В отличие от атомной бомбы, при взрыве которой энергия выделяется в результате деления атомного ядра, в водородной бомбе идет термоядерная реакция, подобная той, которая происходит на Солнце. Популярная лекция о том, как устроено термоядерное оружие и о том какова роль математиков в его создании.
Атомная, водородная, нейтронная… Чем отличаются и как работают
термоядерное оружие колоссальной разрушительной силы, использующее в качестве источника энергии синтез тяжёлых ядер дейтерия и трития. эдакий "дедушка" многих уникальных разработок. Из истории создания водородной бомбы в США и СССР. Получение нового химического соединения, позволившего создать водородную бомбу, показывает, что может быть в принципе создано еще более страшное оружие — кобальтовая бомба. К истории создания водородной бомбы в СССР.
Почему стала необходима супербомба
- Атомная бомба
- История создания первой водородной бомбы: последствия термоядерного взрыва
- Что такое реакция слияния ядер?
- Уроки водородной бомбы для мирного термоядерного синтеза
- RU2477449C1 - ВОДОРОДНАЯ БОМБА - Яндекс.Патенты
- Термоядерная бомба: устройство. Первая термоядерная бомба. Испытание термоядерной бомбы ::
Цунами высотой в 50 метров. Как работала «ядерная торпеда» Сахарова
В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. Испытание этой термоядерной бомбы стало ключевым фактором, позволившим Советскому Союзу обеспечить ядерно-оружейный паритет с США. Популярная лекция о том, как устроено термоядерное оружие и о том какова роль математиков в его создании. Непосредственная работа по изготовлению первой водородной бомбы началась в 1950 году.
Термоядерная бомба: устройство. Первая термоядерная бомба. Испытание термоядерной бомбы
Плутониевые заряды были изготовлены для двух бомб, названных «Штучка» и «Толстяк». Но пушечная схема для плутониевых зарядов была непригодна. Конструкторам пришлось использовать имплозивную схему подрыва, при которой десятки взрывных линз сжимали фрагменты оружейного плутония до критической массы. Первые испытания, практическое применение ядерного оружия Первое испытание безоболочечной бомбы «Штучка» 16 июля 1945 г. Наземный взрыв устройства показал мощность, равную подрыву 21 тысячи тонн тротиловой взрывчатки.
Для испытательного подрыва была выбрана безжизненная, ненаселенная пустыня Нью-Мексико. Кроме человеческих жертв, несколько ученых опасались возникновения бесконтрольной реакции выгорания кислорода в атмосфере Земли. Взрыв «Штучки» в проекте «Тринити» Температура на месте взрыва расплавила кварцевые породы в зеленую стекловидную массу, получившую название «тринитит». Ободренное успехом, правительство США отдало приказ подготовить ядерные боеприпасы к сбросу на Японию.
Урановый и плутониевый заряды «одели» в оболочки авиабомб. При этом «Толстяк», из-за имплозивной конструкции подрыва, по размеру и весу был значительно больше «Малыша». Макеты «Толстяка» и «Малыша» в современном музее ядерного оружия Бомбы были оборудованы барометрическими и часовыми взрывателями, обеспечивающими воздушный подрыв заряда на высоте 500-700 метров. На обслуживании ядерного проекта работал отдельный авиационный полк под номером 509 с 1944 г.
Именно командир этого полка Пол Тиббетс выполнил приказ военного министра завизированный президентом Трумэном о бомбардировке Японии. Экипаж «Энолы Гей». Полковник Пол Тиббетс в центре с трубкой в зубах Ночью 6 августа с американской авиабазы на Марианских островах вылетела группа самолетов в составе основного бомбардировщика B-29 номер 44-86292, название «Энола Гей» , трех разведчиков, двух самолетов аэрофотосъемки, запасного бомбардировщика. Через 6 часов полета, пролетев около 2500 миль, группа достигла берегов Южной Японии.
Высланные вперед разведчики сообщили об отсутствии облачности над Хиросимой, основной целью полета. В 8 утра «Энола Гей», пилотируемая П. Тиббетсом, сбросила урановую бомбу над центром Хиросимы. В момент бомбардировки в Хиросиме жило до 250 тысяч человек, базировались крупные военные склады, штаб фельдмаршала С.
Хаты, командующего обороной Южной Японии. В результате взрыва мощность оценивается 10—17 килотоннами от светового излучения, взрывной волны, огненного смерча погибло до 140 тысяч японцев, город выгорел в диаметре 2 километров. Документальный снимок разрушений в Хиросиме Не менее ужасающим был взрыв плутониевого заряда над Нагасаки. Облачность не дала экипажу точно прицелиться, бомба была сброшена над холмами и промзоной.
Поэтому, несмотря на большую мощность 21 килотонна , плутониевый заряд убил «всего» 74 тысячи японцев. Впоследствии в Японии от радиационного заражения умерло не менее 450 тысяч человек. Атомные бомбардировки не принесли немедленной капитуляции Японии, но подтолкнули СССР к объявлению войны и началу Маньчжурской операции. Только после потери Квантунской армии разбита за 10 дней , полного освобождения Маньчжурии и севера Кореи от японских войск император согласился на капитуляцию подписана 2 сентября 1945 г.
Но на некоторое время агрессивные военные круги США почувствовали себя монополистом, который может диктовать условия всему миру. Американские штабисты даже разработали планы «упреждающей войны» против СССР. Военные действия по плану «Троян» должны были начаться в 1950 г. Позже план скорректировали на 1957 год, для включения в него стран НАТО.
Агрессивные планы остановили только первые испытания советского ядерного оружия. Советская ядерная программа До 1941 года советские ученые занимались теорией строения атомного ядра, цепной реакции, радиохимическими исследованиями без выхода на тему ядерного оружия. По ядерной физике проводились всесоюзные конференции, этой тематикой занимались ленинградские Радиевый институт, первый Физтех, харьковский физико-технический институт. Первым толчком к мыслям о военном применении атомного распада стало прекращение публикаций по физике ядра в научных журналах Германии, Великобритании, США.
Немецкий физик Ф. Ланге, эмигрировавший в СССР 1935 г. Еще в 1940 году Ланге и сотрудники его лаборатории В. Шпинель и В.
Маслов подали Наркомату обороны СССР предложение о работах по «урановому боеприпасу», не получившее поддержки руководства. С началом войны объемы ядерных исследований были сокращены до минимума, лаборатории закрывались или эвакуировались. Советская разведка скопировала стенограмму английского «Комитета M.
Она пришла в головы двум физикам: Энрико Ферми и Эдварду Теллеру. Примерно в то же время они стали участниками Манхэттенского проекта и помогли создать бомбы, позднее сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Сконструировать термоядерный боеприпас оказалось намного сложнее. Понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно по тому факту, что работающие АЭС давно уже стали обыденностью, а работающие и практичные термоядерные электростанции — это все еще научная фантастика.
То есть фактически мощность водородной бомбы была в 111 раз больше самой мощной в мире атомной бомбы. Слева — грибовидное облако водородной бомбы, а справа — грибовидное облако атомной бомбы Почему же если потенциальная энергия ядерного деления урана-235 и ядерного синтеза дейтерид лития-6 отличается всего в 3 раза на деле разница при взрыве оказывается колоссальной? Все дело в различной критической массе ядерного топлива , а также в различии процессов высвобождения энергии.
В ядерной бомбе процесс начинается после детонации заряда, расположенного внутри атомной бомбы, в которой находится уран или плутоний. После мини-взрыва, который приводит к детонации, изотопы начинают распадаться, захватывая нейтроны. Начинается цепной процесс деления атомных ядер.
После разрушения структуры атомов происходит ядерное возбуждение энергии с момента, когда ядерный заряд достигнет критической отметки. Это и приводит к ядерному взрыву. Водородная бомба основана на совершенно ином процессе высвобождения энергии.
Для начала в водородной бомбе начинается процесс расщепления тяжелых ядер дейтерида лития-6, который распадается на тритий и гелий. И только потом происходит процесс термоядерного синтеза, что приводит к резкому нагреву боевого заряда с последующим мощнейшим взрывом. Теоретически максимальный верхний предел мощности атомной бомбы, которую люди в настоящий момент могут изготовить, составляет около 800 000 тонн в тротиловом эквиваленте.
Но такую бомбу никто не делает, так как мощность в 500 000 тонн — уже вершина безумия. Кстати, ядерное топливо уран-235, который используется в атомной бомбе, делится не полностью.
Объективные проблемы Идти по самому простому пути — сделать бомбу в десять раз больше, а значит и в десять раз мощнее — было бессмысленно.
Бомбардировщик Ту-95. Поэтому возможности проверять любую интересную идею на практике просто не было. Но в итоге Сахарова в приказном порядке включили в рабочую группу.
Андрей Сахаров, начало 1950-х.
Д.т.н. И.И.Никитчук. Термоядерный прорыв. К истории создания водородной бомбы в СССР
Как всем известно из учебников истории, урановая бомба под прозвищем «Little Boy» была сброшена американцами в 1945 году на японский город Хиросиму, а спустя три дня плутониевый «Fat Man» полетел на Нагасаки. Советский Союз начал разработку атомного оружия практически одновременно с США, но из-за войны работы были окончены позже: первое испытание состоялось в 1949 году. Как же работает атомная бомба? Все мы из школы помним, что атом — мельчайшая частица вещества — состоит из ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. При этом само ядро состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов: Чаще всего число положительных протонов и отрицательных электронов совпадает, и атом остается электрически нейтральным. Но нас интересуют прежде всего нейтроны. Дело в том, что число нейтронов в атоме одного и того же вещества может быть разным. Атомный номер вещества в таблице Менделеева будет один и тот же, а вот массовые числа — разные. Чем больше нейтронов будет иметь ядро, тем, масса будет больше. Такие вещества с «нестандартным» количеством нейтронов называются изотопами. Изотопы встречаются в природе.
Некоторые из них весьма стабильны. А другие изотопы называемые радиоактивными крайне нестабильны и склонны к распаду — когда изначально тяжелые ядра вещества теряют свои частицы, испуская их в окружающее пространство с выделением энергии. При этом излучение ядер может быть трех типов: альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Последние — самые опасные, так как они способны выбивать электроны из атомов живых клеток, что приводит к их гибели лучевая болезнь. Важным свойством ядер изотопов является их способность к расщеплению под воздействием потоков нейтронов. При этом процессе выделяется энергия, а также новые нейтроны, которые действуют на соседние атомы, которые опять-таки распадаются, выделяя энергию и новые нейтроны. Этот процесс лавинообразно нарастает и называется цепной реакцией. Так и работает атомная бомба, выделяя в процессе расщепления ядер чудовищную энергию и смертельное излучение.
Этот процесс обязательно контролируется. Высвобожденная энергия переходит в электричество. Атомная бомба приводит к тому, что происходит цепная реакция, которая совершенно не поддается контролю, а огромное количество освобожденной энергии наносит чудовищные разрушения. Уран и плутоний - не такие уж и безобидные элементы таблицы Менделеева, они приводят к глобальным катастрофам. Атомная бомба Чтобы понять, какая самая мощная атомная бомба на планете, узнаем обо всем подробнее. Водородные и атомные бомбы относятся к атомной энергетике. Если объединить два кусочка урана, но каждый будет иметь массу ниже критической, то этот «союз» намного превысит критическую массу. Каждый нейтрон участвует в цепной реакции, потому что расщепляет ядро и высвобождает еще 2-3 нейтрона, которые вызывают новые реакции распада. Нейтронная сила совершенно не поддается контролю человека. Меньше чем за секунду сотни миллиардов новообразованных распадов не только освобождают огромное количество энергии, но и становятся источниками сильнейшей радиации. Этот радиоактивный дождь покрывает толстым слоем землю, поля, растения и все живое. Если говорить о бедствиях в Хиросиме, то можно заметить, что 1 грамм взрывчатого вещества стал причиной гибели 200 тысяч человек. Принцип работы и преимущества вакуумной бомбы Считается, что вакуумная бомба, созданная по новейшим технологиям, может конкурировать с ядерной. Дело в том, что вместо тротила здесь используется газовое вещество, которое мощнее в несколько десятков раз. Авиационная бомба повышенной мощности - самая мощная вакуумная бомба в мире, которая не относится к ядерному оружию. Она может уничтожить противника, но при этом не пострадают дома и техника, а продуктов распада не будет. Каков принцип ее работы? Сразу после сбрасывания с бомбардировщика срабатывает детонатор на некотором расстоянии от земли. Корпус разрушается и распыляется огромнейшее облако. При смешивании с кислородом оно начинает проникать куда угодно - в дома, бункеры, убежища. Выгорание кислорода образует везде вакуум. При сбрасывании этой бомбы получается сверхзвуковая волна и образуется очень высокая температура.
Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ проекта А. 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. 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.
На основе исследований ученых разработка бомбы началась по двум направлениям. Первый — «слойка», представляющая собой атомный заряд, который окружен несколькими слоями легких и тяжелых элементов. Второй — «труба», в которой плутониевая бомба погружалась в жидкий лейтерий. Впоследствии именно первую модель выбрали для дальнейших испытаний. К моменту взрыва полигон быль тщательно подготовлен: 16 самолетов, 7 танков, орудий и минометов, 1300 измерительных, регистрирующих и киносъемочных приборов, 1700 различных индикаторов. Специально для аппаратуры, регистрирующей термоядерные процессы, в 5 м от места подрыва соорудили бункер. Сам заряд установили на стальной башне, на высоте 30 м закрепили бомбу. Около 7:30 утра 12 августа 1953 года горизонт озарила вспышка света от взрыва. Мощность взрыва в 20 раз превысила показатели первой атомной бомбы.
Термоядерные реакции.
- Популярные
- Как устроена водородная бомба: принцип и мощность
- Навигация по записям
- «Просите всё что угодно! Отказа не будет. Только дайте бомбу» | Статьи | Известия
Курсы валюты:
- Термоядерное оружие: Как устроена водородная бомба
- «Сахаровская слойка»: секреты появления в СССР водородной бомбы
- «Сахаровская слойка»: секреты появления в СССР водородной бомбы
- Что такое бомба?
- Самая мощная бомба в мире сильнее ядерной
Как устроена водородная бомба
Принцип работы. Решением целого комплекса противоречий может стать развитие водородной энергетики, которой многие ученые прочат большое будущее. Водородные бомбы — наиболее разрушительный его вариант — имеют теоретически неограниченную мощность, и потому при их разработке между СССР и США развернулась гонка. Принцип действия «сухой» водородной бомбы открыли не Тамм, Сахаров и Гинзбург?
Водородная бомба и ядерная бомба отличия
Чтобы разобраться, как работает водородная бомба, разберемся в устройстве атомного оружия. Понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно по тому факту, что работающие АЭС давно уже стали обыденностью, а работающие и практичные термоядерные электростанции — это все еще научная фантастика. Из истории создания водородной бомбы в США и СССР. Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений.
Атомная, водородная и нейтронная бомбы
Сразу после сбрасывания с бомбардировщика срабатывает детонатор на некотором расстоянии от земли. Корпус разрушается и распыляется огромнейшее облако. При смешивании с кислородом оно начинает проникать куда угодно - в дома, бункеры, убежища. Выгорание кислорода образует везде вакуум. При сбрасывании этой бомбы получается сверхзвуковая волна и образуется очень высокая температура. Отличие вакуумной бомбы американской от российской Различия состоят в том, что последняя может уничтожать противника, находящегося даже в бункере, при помощи соответствующей боеголовки. Во время взрыва в воздухе боеголовка падает и сильно ударяется об землю, зарываясь на глубину до 30 метров. После взрыва образуется облако, которое, увеличиваясь в размерах, может проникать в убежища и уже там взрываться. Американские же боеголовки начиняются обыкновенным тротилом, поэтому разрушают здания. Вакуумная бомба уничтожает определенный объект, так как обладает меньшим радиусом.
Неважно, какая бомба самая мощная - любая из них наносит не сопоставимый ни с чем разрушительный удар, поражающий все живое. Водородная бомба Водородная бомба - еще одно страшное ядерное оружие. Соединение урана и плутония порождает не только энергию, но и температуру, которая повышается до миллиона градусов. Изотопы водорода соединяются в гелиевые ядра, что создает источник колоссальной энергии. Водородная бомба самая мощная - это неоспоримый факт. Достаточно всего лишь представить, что взрыв ее равен взрывам 3000 атомных бомб в Хиросиме. Взрыв такого боеприпаса сопоставим с процессами, которые наблюдается внутри Солнца и звезд. Быстрые нейтроны с огромной скоростью расщепляют урановые оболочки самой бомбы. Выделяется не только тепло, но и радиоактивные осадки.
Насчитывают до 200 изотопов. Производство такого ядерного оружия дешевле, чем атомного, а его действие может быть усилено во сколько угодно раз. Это самая мощная взорванная бомба, которую испытали в Советском Союзе 12 августа 1953 года.
Проект был разработан в 1949 году ещё до испытания первой советской ядерной бомбы Андреем Сахаровым и Юлием Харитоном и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера — Улама.
В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза — дейтерида лития в смеси с тритием «первая идея Сахарова». Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления, имел коэффициент умножения до 30 раз меньший по сравнению с современными устройствами по схеме Теллер — Улам. Расчёты показали, что разлёт не прореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн. После проведения США испытания « Иви Майк » в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект.
Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Харитоном ещё в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий. В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный деление и вторичный синтез заряды в отдельных объёмах, повторив таким образом схему Теллера — Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Франк-Каменецким , Трутневым , Сахаровым и Зельдовичем в 1953 году. А именно, был выполнен «Проект 49», предполагающий использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом, то есть была разработана идея радиационной имплозии.
Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов. Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 58 мегатонн «мощного» изделия [12] , доставленная бомбардировщиком Ту-95. Однако такой вариант отвергли, так как он бы привёл к сильнейшему загрязнению полигона осколками деления, и урановая оболочка была заменена на свинцовую [8]. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле.
Великобритания[ править править код ] В Великобритании разработки термоядерного оружия были начаты в 1954 году в Олдермастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Манхэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термоядерной проблеме находилась на зачаточном уровне, так как Соединённые Штаты не делились информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946 года. Тем не менее британцам разрешали вести наблюдения, и они использовали самолёт для отбора проб в ходе проведения американцами ядерных испытаний , что давало информацию о продуктах ядерных реакций, получавшихся во вторичной стадии лучевой имплозии. Из-за этих трудностей в 1955 британский премьер-министр Энтони Иден согласился с секретным планом, предусматривавшим разработку очень мощной атомной бомбы в случае неудачи Олдермастонского проекта или больших задержек в его реализации.
В 1957 году Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом океане под общим наименованием «Operation Grapple» Операция Схватка.
Бомбардировщик Ту-95. Поэтому возможности проверять любую интересную идею на практике просто не было. Но в итоге Сахарова в приказном порядке включили в рабочую группу. Андрей Сахаров, начало 1950-х. А ведь среди физиков-ядерщиков он был самым молодым и наименее именитым.
Скептики, которые не верят в подобное стечение обстоятельств, могут переубедить себя расчетами ученых: Когда на Земле произойдет похолодание на градус, этого не заметит никто.
А вот на количестве осадков это отразится. Осенью произойдет похолодание на 4 градуса. Ввиду отсутствия дождей, возможны неурожаи. Ураганы будут начинаться даже там, где их никогда не было. Когда температура упадет еще на несколько градусов, на планете будет первый год без лета. Далее последует малый ледниковый период. Температура падает на 40 градусов.
Даже за незначительное время это станет разрушительным для планеты. На Земле будут наблюдаться неурожаи и вымирание людей, проживающих в северных зонах. После наступит ледниковый период. Отражение солнечных лучей произойдет, не достигая поверхности земли. За счет этого, температура воздуха достигнет критической отметки. На планете перестанут расти культуры, деревья, замерзнет вода. Это приведет к вымиранию большей части населения.
Те, кто выживут, не переживут последнего периода — необратимого похолодания. Этот вариант совсем печальный. Он станет настоящим концом человечества. Земля превратится в новую планету, непригодную для обитания человеческого существа. Теперь о еще одной опасности. Стоило России и США выйти из стадии холодной войны, как появилась новая угроза. Если вы слышали о том, кто такой Ким Чен Ир, значит понимаете, что на достигнутом он не остановится.
Этот любитель ракет, тиран и правитель Северной Кореи в одном флаконе, может с легкостью спровоцировать ядерный конфликт. О водородной бомбе он говорит постоянно и отмечает, что в его части страны уже есть боеголовки. К счастью, в живую их пока никто не видел. Россия, Америка, а также ближайшие соседи - Южная Корея и Япония, очень обеспокоены даже такими гипотетическими заявлениями. Поэтому надеемся, что наработки и технологии у Северной Кореи еще долго будут на недостаточном уровне, чтобы разрушить весь мир. Для справки. На дне мирового океана лежат десятки бомб, которые были утеряны при транспортировке.
А в Чернобыле, который не так далеко от нас, до сих пор хранятся огромные запасы урана. Стоит задуматься, можно ли допустить подобные последствия ради испытаний водородной бомбы. И, если между странами, обладающими этим оружием, произойдет глобальный конфликт, на планете не останется ни самих государств, ни людей, ни вообще ничего, Земля превратится в чистый лист. И если рассматривать, чем отличается ядерная бомба от термоядерной, главным пунктом можно назвать количество разрушений, а также последующий эффект. Теперь небольшой вывод. Мы разобрались, что ядерная и атомная бомба — это одно и тоже. А еще, она является основой для термоядерной боеголовки.