Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).
Почему предпочтительнее слияние ядер?
При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.
В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.
Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.
Что такое реакция слияния ядер?
Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ
D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.
Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.
Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.
Как все начиналось
Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.
Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.
Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.
Принцип термоядерной бомбы
Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:
- вариант Теллера, известный как "классический супер";
- более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
- окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.
Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.
Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.
Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама
Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".
Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже.
Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.
Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.
По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.
Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже.
В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд - сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.
Последовательность термоядерного взрыва
Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.
На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.
Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.
Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.
В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.
Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.
Операция Плющ
Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.
Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.
СССР дает симметричный ответ
Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.
Достижение предельной мощности
Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».
Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.
Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.
При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.
После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.
Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.
Солнце как термоядерный реактор
Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?
Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.
Теоретическое вступление. Термоядерное оружие, как не трудно догадаться, основано на организации термоядерных реакций синтеза атомных ядер. Из всех известных естествоиспытателям реакций протекающих в окружающем мире, термоядерные реакции обладают наибольшим выделением удельной энергии, т.е. энергии, приходящейся на единицу массы.
Учёными установлено, что в природе термоядерные процессы распространены достаточно широко, в частности, они являются источником энергии звёзд. Наше Солнце - не исключение. В наше время Солнце является обычной звездой, в ядре которой протекают термоядерные реакции синтеза ядер гелия из ядер водорода.
О..
. ГИГАНТЫ N
СВЕРХГИГАНТЫ
Ежесекундно Солнце на реакцию синтеза расходует 6-1011 кг водорода, с выходом 4-109 кг гелия. По прогнозам астрофизиков наблюдаемое сейчас состояние динамического равновесия нашей эволюционирующей звезды продлится около 5 млрд. лет.
БЕЛЫЕ ** КАРЛИКИ.
Так, что поводов для тактического беспокойства пока нет. Интенсивность термоядерных реакций можно проследить на диаграмме Герцшпрунга - Рессела (рис.
Рис. 6.32. Эволюция звёзд в зависимости от интенсивности ядерных реакций
10 000 6 000 ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСТИ, К
| м
|F| G I
- , где показана зависимость светимости звёзд от их температуры, которая одновременно является и показателем спектрального класса.
L = R52.
При образовании одного ядра гелия из двух ядер водорода выделяется энергия, равная 24 МэВ. Напомним, что 1 эВ - это энергия которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов, равную 1 В, 1 эВ « 1,6-10 - 19 Дж. В 1 кг дейтерия, изотопа водорода содержится 1,5-1026 пар соединяющихся ядер.
Энергию, выделяющуюся из 1 кг дейтерия при синтезе гелия можно определить следующим образом
Е1 = 1,5 -1026 - 24 = 3,6 -1027МэВ = 1,62 -108 КВт - час.
Как известно дейтерий в малых концентрациях содержится в воде. В пересчёте на среднюю концентрацию дейтерия из 1 л воды потенциально возможно получить энергию порядка 6100 КВт-час., что эквивалентно сжиганию 672 литров бензина, при расходовании на реакцию окисления около восьми тонн кислорода. Для слияния двух ядер водорода в одно ядро гелия необходимо, чтобы эти положительно заряженные ядра преодолели кулоновские силы отталкивания
r 1 Ze1 - Ze1 r
FK = -Lr .
4П880 r
Для слияния исходных ядер водорода необходимо их сблизить на расстояние соизмеримое с размерами ядра, т.е. на « 3-1015 м. На этом расстоянии потенциальная энергия двух положительных зарядов (ядер водорода) будет равна
1 Ze Ze
П = e= 7,68 10-14 Дж = 5 105эВ.
4П880 Г
Две заряженные частицы могут сблизится на расстояние, соизмеримое с размерами ядра в том случае, если они будут иметь кинетическую энергию, превосходящую или равную половине потенциальной энергии взаимодействия. Из молекулярной физики известно, что кинетическая энергия структурных элементов материи при их хаотическом тепловом движении определяется температурой
2 -л
к 0 = mui.=2k,t,
0 2 2
что даёт возможность оценить соответствующие термоядерному синтезу температуры
13 0,5Кgt;П; -Пgt;Кgt;- kBT,
2 2 B
T.і. 7"68-10-‘‘ s 1,83-10* 0K.
-23
3kB 3 -1,4 -10
Температуры всего на два порядка ниже реализуются в течение короткого времени, при атомных взрывах и внутри звёзд. По последним данным космофизиков температура Солнца лежит в пределах 1,2-107 - 1,5-107 0К. При таких относительно низких температурах возможен прямой захват протона протоном
H1 + H1 ^ He2 + e+1 +v0,
При этом ядро He2 является неустойчивым и быстро превращается за счёт по- зитронного распада в тяжёлый водород. Позитрон, сталкиваясь со своим антиподом - электроном, аннигилирует, превращаясь в излучение
H2 + H1 ^ He2 + у (5,5МэВ),
Далее начинается взаимодействие нестабильных ядер гелия
He2 + He2 ^ He2 + 2H1 (12,8МэВ), которые превращаются в стабильную модификацию гелия. При превращении 1 кг водорода в 883 г гелия, Am . 7 г вещества трансформируется в соответствии с уравнением Оливера Хевисайда в излучение
E = Am - c° = 7-10-3 - 9-1016 = 6,3-1014 Дж.
Столько энергии освобождается при полном окислении 1,6-1010 кг автомобильного бензина. Естественно такой энергетический выход не мог не заинтересовать венец Природы - человечество, которое в лучших традициях своего эволюционного пути нашло таки способ приспособить всю эту энергетическую эффективность исключительно для истребления себе подобных и иже с ними.
Дефект масс, открытый при исследованиях расщепления ядер, означает, в частности, что масса любого стабильного ядра меньше суммы масс составлявших его протонов и нейтронов. Например, масса изотопа гелия He42 меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Следовательно, если два протона и два нейтрона привести в соприкосновение, чтобы образовалось ядро гелия, то это слияние сопровождалось бы уменьшением массы. Уменьшение массы на Am проявляется в выделении огромного удельного количества энергии (AE = Amc2). Образование ядер в процессе объединения отдельных протонов и нейтронов или легких ядер как раз и называется ядерным синтезом.
Для выяснения подробностей энергетического аспекта этого процесса обратимся вновь к данным рис.4.14, где приведена кривая изменения удельной энергии связи, т. е. энергия в расчете на нуклон. В силу отрицательного знака дефекта масс, слияние ядер тяжёлых элементов (правая ветвь кривой) будет сопровождаться выделением энергии.
Процесс будет в высокой степени эндотермическим, т.е. для его осуществления требуются значительные энергетические затраты. Реакция синтеза двух ядер урана, например, возможна только в том случае, если объединяющиеся ядра будут обладать, по меньшей мере, такой же энергией, сколько её высвобождается при делении каждого из них. Получение сверхтяжелых ядер весьма энергоёмкое и дорогостоящее предприятие, не возможное в настоящее время.
Синтез легких ядер, наоборот, приводит к такому дефекту масс, который связан с высвобождением значительных энергий связи. При объединении двух лёгких ядер имеет место экзотермический процесс.
При слиянии двух протонов и двух нейтронов в ядро гелия мы получаем выигрыш в энергии 28,2 МэВ, а для 1 кг синтезированного гелия это составит около 2-10 8 кВт-ч. Даже по сравнению с энергетикой деления ядер - впечатляет, весьма.
На первый взгляд, методика осуществления реакции синтеза ядер, кажется простой как амёба, действительно, чего проще, соединили два ядра дейтерия и, вот он - гелий:
D2 + D2 ^ He2 + 23,64 МэВ, причём, появление каждого нового ядра сопровождается выделением энергии 23,64 МэВ. Естественно предположить, что эта энергия равна разности между полной энергией связи ядра атома гелия (28,2МэБ), удерживающей вместе четыре нуклона, и полной энергией связи двух ядер тяжелого водорода (по 2,28МэВ каждый). Существует ряд других реакций, которые используются в работах по термоядерному синтезу. Они тоже внешне до неприличия просты
D2 + D2 ^ He2 + 3,27 МэВ,
D2 + D2 ^ T° + р1 + 4,03 МэВ,
Li36 + n0 ^ T° + He4 + 4,6Мэв.
Слияние, например, двух ядер тяжелого водорода возможно, если их удастся сблизить до расстояния действия ядерных сил, т.е. до =3-10 - 15м. А для этого необходимо преодолеть кулоновское отталкивание протонов в ядрах. Элементарный подсчет показывает, что на расстояниях такого масштаба электростатическая энергия отталкивания равна = 0,1Мэв.
Единственное препятствие в организации термоядерной реакции в домашних условиях, состоит, в преодолении кулоновского отталкивания, поскольку протоны и другие легкие ядра всегда положительно заряжены.
Как показывают расчеты, два встречных сталкивающихся протона должны иметь кинетическую энергию порядка 250 кэВ каждый. Эту энергию невозможно получить путем обычного нагревания, так как даже при температуре 107 0К энергия частицы едва достигает только =1 кэВ. А нагревать надо до температур порядка 109 0К, чтобы энергии движения частиц хватило на преодоление взаимного отталкивания ядер. При Т = 10 К они вступают в непосредственный контакт, и происходит объединение ядер. Реальная температура, необходимая для поддержания реакций синтеза несколько ниже расчётной и составляет порядка 108 0К, что обусловлено явлением туннельного эффекта.
Кроме того, согласно функции распределения Максвелла, многие частицы обладают энергиями значительно превышающими среднее значение (E) = kT.
После второй мировой войны стало ясно, что при взрыве атомной бомбы имеют место температуры около 108 0К. Возникла идея использовать атомную бомбу в качестве запала для водородной бомбы, реализующей ядерную реакцию синтеза.
Получить неуправляемое выделение колоссальных количеств энергии при взрыве водородной бомбы, после того как уже набили руку на обычных ядерных взрывах, оказалось достаточно просто.
Термоядерная бомба, по сути, состоит из атомной бомбы и термоядерного заряда. Внутри оболочки, заполненной легкими элементами, способными вступать в реакцию синтеза, взрывается атомная бомба. На очень короткое время - миллионные доли секунды, температура внутри еще целой оболочки достигает нескольких сотен миллионов градусов (108 0К), а давление - сотен миллиардов атмосфер.
ЕІри таких экстремальных условиях начинается слияние ядер дейтерия и трития в ядро гелия
d2 + т° ^ He2 + n0, выделяется огромная энергия в очень короткое время, т.е. происходит взрыв (рис.
- . Энергия, выделяющаяся в реакции ядерного синтеза в расчете на данную массу горючего, больше, чем при делении ядра. Кроме того, при ядерном синтезе не столь остра проблема захоронения радиоРис. 6.33. Синтез ядер гелия активных отходов.
Однако осуществить управляемый термоядерный синтез, т.е. не взрывоподобный отвод энергии технически оказалось весьма сложной задачей. Всё дело упёрлось в создание и поддерживание достаточно продолжительное время необходимых для ядерного синтеза высоких температур.
Любое вещество при обсуждаемых температурах представляет собой особую среду, которая состоит из ядер и несвязанных с ними электронов. Это состояние вещества называется плазмой.
Если посмотреть в соответствующий раздел справочника по физическим свойствам веществ, то можно обнаружить, что из всего их множества наибольшей температурой плавления обладает карбид гафния Тпл = 4000 0К, даже в нём «содержать» высокотемпературную среду не представляется возможным.
Обычные материалы испаряются при температуре в лучшем случае 104 0К, следовательно, они не пригодны для термоядерных технологий. Но Природа - Мать распорядилась так, что плазма, имея огромное число свободных электронов, может пропускать электрический ток и реагировать на внешнее магнитное поле.
Водородная бомба. По одной из циркулирующих в прессе версий, история первого практического использования термоядерной реакции начинается в 1941г. Японский физик Хагивара из университета г. Киото, который не разбомбили в
- г. американцы по причине плохой видимости, в лекции своим студентам высказал идею о возможности возбуждения термоядерной реакции между ядрами водорода в условиях, создаваемых взрывом атомной бомбы на основе U235.
Рис 6.35. Клаус Фукс
В сентябре 1941 г. по другую сторону океана Энрико Ферми аналогичную идею высказал в беседе с Эдвардом Теллером (рис.6. 34). Идея Ферми захватила учёного, который стал последовательным и напористым инициатором разработки оружия такого типа.
Надо сказать, что эта идея обсуждалась и на закрытых семинарах физиками СССР уже сразу после развёртывания атомного проекта, по крайней мере не для Курчатова, не для Флёрова и других ядерщиков такая идея не являлась новостью.
До поры до времени просто не хватало времени и сил для её разработки на систематической основе. Развернулась атомная гонка, все усилия весьма ограниченных ресурсов, как интеллектуальных, так и материальных концентрировались на ней.
Идея «классического супера» была оформлена в виде набросков в Лос-Аламосе к концу 1945 г. Весной
- г. Клаус Фукс предложил при использовании в качестве запала атомной бомбы вынести смесь из дейтерия и трития и первичного взрывателя в прогреваемый излучением отражатель из окиси бериллия.
Рис. 6.36. Схема бомбы Теллера - Улама
В 1946 г. произошло рождение идеи радиационной имплозии. Схема предложенная Клаусом Фуксом, стала основой будущей конфигурации Теллера - Улама, которая вошла вовсе современные хрестоматии по термоядерной технике (рис. 6.36).
Устройство состояло из двух функциональных частей В едином корпусе располагался атомный заряд в виде плутониевой сферической бомбы, который обеспечивал при срабатывании высокие значения температуры и давления и, собственно, термоядерного горючего, окрашенного на рисунке в вишнёвый цвет.
Современные специалисты по ядерной физике признают, что, опережающие время идеи немецкого физика Фукса стали основой многих последующих конструкций термоядерных устройств. Фукс и Фон - Нейман 28 мая 1946 г. подали заявку на изобретение новой схемы инициирующего отсека с использованием радиационной имплозии.
Только спустя пять лет в США полностью осознали огромный идейный потенциал всех предложений Фукса. В конце августа 1946 г. неутомимый Теллер обнародовал отчёт, в котором развил новую схему термоядерной бомбы под романтическим названием «Будильник».
Новая версия бомбы по предложению Теллера должна была состоять из чередующихся сферических слоёв делящихся материалов и термоядерного горючего, дейтерия, трития и их химических соединений.
Цепная реакция деления, возникшая в одном из слоёв, должна была за счёт большого количества быстрых нейтронов инициировать процессы деления в соседних слоях, что должно повышать энерговыделение, особенно тепловое.
Результат атомного взрыва должен был вызвать уплотнение активных делящихся элементов, т.е. объёмное сближения ядер исходного вещества. Плотность термоядерного горючего увеличивалась с возрастанием скорости термоядерных реакций.
Однако термоядерный заряд по этой схеме получался недопустимо габаритным, не позволяющим даже теоретически рассматривать его практическое использование. Некоторое время проекты «Классический супер» и «Будилькик» разрабатывали специалистами Лос-Аламоса параллельно.
В январе 1950 г. президент США Гарри Трумэн выступил с публичным заявлением об официальном поручении учёным из Лос-Аламоса разработки водородной бомбы. Естественно, что работы в этом направлении стали проводится более динамично.
Рис. 6. 37. Термоядерный заряд Mike
В сентябре 1951 г. началась подготовка термоядерного заряда «Майк» к испытаниям, которые успешно были проведены 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составила 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Это даже с натяжкой трудно было назвать оружием (рис. 6.37).
Полнейшая нетранспорта-
бельность, габариты соответствовали приличных размеров двухэтажному строению. Продукты термоядерного деления поддерживались при температуре жидкого азота. Термоядерный заряд, в этой связи, был снабжен стационарными рефрижераторными установками, способными во время монтажа и испытаний поддерживать сверхнизкие температуры.
В СССР до 1945 г. возможности официально заниматься вопросами термоядерного синтеза, кроме рассмотрения теоретических аспектов, небыло. Страна воевала и в ускоренных темпах создавала атомную бомбу, напрягаясь из всех мыслимых и немыслимых сил.
Первый официальный документ по термоядерному оружию относится к 22 сентября 1945 г., его подготовил на имя И.В. Курчатова учёный - ядерщик Яков Ильич Френкель, где теоретически обосновал возможность протекания термоядерных реакций у условиях взрыва атомной бомбы: «....Представляется интересным использовать высокие - миллиардные - температуры, развивающиеся при взрыве атомной бомбы, для проведения синтетических реакций (например, образование гелия из водорода), которые являются источником энергии звёзд и которые могли бы ещё более повысить энергию, освобождаемую при взрыве основного вещества (уран, висмут, и т.д.)».
Рис. 6.38 Я.И. Френкель
Направляя записку Курчатову, учёный не мог знать, что вопросы термоядерных реакций уже давно обсуждаются создателями атомного оружия и что Курчатов владеет полной информацией о состоянии дел по термоядерной тематике в Лос-Аламосе.
В сентябре 1945 г. по каналам внешней разведки Курчатову поступил материал об американских работах по комбинированию атомной бомбы пушечного типа на основе U°°5 с отражателем из окиси бериллия, промежуточной камеры с дейтерий тритиевой смесью и цилиндра с жидким дейтерием.
Открытая информация о возможности создания сверхбомбы появилось в Британской газете «Таймс» 19 октября 1945 г. за долго до испытания термоядерных зарядов в США.
Естественно, что такие сообщения не могли остаться без внимания высших руководителей СССР и ведущих учёных, занятых в атомных программах. Л.П. Берия поручил дипломатам уточнить информацию.
Обратились к Нильсу Бору, который только что вернулся в Данию из США. Бор посчитал необходимым всех успокоить: «Что значит сверхбомба? Это или бомба большего веса, чем уже изобретенная, или бомба, изготовленная из какого- то нового вещества. Что же, первое возможно, но бессмысленно, так как, повторяю, разрушительная сила бомбы и так очень велика, а второе, я думаю, что нереально». Несмотря на несомненный авторитет в области атомной физики, Бору у нас в стране не поверили.
По настоянию Берии руководитель атомной программы Курчатов дал поручение ведущим специалистам Ю.Б. Харитону, Я.Б.
Зельдовичу, И.И. Гуревичу и И.Я. Померанчу- ку рассмотреть в теоретическом плане вопрос о возможности освобождения энергии лёгких элементов и представить свои выводы на заседании Технического
Тем не менее И. В. Курчатов обратился к Ю.Б. Харитону с поручением рассмотреть Риа 6.39. Я.Б. Зельдович
вместе с И. И. Гуревичем, Я. Б. Зельдовичем и
И. Я. Померанчуком вопрос о возможности освобождения энергии лёгких элементов и представить соображения по этому вопросу на заседании Технического совета Специального комитета.
Соображения И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона были изложены в отчёте „Использование ядерной энергии лёгких элементов“, материалы которого были заслушаны на заседании Технического совета 17 декабря 1945 года.
Докладчиком был Я. Б. Зельдович. В основе подхода к решению проблемы в отчёте и докладе было представление о возможности возбуждения ядерной детонации в цилиндре с дейтерием при осуществлении неравновесного режима горения.
Рассмотренный на заседании отчёт полностью опубликован в журнале «Успехи физических наук» № 5 за 1991 год. По докладу Я.Б. Зельдовича на заседании Технического совета 17 декабря 1945 года было принято решение, которое касалось только измерений сечений реакций на лёгких ядрах и не содержало поручений, относящихся к организации и проведению расчётно-теоретических исследований и работ по сверхбомбе.
Тем не менее в июне 1946 года группа теоретиков Института химической физики АН СССР в составе А. С. Компанейца и С.П. Дьякова под руководством Я.Б. Зельдовича в рамках программы исследований вопросов ядерного горения и взрыва начала теоретическое рассмотрение возможности освобождения ядерной энергии лёгких элементов.
В то время, как группа Я.Б. Зельдовича проводила свои исследования, в СССР в 1946-1947 годах продолжали поступать разведывательные сообщения информационного характера, касающиеся работ в США по сверхбомбе. К ним добавились и новые сообщения в открытой печати, в том числе статья Э. Теллера в февральском номере «Бюллетеня ученых-атомщиков» за 1947 год.
28 сентября 1947 года в Лондоне состоялась первая встреча К. Фукса, вернувшегося из США в Англию, с представителем советской разведки А.С. Феклисо- вым. А. С. Феклисов обратился к К. Фуксу с 10-ю вопросами, первый из которых относился к сверхбомбе.
Из отчёта о встрече А.С. Феклисова с К. Фуксом 28 сентября 1947 года следует, что К. Фукс устно сообщил о том, что теоретические работы по сверхбомбе проводятся в США под руководством Э. Теллера и Э. Ферми в Чикаго.
К. Фукс описал некоторые конструкционные особенности сверхбомбы и принципы её работы, отметил использование наряду с дейтерием трития. К. Фукс устно сообщил, что к началу 1946 года Э. Ферми и Э. Теллер доказали, что такая сверхбомба должна эффективно действовать. Однако А.С. Феклисов, не будучи физиком, смог воспроизвести конструкционные особенности сверхбомбы и её работу весьма приближённо. Начались ли в США практические работы по созданию сверхбомбы и каковы их результаты, К. Фуксу было неизвестно.
В июне 1948 г. Советом Министров СССР было принято постановление № 1989 - 773 «О дополнении плана работ КБ-11» в котором, в частности, предписывалось лаборатории ядерной физики, совместно с Физическим институтом АН СССР провести теоретическую и экспериментальную проверку возможностей создания водородной бомбы, которая в документах получила шифр РДС-6.
С материалами по американским разработкам был знаком только И.В. Курчатов, который не стад знакомить с ними своих сотрудников.
Чтобы не стеснять свободы поиска альтернативных решений. И они не замедлили последовать.
Сахаров Андрей Дмитриевич совместно с Яковом Борисовичем Зельдовичем предложили схему комбинированной бомбы, в которой дейтерий используется в смеси с U238. Другими словами, независимо от Э. Тейлера отечественные учёные пришли к идее гетерогенной бомбы, как она стала называться среди разработчиков «Слойка», в которой предполагалось использовать принцип ионизационного сжатия термоядерного горючего.
Игорь Евгеньевич Тамм, руководитель А.Д. Сахарова по аспирантуре, в ноябре 1948 г. обратился с письмом к директору Физического института АН СССР Вавилову С.И., в котором сообщал, что руководимая им группа физиков нашла принципиальную возможность нового способа использования детонации дейтерия, основанного на особом способе его сочетания с тяжёлой водой и природным ураном U238. В этом же письме предлагалось для осуществления термоядерной реакции использовать схему Li6 + n = T + He4 + 4,8 МэВ,
Рис. 6.41. И.Е. Тамм
где в качестве термоядерного оружия используется дейтерит лития-6.
Сахаровым была предложена схема дополнительного заряда плутония для предварительного сжатия «слойки». Это был принцип двухступенчатой конструкции термоядерной бомбы.
В США, как известно, 1 марта 1954 г. был проведен мощный термоядерный взрыв, свидетельствующий, что термоядерная программа конкурентов из теоретической стадии перешла в практическую плоскость.
Это придало нашим учёным и политикам новые силы. Буквально в первых числах апреля 1954 г. В КБ-11 был открыт новый принцип построения термоядерной бомбы.
Разработка технического задания на новое термоядерное изделие РДС-37. В июле 1955 г. был выпущен отчёт с обоснованием конструкции изделия РДС-37.
Авторами отчёта являлись: Е.Н. Аврорин, В. А. Александров, Ю.Н. Бабаев, Г. А. Гончаров, Я. Б. Зельдович, В. Н. Климов, Г. Е. Клинишов, Б. Н. Козлов, Е. С. Павловский, Е.М. Рабинович, Ю.А. Романов, А.Д. Сахаров, Ю.А. Трутнев, В.П. Феодори- тов, М.П. Шумаев, В.Б. Адамский, Б. Д. Бондаренко, Ю.С. Вахрамеев, Г.М. Ган- дельман, Г.А. Дворовенко, Н.А. Дмитриев, Е.И. Забабахин, В.Г. Заграфов, Т.Д. Кузнецова, И.А. Курилов, Н.А. Попов, В.И. Ритус, В.Н. Родигин, Л.П. Феоктистов, Д.А. Франк-Каменецкий, М.Д. Чуразов. Среди авторов были математики: И.А. Адамская, А. А. Бунатян, И.М. Гельфанд, А. А. Самарский, К. А. Семендяев, И.М. Халатников, которые под руководством М.В. Келдыша и А.Н. Тихонова проделали огромную работу по теоретическому обеспечению проекта.
Рис. 6.42. Изделие РДС-37
В ноябре 1955 г. было проведено
предварительное испытание одноступенчатого термоядерного устройства, а 22 ноября 1955 г. бл успешно проведён подрыв двухступенчатого термоядерного заряда, оформленного как авиационная бомба (рис. 6.42).
Как сказал после испытания А.Д.
Сахаров: «Испытание было завершением многолетних усилий, триумфом, открывшим пути к разработке целой гаммы изделий с разнообразными высокими характеристиками (хотя при этом встретятся ещё не раз неожиданные трудности)».
Таким образом был успешно завершён очередной этап создания термоядерного оружия, при этом достигнуты следующие результаты:
- Учёные СССР первыми в мировой практике (1952 г) применили высокоэффективное термоядерное горючее дейтерид литияLi6. В США применение этого материала относится к началу 1956 г.;
- Отечественные учёные уже в стадии первых испытаний достигли высокой точности совпадения теоретических параметров термоядерного взрыва с наблюдаемыми на практике характеристиками;
- Уровень теоретического обоснования конструкции был настолько высок, что стало возможным при экспериментальных взрывах искусственно занижать мощность, с целью снижения влияния на окружающее пространство;
- В двух испытаниях 1955 г. впервые был осуществлён сброс термоядерных зарядов с борта серийных бомбардировщиков ТУ-16.
Рис. 6.43. Бомбардировщик ТУ-95 в момент начала бомбометания
30 октября 1961 г. над Новой Землёй на высоте 4000 м над поверхностью земли была взорвана самая мощная в мире термоядерная бомба с тротиловым эквивалентом 50 МГт.
Бомба была сброшена с бомбардировщика ТУ-95 (рис.6.43). Экипажем командовал майор Дурновцев А. Е.
Такого ещё на планете не происходило. Несмотря на то, что подорван был половинный заряд, вспышку в условиях облачности было видно на расстоянии тысячи километров.
Рис. 6.44. Термоядерная отечественная бомба мощностью 100 МГт
Это был акт разовой силовой демонстрации, сопутствовавшей конкретным обстоятельствам политической кухни, „большой игре“ на устрашение между сверхдержавами.
Это было единичное изделие, конструкция которого при полной „за- грузке“ ядерным горючим и при сохранении тех же габаритов позволяла достигнуть мощности даже в 100 мегатонн. Столь ужасающий взрыв в боевых условиях мгновенно породил бы огненный смерч, который охватил бы территорию огромной площади.
После этого испытания пришло понимание, что созданное оружие предназначено не для войны за жизнь - оно предназначено для уничтожения жизни.
Очевидно, именно после этого взрыва политическим лидерам «атомных» держав стала ясна бессмысленность дальнейшего наращивания «термоядерных мускулов». Оружия уже вполне хватало, чтобы в одночасье покончить со многими проблемами современной цивилизации.
В западной прессе с некоторых пор появился термин loose nukes, под которым понимаются вышедшие из-под контроля государств ядерные боеприпасы, причем имеются в виду не заряды, утраченные в ходе инцидентов с военной техникой. После распада СССР было немало спекуляций на тему возможной утраты контроля над советским ядерным арсеналом со стороны руководства новых независимых государств, прежде всего России. Эти разговоры получили новый импульс после заявления бывшего секретаря Совета безопасности РФ генерала Александра Лебедя. В 1997 году он сказал, что во время пребывания в должности им якобы была создана комиссия по поиску портативных ядерных боеприпасов, имевших вид чемоданчика. По словам Лебедя, часть этих устройств (в разных интервью генерал называл разные цифры) была утрачена и даже, возможно, попала в руки чеченских сепаратистов. На официальном уровне Россия никогда не признавала утрату подобных ядерных средств, хотя это не значит, что переносных зарядов не существовало. Действительно, сообщалось, что начиная с 1960-х годов в СССР создавались носимые ядерные мины, правда, они имели вид ранцев, а не чемоданов. По следам скандальных заявлений Александра Лебедя и бурной реакции мировой прессы в 1998 году по инициативе секретаря Совета безопасности Андрея Кокошина была проведена проверка, в результате которой выяснилось, что ранцевые боеприпасы надежно хранились в одном из арсеналов и в войска не выдавались. К настоящему времени, вероятнее всего, все они уничтожены в рамках инициатив по сокращению тактических ядерных вооружений. Малогабаритные боеприпасы также создавались в США и предположительно в Израиле и Китае.
Террористам, которые задумают сделать бомбу, придется получить немало дополнительных знаний, в том числе в области технологии обработки радиоактивных металлов.
В Соединенных Штатах боеприпасы такого класса имели название SADM (аббревиатура, расшифровывающаяся как «специальный разрушающий атомный боеприпас») и представляли собой ранцы, имевшие минимальный вес 50−70 кг и мощность, эквивалентную 1кт. Они предназначались диверсионным подразделениям, которые могли высаживаться на территории противника в районе побережья, закладывать заряды под стратегические объекты, включать таймер и затем эвакуироваться, например с помощью подводной лодки. Также предполагалось вооружать ранцами инженерные подразделения для постановки заслонов, например в районе Фульдского коридора — двух низин среди гор, по которым ожидался рывок танков Варшавского договора с территории ГДР в направлении Франкфурта-на-Майне. Эти боеприпасы также уничтожены американской стороной в рамках процесса разоружения. В общем, если обвинения России в слабом контроле за ядерными боеприпасами так и не получили весомых подтверждений, факт существования ядерных мин диверсионного класса не подлежит сомнению.
Еще одна ядерная держава, сохранность ядерного арсенала которой вызывает определенное беспокойство, это Пакистан. 6 сентября прошлого года на военно-морской базе в Карачи произошел инцидент со стрельбой. Группа фундаменталистов на лодках попыталась захватить фрегат ВМС Пакистана. Морякам удалось отбить нападение, но в ходе расследования инцидента выяснилось, что в диверсионной вылазке на стороне боевиков участвовали младшие офицеры пакистанской армии. Кроме того, в заговоре могли быть замешаны и более высокопоставленные военные. Состояние вооруженных сил страны, где среди военнослужащих немало людей, симпатизирующих исламистам, вселяет беспокойство за судьбу ядерного арсенала Пакистана, недавно присоединившегося к атомному клубу. Особенно с учетом наличия в стране территорий, где процветает черный рынок оружия: они находятся в международно признанных границах Пакистана, но не контролируются армией и полицией.
Корабль Glomar Explorer, построенный корпорацией эксцентричного магната Говарда Хьюза по заказу ЦРУ, был замаскирован под научное судно. На самом деле в его днище был сделан специальный вырез для подъема на борт погибшей советской подлодки К-129 с ядерным оружием на борту.
Проще, чем мы думали
Однако, если страшный сон о завладении террористами боеприпасов из арсеналов ядерных государств, к счастью, пока не стал явью, то остается другая возможность. По силам ли злоумышленниками изготовить атомную бомбу, так сказать, в домашних условиях?
В разнообразных публикациях на эту тему, например в докладе, подготовленном Институтом контроля за ядерными материалами (Вашингтон, США), был сделан вывод о том, что хоть дело это крайне непростое, бомбу террористы сделать могут. Речь, правда, идет именно о взрывном устройстве, а не о сырье. В качестве сырья в производстве атомного оружия применяется высокообогащенный (то есть содержащий более 90% изотопа U235) уран и оружейный плутоний (Pu239), хотя можно изготовить бомбу (малоэффективную) и из реакторного плутония, загрязненного изотопами Pu240 и Pu242. Обогащение урана — долгий и сложный процесс, детали этой технологии держатся государствами в строгом секрете, плутоний в природе вообще практически не встречается — его получают путем облучения нейтронами урана или нептуния. Также в результате облучения урана-238 плутоний постепенно накапливается в топливных стержнях реакторов АЭС, но отделить его от урана и прочих примесей — весьма трудоемкая задача. Для изготовления бомбы террористы должны будут похитить готовые ядерные материалы или купить уже похищенные на черном рынке.
Этот памятный знак установлен в городе Эурека, штат Северная Каролина — неподалеку от того места, где со своим страшным грузом расстался терпящий крушение B-52. Одна из выброшенных бомб ушла в болото на 50-метровую глубину, да там до сих пор и лежит.
Для того чтобы произошел ядерный взрыв, необходимо перевести массив ядерного материала в сверхкритическое состояние, после чего начинается неконтролируемая реакция деления ядер с излучением нейтронов и выделением энергии. Достичь сверхкритического состояния можно, во‑первых, быстро соединив два подкритических фрагмента ядерных материалов в один или, во‑вторых, резко увеличив плотность подкритической сборки. Бомба Little Boy («Малыш»), что упала на Хиросиму, была построена по первому принципу («пушечная схема»). Внутри нее один фрагмент высокообогащенного урана выстреливался в другой фрагмент, и возникало сверхкритическое состояние. По второму принципу сконструировали бомбу, разрушившую Нагасаки (Fat Boy, «Толстяк»). Там плутониевая сфера равномерно обжималась взрывом (имплозивная схема), за счет чего и создавалась сверхкритичность.
Американский бомбардировщик B-52 не раз фигурировал в инцидентах с ядерным оружием. Громкая история случилась в январе 1966 г, когда этот гигантский самолет столкнулся в воздухе с заправщиком KC-135 неподалеку от испанской рыбацкой деревни Паломарес. Из четырех водородных бомб на борту три упали на землю и заразили местность радиацией, а одна рухнула в море и была найдена лишь два с половиной месяца спустя.
Мы не зря вспомнили бомбы зари атомной эры: большинство экспертов сходятся в том, что если террористы и смогут построить бомбу, то она как раз конструктивно будет напоминать ранние, простые, несовершенные образцы. Наиболее простая схема — пушечная, типа «Малыша», но для ее реализации необходим исключительно высокообогащенный уран в металлической форме. Достать его можно, похитив, например, топливные элементы научно-исследовательских реакторов. Более вероятно, что в руки террористов попадут широко используемые в атомной промышленности порошки оксидов урана или плутония. Ни порошки (из-за низкой плотности), ни даже металлический плутоний (из-за сильного нейтронного фона) для пушечной схемы не годятся. Это только по меркам нашего восприятия выстрел в пушке происходит мгновенно. В реальности же, пока две подкритические массы соединятся в сверхкритическую, нейтроны преждевременно запустят цепную реакцию, что заметно снизит мощность взрыва. Из порошков оксидов можно восстановить металлы, но это будет еще одно непростое звено в технологической цепочке. Есть вариант использовать порошки сами по себе, увеличив их плотность, но для этого понадобится специфический пресс, приобрести который, не привлекая к себе ненужного внимания, затруднительно.
Водородная бомба (Hydrogen Bomb, HB, ВБ) — оружие массового поражения, обладающее невероятной разрушительной силой (ее мощность оценивается мегатоннами в тротиловом эквиваленте). Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах (в том числе и на Солнце). Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ (проекта А.Д.Сахарова) было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.
Термоядерная реакция
Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры (порядка 15 млн градусов Кельвина). При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии.
Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т. вещества в секунду, выделяя при этом в космическое пространство непрерывный поток энергии.
Изотопы водорода
Самым простым из всех существующих атомов является атом водорода. В его состав входит всего один протон, образующий ядро, и единственный электрон, вращающийся вокруг него. В результате научных исследований воды (H2O), было установлено, что в ней в малых количествах присутствует так называемая «тяжёлая» вода. Она содержит «тяжёлые» изотопы водорода (2H или дейтерий), ядра которых, помимо одного протона, содержат так же один нейтрон (частицу, близкую по массе к протону, но лишённую заряда).
Науке известен также тритий — третий изотоп водорода, ядро которого содержит 1 протон и сразу 2 нейтрона. Для трития характерна нестабильность и постоянный самопроизвольный распад с выделением энергии (радиации), в результате чего образуется изотоп гелия. Следы трития находят в верхних слоях атмосферы Земли: именно там, под действием космических лучей молекулы газов, образующие воздух, претерпевают подобные изменения. Получение трития возможно также и в ядерном реакторе путём облучения изотопа литий-6 мощным потоком нейтронов.
Разработка и первые испытания водородной бомбы
В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок (атолл в Тихом океане) было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза.
Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.
В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали «слойкой» Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского «трёхэтажного дома», советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.
Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно «Счастливый дракон» и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.
Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.
Видео: испытания в СССР
Царь-бомба — термоядерная бомба СССР
Жирную точку в цепи набора тоннажа водородных бомб поставил СССР, когда 30 октября 1961 года на Новой Земле было проведено испытание 50-мегатонной (крупнейшей в истории) «Царь-бомбы » — результата многолетнего труда исследовательской группы А.Д. Сахарова. Взрыв прогремел на высоте 4 километра, а ударную волную трижды зафиксировали приборы по всему земному шару. Несмотря на то, что испытание не выявило никаких сбоев, бомба на вооружение так и не поступила. Зато сам факт обладания Советами таким вооружением произвёл неизгладимое впечатление на весь мир, а в США прекратили набирать тоннаж ядерного арсенала. В России, в свою очередь, решили отказаться от ввода на боевое дежурство боеголовок с водородными зарядами.
Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.
Сначала происходит детонация заряда-инициатора, находящегося внутри оболочки ВБ (миниатюрная атомная бомба), результатом которой становится мощный выброс нейтронов и создание высокой температуры, требуемой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка вкладыша из дейтерида лития (получают соединением дейтерия с изотопом лития-6).
Под действием нейтронов происходит расщепление лития-6 на тритий и гелий. Атомный запал в этом случае становится источником материалов, необходимых для протекания термоядерного синтеза в самой сдетонировавшей бомбе.
Смесь трития и дейтерия запускает термоядерную реакцию, вследствие чего происходит стремительное повышение температуры внутри бомбы, и в процесс вовлекается всё больше и больше водорода.
Принцип действия водородной бомбы подразумевает сверхбыстрое протекание данных процессов (устройство заряда и схема расположения основных элементов способствует этому), которые для наблюдателя выглядят мгновенными.
Супербомба: деление, синтез, деление
Последовательность процессов, описанных выше, заканчивается после начала реагирования дейтерия с тритием. Далее было решено использовать деление ядер, а не синтез более тяжёлых. После слияния ядер трития и дейтерия выделяется свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для инициации начала деления ядер урана-238. Быстрым нейтронам под силу расщепить атомы из урановой оболочки супербомбы. Расщепление тонны урана генерирует энергию порядка 18 Мт. При этом энергия расходуется не только на создание взрывной волны и выделения колоссального количества тепла. Каждый атом урана распадается на два радиоактивных «осколка». Образуется целый «букет» из различных химических элементов (до 36) и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно по этой причине и образуются многочисленные радиоактивные осадки, регистрируемые за сотни километров от эпицентра взрыва.
После падения «железного занавеса», стало известно, что в СССР планировали разработку «Царь бомбы», мощностью в 100 Мт. Из-за того, что тогда не было самолёта, способного нести столь массивный заряд, от идеи отказались в пользу 50 Мт бомбы.
Последствия взрыва водородной бомбы
Ударная волна
Взрыв водородной бомбы влечёт масштабные разрушения и последствия, а первичное (явное, прямое) воздействие имеет тройственный характер. Самое очевидное из всех прямых воздействий — ударная волна сверхвысокой интенсивности. Её разрушительная способность уменьшается при удалении от эпицентра взрыва, а так же зависит от мощности самой бомбы и высоты, на которой произошла детонация заряда.
Тепловой эффект
Эффект от теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и мощность ударной волны. Но к ним добавляется ещё один — степень прозрачности воздушных масс. Туман или даже незначительная облачность резко уменьшает радиус поражения, на котором тепловая вспышка может стать причиной серьёзных ожогов и потери зрения. Взрыв водородной бомбы (более 20 Мт) генерирует невероятное количество тепловой энергии, достаточной, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, выпарить воду практически всю воду из небольшого озера на расстоянии в 10 км, уничтожить живую силу противника, технику и постройки на том же расстоянии. В центре образуется воронка диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытая толстым слоем стекловидной массы (несколько метров пород, имеющих большое содержание песка, почти мгновенно плавятся, превращаясь в стекло).
Согласно расчётам, полученным в ходе реальных испытаний, люди получают 50% вероятность остаться в живых, если они:
- Находятся в железобетонном убежище (подземном) в 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ);
- Находятся в жилых домах на расстоянии 15 км от ЭВ;
- Окажутся на открытой территории на расстоянии более 20 км от ЭВ при плохой видимости (для «чистой» атмосферы минимальное расстояние в этом случае составит 25 км).
С удалением от ЭВ резко возрастает и вероятность остаться в живых у людей, оказавшихся на открытой местности. Так, на удалении в 32 км она составит 90-95%. Радиус в 40-45 км является предельным для первичного воздействия от взрыва.
Огненный шар
Ещё одним явным воздействием от взрыва водородной бомбы являются самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), образующиеся вследствие вовлекания в огненный шар колоссальных масс горючего материала. Но, несмотря на это, самым опасным по степени воздействия последствием взрыва окажется радиационное загрязнение окружающей среды на десятки километров вокруг.
Радиоактивные осадки
Возникший после взрыва огненный шар быстро наполняется радиоактивными частицами в огромных количествах (продукты распада тяжёлых ядер). Размер частиц настолько мал, что они, попадая в верхние слои атмосферы, способны пребывать там очень долго. Всё, до чего дотянулся огненный шар на поверхности земли, моментально превращается в пепел и пыль, а затем втягивается в огненный столб. Вихри пламени перемешивают эти частички с заряженными частицами, образуя опасную смесь радиоактивной пыли, процесс оседания гранул которой растягивается на долгое время.
Крупная пыль оседает довольно быстро, а вот мелкая разносится воздушными потоками на огромные расстояния, постепенно выпадая из новообразованного облака. В непосредственной близости от ЭВ оседают крупные и наиболее заряженные частицы, в сотнях километров от него всё ещё можно встретить различимые глазом частицы пепла. Именно они образуют смертельно опасный покров, толщиной в несколько сантиметров. Каждый кто окажется рядом с ним, рискует получить серьёзную дозу облучения.
Более мелкие и неразличимые частицы могут «парить» в атмосфере долгие годы, многократно огибая Землю. К тому моменту, когда выпадут на поверхность, они изрядно теряют радиоактивность. Наиболее опасен стронций-90, имеющий период полураспада 28 лет и генерирующий стабильное излучение на протяжении всего этого времени. Его появление определяется приборами по всему миру. «Приземляясь» на траву и листву, он становится вовлечённым в пищевые цепи. По этой причине у людей, находящихся за тысячи километров от мест испытаний при обследовании обнаруживается стронций-90, накапливаемый в костях. Даже если его содержание крайне невелико, перспектива оказаться «полигоном для хранения радиоактивных отходов» не сулит человеку ничего хорошего, приводя к развитию костных злокачественных новообразований. В регионах России (а также других стран), близких к местам пробных запусков водородных бомб, до сих пор наблюдается повышенный радиоактивный фон, что ещё раз доказывает способность этого вида вооружения оставлять значительные последствия.
Видео о водородной бомбе
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Характерной особенностью американской внешней политики с приходом в Белый дом Джорджа Буша-младшего (уже во время первого срока его президентства) стал резкий крен в сторону использования силовых методов для обеспечения национальной безопасности и национальных интересов США, практически при полном игнорировании роли ООН и мирового общественного мнения. Достаточно ярким подтверждением этого явилось принятие администрацией Соединенных Штатов так называемой "превентивной военной доктрины", предусматривающей возможность проведения упреждающих военных акций по сугубо субъективному обоснованию их необходимости. В эту доктрину вписывается и силовая модель "контрраспространения", допускающая физическое разрушение ядерной инфраструктуры подозрительного, с точки зрения Вашингтона, государства, которая может быть использована для создания ЯО.
ПРОНИКАЮЩИЕ БОЕГОЛОВКИ
По свидетельству сенаторов-демократов Карла Левина и Джека Рида, "вступив в должность президента США, Буш отказался от Договора по противоракетной обороне. Он оказал давление на Конгресс, чтобы утвердить меры и программы, снижающие порог применения ядерного оружия. Московский Договор об ограничении ядерных потенциалов станет началом и концом инициатив администрации Буша по контролю над вооружениями. Для этой администрации деятельность после окончания холодной войны заключается в том, чтобы опираться на ядерное оружие и уходить от контроля над вооружениями".
В представленном Конгрессу в январе 2002 года "Обзоре ядерной политики" (Nuclear Posture Review; далее для краткости "Ядерный обзор") отражено стремление администрации нивелировать различие между применением ЯО малой мощности и оружия обычного назначения при проведении боевых операций на ТВД. В разделе "Поражение прочных глубоко заглубленных целей" высказано требование о необходимости принятия на вооружение ударостойкой проникающей в грунт на большую глубину ядерной боеголовки малой мощности (до 5 кт). При этом подразумевается, что при использовании такой боеголовки не произойдет выброса радиоактивного заражения на поверхность, а прочные командные бункеры, в том числе и хранилища ОМУ, находящиеся на глубине до 300 м, будут уничтожены. Для реализации этого требования была принята программа разработки "ударостойкого ядерного земного проникателя" (Robust Nuclear Earth Penetrator - RNEP, далее в русской транскрипции - РНЕП).
Однако широкая дискуссия как в американских СМИ, так и на страницах научной периодики показала полную несостоятельность данной программы.
Во-первых, по самым оптимистическим прогнозам, вряд ли удастся добиться проникания боеголовки в грунт на глубину свыше 30 м. Взрыв 5-килотонной боеголовки на такой глубине будет мало чем отличаться от поверхностного взрыва и, следовательно, приведет к губительному радиоактивному заражению поверхности.
Во-вторых, для поражения сильно защищенных бункеров на глубинах порядка 300 м необходима мощность боеголовки не менее 100 кт. И даже при этом совершенно не гарантируется уничтожение химических и биологических агентов ОМУ, которые могут прорваться на поверхность, усугубив эффект заражения. Тем не менее администрация Буша продолжает настаивать на продолжении программы РНЕП, определив в качестве носителя "ядерного проникателя" стратегический бомбардировщик В-2А.
По решению Конгресса в 2000 году в структуре Министерства энергетики было создано ведомство, названное "Администрация национальной ядерной безопасности" (Nation Nuclear Security Administration - NNSA, далее в русской транскрипции ННСА), которая, в тесном взаимодействии с Пентагоном и по его заданиям, осуществляет руководство всеми военными ядерными программами, В ее ведении находятся и все три национальные ядерные оружейные лаборатории - Лос-Аламосская, Ливерморская и Сандийская. На 2006 финансовый год, учитывая неясность концепции РНЕП даже для Минобороны, Конгресс урезал ассигнования на программу до 4 млн. долларов. Однако администрация Буша планирует запросить на нее в 2007 финансовом году 14 млн. долларов. В целом же для обеспечения деятельности ННСА непосредственно в области ЯО в 2006 финансовом году Белый дом требует 6,63 млрд. долларов.
Следует обратить внимание на такой факт. Поначалу в ННСА имелся Консультативный комитет независимых ученых и экспертов в области ЯО. Однако он был распущен перед проведением секретного совещания якобы по ЯО малой мощности - "мини-ньюкам" - разрушителям бункеров на базе Стратегического командования Оффут (штат Небраска) в августе 2003 года. Тем самым ННСА де-факто потеряла свой полунезависимый статус и стала строго засекреченной руководящей структурой ядерного оборонного комплекса США. Нужно также отметить, что на указанное секретное совещание не были допущены даже представители Конгресса.
Между тем, по мнению ряда специалистов, работы по программе РНЕП вовсе не заслуживают столь высокого уровня секретности. Как отмечал физик-ядерщик Сидней Дрелл из Ливерморской национальной лаборатории: "Это вопрос не испытания или развития новых образцов оружия, а принятия решения о возможности скомпоновать конструкцию таким образом, чтобы она могла глубоко проникнуть без разрушения самой себя преждевременным взрывом".
Таким образом, "под сурдинку" мини-ньюков может проводиться разработка принципиально нового поколения ядерного оружия. Программа РНЕП также позволила администрации США оказать давление на Конгресс и добиться отмены в мае 2004 года поправки Спратта-Фурсе (принята в 1994 году), запрещавшей финансирование исследований и разработок по ЯО мощностью до 5 кт.
Об акценте на снижение порога использования ядерного оружия, прежде всего на ТВД, свидетельствуют и разрабатываемые концептуальные документы по условиям применения ЯО в возможных боевых операциях Объединенных вооруженных сил США.
ЧИСТО ТЕРМОЯДЕРНОЕ
Стремление администрации Буша снизить порог применения ядерного оружия и тем самым нивелировать различие между ЯО малой мощности и оружием общего назначения, по мнению многих американских ученых и экспертов, может воплотиться (если уже не воплотилось) в решение о разработке принципиально новых ядерных боеприпасов четвертого поколения - чисто термоядерных.
Напомню, что первое поколение ЯО - атомное, использующее только деление тяжелых ядер урана-235 и плутония-239.
Второе поколение - термоядерное ЯО, в котором предусмотрена как реакция деления тяжелых ядер в качестве детонатора, так и реакция термоядерного синтеза изотопов водорода - дейтерия и трития. При этом повышению удельной мощности способствует реакция деления урана-238 под действием высокоэнергетических нейтронов, возникающих при реакции термоядерного синтеза.
Третье поколение - это рентгеновский лазер. Его действие основано на накачке энергией ядерного взрыва рабочего тела с последующим излучением им рентгеновских лучей. Данное оружие не нашло военного применения и использовалось в качестве блефа администрацией президента Рейгана в рамках "Стратегической оборонной инициативы" (СОИ) как оружие противоракетной обороны.
Таким образом, во всех трех поколениях ЯО непременно присутствует реакция деления тяжелых ядер, сопровождающаяся долговременным радиоактивным заражением окружающей среды. Это обстоятельство и является до сих пор гарантом высокого порога для применения ядерного оружия даже малой и сверхмалой мощности.
Когда же идет речь о ЯО четвертого поколения, то имеется в виду чисто термоядерное оружие, реакция синтеза в котором инициируется альтернативным реакции деления источником энергии. Он должен быть вполне пригоден для осуществления реакции термоядерного синтеза и достаточно компактен для размещения в соответствующей боеголовке.
В американских специализированных научных изданиях и некоторых печатных источниках неправительственных организаций, занимающихся вопросами контроля над вооружениями, проблеме ЯО четвертого поколения придается значительное внимание. В то же время официальные представители администрации категорически отрицают как наличие решения о создании ЯО четвертого поколения, так и то, что национальные ядерные лаборатории занимаются его разработкой.
Однако некоторые независимые эксперты (правда, без каких-либо конкретных ссылок), определенно утверждают, что такие работы ядерными лабораториями ведутся. Так, например, директор "Ядерных наблюдений из Нью-Мексико" (Nucewatch of New Mexico) Джей Коуглин утверждает: "Существует три ядерные лаборатории, и все три имеют программы по термоядерному синтезу - одинаковые или разные. Такой интерес само собой разумеющийся┘".
Кратко, но по основным моментам полно, вопрос о чисто термоядерном оружии освещается в статье Джеймса Петокоукиса (James M. Pethokoukis. H-bomb Baby boom? The US News and World Report, October 13, 2003.): "┘активисты и исследователи говорят, что на длительный период зеленый свет для исследования могла также дать поддержка полностью нового мини-ньюка, так называемая чисто термоядерная бомба". Ему вторит Джей Коуглан, эксперт из Нью-Мексико: "Потворствуя мини-ньюкам, вы... открываете дверь к созданию даже более продвинутых мини-ньюков, таких, как чисто термоядерное оружие".
Чисто термоядерные бомбы могли бы быть более компактными и мощными, чем сегодняшние мини-ньюки, без выпадения радиоактивных осадков. Существующие конструкции получают основную мощность от синтеза водородных атомов, но для этого требуется могучая спичка - атомный взрыв, - чтобы зажечь процесс. А реакция деления означает осадки. Чистое термоядерное оружие испустило бы изрядное количество мгновенной убийственной радиации, но в виде короткоживущих нейтронов. "Вы могли бы вводить ваши воинские части через 48 часов, потому что не будет никаких радиоактивных осадков", - говорит Арджун Махиджани из Института исследований энергии и окружающей среды в Парке Такома, Mериленд. Это - военное преимущество, но это могло бы снизить порог использования этого оружия.
По словам Андрэ Гаспонера из Независимого научно-исследовательского института в Женеве, реакция деления требует критической массы плутония или урана; для чисто термоядерного оружия не существует критической массы, и потому "оно может быть, сколь угодно малым по вашему желанию, виртуально - атомными пулями". Однако будет дебютировать это ЯО, полагает эксперт, как ультрамощные боеголовки крылатых ракет.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕГРАДЫ
Наибольшая техническая преграда - "поджог" реакции синтеза без реакции деления. Размером со стадион и стоимостью в 3,3 млрд. долларов Национальная лазерная установка (NIF - National Ignition Facility) в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии исследует один из подходов. Начиная с 2008 года NIF будет обстреливать 192 лазерными лучами капсулы изотопов водорода размером с горошину, сжимая и нагревая их до 100 млн. градусов, чтобы зажечь реакцию синтеза. Официальные лица NIF указывают, что они не разрабатывают инициируемые лазером бомбы. "Нет ни одного такого аспекта, на который вы могли бы указать, - говорит руководитель NIF Джордж Миллер. - Это невыполнимо, и мы не планируем делать это".
Роль NIF состоит в том, чтобы изучить возможность создания гражданских электростанций на основе синтеза и проводить базовые исследование, способствующие оценке готовности существующего ядерного арсенала. Но то, что NIF открывает возможность осуществления реакции синтеза без реакции деления, может оказаться полезным для разработчиков оружия, заявляют некоторые эксперты. Например, Глен Вурден, физик - специалист по синтезу Лос-Аламосской национальной лаборатории: "Лазерный синтез работает очень похоже, как и в оружии".
Ключи к разгадке проблемы способна также добыть Национальная лаборатория Сандия в Нью-Мехико, где "Z-машина" управляет огромным импульсом электрического тока через связку очень тонких проводов. Результат - плазменный взрыв, испускающий пучок рентгеновских лучей, которые могут катализировать реакцию термоядерного синтеза. Некоторые теоретики даже предполагают, что частицы антиматерии послужат в качестве спускового механизма, хотя пока физики создали лишь несколько антиатомов.
Препятствия могли бы растягивать календарный график на десятилетия. Но даже в 1997 году чисто термоядерное оружие казалось достаточно вероятным для Ганса Бете, нобелевского лауреата по физике и ветерана усилий по созданию атомной бомбы. Он настоятельно советовал президенту Клинтону не финансировать подобные исследования. "В наши дни маленькие бомбы начинают вырисовываться в огромные", - говорил Бете.
Принципиально новой установкой для исследований термоядерного синтеза является Magnetized Target Fusion (MTF). Она совместно используется Лос-Аламосской национальной лабораторией и Научно-исследовательской лабораторией ВВС (база ВВС Киртланд, Нью-Мексико). В отличие от обычного токомака и лазерного возбуждения синтеза MTF имеет преимущество в менее дорогостоящей возможности получения термоядерной энергии в промышленных масштабах. В последние годы фокус усилий в исследованиях синтеза, особенно в США, перемещается от научной возможности к экономической практичности. Установка предназначена также для проведения исследований по военным программам.
Таким образом, в США создана мощная материальная основа для успешных исследований проблем термоядерного синтеза по трем разным направлениям, разумеется, не только для промышленного освоения термоядерной энергии, но и для военного применения.
Эта основа закладывалась в период второго срока президентства Клинтона в рамках подготовки к заключению Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) для обеспечения надежного функционирования ядерного арсенала США в условиях запрещения ядерных испытаний - Программы сопровождения ядерного арсенала.
Уже тогда эксперты Института исследований энергии и окружающей среды отмечали, что официальные планирующие документы по этой программе свидетельствовали: Министерство обороны США намерено поддерживать разработку нового ЯО. С точки зрения рационализма, Пентагону необходимо не только иметь передовые установки, чтобы заинтересовать и удержать ученых, но также предоставить им благоприятные возможности для практической реализации их знаний как творцов средств поражения будущего. Министерство обороны отрицает стремление разрабатывать чисто термоядерное оружие. Но проводимая Пентагоном научно-техническая деятельность может привести к его созданию, несмотря на все опровержения, потому что она на практике именно этому и способствует.
На проведение в США работ по чисто термоядерному оружию указывал в 1999 году академик Михайлов ("Перспективы новых технологий разработки ядерного оружия". "НВО", # 15, 1999). В частности, Михайлов отмечал, что в рамках Программы сопровождения ядерного арсенала "также будут проводиться работы по созданию принципиально новых видов оружия и оценке физических принципов, существенных для проектирования ядерного оружия. Надо полагать, речь идет, по сути, о практически "чистом" термоядерном заряде, резко понижающем психологический барьер применения ядерного оружия, и без долговременного заражения продуктами взрыва".
Характерно, что Министерство обороны США оперативно реагирует на даже, казалось бы, экзотические источники ядерной энергии для их использования в военных целях. Так, например, научные эксперименты по накачке гафния низкоэнергетическим рентгеновским излучением, приведшие к образованию метастабильного атомного изомера - hafnium-178m2, показавшие 60-кратное увеличение энергии последующего гамма-излучения, сразу же были включены в пентагоновский "Перечень военно-критических технологий": "Такая экстраординарная плотность энергии имеет потенциал революционизировать все аспекты ведения военных действий".
ПОНИЖЕНИЕ ПОРОГА
Следует также отметить, что помимо трех ядерных оружейных лабораторий Министерства энергетики, работы в области атомной изомерии в военно-прикладном плане, наряду с термоядерным синтезом, проводит упомянутая Исследовательская лаборатория ВВС в Киртланде.
Как уже подчеркивалось выше, с приходом в Белый дом Джорджа Буша-младшего наметился четкий акцент на снижение порога использования ЯО малой мощности, прежде всего на ТВД. Чисто термоядерное оружие в наибольшей степени соответствует такому стремлению.
Принципиальное преимущество чисто термоядерного боеприпаса перед нынешним поколением термоядерных БП с атомным детонатором - отсутствие долговременного заражения радиоактивными продуктами взрыва последнего. При чисто термоядерном взрыве образуются только инертный газ гелий и поток быстрых нейтронов, вызывающих незначительную наведенную радиацию. К тому же путем использования соответствующих материалов для конструкции корпуса боеприпаса можно снизить выход потока нейтронов в окружающую среду. Основными поражающими факторами такого боеприпаса будут только ударная волна и световое излучение. Что же касается механического поражающего фактора - ударной волны, то он может варьироваться в широчайших пределах от единиц до тысяч и более килограммов тротилового эквивалента, что не грозит человечеству "ядерной зимой" при применении такого термоядерного боеприпаса на высокоточных носителях для нанесения "хирургических ударов" по стратегически значимым целям.
Какие имеются стимулы создания такого термоядерного заряда для США? Это прежде всего интересы повышения эффективности противоракетной обороны - как на ТВД, так и национальной. Особенно теперь, когда выход США из Договора по ПРО более не ограничивает совершенствование систем противоракетной обороны и выбор средств для повышения ее эффективности. Использование чисто термоядерного боеприпаса для поражения вражеских боеголовок даже на малой высоте над своей территорией не приведет к выпадению радиоактивных осадков. Вдобавок такой боеприпас, в зависимости от его тротилового эквивалента, может обладать достаточно широким дистанционным поражающим эффектом.
В случае применения боеголовок с чисто термоядерным зарядом для поражения находящихся примерно в 300 м от поверхности земли и сильно укрепленных бункеров при внедрении боеголовки даже на небольшую глубину нейтронное излучение практически полностью будет поглощено прилегающими к месту взрыва слоями грунта. Но надо иметь в виду, что для уничтожения особо важных и защищенных объектов при реально достижимой глубине проникания боеприпаса требуется мощность взрыва порядка 100 кт и более.
При подводном взрыве чисто термоядерного боеприпаса нейтронное излучение также будет поглощено водными массами - следовательно, такое оружие будет эффективным противолодочным и противокорабельным оружием.
Исключительно адекватно чисто термоядерное оружие вписывается в американскую концепцию "контрраспространения" ОМУ, допускающую физическое разрушение инфраструктуры его производства (имеется в виду прежде всего ЯО враждебных, по мнению США, государств).
Поэтому есть высокая степень вероятности, что в условиях строжайшей секретности работы по созданию чисто термоядерного оружия ведутся в Соединенных Штатах полным ходом. На проведение таких работ указывают и некоторые американские эксперты. Единственной, но критической проблемой здесь является разработка такого компактного импульсного источника энергии, который был бы способен инициировать взрывную термоядерную реакцию синтеза и мог бы быть размещен в соответствующей боеголовке. Однако некоторые предпосылки решения этой проблемы в настоящее время имеются. Особо можно выделить три направления:
Первое - исследования процессов катализа термоядерного синтеза на субатомном уровне с целью возможности снижения его энергетики.
Второе - разработка компактных сверхмощных импульсных источников электромагнитной энергии.
Третье - разработка на базе последних достижений нанотехнологий накопителей электрической энергии, достаточной для "поджога" взрывного термоядерного синтеза.
В частности, относительно первого направления есть информация, что международный коллектив физиков в канадской "Национальной лаборатории физики ядра и элементарных частиц" выполнил эксперимент, который привел к интенсивному синтезу необычных молекул. Они состоят из ядер тяжелых изотопов водорода дейтерия и трития и связанного с ними мю-мезона. Теоретические расчеты показывают, что такие мезомолекулы могут катализировать управляемые термоядерные реакции, протекающие при относительно низких температурах.
Но, возможно, более перспективным окажется второе направление в связи с тем, что уже сконструированы компактные мощные генераторы импульсного электромагнитного излучения (FC-генераторы), способные путем сжатия магнитного потока взрывом обычной взрывчатки производить электрический ток, в 10-1000 раз превышающий ток в разряде типичной молнии. Не исключено, что подобный генератор был использован в американской электромагнитной бомбе (Е-бомбе), взрыв которой 26 марта 2003 года вывел из строя все электронное оборудовании телевизионного центра в Багдаде.
Также возможно, что в связи с бурным развитием нанотехнологий перспективным может оказаться и третье направление разработки компактных источников энергии, достаточной для инициирования взрывной термоядерной реакции. В настоящее время есть данные, что уже имеются конденсаторы с удельной емкостью в 30 киловатт электрической энергии на один килограмм веса. Такие конденсаторы могут быть использованы для накачки лазеров, расположенных в боеголовке, и тем самым инициировать взрывную реакцию синтеза. По имеющейся информации, известная американская фирма "Интел" разрабатывает кремниевые микролазеры для использования при создании принципиально нового поколения микропроцессоров для ЭВМ. Эти кремниевые микролазеры способны усиливать на три порядка выход энергии излучения по сравнению с энергией, затрачиваемой на их накачку. Вполне вероятно, подобные эффекты могут быть получены и на соответствующих макролазерах.
В общем, миллиарды долларов, затрачиваемые самой передовой в технологическом отношении страной на деятельность ядерных оружейных лабораторий, не исключено, рано или поздно приведут к появлению четвертого поколения ЯО - чисто термоядерного. Многие эксперты полагают, что есть определенная степень вероятности появления чисто термоядерного оружия раньше, чем будет освоено промышленное использование термоядерной энергии на экономически приемлемом уровне. История может повториться, как это было с атомным оружием - сначала бомба, а потом энергетика.
Загрузка...