Водородная бомба

ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в троти ловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоя дерного синтеза легких ядер. взрыва являются процес сы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах. В 1961 году был произведен самый мощный взрыв водородной бомбы. Утром 30 октября в 11 ч. 32 мин. над Новой Землей в районе Губы Митюши на высоте 4000 м над поверхностью суши была взор вана водородная бомба мощностью в 50 млн. т. тротила. Советский Союз провел испытание самого мощного в ис тории термоядерного устройства. Даже в "половинном" варианте (а максимал ьная мощность такой бомбы составляет 100 мегатонн) энергия взрыва десятик ратно превышала суммарную мощность всех взрывчатых веществ, использов анных всеми воюющими сторонами за годы Второй мировой войны (включая ато мные бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки). Ударная волна от взрыва тр ижды обогнула земной шар, первый раз - за 36 ч. 27 мин. Световая вспышка была настолько яркой, что, несмотря на сплошную облачность, была видна даже с командного пункта в поселке Бе лушья Губа (отдаленном от эпицентра взрыва почти на 200 км). Грибовидное облако выросло до высоты 67 км. К моменту взрыва, пока на огром ном парашюте бомба медленно опускалась с высоты 10500 до расчетной точки по дрыва, самолет-носитель Ту-95 с экипажем и его командиром майором Андреем Е горовичем Дурновцевым уже был в безопасной зоне. Командир возвращался н а свой аэродром подполковником, Героем Советского Союза. В заброшенном п оселке - 400 км от эпицентра - были пор ушены деревянные дома, а каменные лишились крыш, окон и дверей. На многие с отни километров от полигона в результате взрыва почти на час изменились условия прохождения радиоволн, и прекратилась радиосвязь. Бомба была разработана В.Б. Адамским, Ю.Н. Смирновым, А.Д . Сахаровым, Ю.Н. Бабаевым и Ю.А. Трутневым ( за что Сахар ов был награжден третьей медалью Героя Социалистического Труда ). Масса "устройства" составляла 26 тонн, для ее транспортиров ки и сброса использовался специально модифицированный стратегический бомбардировщик Ту-95. "Супербомба", как называл ее А.Сахаров, не помещалась в бомбовом отсеке самолета (ее длина составляла 8 метров, а диаметр - около 2 метров), поэтому несиловую часть фюзеляжа вырезали и смонти ровали специальный подъемный механизм и устройство для крепления бомб ы; при этом в полете она все равно больше чем наполовину торчала наружу. Ве сь корпус самолета, даже лопасти его винтов, был покрыт специальной бело й краской, защищающей от световой вспышки при взрыве. Такой же краской бы л покрыт корпус сопровождавшего самолета-лаборатории. Результаты взрыва заряда, получившего на Западе имя «Царь-бомба», впечатляли: * Ядерный «гриб» взрыва поднялся на высоту 64 км; диаметр его шляпки достиг 40 километров. Огненный шар разрыва достиг земли и почти достиг выс оты сброса бомбы (то есть, радиус огненного шара взрыва был примерно 4,5 километра). * Излучение вызывало ожоги третьей степени на рассто янии до ста километров. * На пике выделения излучения взрыв достиг мощности в 1 % от солнечной. * Ударная волна, возникшая в результате взрыва, три ра за обогнула земной шар. * Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвя зи даже в сотнях километров от полигона в течение одного часа. * Свидетели почувствовали удар и смогли описать взры в на расстоянии тысячи километров от эпицентра. Также, ударная волна в ка кой-то степени сохранила разрушительную силу на расстоянии тысячи кило метров от эпицентра. * Акустическая волна докатилась до острова Диксон, гд е взрывной волной повыбивало окна в домах . Политическим результатом этого испытания была демо нстрация Советским Союзом владения неограниченным по мощности оружием массового уничтожения — максимальный мегатоннаж бомбы из испытанных к тому моменту США был вчетверо меньше, чем у «Царь-бомбы». В самом деле, ув еличение мощности водородной бомбы достигается простым увеличением ма ссы рабочего материала, так что, в принципе, нет никаких факторов, препятс твующих созданию 100-мегатонной или 500-мегатонной водородной бомбы. (На само м деле, «Царь-бомба» была рассчитана на 100-мегатонный эквивалент; планируе мую мощность взрыва урезали вдвое, по словам Хрущёва, «Чтобы не разбить в се стёкла в Москве»). Этим испытанием Советский Союз продемонстрировал с пособность создать водородную бомбу любой мощности и средства доставк и бомбы к точке подрыва. Термоядерные реакции. В недрах Солнца содержится гигантское ко личество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при т емпературе ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядр а водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из ко торых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяж елых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синте за, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно з аконам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено т ем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его со став легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именн о поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного си нтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодар я которой стала возможной жизнь на Земле. Изотопы водорода. Атом водорода – простейший из всех сущес твующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокр уг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H 2 O) показали, что в ней в ничто жном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изот оп» водорода – дейтерий ( 2 H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону. Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизв ольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития об наружены в атмосфере Земл и , где он образует ся в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, вх одящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном р еакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов. Разработка водородной бомбы. Предварительный теоретический анали з показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейте рия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реал изации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельн ого ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; те рмоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыв а которого составила 4 я 8 Мт в тротиловом эквиваленте. Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов ме гатонного оружия. Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества рад иоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взр ыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыл а остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образу ется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бом бы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции . Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактив ные осадки значительно различались по количеству и составу. Механизм действия водородной бомбы. Последовательность процессов, происходящих при взр ыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взры вается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реак ции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вс пышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термо ядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – с оединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым число м 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким о бразом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непоср едственно в самой приведенной в действие бомбе. Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейте рия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлека я в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем пов ышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, хар актерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают нас только быстро, что воспринимаются как мгновенные. Деление, синтез, деление (супербомба). На самом деле в бомбе описанная выше последовательн ость процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Дале е конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление . В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 (основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, испо льзуемый в обычных атомных бомбах). Быстрые нейтроны расщепляют атомы ур ановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, э квивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Кажд ое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В числ о продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 ра диоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопров ождающие взрывы супербомб. Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оруж ие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным. Оно гораздо дешев ле атомных бомб той же мощности. Последстви я взрыва. Ударная волна и тепловой эффект. Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный ха рактер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна ог ромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшаетс я с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определя ется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может в ызвать серьезные ожоги. Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди остану тся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на р асстоянии примерно 8 км от эпицентр а взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на рассто янии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте, на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для люд ей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возра стает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на кото рой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает леталь ный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощно сти. Огненный шар. В за висимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненны й шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное (хотя и вто ричное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей с реды. Радиоактивн ые осадки. Как они обра зуются. При взрыве бомбы возникший огненный шар напо лняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхно стью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и п епел и втягивает их в огненный смерч. В вихре пламени они перемешиваются и связываются с радиоактивными частицами. Радиоактивная пыль, кроме сам ой крупной, оседает не сразу. Более мелкая пыль уносится возникшим в резу льтате взрыва облаком и постепенно выпадает по мере движения его по ветр у. Непосредственно в месте взрыва радиоактивные осадки могут быть чрезв ычайно интенсивными – в основном это оседающая на землю крупная пыль. В сотнях километров от места взрыва и на более далеких расстояниях на земл ю выпадают мелкие, но все еще видимые глазом частицы пепла. Часто они обра зуют похожий на выпавший снег покров, смертельно опасный для всех, кто ок ажется поблизости. Еще более мелкие и невидимые частицы, прежде чем они о сядут на землю, могут странствовать в атмосфере месяцами и даже годами, м ного раз огибая земной шар. К моменту выпадения их радиоактивность значи тельно ослабевает. Наиболее опасным остается излучение стронция-90 с пер иодом полураспада 28 лет. Его выпадение четко наблюдается повсюду в мире. О седая на листве и траве, он попадает в пищевые цепи, включающие и человека . Как следствие этого, в костях жителей большинства стран обнаружены зам етные, хотя и не представляющие пока опасности, количества стронция-90. Нак опление стронция-90 в костях человека в долгосрочной перспективе весьма опасно, так как приводит к образованию костных злокачественных опухоле й. Длительное заражение местности рад иоактивными осадками. В случае военных действий при менение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загря знению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется ра йон в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь пораж ения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепло вым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоа ктивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитан ия. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже м есяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может дос тичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа суперб омб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельн о опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание с верхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать неп ригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время п осле прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохр аняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изот опов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных эт им изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человек а