В водородной бомбе применяется не чистый водород, а дейтерид лития-6, содержащий в себе изотоп водорода дейтерий и изотоп лития, служащий для выделения еще одного изотопа водорода – трития. Соответственно, поскольку мы выбираем водородную бомбу в качестве отправной точки для разработки термоядерных реакторов — включая с трудом полученные физические знания, лежащие в основе бомбы, — необходимо найти замену спусковому механизму деления. термоядерное оружие колоссальной разрушительной силы, использующее в качестве источника энергии синтез тяжёлых ядер дейтерия и трития.
Что еще почитать
- Чем отличается водородная бомба от ядерной
- Уроки водородной бомбы для мирного термоядерного синтеза
- Популярные
- Водородная бомба принцип действия. Термоядерное оружие. Принцип действия атомной бомбы
Водородная бомба. История создания мощного оружия
Первая водородная бомба SHRIMP имела массу в 10 тонн и длину 4,5 м. Это позволяло разместить ее внутри бомбардировщика, поэтому опытная SHRIMP стала предсерийным образцом Mark 21, произведенной в количестве 275 штук. Конструктив водородной бомбы сформирован на использовании энергии, выделяемой в процессе реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Водородная бомба содержит корпус осесимметричной формы с хвостовыми стабилизаторами, внутри которого смонтирован термоядерный заряд, и систему управления с датчиком инициирования взрыва.
«Отец» водородной бомбы
Изобретение советского физика Андрея Сахарова обеспечило дальнейшее лидерство Страны Советов в гонке вооружений, считают историки. О создании первой отечественной водородной бомбы — в материале RT. И уже в 1943 году процесс вышел на финишную прямую — был запущен «Манхэттенский проект», итогом которого должно было стать получение готовых к использованию образцов атомной бомбы. Благодаря тому что некоторые западные учёные были весьма скептически настроены по отношению к капиталистическому обществу и сочувствовали Советскому Союзу, информация о разработке нового смертоносного оружия быстро попала в Москву.
Также по теме Симметричный ответ: как «изделие 49» установило ядерный паритет между СССР и США 60 лет назад в обстановке строжайшей секретности на атомном полигоне Новая Земля состоялось первое штатное испытание советского... Исследования в сфере ядерного оружия велись в СССР с конца 1930-х, а уже вскоре после начала Великой Отечественной войны руководство страны окончательно сориентировало учёных на изготовление атомного оружия и настоятельно попросило ускорить этот процесс. Параллельно с физиками не покладая рук трудились и советские разведчики.
Они искали симпатизирующих СССР западных учёных, которые уже привлекались к работе над ядерной бомбой. Кроме того, советские агенты внедрялись в те военные и научные центры, где «друзей» было недостаточно. По мнению российского историка спецслужб и писателя Александра Колпакиди, было бы ошибочно полагать, что весь советский ядерный проект основывался исключительно на данных разведки, но и недооценивать их роль нельзя.
И они принялись меня убеждать, что, даже если бы не было информации от разведки, то через определённый срок ядерная бомба в СССР всё равно была бы создана. Однако кто может гарантировать, что срок был бы именно таким, как рассчитывали! В 1945 году американцы выпустили уже три готовые к использованию ядерные бомбы.
При этом всего через несколько дней после того, как была завершена сборка первой бомбы, советская разведка уже доставила её схему в Москву. Японский город Хиросима, август 1945 года AFP На фоне успехов ядерной программы, в которой помимо США активное участие принимали Великобритания и Канада, западные лидеры стали делать недвусмысленные намёки на переговорах с Иосифом Сталиным. При этом они даже не могли себе представить, насколько хорошо советское руководство осведомлено об их реальных достижениях.
В 1945 году военно-политическое руководство стран Запада начало разработку планов атомной бомбардировки СССР. К концу года было определено 20 крупнейших городов Советского Союза, которые должны были повторить судьбу Хиросимы и Нагасаки.
Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. Изотопы водорода. Атом водорода - простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды H2O показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует "тяжелая" вода, содержащая "тяжелый изотоп" водорода - дейтерий 2H. Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона - нейтральной частицы, по массе близкой к протону.
Существует третий изотоп водорода - тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли, где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов. Разработка водородной бомбы. Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы HB. Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4е8 Мт в тротиловом эквиваленте. Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную примерно 15 Мт авиабомбу.
С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия. Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно "Счастливый дракон", а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.
Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом.
Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реакции небольшая атомная бомба , в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития — соединения дейтерия с литием используется изотоп лития с массовым числом 6. Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе. Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы.
Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные. Деление, синтез, деление супербомба. На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах. Быстрые нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы.
Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб. Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным.
Оно гораздо дешевле атомных бомб той же мощности. Последствия взрыва. Ударная волна и тепловой эффект.
В этот крошечный промежуток времени энергия, выделяемая каждой реакцией, нагревает смесь еще больше; процесс горения становится самоподдерживающимся — достигается воспламенение.
Получается миниатюрный термоядерный взрыв. Будущий реактор ICF будет работать в импульсном режиме, при этом крошечные топливные таблетки одна за другой сбрасываются во взрывную камеру и зажигаются лазерными импульсами. Взрывная камера NIF слева. Лазерный отсек NIF, генерирующий 192 луча Излишне говорить, что базовая физика ICF была разработана в контексте разработки ядерного оружия и до сих пор существенно пересекается с областью секретных военных исследований.
Можно было бы много сказать о политике магнитного и инерционного синтеза, но это не моя тема здесь. ОтSuper-бомбы к радиационному взрыву Пока что единственной доступной технологией генерирования большого количества избыточной энергии с помощью реакций ядерного синтеза является водородная бомба, также известная как термоядерная бомба. Впервые эта технология была успешно испытана 31 октября 1952 года. Во время американского Манхэттенского проекта создания атомной бомбы, использующей реакции ядерного деления, физик Эдвард Теллер задумал потенциально гораздо более разрушительное оружие, основанное не на делении урана, а на синтезе изотопов водорода.
Его называли Super. Поскольку было ясно, что химические взрывчатые вещества не могут генерировать температуру в десятки миллионов градусов, необходимую для зажигания термоядерных реакций, единственным вариантом было использование бомбы деления. Название изобретения — «Совершенствование методов и средств использования ядерной энергии». Что и говорить, устройство не предназначалось для гражданского использования!
Содержание патента фон Неймана-Фукса до сих пор официально является секретом правительства США, но его можно найти в увлекательной серии томов, опубликованных в России в 2008 году «Атомный проект СССР: Документы и материалы». Там можно найти подробный текст с расчетами и диаграммами в переводе на английский и русский языки, а также комментарии к нему ведущих советских исследователей с 1948 года. Как такое возможно? Клаус Фукс позже признал, что был советским агентом!
В конструкции фон Неймана-Фукса уже заложено то, что стало основным принципом действия водородной бомбы: «радиационная имплозия». Вместо того, чтобы оборачивать термоядерное топливо вокруг бомбы деления, как это было изначально задумано для Super, поместите топливо в отдельный контейнер и используйте интенсивный импульс излучения, генерируемый взрывом деления, чтобы нагреть, сжать и воспламенить его. Устройство, которое, наконец, использовалось в успешном испытании 1952 года, основывалось на этом радиационном взрыве в более продвинутой форме, разработанном Эдвардом Теллером и Станиславом Уламом. Это знаменитая двухступенчатая «конфигурация Теллера-Улама», проиллюстрированная на прилагаемой диаграмме.
Он стал своего рода моделью для более позднего развития термоядерного синтеза с лазерным управлением.
Водородная бомба РДС-6С "СЛОЙКА"
Он настаивал, что уничтожать противника нужно там, где находятся главные транспортные узлы и логистические центры. Однако в нормальном, пригодном для боевого применения виде, торпеда не появилась. Сказались и замечания моряков, и отсутствие атомных подводных лодок, проектирование и строительство которых началось ближе к середине 50-х годов. Возможный радиус поражения самой мощной бомбой в истории человечества. Фото: nuclearsecrecy. Подводные лодки, строительство которых к 60-м в СССР началось ударными темпами, могли решить эту проблему.
На его месте образовалась воронка диаметром в 1 милю. За всю историю разработок ядерного оружия на Земле было произведено более 2 000 подрывов: в надземном, подземном, воздушном и подводном положениях. Экосистеме нанесён колоссальный ущерб. Аналогичный процесс происходит внутри звезды, где воздействие сверхвысоких температур вместе с гигантским давлением заставляют ядра водорода сталкиваться. На выходе образуются утяжелённые ядра гелия. В процессе часть массы водорода преображается в энергию исключительной силы. Именно поэтому звёзды являются постоянными источниками энергии. Физики переняли схему деления, заменив изотопы водорода таким элементами, как дейтерий и тритий. Однако изделию всё равно дали название водородная бомба на основании базовой схемы. В ранних разработках ещё использовались жидкие изотопы водорода. Но впоследствии основным компонентом стал твёрдый дейтерий лития-6. Дейтерий лития-6 уже содержит тритий. Но чтобы его выделить, требуется создать пиковую температуру и грандиозное давление. Для этого под термоядерное горючее конструируется оболочка из урана-238 и полистирола. По соседству устанавливается небольшой ядерный заряд мощностью несколько килотонн. Он служит триггером. При взрыве заряда оболочка урана переходит в плазменное состояние, создавая пиковую температуру и грандиозное давление. В процессе нейтроны плутония контактируют с литием-6, что позволяет выделяться тритию. Ядра дейтерия и лития коммуницируют, образуя термоядерный взрыв. Таков принцип действия водородной бомбы. При подрыве термоядерного заряда формируется горячая светящаяся сферическая масса, более известная как огненный шар. По мере формирования масса расширяется, охлаждается и устремляется вверх. В процессе охлаждения пары в огненном шаре сгущаются в облако с твёрдыми частицами, влагой и элементами заряда.
В 1945 году ученый уже представил практически готовый проект, по которому термоядерная реакция должна была проходить при разжигании жидкого дейтерия от тепла атомного заряда. Однако ученые встали с двумя проблемами, которые им предстояло решить: как разжечь дейтерий и будет ли реакция горения поддерживаться самостоятельно до прохождения термоядерной реакции. Найти решение этих проблем ученые не смогли и поэтому проект «супер» был закрыт. Еще во время работы над созданием проекта «Классический супер» в 1946 году Таллер придумал еще один проект, получивший название «Будильник». Однако этот проект не получил должного внимания и работы по нему в США не проводились. Одновременно с возникновением «Будильника» в Советском Союзе начинается работа над похожим проектом «Слойка». Сахаров, который предложил окружить первичный атомный заряд чередующимися слоями делящегося и горючего термоядерного материала. Работы велись не зря, в итоге появилась первая в мире транспортабельная термоядерная авиабомба, в которой в качестве термоядерного топлива использовался Li6D — дейтерид лития-6, предложенный в марте 1949 года В. Исследования продолжались и в Штатах, где была начата разработка проекта «Таллера-Улама». Станислав Улам с конца 50-го и до начала 51 года 20 века думал над решением усовершенствования деления ядерных зарядов и пришел к выводу, что усилить мощность термоядерного оружия можно увеличив компрессию делящегося материала, а этого можно добиться при помощи обжатия одного атомного заряда при помощи другого. Были проведены испытания, в результате которых удалось получить из емкости с термоядерным горючим отдельную капсулу для второй ступени заряда. Таллер сомневался в том, что из-за компрессии материала можно будет произвести поджег топлива, но расчеты Улама доказали обратное и Америка готова была приступить к изготовлению бомбы на практике.
Устройство, которое, наконец, использовалось в успешном испытании 1952 года, основывалось на этом радиационном взрыве в более продвинутой форме, разработанном Эдвардом Теллером и Станиславом Уламом. Это знаменитая двухступенчатая «конфигурация Теллера-Улама», проиллюстрированная на прилагаемой диаграмме. Он стал своего рода моделью для более позднего развития термоядерного синтеза с лазерным управлением. Конфигурация Теллера-Улама слева. Первое испытание водородной бомбы «Айви Майк» Избавляемся от триггера деления Учитывая успех водородной бомбы в высвобождении большого количества термоядерной энергии, естественно спросить, в какой степени термоядерные взрывы можно уменьшить до такой степени, что они могут быть использованы для коммерческого производства электроэнергии. Сам процесс термоядерного синтеза не создает внутренних препятствий для миниатюризации: не существует нижнего предела количества топлива, которое может быть использовано для обеспечения «микровзрыва» термоядерного синтеза. А вот первая ступень водородной бомбы не может быть произвольно уменьшена, по крайней мере, каким-либо прямым образом, потому что самоподдерживающаяся реакция деления требует определенной минимальной критической массы, что приводит к слишком сильному взрыву. Даже если бы мы могли производить микровзрывы деления, то они все равно генерировали бы значительную радиоактивность, предотвращение которойкак раз и является главной мотивацией для достижения термоядерного синтеза. Соответственно, поскольку мы выбираем водородную бомбу в качестве отправной точки для разработки термоядерных реакторов — включая с трудом полученные физические знания, лежащие в основе бомбы, — необходимо найти замену спусковому механизму деления. Введите лазер Одно из самых полезных свойств лазеров заключается в том, что лазерный луч может быть сфокусирован до крошечного пятна, сравнимого по размеру с длиной световой волны. Концентрация энергии луча таким образом позволяет достичь очень высоких интенсивностей. Коммерчески доступны лазерные системы, которые могут мгновенно испарять любой известный материал. Каков предел этой возможности? Можно ли достичь температуры в диапазоне 100 миллионов градусов, необходимых для получения ядерной реакции синтеза? Ответ положительный. Уже в 1968 году — всего через восемь лет после изобретения первого лазера — группа Николая Басова из Физического института им. Лебедева в СССР сообщила о первом наблюдении термоядерных реакций, запускаемых лазерным облучением мишени из гидрида лития. Советские результаты были быстро повторены в лабораториях Франции и США. В США Джон Наколлс думал в некотором роде параллельным образом о том, как миниатюризировать термоядерные взрывы до такой степени, чтобы их можно было вызвать без использования атомной бомбы в качестве «запала». Нобелевский лауреат Николай Геннадьевич Басов слева — автор идеи 1961 г. Джон Наколлс справа и Джон Эммет, пионеры в области лазерного синтеза в США Основной подход к лазерному синтезу, появившийся после первоначальных предложений Басова и Наколлса, основывается на том же принципе радиационного взрыва, который использовался в водородной бомбе Теллера-Улама. Мы бомбардируем сферическую топливную таблетку со всех сторон одновременными лазерными импульсами.
Другие материалы рубрики
- "Царь-бомба": как СССР показал миру "Кузькину мать"
- «США не являются более монополистами в производстве водородной бомбы»
- Смотрите также
- Принцип действия термоядерного оружия
- Уроки водородной бомбы для мирного термоядерного синтеза
Термоядерное оружие
ВОДОРОДНАЯ БОМБА оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Термоядерная бомба построена на другом принципе: энергия выделяется при слиянии легких изотопов водорода, дейтерия и трития. Материалы на основе легких элементов не имеют критической массы, что было большой конструкционной сложностью в атомной бомбе. Принцип действия этого типа оружия основан на высвобождении огромного количества энергии при синтезе легких химических элементов в более тяжелые. Американская термоядерная бомба основана на принципе Теллера-Улама. С известной долей условности ее можно представить в виде прочного корпуса, внутри которого находится инициирующий триггер и контейнер с термоядерным горючим.
Водородная бомба и ядерная бомба отличия
Принцип действия водородной бомбы. Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Такой принцип действия ОДАБ называется двухтактным. Принцип действия водородной бомбы РДС-6С "СЛОЙКА".