Водородная и атомная бомбы: сравнительные характеристики

Сравнение

Что в сухом остатке?

О поражающих факторах атомного взрыва знает любой школьник:

  • световое излучение;
  • ударная волна;
  • электромагнитный импульс (ЭМИ);
  • проникающая радиация;
  • радиоактивное заражение.

То же самое можно сказать и о термоядерном взрыве. Но!!! Мощь и последствия термоядерного взрыва значительно сильней, чем атомного. Приведем два общеизвестных примера.

«Малыш»: черный юмор или цинизм дяди Сэма?

Атомная бомба (кодовое имя «Малыш»), сброшенная на Хиросиму американцами, до сих пор считается «эталонным» показателем для атомных зарядов. Ее мощь примерно составила от 13 до 18 килотонн, и взрыв был идеален по всем показателям. Позже не раз проводились испытания более мощных зарядов, но не намного (20-23 килотонны). Однако они показывали результаты, мало превышающие достижения «Малыша», а потом и вовсе прекратились. Появилась более дешевая и сильная «водородная сестра», и смысла совершенствовать атомные заряды уже не было. Вот что получилось «на выходе» после взрыва «Малыша»:

  • Ядерный гриб достиг высоты 12 км, диаметр «шляпки» был около 5 км.
  • Мгновенное высвобождение энергии при ядерной реакции вызвало температуру в эпицентре взрыва 4000 °С.
  • Огненный шар: диаметр около 300 метров.
  • Ударная волна выбивала стекла на расстоянии до 19 км, а ощущалась значительно дальше.
  • Одномоментно погибло около 140 тыс. человек.

Царица всех цариц

  • Ядерный гриб вырос на 67 км в высоту и примерно 95 км был диаметр верхней «шляпки».
  • Световое излучение било на расстояние под 100 км, вызывая ожоги третьей степени.
  • Огненный клубок, или шар, разросся до 4,6 км (радиус).
  • Звуковая волна была зафиксирована на расстоянии 800 км.
  • Сейсмическая волна трижды обогнула планету.
  • Ударная волна ощущалась на расстоянии до 1000 км.
  • Электромагнитный импульс создавал мощные помехи в течение 40 минут на несколько сот километров от эпицентра взрыва.

Можно только фантазировать, что случилось бы с Хиросимой, если бы на нее был сброшен такой монстр. Скорей всего, исчез бы не только город, но и сама Страна Восходящего Солнца. Ну, а теперь приведем все, что мы рассказали, к общему знаменателю, то есть составим сравнительную таблицу.

Что такое водородная бомба?

В водородной бомбе происходит несколько другой процесс высвобождения энергии. Он основан на работе с изотопами водорода – дейтерия (тяжелый водород) и трития. Сам процесс делится на две части или, как принято говорить, является двухфазным.

Первая фаза – это когда главным поставщиком энергии является реакция расщепления тяжелых ядер дейтерида лития на гелий и тритий.

Вторая фаза – запускается термоядерный синтез на основе гелия и трития, что приводит к мгновенному нагреву внутри боевого заряда и, как следствие, вызывает мощный взрыв.

Благодаря двухфазной системе термоядерный заряд может быть какой угодно мощности.

Примечание. Описание процессов, происходящих в атомной и водородной бомбе, – далеко не полное и самое примитивное. Оно дано только для общего понимания различий между этими двумя видами оружия.

Средства доставки

Атомные боеголовки могут доставлять до цели практически современные ракеты, которые позволяют разместить внутри боеприпас.

Существует разделение средств доставки по следующим группам:

  • тактические (средства поражения воздушных, морских и космических целей), предназначены для уничтожения военной техники и человеческого ресурса противника на линии фронта и в ближайшем тылу;
  • стратегические — поражение стратегических целей (в частности, административных единиц и промышленных предприятий, находящихся в тылу противника);
  • оперативно-тактические уничтожение целей, которые находятся в диапазоне оперативной глубины.

Проникающая радиация

Ядерные реакции представляют собой источник электромагнитного излучения разного типа. В частности, оно проявляется в широком спектре в диапазоне от радиоволн до гамма-квантов, атомных ядер, нейтронов, быстрых электронов. Появляющееся излучение, именуемое проникающей радиацией, в свою очередь, порождает определенные последствия. Они свойственны только ядерному взрыву. Высокоэнергичные гамма-кванты и нейтроны в процессе взаимодействия с атомами, входящими в состав окружающего вещества, претерпевают преобразование своей стабильной формы в радиоактивные изотопы нестабильного типа с разными периодами и путями полураспада. В результате формируется так называемая наведенная радиация. Вместе с осколками ядер атомов расщепляющегося вещества либо с продуктами от термоядерного синтеза, которые остаются от взрывного устройства, получившиеся радиоактивные компоненты поднимаются в атмосферу. Далее они рассеиваются на достаточно большой территории и формируют заражение на местности. Нестабильные изотопы, сопровождающие ядерный взрыв, находятся в таком спектре, что распространение радиации может продолжаться тысячелетиями, несмотря на то что интенсивность излучения со временем снижается.

Принцип действия

В основе любого ядерного оружия лежит цепная реакция — процесс, при котором происходит цепное деление ядер атомов и выделяется мощная энергия.

Критическое состояние может быть достигнуто при наличии целого ряда факторов. Существуют вещества, способные или неспособные к цепной реакции, в частности Уран-235 и Плутоний-239, которые используются в производстве этого вида оружия.

В уране-235 деление тяжелого ядра может возбуждаться одним нейтроном, а в результате процесса появляется уже от 2 до 3 нейтронов. Таким образом, порождается цепная реакция разветвленного типа. В этом случае ее носителями являются нейтроны.

Природный уран состоит из 3 изотопов — 234, 235 и 238. Однако содержание Урана-235, необходимого для поддержания цепной реакции, всего около 0,72%. Поэтому для производственных целей проводят разделение изотопов. Альтернативным вариантом служит использование Плутония-239. Этот элемент получают искусственным путем, в процессе облучения Урана — 238 нейтронами.

При взрыве урановой или плутониевой бомбы могут быть выделены два ключевых момента:

  • непосредственный центр взрыва, где протекает цепная реакция;
  • проекция взрыва на поверхность — эпицентр.


РДС-1 в разрезе

Первые испытания бомбы

Испытание атомной бомбы, взрыв

Ядерная программа США получила название «Манхэттенский проект». Действовать начала с 17 сентября 1943 года. Первые испытания атомной бомбы в рамках данной программы прошли 16 июля 1945 года под кодовым названием «Тринити».

24 сентября 1951 года были проведены испытания РДС-2. Их уже можно было доставить до точек запуска так, чтобы они доставали до США. 18 октября была испытана РДС-3, доставляемая бомбардировщиком.

Дальнейшие испытания перешли к термоядерному синтезу. Первые испытания подобной бомбы в США прошли 1 ноября 1952 года. В СССР такая боеголовка была испытана уже через 8 месяцев.

Принцип действия

В основе любого ядерного оружия лежит цепная реакция — процесс, при котором происходит цепное деление ядер атомов и выделяется мощная энергия.

Критическое состояние может быть достигнуто при наличии целого ряда факторов. Существуют вещества, способные или неспособные к цепной реакции, в частности Уран-235 и Плутоний-239, которые используются в производстве этого вида оружия.

В уране-235 деление тяжелого ядра может возбуждаться одним нейтроном, а в результате процесса появляется уже от 2 до 3 нейтронов. Таким образом, порождается цепная реакция разветвленного типа. В этом случае ее носителями являются нейтроны.

Природный уран состоит из 3 изотопов — 234, 235 и 238. Однако содержание Урана-235, необходимого для поддержания цепной реакции, всего около 0,72%. Поэтому для производственных целей проводят разделение изотопов. Альтернативным вариантом служит использование Плутония-239. Этот элемент получают искусственным путем, в процессе облучения Урана — 238 нейтронами.

При взрыве урановой или плутониевой бомбы могут быть выделены два ключевых момента:

  • непосредственный центр взрыва, где протекает цепная реакция;
  • проекция взрыва на поверхность — эпицентр.


РДС-1 в разрезе

Конец монополии

Точное время проведения испытаний ученые рассчитали таким образом, чтобы ветер унес образовавшееся в результате взрыва радиоактивное облако в сторону малообитаемых территорий, и воздействие вредных осадков на людей и домашний скот оказалось минимальным. В результате таких вычислений исторический взрыв наметили на утро 29 августа 1949 года.

–– На юге вспыхнуло зарево и появился красный полукруг, похожий на взошедшее солнце, –– вспоминает Николай Власов. –– А через три минуты после того, как зарево угасло, а облако растворилось в предрассветной дымке, до нас дошел раскатистый грохот взрыва, похожий на отдаленный гром могучей грозы.

Бомба_14

Взрыв атомной бомбы РДС-1. 29 августа 1949 года

Фото: Музей ядерного оружия РФЯЦ-ВННИЭФ

Приехав на место срабатывания РДС-1, (см. справку) ученые могли оценить все разрушения, которые за ним последовали. По их словам, от центральной башни не осталось никаких следов, стены ближайших домов рухнули, а вода в бассейне полностью испарилась от высокой температуры.

Но эти разрушения, как это ни парадоксально, помогли установить глобальное равновесие в мире. Создание первой советской атомной бомбы положило конец монополии США на ядерное оружие. Это позволило установить паритет стратегических вооружений, который до сих пор удерживает страны от военного применения оружия, способного уничтожить всю цивилизацию.

Александр Колдобский, заместитель директора Института международных отношений НИЯУ «МИФИ», ветеран атомной энергетики и промышленности:

ИСПЫТАНИЯ

Ядерные испытания проводятся в целях общего исследования ядерных реакций, совершенствования оружейной техники, проверки новых средств доставки, а также надежности и безопасности методов хранения и обслуживания оружия. Одна из главных проблем при проведении испытаний связана с необходимостью обеспечения безопасности

При всей важности вопросов защиты от прямого воздействия ударной волны, нагрева и светового излучения первостепенное значение имеет все-таки проблема радиоактивных осадков. Пока что не создано «чистого» ядерного оружия, не приводящего к выпадению радиоактивных осадков

Испытания ядерного оружия могут проводиться в космосе, в атмосфере, на воде или на суше, под землей или под водой. Если они проводятся над землей или над водой, то в атмосферу вносится облако мелкой радиоактивной пыли, которая затем широко рассеивается. При испытаниях в атмосфере образуется зона долго сохраняющейся остаточной радиоактивности. Соединенные Штаты, Великобритания и Советский Союз отказались от атмосферных испытаний, ратифицировав в 1963 договор о запрещении ядерных испытаний в трех средах. Франция последний раз провела атмосферное испытание в 1974. Самое последнее испытание в атмосфере было проведено в КНР в 1980. После этого все испытания проводились под землей, а Францией – под океанским дном.

Приложения

О других проектах Викимедиа:

бомба A , в Викисловаре

Библиография

  • Поль Килес , Жан-Мари Коллен и Мишель Дрен, Ядерная иллюзия: скрытое лицо атомной бомбы , Париж, Издания Шарля Леопольда Майера ,2018 г., 172  с. ( ISBN  978-2-843-77213-9 ).
  • (ru) Ричард Роудс , Создание атомной бомбы , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк Место публикации не указано, Simon & Schuster Paperbacks Paw Prints,2008 г., 886  с. ( ISBN  978-1-439-50686-8 и 978-0-684-81378-3 ). Написанный журналистом, этот научный рассказ получил Пулитцеровскую премию США , Национальную книжную премию и Премию Национального круга книжных критиков .
  • Alcante (сценарий), Bollée (сценарий) и Rodier (дизайн), La Bombe , Grenoble, Glénat,2020 г., 472  с. Исторический комикс
  • Себастьян Филипп и Томас Статиус, Токсичные: расследование французских ядерных испытаний в Полинезии , Париже, PUF и Disclose,10 марта 2021 г., 192  с. ( ISBN  978-2-13-081484-9 )

Внешние ссылки

  • Авторитетные записи  :

    • ( )

Ядерное оружие

Ядерное распространение Китай  · Северная Корея  · США  · Франция  · Индия  · Израиль  · Пакистан  · Великобритания  · Россия
Государства, имеющие или имеющие ядерную программу ЮАР  · Алжир  · Бразилия  · Иран  · Ирак  · Швеция
История военной ядерной энергетики История ядерного оружия  · Гонка ядерных вооружений  · Гонка вооружений  · Разоружение  · Антиядерное движение  · Терроризм
Ядерное сдерживание Ядерная война  · Ядерное сдерживание и распространение во время холодной войны  · Ядерное сдерживание и распространение в XXI веке  · Баланс террора  · Ядерный зонтик  · Доктрина Макнамара  · Доктрина Даллеса  · Герман Кан  · Теория игр в международных отношениях
Ядерные испытания Список ядерных испытаний  · Атомный взрыв  · Ядерные  осадки · NUKEMAP
Ядерное оружие Типы ядерного оружия  · Бомба A  · Водородная бомба  · Нейтронная бомба  · Противоракетная оборона  · Баллистическая ракета  · Ядерная ракета
Ядерные договоры Список договоров о контроле и контроле над вооружениями  · Типен (1963)  · ДНЯО (1968)  · ПРО (1972)  · Salt I (1972)  · Salt II (1979)  · INF (1987)  · Start I (1991)  · CTBT (1996)  · Заклинание (2002)  · Новое начало (2010)
  • Портал военной истории
  • Портал Второй мировой войны
  • Физический портал
  • Ядерный портал

История создания ядерной бомбы

Макеты бомб «Малыш» и «Толстяк», сброшенных на японские города

Вопрос о том, кто изобрел ядерную бомбу, в истории не имеет однозначного ответа. Предпосылкой для работы над атомным оружием принято считать открытие радиоактивности урана. В 1896 году французский химик А. Беккерель открыл цепную реакцию данного элемента, положив начало разработкам в ядерной физике.

В следующее десятилетие были открыты альфа-, бета- и гамма-лучи, а также ряд радиоактивных изотопов некоторых химических элементов. Последовавшее открытие закона радиоактивного распада атома стало началом для изучения ядерной изометрии.

Однако немецкая ядерная программа была обречена на провал. Несмотря на успешное продвижение ученых, страна ввиду войны постоянно испытывала трудности с ресурсами, особенно с поставками тяжелой воды. На поздних этапах, исследования замедлялись постоянными эвакуациями. 23 апреля 1945 разработки немецких ученых были захвачены в Хайгерлохе и вывезены в США.

США стали первой страной, выразившей заинтересованность в новом изобретении. В 1941 году на его разработку и создание были выделены значительные средства. Первые испытания прошли 16 июля 1945 года. Меньше, чем через месяц, США впервые применили ядерное оружие, сбросив две бомбы на Хиросиму и Нагасаки.

Собственные исследования в области ядерной физики в СССР велись с 1918 года. Комиссия по атомному ядру была создана в 1938 году при Академии наук. Однако с началом войны ее деятельность в данном направлении была приостановлена.

В 1943 году сведения о научных трудах в ядерной физике были получены советскими разведчиками из Англии. Были внедрены агенты в несколько исследовательских центров США. Добываемые ими сведения позволили ускорить разработку собственного ядерного оружия.

Позже дата была перенесена на начало 1957 с учетом того, чтобы все страны НАТО могли подготовиться и включиться в войну. По данным западной разведки, испытание ядерного оружия в СССР могло быть проведено не раньше 1954 года.

Однако о подготовке США к войне стало известно заранее, что заставило советских ученых ускорить исследования. В короткие сроки они изобретают и создают собственную ядерную бомбу. 29 августа 1949 г. в Семипалатинске на полигоне испытана первая советская атомная бомба РДС-1 (реактивный двигатель специальный).

Подобные испытания сорвали план «Троян». С этого момента США перестали обладать монополией на ядерное оружие. Вне зависимости от силы упреждающего удара, оставался риск ответных действий, что грозило катастрофой. С этого момента самое страшное оружие стало гарантом мира между великими державами.

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки

В конце Второй мировой войны США решили продемонстрировать наличие оружие массового уничтожения. Это было единственное за всю историю применение ядерных бомб в боевых целях.

В августе 1945 года на Японию, воевавшую на стороне Германии, были сброшены ядерные боеголовки. Города Хиросима и Нагасаки были практически полностью снесены с лица земли. Записи свидетельствуют, что в Хиросиме погибло около 166 тысяч человек, а в Нагасаки — 80 тысяч. Однако огромное количество японцев, пострадавших от взрыва умерло через некоторое время после бомбардировки или продолжали болеть еще долгие годы. Это связано с тем, что проникающая радиация вызывает нарушения всех систем человеческого организма.

На тот момент понятия о радиоактивном загрязнении поверхности земли не существовало, поэтому люди продолжали находиться на территории, подвергшейся облучению. Высокую смертность, генетические уродства у новорожденных и развитие онкологических заболеваний тогда не связывали со взрывами.

Первая ядерная бомба отечественного производства

Через год, после своих главных конкурентов (США), СССР проводит собственные исследования, разработки и, в конечном итоге, 12-го августа 1953 года было взорвано первое советское ядерное оружие. Это была водородная бомба, которую взорвали по схеме “слойка”.

График накопления ядерного вооружения во время Ядерной гонки

В отличие от американских ученых, советские разработали готовый к практическому применению продукт. РДС-6с — так назвали водородную бомбу. 

Как вы относитесь к созданию ядерного оружия?

ПозитивноНегативно

Над ее изготовлением трудились группы под четким руководством А. Сахарова и Ю. Харитона. Разработки начались еще в 1945 году. Ученые остановили свой выбор на схеме “слойка” (ядерный заряд окруженный слоями легких и тяжелых металлов).

Подготовка к испытанию смертельно оружия.

Операцию по сборке водородной бомбы под наблюдением Ю. Харитонова проводили Н. Духов, Д. Фишман, Н. Терлецкий и другие советские ученые.

Тем временем подготовка происходила и на полигоне, где собирались взорвать бомбу. Там установили военную технику, измерительные приборы, киносъемочные станции, самолеты.

Первая советская атомная бомба

Впервые были применены вакуумные сборники радиохимических проб. Их особенность в том, что они автоматически открывались после действия ударной волны.

Нашим ученым хотелось знать все. Как выглядит облако на самом деле, как ударная волна действует на летящий самолет и другое. Поэтому во время испытаний было установлено около 500 киносъемочных станций, специальные самолеты в воздухе.

Мнение эксперта
Исаак Якович Зельдер
Советский астрофизик, физохимик, доктор физико-математических наук, Академик АН СССР, конструктор, инженер. Герой Социалистического труда СССР.

Запуск водородной бомбы происходил дистанционно. Все, что требовалось — это нажать на кнопку. Люди, которые занимались взрывом, сидели в специально подготовленном бункере. Бомбу расположили на стальной башне, на высоте 30 метров. Все следы прошлых испытаний были тщательно уничтожены.

Начало конца

Сигнал на подрыв был передан 12 августа 1953 года в 7:30 по местному времени.

Ядерная вспышка во время испытаний

Вспышка ослепила своей яркостью все вокруг. Ударная волна моментально разрушила все на расстоянии 4 км. Она была настолько сильной, что отбросила железнодорожный мост на 200 метров. Радиоактивные компоненты быстро распространились. Опасное облако разделилось на 3 части и двигалось в сторону Байкала, Омска и Алтайского края.

Особенности первой водородной бомбы.

Во-первых, она была создана с помощью сухого термоядерного горючего, что стало серьезным прорывом и заявлением США.

Во-вторых, это первое компактное ядерное оружие. Бомба поместилась на борту одного из бомбардировщиков.

В-третьих, эта советская разработка имела на то время самую большую мощность.

В Саратовском музее истории ядерного оружия баллистический корпус РДС-6с стоит на почетном центральном месте

РДС-6с принесла своим разработчикам много государственных наград. А главный идеолог и куратор этого проекта А. Сахаров получил место академика в Академии Наук СССР.

Обогнали Америку

Мнение эксперта
Кобельман Давид Борисович
Советский и российский учёный, специалист в области астрофизики физики гравитирующих систем. Профессор, Герой Социалистического труда, лауреат Ленинской премии.

В США часто оспаривали правильность схемы советских ученых. Хотя Америка на испытание имела бомбу размером с трехэтажный дом.

В скором времени они признают рациональность схемы “Слойка” и проведут несколько испытаний, которые покажут всю силу ударной волны при использовании данной схемы взрыва.

Гонка продолжается

В ответ на советский успех, Америка создала свою обновленную схему взрыва. Двухступенчатая схема Таллера-Улама. В результате взрыва они получили огромную мощность.

Схема термоядерной боеголовки США

Наши ученые разгадали секрет только спустя целый год (1954). Они быстро начали исследование и уже в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испробована бомба в основе которой был секретный ингредиент, который им удалось разгадать — дейтерид лития-6.

https://youtube.com/watch?v=6zl_aKfB5og

Термоядерное оружие

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

Атомная бомба

В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития. Для образования гелия используется, в основном, тяжелый водород – дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру – один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.

Принципиальная схема водородной бомбы такова. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твердого сплава, твердой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до высоких температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Однако, в процессе создания водородных бомб было установлено, что непрактично использовать изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает слишком большой вес (более 60 т.), из-за чего нельзя было и думать об использовании таких зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах любой дальности. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его длительное хранение.

В ходе исследования 2 вышеуказанные проблемы были решены. Жидкие изотопы водорода были заменены твердым химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило значительно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Кроме того, гидрид лития был использован вместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись все новые и новые его образцы, была создана водородно- урановая бомба, а также некоторые ее разновидности – сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создания так называемой «чистой» водородной бомбы.