Атомни бомби. Ядрена бомба Как експлодира атомна бомба

18.11.202327.05.2017

Историята на човешкото развитие винаги е била придружена от войни като начин за разрешаване на конфликти чрез насилие. Цивилизацията е претърпяла повече от петнадесет хиляди малки и големи въоръжени конфликти, загубата на човешки животи се изчислява на милиони. Само през деветдесетте години на миналия век са възникнали повече от сто военни сблъсъци, включващи деветдесет страни по света.

В същото време научните открития и технологичният прогрес направиха възможно създаването на оръжия за унищожение с все по-голяма мощ и изтънченост на употреба. През ХХ векЯдрените оръжия се превърнаха в пика на масовото разрушително въздействие и политически инструмент.

Устройство за атомна бомба

Съвременните ядрени бомби като средство за унищожаване на врага са създадени на базата на съвременни технически решения, чиято същност не е широко разгласена. Но основните елементи, присъщи на този тип оръжие, могат да бъдат разгледани на примера на дизайна на ядрена бомба с кодово име „Дебел човек“, пусната през 1945 г. в един от градовете на Япония.

Мощността на експлозията е 22,0 kt в тротилов еквивалент.

Имаше следните дизайнерски характеристики:

дължината на продукта е 3250,0 mm, с диаметър на обемната част - 1520,0 mm. Общо тегло над 4,5 тона;
тялото е с елипсовидна форма. За да се избегне преждевременното разрушаване поради зенитни боеприпаси и други нежелани въздействия, за производството му е използвана 9,5 mm бронирана стомана;
тялото е разделено на четири вътрешни части: нос, две половини на елипсоида (главната е отделение за ядрения пълнеж) и опашка.
носовото отделение е оборудвано с батерии;
основното отделение, подобно на носното, е вакуумирано, за да се предотврати навлизането на вредни среди, влага и да се създадат удобни условия за работа на брадатия мъж;
елипсоидът съдържа плутониево ядро, заобиколено от уранов тампер (обвивка). Той играеше ролята на инерционен ограничител на хода на ядрената реакция, осигурявайки максимална активност на оръжейния плутоний чрез отразяване на неутрони в страната на активната зона на заряда.

Първичен източник на неутрони, наречен инициатор или „таралеж“, беше поставен вътре в ядрото. Представен от берилий със сферичен диаметър 20,0 ммс външно покритие на основата на полоний - 210.

Трябва да се отбележи, че експертната общност е установила, че този дизайн на ядрено оръжие е неефективен и ненадежден при използване. Неутронното иницииране от неконтролиран тип не се използва повече .

Принцип на действие

Процесът на делене на ядрата на уран 235 (233) и плутоний 239 (от това е направена ядрена бомба) с огромно освобождаване на енергия при ограничаване на обема се нарича ядрен взрив. Атомната структура на радиоактивните метали има нестабилна форма - те постоянно се разделят на други елементи.

Процесът е придружен от отделяне на неврони, някои от които попадат върху съседни атоми и инициират по-нататъшна реакция, придружена от освобождаване на енергия.

Принципът е следният: съкращаването на времето на разпадане води до по-голяма интензивност на процеса, а концентрацията на неврони върху бомбардиране на ядрата води до верижна реакция. Когато два елемента се комбинират до критична маса, се създава суперкритична маса, което води до експлозия.

В ежедневни условия е невъзможно да се предизвика активна реакция – необходими са високи скорости на приближаване на стихиите – минимум 2,5 км/с. Постигането на тази скорост в бомба е възможно чрез комбиниране на видове експлозиви (бързи и бавни), балансиране на плътността на суперкритичната маса, произвеждаща атомна експлозия.

Ядрените експлозии се приписват на резултатите от човешката дейност на планетата или нейната орбита. Естествени процеси от този вид са възможни само на някои звезди в космоса.

Атомните бомби с право се считат за най-мощните и разрушителни оръжия за масово унищожение. Тактическата употреба решава проблема с унищожаването на стратегически, военни цели на земята, както и дълбоко базирани, побеждавайки значително натрупване на вражеска техника и жива сила.

Тя може да се прилага глобално само с цел пълно унищожаване на населението и инфраструктурата в големи територии.

За постигане на определени цели и изпълнение на тактически и стратегически задачи експлозиите на атомни оръжия могат да се извършват от:

на критични и ниски височини (над и под 30,0 km);
в пряк контакт със земната кора (вода);
подземна (или подводна експлозия).

Ядрената експлозия се характеризира с мигновено освобождаване на огромна енергия.

Водещи до щети на предмети и хора, както следва:

Ударна вълна.Когато възникне експлозия над или върху земната кора (вода), тя се нарича въздушна вълна; под земята (вода) се нарича сеизмична експлозивна вълна. Въздушна вълна се образува след критично компресиране на въздушни маси и се разпространява в кръг до затихване със скорост, надвишаваща звука. Води както до пряко увреждане на живата сила, така и до непряко увреждане (взаимодействие с фрагменти от унищожени обекти). Действието на свръхналягане прави оборудването нефункционално, като се движи и удря в земята;
Светлинно излъчване.Източникът е леката част, образувана от изпарението на продукта с въздушни маси; за наземно използване това са почвените пари. Ефектът се проявява в ултравиолетовия и инфрачервения спектър. Поглъщането му от предмети и хора предизвиква овъгляване, топене и изгаряне. Степента на увреждане зависи от разстоянието на епицентъра;
Проникваща радиация- това са неутрони и гама лъчи, движещи се от мястото на разкъсване. Излагането на биологична тъкан води до йонизация на клетъчните молекули, което води до лъчева болест в тялото. Имуществени щети са свързани с реакции на делене на молекули в увреждащите елементи на боеприпаси.
Радиоактивно замърсяване.По време на земна експлозия се издигат почвени пари, прах и други неща. Появява се облак, движещ се по посока на движението на въздушните маси. Източниците на увреждане са продуктите на делене на активната част на ядреното оръжие, изотопите и неразрушените части на заряда. При движение на радиоактивен облак възниква непрекъснато радиационно замърсяване на района;
Електромагнитен импулс.Експлозията е придружена от появата на електромагнитни полета (от 1,0 до 1000 m) под формата на импулс. Те водят до повреда на електрически уреди, органи за управление и комуникации.

Комбинацията от фактори на ядрен взрив причинява различни нива на щети на персонала, оборудването и инфраструктурата на врага, а фаталността на последствията се свързва само с разстоянието от неговия епицентър.

История на създаването на ядрени оръжия

Създаването на оръжия с помощта на ядрени реакции беше придружено от редица научни открития, теоретични и практически изследвания, включително:

1905 г— създадена е теорията на относителността, която гласи, че малко количество материя съответства на значително освобождаване на енергия по формулата E = mc2, където „c“ представлява скоростта на светлината (автор А. Айнщайн);
1938 г— Германски учени проведоха експеримент за разделяне на атом на части чрез атака на уран с неутрони, който завърши успешно (О. Хан и Ф. Щрасман), а физик от Великобритания обясни факта на освобождаване на енергия (Р. Фриш) ;
1939 г- учени от Франция, че при извършване на верига от реакции на молекули на уран ще се освободи енергия, която може да предизвика експлозия с огромна сила (Жолио-Кюри).

Последното стана отправна точка за изобретяването на атомни оръжия. Паралелно разработване е извършено от Германия, Великобритания, САЩ и Япония. Основният проблем беше извличането на уран в необходимите обеми за провеждане на експерименти в тази област.

Проблемът е решен по-бързо в САЩ чрез закупуване на суровини от Белгия през 1940 г.

В рамките на проекта, наречен Манхатън, от 1939 до 1945 г. е построена инсталация за пречистване на уран, създаден е център за изследване на ядрените процеси и там са привлечени най-добрите специалисти - физици от цяла Западна Европа.

Великобритания, която извърши свои собствени разработки, беше принудена след германските бомбардировки доброволно да прехвърли разработките по своя проект на американските военни.

Смята се, че американците са първите, изобретили атомната бомба. Тестовете на първия ядрен заряд са извършени в щата Ню Мексико през юли 1945 г. Светкавицата от експлозията помрачи небето и пясъчният пейзаж се превърна в стъкло. След кратък период от време бяха създадени ядрени заряди, наречени „Бебе“ и „Дебел човек“.

Ядрено оръжие в СССР - дати и събития

Възникването на СССР като ядрена държава е предшествано от дълга работа на отделни учени и държавни институции. Ключови периоди и значими дати на събития са представени, както следва:

1920 гсчита се за началото на работата на съветските учени върху атомното делене;
От тридесетте години насампосоката на ядрената физика става приоритетна;
октомври 1940 г— инициативна група от физици излезе с предложение за използване на атомни разработки за военни цели;
Лятото на 1941 гвъв връзка с войната институтите за ядрена енергия бяха прехвърлени в тила;
Есента на 1941 ггодина съветското разузнаване информира ръководството на страната за началото на ядрени програми във Великобритания и Америка;
септември 1942 г- атомните изследвания започнаха да се извършват изцяло, работата по урана продължи;
февруари 1943 г— създадена е специална изследователска лаборатория под ръководството на И. Курчатов, а общото ръководство е поверено на В. Молотов;

Проектът се ръководи от В. Молотов.

август 1945 г- във връзка с провеждането на ядрени бомбардировки в Япония, голямото значение на събитията за СССР, беше създаден Специален комитет под ръководството на Л. Берия;
април 1946 г- Създаден е KB-11, който започва да разработва образци на съветски ядрени оръжия в две версии (използвайки плутоний и уран);
Средата на 1948 г— работата по урана е спряна поради ниска ефективност и високи разходи;
август 1949 г- когато в СССР е изобретена атомната бомба, е изпробвана първата съветска ядрена бомба.

Намаляването на времето за разработка на продукта беше улеснено от висококачествената работа на разузнавателните агенции, които успяха да получат информация за американските ядрени разработки. Сред тези, които първи създадоха атомната бомба в СССР, беше екип от учени, ръководен от академик А. Сахаров. Те са разработили по-обещаващи технически решения от използваните от американците.

Атомна бомба "RDS-1"

През 2015 - 2017 г. Русия направи пробив в усъвършенстването на ядрените оръжия и системите за тяхното доставяне, като по този начин обяви държава, способна да отблъсне всяка агресия.

Първите тестове на атомна бомба

След тестване на експериментална ядрена бомба в Ню Мексико през лятото на 1945 г., японските градове Хирошима и Нагасаки са бомбардирани съответно на 6 и 9 август.

Тази година приключи разработката на атомната бомба

През 1949 г., в условия на повишена секретност, съветските дизайнери на KB-11 и учени завършват разработването на атомна бомба, наречена RDS-1 (реактивен двигател "C"). На 29 август на полигона Семипалатинск е изпробвано първото съветско ядрено устройство. Руската атомна бомба - РДС-1 беше продукт с "капкова форма", с тегло 4,6 тона, с обемен диаметър 1,5 м и дължина 3,7 метра.

Активната част включва плутониев блок, който позволява да се постигне мощност на експлозията от 20,0 килотона, съизмерима с TNT. Изпитателната площадка покриваше радиус от двадесет километра. Специфичните условия на тестовата детонация не са оповестени до момента.

На 3 септември същата година американското авиационно разузнаване установи наличието във въздушните маси на Камчатка на следи от изотопи, показващи тестване на ядрен заряд. На двадесет и трети висшият американски служител публично обяви, че СССР е успял да тества атомна бомба.

Северна Корея заплаши САЩ с изпитание на свръхмощна водородна бомба в Тихия океан. Япония, която може да пострада в резултат на тестовете, нарече плановете на Северна Корея напълно неприемливи. Президентите Доналд Тръмп и Ким Чен-ун спорят в интервюта и говорят за открит военен конфликт. За тези, които не разбират от ядрени оръжия, но искат да бъдат наясно, The Futurist е съставил ръководство.

Как работят ядрените оръжия?

Подобно на обикновената пръчка динамит, ядрената бомба използва енергия. Само че се освобождава не по време на примитивна химическа реакция, а в сложни ядрени процеси. Има два основни начина за извличане на ядрена енергия от атом. IN ядрено делене ядрото на атома се разпада на два по-малки фрагмента с неутрон. Ядрен синтез – процесът, чрез който Слънцето произвежда енергия – включва свързването на два по-малки атома, за да образуват по-голям. При всеки процес, делене или синтез, се освобождават големи количества топлинна енергия и радиация. В зависимост от това дали се използва ядрен делене или синтез, бомбите се делят на ядрен (атомен) И термоядрен .

Можете ли да ми кажете повече за ядреното делене?

Експлозия на атомна бомба над Хирошима (1945 г.)

Както си спомняте, атомът се състои от три вида субатомни частици: протони, неутрони и електрони. Центърът на атома, т.нар сърцевина , се състои от протони и неутрони. Протоните са положително заредени, електроните са отрицателно заредени, а неутроните изобщо нямат заряд. Съотношението протон-електрон винаги е едно към едно, така че атомът като цяло има неутрален заряд. Например въглероден атом има шест протона и шест електрона. Частиците се държат заедно от фундаментална сила - силна ядрена сила .

Свойствата на един атом могат да се променят значително в зависимост от това колко различни частици съдържа. Ако промените броя на протоните, ще имате различен химичен елемент. Ако промените броя на неутроните, получавате изотоп същият елемент, който имате в ръцете си. Например въглеродът има три изотопа: 1) въглерод-12 (шест протона + шест неутрона), който е стабилна и често срещана форма на елемента, 2) въглерод-13 (шест протона + седем неутрона), който е стабилен, но рядък и 3) въглерод -14 (шест протона + осем неутрона), който е рядък и нестабилен (или радиоактивен).

Повечето атомни ядра са стабилни, но някои са нестабилни (радиоактивни). Тези ядра спонтанно излъчват частици, които учените наричат радиация. Този процес се нарича радиоактивно разпадане . Има три вида гниене:

Алфа разпад : Ядрото излъчва алфа частица - два протона и два неутрона, свързани заедно. Бета разпад : Неутронът се превръща в протон, електрон и антинеутрино. Изхвърленият електрон е бета частица. Спонтанно делене: ядрото се разпада на няколко части и излъчва неутрони, а също така излъчва импулс от електромагнитна енергия - гама лъч. Това е последният тип разпад, който се използва в ядрена бомба. Започват свободните неутрони, излъчени в резултат на деленето верижна реакция , при което се отделя колосално количество енергия.

От какво са направени ядрените бомби?

Те могат да бъдат направени от уран-235 и плутоний-239. Уранът се среща в природата като смес от три изотопа: 238 U (99,2745% от естествения уран), 235 U (0,72%) и 234 U (0,0055%). Най-често срещаният 238 U не поддържа верижна реакция: само 235 U е способен на това.За да се постигне максимална мощност на експлозия, е необходимо съдържанието на 235 U в „пълнежа“ на бомбата да е поне 80%. Следователно уранът се произвежда изкуствено обогатяват . За да направите това, сместа от уранови изотопи се разделя на две части, така че една от тях да съдържа повече от 235 U.

Обикновено отделянето на изотопи оставя след себе си много обеднен уран, който не може да претърпи верижна реакция, но има начин да го накарате да го направи. Факт е, че плутоний-239 не се среща в природата. Но може да се получи чрез бомбардиране на 238 U с неутрони.

Как се измерва мощността им?

Мощността на ядрен и термоядрен заряд се измерва в TNT еквивалент - количеството тринитротолуен, което трябва да бъде детонирано, за да се получи подобен резултат. Измерва се в килотони (kt) и мегатони (Mt). Мощността на свръхмалките ядрени оръжия е по-малка от 1 kt, докато свръхмощните бомби дават повече от 1 mt.

Мощността на съветската „Царска бомба“ според различни източници е била от 57 до 58,6 мегатона в тротилов еквивалент; мощността на термоядрената бомба, която КНДР тества в началото на септември, е била около 100 килотона.

Кой създаде ядрени оръжия?

американският физик Робърт Опенхаймер и генерал Лесли Гроувс

През 30-те години на миналия век италиански физик Енрико Ферми демонстрира, че елементи, бомбардирани от неутрони, могат да бъдат трансформирани в нови елементи. Резултатът от тази работа беше откритието бавни неутрони , както и откриването на нови елементи, които не са представени в периодичната таблица. Скоро след откритието на Ферми немски учени Ото Хан И Фриц Щрасман бомбардира уран с неутрони, което води до образуването на радиоактивен изотоп на барий. Те стигнаха до заключението, че неутроните с ниска скорост карат ядрото на урана да се разпадне на две по-малки части.

Тази работа развълнува умовете на целия свят. В Принстънския университет Нилс Бор работил с Джон Уилър да се разработи хипотетичен модел на процеса на делене. Те предполагат, че уран-235 претърпява делене. Приблизително по същото време други учени откриха, че процесът на делене произвежда още повече неутрони. Това накара Бор и Уилър да зададат важен въпрос: могат ли свободните неутрони, създадени от деленето, да започнат верижна реакция, която да освободи огромни количества енергия? Ако това е така, тогава е възможно да се създадат оръжия с невъобразима сила. Предположенията им бяха потвърдени от френски физик Фредерик Жолио-Кюри . Неговото заключение стана тласък за развитието на създаването на ядрени оръжия.

Физици от Германия, Англия, САЩ и Япония са работили върху създаването на атомни оръжия. Преди началото на Втората световна война Алберт Айнщайн писа до президента на САЩ Франклин Рузвелт че нацистка Германия планира да пречисти уран-235 и да създаде атомна бомба. Сега се оказва, че Германия е далеч от извършването на верижна реакция: те работят върху „мръсна“, силно радиоактивна бомба. Както и да е, правителството на САЩ хвърли всичките си усилия за създаването на атомна бомба възможно най-скоро. Стартира проектът Манхатън, ръководен от американски физик Робърт Опенхаймер и общ Лесли Гроувс . В него участваха видни учени, емигрирали от Европа. До лятото на 1945 г. са създадени атомни оръжия на базата на два вида делящ се материал - уран-235 и плутоний-239. Една бомба, плутониевата „Нещото“, беше взривена по време на тестване, а други две, урановата „Бебе“ и плутониевата „Дебел човек“, бяха хвърлени върху японските градове Хирошима и Нагасаки.

Как работи термоядрената бомба и кой я е изобретил?

Термоядрената бомба се основава на реакцията ядрен синтез . За разлика от ядреното делене, което може да се случи спонтанно или принудително, ядреният синтез е невъзможен без доставка на външна енергия. Атомните ядра са положително заредени - така че те се отблъскват. Тази ситуация се нарича бариера на Кулон. За да преодолеят отблъскването, тези частици трябва да бъдат ускорени до луди скорости. Това може да стане при много високи температури - от порядъка на няколко милиона келвина (откъдето идва и името). Има три вида термоядрени реакции: самоподдържащи се (протичат в дълбините на звездите), контролирани и неконтролирани или експлозивни - използват се във водородни бомби.

Идеята за бомба с термоядрен синтез, инициирана от атомен заряд, е предложена от Енрико Ферми на неговия колега Едуард Телър през 1941 г., в самото начало на проекта Манхатън. Тази идея обаче не беше търсена по това време. Разработките на Teller бяха подобрени Станислав Улам , правейки идеята за термоядрена бомба осъществима на практика. През 1952 г. първото термоядрено взривно устройство е тествано на атола Ениветак по време на операцията Айви Майк. Това обаче беше лабораторна проба, непригодна за бой. Година по-късно Съветският съюз детонира първата в света термоядрена бомба, сглобена според дизайна на физиците Андрей Сахаров И Юлия Харитона . Устройството приличаше на пластова торта, така че страхотното оръжие беше наречено „Puff“. В хода на по-нататъшното развитие се ражда най-мощната бомба на Земята, „Цар Бомба“ или „Майката на Кузка“. През октомври 1961 г. той е тестван на архипелага Нова Земля.

От какво са направени термоядрените бомби?

Ако сте мислили така водород и термоядрените бомби са различни неща, сбъркал си. Тези думи са синоними. Това е водород (или по-скоро неговите изотопи - деутерий и тритий), който е необходим за извършване на термоядрена реакция. Има обаче една трудност: за да се взриви водородна бомба, първо е необходимо да се получи висока температура по време на конвенционална ядрена експлозия - едва тогава атомните ядра ще започнат да реагират. Следователно в случая на термоядрена бомба дизайнът играе голяма роля.

Широко известни са две схеми. Първият е „бутер тестото“ на Сахаров. В центъра имаше ядрен детонатор, който беше заобиколен от слоеве литиев деутерид, смесен с тритий, които бяха разпръснати със слоеве обогатен уран. Този дизайн направи възможно постигането на мощност в рамките на 1 Mt. Втората е американската схема Телър-Улам, където ядрената бомба и изотопите на водорода са разположени отделно. Изглеждаше така: отдолу имаше контейнер със смес от течен деутерий и тритий, в центъра на който имаше „запалителна свещ“ - плутониев прът, а отгоре - конвенционален ядрен заряд и всичко това в черупка от тежък метал (например обеднен уран). Бързите неутрони, произведени по време на експлозията, предизвикват реакции на атомно делене в урановата обвивка и добавят енергия към общата енергия на експлозията. Добавянето на допълнителни слоеве литиев уран-238 деутерид прави възможно създаването на снаряди с неограничена мощност. През 1953 г. съветски физик Виктор Давиденко случайно повтори идеята на Телер-Улам и на нейна основа Сахаров излезе с многоетапна схема, която направи възможно създаването на оръжия с безпрецедентна сила. „Майката на Кузка“ работи точно по тази схема.

Какви други бомби има?

Има и неутронни, но това като цяло е страшно. По същество неутронната бомба е термоядрена бомба с ниска мощност, 80% от енергията на експлозията на която е радиация (неутронно лъчение). Прилича на обикновен маломощен ядрен заряд, към който е добавен блок с изотоп на берилий – източник на неутрони. Когато ядрен заряд експлодира, се задейства термоядрена реакция. Този тип оръжие е разработено от американски физик Самюел Коен . Смяташе се, че неутронните оръжия унищожават всички живи същества, дори в убежища, но обхватът на унищожаване на такива оръжия е малък, тъй като атмосферата разпръсква потоци от бързи неутрони, а ударната вълна е по-силна на големи разстояния.

Какво ще кажете за кобалтовата бомба?

Не, синко, това е фантастично. Официално нито една държава няма кобалтови бомби. Теоретично това е термоядрена бомба с кобалтова обвивка, която осигурява силно радиоактивно замърсяване на района дори при относително слаб ядрен взрив. 510 тона кобалт могат да заразят цялата повърхност на Земята и да унищожат целия живот на планетата. Физик Лео Силард , който описа този хипотетичен дизайн през 1950 г., го нарече „Машината на Страшния съд“.

Какво е по-готино: ядрена бомба или термоядрена?

Пълномащабен модел на "Цар Бомба"

Водородната бомба е много по-модерна и технологично напреднала от атомната. Неговата експлозивна сила далеч надвишава тази на атомната и е ограничена само от броя на наличните компоненти. При термоядрена реакция се отделя много повече енергия за всеки нуклон (така наречените съставни ядра, протони и неутрони), отколкото при ядрена реакция. Например деленето на ураново ядро произвежда 0,9 MeV (мегаелектронволт) на нуклон, а сливането на хелиево ядро от водородни ядра освобождава енергия от 6 MeV.

Като бомби доставямкъм целта?

Първоначално те бяха изхвърлени от самолети, но системите за противовъздушна отбрана непрекъснато се подобряваха и доставянето на ядрени оръжия по този начин се оказа неразумно. С нарастването на производството на ракети всички права за доставка на ядрени оръжия бяха прехвърлени на балистични и крилати ракети от различни бази. Следователно бомба вече означава не бомба, а бойна глава.

Смята се, че севернокорейската водородна бомба е твърде голяма, за да бъде монтирана на ракета - така че ако КНДР реши да изпълни заплахата, тя ще бъде транспортирана с кораб до мястото на експлозията.

Какви са последствията от ядрена война?

Хирошима и Нагасаки са само малка част от възможния апокалипсис. Известна е например хипотезата за „ядрената зима“, изложена от американския астрофизик Карл Сейгън и съветския геофизик Георгий Голицин. Предполага се, че експлозията на няколко ядрени бойни глави (не в пустинята или водата, а в населените места) ще предизвика много пожари и голямо количество дим и сажди ще се излеят в атмосферата, което ще доведе до глобално охлаждане. Хипотезата беше критикувана чрез сравняване на ефекта с вулканичната активност, която има малък ефект върху климата. Освен това някои учени отбелязват, че е по-вероятно да настъпи глобално затопляне, отколкото охлаждане - въпреки че и двете страни се надяват, че никога няма да разберем.

Разрешени ли са ядрени оръжия?

След надпреварата във въоръжаването през 20 век страните се опомниха и решиха да ограничат използването на ядрени оръжия. ООН прие договори за неразпространение на ядрени оръжия и за забрана на ядрени опити (последният не беше подписан от младите ядрени сили Индия, Пакистан и КНДР). През юли 2017 г. беше приет нов договор за забрана на ядрените оръжия.

„Всяка държава страна се задължава никога и при никакви обстоятелства да не разработва, тества, произвежда, произвежда, придобива по друг начин, притежава или складира ядрени оръжия или други ядрени експлозивни устройства“, гласи първият член на договора.

Документът обаче няма да влезе в сила, докато 50 държави не го ратифицират.

Структурно първата атомна бомба се състоеше от следните основни компоненти:

ядрен заряд;
взривно устройство и система за детониране на автоматичен заряд със системи за безопасност;
балистичното тяло на авиобомбата, в което се помещава ядреният заряд и автоматичната детонация.

Основните условия, които определят дизайна на бомбата RDS-1, са свързани с:

с решението да се запази максимално основният дизайн на американската атомна бомба, тествана през 1945 г.;
е необходимо, в интерес на безопасността, окончателното сглобяване на заряда, монтиран в балистичното тяло на бомбата, да се извърши в условията на полигона, непосредствено преди детонацията;
с възможност за бомбардиране на RDS-1 от тежък бомбардировач TU-4.

Атомният заряд на бомбата RDS-1 беше многослойна структура, в която активното вещество, плутоний, беше прехвърлено в суперкритично състояние чрез компресирането му чрез конвергираща сферична детонационна вълна в експлозива.

В центъра на ядрения заряд имаше плутоний, структурно състоящ се от две полусферични части. Масата на плутония е определена през юли 1949 г., след завършване на експериментите за измерване на ядрените константи.

Големи успехи постигнаха не само технолозите, но и металурзите и радиохимиците. Благодарение на техните усилия вече първите плутониеви части съдържаха малки количества примеси и силно активни изотопи. Последната точка беше особено важна, тъй като краткотрайните изотопи, които са основният източник на неутрони, биха могли да имат отрицателно въздействие върху вероятността от преждевременна експлозия.

В кухината на плутониевата активна част в композитна обвивка от естествен уран беше монтиран неутронен предпазител (NF). През 1947-1948 г. са разгледани около 20 различни предложения относно принципите на работа, проектиране и подобряване на NZ.

Един от най-сложните компоненти на първата атомна бомба RDS-1 беше експлозивен заряд, направен от сплав от TNT и хексоген.

Изборът на външния радиус на взривното вещество се определя, от една страна, от необходимостта да се получи задоволително енергоотделяне, а от друга - от допустимите външни размери на продукта и технологичните производствени възможности.

Първата атомна бомба е разработена във връзка с нейното окачване в самолета TU-4, чийто бомбен отсек осигурява възможност за настаняване на продукт с диаметър до 1500 mm. Въз основа на този размер беше определено средното сечение на балистичното тяло на бомбата RDS-1. Експлозивният заряд е структурно куха топка и се състои от два слоя.

Вътрешният слой е оформен от две полусферични основи, направени от домашна сплав от TNT и хексоген.

Външният слой на взривния заряд RDS-1 е сглобен от отделни елементи. Този слой, предназначен да образува сферична конвергираща детонационна вълна в основата на експлозива и наречен фокусираща система, беше една от основните функционални единици на заряда, което до голяма степен определяше неговите тактически и технически характеристики.

Основната цел на системата за автоматизация на бомбата беше да извърши ядрен взрив в дадена точка на траектория. Част от електрическото оборудване на бомбата беше поставено на самолета-носител, а отделните му елементи бяха поставени върху ядрения заряд.
За да се повиши надеждността на работата на продукта, отделните елементи на автоматичната детонация са направени по двуканална (дублирана) схема. В случай на повреда на системите за предпазители на голяма надморска височина, в конструкцията на бомбата е предвидено специално устройство (сензор за удар) за извършване на ядрен взрив, когато бомбата удари земята.

Още в началния етап от развитието на ядрените оръжия стана очевидно, че изследването на процесите, протичащи в заряда, трябва да следва изчислителен и експериментален път, което направи възможно коригирането на теоретичния анализ въз основа на резултатите от експериментите и експериментални данни за газодинамичните характеристики на ядрените заряди.

Като цяло газодинамичното изпитване на ядрен заряд включваше редица изследвания, свързани с поставянето на експерименти и записването на бързи процеси, включително разпространението на детонационни и ударни вълни в разнородни среди.

Изследванията на свойствата на веществата на газодинамичния етап от работата на ядрените заряди, когато диапазонът на налягането достига стойности до стотици милиони атмосфери, изискват разработването на фундаментално нови методи за изследване, чиято кинетика изисква висока точност - до стотни от микросекундата. Такива изисквания доведоха до разработването на нови методи за запис на високоскоростни процеси. Именно в Научноизследователския сектор КБ-11 бяха положени основите на родната високоскоростна фотохронография със скорост на сканиране до 10 km/s и скорост на снимане около милион кадъра в секунда. Свръхвисокоскоростният рекордер, разработен от А. Д. Захаренков, Г. Д. Соколов и В. К. Боболев (1948 г.), стана прототип на серийни SFR устройства, разработени съгласно техническите спецификации на KB-11 в Института по химическа физика през 1950 г.

Обърнете внимание, че този фотохронограф, задвижван от въздушна турбина, още по това време осигурява скорост на сканиране на изображения от 7 km/s. Параметрите на серийния SFR апарат (1950 г.), задвижван от електродвигател, създаден на негова основа, са по-скромни - до 3,5 km/s.

Е.К.Завойски

За изчислителната и теоретична обосновка на работата на първия продукт беше фундаментално важно да се знаят параметрите на състоянието на PV зад фронта на детонационната вълна, както и динамиката на сферично симетричното компресиране на централната част на продукта. За тази цел през 1948 г. E.K.

Разпределението на скоростта на продуктите на експлозията е извършено паралелно и по метода на импулсната радиография от V.A.Tsukerman и сътрудници.

За запис на бързи процеси са създадени уникални многоканални записващи устройства ETAR-1 и ETAR-2, разработени от Е. А. Етингоф и М. С. Тарасов, с времева разделителна способност, близка до наносекунда. Впоследствие тези записващи устройства бяха заменени от серийно произвежданото устройство OK-4, разработено от A.I. Соколик (ICP AN).

Използването на нови методи и нови рекордери в изследванията на KB-11 позволи още в началото на работата по създаването на атомни оръжия да се получат необходимите данни за динамичната свиваемост на структурните материали.

Експерименталните изследвания на константите на работните вещества, включени във физическата верига на заряда, създадоха основата за проверка на физическите концепции за процесите, протичащи в заряда на газодинамичния етап от неговата работа.

Обща структура на атомна бомба

Основните елементи на ядреното оръжие са:

кадър
система за автоматизация

Корпусът е проектиран да побира ядрен заряд и система за автоматизация, а също така ги предпазва от механични, а в някои случаи и топлинни ефекти. Системата за автоматизация осигурява експлозията на ядрен заряд в даден момент от време и елиминира неговото случайно или преждевременно активиране. Включва:

система за безопасност и взвеждане
система за аварийна детонация
система за детонация на заряда
захранване
сензорна система за експлозия

Средствата за доставка на ядрено оръжие могат да бъдат балистични ракети, крилати и зенитни ракети и самолети. Ядрените боеприпаси се използват за оборудване на въздушни бомби, противопехотни мини, торпеда и артилерийски снаряди (203,2 mm SG и 155 mm SG-САЩ).

Изобретени са различни системи за детониране на атомната бомба. Най-простата система е инжекторно оръжие, при което снаряд, направен от делящ се материал, се разбива в приемника, образувайки суперкритична маса. Атомната бомба, хвърлена от Съединените щати над Хирошима на 6 август 1945 г., има детонатор от инжекционен тип. И имаше енергиен еквивалент на приблизително 20 килотона TNT.

Музей на ядрените оръжия

Историко-мемориалният музей на ядреното оръжие RFNC-VNIIEF (Руски федерален ядрен център - Всеруски изследователски институт по експериментална физика) е открит в град Саров на 13 ноември 1992 г. Това е първият музей в страната, който разказва за основните етапи от създаването на вътрешния ядрен щит. Първите експонати на музея се появиха пред посетителите на този ден в сградата на бившия техникум, където музеят се намира и сега.

Неговите експонати са образци на продукти, превърнали се в легенди в историята на ядрената индустрия на страната. Това, върху което работят най-големите специалисти, доскоро беше огромна държавна тайна не само за обикновените смъртни, но и за самите разработчици на ядрени оръжия.

Експозицията на музея съдържа експонати от първия тестов модел през 1949 г. до наши дни.

Избухнал близо до Нагасаки. Смъртта и разрушенията, които придружаваха тези експлозии, бяха безпрецедентни. Страхът и ужасът обхващат цялото японско население, принуждавайки го да се предаде за по-малко от месец.

След края на Втората световна война обаче атомните оръжия не избледняха на заден план. Избухването на Студената война се превърна в фактор за огромен психологически натиск между СССР и САЩ. И двете страни инвестираха огромни суми пари в развитието и създаването на нови атомни електроцентрали. Така за 50 години на нашата планета са се натрупали няколко хиляди атомни черупки. Това е напълно достатъчно, за да унищожи целия живот няколко пъти. Поради тази причина в края на 90-те години беше подписан първият договор за разоръжаване между САЩ и Русия, за да се намали рискът от световна катастрофа. Въпреки това в момента 9 държави разполагат с ядрени оръжия, което извежда отбраната им на различно ниво. В тази статия ще разгледаме защо атомните оръжия са получили своята разрушителна сила и как работят атомните оръжия.

За да разберем пълната мощ на атомните бомби, е необходимо да разберем понятието радиоактивност. Както знаете, най-малката структурна единица на материята, която изгражда целия свят около нас, е атомът. Атомът от своя страна се състои от ядро и нещо, което се върти около него. Ядрото се състои от неутрони и протони. Електроните имат отрицателен заряд, а протоните имат положителен заряд. Неутроните, както подсказва името им, са неутрални. Обикновено броят на неутроните и протоните е равен на броя на електроните в един атом. Въпреки това, под въздействието на външни сили, броят на частиците в атомите на дадено вещество може да се промени.

Ние се интересуваме само от варианта, когато броят на неутроните се промени и се образува изотоп на веществото. Някои изотопи на дадено вещество са стабилни и се срещат естествено, докато други са нестабилни и са склонни да се разпадат. Например въглеродът има 6 неутрона. Освен това има изотоп на въглерод със 7 неутрона - доста стабилен елемент, открит в природата. Изотоп на въглерод с 8 неутрона вече е нестабилен елемент и има тенденция да се разпада. Това е радиоактивен разпад. В този случай нестабилните ядра излъчват три вида лъчи:

1. Алфа лъчите са сравнително безвреден поток от алфа частици, който може да бъде спрян с тънък лист хартия и не може да причини вреда.

Дори ако живите организми са успели да оцелеят през първите две, вълната от радиация причинява много краткотрайна лъчева болест, убиваща за няколко минути. Такива щети са възможни в радиус от няколкостотин метра от експлозията. До няколко километра от експлозията лъчева болест ще убие човек за няколко часа или дни. Хората извън непосредствената експлозия също могат да бъдат изложени на радиация чрез ядене на храни и чрез вдишване от замърсената зона. Освен това радиацията не изчезва моментално. Той се натрупва в околната среда и може да отрови живите организми в продължение на много десетилетия след експлозията.

Вредата от ядрените оръжия е твърде опасна, за да бъде използвана при каквито и да е обстоятелства. От него неизбежно страда мирното население и се нанасят непоправими щети на природата. Следователно основната употреба на ядрените бомби в наше време е възпирането от атака. Дори тестовете на ядрени оръжия в момента са забранени в повечето части на нашата планета.

Но това е нещо, което често не знаем. И защо избухва ядрена бомба също...

Да започнем отдалеч. Всеки атом има ядро, а ядрото се състои от протони и неутрони - може би всеки знае това. По същия начин всички видяха периодичната таблица. Но защо химичните елементи в него са поставени по този начин, а не по друг начин? Със сигурност не защото Менделеев е искал така. Атомният номер на всеки елемент в таблицата показва колко протона има в ядрото на атома на този елемент. С други думи, желязото е номер 26 в таблицата, защото има 26 протона в един железен атом. И ако няма 26 от тях, това вече не е желязо.

Но може да има различен брой неутрони в ядрата на един и същи елемент, което означава, че масата на ядрата може да бъде различна. Атомите на един и същ елемент с различни маси се наричат изотопи. Уранът има няколко такива изотопа: най-често срещаният в природата е уран-238 (ядрото му има 92 протона и 146 неутрона, общо 238). Той е радиоактивен, но не можете да направите ядрена бомба от него. Но изотопът уран-235, малко количество от който се намира в уранови руди, е подходящ за ядрен заряд.

Читателят може да е срещал изразите „обогатен уран“ и „обеднен уран“. Обогатеният уран съдържа повече уран-235 от естествения уран; в изчерпано състояние, съответно, по-малко. Обогатеният уран може да се използва за производството на плутоний, друг елемент, подходящ за ядрена бомба (почти никога не се среща в природата). Как се обогатява уранът и как се получава плутоний от него е тема за отделна дискусия.

Тогава защо избухва ядрена бомба? Факт е, че някои тежки ядра са склонни да се разпадат, ако бъдат ударени от неутрон. И няма да се налага да чакате дълго за свободен неутрон - има много от тях, които летят наоколо. И така, такъв неутрон удря ядрото на уран-235 и по този начин го разбива на „фрагменти“. Това освобождава още няколко неутрона. Можете ли да познаете какво ще се случи, ако наоколо има ядра от същия елемент? Точно така, ще се получи верижна реакция. Така става.

В ядрен реактор, където уран-235 е "разтворен" в по-стабилния уран-238, експлозия не възниква при нормални условия. Повечето от неутроните, които излитат от разпадащите се ядра, отлитат в млякото, без да намират ядрата на уран-235. В реактора разпадането на ядрата става „бавно“ (но това е достатъчно, за да може реакторът да осигури енергия). В едно парче уран-235, ако е с достатъчна маса, неутроните гарантирано ще разбият ядрата, верижната реакция ще започне като лавина и... Стой! В крайна сметка, ако направите парче уран-235 или плутоний с масата, необходима за експлозия, то веднага ще избухне. Това не е важното.

Какво ще стане, ако вземете две парчета с подкритична маса и ги натиснете едно срещу друго с помощта на механизъм с дистанционно управление? Например, поставете и двата в тръба и прикрепете към единия барутен заряд, така че в точния момент едното парче, като снаряд, да бъде изстреляно към другото. Ето решението на проблема.

Можете да го направите по различен начин: вземете сферично парче плутоний и прикрепете експлозивни заряди по цялата му повърхност. Когато тези заряди детонират по команда отвън, тяхната експлозия ще компресира плутония от всички страни, ще го компресира до критична плътност и ще настъпи верижна реакция. Тук обаче са важни точността и надеждността: всички експлозивни заряди трябва да избухнат едновременно. Ако някои от тях работят, а други не, или някои работят със закъснение, няма да доведе до ядрена експлозия: плутоният няма да бъде компресиран до критична маса, а ще се разпръсне във въздуха. Вместо ядрена бомба ще получите така наречената „мръсна“.

Ето как изглежда ядрена бомба от тип имплозия. Зарядите, които трябва да създадат насочена експлозия, са направени под формата на полиедри, за да покрият възможно най-плътно повърхността на плутониевата сфера.

Първият тип устройство се наричаше оръдие, вторият тип - имплозионно устройство.
Бомбата "Момченцето", хвърлена над Хирошима, имаше заряд от уран-235 и устройство от типа на оръдие. Бомбата Дебелия човек, детонирана над Нагасаки, носеше плутониев заряд, а взривното устройство беше имплозия. В днешно време устройствата от типа на пистолета почти не се използват; имплозиите са по-сложни, но в същото време ви позволяват да регулирате масата на ядрения заряд и да го изразходвате по-рационално. И плутоният замени уран-235 като ядрен експлозив.

Минаха доста години и физиците предложиха на военните още по-мощна бомба - термоядрена бомба или, както се нарича още, водородна бомба. Оказва се, че водородът експлодира по-силно от плутония?

Водородът наистина е експлозивен, но не толкова. Във водородната бомба обаче няма „обикновен“ водород, а се използват неговите изотопи – деутерий и тритий. Ядрото на „обикновения“ водород има един неутрон, на деутерия има два, а на трития има три.

В ядрената бомба ядрата на тежък елемент се разделят на ядра на по-леки. При термоядрения синтез протича обратният процес: леките ядра се сливат едно с друго в по-тежки. Деутериевите и тритиевите ядра, например, се комбинират, за да образуват хелиеви ядра (иначе известни като алфа частици), а „допълнителният“ неутрон се изпраща в „свободен полет“. Това освобождава значително повече енергия, отколкото при разпадането на плутониеви ядра. Между другото, точно такъв процес протича на Слънцето.

Реакцията на синтез обаче е възможна само при свръхвисоки температури (затова се нарича термоядрена). Как да накараме деутерий и тритий да реагират? Да, много е просто: трябва да използвате ядрена бомба като детонатор!

Тъй като деутерият и тритият сами по себе си са стабилни, техният заряд в термоядрена бомба може да бъде произволно голям. Това означава, че термоядрената бомба може да бъде направена несравнимо по-мощна от „простата“ ядрена. „Бебето“, хвърлено над Хирошима, имаше тротилов еквивалент в рамките на 18 килотона, а най-мощната водородна бомба (т.нар. „Цар бомба“, известна още като „Майката на Кузка“) беше вече 58,6 мегатона, повече от 3255 пъти повече мощно "бебе"!

Облакът „гъба“ от Цар Бомба се издигна на височина от 67 километра, а взривната вълна обиколи земното кълбо три пъти.

Такава гигантска мощност обаче очевидно е прекомерна. След като „играха достатъчно“ с мегатонни бомби, военните инженери и физици поеха по различен път - пътя на миниатюризацията на ядрените оръжия. В тяхната конвенционална форма ядрените оръжия могат да бъдат изхвърлени от стратегически бомбардировачи като въздушни бомби или изстреляни от балистични ракети; ако ги миниатюризирате, получавате компактен ядрен заряд, който не унищожава всичко на километри наоколо и който може да бъде поставен върху артилерийски снаряд или ракета въздух-земя. Ще се увеличи мобилността и ще се разшири кръгът от задачи за решаване. Освен стратегически ядрени оръжия ще получим и тактически.

Разработени са различни системи за доставка на тактически ядрени оръжия - ядрени оръдия, минохвъргачки, безоткатни пушки (например американският Дейви Крокет). СССР дори имаше проект за ядрен куршум. Вярно, трябваше да бъде изоставен - ядрените куршуми бяха толкова ненадеждни, толкова сложни и скъпи за производство и съхранение, че нямаше смисъл от тях.

— Дейви Крокет. Някои от тези ядрени оръжия бяха на въоръжение в американските въоръжени сили и западногерманският министър на отбраната неуспешно се опита да въоръжи Бундесвера с тях.

Говорейки за малки ядрени оръжия, заслужава да се спомене друг вид ядрено оръжие - неутронната бомба. Плутониевият заряд в него е малък, но това не е необходимо. Ако термоядрената бомба следва пътя на увеличаване на силата на експлозията, тогава неутронната бомба разчита на друг увреждащ фактор - радиацията. За да подобри радиацията, неутронната бомба съдържа изотоп на берилий, който при експлозия произвежда огромен брой бързи неутрони.

Според нейните създатели неутронната бомба трябва да убива вражески персонал, но да оставя оборудване непокътнато, което след това може да бъде заловено по време на офанзива. На практика се оказа малко по-различно: облъченото оборудване става неизползваемо - всеки, който се осмели да го пилотира, много скоро ще "спечели" лъчева болест. Това не променя факта, че експлозията на неутронна бомба е в състояние да удари врага през танкова броня; неутронните боеприпаси са разработени от Съединените щати специално като оръжие срещу съветски танкови формирования. Скоро обаче беше разработена танкова броня, която осигуряваше някаква защита от потока бързи неутрони.

Друг вид ядрено оръжие е изобретен през 1950 г., но никога (доколкото е известно) не е произведен. Това е така наречената кобалтова бомба – ядрен заряд с кобалтова обвивка. По време на експлозията кобалтът, облъчен от поток от неутрони, се превръща в изключително радиоактивен изотоп и се разпръсква из цялата област, замърсявайки я. Само една такава бомба с достатъчна мощност може да покрие цялото земно кълбо с кобалт и да унищожи цялото човечество. За щастие този проект си остана проект.

Какво можем да кажем в заключение? Ядрената бомба е наистина ужасно оръжие и в същото време (какъв парадокс!) помогна за поддържането на относителен мир между суперсилите. Ако врагът ви има ядрени оръжия, ще помислите десет пъти, преди да го атакувате. Никоя държава с ядрен арсенал не е била атакувана отвън и не е имало войни между големи държави в света от 1945 г. Да се надяваме, че няма да има такива.