В поисках идеального оружия, способного одним щелчком испарить армию противника, бились сотни тысяч известных и забытых оружейников древности. Периодически след этих поисков можно найти в сказках, более или менее правдоподобно описывающих чудо-меч или лук, бьющий без промаха.
К счастью, технический прогресс двигался долгое время настолько медленно, что реальное воплощение сокрушительного оружия оставалась в мечтах и устных рассказах, а позже на страницах книг. Научно-технический скачок XIX века обеспечил условия для создания главной фобии века ХХ-го. Ядерная бомба, созданная и испытанная в реальных условиях, произвела революцию и в военном деле, и в политике.
История создания оружия
Долгое время считалось, что самое мощное оружие можно создать только с использованием взрывчатых веществ. Открытия ученых, работавших с самыми мелкими частицами, дали научное обоснование того, что с помощью элементарных частиц можно вырабатывать огромную энергию. Первым в ряду исследователей можно назвать Беккереля, в 1896 году открывшего радиоактивность солей урана.
Сам уран был известен еще с 1786 года, однако в то время о его радиоактивности никто не подозревал. Работа ученых на рубеже XIX и ХХ веков выявила не только особые физические свойства, но и возможность получения энергии из радиоактивных веществ.
Вариант изготовления оружия на основе урана впервые был подробно описан, опубликован и запатентован французскими физиками, супругами Жолио-Кюри в 1939 году.
Несмотря на ценность для оружейного дела, сами ученые были решительно против создания настолько сокрушительного оружия.
Пройдя Вторую мировую войну в Сопротивлении, в 1950-х супруги (Фредерик и Ирэн) понимая разрушительную силу войны, выступают за всеобщее разоружение. Их поддерживают Нильс Бор, Альберт Эйнштейн и другие видные физики того времени.
Между тем, пока Жолио-Кюри были заняты проблемой фашистов в Париже, на другом конце планеты, в Америке, разрабатывался первый в мире ядерный заряд. Роберту Оппенгеймеру, возглавившему работы, были предоставлены широчайшие полномочия и огромные ресурсы. Конец 1941 года ознаменовался началом проекта «Манхеттен», приведшего в итоге к созданию первого боевого ядерного заряда.
В городке Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, были воздвигнуты первые производственные площади для получения оружейного урана. В дальнейшем такие же ядерные центры появляются по всей стране, например в Чикаго, в Ок-Ридже, штат Теннеси, производились исследования и в Калифорнии. На создание бомбы были брошены лучшие силы профессуры американских университетов, а так же бежавшие из Германии ученые-физики.
В самом же «Третьем Рейхе» работа по созданию нового типа оружия была развернута характерным для фюрера способом.
Поскольку «Бесноватого» больше интересовали танки и самолеты, и чем больше тем лучше, в новой чудо-бомбе он не видел особой нужды.
Соответственно не поддерживаемые Гитлером проекты в лучшем случае двигались черепашьим шагом.
Когда же стало припекать, и оказалось что танки и самолеты проглотил Восточный фронт, новое чудо оружие получило поддержку. Но было поздно, в условиях бомбежек и постоянного страха советских танковых клиньев создать устройство с ядерной составляющей не представлялось возможным.
Советский Союз более внимательно относился к возможности создания нового типа разрушительного оружия. В довоенный период физиками собирались и сводились общие знания о ядерной энергетике и возможности создания ядерного оружия. Усиленно работала разведка в течение всего периода создания ядерной бомбы как в СССР, так и в США. Значительную роль в сдерживании темпов разработки сыграла война, так как огромные ресурсы уходили на фронт.
Правда, академик Курчатов Игорь Васильевич, со свойственным упорством, продвигал работу всех подведомственных подразделений и в этом направлении. Забегая немного вперед, именно ему будет поручено ускорить разработки оружия перед лицом угрозы американского удара по городам СССР. Именно ему, стоявшему во граве громадной машины из сотен и тысяч ученых и работников будет присвоено почетное звание отца советской ядерной бомбы.
Первые в мире испытания
Но вернемся к американской ядерной программе. К лету 1945 года американским ученым удалось создать первую в мире ядерную бомбу. Любой мальчишка, сделавший сам или купивший в магазине мощную петарду, испытывает необычайные муки, желая взорвать ее поскорее. В 1945 году сотни американских военных и ученых испытывали то же самое.
16 июня 1945 года в пустыне Аламогордо, штат Нью-Мексико, были произведены первые в истории испытания ядерного оружия и один из самых мощных, на тот момент, взрывов.
Очевидцев, наблюдавших за подрывом из бункера, поразила сила, с которой заряд разорвался на вершине 30-метровой стальной башни. Сначала все залил свет, сильнее в несколько раз сильнее солнечного. Затем в небо поднялся огненный шар, превратившийся в столб дыма, оформившегося в знаменитый гриб.
На место подрыва, как только улеглась пыль, ринулись исследователи и создатели бомбы. Наблюдали они за последствиями из обвешанных свинцом танков «Шерман». Увиденное поразило их, ни одно оружие не наносило бы такого ущерба. Песок местами оплавился до стекла.
Найдены были и крошечные останки башни, в воронке огромного диаметра изуродованные и раздробленные конструкции наглядно иллюстрировали разрушительную мощь.
Поражающие факторы
Этот подрыв дал первые сведения о силе нового оружия, о том, с помощью чего он может уничтожить противника. Это несколько факторов:
- световое излучение, вспышка, способная ослепить даже защищенные органы зрения;
- ударная волна, плотный поток воздуха, движущийся от центра, уничтожающий большинство строений;
- электромагнитный импульс, выводящий из строя большую часть техники и не позволяющий пользоваться средствами связи первое время после взрыва;
- проникающая радиация, наиболее опасный фактор для укрывшихся от прочих поражающих факторов, делится на альфа- бета- гамма- облучение;
- радиоактивное заражение, способное отрицательно влиять на здоровье и жизнь в течение десятков, а то и сотен лет.
Дальнейшее применение ядерного оружия, в том числе в боевых действиях, показала все особенности влияния на живые организмы и на природу. 6 августа 1945 года стал последним днем для десятков тысяч жителей небольшого города Хиросима, известного тогда несколькими важными военными объектами.
Исход войны на Тихом океане был предрешен, однако в Пентагоне посчитали, что операция на японском архипелаге будет стоить более миллиона жизней морских пехотинцев армии США. Было принято решение убить сразу несколько зайцев, вывести Японию из войны, сэкономив на десантной операции, испытать в деле новое оружие и заявить о нем всему миру, и, прежде всего, СССР.
В час ночи самолет, на борту которого располагалась ядерная бомба «Малыш», вылетел на задание.
Бомба, сброшенная над городом, разорвалась на высоте примерно 600 метров в 8.15 утра. Все здания, располагавшиеся на расстоянии 800 метров от эпицентра, были разрушены. Уцелели стены всего нескольких строений, рассчитанных на 9-ти балльное землетрясение.
Из каждых десяти человек, находившихся в момент разрыва бомбы в радиусе 600 метров выжить смог только один. Световое излучение превращало людей в уголь, оставляя на камне следы тени, темный отпечаток места, на котором находился человек. Последовавшая взрывная волна была настолько сильна, что смогла выбить стекла на расстоянии 19 километров от места взрыва.
Одного подростка плотный поток воздуха выбил из дома через окно, приземлившись, парень увидел, как стены дома складываются как карты. За взрывной волной последовал огненный смерч, уничтоживший тех немногих жителей, уцелевших после взрыва и не успевших покинуть зону пожаров. Находившиеся на удалении от взрыва начали испытывать сильное недомогание, причина которой была первоначально неясна врачам.
Много позже, через несколько недель был озвучен термин «радиационное отравление», известный ныне как лучевая болезнь.
Жертвами всего одной бомбы, как непосредственно от взрыва, так и от последовавших болезней, стали более 280 тысяч человек.
На этом бомбардировки Японии ядерным оружием не закончились. По плану удару должны были быть подвергнуты всего от четырех до шести городов, но погодные условия позволили ударить еще только по Нагасаки. В этом городе жертвами бомбы «Толстяк» стали более 150 тысяч человек.
Обещания американского правительства наносить такие удары до капитуляции Японии привели к перемирию, а затем и к подписанию соглашения, окончившего Мировую войну. Но для ядерного оружия это было только начало.
Самая мощная бомба в мире
Послевоенное время ознаменовалось противостоянием блока СССР и союзников с США и НАТО. В 1940-х американцы всерьез рассматривали возможность нанесения удара по Советскому Союзу. Для сдерживания бывшего союзника пришлось ускорить работы по созданию бомбы, и уже в 1949 году, 29 августа с монополией Штатов в ядерном оружии было покончено. Во время гонки вооружений наибольшее внимание заслуживают два испытания ядерных зарядов.
Атолл Бикини, известный, прежде всего, легкомысленными купальниками, в 1954 году в буквальном смысле прогремел на весь мир в связи с испытаниями ядерного заряда особой мощности.
Американцы, решив опробовать новую конструкцию атомного оружия, не рассчитали заряд. В итоге взрыв получился в 2,5 раза мощнее, чем планировалось. Под ударом оказались жители близлежащих островков, а так же вездесущие японские рыбаки.
Но это была не самая мощная американская бомба. В 1960 году на вооружение принимается ядерная бомба В41, так и не прошедшая полноценных испытаний из-за своей мощности. Силу заряда рассчитали теоретически, опасаясь взрывать на полигоне такое опасное оружие.
Советский Союз, любивший во всем быть первым, испытал в 1961 году , прозванную по иному «Кузькина мать».
Отвечая на ядерный шантаж Америки, советские ученые создали самую мощную бомбу в мире. Испытанная на Новой Земле, она оставила свой след почти во всех уголках земного шара. По воспоминаниям, в самых удаленных уголках в момент взрыва ощущалось легкое землетрясение.
Взрывная волна, само собой, потеряв всю разрушительную силу, смогла обогнуть Землю. На сегодняшний момент это самая мощная ядерная бомба в мире, созданная и испытанная человечеством. Конечно, будь развязаны руки, ядерная бомба Ким Чен Ына была бы мощнее, но у него нет Новой Земли что бы испытать ее.
Устройство атомной бомбы
Рассмотрим очень примитивное, чисто для понимания, устройство атомной бомбы. Классов атомных бомб много, но рассмотрим три основные:
- урановая, на основе урана 235 впервые взорванная над Хиросимой;
- плутониевая, на основе плутония 239 впервые взорванная над Нагасаки;
- термоядерная, иногда называемая водородной, на основе тяжелой воды с дейтерием и тритием, к счастью, против населения не применявшаяся.
Первые две бомбы основаны на эффекте деления тяжелых ядер на более мелкие путем неконтролируемой ядерной реакции с выделением огромного количества энергии. Третья основана на слиянии ядер водорода (вернее его изотопов дейтерия и трития) с образованием более тяжелого, по отношению к водороду, гелия. При одинаковом весе бомбы разрушительный потенциал водородной в 20 раз больше.
Если для урана и плутония достаточно собрать воедино массу большую чем критическая (при которой начинается цепная реакция), то для водородной этого недостаточно.
Для надежного соединения нескольких кусков урана в один используется эффект пушки при котором более мелкие куски урана выстреливаются в более крупные. Можно применять и порох, но для надежности применяется маломощная взрывчатка.
В плутониевой бомбе для создания необходимых условий цепной реакции взрывчатку располагают вокруг слитков с плутонием. За счет кумулятивного эффекта, а также расположенного в самом центре инициатора нейтронов (бериллий с несколькими миллиграммами полония) необходимые условия достигаются.
Она имеет основной заряд, который сам по себе никак взорваться не может, и взрыватель. Для создания условий слияния ядер дейтерия и трития, нужны невообразимые для нас давления и температуры хотя бы в одной точке. Далее произойдет цепная реакция.
Для создания таких параметров в состав бомбы входит обычный, но маломощный, ядерный заряд, который и является взрывателем. Его подрыв создает условия для начала термоядерной реакции.
Для оценки мощности атомной бомбы применяют так называемый «тротиловый эквивалент». Взрыв это выделение энергии, самое известное в мире взрывчатое вещество – тротил (ТНТ – тринитротолуол), к нему и приравнивают все новые виды взрывчатки. Бомба «Малыш» – 13 килотонн ТНТ. То есть эквивалентна 13000 .
Бомба «Толстяк» – 21 килотонна, «Царь-бомба» – 58 мегатонн ТНТ. Страшно подумать 58 миллионов тонн взрывчатки сосредоточенной в массе 26,5 тонн, именно столько весела эта бомба.
Опасность ядерной войны и катастрофы, связанные с атомом
Появившись в разгар самой страшной войны ХХ века, ядерное оружие стало самой большой опасностью для человечества. Сразу после Второй Мировой началась война Холодная, несколько раз едва не переросшая в полноценный ядерный конфликт. Об угрозе применения хотя бы одной стороной ядерных бомб и ракет стали говорить еще в 1950-х годах.
Все понимали и понимают, в этой войне победителей быть не может.
Для сдерживания предпринимались и предпринимаются усилия многих ученых и политиков. Чикагский университет, используя мнение приглашенных ядерщиков, в том числе Нобелевских лауреатов, ставит часы Судного Дня за несколько минут до полуночи. Полночь обозначает ядерный катаклизм, начало новой Мировой войны и уничтожение прежнего мира. В разные годы стрелки часов колебались от 17 до 2 минут до полуночи.
Известны и несколько крупных аварий, произошедших на атомных станциях. К оружию эти катастрофы отношение имеют опосредованное, АЭС все же отличаются от ядерных бомб, но они как нельзя лучше показывают результаты использования атома в военных целях. Самые крупные из них:
- 1957 год, Кыштымская авария, из-за сбоя в системе хранения произошел взрыв недалеко от Кыштыма;
- 1957 год, Британия, на северо-западе Англии не досмотрели за безопасностью;
- 1979 год, США, из-за несвоевременно обнаруженной утечки произошел взрыв и выброс из АЭС;
- 1986 год, трагедия в Чернобыле, взрыв 4-го энергоблока;
- 2011 год, авария на станции Фукусима, Япония.
Каждая из этих трагедий легла тяжелой печатью на судьбы сотен тысяч людей и превратила целые области в нежилые зоны с особым контролем.
Были инциденты, едва не стоившие начала атомной катастрофы. Советские атомные подводные лодки неоднократно имели на борту аварии, связанные с реакторами. Американцы уронили бомбардировщик «Суперкрепость» с двумя ядерными бомбами Мark 39 на борту, мощностью 3,8 мегатонн. Но сработавшая “система безопасности” не позволила зарядам сдетонировать и катастрофы удалось избежать.
Ядерное оружие в прошлом и настоящем
Сегодня любому ясно, что ядерная война уничтожит современное человечество. Между тем желание обладать ядерным оружием и войти в ядерный клуб, а точнее ввалиться в него, вышибив дверь, по-прежнему будоражит умы некоторых лидеров государств.
Самовольно создали ядерное оружие Индия и Пакистан, скрывают наличие бомбы израильтяне.
Для одних обладания ядерной бомбой – способ доказать важность на международной арене. Для других – гарантия невмешательства крылатой демократии или иных факторов извне. Но главное, чтобы эти запасы не пошли в дело, для чего они действительно были созданы.
Видео
Мировая наука не стоит на месте. Проникновение в тайны строения ядра атома подарило человечеству эффективную и дешевую энергию, новые диагностические технологии. Однако исследования в этой области привели к созданию ядерного оружия и страшным катастрофам, повлекшим за собой огромное количество смертей, разрушение городов и заражение многих километров земной поверхности.
Споры о плюсах и минусах научных открытий в этой сфере продолжаются до сих пор.
История создания
Предпосылки
Военно-политическая обстановка и мощное развитие научных теорий в 20 веке создали реальные предпосылки для появления оружия массового уничтожения.
Однако первым кирпичиком в строительстве атомной бомбы можно считать открытие (в 1896 году) Антуаном Анри Беккерелем радиоактивности урана. В этом же ключе проводили свои исследования Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. Уже в 1913 году для изучения радиоактивности они создали свое научное учреждение (Радиевый институт).
Еще два важнейших открытия в этой сфере: планетарная модель атома и проведение успешных опытов по расщеплению ядра, значительно ускорили появление нового оружия.
В 1934 году был оформлен первый патент, который представлял описание реактора на атомной энергии (Лео Силард), а в 1939 году Фредериком Жолио-Кюри была запатентована урановая бомба.
Три страны мира начали свою борьбу за пальму первенства в производстве ядерного оружия.
Немецкая программа
Начало
В 1939 - 1945 году созданием атомной бомбы занимались ученые нацистской Германии. Эта программа получила название «Урановый проект» и была строго засекреченной. В ее планы входило создание оружия в течение девяти-двенадцати месяцев. Проект собрал около 22 научных организаций, в которые входили самые известные институты страны.
Во главе секретной компании были назначены Альберт Шпеер и Эрих Шуман.
Для создания сверхоружия было запущено производство фторида урана, из которого можно было получить уран-235, а также разработано специальное устройство по разделению изотопов по методу Клузиуса - Диккеля. Эта установка состояла из двух труб, одна из которых должна была нагреваться, а вторая охлаждаться. Между ними должен был продвигаться гексафторид урана в газообразном состоянии, что дало бы возможность разделить более легкий уран −235 и тяжелый уран - 238.
На основании теоретических выкладок по конструированию ядерного реактора, которые предоставил Вернер Гейзенберг, компания «Ауэрге» получила заказ на производство некоторого количества урана. Норвежская Norsk Hydro предоставляла оксид дейтерия (тяжеловодородную воду).
В 1940 году Физический институт, который занимался вопросами атомной энергии, перешел в ведение вооруженных сил.
Неудачи
Однако, не смотря на то, что над проектом работало огромное количество ученых в течение года, собранное устройство для разделения изотопов так и не заработало. Было разработано еще около пяти вариантов обогащения урана, которые также не привели к успеху.
Считается, что причинами неудачных экспериментов является дефицит тяжеловодородной воды и недостаточно очищенный графит. Только в начале 1942 года немцы смогли построить первый реактор, который через некоторое время взорвался. Проведение последующих экспериментов было затруднено, поскольку в Норвегии был уничтожен завод по производству оксида дейтерия.
Последние данные о проведении экспериментов, дающих возможность получить цепную реакцию, были датированы январем 1945 года, однако уже в конце месяца установку пришлось демонтировать и отправить дальше от линии фронта в Хайгерлох. Последняя проба устройства была назначена на март - апрель. Считается, что ученые могли в короткий срок получить положительный результат, но этому не суждено было случиться, поскольку войска союзников вошли в город.
По окончанию Второй мировой войны немецкий реактор был вывезен в Америку.
Американская программа
Предпосылки
Первые разработки, связанные с атомной энергией, проводились Америкой, совместно с Канадой, Германией и Англией. Программа носила название «Урановый комитет». Руководство проекта осуществляли два человека - ученый и военный, физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс. Специально для прикрытия работ была сформирована особая часть войск - Манхэттенский инженерный округ, командующим которого был назначен Гровс.
В середине 1939 года президент Рузвельт получил письмо, подписанное Альбертом Эйнштейном, в котором сообщалось, что Германия разрабатывает новейшее сверхоружие. Была назначена специальная организация «Урановый комитет», которая должна была выяснить, насколько реальны слова Эйнштейна. Уже в октябре новость о возможности создания оружия была подтверждена и комитет начал свою активную работу.
Gadget «Проект Манхеттен»
В 1943 в США был создан «Проект Манхеттен», целью которого стало создание ядерного оружия. В разработках участвовали известные ученые из стран-союзников, а также огромное количество строительных служащих и военных.
Уран был главным сырьем для экспериментов, однако в составе природного ископаемого содержится всего лишь 0,7% необходимого для производства урана-235. Поэтому было принято решение провести исследования по разделению и обогащению этого элемента.
Для этого использовались технологии термо - и газовой диффузии, а также электромагнитного разделения. В конце 1942 года было одобрено строительство специальной установки для произведения газовой диффузии.
Факт. Несмотря на то, что в проекте работали ученые из Англии, Канады, Америки и Германии, США отказались делиться результатами исследований с Англией, что послужило развитию некоторой напряженности между странами - союзниками.
Была поставлена главная цель исследований: создать ядерную бомбу в 1945 году, что удалось достичь ученым, входившим в «Проект Манхеттен».
Осуществление
Итогом деятельности этой организации являлось создание трех бомб:
- Gadget (Штучка) на основе плутония-239;
- Little Boy (Малыш) урановая;
- Fat Man (Толстяк) на основе распада плутония-239.
Little Boy и Fat Man в августе 1945 года были сброшены на Японию, что нанесло непоправимый ущерб населению страны.
Ядерная бомба малыш и толстяк Теория и развитие
Еще в 1920 году в СССР был создан Радиевый институт, который занимался фундаментальными исследованиями радиоактивности. Уже в середине 20 века (с 1930 по 1940 годы) в Советском Союзе велись активные работы, связанные с получением ядерной энергии.
В 1940 известные российские ученые обратились к правительству, говоря о необходимости развития практической базы в атомной области. Благодаря этому была создана специальная организация (Комиссия по проблеме урана), председателем которой назначили В. Г. Хлопина. За год была проведена огромная работа по организации и координации учреждений, входивших в ее состав. Однако началась война, и большую часть научных институтов пришлось эвакуировать в. Казань. В тылу теоретическая работа над развитием этой отрасли продолжалась.
В сентябре 1942 года, практически сразу после начала американского проекта «Манхеттен» правительство СССР постановило начать работы по изучению урана. Для этого были выделены специальные помещения для лаборатории в Казани. Доклад о результатах исследований был назначен на апрель 1943 года. А в феврале 1943 года начались практические работы по созданию атомной бомбы.
Практические разработки
После возвращения Радиевого института в Ленинград (1944 г) ученые приступили к практической реализации своих проектов. Считается, что 5 декабря 1945 года - дата начала работ по разработке атомной энергии.
Исследования велись по следующим направлениям:
- изучение радиоактивного плутония;
- эксперименты по выделению плутония;
- разработка технологии получения плутония из урана.
После бомбардировки Японии Государственный комитет обороны издал указ об образовании Специального комитета по использованию атомной энергии. Для руководства этим проектом было организовано Первое главное управление. На решение поставленной задачи было брошено огромное количество человеческих и материальных ресурсов. Директивой Сталина предписывалось создать урановую и плутониевую бомбы не позднее 1948 года.
Развитие
Первоочередными задачами проекта являлось открытие производства промышленного плутония и урана и строительство ядерного реактора. Для разделения изотопов решено был использовать диффузионный метод. С огромной скоростью стали возводиться секретные предприятия, необходимые для решения этих вопросов. Техническая документация для этого оружия должна была быть готова к июлю 1946 года, а собранные конструкции - уже в 1948 году.
Благодаря колоссальному человеческому ресурсу и мощной материальной базе переход от теории к практическим экспериментам произошел в сжатые сроки. Первый реактор был построен и успешно запущен в декабре 1946 года. И уже в августе 1949 года была успешно испытана первая атомная бомба.
Первое испытание атомной бомбы в Советском Союзе Устройство бомбы
Основные компоненты:
- корпус;
- автоматическая система;
- ядерный заряд.
Корпус производится из прочного и надежного металла, способного уберечь боеголовку от негативных внешних факторов. В частности, от перепада температур, механических повреждений или других влияний, способных вызвать незапланированный взрыв.
Автоматика осуществляет контроль над следующими функциями:
- предохранительные устройства;
- механизм взведения;
- устройство аварийного подрыва;
- питание;
- подрывная система (датчик подрыва заряда).
Ядерный заряд - устройство, содержащее запас определенных веществ и обеспечивающее высвобождение энергии непосредственно для взрыва.
Принцип действия
В основе любого ядерного оружия лежит цепная реакция - процесс, при котором происходит цепное деление ядер атомов и выделяется мощная энергия.
Критическое состояние может быть достигнуто при наличии целого ряда факторов. Существуют вещества, способные или неспособные к цепной реакции, в частности Уран-235 и Плутоний-239, которые используются в производстве этого вида оружия.
В уране-235 деление тяжелого ядра может возбуждаться одним нейтроном, а в результате процесса появляется уже от 2 до 3 нейтронов. Таким образом, порождается цепная реакция разветвленного типа. В этом случае ее носителями являются нейтроны.
Природный уран состоит из 3 изотопов - 234, 235 и 238. Однако содержание Урана-235, необходимого для поддержания цепной реакции, всего около 0,72%. Поэтому для производственных целей проводят разделение изотопов. Альтернативным вариантом служит использование Плутония-239. Этот элемент получают искусственным путем, в процессе облучения Урана - 238 нейтронами.
При взрыве урановой или плутониевой бомбы могут быть выделены два ключевых момента:
- непосредственный центр взрыва, где протекает цепная реакция;
- проекция взрыва на поверхность - эпицентр.
РДС-1 в разрезе Факторы поражения при ядерном взрыве
Типы поражения атомной бомбой:
- ударная волна;
- световое и тепловое излучение;
- электромагнитное воздействие;
- радиоактивное заражение;
- проникающая радиация.
Ударная взрывная волна разрушает строения и технику, наносит повреждения людям. Этому способствует резкий перепад давления и высокая скорость воздушного потока.
В процессе взрыва высвобождается огромное количество световой и тепловой энергии. Поражение этой энергией может распространяться на несколько тысяч метров. Ярчайший свет поражает зрительный аппарат, а высокая температура вызывает воспламенение горючих веществ и наносит ожоги.
Электромагнитные импульсы выводят из строя электронику, и повреждает радиосвязь.
Радиация заражает поверхность земли в очаге поражения и вызывает нейтронную активацию веществ, находящихся в почве. Проникающая радиация разрушает все системы человеческого организма и вызывает лучевую болезнь.
Классификация ядерных боеприпасов
Существует два класса боеголовок:
- атомные;
- термоядерные.
Первые - это устройства одноступенчатого (однофазного) типа, образование энергии в которых происходит при делении тяжелых ядер (использование урана или плутония) с получением более легких элементов.
Вторые - устройства, имеющие двухступенчатый (двухфазный) механизм действия, происходит последовательное развитие двух физических процессов (цепная реакция и термоядерный синтез).
Еще одним важным показателем ядерного оружия является его мощность, которую измеряют в тротиловом эквиваленте.
На сегодняшний день существует пять таких групп:
- менее 1 кт (килотонн) - сверхмалая мощность;
- от 1 до 10 кт - малая;
- от 10 до 100 кт - средняя;
- от 100 до 1 Мт (мегатонн) - крупная;
- более 1 Мт - сверхкрупная.
Факт. Считается, что взрыв на Чернобыльской АЭС имел мощность около 75 тонн.
Варианты детонации
Детонация может обеспечиваться подключением двух основных схем или их комбинации.
Баллистическая или пушечная схема
Ее использование возможно только в зарядах, содержащих уран. Для осуществления взрыва производится выстрел одним блоком, содержащим делящееся вещество, имеющее подкритическую массу в другой блок, являющийся неподвижным.
Имплозивная схема
Производится направленный внутрь взрыв, осуществляемый при помощи обжатия горючего, в процессе которого докритическая масса делящегося вещества становится сверхкритической.
Средства доставки
Атомные боеголовки могут доставлять до цели практически современные ракеты, которые позволяют разместить внутри боеприпас.
Существует разделение средств доставки по следующим группам:
- тактические (средства поражения воздушных, морских и космических целей), предназначены для уничтожения военной техники и человеческого ресурса противника на линии фронта и в ближайшем тылу;
- стратегические - поражение стратегических целей (в частности, административных единиц и промышленных предприятий, находящихся в тылу противника);
- оперативно-тактические уничтожение целей, которые находятся в диапазоне оперативной глубины.
Самая мощная бомба в мире
Такой боеголовкой считается так называемая «Царь-бомба» (АН602 или «Иван»). Оружие было разработано в России группой физиков - ядерщиков. Руководил проектом академик И. В. Курчатов. Это самое мощное термоядерное взрывное устройство в мире, которое прошло успешные испытания. Мощность заряда составляет около 58,6 мегатонн (в тротиловом эквиваленте), что превысило расчетные характеристики почти на 7 Мт. Испытание мегаоружия были проведены 30 октября 1961 года.
Бомба АН602 Бомба АН602 внесена в книгу рекордов Гиннесса.
Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
В конце Второй мировой войны США решили продемонстрировать наличие оружие массового уничтожения. Это было единственное за всю историю применение ядерных бомб в боевых целях.
В августе 1945 года на Японию, воевавшую на стороне Германии, были сброшены ядерные боеголовки. Города Хиросима и Нагасаки были практически полностью снесены с лица земли. Записи свидетельствуют, что в Хиросиме погибло около 166 тысяч человек, а в Нагасаки - 80 тысяч. Однако огромное количество японцев, пострадавших от взрыва умерло через некоторое время после бомбардировки или продолжали болеть еще долгие годы. Это связано с тем, что проникающая радиация вызывает нарушения всех систем человеческого организма.
На тот момент понятия о радиоактивном загрязнении поверхности земли не существовало, поэтому люди продолжали находиться на территории, подвергшейся облучению. Высокую смертность, генетические уродства у новорожденных и развитие онкологических заболеваний тогда не связывали со взрывами.
Опасность войны и катастрофы, связанные с атомом
Ядерные энергетика и оружие были и остаются предметов самых острых споров. Поскольку невозможно реально оценить безопасность в этой сфере. Наличие сверхмощного оружия с одной стороны, является сдерживающим фактором, однако, с другой - его применение может вызвать масштабную мировую катастрофу.
Опасность любой атомной отрасли в первую очередь связана с утилизацией отходов, которые еще долгое время излучают высокий радиационный фон. А также с безопасной и эффективной работой всех производственных отсеков. Существует более 20 случаев, когда «мирный атом» выходил из под контроля, и приносил колоссальные потери. Одной из самых больших катастроф считается авария на Чернобыльской АЭС.
Заключение
Атомное оружие считается одним из самых сильных инструментов мировой политики, находящихся в арсенале некоторых стран. С одной стороны, это серьезный аргумент для предотвращения военных столкновений и укрепления мира, но с другой - причина возможных масштабных аварий и катастроф.
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.
При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв , поражающими факторами которого являются:
Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры.
Классификация ядерных боеприпасов
Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:
- «Атомные» - однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжелых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов.
- Термоядерное оружие (также «водородные») - двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжелых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса.
Реакция термоядерного синтеза, как правило, развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов. Только ранние ядерные устройства в 40-х годах XX в., немногочисленные бомбы пушечной сборки в 1950-х, некоторые ядерные артиллерийские снаряды, а также изделия ядерно-технологически слаборазвитых государств (ЮАР, Пакистан, КНДР) не используют термоядерный синтез в качестве усилителя мощности ядерного взрыва. Вопреки устойчивому стереотипу, в термоядерных (то есть двухфазных) боеприпасах бо́льшая часть энергии (до 85%) выделяется за счет деления ядер урана-235/плутония-239 и/или урана-238. Вторая ступень любого такого устройства может быть оснащена тампером из урана-238, который эффективно делится от быстрых нейтронов реакции синтеза. Так достигается многократное увеличение мощности взрыва и чудовищный рост количества радиоактивных осадков. С легкой руки Р. Юнга, автора знаменитой книги Ярче тысячи солнц, написанной в 1958 году по «горячим следам» Манхэттенского проекта , такого рода «грязные» боеприпасы принято называть FFF (fusion-fission-fusion) или трехфазными. Однако этот термин не является вполне корректным. Почти все «FFF» относится к двухфазным и отличаются только материалом тампера, который в «чистом» боеприпасе может быть выполнен из свинца, вольфрама и т. д. Исключением являются устройства типа «Слойки» Сахарова , которые следует отнести к однофазным, хотя они имеют слоистую структуру взрывчатого вещества (ядро из плутония - слой дейтерида лития-6 - слой урана 238). В США такое устройство получило название Alarm Clock (Часы с будильником). Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах, в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма «умеренной» мощности. Примером служит относительно современная боеголовка W88, в которой первая секция (primary) содержит два слоя, вторая секция (secondary) имеет три слоя, и ещё одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана-238 (см. рисунок).
- Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие - двухфазный боеприпас малой мощности (от 1 кт до 25 кт), в котором 50-75% энергии получается за счет термоядерного синтеза. Поскольку основным переносчиком энергии при синтезе являются быстрые нейтроны, то при взрыве такого боеприпаса выход нейтронов может в несколько раз превышать выход нейтронов при взрывах однофазных ядерных взрывных устройств сравнимой мощности. За счет этого достигается существенно больший вес поражающих факторов нейтронное излучение и наведённая радиоактивность (до 30% от общего энерговыхода), что может быть важным с точки зрения задачи уменьшения радиоактивных осадков и снижения разрушений на местности при высокой эффективности применения против танков и живой силы. Следует отметить мифический характер представлений о том, что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения. По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас.
Пушечная схема
«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося вещества докритической массы («пуля») в другой - неподвижный («мишень»). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится сверхкритической.
Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет на два порядка более высокий нейтронный фон, что резко повышает вероятность преждевременного развития цепной реакции до соединения блоков. Это приводит к неполному выходу энергии (fizzle или «пшик»). Для реализации пушечной схемы в плутониевых боеприпасах требуется увеличение скорости соединения частей заряда до технически недостижимого уровня. Кроме того, уран лучше, чем плутоний, выдерживает механические перегрузки.
Классическим примером такой схемы является бомба «Малыш » («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа г. Уран для её производства был добыт в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго), в Канаде (Большое Медвежье озеро) и в США (штат Колорадо). В бомбе «Little Boy» для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая «мишень» представляла собой цилиндр диаметром 100 мм, на который при «выстреле» надвигалась цилиндрическая «пуля» сверхкритической массы (38,5 кг) с соответствующим внутренним каналом. Такой «интуитивно непонятный» дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя («тампера»). В результате риск преждевременного начала цепной реакции деления с неполным энерговыделением снижался до нескольких процентов.
Имплозивная схема
Эта схема детонации подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток - ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) (см. анимацию).
По такой схеме был исполнен и первый ядерный заряд (ядерное устройство «Gadget» (англ. gadget - приспособление), взорванный на башне в испытательных целях в ходе испытаний с выразительным названием «Trinity» («Троица») 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью-Мексико), и вторая из примененных по назначению атомных бомб - «Толстяк » («Fat Man»), сброшенная на Нагасаки. Фактически, «Gadget» был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы «Толстяк». В этой первой атомной бомбе в качестве нейтронного инициатора был использован так называемый «ёжик» (англ. urchin ). (Технические подробности см. в статье «Толстяк ».) Впоследствии эта схема была признана малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем.
В ядерных зарядах на основе реакции деления в центре полой сборки обычно размещается небольшое количество термоядерного топлива (дейтерий и тритий), которое нагревается и сжимается в процессе деления сборки до такого состояния, что в нём начинается термоядерная реакция синтеза. Эту газовую смесь необходимо непрерывно обновлять, чтобы скомпенсировать непрерывно идущий самопроизвольный распад ядер трития. Выделяющиеся при этом дополнительные нейтроны инициируют новые цепные реакции в сборке и возмещают убыль нейтронов, покидающих активную зону, что приводит к многократному росту энергетического выхода от взрыва и более эффективному использованию делящегося вещества. Варьируя содержание газовой смеси в заряде получают боеприпасы с регулируемой в широких пределах мощностью взрыва.
Следует отметить, что описанная схема сферической имплозии является архаичной и с середины 1950-х годов почти не применяется. Реально применяемый дизайн Swan (англ. swan - лебедь), основан на использовании эллипсоидальной делящейся сборки, которая в процессе двухточечной, то есть инициированной в двух точках имплозии сжимается в продольном направлении и превращается в надкритическую сферу. Как таковые, взрывные линзы при этом не используются. Детали этого дизайна до сих пор засекречены, но, предположительно, формирование сходящейся ударной волны осуществляется за счет эллипсоидальной формы имплозирующего заряда, так что между ним и находящейся внутри ядерной сборкой остается заполненное воздухом пространство. Тогда равномерное обжатие сборки осуществляется за счет того, что скорость детонации взрывчатки превышает скорость движения ударной волны в воздухе. Существенно более легкий тампер выполняется не из урана-238, а из хорошо отражающего нейтроны бериллия. Можно предположить, что необычное название данного дизайна - «Лебедь» (первое испытание - Inca в 1956 г.) было подсказано образом взмахнувшего крыльями лебедя, который отчасти ассоциируется с фронтом ударной волны, плавно охватывающим с двух сторон сборку. Таким образом оказалось возможным отказаться от сферической имплозии и, тем самым, уменьшить диаметр имплозивного ядерного боеприпаса с 2 м у бомбы «Толстяк » до 30 см и менее. Для самоликвидации такого боеприпаса без ядерного взрыва инициируется только один из двух детонаторов, и плутониевый заряд разрушается несимметричным взрывом безо всякого риска его имплозии.
Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципе деления тяжёлых элементов, ограничивается десятками килотонн. Энерговыход (англ. yield ) однофазного боеприпаса, усиленного термоядерным зарядом внутри делящейся сборки, может достигать сотен килотонн. Создать однофазное устройство мегатонного класса практически невозможно, увеличение массы делящегося вещества не решает проблему. Дело в том, что энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает сборку со скоростью порядка 1000 км/с, поэтому она быстро становится докритической и бо́льшая часть делящегося вещества не успевает прореагировать. Например, в сброшенной на город Нагасаки бомбе «Толстяк » успело прореагировать не более 20 % из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившей Хиросиму бомбе «Малыш » с пушечной сборкой распалось только 1,4 % из 64 кг обогащенного примерно до 80 % урана. Самый мощный в истории однофазный (британский) боеприпас, взорванный в ходе испытаний Orange Herald в г., достиг мощности 720 кт.
Двухфазные боеприпасы позволяют повысить мощность ядерных взрывов до десятков мегатонн. Однако ракеты с разделяющимися боеголовками, высокая точность современных средств доставки и спутниковая разведка сделали устройства мегатонного класса практически ненужными. Тем более, что носители сверхмощных боеприпасов более уязвимы для систем ПРО и ПВО.
Дизайн Теллера-Улама для двухфазного боеприпаса («термоядерная бомба»).
В двухфазном устройстве первая стадия физического процесса (primary ) используется для запуска второй стадии (secondary ), в ходе которой выделяется наибольшая часть энергии. Такую схему принято называть дизайном Теллера-Улама.
Энергия от детонации primary передаётся через специальный канал (interstage ) в процессе радиационной диффузии квантов рентгеновского излучения и обеспечивает детонацию secondary посредством радиационной имплозии тампера/пушера, внутри которого находится дейтерид лития-6 и запальный плутониевый стержень. Последний также служит дополнительным источником энергии вместе с пушером и/или тампером из урана-235 или урана-238, причем совместно они могут давать до 85 % от общего энерговыхода ядерного взрыва. При этом термоядерный синтез служит в большей мере источником нейтронов для деления ядер. Под действием нейтронов деления на ядра Li в составе дейтерида лития образуется тритий , который сразу вступает в реакцию термоядерного синтеза с дейтерием.
В первом двухфазном экспериментальном устройстве Ivy Mike (10,5 Мт в испытании 1952 г.) вместо дейтерида лития использовались сжиженный дейтерий и тритий, но в последующем крайне дорогой чистый тритий непосредственно в термоядерной реакции второй стадии не применялся. Интересно отметить, что только термоядерный синтез обеспечил 97 % основного энерговыхода экспериментальной советской «Царь-бомбе » (она же «Кузькина мать»), взорванной в 1961 г. с абсолютно рекордным выходом энергии около 58 Мт. Наиболее эффективным по отношению мощность/вес двухфазным боеприпасом стал американский «монстр» Mark 41 с мощностью 25 Мт, который выпускался серийно для развертывания на бомбардировщиках B-47 , B-52 и в варианте моноблока для МБР Титан-2. Тампер этой бомбы выполнен из урана-238, поэтому она никогда не испытывалась в полном масштабе. При замене тампера на свинцовый мощность данного устройства понижалась до 3 Мт.
Средства доставки
Средством доставки ядерного боеприпаса к цели может быть практически любое тяжелое вооружение. В частности, тактическое ядерное оружие с 1950-х существует в форме артиллерийских снарядов и мин - боеприпасов для ядерной артиллерии . Носителями ядерного оружия могут быть реактивные снаряды РСЗО , но пока ядерных снарядов для РСЗО не существует . Однако, габариты многих современных ракет РЗСО позволяют разместить в них ядерный заряд, аналогичный применяемому ствольной артиллерией, в то время как некоторые РСЗО, например российский «Смерч », по дальности практически сравнялись с тактическими ракетами, другие же (например, американская система MLRS) способны запускать со своих установок тактические ракеты . Тактические ракеты и ракеты большей дальности являются носителями ядерного оружия. В Договорах по ограничению вооружений в качестве средств доставки ядерного оружия рассматриваются баллистические ракеты , крылатые ракеты и самолеты . Исторически самолеты были первыми средствами доставки ядерного оружия, и именно с помощью самолетов было выполнено единственное в истории боевое ядерное бомбометание :
- На японский город Хиросима 6 августа 1945 года. В 08:15 местного времени самолёт B-29 «Enola Gay» под командованием полковника Пола Тиббетса, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы «Малыш » («Little Boy») на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.
- На японский город Нагасаки 9 августа 1945 года. В 10:56 самолёт В-29 «Bockscar» под командованием пилота Чарльза Суини прибыл к Нагасаки. Взрыв произошёл в 11:02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила 21 килотонну.
Развитие систем ПВО и ракетного оружия выдвинуло на первый план именно ракеты.
«Старые» ядерные державы США, Россия, Великобритания, Франция и Китай являются т. н. ядерной пятёркой - то есть государствами, которые считаются «легитимными» ядерными державами согласно Договору о нераспространении ядерного оружия . Остальные страны, обладающие ядерным оружием, называются «молодыми» ядерными державами.
Кроме того, на территории нескольких государств, которые являются членами НАТО и другими союзниками, находится или может находиться ядерное оружие США. Некоторые эксперты считают, что в определенных обстоятельствах эти страны могут им воспользоваться .
Испытание термоядерной бомбы на атолле Бикини, 1954 г. Мощность взрыва 11 Мт, из которых 7 Мт выделилось от деления тампера из урана-238
Взрыв первого советского ядерного устройства на Семипалатинском полигоне 29 августа 1949 года. 10 часов 05 минут.
СССР испытал своё первое ядерное устройство мощностью 22 килотонны 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне . Испытание первой в мире термоядерной бомбы - там же 12 августа 1953 года. Россия стала единственным международно-признанным наследником ядерного арсенала Советского Союза.
Израиль не комментирует информацию о наличии у него ядерного оружия, однако, по единодушному мнению всех экспертов, владеет ядерными боезарядами собственной разработки с конца 1960-х - начала 1970-х гг.
Небольшой ядерный арсенал был у ЮАР , но все шесть собранных ядерных зарядов были добровольно уничтожены при демонтаже режима апартеида в начале 1990-х годов . Полагают, что ЮАР проводила собственные или совместно с Израилем ядерные испытания в районе острова Буве в 1979 году . ЮАР - единственная страна, которая самостоятельно разработала ядерное оружие и при этом добровольно от него отказалась.
По различным причинам добровольно отказались от своих ядерных программ Бразилия , Аргентина , Ливия . В разные годы подозревалось, что ядерное оружие могут разрабатывать ещё несколько стран. В настоящее время предполагается, что наиболее близок к созданию собственного ядерного оружия Иран . Также по мнению многих специалистов, некоторые страны (например, Япония и Германия), не обладающие ядерным оружием, по своим научно-производственным возможностям способны создать его в течение короткого времени после принятия политического решения и финансирования.
Исторически потенциальную возможность создать ядерное оружие второй или даже первой имела нацистская Германия . Однако Урановый проект до разгрома Третьего Рейха завершён не был по ряду причин.
Запасы ядерного оружия в мире
Количество боеголовок (активных и в резерве)
| 1947 | 1952 | 1957 | 1962 | 1967 | 1972 | 1977 | 1982 | 1987 | 1989 | 1992 | 2002 | 2010 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| США | 32 | 1005 | 6444 | ≈26000 | >31255 | ≈27000 | ≈25000 | ≈23000 | ≈23500 | 22217 | ≈12000 | ≈10600 | ≈8500 |
| СССР/Россия | - | 50 | 660 | ≈4000 | 8339 | ≈15000 | ≈25000 | ≈34000 | ≈38000 | ≈25000 | ≈16000 | ≈11000 | |
| Великобритания | - | - | 20 | 270 | 512 | ≈225 |
Ядерное оружие - вооружение стратегического характера, способное решать глобальные задачи. Его применение сопряжено со страшными последствиями для всего человечества. Это делает атомную бомбу не только угрозой, но и оружием сдерживания.
Появление вооружения, способного поставить точку в развитии человечества, ознаменовало начало его новой эпохи. Вероятность глобального конфликта или новой мировой войны сведена к минимуму из-за возможности тотального уничтожения всей цивилизации.
Несмотря на подобные угрозы, ядерное оружие продолжает оставаться на вооружении ведущих стран мира. В определенной степени именно оно становится определяющим фактором международной дипломатии и геополитики.
История создания ядерной бомбы
Вопрос о том, кто изобрел ядерную бомбу, в истории не имеет однозначного ответа. Предпосылкой для работы над атомным оружием принято считать открытие радиоактивности урана. В 1896 году французский химик А. Беккерель открыл цепную реакцию данного элемента, положив начало разработкам в ядерной физике.
В следующее десятилетие были открыты альфа-, бета- и гамма-лучи, а также ряд радиоактивных изотопов некоторых химических элементов. Последовавшее открытие закона радиоактивного распада атома стало началом для изучения ядерной изометрии.
В декабре 1938 года немецкие физики О. Ган и Ф. Штрассман первыми смогли провести реакцию расщепления ядра в искусственных условиях. 24 апреля 1939 руководству Германии было доложено о вероятности создания нового мощного взрывчатого вещества.
Однако немецкая ядерная программа была обречена на провал. Несмотря на успешное продвижение ученых, страна ввиду войны постоянно испытывала трудности с ресурсами, особенно с поставками тяжелой воды. На поздних этапах, исследования замедлялись постоянными эвакуациями. 23 апреля 1945 разработки немецких ученых были захвачены в Хайгерлохе и вывезены в США.
США стали первой страной, выразившей заинтересованность в новом изобретении. В 1941 году на его разработку и создание были выделены значительные средства. Первые испытания прошли 16 июля 1945 года. Меньше, чем через месяц, США впервые применили ядерное оружие, сбросив две бомбы на Хиросиму и Нагасаки .
Собственные исследования в области ядерной физики в СССР велись с 1918 года. Комиссия по атомному ядру была создана в 1938 году при Академии наук. Однако с началом войны ее деятельность в данном направлении была приостановлена.
В 1943 году сведения о научных трудах в ядерной физике были получены советскими разведчиками из Англии. Были внедрены агенты в несколько исследовательских центров США. Добываемые ими сведения позволили ускорить разработку собственного ядерного оружия.
Изобретение советской атомной бомбы было возглавлено И. Курчатовым и Ю. Харитоном, они и считаются создателями советской атомной бомбы. Информация об этом стала толчком для подготовки США к упреждающей войне. В июле 1949 года был разработан план «Троян», по которому планировалась начать военные действия 1 января 1950 г.
Позже дата была перенесена на начало 1957 с учетом того, чтобы все страны НАТО могли подготовиться и включиться в войну. По данным западной разведки, испытание ядерного оружия в СССР могло быть проведено не раньше 1954 года.
Однако о подготовке США к войне стало известно заранее, что заставило советских ученых ускорить исследования. В короткие сроки они изобретают и создают собственную ядерную бомбу. 29 августа 1949 г. в Семипалатинске на полигоне испытана первая советская атомная бомба РДС-1 (реактивный двигатель специальный).
Подобные испытания сорвали план «Троян». С этого момента США перестали обладать монополией на ядерное оружие. Вне зависимости от силы упреждающего удара, оставался риск ответных действий, что грозило катастрофой. С этого момента самое страшное оружие стало гарантом мира между великими державами.
Принцип работы
Принцип работы атомной бомбы основан на цепной реакции распада тяжелых ядер или термоядерном синтезе легких. В ходе данных процессов выделяется огромное количество энергии, которая и превращает бомбу в оружие массового поражения.
24 сентября 1951 года были проведены испытания РДС-2. Их уже можно было доставить до точек запуска так, чтобы они доставали до США. 18 октября была испытана РДС-3, доставляемая бомбардировщиком.
Дальнейшие испытания перешли к термоядерному синтезу. Первые испытания подобной бомбы в США прошли 1 ноября 1952 года. В СССР такая боеголовка была испытана уже через 8 месяцев.
ТХ ядерной бомбы
Ядерные бомбы не имеют четких характеристик ввиду разнообразия применения подобных боеприпасов. Однако существует ряд общих аспектов, обязательно учитываемых при создании данного оружия.
К таковым относят:
- осесимметричное строение бомбы - все блоки и системы размещаются попарно в контейнерах цилиндрической, сфероцилиндрической или конической формы;
- при проектировании сокращают массу ядерной бомбы за счет объединения силовых узлов, выбора оптимальной формы оболочек и отсеков, а также применения более прочных материалов;
- минимизируют количество проводов и разъемов, а для передачи воздействия применяют пневмопровод или взрыводетанирующий шнур;
- блокировка основных узлов осуществляется с помощью перегородок, разрушаемых пирозарядами;
- активные вещества закачиваются с помощью отдельного контейнера или внешнего носителя.
С учетом требований к устройству, ядерная бомба состоит из следующих комплектующих:
- корпус, обеспечивающий защиту боеприпаса от физического и теплового воздействия - разделен на отсеки, может комплектоваться силовой рамой;
- ядерный заряд с силовым креплением;
- система самоликвидации с ее интеграцией в ядерный заряд;
- источник питания, рассчитанный на длительное хранение -приводится в действие уже при запуске ракеты;
- внешние датчики - для сбора информации;
- системы взведения, управления и подрыва, последняя внедрена в заряд;
- системы диагностики, подогрева и поддержания микроклимата внутри герметичных отсеков.
В зависимости от типа ядерной бомбы, в нее интегрируют и другие системы. Среди таких может быть датчик полета, пульт блокировки, расчет полетных опций, автопилот. В некоторых боеприпасах применяются и постановщики помех, рассчитанные на снижение противодействия ядерной бомбе.
Последствия применения такой бомбы
«Идеальные» последствия применения ядерного оружия были зафиксированы уже при сбросе бомбы на Хиросиму. Заряд взорвался на высоте 200 метров, что вызвало сильную ударную волну. Во многих домах были опрокинуты печки, отапливаемые углем, что привело к пожарам даже за пределами зоны поражения.
За световой вспышкой пошел тепловой удар, длившийся считаные секунды. Однако его мощности хватило, чтобы в радиусе 4 км расплавить черепицу и кварц, а также распылить телеграфные столбы.
За тепловой волной последовала ударная. Скорость ветра достигала 800 км/ч, его порыв разрушил практически все постройки в городе. Из 76 тыс. зданий, частично уцелело около 6 тыс., остальные были разрушены полностью.
Тепловая волна, а также поднявшийся пар и пепел вызвали сильный конденсат в атмосфере. Через несколько минут пошел дождь с черными от пепла каплями. Их попадание на кожу вызывало сильные неизлечимые ожоги.
Люди, находившиеся в пределах 800 метров от эпицентра взрыва, были сожжены в пыль. Оставшиеся подверглись воздействию радиации и лучевой болезни. Ее признаками стали слабость, тошнота, рвота, лихорадка. В крови наблюдалось резкое снижение количества белых телец.
За секунды было убито около 70 тыс. человек. Еще столько же впоследствии погибло от полученных ран и ожогов.
Через 3 дня еще одна бомба была сброшена на Нагасаки с аналогичными последствиями.
Запасы ядерного оружия в мире
Основные запасы ядерного оружия сосредоточены у России и США. Помимо них, атомные бомбы есть у следующих стран:
- Великобритания - с 1952 года;
- Франция - с 1960;
- Китай - с 1964;
- Индия - с 1974;
- Пакистан - с 1998;
- КНДР - с 2008.
Ядерным оружием обладает и Израиль, хотя официального подтверждения от руководства страны так и не поступало.
