Как работят ядрените оръжия. Кой е изобретил атомната бомба? Историята на изобретяването и създаването на съветската атомна бомба

Стотици хиляди известни и забравени оръжейници от древността се биеха в търсене на идеалното оръжие, способно да изпари вражеската армия с едно щракване. Периодично в приказките може да се намери следа от тези търсения, които повече или по-малко правдоподобно описват чудодейния меч или лък, който удря без пропуск.

За щастие, технологичният прогрес се движеше толкова бавно за дълго време, че истинското въплъщение на разбиващите оръжия остана в сънищата и устните истории, а по-късно и на страниците на книгите. Научно-технологичният скок на 19-ти век създава условия за създаване на основната фобия на 20-ти век. Ядрената бомба, създадена и изпробвана в реални условия, революционизира както военните дела, така и политиката.

Историята на създаването на оръжия

Дълго време се смяташе, че най-мощните оръжия могат да бъдат създадени само с помощта на експлозиви. Откритията на учени, работещи с най-малките частици, дадоха научна обосновка за факта, че с помощта на елементарни частициможе да генерира огромна енергия. Първият от поредицата изследователи може да се нарече Бекерел, който през 1896 г. открива радиоактивността на урановите соли.

Самият уран е известен от 1786 г., но по това време никой не подозира за неговата радиоактивност. Работата на учените в края на 19-ти и 20-ти век разкрива не само специални физични свойства, но и възможността за получаване на енергия от радиоактивни вещества.

Вариантът за производство на оръжия на базата на уран е описан за първи път в детайли, публикуван и патентован от френските физици, съпрузите Жолио-Кюри през 1939 г.

Въпреки стойността на оръжията, самите учени бяха категорично против създаването на такова опустошително оръжие.

След като преминаха през Втората световна война в Съпротивата, през 50-те години на миналия век, съпрузите (Фредерик и Ирен), осъзнавайки разрушителната сила на войната, се застъпват за общото разоръжаване. Те се подкрепят от Нилс Бор, Алберт Айнщайн и други видни физици от онова време.

Междувременно, докато Жолио-Кюри бяха заети с проблема на нацистите в Париж, от другата страна на планетата, в Америка, се разработваше първият в света ядрен заряд. Робърт Опенхаймер, който ръководи работата, получи най-широките правомощия и огромни ресурси. Краят на 1941 г. е белязан от началото на проекта Манхатън, който в крайна сметка води до създаването на първия боен ядрен заряд.

В град Лос Аламос, Ню Мексико, са построени първите производствени мощности за производство на оръжейен уран. В бъдеще едни и същи ядрени центрове се появяват в цялата страна, например в Чикаго, в Оук Ридж, Тенеси, изследванията са проведени и в Калифорния. В създаването на бомбата бяха хвърлени най-добрите сили на професорите от американските университети, както и на избягалите от Германия физици.

В самия „Трети райх“ започна работа по създаването на нов вид оръжие по начин, характерен за фюрера.

Тъй като Обсебеният се интересуваше повече от танкове и самолети и колкото повече, толкова по-добре, той не виждаше голяма нужда от нова бомба-чудо.

Съответно проектите, които не са подкрепени от Хитлер, в най-добрия случай се движат с бързината на охлюв.

Когато започна да се пече и се оказа, че танковете и самолетите са погълнати от Източния фронт, новото чудо-оръжие получи подкрепа. Но беше твърде късно, в условията на бомбардировки и постоянен страх от съветски танкови клинове, не беше възможно да се създаде устройство с ядрен компонент.

съветски съюзбеше по-внимателен към възможността за създаване на нов вид разрушително оръжие. В предвоенния период физиците събират и обобщават общи знания за ядрената енергия и възможността за създаване на ядрени оръжия. Разузнаването работи усилено през целия период на създаването на ядрената бомба както в СССР, така и в САЩ. Войната изигра значителна роля за ограничаване на темпа на развитие, тъй като огромни ресурси отиваха на фронта.

Вярно е, че академик Курчатов Игор Василиевич с характерната си упоритост насърчава работата на всички подчинени звена и в тази посока. Поглеждайки малко напред, той ще бъде този, който ще бъде инструктиран да ускори разработването на оръжия в лицето на заплахата от американски удар по градовете на СССР. Именно той, който стоеше в чакъла на огромна машина от стотици и хиляди учени и работници, щеше да бъде удостоен с почетното звание баща на съветската ядрена бомба.

Първият тест в света

Но да се върнем към американската ядрена програма. До лятото на 1945 г. американски учени успяват да създадат първата в света ядрена бомба. Всяко момче, което си е направило или си е купило мощна петарда в магазин, изпитва необикновени мъки, искайки да я взриви възможно най-скоро. През 1945 г. стотици американски военни и учени преживяват същото.

На 16 юни 1945 г. в пустинята Аламогордо, Ню Мексико, са извършени първите изпитания на ядрено оръжие в историята и една от най-мощните експлозии по това време.

Очевидци, наблюдаващи детонацията от бункера, бяха поразени от силата, с която зарядът избухна на върха на 30-метрова стоманена кула. Отначало всичко беше залято със светлина, няколко пъти по-силна от слънцето. Тогава огнено кълбо се издигна в небето, превръщайки се в стълб от дим, който се оформи в известната гъба.

Веднага след като прахът се утаи, изследователи и производители на бомби се втурнаха към мястото на експлозията. Те наблюдаваха последствията от оловни танкове Шърман. Това, което видяха, ги стресна, никое оръжие не би причинило такива щети. Пясъкът на места се стопи до стъкло.

Открити са и малки останки от кулата във фуния с огромен диаметър, осакатени и фрагментирани структури ясно илюстрират разрушителната сила.

Въздействащи фактори

Тази експлозия даде първата информация за силата на новото оръжие, за това как то може да унищожи врага. Това са няколко фактора:

светлинно излъчване, светкавица, която може да заслепи дори защитени органи на зрението;
ударна вълна, плътен въздушен поток, движещ се от центъра, разрушаващ повечето сгради;
електромагнитен импулс, който деактивира по-голямата част от оборудването и не позволява използването на комуникации за първи път след експлозията;
проникващата радиация, най-опасният фактор за тези, които са намерили убежище от други увреждащи фактори, се разделя на алфа-бета-гама лъчение;
радиоактивно замърсяване, което може да повлияе неблагоприятно на здравето и живота в продължение на десетки или дори стотици години.

По-нататъшното използване на ядрени оръжия, включително в бой, показа всички характеристики на въздействието върху живите организми и природата. 6 август 1945 г. е последният ден за десетки хиляди жители на малкия град Хирошима, известен тогава с няколко важни военни съоръжения.

Резултатът от войната в Тихия океан беше предрешен, но Пентагонът смяташе, че операцията в японския архипелаг ще струва повече от милион живота на американски морски пехотинци. Решено е да се убият няколко птици с един удар, да се изтегли Япония от войната, да се спести десантната операция, да се изпробват нови оръжия в действие и да се обявят на целия свят и преди всичко на СССР.

В един часа през нощта самолетът, на борда на който се намираше ядрената бомба "Хлапето", излита на мисия.

Бомба, хвърлена над града, избухна на около 600 метра надморска височина в 8,15 часа сутринта. Унищожени са всички сгради, разположени на 800 метра от епицентъра. Оцелели стените само на няколко сгради, предназначени за 9-точково земетресение.

От всеки десет души, които са били в момента на експлозията в радиус от 600 метра, само един може да оцелее. Светлинната радиация превръща хората във въглища, оставяйки следи от сянка върху камъка, тъмен отпечатък на мястото, където е бил човекът. Последвалата взривна вълна беше толкова силна, че успя да избие стъкло на разстояние 19 километра от мястото на експлозията.

Плътна струя въздух извади един тийнейджър от къщата през прозореца, кацайки, човекът видя как стените на къщата се сгъват като карти. Взривната вълна беше последвана от огнен вихър, който унищожи онези няколко жители, които оцеляха след експлозията и нямаха време да напуснат зоната на пожара. Тези, които са били на разстояние от експлозията, започват да изпитват тежко неразположение, причината за което първоначално е неясна за лекарите.

Много по-късно, няколко седмици по-късно, е въведен терминът "радиационно отравяне", сега известен като лъчева болест.

Повече от 280 хиляди души станаха жертви само на една бомба, както директно от експлозията, така и от последващи заболявания.

Бомбардировките на Япония с ядрени оръжия не приключиха дотук. Според плана трябваше да бъдат ударени само четири до шест града, но метеорологичните условия позволиха да се удари само Нагасаки. В този град повече от 150 хиляди души станаха жертви на бомбата на Дебелия човек.

Обещанията на американското правителство да извърши такива удари преди капитулацията на Япония доведоха до примирие, а след това и до подписване на споразумение, което приключи световна война. Но за ядрените оръжия това беше само началото.

Най-мощната бомба в света

следвоенен периодбе белязана от конфронтацията на блока на СССР и съюзниците със САЩ и НАТО. През 40-те години на миналия век американците сериозно обмислят да атакуват Съветския съюз. За да се овладее бившият съюзник, беше необходимо да се ускори работата по създаването на бомба и още през 1949 г., на 29 август, монополът на САЩ в ядрените оръжия приключи. По време на надпреварата във въоръжаването най-голямо внимание заслужават два теста на ядрени бойни глави.

Атолът Бикини, известен преди всичко с несериозните бански костюми, през 1954 г. буквално гръмна по целия свят във връзка с изпитания на ядрен заряд със специална мощност.

Американците, решили да изпробват нов дизайн на атомно оръжие, не изчислиха заряда. В резултат на това експлозията се оказа 2,5 пъти по-мощна от планираната. Жителите на близките острови, както и вездесъщите японски рибари бяха атакувани.

Но това не беше най-мощната американска бомба. През 1960 г. е пусната на въоръжение ядрената бомба B41, която не преминава пълноценни тестове заради мощността си. Силата на заряда беше изчислена теоретично, страхувайки се да взриви такова опасно оръжие на тренировъчната площадка.

Съветският съюз, който обичаше да бъде първият във всичко, преживя през 1961 г., наречен по различен начин „майката на Кузкин“.

В отговор на ядрения шантаж на Америка съветските учени създадоха най-мощната бомба в света. Тестван на Нова Земля, той остави своя отпечатък в почти всяко кътче на земното кълбо. Според мемоарите по време на експлозията в най-отдалечените кътчета е било усетено леко земетресение.

Взривната вълна, разбира се, след като загуби цялата си разрушителна сила, успя да обиколи Земята. Към днешна дата това е най-мощната ядрена бомба в света, създадена и изпитана от човечеството. Разбира се, ако ръцете му бяха развързани, ядрената бомба на Ким Чен-ун щеше да бъде по-мощна, но той няма Нова Земя, за да я тества.

Устройство за атомна бомба

Помислете за едно много примитивно, чисто за разбиране, устройство на атомната бомба. Има много класове атомни бомби, но помислете за трите основни:

уран на базата на уран 235 за първи път експлодира над Хирошима;
плутоний, базиран на плутоний 239, взривен за първи път над Нагасаки;
термоядрен, понякога наричан водород, на основата на тежка вода с деутерий и тритий, за щастие, не е бил използван срещу населението.

Първите две бомби се основават на ефекта от делене на тежки ядра на по-малки чрез неконтролирана ядрена реакция с освобождаване на огромно количество енергия. Третият се основава на сливането на водородни ядра (или по-скоро неговите изотопи на деутерий и тритий) с образуването на хелий, който е по-тежък спрямо водорода. При същото тегло на бомба разрушителният потенциал на водородната бомба е 20 пъти по-голям.

Ако за урана и плутония е достатъчно да се събере маса, по-голяма от критичната (при която започва верижна реакция), то за водорода това не е достатъчно.

За надеждно свързване на няколко парчета уран в едно се използва ефектът на пистолета, при който по-малки парчета уран се изстрелват към по-големите. Може да се използва и барут, но за надеждност се използват взривни вещества с малка мощност.

В плутониевата бомба около плутониеви блокове се поставят експлозиви, за да се създадат необходимите условия за верижна реакция. Благодарение на кумулативния ефект, както и на неутронния инициатор, разположен в самия център (берилий с няколко милиграма полоний), се постигат необходимите условия.

Има главен заряд, който не може да избухне сам, и предпазител. За да се създадат условия за сливане на ядра на деутерий и тритий, са необходими поне в един момент налягания и температури, немислими за нас. Това, което се случва след това, е верижна реакция.

За да създаде такива параметри, бомбата включва конвенционален, но с ниска мощност ядрен заряд, който е предпазителят. Подкопаването му създава условия за започване на термоядрена реакция.

За оценка на мощността на атомна бомба се използва т. нар. "тротилов еквивалент". Експлозията е отделяне на енергия, най-известният експлозив в света е тротил (TNT - trinitrotoluene) и всички нови видове експлозиви са приравнени към него. Бомба "Хлапе" - 13 килотона тротил. Това е еквивалентно на 13000.

Бомба "Дебелия човек" - 21 килотона, "Цар бомба" - 58 мегатона тротил. Страшно е да си представим 58 милиона тона експлозиви, концентрирани в маса от 26,5 тона, толкова е забавна тази бомба.

Опасността от ядрена война и катастрофи, свързани с атома

Появявайки се в разгара на най-ужасната война на ХХ век, ядрените оръжия се превърнаха в най-голямата опасност за човечеството. Веднага след Втората световна война започва Студената война, която няколко пъти почти ескалира в пълноценен ядрен конфликт. Заплахата от използването на ядрени бомби и ракети от поне една страна започва да се обсъжда още през 50-те години на миналия век.

Всички разбраха и разбират, че в тази война не може да има победители.

За ограничаване се полагат и се полагат усилия на много учени и политици. Чикагският университет, използвайки мнението на поканени ядрени учени, включително нобелови лауреати, настройва часовника на съдния ден няколко минути преди полунощ. Полунощ означава ядрен катаклизъм, началото на нова световна война и унищожаването на стария свят. В различните години стрелките на часовника се колебаеха от 17 до 2 минути до полунощ.

Има и няколко големи аварии, възникнали в атомните електроцентрали. Тези катастрофи имат косвено отношение към оръжията, атомните електроцентрали все още се различават от ядрените бомби, но те перфектно показват резултатите от използването на атома за военни цели. Най-големият от тях:

1957 г., авария в Кищим, поради повреда в системата за съхранение, възникна експлозия близо до Кищим;
1957 г., Великобритания, в северозападната част на Англия, сигурността не е проверена;
1979 г., САЩ, поради ненавременно открит теч, възникна експлозия и изпускане от атомна електроцентрала;
1986 г., трагедия в Чернобил, експлозия на 4-ти енергоблок;
2011 г., инцидент на гара Фукушима, Япония.

Всяка една от тези трагедии остави тежък печат върху съдбата на стотици хиляди хора и превърна цели региони в нежилищни зони със специален контрол.

Имаше инциденти, които едва не струваха началото на ядрена катастрофа. Съветските атомни подводници многократно са имали на борда аварии, свързани с реактори. Американците хвърлиха бомбардировача Superfortress с две ядрени бомби Mark 39 на борда, с капацитет 3,8 мегатона. Но „системата за сигурност“, която работеше, не позволи на зарядите да взривят и катастрофата беше избегната.

Ядрени оръжия в миналото и настоящето

Днес на всеки е ясно, че ядрена война ще унищожи съвременното човечество. Междувременно желанието да притежават ядрени оръжия и да влязат в ядрения клуб, или по-скоро да се блъснат в него, като ритат вратата, все още преследва умовете на някои държавни лидери.

Индия и Пакистан произволно създадоха ядрени оръжия, израелците крият наличието на бомбата.

За някои притежаването на ядрена бомба е начин да докажат значението си на международната арена. За други това е гаранция за ненамеса на крилата демокрация или други фактори отвън. Но основното е, че тези акции не влизат в бизнес, за който наистина са създадени.

Видео

Историята на създаването на атомната бомба и по-специално на оръжията започва през 1939 г. с откритието, направено от Жолио Кюри. От този момент учените разбраха, че урановата верижна реакция може да се превърне не само в източник на огромна енергия, но и в ужасно оръжие. И така, в основата на устройството на атомната бомба е използването ядрена енергияосвободен в ядрена верижна реакция.

Последното предполага процес на делене на тежки ядра или синтез на леки ядра. В резултат на това атомната бомба е оръжие за масово унищожение, поради факта, че за най-кратък период от време се освобождава огромно количество вътрешноядрена енергия в малко пространство. С това въвеждане на този процес е обичайно да се отделят две ключови места.

Първо, това е центърът на ядрена експлозия, където този процес. И второ, това е епицентърът, който по своята същност представлява проекцията на самия процес върху повърхността (земя или вода). Също така, ядрена експлозия освобождава такова количество енергия, че се появяват сеизмични трусове, когато се проектира върху земята. А обхватът на разпространение на такива вибрации е невероятно голям, въпреки че причиняват осезаеми щети на околната среда само на разстояние само няколкостотин метра.

Освен това си струва да се отбележи, че ядрена експлозия е придружена от отделяне на голямо количество топлина и светлина, което образува ярка светкавица. Нещо повече, по силата си той надвишава многократно мощността на слънчевите лъчи. По този начин могат да се получат светлинни и топлинни щети дори на разстояние от няколко километра.

Но един изключително опасен вид удар на атомна бомба е радиацията, която се произвежда при ядрена експлозия. Продължителността на въздействието на това явление е ниска и е средно 60 секунди, но проникващата сила на тази вълна е невероятна.

По отношение на устройството на атомната бомба, тя включва цяла линия различни компоненти. По правило се разграничават два основни елемента на този тип оръжие: тялото и системата за автоматизация.

Тялото съдържа ядрен заряд и автоматизация и той е този, който изпълнява защитна функциякъм различни видовеефекти (механични, термични и др.). А ролята на системата за автоматизация е да гарантира, че експлозията се случва в ясно определено време, а не по-рано или по-късно. Системата за автоматизация се състои от такива системи като: аварийна детонация; защита и взвеждане; източник на енергия; детонационни и детонационни сензори.

Но атомните бомби се доставят с балистични, крилати и зенитни ракети. Тези. ядрените оръжия могат да бъдат елемент от въздушна бомба, торпедо, противопехотна мина и т.н.

И дори детонационните системи за атомна бомба могат да бъдат различни. Един от най прости системие инжекция, когато тласъкът за ядрена експлозия е снаряд, удрящ цел, последвано от образуване на свръхкритична маса. Именно към този тип атомна бомба принадлежеше първата взривена бомба над Хирошима през 1945 г., съдържаща уран. За разлика от това, бомбата, хвърлена върху Нагасаки през същата година, е плутониева.

След толкова ярка демонстрация на силата и силата на атомните оръжия, те моментално попаднаха в категорията на най-опасните средства за масово унищожение. Говорейки за видовете атомни оръжия, трябва да се спомене, че те се определят от размера на калибъра. Така че в момента има три основни калибъра за това оръжие, това са малък, голям и среден. Силата на експлозията най-често се характеризира с еквивалента на TNT. Така, например, малък калибър на атомно оръжие предполага мощност на заряд, равна на няколко хиляди тона тротил. И по-мощно атомно оръжие, по-точно среден калибър, вече възлиза на десетки хиляди тона тротил и накрая последното вече се измерва в милиони. Но в същото време не бива да се бърка понятието за атомни и водородни оръжия, които по принцип се наричат ядрени оръжия. Основната разлика между атомните оръжия и водородните оръжия е реакцията на ядрено делене на редица тежки елементи, като плутоний и уран. А водородните оръжия означават процеса на сливане на ядрата на атомите на един елемент в друг, т.е. хелий от водород.

Първо изпитание на атомна бомба

Първото изпитание на атомно оръжие е извършено от американските военни на 16 юли 1945 г. на място, наречено Алмогордо, което показва пълната сила на атомната енергия. След това атомните бомби, с които разполагат американските сили, бяха натоварени на военен кораб и изпратени до бреговете на Япония. Отказът на японското правителство от мирен диалог даде възможност да се демонстрира в действие пълната мощ на атомните оръжия, жертви на които първо бяха град Хирошима, а малко по-късно Нагасаки. И така, на 6 август 1945 г. за първи път бяха използвани атомни оръжия срещу цивилни, в резултат на което градът беше практически изтрит до земята от ударни вълни. Повече от половинатаЖителите на града загиват за първи път в дните на атомната атака и са общо около двеста и четиридесет хиляди души. И само четири дни по-късно два самолета напуснаха американската военна база наведнъж с опасно добрина борда, чиито цели бяха Кокура и Нагасаки. И ако Кокура, покрита с непроницаем дим, беше трудна цел, то в Нагасаки целта беше улучена. В крайна сметка, от атомната бомба в Нагасаки през първите дни, 73 хиляди души загинаха от наранявания и излагане на тези жертви, беше добавен списък с тридесет и пет хиляди души. В същото време смъртта на последните жертви беше доста болезнена, тъй като ефектът от радиацията е невероятно разрушителен.

Фактори за унищожаване на атомни оръжия

По този начин атомните оръжия имат няколко вида унищожаване; светлина, радиоактивна, ударна вълна, проникваща радиация и електромагнитен импулс. В образованието светлинно излъчванеслед експлозията на ядрено оръжие, което по-късно се превръща в разрушителна топлина. Следва ред на радиоактивното замърсяване, което е опасно само за първи път часове след експлозията. Ударната вълна се счита за най-опасния етап на ядрена експлозия, тъй като за секунди причинява големи щети на различни сгради, оборудване и хора. Но проникващата радиация е много опасна за човешкото тяло и често става причина за лъчева болест. Електромагнитният импулс удря техниката. Взето заедно, всичко това прави ядрените оръжия много опасни.

Нека да разгледаме някои типични бойни глави (в действителност може да има разлики в дизайна). Това е конус, изработен от леки здрави сплави - обикновено титан. Вътре има прегради, рамки, силова рамка - почти като в самолет. Силовата рамка е покрита със здрава метална обвивка. На кожата се нанася дебел слой топлозащитно покритие. Прилича на древна неолитна кошница, щедро намазана с глина и изгорена при първите опити на човека с топлина и керамика. Приликата се обяснява лесно: и кошницата, и бойната глава ще трябва да устоят на външната топлина.

Бойна глава и нейното пълнене

Вътре в конуса, фиксирани върху техните "седалки", има двама основни "пътници", за които всичко се стартира: термоядрен заряд и блок за управление на заряда или блок за автоматизация. Те са невероятно компактни. Устройството за автоматизация е с размер на петлитров буркан кисели краставици, а зарядът е с размер на обикновена градинска кофа. Тежък и тежък, съединението на кутия и кофа ще експлодира с триста и петдесет до четиристотин килотона. Двама пътници са свързани помежду си чрез връзка, като сиамски близнаци, и чрез тази връзка те постоянно си разменят нещо. Техният диалог продължава през цялото време, дори когато ракетата е на бойно дежурство, дори когато тези близнаци току-що се транспортират от завода-производител.

Има и трети пътник - блок за измерване на движението на бойна глава или като цяло за управление на нейния полет. В последния случай работните органи за управление са вградени в бойната глава, което ви позволява да променяте траекторията. Например, изпълнителни пневматични системи или прахови системи. А също и бордова електрическа мрежа с източници на захранване, комуникационни линии със степен, под формата на защитени проводници и конектори, защита срещу електромагнитен импулс и система за контрол на температурата - поддържане на желаната температура на зареждане.

На снимката - етапът на размножаване на ракетата MX (Peacekeeper) и десет бойни глави. Тази ракета отдавна е изтеглена от въоръжение, но бойните глави все още се използват същите (и дори по-старите). Американците са инсталирали балистични ракети с множество бойни глави само на подводници.

След като напуснат автобуса, бойните глави продължават да набират височина и едновременно с това се втурват към целите. Те се издигат до най-високите точки на траекториите си и след това, без да забавят хоризонталния си полет, започват да се плъзгат надолу все по-бързо. На точно сто километра над морското равнище всяка бойна глава пресича официално определената човешка граница на космическото пространство. Атмосфера напред!

електрически вятър

Отдолу, пред бойната глава, имаше огромен, контрастно блестящ от страхотни високи височини, покрит със синя кислородна мъгла, покрит с аерозолни суспензии, безграничният и безкраен пети океан. Завъртайки се бавно и едва забележимо от остатъчния ефект от отделянето, бойната глава продължава спускането си по лека траектория. Но тогава един много необичаен бриз леко дръпна към нея. Той го докосна малко - и стана забележим, покри тялото с тънка, назад вълна от бледо синьо-бяло сияние. Тази вълна е спираща дъха високотемпературна, но все още не изгаря бойната глава, тъй като е твърде безтелесна. Вятърът, който духа над бойната глава, е електропроводим. Скоростта на конуса е толкова висока, че с удара си буквално смачква въздушните молекули на електрически заредени фрагменти и настъпва ударна йонизация на въздуха. Този плазмен бриз се нарича хиперзвуков поток с висок Мах и скоростта му е двадесет пъти по-голяма от скоростта на звука.

Поради голямото разреждане полъхът е почти незабележим през първите секунди. Нараствайки и уплътнявайки се с задълбочаване в атмосферата, в началото тя затопля повече, отколкото оказва натиск върху бойната глава. Но постепенно започва да притиска конуса си със сила. Потокът обръща носа на бойната глава напред. Не се обръща веднага - конусът се люлее леко напред-назад, като постепенно забавя трептенията си и накрая се стабилизира.

Топлина на хиперзвук

Кондензирайки при спускането си, потокът оказва все по-голям натиск върху бойната глава, забавяйки нейния полет. При забавяне температурата постепенно намалява. От огромни стойностиначалото на входа, бяло-синьо сияние от десетки хиляди келвини, до жълто-бяло сияние от пет до шест хиляди градуса. Това е температурата на повърхностните слоеве на Слънцето. Сиянието става ослепително, защото плътността на въздуха бързо се увеличава, а с него и топлинният поток в стените на бойната глава. Топлинният щит се овъглява и започва да гори.

Изобщо не гори от триене във въздуха, както често се казва неправилно. Поради огромната хиперзвукова скорост на движение (сега петнадесет пъти по-бърза от звука) във въздуха от горната част на корпуса се отклонява друг конус - ударна вълна, сякаш обхваща бойна глава. Входящият въздух, попадайки в конуса на ударната вълна, моментално се уплътнява многократно и плътно се притиска към повърхността на бойната глава. От спазматична, мигновена и многократна компресия, температурата му веднага скача до няколко хиляди градуса. Причината за това е лудата скорост на случващото се, трансцендентният динамизъм на процеса. Газодинамичното компресиране на потока, а не триенето, е това, което сега загрява страните на бойната глава.

Най-лошото от всички сметки за лъка. Там се образува най-голямо уплътняване на насрещния поток. Зоната на това уплътнение леко се придвижва напред, сякаш се отделя от тялото. И се държи напред, под формата на дебела леща или възглавница. Тази формация се нарича "откъснала лъкова ударна вълна". Той е няколко пъти по-дебел от останалата част от повърхността на конуса на ударната вълна около бойната глава. Фронталното притискане на насрещния поток е най-силно тук. Следователно, в откъсната лък ударна вълна, най-високата температура и най-много висока плътносттоплина. Това малко слънце изгаря носа на бойната глава по лъчист начин - подчертавайки, излъчвайки топлина от себе си директно в носа на корпуса и причинявайки силно изгаряне на носа. Следователно има най-дебел слой термична защита. Това е ударната вълна на главата, която осветява в тъмна нощ района на много километри около летяща в атмосферата бойна глава.

Бокам става доста неподсладен. Сега също се пържат с непоносимо излъчване от ударната вълна на главата. И изгаря горещ сгъстен въздух, който се е превърнал в плазма от раздробяването на молекулите му. При такава висока температура обаче въздухът се йонизира и просто от нагряване - молекулите му се разпадат на части от топлината. Оказва се смес от ударна йонизация и температурна плазма. Чрез действието си на триене тази плазма смила горящата повърхност на термичния щит, сякаш с пясък или шкурка. Възниква газодинамична ерозия, която поглъща топлозащитното покритие.

По това време бойната глава преминава горната граница на стратосферата - стратосферата - и навлиза в стратосферата на височина от 55 км. Сега се движи с хиперзвукова скорост десет до дванадесет пъти по-бърза от звука.

Нечовешко претоварване

Силното парене променя геометрията на носа. Потокът, подобно на скулпторско длето, изгаря заострена централна издатина в носната обвивка. Други характеристики на повърхността се появяват поради неравномерно изгаряне. Промените във формата водят до промени в потока. Това променя разпределението на налягането сгъстен въздухвърху повърхността на бойната глава и температурното поле. Има вариации в силовия ефект на въздуха спрямо изчисления поток наоколо, което причинява отклонение на точката на падане - образува се пропуск. Нека да е малък – да кажем, двеста метра, но небесният снаряд ще удари ракетния силоз на противника с отклонение. Или изобщо няма да удари.

В допълнение, моделът на повърхностите на ударната вълна, вълната на главата, наляганията и температурите непрекъснато се променят. Скоростта постепенно намалява, но плътността на въздуха нараства бързо: конусът пада все по-ниско в стратосферата. Поради неравномерни налягания и температури на повърхността на бойната глава, поради бързината на промените им, могат да възникнат термични удари. От топлозащитното покритие те са в състояние да отчупят парчета и парчета, което въвежда нови промени в модела на потока. И увеличава отклонението на точката на падане.

В същото време бойната глава може да навлезе в спонтанно често люлеене с промяна в посоката на това люлеене от „горе-надолу” към „дясно-ляво” и обратно. Тези собствени трептения създават локални ускорения в различни частибойни глави. Ускоренията варират по посока и величина, което усложнява удара, изпитван от бойната глава. Тя получава повече натоварвания, асиметрия на ударни вълни около себе си, неравномерни температурни полета и други малки прелести, които моментално прерастват в големи проблеми.

Но и насрещният поток не се изчерпва с това. Поради толкова мощно налягане на насрещния сгъстен въздух, бойната глава изпитва огромен спирачен ефект. Има голямо отрицателно ускорение. Бойната глава с всички вътрешности е в бързо нарастващо претоварване и е невъзможно да се предпази от претоварване.

Астронавтите не изпитват такива g-сили по време на спускане. Пилотираното превозно средство е по-малко рационализирано и не е запълнено толкова плътно, колкото бойната глава. Астронавтите не бързат да се спускат бързо. Бойната глава е оръжие. Тя трябва да достигне целта възможно най-скоро, преди да бъде свалена. И колкото по-трудно е да го прихванете, толкова по-бързо лети. Конусът е фигурата на най-добрия свръхзвуков поток. След като поддържа висока скорост към по-ниските слоеве на атмосферата, бойната глава среща много голямо забавяне там. Ето защо имаме нужда от здрави прегради и силова рамка. И удобни "седалки" за двама ездачи - в противен случай те ще бъдат издухани от земята от претоварване.

Диалог на сиамски близнаци

Между другото, какво ще кажете за тези ездачи? Време е да си спомним за основните пътници, защото те сега не седят пасивно, а минават през своя труден път и диалогът им става най-смислен точно в тези моменти.

Зарядът е разглобен по време на транспортиране. Когато се монтира в бойна глава, тя се сглобява, а когато е монтирана бойна глава в ракета, тя е оборудвана до пълна боеготовна конфигурация (вкарва се импулсен неутронен инициатор, оборудван с детонатори и т.н.). Зарядът е готов да лети към целта на борда на бойната глава, но все още не е готов да експлодира. Логиката тук е ясна: постоянната готовност на заряда за експлозия не е необходима и теоретично е опасна.

Той ще трябва да бъде преведен в състояние на готовност за експлозия (близо до целта) чрез сложни последователни алгоритми, базирани на два принципа: надеждност на движението до експлозия и контрол върху процеса. Детонационната система стриктно своевременно прехвърля заряда във все по-високи степени на готовност. И когато от управляващия блок дойде бойна команда за детонация към напълно готов заряд, експлозията ще настъпи незабавно, моментално. Бойна глава, летяща със скоростта на снайперски куршум, ще премине само няколко стотни от милиметъра, без да има време да се измести в пространството дори с дебелината на човешката коса, когато термоядрена реакция започне, се развива, напълно преминава и вече е завършен в своя заряд, подчертавайки цялата номинална мощност.

финална светкавица

След като се промени значително както отвън, така и отвътре, бойната глава премина в тропосферата - последните десет километра надморска височина. Тя забави много. Хиперзвуковият полет се изроди до свръхзвуков 3-4 Маха. Бойната глава свети вече смътно, избледнява и се приближава до целта.

Рядко се планира експлозия на повърхността на Земята - само за обекти, заровени в земята като ракетни силози. Повечето от целите лежат на повърхността. А за най-голямото им поражение детонацията се извършва на определена височина, в зависимост от мощността на заряда. За тактически двадесет килотона това е 400-600 м. За стратегически мегатон оптимална височинаексплозия - 1200 м. Защо? От експлозията две вълни преминават през района. По-близо до епицентъра взривната вълна ще удари по-рано. Ще падне и ще се отрази, отскачайки встрани, където ще се слее със свежа вълна, която току-що е дошла тук отгоре, от точката на експлозия. Две вълни - падащи от центъра на експлозията и отразени от повърхността - се събират, образувайки най-мощната ударна вълна в повърхностния слой, основният фактор на разрушаването.

По време на тестови изстрелвания бойната глава обикновено достига безпрепятствено земята. На борда има половин центнер експлозиви, взривени при падането. За какво? Първо, бойната глава е класифициран обект и трябва да бъде сигурно унищожена след употреба. Второ, необходимо е за измервателните системи на депото – за оперативно откриване на точката на удар и измерване на отклоненията.

Многометрова фуния за пушене допълва картината. Но преди това, няколко километра преди удара, от тестовата бойна глава се изстрелва бронирана касета с памет със запис на всичко, което е било записано на борда по време на полета. Това бронирано флаш устройство ще застрахова срещу загуба на бордова информация. Тя ще бъде намерена по-късно, когато пристигне хеликоптер със специална група за търсене. И те ще запишат резултатите от един фантастичен полет.

Първата междуконтинентална балистична ракета с ядрена бойна глава

Първата в света ICBM с ядрена бойна глава беше съветската R-7. Тя носеше една бойна глава от три мегатона и можеше да удря обекти на разстояние до 11 000 км (модификация 7-А). Делото на S.P. Въпреки че Queen беше въведена в експлоатация, тя се оказа неефективна като военна ракета поради невъзможността да бъде дълго времена бойно дежурство без допълнително зареждане с окислител (течен кислород). Но R-7 (и многобройните му модификации) изиграха изключителна роля в изследването на космоса.

Първата бойна глава на ICBM с множество бойни глави

Първата в света ICBM с многократно повторно влизане беше американска ракета LGM-30 Minuteman III, който започна да се разгръща през 1970 г. В сравнение с предишната модификация, бойната глава W-56 беше заменена с три леки бойни глави W-62, инсталирани в етапа на размножаване. По този начин ракетата може да порази три отделни цели или да концентрира трите бойни глави, за да удари една по една. В момента на всички ракети Minuteman III е останала само една бойна глава като част от инициативата за разоръжаване.

Бойна глава с променлив добив

От началото на 60-те години на миналия век са разработени технологии за създаване на термоядрени бойни глави с променлив добив. Те включват например бойната глава W80, която беше инсталирана по-специално на ракетата Tomahawk. Тези технологии са създадени за термоядрени заряди, изградени по схемата на Телер-Улам, където реакцията на делене на ядрата на урановите или плутониеви изотопи предизвиква реакция на синтез (т.е. термоядрена експлозия). Промяната на мощността настъпва чрез корекции на взаимодействието на двата етапа.

PS Бих искал също да добавя, че там, в горната част, блоковете за заглушаване също изпълняват своята задача, освобождават се примамки и освен това се взривяват горни степени и/или автобус след размножаване, за да се увеличи броят на целите на радари и противоракетна отбрана от претоварване.

Появата на такова мощно оръжие като ядрена бомба беше резултат от взаимодействието на глобални фактори от обективен и субективен характер. Обективно създаването му е причинено от бързото развитие на науката, започнало с фундаменталните открития на физиката през първата половина на 20 век. Най-силният субективен фактор беше военно-политическата ситуация от 40-те години, когато страните от антихитлеристката коалиция - САЩ, Великобритания, СССР - се опитаха да изпреварят една друга в разработването на ядрени оръжия.

Предпоставки за създаване на ядрена бомба

референтна точка научен начин 1896 г. започва създаването на атомни оръжия, когато френският химик А. Бекерел открива радиоактивността на урана. Именно верижната реакция на този елемент формира основата за разработването на ужасни оръжия.

В края на 19 и в първите десетилетия на 20 век учените откриват алфа, бета, гама лъчи, откриват много радиоактивни изотопи химични елементи, закона за радиоактивния разпад и положи основите на изследването на ядрената изометрия. През 30-те години на миналия век неутронът и позитронът стават известни и ядрото на урановия атом с поглъщане на неутрони за първи път е разделено. Това беше тласъкът за създаването на ядрени оръжия. Френският физик Фредерик Жолио-Кюри е първият, който изобретява и патентова дизайна на ядрената бомба през 1939 г.

В резултат на по-нататъшното развитие ядрените оръжия се превърнаха в исторически безпрецедентно военно-политическо и стратегическо явление, способно да осигури националната сигурност на държавата-притежател и да сведе до минимум способностите на всички други оръжейни системи.

Дизайнът на атомна бомба се състои от редица различни компоненти, сред които има два основни:

кадър,
система за автоматизация.

Автоматиката, заедно с ядрен заряд, се намира в кутия, която ги предпазва от различни въздействия (механични, термични и др.). Системата за автоматизация контролира експлозията да се случи в строго определено време. Състои се от следните елементи:

аварийна детонация;
устройство за безопасност и взвеждане;
източник на енергия;
сензори за детонация на заряда.

Доставка атомни зарядиосъществено с помощта на авиационни, балистични и крилати ракети. В същото време ядрените боеприпаси могат да бъдат елемент на противопехотна мина, торпедо, авиационни бомби и др.

Системите за взривяване на ядрени бомби са различни. Най-простото е инжекционното устройство, при което тласъкът за експлозия е удрянето на целта и последващото образуване на свръхкритична маса.

Друга характеристика на атомните оръжия е размерът на калибъра: малък, среден, голям. Най-често силата на експлозията се характеризира в тротилов еквивалент.Ядрено оръжие с малък калибър предполага заряд от няколко хиляди тона тротил. Средният калибър вече е равен на десетки хиляди тонове тротил, голям - измерва се в милиони.

Принцип на действие

Схемата на атомната бомба се основава на принципа на използване на ядрена енергия, освободена по време на ядрена верижна реакция. Това е процесът на делене на тежки или синтез на леки ядра. Поради освобождаването на огромно количество вътрешноядрена енергия за най-кратък период от време, ядрената бомба се класифицира като оръжие за масово унищожение.

Има две ключови точки в този процес:

центърът на ядрена експлозия, в който процесът протича директно;
епицентърът, който е проекцията на този процес върху повърхността (земя или вода).

Ядрената експлозия освобождава количество енергия, което, когато се проектира върху земята, причинява сеизмични трусове. Обхватът на тяхното разпространение е много голям, но значителни щети на околната среда се причиняват само на разстояние от няколкостотин метра.

Ядрените оръжия имат няколко вида унищожаване:

светлинно излъчване,
радиоактивно замърсяване,
ударна вълна,
проникваща радиация,
електромагнитен импулс.

Ядрената експлозия е придружена от ярка светкавица, която се образува поради отделянето на голямо количество светлина и топлинна енергия. Силата на тази светкавица е многократно по-голяма от силата на слънчевите лъчи, така че опасността от увреждане от светлина и топлина се простира на няколко километра.

Друг много опасен фактор при въздействието на ядрена бомба е радиацията, генерирана по време на експлозията. Работи само през първите 60 секунди, но има максимална проникваща сила.

Ударната вълна има голяма мощност и значителен разрушителен ефект, поради което за секунди причинява големи щети на хора, оборудване и сгради.

Проникващата радиация е опасна за живите организми и е причина за лъчева болест при хората. Електромагнитният импулс засяга само техниката.

Всички тези видове щети заедно правят атомната бомба много опасно оръжие.

Първите изпитания на ядрена бомба

Съединените щати бяха първите, които проявиха най-голям интерес към атомните оръжия. В края на 1941 г. в страната са отделени огромни средства и ресурси за създаване на ядрени оръжия. Работата доведе до първите изпитания на атомна бомба с взривно устройство "Gadget", които се състояха на 16 юли 1945 г. в американския щат Ню Мексико.

Време е САЩ да действат. За победния край на Втората световна война беше решено да се победи съюзникът на нацистка Германия - Япония. В Пентагона бяха избрани цели за първите ядрени удари, в които САЩ искаха да демонстрират колко мощни оръжия притежават.

На 6 август същата година върху японския град Хирошима е хвърлена първата атомна бомба под името "Хлапе", а на 9 август бомба с името "Дебелия човек" падна върху Нагасаки.

Ударът в Хирошима се смяташе за идеален: ядрено устройство избухна на височина от 200 метра. Взривната вълна преобръща печките в къщите на японците, отоплявани с въглища. Това доведе до множество пожари дори в градски райони, далеч от епицентъра.

Първоначалното проблясване беше последвано от удар на гореща вълна, който продължи секунди, но силата му, покриваща радиус от 4 км, стопи плочки и кварц в гранитни плочи, изпепели телеграфните стълбове. След горещата вълна дойде ударната вълна. Скоростта на вятъра беше 800 км/ч, а поривът му събори почти всичко в града. От 76 000 сгради 70 000 са напълно разрушени.

Няколко минути по-късно започна да вали странен дъжд от едри черни капки. Това е причинено от кондензация, образувана в по-студените слоеве на атмосферата от пара и пепел.

Хората, попаднали от огнено кълбо на разстояние 800 метра, бяха изгорени и превърнати в прах.На някои от ударната вълна беше откъсната изгорялата им кожа. Капки черен радиоактивен дъжд оставиха нелечими изгаряния.

Оцелелите се разболяват от неизвестна досега болест. Те започнаха да изпитват гадене, повръщане, треска, пристъпи на слабост. Нивото на белите клетки в кръвта рязко спадна. Това бяха първите признаци на лъчева болест.

3 дни след бомбардировките на Хирошима, бомба е хвърлена върху Нагасаки. Имаше същата сила и предизвикваше подобни ефекти.

Две атомни бомби убиха стотици хиляди хора за секунди. Първият град на практика беше изтрит от лицето на земята от ударната вълна. Повече от половината цивилни (около 240 хиляди души) загинаха веднага от раните си. Много хора са били изложени на радиация, което е довело до лъчева болест, рак, безплодие. В Нагасаки 73 хиляди души бяха убити през първите дни, а след известно време още 35 хиляди жители загинаха в голяма агония.

Видео: тестове на ядрена бомба

RDS-37 тестове

Създаването на атомната бомба в Русия

Последиците от бомбардировките и историята на жителите на японските градове шокираха И. Сталин. Стана ясно, че създаването на собствено ядрено оръжие е въпрос на национална сигурност. На 20 август 1945 г. в Русия започва работа Комитетът по атомна енергия, ръководен от Л. Берия.

Изследванията по ядрена физика се провеждат в СССР от 1918 г. През 1938 г. към Академията на науките е създадена комисия по атомното ядро. Но с избухването на войната почти цялата работа в тази посока беше прекратена.

През 1943г Офицери от съветското разузнаванепредадени от Англия затворени научни трудовевърху атомната енергия, от което следва, че създаването на атомната бомба на Запад е напреднало много напред. В същото време в Съединените щати надеждни агенти бяха въведени в няколко американски ядрени изследователски центъра. Те предават информация за атомната бомба на съветските учени.

Техническото задание за разработването на два варианта на атомната бомба е съставено от техния създател и един от научните ръководители Ю. Харитон. В съответствие с него беше планирано да се създаде RDS („специален реактивен двигател“) с индекс 1 и 2:

RDS-1 - бомба със заряд от плутоний, който трябваше да подкопае чрез сферична компресия. Устройството му е предадено от руското разузнаване.
RDS-2 е оръдийна бомба с две части уранов заряд, които трябва да се доближат една до друга в цевта на оръдието, докато се създаде критична маса.

В историята на известния RDS най-често срещаното декодиране - "Русия си прави сама" - е измислено от заместника на Ю. Харитон за научна работаК. Щелкин. Тези думи много точно предадоха същността на работата.

Информацията, че СССР е овладял тайните на ядрените оръжия, предизвика импулс в САЩ да започнат превантивна война възможно най-скоро. През юли 1949 г. се появява Троянският план, според който е планирано да започнат военни действия на 1 януари 1950 г. След това датата на атаката е преместена на 1 януари 1957 г. с условието всички страни от НАТО да влязат във войната.

Информацията, получена по каналите на разузнаването, ускорява работата на съветските учени. Според западни експерти съветските ядрени оръжия не биха могли да бъдат създадени преди 1954-1955 г. Въпреки това, тестът на първата атомна бомба се провежда в СССР в края на август 1949 г.

На 29 август 1949 г. на полигона в Семипалатинск е взривено ядреното устройство РДС-1 - първата съветска атомна бомба, която е изобретена от екип от учени начело с И. Курчатов и Ю. Харитон. Взривът е с мощност 22 kt. Дизайнът на заряда имитира американския "Дебел човек", а електронният пълнеж е създаден от съветски учени.

Троянският план, според който американците щяха да хвърлят атомни бомби върху 70 града в СССР, беше осуетен поради вероятността от ответен удар. Събитието на полигона в Семипалатинск информира света, че съветската атомна бомба сложи край на американския монопол върху притежаването на нови оръжия. Това изобретение напълно разруши милитаристичния план на САЩ и НАТО и предотврати развитието на Третата световна война. Започна нова история - ера на световен мир, съществуващ под заплахата от пълно унищожение.

"Ядреният клуб" на света

Ядреният клуб е символ на няколко държави, които притежават ядрени оръжия. Днес има такива оръжия:

в САЩ (от 1945 г.)
в Русия (първоначално СССР, от 1949 г.)
в Обединеното кралство (от 1952 г.)
във Франция (от 1960 г.)
в Китай (от 1964 г.)
в Индия (от 1974 г.)
в Пакистан (от 1998 г.)
в Северна Корея (от 2006 г.)

Смята се, че Израел също има ядрено оръжие, въпреки че ръководството на страната не коментира присъствието му. Освен това на територията на страните членки на НАТО (Германия, Италия, Турция, Белгия, Холандия, Канада) и съюзниците (Япония, Южна Кореа, въпреки официалния отказ) е ядрено оръжие на САЩ.

Казахстан, Украйна, Беларус, които притежаваха част от ядрените оръжия след разпадането на СССР, през 90-те години го предадоха на Русия, която стана единственият наследник на съветския ядрен арсенал.

Атомните (ядрени) оръжия са най-мощният инструмент на глобалната политика, който твърдо влезе в арсенала на отношенията между държавите. От една страна е така ефективен инструментсплашването, от друга страна, важен аргумент за предотвратяване на военни конфликти и укрепване на мира между силите, които притежават тези оръжия. Това е символ на цяла епоха в историята на човечеството и международните отношения, с която трябва да се работи много мъдро.

Видео: музей на ядрените оръжия

Видео за руския цар Бомба

Ако имате въпроси - оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители с удоволствие ще им отговорим.

Написани са стотици книги за историята на ядрената конфронтация между суперсилите и проектирането на първите ядрени бомби. Но има много митове за съвременните ядрени оръжия. Popular Mechanics реши да изясни този въпрос и да разкаже как работи най-разрушителното оръжие, изобретено от човека.

Експлозивна природа

Урановото ядро съдържа 92 протона. Естественият уран е предимно смес от два изотопа: U238 (със 146 неутрона в ядрото) и U235 (143 неутрона), като последният е само 0,7% в естествения уран. Химичните свойства на изотопите са абсолютно идентични, следователно, за да ги разделите химични методиневъзможно, но разликата в масите (235 и 238 единици) позволява да се направи това чрез физически методи: смес от уран се превръща в газ (уранов хексафлуорид) и след това се изпомпва през безброй порести прегради. Въпреки че изотопите на урана са неразличими нито по външен вид, нито по химичен начин, те са разделени от бездна в свойствата на техните ядрени характеристики.

Процесът на делене на U238 е платен: неутрон, пристигащ отвън, трябва да донесе със себе си енергия от 1 MeV или повече. И U235 е незаинтересован: за възбуждане и последващ разпад не се изисква нищо от входящия неутрон, неговата енергия на свързване в ядрото е напълно достатъчна.

При удар от неутрони, ядрото на уран-235 лесно се разцепва, образувайки нови неутрони. При определени условия започва верижна реакция.

Когато неутрон удари ядро, способно на делене, се образува нестабилно съединение, но много бързо (за 10 14 c), което излъчва два или три нови неутрона, така че с течение на времето броят на делящите се ядра може да се умножи (такава реакция се нарича верижна реакция). Това е възможно само в U235, тъй като алчният U238 не иска да се раздели от собствените си неутрони, чиято енергия е с порядък по-малко от 1 MeV. Кинетичната енергия на частиците - продукти на делене с много порядки надвишава енергията, освободена по време на всеки акт на химическа реакция, при която съставът на ядрата не се променя.

Металният плутоний съществува в шест фази с плътност в диапазона от 14,7 до 19,8 kg/cm 3 . При температури под 119 градуса по Целзий има моноклинна алфа фаза (19,8 kg / cm 3), но такъв плутоний е много крехък, а в кубичната лицево-центрирана делта фаза (15,9) е пластичен и добре обработен (това е фаза, която се опитват да спестят с легиращи добавки). При детонационно компресиране не може да има фазови преходи - плутоният е в квазитечно състояние. Фазовите преходи са опасни в производството: кога големи размеричасти, дори при лека промяна в плътността, е възможно да се достигне критично състояние. Разбира се, това ще се случи без експлозия - детайлът просто ще се нагрее, но никелирането може да бъде нулирано (а плутоният е много токсичен).

Критичен монтаж

Продуктите на делене са нестабилни и отнема много време, за да „дойдат на себе си“, като излъчват различни излъчвания (включително неутрони). Неутроните, които се излъчват след значително време (до десетки секунди) след делене, се наричат закъснели неутрони и въпреки че тяхната част е малка в сравнение с моментните (по-малко от 1%), ролята, която играят в работата на ядрените инсталации е най-важните.

Експлозивните лещи създават събираща се вълна. Надеждността беше осигурена от чифт детонатори във всеки блок.

Продуктите на делене по време на многобройни сблъсъци с околните атоми им дават своята енергия, повишавайки температурата. След появата на неутрони в сглобката с делящия се материал, мощността на отделяне на топлина може да се увеличи или намали, а параметрите на сглобката, при които броят на деленията за единица време е постоянен, се наричат критични. Критичността на сглобката може да се поддържа както при голям, така и при малък брой неутрони (при съответно по-висока или по-ниска скорост на отделяне на топлина). Топлинната мощност се увеличава или чрез изпомпване на допълнителни неутрони в критичния модул отвън, или чрез превръщане на сглобката в свръхкритична (тогава допълнителните неутрони се доставят от все повече и повече поколения делящи се ядра). Например, ако е необходимо да се увеличи топлинната мощност на реактора, той се привежда в такъв режим, когато всяко поколение бързи неутрони е малко по-малко от предишното, но поради забавени неутрони, реакторът едва забележимо преминава през критично състояние. Тогава той не преминава в ускорение, а набира мощност бавно - за да може растежът му да бъде спрян в точния момент чрез въвеждане на неутронни абсорбери (пръчки, съдържащи кадмий или бор).

Плутониевият модул (сферичен слой в центъра) беше заобиколен от корпус от уран-238 и след това слой от алуминий.

Произведените от делене неутрони често прелитат покрай околните ядра, без да причиняват второ делене. Колкото по-близо до повърхността на материала се ражда неутрон, толкова повече шансове има той да излети от делящия се материал и никога да не се върне. Следователно, монтажната форма, която спестява най-голямото числонеутрони, е топка: за дадена маса материя тя има минимална повърхност. Незатворена (единична) топка от 94% U235 без кухини вътре става критична при маса от 49 kg и радиус от 85 mm. Ако сглобката от същия уран е цилиндър с дължина равна на диаметъра, той става критичен при маса от 52 kg. Повърхността също намалява с увеличаване на плътността. Следователно експлозивното компресиране, без да променя количеството делящ се материал, може да доведе сглобката в критично състояние. Именно този процес е в основата на широко разпространения дизайн на ядрен заряд.

Първите ядрени заряди са използвали полоний и берилий (в центъра) като източници на неутрони.

сглобяване на топката

Но най-често в ядрените оръжия се използва не уран, а плутоний-239. Произвежда се в реактори чрез облъчване на уран-238 с мощни неутронни потоци. Плутоният струва около шест пъти повече от U235, но при делене ядрото Pu239 излъчва средно 2,895 неутрона - повече от U235 (2,452). Освен това вероятността от делене на плутоний е по-висока. Всичко това води до факта, че самотната топка Pu239 става критична при почти една трета по-малка маса от урановата топка и най-важното - с по-малък радиус, което прави възможно намаляването на размерите на критичния възел.

Алуминиевият слой е използван за намаляване на вълната на разреждане след детонацията на експлозива.

Монтажът е направен от две внимателно монтирани половини под формата на сферичен слой (кух отвътре); очевидно е подкритична, дори за топлинни неутрони и дори след като е заобиколена от модератор. Около комплекта от много прецизно монтирани блокове експлозиви е монтиран заряд. За да се спестят неутрони, е необходимо да се запази благородната форма на топката по време на експлозията - за това експлозивният слой трябва да бъде подкопан едновременно по цялата му външна повърхност, като се компресира равномерно сглобката. Широко разпространено е мнението, че това изисква много електрически детонатори. Но това беше само в зората на „бомбардирането“: за работата на много десетки детонатори бяха необходими много енергия и значителен размер на системата за иницииране. В съвременните заряди се използват няколко детонатора, избрани по специална техника, близки по характеристики, от които се изстрелва високо стабилен (по отношение на скоростта на детонация) експлозив в жлебове, фрезовани в поликарбонатен слой (формата на който върху сферична повърхност се изчислява с помощта на геометричните методи на Риман). Детонация със скорост от приблизително 8 km/s ще премине на абсолютно равни разстояния по каналите, ще достигне дупките в един и същи момент от време и ще подкопае основния заряд - едновременно във всички необходими точки.

Фигурите показват първите моменти от живота на огненото кълбо от ядрен заряд - дифузия на лъчение (а), разширяване на гореща плазма и образуване на "мехури" (б) и увеличаване на мощността на излъчване във видимия диапазон, когато ударната вълна се отделя (c).

Удар навътре

Експлозия, насочена навътре, компресира монтажа с над милион атмосфери налягане. Повърхността на сглобката намалява, вътрешната кухина почти изчезва в плутония, плътността се увеличава и много бързо – за десет микросекунди, компресируемият агрегат прескача критичното състояние при топлинните неутрони и става значително свръхкритично при бързите неутрони.

След период, определен от пренебрежимо малко време на незначително забавяне на бързите неутрони, всяко тяхно ново, по-многобройно поколение добавя 202 MeV енергия чрез делене към материята на сглобката, която вече се спуква от чудовищно налягане. В мащаба на възникващите явления здравината дори на най-добрите легирани стомани е толкова оскъдна, че на никого не му хрумва да я вземе предвид при изчисляването на динамиката на експлозия. Единственото нещо, което не позволява на сглобката да се разпръсне, е инерцията: за да се разшири плутониевата топка само с 1 см за десет наносекунди, е необходимо да се даде на веществото ускорение, което е десетки трилиони пъти по-голямо от ускорението свободно падане, и не е лесно.

В крайна сметка материята все пак се разпада, деленето спира, но процесът не свършва дотук: енергията се преразпределя между йонизираните фрагменти на отделените ядра и други частици, излъчени по време на деленето. Тяхната енергия е от порядъка на десетки и дори стотици MeV, но само електрически неутрални високоенергийни гама кванти и неутрони имат шанс да избегнат взаимодействието с материята и да „избягат“. Заредените частици бързо губят енергия при сблъсъци и йонизации. В този случай се излъчва радиация - то обаче вече не е твърдо ядрено, а по-меко, с енергия с три порядъка по-ниска, но все пак повече от достатъчна за избиване на електрони от атомите - не само от външните обвивки, но и в общо взето всичко. Безпорядък от голи ядра, отстранени от тях електрони и лъчение с плътност грамове на кубичен сантиметър (опитайте се да си представите колко добре можете да почернявате под светлина, която е придобила плътността на алуминия!) - всичко това преди малко беше заряд. - влиза в някакво равновесие. В много младо огнено кълбо се установява температура от порядъка на десетки милиони градуса.

Огнена топка

Изглежда, че дори и мека, но движеща се със скоростта на светлината, излъчването трябва да остави далеч след себе си веществото, което го е породило, но това не е така: в студения въздух обхватът на енергийните кванти keV е сантиметри и те го правят не се движат по права линия, а променят посоката на движение, излъчвана отново при всяко взаимодействие. Квантите йонизират въздуха, разпространяват се в него, като черешов сок, излят в чаша вода. Това явление се нарича радиационна дифузия.

Младо огнено кълбо от експлозия с мощност 100 kt, няколко десетки наносекунди след завършването на избухването на делене, има радиус от 3 m и температура от почти 8 милиона келвина. Но след 30 микросекунди радиусът му е 18 m, но температурата пада под един милион градуса. Топката поглъща пространство, а йонизираният въздух зад предната й част почти не се движи: радиацията не може да й предаде значителен импулс по време на дифузия. Но той изпомпва огромна енергия в този въздух, загрявайки го и когато радиационната енергия изсъхне, топката започва да расте поради разширяването на гореща плазма, избухвайки отвътре с това, което преди е било заряд. Разширявайки се, като надут балон, плазмената обвивка става по-тънка. За разлика от балон, разбира се, нищо не го надува: отвътре не е останало почти никакво вещество, цялото лети от центъра по инерция, но 30 микросекунди след експлозията скоростта на този полет е повече от 100 km/s , а хидродинамичното налягане в веществото — повече от 150 000 атм! Черупката не е предназначена да стане твърде тънка, тя се спуква, образувайки „мехури“.

Във вакуумна неутронна тръба, между наситена с тритий мишена (катод) 1 и аноден възел 2, се прилага импулсно напрежение от сто киловолта. Когато напрежението е максимално, е необходимо между анода и катода да се появят деутериеви йони, които трябва да бъдат ускорени. За това се използва йонен източник. Към неговия анод 3 се прилага импулс за запалване и разрядът, преминаващ по повърхността на керамика 4, наситен с деутерий, образува деутериеви йони. Ускорявайки се, те бомбардират мишена, наситена с тритий, в резултат на което се освобождава енергия от 17,6 MeV и се образуват неутрони и ядра на хелий-4. По състав на частиците и дори по добив на енергия тази реакция е идентична на сливането, процеса на сливане на леки ядра. През 50-те години на миналия век мнозина смятаха така, но по-късно се оказа, че в тръбата настъпва „срив“: или протон, или неутрон (от които деутериевият йон се разпръсква от електрическо поле) „засяда“ в целевото ядро (тритий). Ако протонът затъне, тогава неутронът се откъсва и се освобождава.

Кой от механизмите за пренасяне на енергията на огнено кълбо в околната среда преобладава зависи от силата на експлозията: ако е голяма, основната роля играе дифузията на радиация, ако е малка, разширяването на плазмения мехур. Ясно е, че е възможен и междинен случай, когато и двата механизма са ефективни.

Процесът улавя нови слоеве въздух, вече няма достатъчно енергия за отстраняване на всички електрони от атомите. Енергията на йонизирания слой и фрагментите от плазмения мехур изсъхва, те вече не могат да преместват огромна маса пред себе си и забележимо забавят. Но това, което е бил въздух преди експлозията, се движи, откъсвайки се от топката, поглъщайки все повече и повече слоеве студен въздух... Започва образуването на ударна вълна.

Ударна вълна и атомна гъба

Когато ударната вълна се отдели от огненото кълбо, характеристиките на излъчващия слой се променят и мощността на излъчване в оптичната част на спектъра рязко нараства (т.нар. първи максимум). Освен това процесите на луминисценция и промени в прозрачността на околния въздух се конкурират, което води до реализирането на втория максимум, който е по-малко мощен, но много по-дълъг - дотолкова, че изходът на светлинна енергия е по-голям, отколкото в първи максимум.

Близо до експлозията всичко наоколо се изпарява, далече - топи се, но дори по-далеч, където топлинният поток вече е недостатъчен за топене твърди вещества, почвата, скалите, къщите текат като течност, под чудовищен натиск на газ, разрушавайки всички якостни връзки, нажежавайки до непоносимо сияние за очите.

И накрая, ударната вълна се движи далеч от точката на експлозия, където остава хлабав и отслабен, но разширен многократно облак от кондензирани пари, които се превърнаха в най-малкия и много радиоактивен прах от това, което беше плазмата на заряда и какво се оказа близо в своя ужасен час.до място, от което човек трябва да остане възможно най-далеч. Облакът започва да се издига. Тя се охлажда, променяйки цвета си, „слага“ бяла шапка от кондензирана влага, последвана от прах от повърхността на земята, образувайки „крак“ на това, което обикновено се нарича „атомна гъба“.

неутронно иницииране

Внимателните читатели могат с молив в ръка да оценят отделянето на енергия по време на експлозията. С времето, когато сглобката е в свръхкритично състояние от порядъка на микросекунди, възрастта на неутроните е от порядъка на пикосекунди и коефициентът на умножение е по-малък от 2, освобождава се около гигаджаул енергия, което е еквивалентно на .. 250 кг тротил. А къде са килограмите и мегатоните?

Неутрони - бавни и бързи

В неделящо се вещество, „отскачащо“ от ядрата, неутроните им пренасят част от енергията си, колкото по-голяма е, толкова по-леки (по-близки по маса) са ядрата. отколкото в Повече ▼сблъсъците включват неутрони, толкова повече те се забавят и накрая влизат в топлинно равновесие със заобикалящата материя - те се термализират (това отнема милисекунди). Скоростта на топлинните неутрони е 2200 m/s (енергия 0,025 eV). Неутроните могат да избягат от забавителя, улавят се от неговите ядра, но със забавяне способността им да влизат в ядрени реакции се увеличава значително, така че неутроните, които не са „загубени“ повече от компенсират намаляването на броя.
Така че, ако топка деляща се материя е заобиколена от модератор, много неутрони ще напуснат модератора или ще бъдат погълнати в него, но ще има и такива, които ще се върнат към топката („отразят“) и, след като загубят енергията си, са много по-склонни да причинят актове на делене. Ако топката е заобиколена от слой берилий с дебелина 25 mm, тогава 20 kg U235 могат да бъдат спестени и все пак да достигнат критичното състояние на сглобката. Но такива спестявания се изплащат с времето: всяко следващо поколение неутрони, преди да предизвика делене, първо трябва да се забави. Това забавяне намалява броя на генерираните неутрони за единица време, което означава, че освобождаването на енергия се забавя. Колкото по-малко делящ се материал в сглобката, толкова повече модератор е необходим за развитието на верижна реакция, а деленето протича с все по-ниска енергия неутрони. В граничния случай, когато критичността се постига само върху термични неутрони, например в разтвор на уранови соли в добър модератор - вода, масата на възлите е стотици грамове, но разтворът просто кипи периодично. Появяващите се мехурчета пара намаляват средна плътностделящо се вещество, верижната реакция спира и когато мехурчетата напуснат течността, светкавицата на делене се повтаря (ако съдът е запушен, парата ще го счупи - но това ще бъде термична експлозия, лишена от всички типични "ядрени" признаци ).

Факт е, че веригата от деления в сглобка не започва с един неутрон: за необходимата микросекунда милиони от тях се инжектират в свръхкритичния модул. При първите ядрени заряди за това са използвани изотопни източници, разположени в кухина вътре в плутониевата сглобка: полоний-210, комбиниран с берилий в момента на компресия и предизвиква неутронна емисия със своите алфа частици. Но всички източници на изотопи са доста слаби (по-малко от милион неутрони в микросекунда са генерирани в първия американски продукт), а полоният вече е много нетрайно – само за 138 дни намалява активността си наполовина. Следователно изотопите са заменени с по-малко опасни (не излъчващи, когато не са включени) и най-важното, по-интензивно излъчващи неутронни тръби (виж страничната лента): стотици милиони неутрони се раждат за няколко микросекунди (продължителността на образувания импулс чрез тръбата). Но ако не работи или не работи в точното време, ще настъпи така нареченият пук или „цилч“ - термична експлозия с ниска мощност.

Неутронното иницииране не само увеличава отделянето на енергия от ядрена експлозия с много порядки, но и прави възможно регулирането му! Ясно е, че след като получи бойна мисия, при формулирането на която задължително е посочена силата на ядрения удар, никой не демонтира заряда, за да го оборудва с плутониев агрегат, който е оптимален за дадена мощност. В боеприпаси с превключващ се еквивалент на TNT е достатъчно просто да промените захранващото напрежение на неутронната тръба. Съответно, добивът на неутрони и освобождаването на енергия ще се променят (разбира се, когато мощността се намали по този начин, се губи много скъп плутоний).

Но те започнаха да мислят за необходимостта от регулиране на освобождаването на енергия много по-късно и в първите следвоенни години не можеше да се говори за намаляване на мощността. По-мощен, по-мощен и по-мощен! Но се оказа, че има ядрено-физични и хидродинамични ограничения за допустимите размери на подкритичната сфера. TNT еквивалентът на експлозия от сто килотона е близо до физическата граница за еднофазни боеприпаси, при които се случва само делене. В резултат на това деленето като основен източник на енергия е изоставено и те разчитат на реакции от друг клас - синтез.