Ядерное оружие

1.

2.

Джинн был выпущен из бутылки в
августе 1942 года, когда
официально были начаты работы по
созданию атомной бомбы "Манхэттенский проект". 16 июля
1945 года в 5:29:45 на полигоне в
штате Нью-Мексико в ходе
операции "Trinity" был взорван
первый плутониевый заряд
"Gadget", мощностью в 20 кТ. В
настоящее время мощность
ядерных устройств колеблется в
пределах от 0.8-1 кт до 50-100 Мт, и
подразделяется на 5 групп:

3.

При ядерном взрыве происходит чрезвычайно быстрое (доли мкс) выделение
энергии, при этом температура в зоне реакции достигает десятков миллионов
градусов, а давление - около миллиарда атмосфер. Он сопровождается
ослепительной вспышкой и громовым звуком. После вспышки образуется
огненый шар, а при наземном взрыве - огненное полушарие, исчезающее
через несколько секунд. На месте огненного шара появляется клубящееся
грибовидное облако, увлекающее за собой на большую высоту сотни, тысячи
тонн измельченного и подвергшегося радиоактивному заражению грунта.
Облако может разносится ветром на сотни километров от взрыва.

4.

5.

16 Июля 1945 года состоялось первое
испытание нового типа оружия, созданного
в ходе работы над Манхеттенским
проектом- ядерного оружия. Испытание
прошло на полигоне в Аламогордо
(Alamogordo), штат Нью-Мексико, и
завершилось успешно.
Как известно, в то время были
сконструированы две атомные бомбы,
отличающиеся по виду делящегося вещества урановая, основанная на U-235 и плутониевая,
на Pu-239. В урановой бомбе кусок урана
выстреливался навстречу мишени, и данная
конструкция была исследована столь хорошо,
что не нуждалась в тесте. В противоположность
этому, идея воплощенная в плутониевом заряде,
в котором направленный внутрь взрыв резко
увеличивал плотность делящегося вещества, не
могла быть на тот момент должным образом
просчитана и требовала дополнительной
проверки. Для такой проверки и создавалось
устройство "Gadget", на котором должно было
быть испытано ядро плутониевой бомбы Fat man.

6.

Основные
физические свойства
урана:
температура
плавления 1132.2 °C
(+/- 0.8);
температура кипения
3818 °C;
плотность 18.95 (в
альфа-фазе);
удельная
теплоемкость 6.65
кал/моль/°C (25 C);
прочность на разрыв
450 МПа.
Уран, элемент с порядковым номером 92, самый тяжелый из встречающихся в
природе. Использовался он еще в начале нашей эры, осколки керамики с желтой
глазурью (содержащие более 1% оксида урана) находились среди развалин
Помпеи и Геркуланума.
Уран был открыт в 1789 году в урановой смолке немецким химиком Мартоном
Генрихом Клапротом, назвавшего его в честь планеты уран, открытой в 1781.
Впервые получил металлический уран французский химик Юджин Пелиго в 1841,
восстановив безводный тетрахлорид урана калием. В 1896 году Антуан-Анри
Беккерель открывает явление радиоактивности урана случайным засвечиванием
фотопластинок ионизирующим излучением от оказавшегося поблизости кусочка
соли урана.
Уран очень тяжелый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он
немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными
свойствами. Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая,
стабильна до 667.7 °C), бета (четырехугольная, стабильна от 667.7 до 774.8 °C),
гамма (с объемно центрированной кубической структурой, существующей от 774.8
°C до точки плавления), в которых уран наиболее податлив и удобен для
обработки. Альфа-фаза - очень примечательный тип призматической структуры,
состоящей из волнистых слоев атомов в чрезвычайно асимметричной
призматической решетке. Такая анизотропная структура затрудняет сплав урана с
другими металлами. Только молибден и ниобий могут создавать с ураном
твердофазные сплавы. Правда, металлический уран может вступать во
взаимодействие со многими сплавами, образуя интерметаллические
соеденинения.

7.

Плутоний - очень тяжелый серебристый металл,
блестящий подобно никелю, когда только что очищен.
Это крайне электроотрицательный, химически
активный элемент, гораздо в большей степени, чем
уран. Он быстро тускнеет, образую радужную пленку
(подобно радужной масляной пленки), вначале светложелтую, со временем переходящую в темнопурпурную. Если окисление довольно велико, на его
поверхности появляется оливково-зеленый порошок
оксида (PuO2).
Плутоний охотно окисляется, и быстро коррозирует
даже в присутствии незначительной влажности.
Странно, но он покрывается ржавчиной в атмосфере
инертного газа с парами воды гораздо быстрее, чем на
сухом воздухе или в чистом кислороде. Причина этого прямое действие кислорода формирует на поверхности
плутония слой оксида, мешающий дальнейшему
окислению. Воздействие же влаги производит рыхлую
смесь из оксида и гидрида. Для предотвращения
оксидирования и коррозии требуется сушильная печь.
Плутоний имеет четыре валентности, III-VI. Хорошо
растворяется только в очень кислых средах, таких как
азотная или соляная кислоты, так же хорошо
растворяется в иодистоводородной и хлорной
кислотах. Плутониевые соли легко гидролизируются
при контакте с нейтральными или щелочными
растворами, создавая нерастворимую гидроокись
плутония. Концентрированные растворы плутония
нестабильны, в следствии радиолитического
разложения, ведущего к выпадению осадка.
Плутоний, элемент с порядковым номером 94, открыт
Гленом Сиборгом (Glenn Seaborg), Эдвином Макмилланом
(Edwin McMillan), Кеннеди (Kennedy), и Артуром Уолхом
(Arthur Wahl) в 1940 году в Беркли при бомбардировки
мишени из урана дейтронами из шестидесятидюймового
циклотрона. В мае 1940 свойства плутония были
предсказаны Льюисом Тернером (Louis Turner).
В декабре 1940 года был открыт изотоп плутония Pu238, с периодом полураспада ~90 лет, через год - более
важный Pu-239 с периодом полураспада ~24 000 лет.
Pu-239 присутствует в природном урана в виде следов
(количество - одна часть на 1015), образуется он там в
результате захвата нейтрона ядром U-238. Чрезвычайно
малые количества Pu-244 (самого долгоживущего изотопа
плутония, период полураспада 80 миллионов лет) были
обнаружены в цериевой руде, по видимому, оставшиеся
там со времен формирования Земли.
Всего известно 15 изотопов плутония,
все радиоактивны. Самые значимые для
проектирования ядерного оружия:
Pu238 -> (86 лет, альфа-распад) -> U234
Pu239 -> (24 360 лет, альфа-распад) ->
U235
Pu240 -> (6580 лет, альфа-распад) -> U236
Pu241 -> (14.0 лет, бета-распад) -> Am241
Pu242 -> (370 000 лет, альфа-распад) ->
U238

8.

Поражающими факторами
ядерного взрыва (ЯВ)
Пропорции распределения
являются: световое
энергии ЯВ между этими
излучение, проникающая
поражающими факторами остаются
радиация, ударная волна, примерно одинаковыми практически
радиоактивное заражение. во всем диапазоне мощностей
Электромагнитный импульс (разница составляет +/- 10%),
(ЭМИ) влияния на людей по поэтому возможно описать
простыми соотношениями радиусы
понятным причинам не
поражения для каждого из факторов
оказывает, зато выводит из в зависимости от мощности заряда:
строя электронное
оборудование. Примерно
Это поток световых лучей, исходящих из огненного шара.
половина всей энергии
Видимые и инфракрасные лучи испускаются в течении от долей, до
выходит в виде ударной
нескольких секунд, в зависимости от величины заряда. В течении
волны, остальное - световое
этого времени, его интенсивность может превышать 1000 Вт/см2
излучение, на долю
(максимальная интенсивность солнечного света - 0.14 Вт/см2).
проникающей радиации
Световое излучение поглощается непрозрачными материалами, и
(гамма-лучей и нейтронов)
может вызывать массовые возгорания зданий и материалов, а так же
приходится не более 5%.
ожоги кожи и поражение глаз. Дальность распространения светового
Такое разнообразие
излучения сильно зависит от погодных условий. Облачность,
поражающих факторов
задымленность, запыленность сильно снижают эффективный радиус
говорит о том, что ЯВ
его действия.
представляет собой гораздо
Практически во всех случаях испускание светового излучения из
более опасное явление, чем
области взрыва заканчивается к моменту прихода ударной волны.
взрыв аналогичного по
Это нарушается лишь в области тотального уничтожения, где любой
энерговыходу количества
из трех факторов (свет, радиация, ударная волна) причиняет
обычной взрывчатки.
смертельный урон.

9.

Световое излучение вызывает ожоги кожи, степень которых зависит от силы бомбы и удаленности от эпицентра:
Для ожога I степени характерно
покраснение и отек кожи. При ожогах II
степени на фоне отечной кожи имеются
пузыри разных размеров, наполненные
прозрачной желтоватой жидкостью.
Ожоги III степени сопровождаются
омертвением глубоких слоев кожи, а
при ожогах IV степени омертвевают
кожа и подлежащие ткани (подкожная
жировая клетчатка, мышцы, кости).
Поражения глаз. Наиболее вероятное повреждение зрения
при ядерном взрыве - повреждение роговицы, в следствии
теплового действия света и временная слепота, при которой
человек теряет зрение на время от нескольких секунд до
нескольких часов. Более серьезные повреждения сетчатки
происходят, когда взгляд человека направлен
непосредственно на огненный шар взрыва. Яркость
огненного шара не изменяется с расстоянием (за
исключением случая тумана), просто уменьшается его
видимый размер. Таким образом, повредить глаза можно на
практически любом расстоянии, на котором видна вспышка.
Вероятность этого выше в ночное время, из-за более
широкого раскрытия зрачка.
Световое излучение, как и любой
свет, не проходит через непрозрачные
материалы, поэтому для укрытия от
Хорошо известно и такое явление, как оставление "теней"
него подойдут любые предметы,
непрозрачными объектами на каком-либо фоне.
создающие тень. На расстояния,
равные границе распространения
ожогов третьей степени, ударная волна
подходит от нескольких секунд, для
небольшого взрыва, до минуты при
мегатонном взрыве. Это время можно
использовать для нахождения более
надежного убежища.

10.

Проникающая радиация - это поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемый из области
взрыва в течении нескольких секунд. Из-за очень сильного поглощения в атмосфере,
проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва,
даже для больших по мощности зарядов. Расстояния, пройдя которое поток ослабевает в
10 раз для различных величин взрывов:
1 кт: L = 330 м
10 кт: L = 440 м
100 кт: - L = 490 м
1 Мт: L = 560 м
10 Мт: L = 670 м
20 Мт: L = 700 м.
Действие радиации на организм, в долгосрочном плане проявляется
мутациями, а в краткосрочном - лучевой болезнью различной степени
тяжести. Ионизирующее излучение воздействует на клетки организма,
вызывая разрушение их белковой структуры, это приводит к образованию
свободных радикалов и других продуктов распада. Помимо смерти самой
клетки, ее остатки вызывают общее отравление организма. Хотя клетка и
имеет мощные возможности для самовосстановления, при интенсивном
облучении не помогают и они.
Наиболее чувствительны к радиации интенсивно делящиеся клетки, т.к. если в момент деления
будет разрушена одна клетка, то погибнут обе. Это ведет к истощению запаса этого типа клеток (если
клетки интенсивно делятся, то они примерно с такой же скоростью и умирают). Таким образом, более
всего страдают ткани костного мозга и лимфатической системы: эритроциты и лейкоциты постоянно
обновляются в организме. Так же чувствительны клетки желудочно-кишечного тракта, клетки
волосяного фолликула. Менее всего чувствительны к радиации неделящиеся клетки нервной системы.
Из этого следует, дети и подростки более восприимчивы к радиации, чем взрослые, а наиболее
чувствителен - эмбрион в утробе.
Действие проникающей радиации на человека ослабляется различными материалами. Ее
уровень снижается в 10 раз после прохождения 11 см стали, либо 35 см бетона, либо 50 см
грунта или кирпичной кладки, либо 1 м древесины.

11.

Радиоактивное заражение - результат выпадения из поднятого на большую высоту облака взрыва огромного
количества радиоактивных веществ - как ставших таковыми из-за наведенной радиоактивности, так и продуктов
деления. Оседая на поверхность земли по направлению движения ветра, они создают радиоактивный участок,
называемый радиоактивным следом. В зависимости от степени заражения этот участок условно делят на три зоны умеренного, сильного и опасного заражения. Распад атомного ядра может пойти по 40 различным путям, с
образованием 80 различных изотопов. Часть из них не радиоактивна, часть имеет очень короткий период
полураспада, часть - очень длинный. Наибольшую опасность являют изотопы с периодом полураспада, измеряемым
годами (а не днями или тысячами лет) - с одной стороны их активность достаточно велика, а с другой - сохраняется
по меркам человеческой жизни очень долго, такие как цезий-137, стронций-89, 90, углерод-14, еще и трансурановые
элементы - источники альфа-частиц.
Всего несколько кюри изотопа на км2 делают район непригодным для проживания по современным нормам
радиационной безопасности. Заряд мегатонного уровня производит достаточно радиоактивных веществ, чтобы
покрыть территорию около 200 000 км2 и сделать ее непригодной для хозяйственной деятельности.
При мощных взрывах (> 200 кт) столб гриба взрыва достигает верхних слоев стратосферы (30-40 км), что резко
замедляет скорость выпадения осадков. Которые, при таких обстоятельствах, могут разноситься за сотни и тысячи
километров от места взрыва.
Радиоактивное заражение характеризуется относительно невысоким уровне радиоактивности, но зато
сохраняющимся в течении долгого периода времени и большой вероятностью попадания радиоактивных изотопов в
организм человека. Это приводит к "отложенности" эффекта его проявления. Низкий фон позволяет организму
восстанавливать поврежденные клетки, однако, в следствии долговременного облучения, существует вероятность
"неправильной" починки или повреждения ДНК, в результате которого может развиться рак.
Для определения уровня радиоактивности после взрыва атомной бомбы деления хорошо подходит "правило семи".
Оно состоит в том, что десятикратное снижение уровня радиоактивности происходит за увеличивающиеся в 7 раз
промежутки времени. Так установившийся через 1 фон через 7 часов уменьшается в 10 раз. Через 7*7=49 ~ 2 дня
радиация снижается в 100 раз по отношению к первому часу. После 7*2 дня = 2 недели уровень радиоактивности
снизится еще на 90%, аналогично для 7* 2 недели = 3.5 месяца. Это правило соответствует отношению t-1.2.

12.

Ядерный взрыв производит огромное количество ионизированных частиц, сильнейшие
токи и электромагнитное поле, называемое электромагнитным импульсом (ЭМИ). На
человека оно не оказывает никакого влияния (по крайней мере в пределах изученного),
зато повреждает электронную аппаратуру. Большое количество ионов, оставшихся после
взрыва, мешает коротковолновой связи и работе радаров.
На образование ЭМИ очень значительное влияние оказывает высота взрыва. ЭМИ
силен при взрыве на высотах ниже 4 км, и особенно силен при высоте более 30 км,
однако менее значителен для диапазона 4-30 км. Это происходит из-за того, что ЭМИ
образуется при несимметричном поглощении гамма-лучей в атмосфере. А на средних
высотак как раз такое поглощение происходит симметрично и равномерно, не вызывая
больших флуктуаций в распределении ионов.
Зарождение ЭМИ начинается с чрезвычайно короткого, но мощного выброса гаммалучей из зоны реакции. На протяжении ~10 наносекунд в виде гамма-лучей выделяется
0.3% энергии взрыва. Гамма-квант, сталкиваясь с атомом какого-либо газа воздуха
выбивает из него электрон, ионизируя атом. В свою очередь этот электрон сам способен
выбить своего собрата из другого атома. Возникает каскадная реакция,
сопровождающаяся образованием до 30 000 электронов на каждый гамма-квант.
На низких высотах, гамма-лучи, испущенные по направлению к земле, поглощаются
ею, не производя большого количества ионов. Свободные электроны, будучи гораздо
легче и проворнее атомов, быстро покидают область, в которой они зародились.
Образуется очень сильное электромагнитное поле. Это создает очень сильный
горизонтальный ток, искру, рождающую широкополосное электромагнитное излучение. В
то же время, на земле, под местом взрыва, собираются электроны "заинтересовавшиеся"
скоплением положительно заряженных ионов непосредственно вокруг эпицентра.
Поэтому сильное поле создается и вдоль Земли.

13.

14.

О термоядерной бомбе начали, наверное, подумывать уже сразу после создания бомбы атомной.
Однако официально о начале работ по термоядерной программе в США заявил президент Труман
30 января 1950 года. В числе причин к этому немалое место занимало испытание Советским
Союзом атомной бомбы осенью 1949. Правда, на тот момент, отсутствовали сколько-нибудь
хорошие идеи по поводу практического создания термоядерной бомбы большой мощности
(порядка нескольких мегатонн). Основную идею - обжатие излучением - высказали уже позже
Станислав Улам и Эдвард Теллер (Stanislaw Ulam, Edward Teller). Эта исследовательская
программа завершилась взрывом в 1952 устройства Mike, первого термоядерного устройства
мегатонного класса Ivy Mike в 10.4 Мт.
При температурах, достигаемых в атомных бомбах, реакция (1) проходит в 100 раз быстрее, чем следующие
(реакции 2 и 3 вместе взятые). Это объясняет очень сильное желание использовать тритий в первых термоядерных
экспериментах. Реакции (2) и (3), в свою очередь, в 10 раз быстрее реакции (4). При этом скорость всех этих
процессов (1-4) экспоненциально растет с температурой. При повышении температуры, в ходе набирающего
обороты синтеза, скорость реакции (4) превышает скорость реакций (2)+(3) вместе взятых. Реакции (5) и (6) строго
говоря не являются термоядерными. Это обычные реакции деления, происходящие при захвате литием нейтрона в
нужном энергетическом диапазоне. Зато в их ходе выделяется очень ценный тритий, который не останется без дела.
Реакция Li-6 + n требует нейтрона с энергией несколько MeV, Li-7 + n - нейтрона не менее 4 MeV.
Используя легкую для поджога, но чрезвычайно дорогую дейтериево-тритиевую смесь, возможно инициировать
заметную реакцию даже при обычной плотности термоядерного горючего, используя лишь тепло от атомного взрыва
(50-100 млн. градусов). Правда изотоп водорода H3 - тритий - дорог в производстве (на порядок дороже оружейного
плутония), да и к тому же нестабилен (радиоактивен). Это делает его непригодным к использованию. Остается H2 дейтерий - вполне доступное горючие для реакций (2), (3). Чистый дейтерий как таковой был использован лишь
однажды - во время Ivy Mike. Его недостаток - дейтерий должен был быть очень сильно сжат или сжижен при
криогенной температуре - непрактично. Проблема решается путем комбинирования дейтерия с литием в химическое
соединение - дейтерид лития. При этом за счет деления лития производится большое количество трития для
реакции (1).
Все сложности с реакциями синтеза упираются лишь в три ключевых условия:
- обеспечить высокую скорость протекания реакции (сиречь высокую температуру);
- сохранить предыдущее условие на время, достаточное для:
- такое время, чтобы энергетический выход, пропорциональный произведению
скорость_реакции*время_ее_удержания, заставил всех ужаснуться.

15.

Проект №1. "Классический супер" ("The Classical Super").
В 1942 году, в Лос-Аламосе, из-за конфликта Оппенгеймера с Теллером, который считал себя обиженным, из-за
того, что место главы теоретического отдела было отдано не ему, Оппенгеймер отстраняет Теллера от проекта
атомной бомбы и переводит на изучение возможностей создания водородной бомбы.
Тогда-то Э.Теллер впервые и выдвинул идею устройства, получившего название "классический супер".
Относительно целостный вид она приобрела к концу 1945 г. Идея состояла в разжигании термоядерной реакции в
жидком дейтерии при помощи тепла от атомного заряда.
Однако термоядерное горение сильно отличается от горения (детонации) обычного ВВ. Оно не прекращается
позади распространяющегося фронта горения, а продолжает идти до исчерпания топлива либо пока расширение не
охладит его.
Разработка этого подхода потребовала решения двух задач: как вообще поджечь топливо и будет ли такое горение
самоподдреживающейся реакцией.
Несмотря на гигантские температуры и плотности энергии при атомном взрыве, первая проблема далеко не так
проста. Около 80% энергии выделяется в виде мягких рентгеновских лучей, но ионизированный водород практических
прозрачен для них (дистанция распространения составляет сотни метров). Таким образом, рентген непосредственно
не может качественно прогреть топливо. Оставшиеся 20% энергии представляют собой кинетическую энергию
электронов и осколков деления. Эта энергия, переносимая в виде ударной волны, может передаваться топливу. Сверх
этого, около 1% энергии выходит вместе с быстрими нейтронами, но они отдают свою энергию при взаимодействии с
водородом достаточно тонкому слою (~8 см толщиной). Итак, необходим достаточно мощный заряд, в сотни килотонн,
чтобы инициировать реакцию.
Вторая проблема, будет ли термоядерное горение устойчивым и эффективным, крайне сложна для решения. В ней
участвуют множество факторов: энергообразование, вопросы переноса энергии продуктами реакции (ионами,
нейтронами, электронами), потери энергии в результате обратного комптон-эффекта и т.д.
Вскоре выяснилось, что прямой нагрев дейтерия не обеспечит условий горения и что даже атомный взрыв
недостаточно горяч для этого. Для старта потребовалось введение в смесь сверхдорогого трития. Реакция (1) должна
была обеспечить повышение температуры до условий дейтериево-дейтериевого синтеза. Наряду с крайней
непрактичностью использования трития встал дополнительный вопрос: продолжится ли горение после перехода в
чистый дейтерий? Изучение проблемы "классического супера" продолжалось всю войну и далее, до конца 1950 г.
В конце концов выяснилось что даже несмотря на большие количества трития (3-5 кг, производство которых
потребовало бы отказаться от изготовления 220-500 кг плутония), в окружающей атомный заряд стартовой дейтерийтритиевой смеси, достич стабильного термоядерного горения в таком устройстве невозможно. Сечение реакции
синтеза дейтерий-дейтерий раза в 2-3 меньше, чем то требуется для реализации "супера".
Исследования зашли в тупик.

16.

Проект №2. Схема Теллера-Улама.
В конце 50-го - начале 1951 годов Станислав Улам занимался проблемой усовершенствования делящихся ядерных зарядов.
Поскольку эффективность их целиком завязана на степени компрессии делящегося материала, он предложил использовать один
заряд атомный заряд для обжатия другого. Очень здравая идея ибо сила атомного взрыва превышает мощность химического в
миллионы раз. Это позволило бы добиться гораздо большего сжатия и эффективности.
Очень скоро он расширил эту идею до обжатия емкости с термоядерным горючим. Это было ключевым моментом - устройство
емкости с горючим в виде отдельной капсулы (второй ступени заряда) и применение атомной бомбы (на первой ступени) для
обжатия второй.
Было далеко не очевидно, что подобная конструкция может как-либо помочь в реализации термоядерного проекта. При
постоянной температуре скорость реакций в топливе возрастает линейно с ростом сжатия, так же поступает и скорость рассеяния
энергии за счет тормозного излучения. Так что баланс производства и потери энергии не меняется. По этой причине Теллер долго
считал сжатие горючего неэффективным средством для усовершенствования "классического супера".
Однако, не все физические процессы изменяются одинаково при компрессии. В то время, как производство и потери энергии
изменяется линейно с плотностью, то масштабы всей системы изменяются обратно пропорционально кубическому корню от степени
сжатия. Так, если произошла компрессия в 1000 раз, то вещество уменьшилось в размерах по каждому из трех измерений в 10 раз.
Это влечет за собой несколько важных последствий. Во-первых, термоядерное горючие находится в очень удобном для поджога
состоянии. Во-вторых, средний пробег нейтронов уменьшается в 1000 раз, а фотонов в миллион раз. Таким образом, нейтроны
разогревают узкую зону, помогая распространению области горения, а поглощение фотонов ведет к важному явлению - исключению
потерь энергии на тормозное излучение.
Улам, проделавший подобные расчеты, был ключевой фигурой в обосновании выгод от компрессии топлива. Следующим шагом
было воплощение идеи в материале. Проект Улама не содержал никаких идей по реализации сжатия капсулы с топливом энергией
атомного взрыва. Первоначальный замысел по использованию ударной волны провалился - на практике реализовать ее
фокусировку на вторую ступень практически невозможно. Эдвард Теллер предложил план получше.
Изучив перенос энергии в ходе цепной реакции деления, он обнаружил, что большая часть энергии выделяется в виде излучения,
а отнюдь не в виде кинетической энергии осколков деления. И более того, излучение справится со своей задачей быстрее и
эффективнее механического обжатия. Ключевая идея Теллера сейчас известна как схема радиационной имплозии. В краткой версии
она выглядит так.
Рентгеновские лучи, излучаемые пусковым атомным зарядом, достигают по специальному радиационному каналу капсулы из
урана (свинца) с термоядерным горючим. Уран очень активно поглощает излучение, превращается в плазму и очень сильно сжимает
горючие (до 1000 раз). Очень важно предотвратить преждевременный нагрев топлива, так как это чрезвычайно снизит степень
компрессии.
Однако даже в сжатое 1000 раз и разогретое до миллионов градусов топливо еще не способно к термоядерному горению. Хотя в
принципе проводились эксперименты, в которых внутри топлива достигалась "термоядерная" температура, при схождении волны
сжатия к центру капсулы. Если же такого разогрева не происходит, реакции надо "помочь" разгорется - путем размещения в центре
плутониевого стержня. После сжатия стержень переходит в сверхкритическое состояние и в результате реакции деления
температура повышается до нужных высот.
Совместный отчет Теллера и Улама от 09.03.51 вывел американскую программу по созданию новых бомб колоссальной мощности
на финишную прямую.

17.

Первый американский термоядерный эксперимент George
состоялся в ходе операции Greenhouse 8 мая 1951 года.
Устройство по конструкции представляло собой диск 2.6 м в
диаметре и 0.6 м толциной с просверленным осевым отверстием.
Отверстие, сжатое при взрыве до узкого канала, проводило
тепловое излучение к маленькой камере из оксида бериллия
(BeO), содержащей несколько граммов дейтериево-тритиевой
смеси при криогенной температуре.
Не только тепловое излучение разогревало капсулу до температур реакции
синтеза, давление в стенках из оксида бериллия приводит к их взрыву и
сжатию термоядерного топлива, ускоряя его возгорание. Тепловое излучение,
распространяясь быстрее фронта ударной волны, дает время произойти
реакции синтеза до того, как все поглотит огненный шар взрыва. Выход
энергии от синтеза в этом устройстве очень невелик по сравнению с выходом
энергии от деления ядер урана.
Так же во время Greenhouse была испытана бомба с термоядерным
усилением. Небольшой по мощности термоядерный заряд, находящийся
рядом с ядром осуществляет интенсивную дополнительную поставку
нейтронов в зону реакции деления. Это удваивает силу взрыва. Устройство
Item имело в качестве топлива смесь дейтерия с тритием, охлажденную до
жидкого состояния. Смесь находилась внутри ядра из обогащенного урана.
Для ускорения разработок в июле 1952 года правительство США
организовало второй оружейный ядерный центр - Ливерморскую
национальную лабораторию им. Лоуренса.
31 Октября 1952 года испытан заряд Mike, мощностью 10.4 Мт. Это было
первое устройство, созданное по принципу Теллера-Улама. Получившее
название "колбаса", это устройство весило около 80 тонн.

18.

Доведено до боевого состояния это оружие оказалось в 1954 году. Испытания прошли в ходе операции Castle. В
этом году на вооружение США поступили в ограниченном количестве первые термоядерные бомбы - огромные и
тяжелые мастодонты, предназначенные к использованию на "крайний случай". Это были: EC-16, транспортабельная
версия устройства Ivy Mike (масса 19 т, заряд 8 Мт); TX-14, первая бомба с твердым термоядерным топливом (масса
14 т, заряд 7 Мт); и EC-17, серийная версия устройства Runt I, испытанного в Castle Romeo (масса 17 т, заряд 11 Мт).
Все эти заряды изготовлены сериями по 5 шт. Кроме того, имелось 10 EC 24, прототипов Mk-17/24, один испытан в
Castle Yankee.
28 Февраля 1954 года состоялся эксперимент Bravo, 15 Мт, в котором применялось высокоэффективное
термоядерное горючее - дейтерид лития. Содержание изотопа Li6 - 40%. Это был первый американский эксперимент
с этим видом топлива. Мощность взрыва в 2.5 раза превысила ожидаемую. Такие результаты полностью изменили
программу испытаний. При этом все криогенные проекты моментально устарели. Масса заряда - 10 тонн, длина 456 см, диаметр - 137 см.
Американцы осознали перспективность нового
твердого горючего гораздо позже советских
ученых. Лишь в мае 1952 г. в Ок-Ридже
началось строительство завода по
производству Li-6, а в эксплуатацию он был
пущен только в середине 1953 г, поэтому на
момент проведения испытаний в серии Castle
наблюдался недостаток обогащенному по Li6
дейтерида лития. Это привело к испытанию
заряда на необогащенном термоядерном
топливе: Castle Romeo.
26 Марта 1954 года - Romeo (боеприпас EC17), мощность - 11 Мт. Масса заряда - 18 тонн,
длина - 570 см, диаметр - 155 см. Горючее дейтерид лития, содержание Li6 - 7.5%.
25 Апреля 1954 года испытано устройство EC-14, с
содержанием Li6 - 95%. Энерговыделение - 6.9 Мт. Масса
заряда - 12.5 тонн, длина - 386 см, диаметр - 155 см.

19.

4 Мая 1954 года произведен эксперимент Yankee (боеприпас EC-24) . Мощность взрыва - 13.5 Мт. Это
изделие было полностью аналогично испытанному в Romeo, но в нем применялся вместо природного
лития обогащенный до 40 % по Li6. Это дало прибавку мощности в 2.5 Мт.
13 Мая 1954 года состоялся эксперимент Nectar. Испытывался заряд с уменьшенными массогабаритными показателями. Масса - 2.8 т, заряд - 1.6 Мт, длина - 280, диаметр 88 сантиметров. По
сравнению с весом остальных зарядов, эта бомба выглядит совсем небольшой. Первоначально она
разрабатывалось как атомная бомба с обжатием излучением, по концепции Станислава Улама, в которой
один атомный заряд сжимает второй. Ее мощность планировалась в диапазоне сотен килотонн. Идея
сделать внешний корпус второй ступени из обогащенного урана, вместо природного была сохранена, и
проект развился до включения термоядерного горючего (дейтерида лития и тритий) для усиления
мощности. В итоге получилась радиационно обжимаемая атомная бомба с термоядерным усилением.
Проект выиграл в весе, но применение в нем дорогого и отсутствующего на тот момент в должных
количествах материала - высокообогащенного лития сдерживало производство до 55-го года.
Операция Castle - была серией испытаний прототипов новых зарядов, начавших поступать в больших
количествах в следующем, 1955 году.
Наследник Castle Nectar, Mk-15: длина - 340 - 350 см, масса - 3447 кг, заряд - 1.69 Мт (Castle Nectar), 3.8
Мт (Redwing Cherokee), производились 4/55 - 2/57; сняты 8/61 - 4/65; 1200 произведено.
Наследник Castle Romeo, Mk-17: длина - 742 см, масса 19,050 кг, заряд 15 Мт, производство 7/54 - 11/55;
сняты с вооружения 11/56 - 8/57; изготовлено 200.
Наследник Castle Bravo, Mk-21 с ядром, содержащим 95% литий-6: длина - 375 см, масса - 8029 кг, заряд
5 Мт, производились 12/55 - 7/56; сняты 6/57 - 1//57; произведено 275.
Наследник Castle Romeo, Mk-24: длина - 742 см, масса 19,050 кг, заряд 15 Мт, производство 7/54 - 11/55;
сняты с вооружения 9/56 - 10/56; изготовлено 105.
Подобные испытание открыли дорогу к дальнейшему совершенствованию термоядерного оружия уменьшению его массы, увеличению заряда. В 1956 году состоялось испытание Redwing Cherokee
(наследника Castle Nectar), прототипа бомбы Mk-15. Энерговыделение составило 3.8 Мт, масса 3.1 т,
длина - 345 см, диаметр - 88 см. Важное отличие этого заряда от испытанных ранее - он был
конструктивно оформлен в виде авиабомбы и впервые в США было произведено бомбометание
термоядерного устройства с самолета.

20.

Операция ГодМесто проведения Устройств
Trinity1945 Аламагордо, Нью-Мексико1
Hardtack I1958 Атолл Бикини, атолл Эневейтак,
остров Джонстона35
Crossroads1946 Атолл Бикини2
Argus1958 Южная атлантика3
Sandstone1948 Атолл Эневейтак3
Hardtack II1958 Невадский полигон37
Ranger1951 Невадский полигон5
Nougat1961-62 Невадский полигон32
Greenhouse1951 Атолл Эневейтак4
Dominic (с Fishbowl)1962 Остров Джонстона, остров
Рождества, Тихий океан36
Buster-Jangle1951 Невадский полигон7
Tumbler-Snapper1951 Невадский полигон8
Ivy1952 Атолл Эневейтак2
Upshot-Knothole1953 Невадский полигон11
Castle1954 Атолл Бикини, атолл Эневейтак6
Teapot1955 Невадский полигон14
Wigwam1955 Тихий океан1
Project 561955 Невадский полигон4
Redwing1956 Атолл Бикини, атолл Эневейтак17
Plumbbob1957 Невадский полигон30
Project 581957 Невадский полигон2
Project 58 A1958 Невадский полигон2
Storax (с Sunbeam и Roller Coaster)196263 Невадский полигон, полигон ВВС Nellis56