Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Водородную бомбу можно собрать таким образом, что выгорание каждого из трёх компонентов — плутония, дейтрида лития и обеднённого урана — превысит 90%.
Принцип водородной бомбы
Исследования в Лос-Аламосе в 1944 и 1945 гг. Это сразу же создало большие трудности, так как тритий не существует в природе и для его создания необходимы затраты больших средств и дорогих стратегических материалов. Так, для производства одного килограмма трития требуется восемьдесят килограммов плутония — расщепляющегося элемента, искусственно созданного для атомной бомбы. Дело осложнялось еще и тем, что тритий — это радиоактивный элемент с периодом полураспада 12 лет.
Другими словами, один килограмм трития в 1958 г. Другое серьезное препятствие заключалось в том, что как дейтерий, так и тритий не может быть синтезирован в обычном для него газообразном состоянии, а должен быть сначала превращен в жидкое вещество. Жидкий же водород кипит т.
Транспортировать газообразный водород можно только в герметическом баллоне, находящемся внутри сосуда с жидким воздухом. Эти требования создавали большие трудности при его производстве, транспортировке и хранении. Создавалось парадоксальное положение.
Перед синтезом двух разновидностей водорода, который происходит при температуре выше 50 млн. Естественно, возникал вопрос: удастся ли сохранить вещество в жидком состоянии даже в течение одной миллионной доли секунды при температуре 50 млн. К июню 1951 г.
Именно тогда покойный Гордон Дин, бывший в то время председателем Комиссии по атомной энергии, решил провести совещание руководителей работ. На это совещание, состоявшееся в Институте прогрессивных исследований в Принстоне штат Нью-Джерси , «прибыли доктора фон Нейманн, Ферми, Бете, Теллер, Уиллер, Норрис Брэдбери, Лотар Норхайм, и каждый из них мог внести большой вклад в это дело». За столом сидели руководители всех лабораторий во главе с доктором Оппенгеймером.
В гнетущей обстановке поднялся доктор Теллер и спокойно подошел к доске. На доске чертились схемы. Делались расчеты».
У участников совещания появилась надежда. К концу второго дня у «всех присутствующих появилось ощущение, что впервые мы что-то имеем хотя бы в области идей». Уныние сменилось энтузиазмом, и у всех создалось впечатление, что, наконец, «мы можем на что-то надеяться в будущем».
С этого дня работы по созданию водородной бомбы пошли полным ходом. Через четыре дня Комиссия по атомной энергии приняла обязательство построить новый завод, хотя в то время у нее, как заявил Дин, не было на это средств. Через год, в июне, мы были в состоянии, говоря словами Дина, «завершить работу над этим устройством».
Устройство перевели на атолл Эниветок и взорвали 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составляла пять мегатонн пять миллионов тонн тротила. Затем в марте и в апреле 1954 г.
С тех пор было испытано много других конструкций бомб. Хотя открытие, которое совершило переворот в науке и сделало возможным создание водородной бомбы, все еще является секретом, легко отгадать основные принципы ее устройства. Казалось совершенно нелепым, что до осуществления реакции между веществами при температуре 50 млн.
Единственным путем устранить такое невозможное требование был отказ от превращения водорода в жидкое состояние. Надо было соединить газообразный водород с каким- то веществом так, чтобы водород стал частью твердого соединения, способного сохраняться при обычной комнатной температуре. Существуют различные твердые соединения, содержащие водород.
Одно из них кажется наиболее подходящим и фактически единственным соединением, которое может служить основной составной частью водородной бомбы. Это специально созданное новое вещество, известное под названием дейтерид лития-6, представляет собой соединение редкого легкого изотопа металлического лития, состоящего из трех протонов и трех нейтронов, с дейтерием, или тяжелым водородом, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Соединение лития и дейтерия при комнатной температуре является твердым веществом.
Один атом лития-6 в этом соединении связан с одним атомом дейтерия водород-2 , поэтому общий молекулярный вес соединения равен 8. Другими словами, в восьми килограммах соединения содержится шесть килограммов легкого лития-6. Литий-6 не встречается в природе в чистом виде.
Как и расщепляющийся элемент уран-235, литий существует в смеси двух своих разновидностей: одного — с атомным весом 6 и другого — с атомным весом 7. Так как различные виды одного и того же элемента невозможно разделить химическим путем, необходимо было построить специальный завод по разделению изотопов для получения чистого лития-6. Этот завод и являлся тем «новым заводом», контракт на строительство которого, как сообщил Дин, был подписан через четыре дня после заседания Комиссии в июне 1951 г.
Дейтерид лития-6 очень важен по двум причинам. Он не только обеспечивает возможность хранения дейтерия при комнатной температуре и, таким образом, исключает необходимость превращения его в жидкое состояние при температуре, близкой к абсолютному нулю. Он также делает возможным получение трития — второго элемента, необходимого для создания водородной бомбы в конечной стадии — в самый момент ее взрыва.
Дело в том, что в дейтериде лития содержится в виде твердого вещества не только водород-2, но потенциально имеется и водород-3. Это чудо совершают нейтроны, выделяемые детонатором — атомным «снарядом». Нейтрон, попадающий в ядро атома лития-6, образует составной элемент из трех протонов и четырех нейтронов.
При попадании нейтрона большой энергии составное ядро становится крайне неустойчивым и немедленно распадается на две части: водород-3 тритий с ядром из одного протона и двух нейтронов и гелий с ядром из двух протонов и двух нейтронов. Меньше чем за миллионную долю секунды взрыв атомной бомбы освобождает дейтерий и тритий и в тоже время создает температуру более чем в 50 млн. Возможна и другая, хотя и менее вероятная, реакция синтеза.
Две ядерные частицы дейтерия один протон и один нейтрон могут при высокой температуре ядер- ного деления соединиться с ядром лития три протона и три нейтрона , образовав ядро из четырех протонов и четырех нейтронов. Это ядро очень неустойчивой разновидности бериллия, которое немедленно распадется на два ядра гелия, содержащих по два протона и два нейтрона. При синтезе одного килограмма исходных продуктов освободится огромная энергия, эквивалентная 60 000 тонн тротила, что в три раза больше взрывной силы атомной бомбы.
Получение нового химического соединения, позволившего создать водородную бомбу, показывает, что может быть в принципе создано еще более страшное оружие — кобальтовая бомба. Кобальтовая бомба — это в сущности та же водородная бомба, но в качестве материала для корпуса, внутри которого находятся активные вещества, вместо стали, превращающейся при взрыве в слабо радиоактивное облако пара, используется кобальт. Превратившись при взрыве в пар, кобальт образует радиоактивное облако в 320 раз смертоноснее радия.
Об этом виде водородной бомбы Альберт Эйнштейн сказал: «Если удастся ее создать, то радиоактивное отравление атмосферы, а следовательно, уничтожение всякой жизни на Земле станет в пределах технических возможностей». При синтезе ядер 600 граммов трития с ядрами 400 граммов дейтерия, т. Это небольшое количество нейтронов вызовет образование 12 килограммов смертоносного кобальта атомный вес его 60 , радиоактивность которого эквивалентна громадному количеству 3832 килограмма!
Кобальтовую бомбу можно взорвать на пустой барже в середине океана; вес ее может быть любым.
Радиация может эффективно распространяться. Во-первых, для этого необходимо, чтобы радиоактивные частицы осаждались медленно, а для этого они должны быть мельче домашней пыли. Сложно рассчитать, какого размера окажутся те частицы, в которые соберется кобальт-60, но вполне возможно, что это будет именно мельчайшая пыль.
Затем, подхваченные воздушными массами, эти частицы наполнят всю атмосферу, из которой смогут выводиться тремя способами: С дождем, если дождевые капли будут формироваться вокруг таких частиц как вокруг обычных пылинок; В результате аккреции, то есть, если в районах с низкой турбулентностью атмосферы мелкие частицы кобальта будут постепенно слепляться в более крупные и выпадать под действием силы тяжести, без дождя; Стремительно выпадать в городах, смешиваясь с промышленными выбросами и смогом. Основным переносчиком кобальта-60 в данном случае будет именно дождь, а в густонаселенных районах Земли интенсивность дождей отличается очень сильно, до десяти раз. Кобальт сравнительно тяжелый, поэтому после дождя будет оставаться преимущественно в приповерхностном слое почвы, поэтому теоретически могло бы помочь удаление и захоронение почвы сразу после дождя. При этом океан и морская жизнь пострадает от кобальтовых осадков значительно меньше, чем суша; вероятно, отравлены будут только самые мелкие прибрежные воды.
На эту тему также есть произведение в жанре постапокалипсиса. В 1957 году Невил Шют написал роман «На берегу» On The Beach , где описывает последние месяцы Мельбурна в 1964 году после советско-китайской войны, в которой применялись кобальтовые бомбы. Роман был экранизирован два года спустя с Грегори Пеком и Авой Гарднер в главных ролях, а в 2000 году вышел двухсерийный римейк с Армандом Ассанте. Современность и недалекое прошлое Официально считается, что по сей день ни одна кобальтовая бомба не была ни сконструирована, ни испытана.
Единственная оговорка в данном случае допускается по поводу британских испытаний на полигоне Маралинга в 1957 году: Тогда была проведена серия из 4 испытаний , в ходе которых изотопы кобальта-59 использовались в качестве трассировочных элементов для оценки скорости протекания процессов. Оказалось, что кобальт-59 подхватывает нейтроны гораздо слабее, чем предполагалось, и кобальт-60 образуется в незначительных количествах.
Ее мощность зависит от размера самой бомбы и той высоты, на которой произошла детонация заряда.
Тепловой эффект Водородная бомба всего в 20 мегатонн размеры самой большой испытанной на данный момент бомбы — 58 мегатонн создает огромное количество тепловой энергии: бетон плавился в радиусе пяти километров от места испытания снаряда. В девятикилометровом радиусе будет уничтожено все живое, не устоят ни техника, ни постройки. Диаметр воронки, образованной взрывом, превысит два километра, а глубина ее будет колебаться около пятидесяти метров.
Огненный шар Самым зрелищным после взрыва покажется наблюдателям огромный огненный шар: пылающие бури, инициированные детонацией водородной бомбы, будут поддерживать себя сами, вовлекая в воронку все больше и больше горючего материала. Радиационное заражение Но самым опасным последствием взрыва станет, конечно же, радиационное заражение. Распад тяжелых элементов в бушующем огненном вихре наполнит атмосферу мельчайшими частицами радиоактивной пыли — она настолько легка, что попадая в атмосферу, может обогнуть земной шар два-три раза и только потом выпадет в виде осадков.
Lawrence Livermore National Laboratory Как меряют энергию на выходе? Энергия, как я говорил, содержится в альфа-частицах и нейтронах. Нейтроны тормозятся в веществе значительно слабее заряженных альфа-частиц. Они все покидают мишень. Поэтому по измерению числа нейтронов определяется число произошедших реакций синтеза и, следовательно, выделившаяся в этих реакциях энергия. Энергия, выделившаяся в американском эксперименте, 3 МДж, действительно превзошла энергию лазерных пучков 2МДж. Но для генерации этих пучков потребовалось в сто раз больше энергии. То есть до получения действительно положительного выхода реакции еще далеко? Да, это так. Пока система накачки этого неодимового лазера неэффективна.
Но ученые знают, что надо делать, и они работают в этом направлении. Нужно накачивать лазер — создавать инверсную населенность — с помощью излучения полупроводниковых диодов. Диодная накачка позволит повысить КПД лазера в в десятки раз. Каковы перспективы извлечения мирной энергии в этой схеме и в ИТЭРе? Вообще говоря, то, что сейчас американцы сделали, к реальной энергетике пока имеет не очень большое отношение. Для энергетического использования надо будет решить много технических проблем, в том числе тех, о которых мы говорили — диодная накачка, утилизация выделяющейся энергии и другие. А вот то, что они продемонстрировали в рентгеновской схеме сжатие мишени и зажигание реакции — это действительно выдающийся фундаментальный результат, который имеет очень серьезные, в первую очередь, военные приложения, особенно учитывая мораторий на испытания ядерных зарядов. Об этом открытии действительно многие СМИ написали в военном контексте, да и сама Ливерморская лаборатории принадлежит Министерству энергетики США, то есть по сути военным... В американской прессе мы действительно можем увидеть высказывания ряда известных людей в этой области, которые говорят, что главный результат это не энергетический, в смысле энергетики будущего, а прикладной — для исследования рентгеновского сжатия вещества и поджига термоядерной реакции. Речь идет о том, что в этих экспериментах можно моделировать ряд процессов, которые происходят в реальных взрывных устройствах.
А разве процессы слияния ядер водорода не просчитаны еще 70 лет назад Сахаровым и коллегами? Важное значение имеет масштаб того устройства, которое мы обсуждаем. Если есть большое устройство, то там одна иерархия процессов, в том числе рентгеновских. Если размеры меньше, что всех как раз интересует, это другая иерархия процессов. Поэтому установка типа Ливерморской — это инструмент исследования законов подобия — масштабирования — процессов рентгеновского зажигания. На разных уровнях масштабирования — это решение целого комплекса научных и технических задач.
Какую роль в истории СССР сыграло появление водородного оружия
- ВОДОРОДНАЯ БОМБА | это... Что такое ВОДОРОДНАЯ БОМБА?
- Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения
- 10 стыдных вопросов о ядерном оружии: отвечает физик Дмитрий Побединский
- Другие статьи в литературном дневнике:
- Атомная, водородная и нейтронная бомбы
- Форма успешно отправлена!
10 стыдных вопросов о ядерном оружии: отвечает физик Дмитрий Побединский
Рассказываем, как устроена водородная бомба и что произойдет, если ее взорвать. История создания водородной бомбы содержит в себе маленький детективный сюжет, оказавший огромное влияние на жизнь двух американских физиков — Роберта Оппенгеймера и Эдварда Теллера. Так как в качестве детонаторов водородных бомб служат обычные атомные бомбы и так как все атомные бомбы в зависимости от их размеров вызывают образование определенного количества осадков, то ясно, что и любая водородная бомба образует при взрыве. В 1945—1946 годах Фукс участвовал в теоретических работах по разработке водородной бомбы, в анализе результатов применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, в разработке программы исследований со взрывами атомных бомб на атолле Бикини. Испытание первой водородной бомбы на Семипалатинском полигоне. Принцип работы Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер.
Истинное происхождение советской водородной бомбы
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.
Прямое первичное воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий — это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха — туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности. Огненный шар. В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное хотя и вторичное последствие взрыва — это радиоактивное заражение окружающей среды.
Радиоактивные осадки. Как они образуются. При взрыве бомбы возникший огненный шар наполняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхностью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и пепел и втягивает их в огненный смерч.
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. Прямое первичное воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий - это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва.
Неслучайно Виталий Гинзбург , автор идеи применения дейтерида лития в бомбе, на вопрос об авторстве обычно отвечал в том духе, что вообще-то это слишком тривиально. Конструкция бомбы Лаврентьева в общих чертах повторяет описанную выше. Здесь мы тоже видим инициирующий ядерный заряд и взрывчатку из гидрида лития, причем ее изотопный состав тот же — это дейтерид легкого изотопа лития. Умница Лаврентьев догадался, что твердое вещество удобнее в применении и предложил использовать именно 6Li, но лишь потому, что его реакция с водородом должна дать больше энергии. Чтобы выбрать для реакции другое горючее, требовались данные об эффективных сечениях термоядерных реакций, которых у солдата-срочника, конечно, не было. Допустим, что Олегу Лаврентьеву еще раз повезло бы: он угадал нужную реакцию. Увы, даже это не сделало бы его автором открытия. Описанная выше конструкция бомбы разрабатывалась к тому времени уже более полутора лет. Разумеется, поскольку все работы были окружены сплошной секретностью, знать о них он не мог. Кроме того, конструкция бомбы — это не только схема размещения взрывчатки, это еще очень много расчетов и конструктивных тонкостей. Выполнить их автор предложения не мог. Надо сказать, что полная неосведомленность о физических принципах будущей бомбы была характерна тогда и для людей куда более компетентных. Много лет спустя Лаврентьев вспоминал эпизод, бывший с ним чуть позднее, уже в студенческие времена. Проректор МГУ, читавший студентам физику, зачем-то взялся рассказать и о водородной бомбе, представлявшей собой, по его мнению, систему полива вражеской территории жидким водородом. А что? Заморозить врагов — милое дело. У слушавшего его студента Лаврентьева, который про бомбу знал немножко больше, невольно вырвалась нелицеприятная оценка услышанного, но ответить на язвительную реплику услышавшей ее соседки было нечем. Не рассказывать же ей все известные ему подробности. Рассказанное, видимо, объясняет, почему о проекте «бомбы Лаврентьева» забыли практически сразу после его написания. Автор продемонстрировал недюжинные способности, но этим все и кончилось. Иная судьба оказалась у проекта термоядерного реактора. Реактор Конструкция будущего реактора в 1950 году виделась его автору довольно простой. В рабочую камеру помешается два концентрических один в другом электрода. Внутренний выполняется в виде сетки, ее геометрия просчитывается таким образом, чтобы, насколько это возможно, минимизировать контакт с плазмой. На электроды подается постоянное напряжение порядка 0,5—1 мегавольт, причем внутренний электрод сетка является отрицательным полюсом, а внешний — положительным. Сама реакция идет в середине установки и вылетающие наружу, через сетку, положительно заряженные ионы преимущественно, продукты реакции , двигаясь дальше, преодолевают сопротивление электрического поля, которое в итоге разворачивает большую их часть обратно. Энергия, затраченная ими на преодоление поля, — это и есть наш выигрыш, который относительно несложно «снять» с установки. В качестве основного процесса опять предлагается реакция лития с водородом, которая опять не подходит по тем же причинам, но примечательно не это. Олег Лаврентьев оказался первым человеком, придумавшим изолировать плазму при помощи какого-нибудь поля. Даже то, что в его предложении эта роль, вообще говоря, второстепенна — главная функция электрического поля в том, чтобы получить энергию вылетающих из зоны реакции частиц, — ничуть не меняет значения этого факта. Схема термоядерной реакции. Рисунок О. Лаврентьева, 1950 г. Правда, Сахаров и его коллеги предпочли использовать другое поле — магнитное. Пока же он написал в рецензии, что предложенная конструкция скорее всего нереальна, ввиду невозможности сделать сетчатый электрод, который выдержал бы работу в таких условиях. А автора все равно надо поощрить за научную смелость. Особый студент Мы покинули автора предложений на Сахалине. Самое время вернуться к его судьбе. Вскоре после отсылки предложений Олег Лаврентьев демобилизуется из армии, отправляется в Москву и становится студентом первого курса физфака МГУ. Имеющиеся источники говорят с его слов , что сделал это он полностью самостоятельно, без протекции каких-либо инстанций.
В 1930—1931 годах Клаус учился в Лейпцигском университете, где вступил в Социал-демократическую партию. В 1932 году он стал членом Компартии Германии. После прихода к власти нацистов в январе 1933 года Фукс перешёл на нелегальное положение, а в июле того же года бежал во Францию, откуда перебрался в Великобританию. Работал аспирантом в лаборатории физика Невилла Мотта в Бристольском университете, где в декабре 1936 года получил степень доктора философии по физике. С 1937 года по рекомендации Мотта работал в лаборатории Макса Борна в Эдинбургском университете, в соавторстве с Борном написал ряд научных статей. После начала Второй мировой войны, в апреле 1940 года, Фукс был интернирован как гражданин враждебной державы и провёл полгода в лагере на острове Мэн, а затем в Канаде. После ходатайств ряда учёных в декабре 1940 года был освобождён и вернулся в Англию. В 1940 году Фукса включили в группу Рудольфа Пайерлса, работавшую в Бирмингемском университете над уточнением критической массы урана и проблемой разделения изотопов в рамках британского ядерного проекта. В 1942 году Клаус получил британское гражданство. Тогда же ему было поручено наблюдение за работами по германскому атомному проекту, для чего он получил доступ к совершенно секретным материалам «Интеллидженс сервис». После нападения Германии на СССР Фукс разделял взгляды о необходимости более активного участия Великобритании в войне, а также о необходимости более широкой помощи воюющему Советскому Союзу. В ноябре 1941 года Фукс посетил советское посольство в Лондоне и предложил предоставить СССР известную ему информацию о работах по созданию ядерного оружия в Великобритании. Его предложение приняли, связь с Фуксом установили через Урсулу Кучинскую. Урсула была профессиональной связисткой высочайшего уровня. Родилась в Германии в 1907 году. В 1930 году в Шанхае была завербована Рихардом Зорге. Он же присвоил Урсуле псевдоним «Соня», который и использовался в 1940-х годах.
Клаус Фукс получил от Англии 14 лет каторги, а от Страны Советов — вечное забвение
- Сколько водорода в водородной бомбе?
- Модель Силарда. Кобальт-60 и аналогичные изотопы
- 1. Чем атомная бомба отличается от обычной?
- 10 стыдных вопросов о ядерном оружии: отвечает физик Дмитрий Побединский - Лайфхакер
Академик РАН Михаил Федонкин: водород стал предтечей всего в космосе и на Земле
В результате такого распада выделяется значительное количество энергии. В некоторых реакциях, например, при распаде урана, в качестве побочного продукта также получаются нейтроны. Именно благодаря этим частицам, которые могут приобретать после распада атома высокую скорость, и возможны цепные реакции, лежащие в основе атомного оружия. В результате образуются осколки деления и два нейтрона, каждый из которых также может поразить атом урана. Таким образом количество распадов начинает увеличиваться в геометрической прогрессии. Однако, чтобы запустить такой процесс, нужно достичь критической массы материала. Если в атомном заряде масса урана будет меньше критической, то никакого взрыва не произойдет. Поэтому в атомную бомбу закладывают несколько кусочков радиоактивного материала, отделенных друг от друга. В момент взрыва детонирующие заряды сталкивают эти кусочки, достигается критическая масса и начинается взрывной процесс.
Всё дело в том, что нейтроны и протоны при соединении в ядре становятся немного легче. Это явление получило название «дефект массы». Вот эта масса и превращается в энергию согласно знаменитому уравнению Эйнштейна. Причина этого кроется в том, что на звездах превращение водорода в гелий происходит в несколько стадий.
Сначала получаются нейтроны, а уже затем они вместе с протонами соединяются в ядро гелия. Сами протоны очень маленькие, и ждать, пока они «найдут» друг друга, придется очень долго. Вот почему звезды существуют на протяжении миллионов и миллиардов лет — чтобы столкнулись все протоны, должно пройти очень много времени. В обычном водороде, который есть у нас на Земле, на каждые 7-8 тысяч атомов «обычного» вещества попадается «необычный»: у него, помимо протона, есть еще и нейтрон.
Такой изотоп водорода назвали «дейтерий». Но и тут есть небольшой нюанс: чтобы реакция началась, дейтерий должен прореагировать еще с одним изотопом водорода — тритием, у которого уже два нейтрона. Проблема в том, что на Земле его не достать, да и разрушается он очень быстро — приблизительно за 25 лет. Вопрос: где достать тритий?
Из-за того, что он радиоактивен, тритий используется как источник питания Из-за того, что он радиоактивен, тритий используется как источник питания Обойти это препятствие получилось с помощью вещества под названием дейтерид лития-6. С одной стороны, это твердое вещество, и его удобно хранить, в отличие от газообразного дейтерия, а с другой — литий, если его бомбардировать нейтронами, распадается на нужный нам тритий, ненужный гелий и нейтрон. Теперь поговорим об устройстве бомбы. Она представляет собой «слоеный пирог».
Снаружи у неё плутониевый заряд. Его задача — обжать внутреннюю часть бомбы, где хранится термоядерное горючее, чтобы создать давление и высокую температуру, и послужить источником нейтронов для получения трития.
Такие облака образуются при обычных взрывах достаточной мощности, при извержениях вулканов, сильных пожарах и падениях метеоритов. Горячий воздух всегда поднимается выше холодного, однако тут его нагрев происходит настолько быстро и так мощно, что он видимым столбом поднимается вверх, закручивается в кольцеобразный вихрь и тянет за собой "ножку" — столб пыли и дыма с поверхности земли. Поднимаясь, воздух постепенно охлаждается, становясь похожим на обычное облако из-за конденсации паров воды. Однако это еще не все. Гораздо опаснее для человека ударная взрывная волна, расходящаяся по поверхности земли от эпицентра взрыва по окружности радиусом, достигающим 700 км, и радиоактивные осадки, выпадающие из того самого грибовидного облака. В день на полигонах могли производиться по три-четыре эксперимента, в ходе которых изучалась динамика взрыва, поражающие способности, потенциальный ущерб противника. Первый опытный образец был взорван 27 августа 1949 года, а последнее испытание ядерного оружия в СССР произвели 25 декабря 1962-го.
Все испытания проходили в основном на двух полигонах — на Семипалатинском полигоне или "Сияпе", расположенном на территории Казахстана, и на Новой земле, архипелаге в Северном Ледовитом океане. Там осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны, что в 450 раз превышало мощность бомбы "Толстяк", сброшенной на Нагасаки. Впрочем, называть это устройство бомбой в прямом смысле слова нельзя. Это была конструкция с трехэтажный дом, заполненная жидким дейтерием.
Ее мощность зависит от размера самой бомбы и той высоты, на которой произошла детонация заряда. Тепловой эффект Водородная бомба всего в 20 мегатонн размеры самой большой испытанной на данный момент бомбы — 58 мегатонн создает огромное количество тепловой энергии: бетон плавился в радиусе пяти километров от места испытания снаряда. В девятикилометровом радиусе будет уничтожено все живое, не устоят ни техника, ни постройки. Диаметр воронки, образованной взрывом, превысит два километра, а глубина ее будет колебаться около пятидесяти метров. Огненный шар Самым зрелищным после взрыва покажется наблюдателям огромный огненный шар: пылающие бури, инициированные детонацией водородной бомбы, будут поддерживать себя сами, вовлекая в воронку все больше и больше горючего материала. Радиационное заражение Но самым опасным последствием взрыва станет, конечно же, радиационное заражение.
Распад тяжелых элементов в бушующем огненном вихре наполнит атмосферу мельчайшими частицами радиоактивной пыли — она настолько легка, что попадая в атмосферу, может обогнуть земной шар два-три раза и только потом выпадет в виде осадков.
Термоядерная тайна СССР: академик раскрыл секреты создания царь-бомбы
Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Популярная лекция о том, как устроено термоядерное оружие и о том какова роль математиков в его создании. Если вы посмотрели эту новость «США разрабатывают новую термоядерную бомбу», обязательно расскажи свои впечатления о ней, своим друзьям в соцсетях и в комментариях ниже.
Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения
В современной (а, насколько можно судить по открытым источникам, базовые принципы конструкции с конца пятидесятых годов практически не изменились) водородной бомбе роль термоядерной «взрывчатки» выполняет гидрид лития – твердое белое вещество. В процессе получался целый каскад взрывов — обычная взрывчатка запускала атомную бомбу, а атомная бомба поджигала термоядерную. 55 лет назад Никита Хрущев объявил о создании в СССР водородной бомбы. В водородной бомбе используется уран-238, который под действием быстрых нейтронов распадается и даёт радиоактивные осколки. Решением целого комплекса противоречий может стать развитие водородной энергетики, которой многие ученые прочат большое будущее.
Водородная бомба
Создать водородную (термоядерную) бомбу решили участники «Манхэттенского проекта». Очень напоминает знаменитую сахаровскую «слойку» — схему водородной бомбы. Водородная, или термоядерная бомба, стала краеугольным камнем гонки вооружений между США и СССР. Испытание первой водородной бомбы было проведено советскими учеными. Рассказываем, как устроена водородная бомба и что произойдет, если ее взорвать. В 1945—1946 годах Фукс участвовал в теоретических работах по разработке водородной бомбы, в анализе результатов применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, в разработке программы исследований со взрывами атомных бомб на атолле Бикини. Испытания советской водородной бомбы, для иллюстрации.
Термоядерная тайна СССР: академик раскрыл секреты создания царь-бомбы
Популярная лекция о том, как устроено термоядерное оружие и о том какова роль математиков в его создании. В свою очередь, в водородной бомбе энергия высвобождается в результате реакции термоядерного синтеза тяжёлого водорода — дейтерия и трития — и получения более тяжёлых элементов. Атомный заряд служит запалом для водородной бомбы, а дальше происходит термоядерная реакция.