Толстяк атомная бомба

Развитие конструкций ядерных зарядов

Ядерное оружие является самым эффективным в истории человечества по критерию стоимость/эффективность: годовые затраты на разработку, испытание, изготовление и поддержание в эксплуатации этого оружия составляют от 5 до 10 процентов военного бюджета США и РФ – стран с уже сформированным ядерным производственным комплексом, развитой атомной энергетикой и наличием парка суперкомпьютеров для математического моделирования ядерных взрывов.


Использование ядерных устройств в военных целях основано на свойстве атомов тяжелых химических элементов распадаться на атомы более легких элементов с выделением энергии в виде электромагнитного излучения (гама- и рентгеновского диапазона), а также в виде кинетической энергии разлетающихся элементарных частиц (нейтронов, протонов и электронов) и ядер атомов более легких элементов (цезия, стронция, иода и других)

Наиболее востребованными тяжелыми элементами являются уран и плутоний. Их изотопы при делении своего ядра выделяют от 2 до 3 нейтронов, которые в свою очередь вызывают деление ядер соседних атомов и т.д. В веществе возникает самораспространяющаяся (т.н. цепная) реакция с выделением большого количества энергии. Для запуска реакции требуется определенная критическая масса, объем которой будет достаточен для захвата нейтронов ядрами атомов без вылета нейтронов за пределы вещества. Критическая масса может быть уменьшена с помощью отражателя нейтронов и инициирующего источника нейтронов

Запуск реакции деления производится путем соединения двух подкритических масс в одну надкритическую или путем обжатия сферической оболочки надкритической массы в сферу, увеличивая тем самым концентрацию делящегося вещества в заданном объеме. Соединение или обжатие делящегося вещества осуществляется с помощью направленного взрыва химического взрывчатого вещества.
Кроме реакции деления тяжелых элементов, в ядерных зарядах применяется реакция синтеза легких элементов. Термоядерный синтез требует нагрева и сжатия вещества до нескольких десятков миллионов градусов и атмосфер, что можно обеспечить только за счет энергии, выделяющейся при реакции деления. Поэтому термоядерные заряды конструируются по двухступенчатой схеме. В качестве легких элементов используют изотопы водорода тритий и дейтерий (требующие минимальных значений температуры и давления для запуска реакции синтеза) или химическое соединение — дейтерид лития (последний под действием нейтронов от взрыва первой ступени делится на тритий и гелий). Энергия в реакции синтеза выделяется в виде электромагнитного излучения и кинетической энергии нейтронов, электронов и ядер атомов гелия (т.н. альфа-частиц). Энерговыделение реакции синтеза в расчете на единицу массы в четыре раза превышает подобный показатель реакции деления

Тритий и продукт его самораспада дейтерий используют также в качестве источника нейтронов для инициации реакции деления. Тритий или смесь изотопов водорода под действием сжатия плутониевой оболочки частично вступает в реакцию синтеза с выделением нейтронов, которые переводят плутоний в надкритичное состояние.

Основными компонентами современных ядерных зарядов являются следующие:
— стабильный (самопроизвольно не делящийся) изотоп урана U-238, добываемый из урановой руды или (в виде примеси) из фосфатной руды;
— радиоактивный (самопроизвольно делящийся) изотоп урана U-235, добываемый из урановой руды или нарабатываемый из U-238 в ядерных реакторах;
— радиоактивный изотоп плутония Pu-239, нарабатываемый из U-238 в ядерных реакторах;
— стабильный изотоп водорода дейтерий D, добываемый из природной воды или нарабатываемый из протия в ядерных реакторах;
— радиоактивный изотоп водорода тритий T, нарабатываемй из дейтерия в ядерных реакторах;
— стабильный изотоп лития Li-6, добываемый из руды;
— стабильный изотоп бериллия Be-9, добываемый из руды;
— октоген и триаминотринитробензол, химические взрывчатые вещества.
Критическая масса шара, выполненного из U-235 с диаметром 17 см, составляет 50 кг, критическая масса шара, выполненного из Pu-239 с диаметром 10 см — 11 кг. С помощью отражателя нейтронов из бериллия и источника нейтронов из трития критическую массу можно снизить соответственно до 35 и 6 кг.
Для устранения риска самопроизвольного срабатывания ядерных зарядов в них используют т.н. оружейный Pu-239, очищенный от других, менее стабильных изотопов плутония до уровня 94%. С периодичность 30 лет плутоний очищают от продуктов самопроизвольного ядерного распада его изотопов. С целью увеличения механической прочности плутоний сплавляют с 1 массовым процентом галлия и покрывают тонким слоем никеля для защиты от окисления

Температура радиационного саморазогрева плутония в процессе хранения ядерных зарядов не превышает 100 градусов Цельсия, что ниже температуры разложения химического ВВ.
По состоянию на 2000 год количество оружейного плутония в распоряжении РФ оценивается в 170 тонн, США – в 103 тонны плюс несколько десятков тонн, принятых на хранение от стран НАТО, Японии и Южной Кореи, не обладающих ядерным оружием. РФ имеет самые большие в мире мощности по производству плутония в виде оружейных и энергетических атомных реакторов на быстрых нейтронах. Вместе с плутонием себестоимостью порядка 100 долларов США за грамм (5-6 кг на один заряд) нарабатывается тритий себестоимостью порядка 20 тысяч долларов США за грамм (4-5 грамм на один заряд).
Самыми первыми конструкциями ядерных зарядов деления были «Малыш» и «Толстяк», разработанные в США в середине 1940-х годов. Последний тип заряда отличался от первого сложной аппаратурой синхронизации подрыва многочисленных электродетонаторов и большим поперечным габаритом.
«Малыш» был выполнен по пушечной схеме – вдоль продольной оси корпуса авиационной бомбы монтировался артиллерийской ствол, в заглушенном конце которого находилось одна половины делящегося вещества (уран U-235), вторая половина делящегося вещества представляла собой снаряд, разгоняемый пороховым зарядом. Коэффициент использования урана в реакции деления составлял порядка 1 процента, остальная масса U-235 выпадала в виде радиоактивных осадков с периодом полураспада 700 млн. лет

«Толстяк» был выполнен по имплозивной схеме – полую сферу из делящегося вещества (плутоний Pu-239) окружали оболочка из урана U-238 (толкатель), оболочка из алюминия (гаситель) и оболочка (генератор имплозии), набранная из пяти- и шестигранных сегментов химического взрывчатого вещества, на внешней поверхности которых были установлены электродетонаторы. Каждый сегмент представлял собой детонационную линзу из двух видов ВВ с различной скоростью детонации, преобразовывавших расходящуюся волну давления в сферическую сходящуюся волну, равномерно сжимавшую алюминиевую оболочку, которая в свою очередь сжимала урановую оболочку, а та – плутониевую сферу до смыкания её внутренней полости. Алюминиевый гаситель был использован, чтобы воспринять отдачу волны давления при её переходе в материал с большей плотностью, урановый толкатель – для инерционного удержания плутония в ходе реакции деления. Во внутренней полости плутониевой сферы был расположен источник нейтронов, изготовленный из радиоактивного изотопа полония Po-210 и бериллия, который под действием альфа-излучения полония испускал нейтроны. Коэффициент использования делящегося вещества составлял порядка 5 процентов, период полураспада радиоактивных осадков — 24 тысячи лет

Сразу после создания «Малыша» и «Толстяка» в США начались работы по оптимизации конструкции ядерных зарядов как пушечной так и имплозивной схем, направленные на уменьшение критической массы, повышение коэффициента использования делящегося вещества, упрощение системы электродетонации и снижения габаритов. В СССР и других государствах – обладателях ядерного оружия заряды изначально создавались по имплозивной схеме. В результате оптимизации конструкции критическая масса делящегося вещества была уменьшена, а коэффициент его использования был повышен в несколько раз за счет применения отражателя нейтронов и источника нейтронов.
Бериллиевый отражатель нейтронов представляет собой металлическую оболочку толщиной до 40 мм, источник нейтронов – газообразный тритий, заполняющий полость в плутонии, или пропитанный тритием гидрид железа с титаном, хранящийся в отдельном баллоне (бустере) и выделяющий тритий под действием нагрева электричеством непосредственно перед применением ядерного заряда, после чего тритий по газопроводу подается внутрь заряда. Последнее техническое решение позволяет кратно варьировать мощность ядерного заряда в зависимости от объема перекачиваемого трития, а также облегчает замену газовой смеси на новую каждые 4-5 лет, поскольку период полураспада трития составляет 12 лет. Избыточное количество трития в составе бустера позволяет снизить критическую массу плутония до 3 кг и существенно повысить действие такого поражающего фактора как нейтронное излучение (за счет снижения действия других поражающих факторов — ударной волны и светового излучения). В результате оптимизации конструкции коэффициент использования делящегося вещества увеличился до 20%, в случае избытка трития – до 40%.
Пушечная схема была упрощена за счет перехода к радиально-осевой имплозии посредством выполнения массива делящегося вещества в виде полого цилиндра, сминаемого взрывом двух торцевых и одного аксиального заряда ВВ


Имплозивная схема была оптимизирована (SWAN) за счет выполнения внешней оболочки ВВ в форме эллипсоида, позволившего уменьшить количество детонационных линз до двух единиц, разнесенных к полюсам эллипсоида — разность в скорости прохождения детонационной волны в поперечном сечении детонационной линзы обеспечивает одновременный подход ударной волны к сферической поверхности внутреннего слоя ВВ, детонация которого равномерно обжимает оболочку из бериллия (совмещающего функции отражателя нейтронов и гасителя отдачи волны давления) и сферу из плутония с внутренней полостью, заполненную тритием или его смесью с дейтерием

Наиболее компактной реализацией имплозивной схемы (примененной в советском 152-мм снаряде) является выполнение взрывчато-бериллиево-плутониевой сборки в виде полого эллипсоида с переменной толщиной стенки, обеспечивающей расчетную деформацию сборки под действием ударной волны от взрыва ВВ в конечную сферическую конструкцию

Несмотря на различные технические усовершенствования мощность ядерных зарядов деления оставалась ограниченной уровнем 100 Ктн в тротиловом эквиваленте из-за неустранимого разлета внешних слоев делящегося вещества в процессе взрыва с исключением вещества из реакции деления.
Поэтому была предложена конструкция термоядерного заряда, включающего в свой состав как тяжелые элементы деления, так и легкие элементы синтеза. Первый термоядерный заряд (Ivy Mike) был выполнен в виде криогенного бака, заполненного жидкой смесью трития и дейтерия, в которой располагался имплозивный ядерный заряд плутония. В связи с крайне большими габаритами и необходимостью постоянного охлаждения криогенного бака на практике использовали другую схему – имплозивную «слойку» (РДС-6с), включающую несколько чередующихся слоев урана, плутония и дейтерида лития с внешним бериллиевым отражателем и внутренним тритиевым источником
Однако мощность «слойки» также была ограничена уровнем 1 Мтн из-за начала протекания реакции деления и синтеза во внутренних слоях и разлета непрореагировавших внешних слоев. С целью преодоления этого ограничения была разработана схема обжатия легких элементов реакции синтеза рентгеновским излучением (вторая ступень) от реакции деления тяжелых элементов (первая ступень). Огромное давление потока рентгеновских фотонов, выделяющихся в реакции деления, позволяет 10-кратно обжать дейтерид лития с увеличением плотности в 1000 раз и нагреть в процессе сжатия, после чего литий подвергается воздействию потока нейтронов от реакции деления, превращаясь в тритий, который вступает в реакции синтеза с дейтерием. Двухступенчатая схема термоядерного заряда является наиболее чистой по выходу радиоактивности, поскольку вторичные нейтроны от реакции синтеза дожигают непрореагировавший уран/плутоний до короткоживущих радиоактивных элементов, а сами нейтроны гасятся в воздухе при пробеге порядка 1,5 км.
С целью равномерного обжима второй ступени корпус термоядерного заряда выполняют в форме скорлупы арахиса, располагая сборку первой ступени в геометрическом фокусе одной части скорлупы, а сборку второй ступени – в геометрическом фокусе другой части скорлупы. Сборки подвешены в объеме корпуса с помощью наполнителя из пенопласта или аэрогеля. По правилам оптики рентгеновское излучение от взрыва первой ступени концентрируется в сужении между двумя частями скорлупы и равномерно распределяется по поверхности второй ступени. С целью увеличения отражательной способности в рентгеновском диапазоне внутренняя поверхность корпуса заряда и внешняя поверхность сборки второй ступени покрываются слоем из плотного вещества: свинца, вольфрама или урана U-238. В последнем случае термоядерный заряд становится трехступенчатым – под действием нейтронов от реакции синтеза U-238 превращается в U-235, атомы которого вступают в реакцию деления и увеличивают мощность взрыва

Трехступенчатая схема была заложена в конструкции советской авиабомбы АН-602, расчетная мощность которой составляла 100 Мтн. Перед проведением испытания третья ступень была исключена из её состава путем замены урана U-238 на свинец из-за риска расширения зоны радиоактивных осадков от деления U-238 за пределы испытательного полигона. Фактическая мощность двухступенчатой модификации АН-602 составила 58 Мтн. Дальнейшее наращивание мощности термоядерных зарядов можно производить путем увеличения количества термоядерных зарядов в составе объединенного взрывного устройства. Однако в этом нет необходимости по причине отсутствия адекватных им целей – современный аналог АН-602, размещенный на борту подводного аппарата «Посейдон», имеет радиус разрушений ударной волной зданий и сооружений в 72 км и радиус пожаров в 150 км, что вполне достаточно для уничтожения таких мегаполисов как Нью-Йорк или Токио
С точки зрения ограничения последствий использования ядерного оружия (территориальная локализация, минимизация выхода радиоактивности, тактический уровень применения) перспективными являются т.н. прецизионные одноступенчатые заряды мощностью до 1 Ктн, которые предназначены для поражения точечных целей – ракетных шахт, штабов, узлов связи, радаров, позиций ЗРК, кораблей, подводных лодок, стратегических бомбардировщиков и т.п.
Конструкция подобного заряда может быть выполнена в виде имплозивной сборки, включающее две эллипсоидные детонационные линзы (химическое ВВ из октогена, инертный материал из полипропилена), три сферические оболочки (нейтронный отражатель из бериллия, пьезоэлектрический генератор из иодида цезия, делящееся вещество из плутония) и внутреннюю сферу (термоядерное топливо из дейтерида лития)

Под действием сходящейся волны давления иодид цезия вырабатывает сверхмощный электромагнитный импульс, поток электронов генерирует в плутонии гамма-излучение, выбивающее нейтроны из ядер, инициируя тем самым самораспространяющуюся реакцию деления, рентгеновское излучение сжимает и нагревает дейтерид лития, поток нейтронов вырабатывает из лития тритий, который вступает в реакцию с дейтерием. Центростремительная направленность реакций деления и синтеза обеспечивает 100-процентное использование термоядерного топлива.
Дальнейшее развитие конструкций ядерных зарядов в направлении минимизации мощности и радиоактивности возможно за счет замены плутония на устройство лазерного сжатия капсулы со смесью трития и дейтерия.

Плутониевая бомба

Плутониевая бомба Взрыв атомной бомбы в Нагасаки (1945)

Я́дерное ору́жие (или а́томное ору́жие) — взрывное устройство, в котором источником энергии является синтез или деление атомных ядер — ядерная реакция. В узком смысле — взрывное устройство, использующее энергию деления тяжёлых ядер. Устройства, использующие энергию, выделяющуюся при синтезе лёгких ядер, называются термоядерными. Ядерное оружие включает как ядерные боеприпасы, так и средства их доставки к цели и средства управления; относится к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическим и химическим оружием.

Поражающие факторы

Ядерное оружие

Ядерный клуб

США — Россия — Великобритания — Франция — КНР — Индия — Израиль — Пакистан — Северная Корея

Оружие массового поражения
По типу

Биологическое оружие
Химическое оружие
Ядерное оружие
Радиологическое оружие

По странам
Албания Алжир
Аргентина Австралия
Бразилия Болгария
Канада Китай
Франция Германия
Индия Иран
Ирак Израиль
Япония Нидерланды
Северная Корея Пакистан
Польша Россия
Саудовская Аравия ЮАР
Сирия Тайвань
Великобритания США

Основная статья: Поражающие факторы ядерного взрыва

При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв, поражающими факторами которого являются:

  • световое излучение
  • ионизирующее излучение
  • ударная волна
  • радиоактивное заражение
  • электромагнитный импульс
  • психологическое воздействие

В зависимости от типа ядерного заряда можно выделить:

  • собственно ядерное оружие, в боеприпасе которого в момент взрыва происходит ядерная реакция деления тяжёлых элементов с образованием более лёгких; иногда выделяют так называемые «чистые» ядерные заряды, сконструированные таким образом, чтобы снизить до минимума радиоактивное заражение местности;
  • термоядерное оружие, основное энерговыделение которого происходит при термоядерной реакции — синтезе тяжёлых элементов из более лёгких, а в качестве запала для термоядерной реакции используется ядерный заряд;
  • нейтронное оружие — ядерный заряд малой мощности, дополненный механизмом, обеспечивающим выделение большей части энергии взрыва в виде потока быстрых нейтронов; его основным поражающим фактором является нейтронное излучение и наведённая радиоактивность.

По назначению ядерное оружие делится на:

  • тактическое, предназначенное для поражения живой силы и боевой техники противника на фронте и в ближайших тылах;
  • оперативно-тактическое — для уничтожения объектов противника в пределах оперативной глубины;
  • стратегическое — для уничтожения административных, промышленных центров и иных стратегических целей в глубоком тылу противника.

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, которое нужно подорвать для получения взрыва той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен, поскольку распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

«Манхэттенский проект»

Первое ядерное оружие было разработано в конце Второй мировой войны, в 1944 году, в рамках американского сверхсекретного «Манхэттенского проекта» под руководством Роберта Оппенгеймера. Первая бомба взорвана в США, в порядке испытаний, 16 июля 1945 года. Вторая и третья были сброшены американцами в августе того же года на японские города Хиросима (6 августа) и Нагасаки (9 августа) — это первый и единственный в истории человечества случай боевого применения ядерного оружия.

Принцип действия

В основу ядерного оружия положена неуправляемая цепная реакция деления ядра. Существуют две основные схемы: «пушечная», иначе называемая баллистической и имплозионная. «Пушечная» схема характерна для самых примитивных моделей ядерного оружия I-го поколения, а также артиллерийских и стрелковых ядерных боеприпасов, имеющих ограничения по калибру оружия. Суть её заключается в «выстреливании» навстречу друг другу двух блоков делящегося вещества докритической массы. Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет более высокий нейтронный фон, что приводит к увеличению требующейся скорости соединения частей заряда, превышающий технически достижимые. Вторая схема подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом обычной химической взрывчатки, которой для фокусировки придаётся весьма сложная форма и подрыв производится одновременно в нескольких точках с прецизионной точностью.

Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципах деления тяжёлых элементов, ограничивается сотнями килотонн. Создать более мощный заряд, основанный только на делении ядер, если и возможно, то крайне затруднительно: увеличение массы делящегося вещества не решает проблему, так как начавшийся взрыв распыляет часть топлива, оно не успевает прореагировать полностью и, таким образом, оказывается бесполезным, лишь увеличивая массу боеприпаса и радиоактивное поражение местности. Самый мощный в мире боеприпас, основанный только на делении ядер, был испытан в США 15 ноября 1952 года, мощность взрыва составила 500 кт.

Урановая бомба

Для того, чтобы реакция могла поддерживать сама себя, необходимо соответствующее «топливо», в качестве которого на первых этапах использовался изотоп урана.

Уран в природе встречается в виде двух изотопов — уран-235 и уран-238. При поглощении ураном-235 нейтрона в процессе распада выделяется от одного до трёх нейтронов:

Уран-238, напротив, при поглощении нейтронов умеренных энергий не выделяет новые, препятствуя ядерной реакции. Он превращается в уран-239, затем в нептуний-239, и наконец, в относительно стабильный плутоний-239.

Для обеспечения работоспособности ядерной бомбы содержание урана-235 в ядерном топливе должно быть не ниже 80 %, иначе уран-238 быстро погасит цепную ядерную реакцию. Природный же уран почти весь (около 99,3 %) состоит из урана-238. Поэтому при производстве ядерного топлива применяют сложный и многоступенчатый процесс обогащения урана, в результате которого доля урана-235 повышается.

Бомба на основе урана стала первым ядерным оружием, использованным человеком в боевых условиях (бомба «Малыш», сброшенная на Хиросиму). Из-за ряда недостатков (трудности получения, разработки и доставки) на данный момент не распространены, уступая более совершенным бомбам на основе других радиоактивных элементов с более низкой критической массой.

Плутониевая бомба

Первым ядерным зарядом, взорванным в испытательных целях, было ядерное устройство «Gadget», «Штуковина» (англ. gadget — приспособление, безделушка) — прототип плутониевой бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. Испытания проводились на полигоне неподалеку от г. Аламогордо в штате Нью-Мексико.

Конструктивно эта бомба представляла собой несколько сфер, вложенных друг в друга:

  1. Импульсный нейтронный инициатор (ИНИ, «ёжик», «урчин» (англ. urchin)) — шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 — первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическое состояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большого количества нейтронов). В настоящее время короткоживущий полоний-210 заменён долгоживущим плутонием-238, также способным при смешении с бериллием к мощному нейтронному импульсу.
  2. Плутоний. Желателен максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.
  3. Оболочка (англ. tamper), служащая отражателем нейтронов (из урана).
  4. Обжимающая оболочка (англ. pusher) из алюминия. Обеспечивает бо́льшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренние части заряда от непосредственного контакта со взрывчаткой и раскалёнными продуктами её разложения.
  5. Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронность необходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара) ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородность и невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используется комбинированная схема (система линз) из «быстрой» и «медленной» взрывчаток — боратола и ТАТВ.
  6. Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов — две сферических крышки и пояс, соединяемых болтами.

Ядерный клуб

Боевой железнодорожный ракетный комплекс БЖРК 15П961 «Молодец» c межконтинентальной ядерной ракетой

В 1963 году, когда только четыре государства имели ядерные арсеналы, правительство Соединенных Штатов делало прогноз, что в течение предстоящего десятилетия появится от 15 до 25 государств, обладающих ядерным оружием; другие же государства предсказывали, что это число может даже возрасти до 50. По состоянию на 2004 год известно, что только у восьми государств есть ядерные арсеналы. Сильный режим нераспространения — его олицетворяют МАГАТЭ и Договор — помог резко замедлить предполагавшиеся темпы распространения.

Из доклада ООН, 2005 год

Израиль не комментирует информацию о наличии у него ядерного оружия, однако, по мнению некоторых экспертов, обладает арсеналом порядка 200 зарядов (по оценкам бывшего президента США Джимми Картера — 150).

Небольшой ядерный арсенал был у ЮАР, но все шесть ядерных зарядов были добровольно уничтожены. Полагают, что ЮАР проводила ядерные испытания в районе острова Буве. ЮАР — единственная страна, которая самостоятельно разработала ядерное оружие и при этом добровольно от него отказалась.

В 1990—1991 гг. Украина, Белоруссия и Казахстан, на территории которых находилась часть ядерного вооружения СССР, передали его Российской Федерации, а после подписания в 1992 году Лиссабонского протокола были объявлены странами, не имеющими ядерного оружия. При этом Белоруссия и Казахстан передали ядерное оружие безвозмездно, а Украина передала его при условии признания Россией границ Украины (пока обе они в СНГ) на момент распада СССР (т.е. с полуостровом Крым).

Близко подошедшим к созданию ядерной бомбы считается Иран.

В разные годы в наличии военных ядерных программ также подозревались Бразилия, Ливия, Ирак и Республика Корея.

США осуществили первый в истории ядерный взрыв мощностью 20 килотонн 16 июля 1945 года в пустыне Аламогордо (штат Нью-Мексико). 6 и 9 августа 1945 ядерные бомбы были сброшены, соответственно, на японские города Хиросима и Нагасаки.

СССР испытал своё первое ядерное устройство мощностью 22 килотонн 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне.

Великобритания произвела первый надводный ядерный взрыв мощностью 25 килотонн 3 октября 1952 года в районе островов Монте-Белло (северо-западнее Австралии).

Франция провела наземные испытания ядерного заряда мощностью 20 килотонн 13 февраля 1960 года в оазисе Регган (Алжир).

КНР взорвала ядерную бомбу мощностью 20 килотонн 16 октября 1964 года на озере Лобнор.

Индия произвела подземное испытание ядерного заряда мощностью 20 килотонн 18 мая 1974 года на полигоне Покхаран, но официально не признала себя обладателем ядерного оружия. Это было сделано лишь после подземных испытаний пяти ядерных взрывных устройств, включая 30-килотонную термоядерную бомбу, которые прошли на полигоне Покхаран 11-14 мая 1998 года.

Пакистан провёл подземные испытания шести ядерных зарядов мощностью 18 килотонн каждый 28 мая 1998 года в провинции Белуджистан в качестве симметричного ответа на индийские ядерные испытания 1974 и 1998 годов.

КНДР провела первое подземное испытание ядерной бомбы предположительной мощностью 1 килотонна 9 октября 2006 года и второе мощностью 10 — 20 килотонн 25 мая 2009 года.

Запасы ядерного оружия в мире

Количество боеголовок по данным «Бюллетеня ядерных испытаний»

1947 1952 1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 2002
США 32 1005 6444 30893 10600
СССР/Россия 50 660 8339 13000 8600
Великобритания 20 270 200
Франция 36 350
Китай 25 400
Индия + Пакистан <100
Израиль ≈200
Итого 32 1055 7124 >30000 39563 >40000 ≈49000 ≈57000 63484 <40000 <20450

См. также

  • Стратегические ядерные силы Российской Федерации
  • Ядерная зима
  • Ядерный клуб
  • Ядерная мина
  • Ядерный чемоданчик
  • Царь-бомба
  • Граунд Зеро
  • Договор о нераспространении ядерного оружия
  • Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний
  • МАГАТЭ
  • Грязная бомба
  • Термоядерное оружие
  • Группа ядерных поставщиков

Примечания

Ссылки

  • На Викискладе есть медиафайлы по теме Ядерное оружие
  • Памятка населению по защите от атомного оружия. Второе издание. Москва 1954. (формат djvu)
  • Энциклопедия ядерного оружия
  • Подробное техническое описание первых зарядов (англ.)
  • Проект «Хиросима» (историческая справка, видеоматериалы, документы)
  • Когда Россия будет иметь атомную бомбу? — исследование американских ученых; брошюра 1948 года
  • С.Лозунько. Атомное оружие. У кого сколько?, 2007.
  • Создатель советской атомной бомбы Ю.Б.Харитон
  • База данных по всем, проведеным различными странами, ядерным взрывам (австралийский правительственный сайт). (англ.)
  • Подготовка и испытание самой мощной термоядерной бомбы мощностью 50 мегатонн.

(англ.)

Ядерный реактор · Радиоактивные отходы · Управляемый термоядерный синтез · Ядерная силовая установка · Ядерный двигатель (Ядерный ракетный двигатель) · Радиоизотопный термоэлектрический генератор

Инерциальный синтез · Корпусной ядерный реактор · Кипящий ядерный реактор · 4-го поколения · Реактор на быстрых нейтронах · Магноксовый · Графито-газовый ядерный реактор · Газоохлаждаемый быстрый · Реактор с жидкометаллическим теплоносителем · Со свинцовым теплоносителем · Реактор на расплавах солей · Сверхкритический водоохлаждаемый · Сверхвысокотемпературный · С гранулированным топливом · Интегральный быстрый реактор · SSTAR

Позитронно-эмиссионная томография · Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) · Гамма-камера

Радиобиология опухолей · Томотерапия · Протонная терапия · Брахитерапия · Нейтрон-захватная терапия

Ядерная технология
Инженерия Ядерная физика · Деление ядра · Термоядерная реакция · Излучение · Ионизирующее излучение · Атомное ядро · Ядерная безопасность · Ядерная химия
Материалы Ядерное топливо · Отработанное ядерное топливо · Ядерное топливное сырье · Торий · Уран (Обогащение урана • Обеднённый уран) · Плутоний · Дейтерий · Тритий
Ядерная энергия Главные темы Типы реакторов
Ядерная медицина Медицинская визуализация Терапия
Ядерное оружие

История · Разработка · Ядерная война · Ядерная гонка · Ядерный взрыв (Поражающие факторы ядерного взрыва) · Ядерные испытания · Перевозка · распространение
Ядерный клуб · Список ядерных испытаний

Ядерная бомба – оружие, обладание которым, уже является сдерживающим фактором

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 Царь-бомбу, 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.

Водородная бомба сродни гранате Ф1, по конструкции.

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 тонн тротила.

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.

Как менялись размеры и мощность атомного оружия?

Итак, поговорим о размерах атомного оружия. Не говорим «атомных бомб», ибо их средства доставки в наше время очень разные, поскольку в процессе совершенствования военной технологии атомное оружие резко уменьшилось в размерах и резко добавило в мощности.

Первые бомбы США, «Толстяк» и «Малыш», имели такие размеры, что едва влезали в «Суперкрепость» В-29. А мощность их взрыва была такова, что самолеты, сбросившие на цель эти бомбы, едва успевали уклониться от собственной гибели при взрыве.

Самая первая американская бомба (ее сбросили на Хиросиму) называлась «Малыш» («Little Boy»). Это была урановая бомба, взрывался в ней U-235. Ее длина составляла 3 метра, диаметр 70 сантиметров, вес — 4.4 тонны. Мощность ее взрыва составила около 15 килотонн в тротиловом эквиваленте. Макет бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму
Фото: ru.wikipedia.org

Чтобы создать критическую массу высокообогащенного урана, в ней соединялись урановые цилиндр и труба. Трубу выстреливал заряд кордитного пороха. В общем, вроде как бомба-пушка получилась.

Как только труба «надевалась» на цилиндр — образовывалась критическая масса обогащенного урана. Вдобавок на цилиндре находился бериллий-полониевый инициатор. При выстреле трубой в цилиндр он сжимался, от него увеличивался поток нейтронов и происходил ядерный взрыв.

В бомбе было около 64 кг высокообогащенного урана. Из них успевали поучаствовать в цепной реакции деления всего лишь около 700 граммов. Остальное просто испарялось во время взрыва вместе с корпусом бомбы и окружающей местностью в радиусе нескольких десятков метров.

Бомба «Толстяк» («Fat Man») была плутониевой. Длина 3.25 метра, диаметр 1.5 метра, вес почти 4.7 тонны. Тротиловый эквивалент — 21 килотонна. В этой бомбе ядро из 6 кг плутония Pl-239 с бериллий-плутониевым инициатором внутри ядра, окруженное слоем урана U-238, который служил отражателем нейтронов. Снаружи алюминиевое покрытие и «простая» взрывчатка. После ее подрыва весь шар уплотняется — и происходит атомный взрыв.
Фото: QuartzMMN, ru.wikipedia.org

Чуть больше об инициаторе — он был вроде атомного взрывателя в обоих бомбах. При взрывном уплотнении сближались атомы полония и бериллия. Полоний был альфа-радиоактивен, альфа-частицы начинали бомбардировать бериллий — и его атомы при этом становились сильным источником нейтронов. Так и инициировалась цепная реакция U-235 или Pl-239.

Первая советская РДС-1, взорванная в 1949 году, была плутониевой, как и «Толстяк», и имела схожую конструкцию и мощность. В дальнейшем были найдены более надежные способы производства атомных взрывов и конструкции первых бомб были отвергнуты как ненадежные, опасные и малоэффективные.

В наше время, кроме атомных бомб, распространены боевые блоки ракет, атомные снаряды, есть торпеды, глубинные бомбы, фугасы и морские донные мины. Во времена противостояния СССР и США некоторое время были в ходу атомные пули. Одна такая пуля уничтожала танк, несколько пуль обрушивали дом. Но они были ужасно дороги, сложны и опасны в хранении, вдобавок приходили в негодность после года-двух хранения на складе. Да и мощность этого боеприпаса менялась очень сильно в зависимости от качества и длительности хранения — от 100 кг до 700 кг тротилового эквивалента.

В СССР были созданы атомные снаряды калибра 152 мм для установок Мста-С, Акация и Гиацинт, 203 мм снаряды для САУ Пион и 240 мм мины для самоходного миномета Тюльпан. Мощность этих снарядов — от 1 до 3 килотонн. Примерно такие же атомные снаряды находятся на вооружении армии США.

Боевые блоки ракет сейчас в основном термоядерные, мощностью, как правило, в сотни килотонн. Лучше на ракету с десятком боеголовок поставить блоки мощностью в несколько сот килотонн, чтобы боеголовки наносили разрушения не точечно, а на большей площади.

Увы, в последнее время происходит развал системы взаимных проверок и ограничений. Казалось бы, в прошлом веке уже были моменты, когда до запуска межконтинентальных баллистических ракет оставались буквально считанные минуты.

Выгодно это не может быть никому. Из тех людей, которые живут в реальном мире. Но, кажется, среди людей «принимающих стратегические решения» стали преобладать те, кто всерьез верит агитпропу СМИ и комиксам. И если это так, если кто-то наверху всерьез верит в мощь супермена и неуязвимость США, позволяющую «решить русский вопрос», не боясь ответки, или верит, что в случае ответа РФ им удастся отсидеться в глубоких бомбоубежищах — это поистине очень страшно.

Теги: атомная бомба, ядерный взрыв, атомное оружие, военные технологии, обогащенный уран

Советская бомба с американским акцентом


60 лет назад — 29 августа 1949 года — на Семипалатинском полигоне произошло успешное испытание первой советской атомной бомбы РДС-1 с заявленной мощностью 20 кт. Благодаря этому событию в мире, как утверждалось, был установлен стратегический военный паритет между СССР и США. И гипотетическая война с катастрофическими для Советского Союза последствиями реализовалась в своем холодном агрегатном состоянии.

По стопам проекта «Манхэттен»
У Советского Союза (как, впрочем, и у Германии) были все основания стать лидером в ядерной гонке. Этого не случилось из-за той большой роли, которую наука играла в идеологии новой власти. Руководство коммунистической партии, следуя заветам бессмертного труда «Материализм и эмпириокритицизм», с тревогой следило за расцветом «физического идеализма». В 30-е годы Сталин был склонен доверять не тем физикам, кто утверждал, что при помощи некой цепной реакции в изотопах тяжелых элементов можно выделять громадную энергию, а тем, кто отстаивал в науки материалистические принципы.
Правда, о возможностях военного применения энергии атомного ядра советские физики заговорили только в 1941 году. Георгий Николаевич Флеров (1913–1990), который перед войной в лаборатории Игоря Васильевича Курчатова (1903–1960) работал над проблемой цепной реакции деления ядер урана, а затем служил лейтенантом в ВВС, дважды посылал Сталину письма, в которых сожалел о «большой ошибке» и о «добровольной сдаче завоеванных до войны позициях в исследованиях по ядерной физике». Но — тщетно.
Лишь в сентябре 1942 года, когда из разведданных стало известно о развертывании возглавляемого Робертом Оппенгеймером (Julius Robert Oppenheimer, 1904–1967) американского проекта «Манхэттен», выросшего из деятельности англо-американской Урановой комиссии, Сталин подписал постановление «Об организации работ по урану». Оно предписывало АН СССР «возобновить работы по исследованию осуществимости использования атомной энергии путем расщепления урана и предоставить ГКО к 1 апреля 1943 г. доклад о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива».
В середине апреля 1943 года в Москве, в Покровском-Стрешневе, была создана Лаборатория № 2, в которую вошли крупнейшие физики страны. Возглавил лабораторию Курчатов, а общее руководство «урановыми работами» поначалу возлагалось на Молотова, но потом его сменил в этой функции Берия.
Вполне понятно, что ресурсы Советского Союза были несопоставимы с теми возможностями, которыми обладали не слишком обремененные войной Штаты. Однако вряд ли только этим объясняется громадный разрыв в масштабах разработок, проводившихся в Лос-Аламосе и в Москве. В проекте «Манхэттен» принимали участие 12 Нобелевских лауреатов из США и Европы, 15 тыс. ученых, инженеров и техников, 45 тыс. рабочих, 4 тыс. стенографисток, машинисток и секретарей, тысяча сотрудников службы безопасности, обеспечивавших режим чрезвычайной секретности. В Лаборатории № 2 — 80 человек, из которых лишь двадцать пять были научными сотрудниками.
К концу войны работа практически не сдвинулась с мертвой точки: в Лаборатории № 2, а также в открытых в начале 1945 года Лабораториях № 3 и № 4 изыскивались методы получения плутония на реакторах различных принципов действия. То есть занимались научными, а не опытно-конструкторскими разработками.
Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки фактически открыли глаза правительству СССР на уровень нависшей над страной угрозы. И тогда был создан спецкомитет во главе с Берией, который получил чрезвычайные полномочия и неограниченное финансирование. Вялотекущая исследовательская работа сменилась энергичным инновационным рывком вперед. В 1946 году на запущенном в курчатовской лаборатории уран-графитном реакторе начали получать плутоний-239 путем бомбардировки урана медленными нейтронами. На Урале, в частности в Челябинске-40, были создано несколько предприятий по производству оружейного урана и плутония, а также химических компонентов, необходимых для создания бомбы.
В Сарове под Арзамасом начал создаваться филиал Лаборатории № 2, получивший название КБ-11, ему поручалась разработка конструкции бомбы и её испытание не позднее весны 1948 года. Причем вначале надлежало сделать плутониевую бомбу. Такой выбор был предопределен тем, что в Лаборатории № 2 имелась подробная схема американской плутониевой бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки, которую передал советской разведке участвовавший в её разработке немецкий физик Клаус Фукс (Claus Foocks, 1911–1988), придерживавшийся коммунистических взглядов. Советское руководство в условиях накаляющихся отношений с США спешило и хотело получить гарантированный положительный результат. В связи с чем у научного руководителя проекта Курчатова выбора не было.
Уран или плутоний?
Классическая схема цепной ядерной реакции, протекающей в изотопе урана 235U, представляет собой экспоненциальную функцию времени с основанием 2. Нейтрон, столкнувшись с ядром одного из атомов, расщепляет его на два осколка. При этом высвобождаются два нейтрона. Они в свою очередь расщепляют уже два урановых ядра. На следующем этапе происходит вдвое больше делений — 4. Затем — 8. И так далее, по нарастающей, пока, опять же условно говоря, все вещество не будет состоять из осколков двух типов, атомные массы которых соотносятся приблизительно как 95/140. В результате выделяется огромная тепловая энергия, 90% которой дает кинетическая энергия разлетающихся осколков (на каждый осколок приходится 167 МэВ).
Но чтобы реакция протекала именно так, надо, чтобы ни один нейтрон не пропал зря. В небольшом объеме «горючего» выделяющиеся в процессе деления ядер нейтроны вылетают за его пределы, не успевая вступить в реакцию с ядрами урана. Вероятность возникновения реакции зависит и от концентрации изотопа 235U в «горючем», которое состоит из 235U и 238U. Поскольку 238U поглощает быстрые нейтроны, не принимающие участия в реакции деления. В природном уране содержится 0,714% 235U, в обогащенном, оружейном, его должно быть не меньше 80%.
Аналогично, хоть и со своей спецификой, протекает реакция и в изотопе плутония 239Pu.
С технической точки зрения, создать урановую бомбу было проще, чем плутониевую. Правда, для нее требовалось на порядок больше урана: критическая масса урана-235, в котором протекает цепная реакция, составляет 50 кг, а для плутония-239 она равна 5,6 кг. При этом получение оружейного плутония при помощи бомбардировки урана-238 в реакторе — не менее трудоемкое дело, чем выделение изотопа урана-235 из урановой руды на центрифугах. Обе эти задачи требовали как минимум 200 т урановой руды. И их решение потребовало максимальных вложений как финансовых, так и производственных ресурсов по отношению ко всей стоимости советского ядерного проекта. Что же касается человеческих ресурсов, то тут Советский Союз со временем многократно превзошел США: в конце концов, к созданию бомбы оказались причастны 700 тыс. человек, преимущественно заключенных.
«Малыш» или «Толстяк»?
Урановая бомба, сброшенная американцами на Хиросиму и получившая название «Малыш», собиралась в стволе, позаимствованном у расточенной до необходимого диаметра 75-миллиметрой зенитной пушки. Туда было уложено шесть последовательно соединенных друг с другом урановых цилиндров с общей массой 25,6 кг. Длина снаряда равнялась 16 см, диаметр — 10 см. В конце ствола располагалась мишень — полый урановый цилиндр с массой 38,46 кг. Её внешний диаметр и длина равнялись 16 см. Для увеличения мощности бомбы мишень была вмонтирована в отражатель нейтронов из карбида вольфрама, что позволяло добиться более полного «сгорания» урана, участвовавшего в цепной реакции.

Бомба имела диаметр 60 см, длину более двух метров и весила 2300 кг. Её срабатывание осуществлялось за счет поджигания порохового заряда, который гнал урановые цилиндры по двухметровому стволу со скоростью 300 м/c. При этом разрушались боровые предохранительные оболочки. В «конце пути» снаряд входил в мишень, сумма двух половинок превышала критическую массу, и происходил взрыв.
Чертеж атомной бомбы, который фигурировал в 1953 году на суде по делу супругов Розенбергов, обвиняемых в атомном шпионаже в пользу СССР. Что интересно, чертеж был секретным и не был продемонстрирован ни судье, ни присяжным. Рисунок был рассекречен лишь в 1966 году. Фото: Department of Justice. Office of the U.S. Attorney for the Southern Judicial District of New York
Военные, которым было поручено боевое применение «Малыша», опасались, что при неосторожном обращении любой удар мог привести к детонации взрывателя. Поэтому порох загрузили в бомбу только после взлета самолета.
Устройство советской плутониевой бомбы, за исключением её габаритов, подогнанных к бомболюку тяжелого бомбардировщика Ту-4, и аппаратуры срабатывания при достижении давления атмосферы заданной величины, в точности повторило «начинку» другой американской бомбы — «Толстяк».
Пушечный способ сближения двух кусков с полукритической массой для плутония не подходит, поскольку это вещество имеет существенно более высокий нейтронный фон. И при сближении кусков со скоростью, достижимой с помощью бризантного толкателя, до начала цепной реакции за счет сильного разогрева должно произойти расплавление и испарение плутония. А это неизбежно должно привести к механическому разрушению конструкции и выбрасыванию не прореагировавшего вещества в атмосферу.
Поэтому в советской бомбе, как и в американской, был применен способ динамического сжатия куска плутония сферической ударной волной. Скорость волны достигает 5 км/с, за счет чего плотность вещества возрастает в 2,5 раза.
Самое сложное в имплозивной бомбе — создание системы взрывных линз, визуально напоминающей геометрию футбольного мяча, которые направляют энергию строго к центру куска плутония, имеющего размер куриного яйца, и обжимают его симметрично с погрешностью менее одного процента. Причем каждая такая линза, сделанная из сплава тротила и гексогена с добавлением воска, имела два типа фрагментов — быстрый и медленный. Когда в 1946 году у одного из участников Манхэттенского проекта спросили относительно перспектив создания советской бомбы, он ответил, что она появится не ранее, чем через 10 лет. И только лишь из-за того, что русские будут долго биться над проблемой идеальной симметрии имплозии.
Советский «Толстяк»
Советская бомба РДС-1 имела длину 330 см, диаметр — 150 см и весила 4700 кг. Внутри каплевидного корпуса с классическим Х-образным стабилизатором размещались концентрически вложенные друг в друга сферы.
В центре всей конструкции находился «нейтронный запал», представляющий собой шарик из бериллия, внутри которого находился источник нейтронов полоний-210, экранированный бериллиевой оболочкой. При достижении ударной волны запала бериллий и полоний смешивались, и происходил выброс в плутоний «поджигающих» цепную реакцию нейтронов.

Далее шли две 10-сантиметровые полусферы из плутония-239 в состоянии с пониженной плотностью. Так плутоний было проще обрабатывать, а нужная итоговая плотность возникала в результате имплозии. Расстояние в 0,1 мм между полусферами было заполнено прослойкой из золота, которая препятствовала преждевременному проникновению ударной волны в нейтронный запал.
Функцию отражателя нейтронов выполнял слой природного урана толщиной 7 см и весом 120 кг. В нем протекала реакция деления с выделением нейтронов, которые частично возвращались в кусок плутония. Уран-238 давал 20% мощности бомбы.
Слой «толкателя», представляющего собой сферу из алюминия толщиной 11,5 см и весом 120 кг, предназначался для того, чтобы погасить Тейлорову волну, приводящую к резкому падению давления позади детонационного фронта.
Окружала конструкцию взрывчатая оболочка толщиной 47 см и весом 2500 кг, состоявшая из сложной системы взрывных линз, сфокусированных к центру системы. 12 линз были пятиугольными, 20 — шестиугольными. Каждая линза состояла из чередовавшихся участков быстродетонирующего и медленного взрывчатого вещества, имевших различную химическую формулу.
Бомба имела две автономные системы подрыва — от удара о почву и при достижении давления атмосферы заданного значения (высотный взрыватель).
Было изготовлено 5 бомб РДС-1. Первая из них и была взорвана на полигоне под Семипалатинском в наземном положении. Мощность взрыва была официально зафиксирована на уровне в 20 кт, но со временем выяснилось, что это слишком завышенная оценка. Реальная — на уровне вдвое ниже. К тому времени у американцев было уже 20 таких бомб, и любые претензии на паритет были беспочвенны. Но монополия была нарушена.
Ещё четыре таких бомбы ни разу не поднимались в воздух. На вооружение была поставлена РДС-3 — оригинальная советская разработка. Эта бомба при меньших габаритах и массе обладала мощностью 41 кт. Это стало возможным, в частности, за счет усиления реакции деления плутония термоядерной реакцией синтеза дейтерия и трития.