре (воде) называют воздушной волной, под землей (водой) — сейсмовзрывной волной. Воздушная волна образуется после критичного сжатия воздушных масс и распространяется окружностью до затухания со скоростью, превышающей звук. Приводит как прямому поражению живой силы, так и косвенному (взаимодействием с осколками разрушенных объектов). Действие избыточного давления делает технику нефункциональной путем перемещения и ударов о поверхность земли;
- Световое излучение. Источник — световая часть, образованная испарением изделия с массами воздуха, при наземном применении — паров грунта. Воздействие происходит в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах. Его поглощение предметами и людьми провоцирует обугливание, плавление и горение. Степень поражения зависима от удаления эпицентра;
- Проникающая радиация — это движущееся от места разрыва нейтроны и гамма — лучи. Воздействие на биологические ткани приводит к ионизации молекул клеток, приводящих к лучевой болезни организма. Поражение имущества сопряжено с реакциями деления молекул в поражающих элементах боеприпасов.
- Радиоактивное заражение. При наземном взрыве происходит подъем паров грунта, пыли и прочего. Возникает облако, перемещающееся в направлении движения воздушных масс. Источники поражения представлены продуктами деления активной части ядерного боеприпаса, изотопами, не разрушенными частями заряда. При движении радиоактивного облака происходит сплошное радиационное заражение местности;
- Электромагнитный импульс. Взрыв сопровождает появление электромагнитных полей (от 1.0 до 1000 м) в виде импульса. Они приводят к выходу из строя электрических приборов, средств управления и связи.
Совокупность факторов ядерного взрыва наносит разно — уровневое поражение живой силе, технике и инфраструктуре противника, а фатальность последствий связана лишь с удалением от его эпицентра.
История создания ядерного оружия
Создание оружия с использованием ядерной реакции сопровождалось рядом научных открытий, теоретических и практических изысканий, в их числе:
- 1905 год — создана теория относительности, утверждающая, что небольшое количество вещества соотносится значительному выделению энергии по формуле E = mc2, где «с» представляет световую скорость (автор А. Эйнштейн);
- 1938 год — немецкими учеными проведен эксперимент по разделению атома на части путем атаки урана нейтронами, закончившийся успешно (О.Ханн и Ф. Страссманна), а физик из Великобритании дал объяснения факту выделения энергии (Р.Фриш);
- 1939 год — ученым из Франции, что при проведении цепи реакций молекул урана выделится энергия способная произвести взрыв огромной силы (Жолио — Кюри).
Последнее и стало отправной точкой для изобретения атомного оружия. Параллельной разработкой занимались Германия, Великобритания, США, Япония. Основная проблема заключалась в добычи урана потребными объемами для проведения экспериментов в этой области.
Быстрее задачу решили в США, закупив сырье у Бельгии в 1940 году.
В рамках проекта, получившего название Манхэттен, с тридцать девятого по сорок пятый год построен завод по урановой очистке, создан центр исследования ядерных процессов, привлечены для работы в нем лучшие специалисты — физики со всей части Западной Европы.
Великобритания, ведшая собственные разработки, вынуждена была, после немецкой бомбардировки, в добровольном порядке передать наработки по своему проекту военным США.
Считается, что американцы, первые, кто изобрел атомную бомбу. Испытания первого ядерного заряда проводились в штате Нью — Мехико в июле сорок пятого года. Вспышка от взрыва затмила небо, а песчаный ландшафт превратился в стекло. Через небольшой промежуток времени созданы ядерные заряды, именуемые «Малыш» и «Толстяк».
Ядерное оружие в СССР — даты и события
Становлению СССР, как ядерной державы, предшествовала длительная работа отдельных ученых и государственных институтов. Ключевые периоды и значимые даты событий представлены следующим:
- 1920 год считают началом работ советских ученых по делению атома;
- С тридцатых годов направление ядерной физики становиться приоритетным;
- Октябрь 1940 года — инициативная группа ученых — физиков выступила с предложением об использовании атомных разработок в военных целях;
- Летом 1941 года в связи с войной институты атомной энергетики переведены в тыл;
- Осенью 1941 года советская разведка проинформировала руководство страны о начале ядерных программ в Британии и Америке;
- Сентябрь 1942 года — исследования атома начали делаться полным объемом, работы по урану продолжились;
- Февраль 1943 года — создана специальная исследовательская лаборатория под руководством И. Курчатова, а общее руководство возложено на В. Молотова;
Руководил проектом В. Молотов.
- Август 1945 года — в связи проведением ядерного бомбометания в Японии, высокой важностью разработок для СССР, создан Специальный Комитет под руководство Л. Берии;
- Апрель 1946 года — создано КБ-11, ставшее разрабатывать образцы советского ядерного оружия в двух вариантах (с использованием плутония и урана);
- Средина 1948 года — работы по урану прекращены из — за малой эффективности при больших затратах;
- Август 1949 года — когда в СССР изобрели атомную бомбу, проведены испытания первой советской ядерной бомбы.
Сокращению сроков разработки изделия способствовала качественная работа разведывательных органов, сумевших получить информацию по американским ядерным разработкам. Среди тех, кто первый создал атомную бомбу в СССР, был коллектив ученых под руководством академика А. Сахарова. Они разработали более перспективные технические решения, чем используемые американцами.
Атомная бомба «РДС-1»
В 2015 — 2017 годах Россия сделала прорыв совершенствования ядерных боеприпасов и средств их доставки, тем самым заявив о государстве способном отразить любую агрессию.
Первые испытания атомной бомбы
После испытания экспериментального ядерной бомбы в штате Нью — Мексико летом сорок пятого года, последовали бомбежки японских городов Хиросимы и Нагасаки, шестого и девятого августа соответственно.
в этом году закончена разработка атомной бомбы
В 1949 году, при условиях повышенной секретности, советскими конструкторами КБ — 11 и ученым была закончена разработка атомной бомбы, носившей название РДС-1 (реактивный двигатель «С»). 29 августа на полигоне Семипалатинска прошло испытание первого советского ядерного устройства. Атомная бомба России — РДС-1 представляла собой изделие «каплевидной» формы, весом 4.6 тонн, диаметром объемной части 1.5 м, длинной 3.7 метра.
Активная часть включала плутониевый блок, позволивший достичь мощности взрыва 20.0 килотонн соразмерно тротилу. Площадка для испытаний занимала радиус двадцатью километрами. Особенности условий испытательного подрыва не обнародованы до настоящего времени.
Третьего сентября того же года американской авиационной разведкой установлено наличие в воздушных массах Камчатки следов изотопов, свидетельствующих об испытания ядерного заряда. Двадцать третьего числа, первое лицо США публично объявило, что СССР удалось испытывать атомную бомбу.
Северная Корея угрожает США испытаниями сверхмощной водородной бомбы в Тихом океане. Япония, которая может пострадать из-за испытаний, назвала планы КНДР абсолютно неприемлемыми. Президенты Дональд Трамп и Ким Чен Ын ругаются в интервью и говорят об открытом военном конфликте. Для тех, кто не разбирается в ядерном оружии, но хочет быть в теме, «Футурист» составил путеводитель.
Как работает ядерное оружие?
Как и в обычной динамитной шашке, в ядерной бомбе используется энергия. Только высвобождается она не в ходе примитивной химической реакции, а в сложных ядерных процессах. Существует два основных способа выделения ядерной энергии из атома. В ядерном делении ядро атома распадается на два меньших фрагмента с нейтроном. Ядерный синтез – процесс, с помощью которого Солнце вырабатывает энергию – включает объединение двух меньших атомов с образованием более крупного. В любом процессе, делении или слиянии выделяются большие количества тепловой энергии и излучения. В зависимости от того, используется деление ядер или их синтез, бомбы делятся на ядерные (атомные) и термоядерные .
А можно поподробнее про ядерное деление?
Взрыв атомной бомбы над Хиросимой (1945 г)
Как вы помните, атом состоит из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром , состоит из протонов и нейтронов. Протоны положительно заряжены, электроны – отрицательно, а нейтроны вообще не имеют заряда. Отношение протон-электрон всегда один к одному, поэтому атом в целом имеет нейтральный заряд. Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Частицы удерживаются вместе фундаментальной силой – сильным ядерным взаимодействием .
Свойства атома могут значительно меняться в зависимости от того, сколько различных частиц в нем содержится. Если изменить количество протонов, у вас будет уже другой химический элемент. Если же изменить количество нейтронов, вы получите изотоп того же элемента, что у вас в руках. Например, углерод имеет три изотопа: 1) углерод-12 (шесть протонов + шесть нейтронов), стабильную и часто встречающуюся форму элемента, 2) углерод-13 (шесть протонов + семь нейтронов), который является стабильным, но редким и 3) углерод-14 (шесть протонов + восемь нейтронов), который является редким и неустойчивым (или радиоактивным).
Большинство атомных ядер стабильны, но некоторые из них неустойчивы (радиоактивны). Эти ядра спонтанно излучают частицы, которые ученые называют радиацией. Этот процесс называется радиоактивным распадом . Существует три типа распада:
Альфа-распад : ядро выбрасывает альфа-частицу – два протона и два нейтрона, связанных вместе. Бета-распад : нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Выброшенный электрон является бета-частицей. Спонтанное деление: ядро распадается на несколько частей и выбрасывает нейтроны, а также излучает импульс электромагнитной энергии – гамма-луч. Именно последний тип распада используется в ядерной бомбе. Свободные нейтроны, выброшенные в результате деления, начинают цепную реакцию , которая высвобождает колоссальное количество энергии.
Из чего делают ядерные бомбы?
Их могут делать из урана-235 и плутония-239. Уран в природе встречается в виде смеси трех изотопов: 238 U (99,2745 % природного урана), 235 U (0,72 %) и 234 U (0,0055 %). Наиболее распространенный 238 U не поддерживает цепную реакцию: на это способен лишь 235 U. Чтобы достичь максимальной мощности взрыва, необходимо, чтобы содержание 235 U в «начинке» бомбы составляло не менее 80%. Поэтому уран приходится искусственно обогащать . Для этого смесь урановых изотопов разделяют на две части так, чтобы в одной из них оказалось больше 235 U.
Обычно при разделении изотопов остается много обедненного урана, не способного вступить в цепную реакцию – но есть способ заставить его это сделать. Дело в том, что плутоний-239 в природе не встречается. Зато его можно получить, бомбардируя нейтронами 238 U.
Как измеряется их мощность?
Мощность ядерного и термоядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте - количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения аналогичного результата. Она измеряется в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Мощность сверхмалых ядерных боеприпасов составляет менее 1 кт, в то время как сверхмощные бомбы дают более 1 Мт.
Мощность советской «Царь-бомбы» составляла по разным данным от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте, мощность термоядерной бомбы, которую в начале сентября испытала КНДР, составила около 100 килотонн.
Кто создал ядерное оружие?
Американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс
В 1930-х годах итальянский физик Энрико Ферми продемонстрировал, что элементы, подвергшиеся бомбардировке нейтронами, могут быть преобразованы в новые элементы. Результатом этой работы стало обнаружение медленных нейтронов , а также открытие новых элементов, не представленных на периодической таблице. Вскоре после открытия Ферми немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман бомбардировали уран нейтронами, в результате чего образовался радиоактивный изотоп бария. Они пришли к выводу, что низкоскоростные нейтроны заставляют ядро урана разрываться на две более мелкие части.
Эта работа взбудоражила умы всего мира. В Принстонском университете Нильс Бор работал с Джоном Уилером для разработки гипотетической модели процесса деления. Они предположили, что уран-235 подвергается делению. Примерно в то же время другие ученые обнаружили, что процесс деления привел к образованию еще большего количества нейтронов. Это побудило Бора и Уилера задать важный вопрос: могли ли свободные нейтроны, созданные в результате деления, начать цепную реакцию, которая высвободила бы огромное количество энергии? Если это так, то можно создать оружие невообразимой силы. Их предположения подтвердил французский физик Фредерик Жолио-Кюри . Его заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.
Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии. Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту о том, что нацистская Германия планирует очистить уран-235 и создать атомную бомбу. Сейчас выяснилось, что Германия была далека от проведения цепной реакции: они работали над «грязной», сильно радиоактивной бомбой. Как бы то ни было, правительство США бросило все силы на создание атомной бомбы в кратчайшие сроки. Был запущен «Манхэттенский проект», которым руководили американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс . В нем участвовали крупные ученые, эмигрировавшие из Европы. К лету 1945 года было создано атомное оружие, основанное на двух видах делящегося материала - урана-235 и плутония-239. Одну бомбу, плутониевую «Штучку», взорвали на испытаниях, а еще две, уранового «Малыша» и плутониевого «Толстяка» сбросили на японские города Хиросиму и Нагасаки.
Как работает термоядерная бомба и кто ее изобрел?
Термоядерная бомба основана на реакции ядерного синтеза . В отличие от ядерного деления, которое может проходить как самопроизвольно, так и вынужденно, ядерный синтез невозможен без подвода внешней энергии. Атомные ядра заряжены положительно - поэтому они отталкиваются друг от друга. Эта ситуация называется кулоновским барьером. Чтобы преодолеть отталкивание, необходимо разогнать эти частицы до сумасшедших скоростей. Это можно осуществить при очень высокой температуре - порядка нескольких миллионов кельвинов (отсюда и название). Термоядерные реакции бывают трех видов: самоподдерживающиеся (проходят в недрах звезд), управляемые и неуправляемые или взрывные – они используются в водородных бомбах.
Идею бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, предложил Энрико Ферми своему коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Однако тогда эта идея оказалась не востребована. Разработки Теллера усовершенствовал Станислав Улам , сделав идею термоядерной бомбы осуществимой на практике. В 1952 году на атолле Эниветок в ходе операции Ivy Mike испытали первое термоядерное взрывное устройство. Однако это был лабораторный образец, непригодный в боевых действиях. Год спустя Советский Союз взорвал первую в мире термоядерную бомбу, собранную по конструкции физиков Андрея Сахарова и Юлия Харитона . Устройство напоминало слоёный пирог, поэтому грозное оружие прозвали «Слойкой». В ходе дальнейших разработок на свет появилась самая мощная бомба на Земле, «Царь-бомба» или «Кузькина мать». В октябре 1961 года ее испытали на архипелаге Новая Земля.
Из чего делают термоядерные бомбы?
Если вы думали, что водородные и термоядерные бомбы - это разные вещи, вы ошибались. Эти слова синонимичны. Именно водород (а точнее, его изотопы - дейтерий и тритий) требуется для проведения термоядерной реакции. Однако есть сложность: чтобы взорвать водородную бомбу, необходимо сначала в ходе обычного ядерного взрыва получить высокую температуру - лишь тогда атомные ядра начнут реагировать. Поэтому в случае с термоядерной бомбой большую роль играет конструкция.
Широко известны две схемы. Первая - сахаровская «слойка». В центре располагался ядерный детонатор, который был окружен слоями дейтерида лития в смеси с тритием, которые перемежались со слоями обогащенного урана. Такая конструкция позволяла достичь мощности в пределах 1 Мт. Вторая - американская схема Теллера - Улама, где ядерная бомба и изотопы водорода располагались раздельно. Выглядело это так: снизу - емкость со смесью жидких дейтерия и трития, по центру которой располагалась «свеча зажигания» - плутониевый стержень, а сверху - обычный ядерный заряд, и все это в оболочке из тяжелого металла (например, обедненного урана). Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве, вызывают в урановой оболочке реакции деления атомов и добавляют энергию в общую энергию взрыва. Надстраивание дополнительных слоев дейтерида лития урана-238 позволяет создавать снаряды неограниченной мощности. В 1953 году советский физик Виктор Давиденко случайно повторил идею Теллера - Улама, и на ее основе Сахаров придумал многоступенчатую схему, которая позволила создавать оружие небывалых мощностей. Именно по такой схеме работала «Кузькина мать».
Какие еще бомбы бывают?
Еще бывают нейтронные, но это вообще страшно. По сути, нейтронная бомба - это маломощная термоядерная бомба, 80% энергии взрыва которой составляет радиация (нейтронное излучение). Это выглядит как обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок с изотопом бериллия - источником нейтронов. При взрыве ядерного заряда запускается термоядерная реакция. Этот вид оружия разрабатывал американский физик Сэмюэль Коэн . Считалось, что нейтронное оружие уничтожает все живое даже в укрытиях, однако дальность поражения такого оружия невелика, так как атмосфера рассеивает потоки быстрых нейтронов, и ударная волна на больших расстояниях оказывается сильнее.
А как же кобальтовая бомба?
Нет, сынок, это фантастика. Официально кобальтовых бомб нет ни у одной страны. Теоретически это термоядерная бомба с оболочкой из кобальта, которая обеспечивает сильное радиоактивное заражение местности даже при сравнительно слабом ядерном взрыве. 510 тонн кобальта способны заразить всю поверхность Земли и уничтожить все живое на планете. Физик Лео Силард , описавший эту гипотетическую конструкцию в 1950 году, назвал ее «Машиной судного дня».
Что круче: ядерная бомба или термоядерная?
Натурный макет «Царь-бомбы"
Водородная бомба является гораздо более продвинутой и технологичной, чем атомная. Ее мощность взрыва намного превосходит атомную и ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. При термоядерной реакции на каждый нуклон (так называются составляющие ядра, протоны и нейтроны) выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. К примеру, при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт), а при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ.
Как бомбы доставляют до цели?
Поначалу их сбрасывали с самолетов, однако средства противовоздушной обороны постоянно совершенствовались, и доставлять ядерное оружие таким образом оказалось неразумным. С ростом производства ракетной техники все права на доставку ядерного оружия перешли к баллистическим и крылатым ракетам различного базирования. Поэтому под бомбой теперь подразумевается не бомба, а боеголовка.
Есть мнение, что северокорейская водородная бомба слишком большая , чтобы ее можно было установить на ракете - поэтому, если КНДР решит воплотить угрозу в жизнь, ее повезут на корабле к месту взрыва.
Каковы последствия ядерной войны?
Хиросима и Нагасаки - это лишь малая часть возможного апокалипсиса. Например, известна гипотеза "ядерной зимы", которую выдвигали американский астрофизик Карл Саган и советский геофизик Георгий Голицын. Предполагается, что при взрыве нескольких ядерных боезарядов (не в пустыне или воде, а в населенных пунктах) возникнет множество пожаров, и в атмосферу выплеснется большое количество дыма и сажи, что приведет к глобальному похолоданию. Гипотезу критикуют, сравнивая эффект с вулканической активностью, которая оказывает незначительный эффект на климат. Кроме того, некоторые ученые отмечают, что скорее наступит глобальное потепление,чем похолодание - впрочем, обе стороны надеются, что мы этого никогда не узнаем.
Разрешено ли использовать ядерное оружие?
После гонки вооружений в XX веке страны одумались и решили ограничить использование ядерного оружия. ООН были приняты договоры о нераспространении ядерного оружия и запрещении ядерных испытаний (последний не был подписан молодыми ядерными державами Индией, Пакистаном, и КНДР). В июле 2017 года был принят новый договор о запрещении ядерного оружия.
"Каждое государство-участник обязуется никогда и ни при каких обстоятельствах не разрабатывать, не испытывать, не производить, не изготавливать, не приобретать иным образом, не иметь во владении и не накапливать ядерное оружие или другие ядерные взрывные устройства," - гласит первая статья договора.
Однако документ не вступит в силу до тех пор, пока его не ратифицируют 50 государств.
Конструктивно первая атомная бомба состояла из следующих принципиальных составных узлов:
- ядерного заряда;
- взрывного устройства и системы автоматики подрыва заряда с системами предохранения;
- баллистического корпуса авиабомбы, в котором размещались ядерный заряд и автоматика подрыва.
Основополагающие условия, определившие конструкцию бомбы РДС-1, были связаны:
- с решением максимально сохранить в заряде принципиальную схему американской атомной бомбы, испытанной в 1945 году;
- с необходимостью, в интересах безопасности окончательную сборку заряда, установленного в баллистическом корпусе бомбы, осуществлять в условиях полигона, непосредственно перед подрывом;
- с возможностью бомбометания РДС-1 с тяжелого бомбардировщика ТУ-4.
Атомный заряд бомбы РДС-1 представлял собой многослойную конструкцию, в которой перевод активного вещества - плутония в надкритическое состояние осуществлялось за счет его сжатия посредством сходящейся сферической детонационной волны во взрывчатом веществе.
В центре ядерного заряда размещался плутоний, конструктивно состоящий из двух полусферических деталей. Масса плутония была определена в июле 1949 года, по завершении опытов по измерению ядерных констант.
Больших успехов достигли не только технологи, но и металлурги и радиохимики. Благодаря их стараниям, уже первые плутониевые детали содержали небольшое количество примесей и высокоактивных изотопов. Последний момент был особенно существенен, так как короткоживущие изотопы, являясь основным источником нейтронов, могли оказать негативное влияние на вероятность преждевременного взрыва.
В полости плутониевого ядра в составной оболочке из природного урана устанавливался нейтронный запал (НЗ). В течение 1947-1948 годов было рассмотрено около 20 различных предложений, касавшихся принципов действия, устройства и усовершенствования НЗ.
Одним из наиболее сложных узлов первой атомной бомбы РДС-1 был заряд взрывчатого вещества из сплава тротила с гексогеном.
Выбор внешнего радиуса ВВ определялся, с одной стороны, необходимостью получения удовлетворительного энерговыделения, а, с другой - допустимыми внешними габаритами изделия и технологическими возможностями производства.
Первая атомная бомба разрабатывалась применительно к подвеске ее в самолете ТУ-4, бомболюк которого обеспечивал возможность размещения изделия диаметром до 1500 мм. Исходя из этого габарита и был определен мидель баллистического корпуса бомбы РДС-1. Заряд ВВ конструктивно представлял собой полый шар и состоял из двух слоев.
Внутренний слой формировался из двух полусферических оснований, изготовленных из отечественного сплава тротила с гексогеном.
Внешний слой заряда ВВ РДС-1 собирался из отдельных элементов. Этот слой, предназначенный для формирования в основании ВВ сферической сходящейся детонационной волны и получивший название фокусирующей системы, был одним из основных функциональных узлов заряда, во многом определявшим его тактико-технические показатели.
Основным назначением системы автоматики
бомбы было осуществление ядерного взрыва в заданной точке траектории.
Часть электрооборудования бомбы размещалась на самолете-носителе,
а отдельные его элементы - на ядерном заряде.
Для повышения надежности срабатывания изделия отдельные элементы
автоматики подрыва были выполнены по двухканальной (дублирующей)
схеме. На случай отказа систем высотного взрывателя в конструкции
бомбы было предусмотрено специальное устройство (ударный датчик)
для осуществления ядерного взрыва при ударе бомбы о грунт.
Уже на самом начальном этапе разработки ядерного оружия стало очевидным, что исследование процессов, протекающих в заряде, должно пойти по расчетно-экспериментальному пути, позволявшему корректировать теоретический анализ по результатам экспериментов опытных данных о газодинамических характеристиках ядерных зарядов.
В общем аспекте газодинамическая отработка ядерного заряда включала в себя целый ряд исследований, касающихся постановки экспериментов и регистрации быстропротекающих процессов, включая распространение детонационных и ударных волн в гетерогенных средах.
Исследования свойств веществ на газодинамической стадии работы ядерных зарядов, когда диапазон давлений достигает величин до сотен миллионов атмосфер, потребовали разработки принципиально новых методов исследований, кинетика которых требовала высокой точности - до сотых долей микросекунды. Такие требования повлекли за собой разработку новых методов регистрации высокоскоростных процессов. Именно в Научно-исследовательском Секторе КБ-11 были заложены основы отечественной высокоскоростной фотохронографии со скоростью развертки до 10 км/с и скоростью съемки около миллиона кадров в секунду. Сверхскоростной регистратор разработки А.Д.Захаренкова, Г.Д.Соколова и В.К.Боболева (1948 год) стал прототипом серийных приборов СФР, разработанных по техническому заданию КБ-11 в Институте Химической Физики в 1950 году.
Отметим, что этот фотохронограф с приводом от воздушной турбины уже в то время обеспечил скорость развертки изображения 7 км/с. Параметры созданного на его основе серийного прибора СФР (1950 год) с приводом от электродвигателя скромнее - до 3,5 км/с.
Е.К.Завойский |
Для расчетно-теоретического обоснования работоспособности первого изделия принципиально важно было знание параметров состояния ПВ за фронтом детонационной волны, а также динамику сферически-симметричного сжатия центральной части изделия. Для этого в 1948 году Е.К.Завойским был предложен и разработан электромагнитный метод регистрации массовых скоростей продуктов взрыва за фронтом детонационных волн, как при плоском, так и в сферическом взрыве.
Распределение скорости продуктов взрыва производилось параллельно и методом импульсной рентгенографии В.А.Цукерманом с сотрудниками.
Для регистрации быстропротекающих процессов были созданы уникальные многоканальные регистраторы ЭТАР-1 и ЭТАР-2, разработки Е.А.Этингофа и М.С.Тарасова, с близким к наносекундному временным разрешением. Впоследствии эти регистраторы были заменены серийным выпускаемым прибором ОК-4 разработки А.И. Соколика (ИХФ АН).
Применение новых методов и новых регистраторов в исследованиях КБ-11 позволило уже на старте работ по созданию атомного оружия получить необходимые данные о динамической сжимаемости конструкционных материалов.
Экспериментальные исследования констант рабочих веществ, входящих в состав физической схемы заряда, создавали фундамент для верификации физических представлений о процессах, происходящих в заряде на газодинамической стадии его работы.
Общее строение атомной бомбы
Основными элементами ядерных боеприпасов являются:
- корпус
- система автоматики
Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и от теплового воздействия. Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:
- систему предохранения и взведения
- систему аварийного подрыва
- систему подрыва заряда
- источник питания
- систему датчиков подрыва
Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов (203,2 мм СГ и 155 мм СГ-США).
Различные системы были изобретены, чтобы детонировать атомную бомбу. Самая простая система - оружие типа инжектора, в котором снаряд, сделанный из делящегося вещества, врезается в адресанта, образуя сверхкритическую массу. Атомная бомба, сброшенная Соединенными Штатами на Хиросиму 6 августа 1945 года, имела детонатор инжекторного типа. И имела энергетический эквивалент приблизительно в 20 килотонн тротила.
Музей ядерного оружия
Историко-мемориальный Музей ядерного оружия РФЯЦ-ВНИИЭФ (Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики) был открыт в городе Сарове 13 ноября 1992 года. Это первый музей в стране, рассказывающий об основных этапах создания отечественного ядерного щита. Первые экспонаты музея предстали перед его посетителями в этот день в здании бывшего техникума, где музей и находится и сейчас.
Его экспонаты - образцы изделий, ставших легендами в истории атомной отрасли страны. То, над чем работали крупнейшие специалисты, до недавнего времени составляло огромную государственную тайну не только для простых смертных, но и для самих разработчиков ядерного оружия.
Экспозиция музея содержит экспонаты от самого первого испытательного образца 1949 года, до наших дней.
Взорвалась вблизи Нагасаки. Смерть и разрушения сопровождаемые этими взрывами были беспрецедентными. Страх и ужас охватил все Японское население, вынудив сдаться их меньше чем через месяц.
Однако после завершения второй мировой войны атомное оружие не отошло на второй план. Начавшаяся холодная война стала огромным психологическим фактором давления между СССР и США. Обе стороны инвестировали огромные средства в разработку и создание новых атомных . Таким образом, на нашей планете за 50 лет накопилось несколько тысяч атомных снарядов. Этого вполне достаточно, чтобы несколько раз уничтожить все живое на . По этой причине в конце 90-х годов между США и Россией был подписан первый договор по разоружению, чтобы снизить опасность всемирной катастрофы. Не смотря на это, в настоящее время 9 стран обладают ядерным оружием, ставя свою оборону на иной уровень. В этой статье мы рассмотрим, из-за чего атомное оружие получило свою разрушительную мощь и как устроена атомная .
Для того, чтобы понять всю мощь атомных бомб необходимо разобраться с понятием радиоактивности. Как известно, наименьшей структурной единицей материи, из которой состоит весь мир вокруг нас, является атом. Атом в свою очередь состоит из ядра и вращающихся вокруг него . Ядро состоит из нейтронов и протонов. Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны положительный. Нейтроны, как следует из их названия, – нейтральны. Обычно число нейтронов и протонов равно числу электронов в одном атоме. Однако под действием внешних сил число частиц в атомах вещества может измениться.
Нас интересует лишь вариант, когда изменяется число нейтронов, при этом образуется изотоп вещества. Некоторые изотопы вещества устойчивы и встречаются в природе, а некоторые – нестабильны и стремятся распасться. Например, углерод имеет 6 нейтронов. Также, встречается изотоп углерода с 7 нейтронами – достаточно устойчивый элемент, встречающий в природе. Изотоп углерода с 8 нейтронами – это уже нестабильный элемент и стремиться распасться. Это и есть радиоактивный распад. При этом нестабильные ядра, излучают лучи трех видов:
1. Альфа-лучи – достаточно безобидное в виде потока альфа-частиц, которое можно остановить с помощью тонкого листа бумаги и оно не может причинить вред
Даже если живые организмы смогли перенести первые две , то волна радиации вызывает очень скоротечную лучевую болезнь, убивающую за считанные минуты. Такое поражение возможно в радиусе нескольких сотен метров от взрыва. До нескольких километров от взрыва лучевая болезнь убьет человека за несколько часов или дней. Те, кто находился за пределами непосредственного взрыва, также могут получить дозу радиации, употребляя в пищу продукты и , а также вдыхая из зараженной зоны. Причем радиация не улетучивается мгновенно. Она накапливается в окружающей среде и может отравлять живые организмы еще долгие десятилетия после взрыва.
Вред от ядерного оружия слишком опасен, чтобы использовать его в любых условиях. От него неизбежно страдает мирное население и природе наносится непоправимый ущерб. Поэтому главное применение ядерных бомб в наше время – это сдерживание от нападения. Даже испытания ядерного оружия в настоящее время запрещены на большей части нашей планеты.
А вот этого-то мы зачастую и не знаем. И почему ядерная бомба взрывается, тоже…
Начнём издалека. У каждого атома есть ядро, а ядро состоит из протонов и нейтронов – это знают, пожалуй, все. Точно так же все видели таблицу Менделеева. Но почему химические элементы в ней размещены именно так, а не иначе? Уж наверняка не потому, что Менделееву так захотелось. Порядковый номер каждого элемента в таблице указывает на то, сколько протонов находится в ядре атома этого элемента. Иными словами, железо стоит 26-м номером в таблице, потому что в атоме железа 26 протонов. А если их не 26, это уже не железо.
Но вот нейтронов в ядрах одного и того же элемента может быть разное количество, а значит, и масса у ядер бывает разная. Атомы одного и того же элемента с разной массой называются изотопами. У урана таких изотопов несколько: самый распространённый в природе – уран-238 (в его ядре 92 протона и 146 нейтронов, вместе получается 238). Он радиоактивен, но ядерную бомбу из него не изготовишь. А вот изотоп уран-235, небольшое количество которого есть в урановых рудах, для ядерного заряда годится.
Возможно, читатель сталкивался с выражениями «обогащённый уран» и «обеднённый уран». В обогащённом уране больше урана-235, чем в природном; в обеднённом, соответственно – меньше. Из обогащённого урана можно получить плутоний – другой элемент, пригодный для ядерной бомбы (в природе он почти не встречается). Как обогащают уран и как из него получают плутоний – тема отдельного разговора.
Итак, почему ядерная бомба взрывается? Дело в том, что некоторые тяжёлые ядра имеют свойство распадаться, если в них попадёт нейтрон. А уж свободного нейтрона долго ждать не придётся – их вокруг очень много летает. Итак, попадает такой нейтрон в ядро урана-235 и тем самым разбивает его на «осколки». При этом высвобождается ещё несколько нейтронов. Догадываетесь, что произойдёт, если вокруг будут ядра того же элемента? Правильно, произойдёт цепная реакция. Вот так это происходит.
В ядерном реакторе, где уран-235 «растворён» в более стабильном уране-238, взрыва при нормальных условиях не происходит. Большинство нейтронов, которые вылетают из распадающихся ядер, улетает «в молоко», не находя ядер урана-235. В реакторе распад ядер идёт «вяло» (но этого хватает, чтобы реактор давал энергию). Вот в цельном куске урана-235, если он будет достаточной массы, нейтроны будут гарантированно разбивать ядра, цепная реакция пойдёт лавиной, и… Стоп! Ведь если изготовить кусок урана-235 или плутония нужной для взрыва массы, он сразу же и взорвётся. Это не дело.
А если взять два куска докритической массы, и столкнуть их друг с другом при помощи механизма на дистанционном управлении? Например, поместить оба в трубку и к одному прикрепить пороховой заряд, чтобы в нужный момент выстрелить одним куском, как снарядом, в другой. Вот и решение проблемы.
Можно поступить иначе: взять шарообразный кусок плутония и по всей его поверхности закрепить взрывные заряды. Когда эти заряды по команде извне сдетонируют, их взрыв сожмёт плутоний со всех сторон, сдавит его до критической плотности, и произойдёт цепная реакция. Однако тут важны точность и надёжность: все взрывные заряды должны сработать одновременно. Если часть из них сработает, а часть – нет, или часть сработает с опозданием, никакого ядерного взрыва не выйдет: плутоний не сожмётся до критической массы, а рассеется в воздухе. Вместо ядерной бомбы получится так называемая «грязная».
Так выглядит ядерная бомба имплозионного типа. Заряды, которые должны создать направленный взрыв, выполнены в форме многогранников, чтобы как можно плотнее охватить поверхность плутониевой сферы.
Устройство первого типа назвали пушечным, второго типа – имплозионным.
Бомба «Малыш», сброшенная на Хиросиму, имела заряд из урана-235 и устройство пушечного типа. Бомба «Толстяк», взорванная над Нагасаки, несла плутониевый заряд, а взрывное устройство было имплозионным. Сейчас устройства пушечного типа почти не используются; имплозионные сложнее, но в то же время позволяют регулировать массу ядерного заряда и расходовать его более рационально. Да и плутоний как ядерная взрывчатка вытеснил уран-235.
Прошло совсем немного лет, и физики предложили военным ещё более мощную бомбу – термоядерную, или, как её ещё называют, водородную. Получается, водород взрывается сильнее плутония?
Водород действительно взрывоопасен, но не настолько. Впрочем, «обычного» водорода в водородной бомбе нет, в ней используются его изотопы – дейтерий и тритий. У ядра «обычного» водорода один нейтрон, у дейтерия – два, у трития – три.
В ядерной бомбе ядра тяжёлого элемента делятся на ядра более лёгких. В термоядерной идёт обратный процесс: лёгкие ядра сливаются друг с другом в более тяжёлые. Ядра дейтерия и трития, к примеру, соединяются в ядра гелия (иначе называемые альфа-частицами), а «лишний» нейтрон отправляется в «свободный полёт». При этом выделяется значительно больше энергии, чем при распаде ядер плутония. Кстати, именно этот процесс идёт на Солнце.
Однако реакция слияния возможна только при сверхвысоких температурах (почему она и называется ТЕРМОядерной). Как заставить дейтерий и тритий вступить в реакцию? Да очень просто: нужно использовать как детонатор ядерную бомбу!
Поскольку дейтерий и тритий сами по себе стабильны, их заряд в термоядерной бомбе может быть сколь угодно огромным. А значит, термоядерную бомбу можно сделать несравненно мощнее «простой» ядерной. «Малыш», сброшенный на Хиросиму, имел тротиловый эквивалент в пределах 18 килотонн, а самая мощная водородная бомба (так называемая «Царь-бомба», она же «Кузькина мать») – уже 58,6 мегатонн, более чем в 3255 раз мощнее «Малыша»!
Облако-«гриб» от «Царь-бомбы» поднялось на высоту 67 километров, а взрывная волна трижды обогнула земной шар.
Однако такая гигантская мощность явно избыточна. «Наигравшись» с мегатонными бомбами, военные инженеры и физики пошли по другому пути – пути миниатюризации ядерного оружия. В обычном виде ядерные боеприпасы можно сбрасывать со стратегических бомбардировщиков, как авиабомбы, или запускать с баллистическими ракетами; если же их миниатюризировать, получится компактный ядерный заряд, который не разрушает всё на километры вокруг, и который можно поставить на артиллерийский снаряд или ракету «воздух-земля». Повысится мобильность, расширится спектр решаемых задач. В дополнение к стратегическому ядерному оружию мы получим тактическое.
Для тактического ядерного оружия разрабатывались самые разные средства доставки – ядерные пушки, миномёты, безоткатные орудия (например, американский «Дэви Крокетт»). В СССР даже был проект ядерной пули. Правда, от него пришлось отказаться – ядерные пули были так ненадёжны, так сложны и до́роги в изготовлении и хранении, что в них не было никакого смысла.
«Дэви Крокетт». Некоторое количество этих ядерных орудий состояло на вооружении ВС США, а западногерманский министр обороны безуспешно добивался того, чтобы ими вооружили и Бундесвер.
Говоря о малых ядерных боеприпасах, стоит упомянуть и другую разновидность ядерного оружия – нейтронную бомбу. Заряд плутония в ней невелик, но это и не нужно. Если термоядерная бомба идёт по пути наращивания силы взрыва, то нейтронная делает ставку на другой поражающий фактор – радиацию. Для усиления радиации в нейтронной бомбе есть запас изотопа бериллия, который при взрыве даёт огромное количество быстрых нейтронов.
По замыслу её создателей, нейтронная бомба должна убивать живую силу противника, но оставлять в целости технику, которую можно потом захватить при наступлении. На практике получилось несколько иначе: облучённая техника становится непригодной к использованию – любой, кто рискнёт её пилотировать, очень скоро «заработает» себе лучевую болезнь. Это не отменяет того факта, что взрыв нейтронной бомбы способен поразить врага через танковую броню; нейтронные боеприпасы разрабатывались США именно как оружие против советских танковых соединений. Впрочем, вскоре была разработана танковая броня, обеспечивающая какую-никакую защиту и от потока быстрых нейтронов.
Ещё один вид ядерного оружия был придуман в 1950 году, но никогда (насколько это известно) не производился. Это так называемая кобальтовая бомба – ядерный заряд с оболочкой из кобальта. При взрыве кобальт, облучённый потоком нейтронов, становится крайне радиоактивным изотопом и рассеивается по местности, заражая её. Всего одна такая бомба достаточной мощности могла бы покрыть кобальтом весь земной шар и погубить всё человечество. К счастью, этот проект остался проектом.
Что можно сказать в заключение? Ядерная бомба – действительно страшное оружие, и вместе с тем оно (вот ведь парадокс!) помогло сохранить относительный мир между сверхдержавами. Если у твоего противника есть ядерное оружие, ты десять раз подумаешь, прежде чем на него нападать. Ни одна страна с ядерным арсеналом ещё не подвергалась атаке извне, и после 1945 года в мире не было войн между крупными государствами. Будем надеяться, что их и не будет.
