Кто придумал атомную бомбу. Кто изобрел атомную бомбу? История атомной бомбы Основатель атомной бомбы

Разработка советского ядерного оружия началась с добычи в начале 1930-х годов образцов радия. В 1939 году советские физики Юлий Харитон и Яков Зельдович рассчитали цепную реакцию деления ядер тяжёлых атомов. В следующем году учёные Украинского физико-технического института отправили заявки на создание атомной бомбы, а также способы наработки урана-235. Впервые исследователи предложили использовать обычную взрывчатку в качестве средства для воспламенения заряда, которое позволило бы создать критическую массу и запустить цепную реакцию.

Однако в изобретении харьковских физиков были свои недостатки, и поэтому их заявка, успев побывать в самых различных инстанциях, в итоге была отклонена. Решающее слово осталось за директором Радиевого института АН СССР академиком Виталием Хлопиным: «…заявка не имеет под собой реального основания. Кроме этого, в ней и по сути много фантастического... Даже если бы и удалось реализовать цепную реакцию, то энергию, которая выделится, лучше использовать для приведения в действие двигателей, например, самолётов».

Безрезультатными оказались и обращения учёных накануне Великой Отечественной войны к наркому обороны Сергею Тимошенко. В итоге проект изобретения был похоронен на полке с грифом «совершенно секретно».

• Владимир Семёнович Шпинель
• Wikimedia Commons

В 1990 году журналисты спросили одного из авторов проекта бомбы Владимира Шпинеля: «Если бы ваши предложения в 1939—1940 годах были по достоинству оценены на правительственном уровне и вам дали бы поддержку, когда бы СССР мог иметь атомное оружие?»

«Думаю, что при таких возможностях, которые позднее имел Игорь Курчатов, мы бы получили её в 1945 году», — ответил Шпинель.

Однако именно Курчатову удалось использовать в своих разработках успешные американские схемы создания плутониевой бомбы, добытые советской разведкой.

Атомная гонка

С началом Великой Отечественной войны ядерные исследования были временно остановлены. Главные научные институты двух столиц эвакуировали в удалённые регионы.

Руководитель стратегической разведки Лаврентий Берия был осведомлён о наработках западных физиков в области ядерного оружия. Впервые о возможности создания сверхоружия советское руководство узнало от «отца» американской атомной бомбы Роберта Оппенгеймера, посетившего Советский Союз в сентябре 1939 года. В начале 1940-х годов и политики, и учёные осознали реальность получения ядерной бомбы, а также то, что её появление в арсенале противника поставит под угрозу безопасность других держав.

В 1941 году советское правительство получило первые разведданные из США и Великобритании, где уже началась активная работа по созданию сверхоружия. Главным осведомителем был советский «атомный шпион» Клаус Фукс — физик из Германии, участвующий в работах по ядерным программам США и Великобритании.

• Академик АН СССР физик Пётр Капица
• РИА Новости
• В. Носков

Академик Пётр Капица, выступая 12 октября 1941 года на антифашистском митинге учёных, заявил: «Одним из важных средств современной войны являются взрывчатые вещества. Наука указывает принципиальные возможности увеличить взрывную силу в 1,5—2 раза... Теоретические подсчёты показывают, что если современная мощная бомба может, например, уничтожить целый квартал, то атомная бомба даже небольшого размера, если она осуществима, с лёгкостью могла бы уничтожить крупный столичный город с несколькими миллионами населения. Моё личное мнение, что технические трудности, стоящие на пути использования внутриатомной энергии, ещё очень велики. Пока это дело ещё сомнительное, но очень вероятно, что здесь имеются большие возможности».

В сентябре 1942 года советское правительство приняло постановление «Об организации работ по урану». Весной следующего года для производства первой советской бомбы была создана Лаборатория №2 АН СССР. Наконец, 11 февраля 1943 года Сталин подписал решение ГКО о программе работ по созданию атомной бомбы. Поначалу руководить важной задачей поручили заместителю председателя ГКО Вячеславу Молотову. Именно ему предстояло найти научного руководителя новой лаборатории.

Сам Молотов в записи от 9 июля 1971 года так вспоминает о своём решении: «У нас по этой теме работы велись с 1943 года. Мне было поручено за них отвечать, найти такого человека, который бы мог осуществить создание атомной бомбы. Чекисты дали мне список надёжных физиков, на которых можно было положиться, и я выбирал. Вызвал Капицу к себе, академика. Он сказал, что мы к этому не готовы и атомная бомба — оружие не этой войны, дело будущего. Спрашивали Иоффе — он тоже как-то неясно к этому отнёсся. Короче, был у меня самый молодой и никому ещё не известный Курчатов, ему не давали ходу. Я его вызвал, поговорили, он произвёл на меня хорошее впечатление. Но он сказал, что у него ещё много неясностей. Тогда я решил ему дать материалы нашей разведки — разведчики сделали очень важное дело. Курчатов несколько дней сидел в Кремле, у меня, над этими материалами».

Следующие пару недель Курчатов досконально изучил полученные разведкой данные и составил экспертное заключение: «Материалы имеют громадное, неоценимое значение для нашего государства и науки... Совокупность сведений указывает на техническую возможность решения всей проблемы урана в значительно более короткий срок, чем это думают наши учёные, не знакомые с ходом работ по этой проблеме за границей».

В середине марта Игорь Курчатов занял пост научного руководителя Лаборатории №2. В апреле 1946 года для нужд этой лаборатории было решено создать конструкторское бюро КБ-11. Сверхсекретный объект располагался на территории бывшего Саровского монастыря в нескольких десятках километров от Арзамаса.

• Игорь Курчатов (справа) с группой сотрудников Ленинградского физико-технического института
• РИА Новости

Специалисты КБ-11 должны были создать атомную бомбу, использующую в качестве рабочего вещества плутоний. При этом в процессе создания первого в СССР ядерного оружия отечественные учёные опирались на схемы плутониевой бомбы США, прошедшей успешные испытания в 1945 году. Однако поскольку производством плутония в Советском Союзе ещё не занимались, физики на первоначальном этапе использовали уран, добытый в чехословацких рудниках, а также на территориях Восточной Германии, Казахстана и Колымы.

Первая советская атомная бомба была названа РДС-1 («Реактивный двигатель специальный»). Загрузить в неё достаточное количество урана и запустить в реакторе цепную реакцию группе специалистов под руководством Курчатова удалось 10 июня 1948 года. Следующий шаг заключался в использовании плутония.

«Это и есть атомная молния»

В плутониевый «Толстяк», сброшенный на Нагасаки 9 августа 1945 года, американские учёные заложили 10 килограммов радиоактивного металла. Такое количество вещества СССР удалось накопить к июню 1949 года. Руководитель эксперимента Курчатов сообщил куратору атомного проекта Лаврентию Берии о готовности испытать РДС-1 29 августа.

В качестве полигона для испытаний выбрали часть казахстанской степи площадью около 20 километров. В её центральной части специалисты соорудили металлическую башню высотой почти 40 метров. Именно на ней установили РДС-1, масса которого составляла 4,7 тонны.

Советский физик Игорь Головин так описывает обстановку, царившую на полигоне за несколько минут до начала испытаний: «Всё хорошо. И вдруг при общем молчании за десять минут до «часа» раздаётся голос Берии: «А ничего у вас, Игорь Васильевич, не получится!» — «Что вы, Лаврентий Павлович! Обязательно получится!» — восклицает Курчатов и продолжает наблюдать, только шея его побагровела и лицо сделалось мрачно-сосредоточенным».

Крупному учёному в сфере атомного права Абраму Иойрышу состояние Курчатова кажется схожим с религиозным переживанием: «Курчатов бросился вон из каземата, взбежал на земляной вал и с криком «Она!» широко взмахнул руками, повторяя: «Она, она!» — и просветление разлилось по его лицу. Столб взрыва клубился и уходил в стратосферу. К командному пункту приближалась ударная волна, ясно видимая на траве. Курчатов бросился навстречу ей. За ним рванулся Флёров, схватил его за руку, насильно увлёк в каземат и закрыл дверь». Автор биографии Курчатова Пётр Асташенков наделяет своего героя следующими словами: «Это и есть атомная молния. Теперь она в наших руках...»

Сразу после взрыва металлическая башня разрушилась до основания, а на её месте осталась лишь воронка. Мощная ударная волна отбросила на пару десятков метров шоссейные мосты, а находившиеся рядом машины разлетелись по просторам почти на 70 метров от места взрыва.

• Ядерный гриб наземного взрыва РДС-1 29 августа 1949 года
• Архив РФЯЦ-ВНИИЭФ

Однажды после очередного испытания Курчатова спросили: «А вас не тревожит моральная сторона этого изобретения?»

«Вы задали закономерный вопрос, — ответил он. — Но мне кажется, он неправильно адресован. Его лучше адресовать не нам, а тем, кто развязал эти силы... Страшна не физика, а авантюристическая игра, не наука, а использование её подлецами... Когда наука совершает рывок и открывает возможность для действий, затрагивающих миллионы людей, возникает необходимость переосмыслить нормы морали, чтобы поставить эти действия под контроль. Но ничего похожего не произошло. Скорее наоборот. Вы вдумайтесь — речь Черчилля в Фултоне, военные базы, бомбардировщики вдоль наших границ. Намерения предельно ясны. Науку превратили в орудие шантажа и главный решающий фактор политики. Неужто вы полагаете, что их остановит мораль? А если дело обстоит так, а оно обстоит именно так, приходится разговаривать с ними на их языке. Да, я знаю: оружие, которое создали мы, является инструментом насилия, но нас вынудили его создать во избежание более отвратительного насилия!» — описывается ответ учёного в книге Абрама Иойрыша и физика-атомщика Игоря Морохова «А-бомба».

Всего было изготовлено пять бомб РДС-1. Все они хранились в закрытом городе Арзамас-16. Сейчас увидеть макет бомбы можно в музее ядерного оружия в Сарове (бывший Арзамас-16).

Ядерное оружие - оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония, или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер изотопов водорода дейтерия и трития, в более тяжелые, например, ядра изотопов гелия.

Ядерными зарядами могут быть снабжены боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины. По мощности различают ядерные боеприпасы сверхмалые (менее 1 кт), малые (1-10 кт), средние (10-100 кт), крупные (100-1000 кт) и сверхкрупные (более 1000 кт). В зависимости от решаемых задач возможно применение ядерного оружия в виде подземного, наземного, воздушного, подводного и надводного взрывов. Особенности поражающего действия ядерного оружия на население определяются не только мощностью боеприпаса и видом взрыва, но и типом ядерного устройства. В зависимости от заряда различают: атомное оружие, в основе которого лежит реакция деления; термоядерное оружие - при использовании реакции синтеза; комбинированные заряды; нейтронное оружие.

Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран, содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.

Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239, образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в ядерном реакторе, работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.

Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233, получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.

Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.

Взрыв первого ядерного взрывного устройства был произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью - Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.

История создания ядерного оружия.

В начале 1939 года французский физик Фредерик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии как обычное взрывчатое вещество. Это заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия. Европа была накануне второй мировой войны, и потенциальное обладание таким мощным оружием давало любому его обладателю огромные преимущества. Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии.

К лету 1945 года американцам удалось собрать две атомные бомбы, получившие названия "Малыш" и "Толстяк". Первая бомба весила 2722 кг и была снаряжена обогащенным Ураном-235.

Бомба "Толстяк" с зарядом из Плутония-239 мощностью более 20 кт имела массу 3175 кг.

Президент США Г. Трумэн стал первым политическим руководителем, кто принял решение на применение ядерных бомб. Первыми целями для ядерных ударов были выбраны японские города (Хиросима, Нагасаки, Кокура, Ниигата). С военной точки зрения необходимости таких бомбардировок густонаселенных японских городов не было.

Утром 6 августа 1945 г. над Хиросимой было ясное, безоблачное небо. Как и прежде, приближение с востока двух американских самолетов(один из них назывался Энола Гей) на высоте 10-13 км не вызвало тревоги (т.к. каждый день они показывались в небе Хиросимы). Один из самолетов спикировал и что-то сбросил, а затем оба самолета повернули и улетели. Сброшенный предмет на парашюте медленно спускался и вдруг на высоте 600 м над землей взорвался. Это была бомба "Малыш". 9 августа еще одна бомба была сброшена над городом Нагасаки.

Общие людские потери и масштабы разрушений от этих бомбардировок характеризуются следующими цифрами: мгновенно погибло от теплового излучения (температура около 5000 градусов С) и ударной волны - 300 тысяч человек, еще 200 тысяч получили ранения, ожоги, лучевую болезнь. На площади 12 кв. км были полностью разрушены все строения. Только в одной Хиросиме из 90 тысяч строений было уничтожено 62 тысячи.

После американских атомных бомбежек по распоряжению Сталина 20 августа 1945 года был образован специальный комитет по атомной энергии под руководством Л. Берия. В комитет вошли видные ученые А.Ф. Иоффе, П.Л. Капица и И.В. Курчатов. Большую услугу советским атомщикам оказал коммунист по убеждениям, ученый Клаус Фукс - видный работник американского ядерного центра в Лос-Аламосе. Он в течение 1945 -1947 годов четыре раза передавал сведения по практическим и теоретическим вопросам создания атомной и водородных бомб, чем ускорил их появление в СССР.

В 1946 - 1948 годах в СССР была создана атомная промышленность. В районе г. Семипалатинска был построен испытательный полигон. В августе 1949 года там было подорвано первое советское ядерное устройство. Перед этим президенту США Г. Трумэну доложили, что Советский Союз овладел секретом ядерного оружия, но ядерную бомбу Советский Союз создаст не ранее 1953 года. Это сообщение вызвало у правящих кругов США желание как можно быстрее развязать превентивную войну. Был разработан план "Тройан", в котором предусматривалось начать боевые действия в начале 1950 года. На то время США располагало 840 стратегическими бомбардировщиками и свыше 300 атомными бомбами.

Поражающими факторами ядерного взрыва являются : ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс.

Ударная волна. Основной поражающий фактор ядерного взрыва. На нее расходуется около 60% энергии ядерного взрыва. Она представляет собой область резкого сжатия воздуха, распространяющуюся во все стороны от места взрыва. Поражающее действие ударной волны характеризуется величиной избыточного давления. Избыточное давление - это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед ним. Оно измеряется в кило паскалях - 1 кПа =0,01 кгс/см2.

При избыточном давлении 20-40 кПа незащищенные люди могут получить легкие поражения. Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести. Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, переломами конечностей, разрывами внутренних паренхиматозных органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Световое излучение - это поток лучистой энергии, включающий видимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Его источник - светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва. Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится в зависимости от мощности ядерного взрыва до 20 с. Сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать пожары, глубокие ожоги кожи и поражение органов зрения у людей.

Световое излучение не проникает через непрозрачные материалы, поэтому любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги.

Значительно ослабляется световое излучение в запыленном (задымленном) воздухе, в туман, дождь.

Проникающая радиация.

Это поток гамма-излучения и нейтронов. Воздействие длится 10-15 с. Первичное действие радиации реализуется в физических, физико-хи­мических и химических процессах с образованием химически активных сво­бодных радикалов (Н, ОН, НО2) обладающих высокими окислительными и восстановительными свойствами. В последующем образуются различные перекисные соединения, угнетающие активность одних ферментов и повы­шающие - других, играющих важную роль в процессах аутолиза (самораство­рения) тканей организма. Появление в крови продуктов распада радиочув­ствительных тканей и патологического обмена веществ при воздействии вы­соких доз ионизирующего излучения является основой формирования токсемии - отравления организма, связанного с циркуляцией в крови токси­нов. Основное значение в развитии радиационных поражений имеют нару­шения физиологической регенерации клеток и тканей, а также изменения функций регуляторных систем.

Радиоактивное заражение местности

Основными её источниками являются продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате приобретения радиоактивных свойств элементами из которых изготовлен ядерный боеприпас и входящих в состав грунта. Из них образуется радиоактивное облако. Оно поднимается на многокилометровую высоту, и с воздушными массами переносится на значительные расстояния. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения (след), длина которой может достигать нескольких сот километров. Наибольшую опасность радиоактивные вещества представляют в первые часы после выпадения, так как их активность в этот период наивысшая.

Электромагнитный импульс .

Это кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма-излучения и нейтронов, испускаемых при ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Следствием его воздействия является перегорание или пробои отдельных элементов радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры. Поражение людей возможно только в тех случаях, когда они в момент взрыва соприкасаются с проводными линиями.

Разновидностью ядерного оружия является нейтронное и термоядерное оружие.

Нейтронное оружие, представляет собой малогабаритный термоядер­ный боеприпас мощностью до 10 кт, предназначенный в основном для пора­жения живой силы противника за счет действия нейтронного излучения. Ней­тронное оружие относится к тактическому ядерному оружию.

Древнеиндийские и древнегреческие ученые предполагали, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц, в своих трактатах они писали об этом задолго до начала нашей эры. В V в. до н. э. греческий ученый Левкипп из Ми-лета и его ученик Демокрит сформулировали понятие атома (греч. atomos «неделимый»). На протяжении многих столетий эта теория оставалась скорее философской, и только в 1803 г. английским химиком Джоном Дальтоном была предложена научная теория атома, подтверждаемая экспериментами.

В конце XIX начале XX в. эту теорию развили в своих трудах Джозеф Томсон, а затем Эрнест Резерфорд, именуемый отцом ядерной физики. Было выяснено, что атом вопреки своему названию не является неделимой конечной частицей, как утверждалось раньше. В 1911 г. физики приняли «планетарную» систему Резерфорда Бора, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Позднее было установлено, что ядро также не является неделимым оно состоит из протонов, заряженных положительно, и не имеющих заряда нейтронов, которые состоят, в свою очередь, из элементарных частиц.

Как только ученым стало более или менее понятно строение атомного ядра, они попытались осуществить давнюю мечту алхимиков превращение одного вещества в другое. В 1934 г. французские ученые Фредерик и Ирен Жолио-Кюри при бомбардировке алюминия альфа-частицами (ядрами атома гелия) получили радиоактивные атомы фосфора, которые, в свою очередь, переходили в устойчивый изотоп кремния более тяжелого элемента, чем алюминий. Возникла идея провести подобный опыт с самым тяжелым природным элементом ураном, открытым в 1789 г. Мартином Клапротом. После того как в 1896 г. Анри Беккерель обнаружил радиоактивность солей урана, этот элемент всерьез заинтересовал ученых.

Э. Резерфорд.

Гриб ядерного взрыва.

В 1938 г. немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман провели опыт, сходный с экспериментом Жолио-Кюри, правда, взяв вместо алюминия уран, они рассчитывали получить новый сверхтяжелый элемент. Однако результат оказался неожиданным: вместо сверхтяжелого получились легкие элементы из средней части периодической таблицы. Через некоторое время физик Лиза Мейтнер предположила, что бомбардировка урана нейтронами приводит к расщеплению (делению) его ядра, в результате чего получаются ядра легких элементов и остается некоторое число свободных нейтронов.

Дальнейшие исследования показали, что природный уран состоит из смеси трех изотопов, причем наименее стабильным из них является уран-235. Время от времени ядра его атомов самопроизвольно делятся на части, этот процесс сопровождается выделением двух-трех свободных нейтронов, которые мчатся со скоростью около 10 тыс. кмс. Ядра наиболее распространенного изото-па-238 в большинстве случаев просто захватывают эти нейтроны, реже происходит превращение урана в нептуний и далее в плутоний-239. При попадании нейтрона в ядро урана-2 3 5 моментально происходит его новое деление.

Было очевидно: если взять достаточно большой кусок чистого (обогащенного) урана-235, реакция деления ядер в нем пойдет лавинообразно эту реакцию назвали цепной. При делении каждого ядра выделяется огромное количество энергии. Было подсчитано, что при полном делении 1 кг урана-235 выделяется столько же тепла, сколько при сжигании 3 тыс. т угля. Этот колоссальный выброс энергии, высвобождающейся в считаные мгновения, должен был проявить себя как взрыв чудовищной силы, что, разумеется, сразу заинтересовало военные ведомства.

Супруги Жолио-Кюри. 1940-е гг.

Л. Мейтнер и О. Ган. 1925 г.

Перед началом Второй мировой войны в Германии и некоторых других странах велись строго засекреченные работы по созданию ядерного оружия. В США исследования, обозначенные как «Манхэттенский проект», стартовали в 1941 г., год спустя в Лос-Аламосе была основана крупнейшая в мире исследовательская лаборатория. Административно проект подчинялся генералу Гровсу научное руководство осуществлял профессор Калифорнийского университета Роберт Оппенгеймер. В работе проекта принимали участие крупнейшие авторитеты в области физики и химии, в том числе 13 лауреатов Нобелевской премии: Энрико Ферми, Джеймс Франк, Нильс Бор, Эрнест Лоуренс и др.

Главной задачей ставилось получение достаточного количества урана-235. Было установлено, что зарядом для бомбы может служить также плутоний-2 39, поэтому работы велись сразу по двум направлениям. Накопление урана-235 должно было осуществляться путем его отделения от основной массы природного урана, а плутоний мог быть получен только в результате управляемой ядерной реакции при облучении нейтронами урана-238. Обогащение природного урана производилось на заводах компании «Вестингауз», а для производства плутония необходимо было построить ядерный реактор.

Именно в реакторе происходил процесс облучения урановых стержней нейтронами, в результате чего часть урана-238 должна была превратиться в плутоний. Источниками нейтронов при этом были делящиеся атомы урана-235, но захват нейтронов ураном-238 не давал начаться цепной реакции. Решить проблему помогло открытие Энрико Ферми, который обнаружил, что нейтроны, замедленные до скорости 22 мс, вызывают цепную реакцию урана-235, но не захватываются ураном-238. В качестве замедлителя Ферми предложил 40-сантиметровый слой графита либо тяжелую воду, в состав которой входит изотоп водорода дейтерий.

Р. Оппенгеймер и генерал-лейтенант Л. Гровс. 1945 г.

Калутрон в Ок-Ридже.

Опытный реактор был сооружен в 1942 г. под трибунами Чикагского стадиона. 2 декабря произошел его успешный экспериментальный запуск. Через год в городе Ок-Ридж был построен новый обогатительный завод и запущен реактор для промышленного получения плутония, а также калутрон устройство для электромагнитного разделения изотопов урана. Общая стоимость работ по проекту составила около 2 млрд долларов. Тем временем в Лос-Аламосе шли работы непосредственно над устройством бомбы и способами детонации заряда.

16 июня 1945 г. неподалеку от города Аламогордо в штате Нью-Мексико в ходе испытаний под кодовым названием Trinity («Троица») было взорвано первое в мире ядерное устройство с плутониевым зарядом и имплозивной (использующей для детонации химическую взрывчатку) схемой подрыва. Мощность взрыва была эквивалентна взрыву 20 килотонн тротила.

Следующим шагом стало боевое применение ядерного оружия против Японии, которая после капитуляции Германии одна продолжала войну против США и их союзников. 6 августа бомбардировщик В-29 «Энола Гэй» под управлением полковника Тиббетса сбросил на Хиросиму бомбу Little Boy («малыш») с урановым зарядом и пушечной (использующей соединение двух блоков для создания критической массы) схемой подрыва. Бомба опускалась на парашюте и взорвалась на высоте 600 м от земли. 9 августа самолет «Бокс Кар» майора Суини сбросил на Нагасаки плутониевую бомбу Fat Man («толстяк»). Последствия взрывов были ужасны. Оба города были практически полностью разрушены, в Хиросиме погибло более 200 тыс. человек, в Нагасаки около 80 тыс. Позже один из пилотов признался, что они видели в эту секунду самое страшное, что только может увидеть человек. Не в силах противостоять новому оружию, японское правительство капитулировало.

Хиросима после атомной бомбардировки.

Взрыв атомной бомбы поставил точку во Второй мировой войне, но фактически начал новую войну «холодную», сопровождаемую безудержной гонкой ядерного вооружения. Советским ученым пришлось догонять американцев. В 1943 г. была создана секретная «лаборатория № 2», которую возглавил известный физик Игорь Васильевич Курчатов. Позднее лаборатория была преобразована в Институт атомной энергии. В декабре 1946 г. на опытном ядерном ураново-графитовом реакторе Ф1 была осуществлена первая цепная реакция. Два года спустя в Советском Союзе построили первый плутониевый завод с несколькими промышленными реакторами, а в августе 1949 г. на Семипалатинском полигоне провели испытательный взрыв первой советской атомной бомбы с плутониевым зарядом РДС-1 мощностью 22 килотонны.

В ноябре 1952 г. на атолле Эниветок в Тихом океане США взорвали первый термоядерный заряд, разрушительная сила которого возникала за счет энергии, высвобождающейся в ходе ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые. Через девять месяцев на Семипалатинском полигоне советские ученые испытали РДС-6 термоядерную, или водородную, бомбу мощностью 400 килотонн, разработанную группой ученых под руководством Андрея Дмитриевича Сахарова и Юлия Борисовича Харитона. В октябре 1961 г. на полигоне архипелага Новая Земля была взорвана 50-мега-тонная «Царь-бомба» самая мощная водородная бомба из всех, когда-либо испытанных.

И. В. Курчатов.

На конец 2000-х годов США располагали примерно 5000, а Россия 2800 единицами ядерных боеприпасов на развернутых стратегических носителях, а также значительным количеством тактического ядерного оружия. Этого запаса достаточно, чтобы несколько раз уничтожить всю планету. Всего одна термоядерная бомба средней мощности (около 25 мегатонн) равна 1500 «хиросимам».

В конце 1970-х годов проводились исследования по созданию нейтронного оружия разновидности ядерной бомбы малой мощности. Нейтронная бомба отличается от обычной ядерной тем, что у нее искусственно увеличена та доля энергии взрыва, которая выделяется в виде нейтронного излучения. Это излучение поражает живую силу противника, воздействует на его вооружение и создает радиоактивное заражение местности, при этом воздействие ударной волны и светового излучения ограниченно. Однако ни одна армия мира так и не взяла нейтронные заряды на вооружение.

Хотя использование энергии атома поставило мир на грань уничтожения, у нее есть и мирная ипостась, правда, крайне опасная при выходе из-под контроля это ясно показали аварии на Чернобыльской и Фукусимской атомных электростанциях. Первая в мире АЭС мощностью всего 5 МВт была запущена 27 июня 1954 г. в поселке Обнинское Калужской области (ныне город Обнинск). На сегодняшний день в мире эксплуатируется более 400 АЭС, 10 из них в России. На них вырабатывается около 17 % всей мировой электроэнергии, и показатель этот, скорее всего, будет только увеличиваться. В настоящее время мир не может обойтись без использования ядерной энергии, однако хочется верить, что в будущем человечество найдет более безопасный источник энергопитания.

Пульт управления атомной станции в Обнинске.

Чернобыль после катастрофы.

Водородная бомба (Hydrogen Bomb, HB, ВБ) — оружие массового поражения, обладающее невероятной разрушительной силой (ее мощность оценивается мегатоннами в тротиловом эквиваленте). Принцип действия бомбы и схема строения базируется на использовании энергии термоядерного синтеза ядер водорода. Процессы, протекающие во время взрыва, аналогичны тем, что протекают на звёздах (в том числе и на Солнце). Первое испытание пригодной для транспортировки на большие расстояния ВБ (проекта А.Д.Сахарова) было проведено в Советском Союзе на полигоне под Семипалатинском.

Термоядерная реакция

Солнце содержит в себе огромные запасы водорода, находящегося под постоянным действием сверхвысокого давления и температуры (порядка 15 млн градусов Кельвина). При такой запредельной плотности и температуре плазмы ядра атомов водорода хаотически сталкиваются друг с другом. Результатом столкновений становится слияние ядер, и как следствие, образование ядер более тяжёлого элемента — гелия. Реакции такого типа именуют термоядерным синтезом, для них характерно выделение колоссального количества энергии.

Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах. Именно поэтому наше небесное светило теряет приблизительно 4 млн т. вещества в секунду, выделяя при этом в космическое пространство непрерывный поток энергии.

Изотопы водорода

Самым простым из всех существующих атомов является атом водорода. В его состав входит всего один протон, образующий ядро, и единственный электрон, вращающийся вокруг него. В результате научных исследований воды (H2O), было установлено, что в ней в малых количествах присутствует так называемая «тяжёлая» вода. Она содержит «тяжёлые» изотопы водорода (2H или дейтерий), ядра которых, помимо одного протона, содержат так же один нейтрон (частицу, близкую по массе к протону, но лишённую заряда).

Науке известен также тритий — третий изотоп водорода, ядро которого содержит 1 протон и сразу 2 нейтрона. Для трития характерна нестабильность и постоянный самопроизвольный распад с выделением энергии (радиации), в результате чего образуется изотоп гелия. Следы трития находят в верхних слоях атмосферы Земли: именно там, под действием космических лучей молекулы газов, образующие воздух, претерпевают подобные изменения. Получение трития возможно также и в ядерном реакторе путём облучения изотопа литий-6 мощным потоком нейтронов.

Разработка и первые испытания водородной бомбы

В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок (атолл в Тихом океане) было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза.

Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.

В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали «слойкой» Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского «трёхэтажного дома», советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.

Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно «Счастливый дракон» и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.

Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.

Видео: испытания в СССР

Царь-бомба — термоядерная бомба СССР

Жирную точку в цепи набора тоннажа водородных бомб поставил СССР, когда 30 октября 1961 года на Новой Земле было проведено испытание 50-мегатонной (крупнейшей в истории) «Царь-бомбы » — результата многолетнего труда исследовательской группы А.Д. Сахарова. Взрыв прогремел на высоте 4 километра, а ударную волную трижды зафиксировали приборы по всему земному шару. Несмотря на то, что испытание не выявило никаких сбоев, бомба на вооружение так и не поступила. Зато сам факт обладания Советами таким вооружением произвёл неизгладимое впечатление на весь мир, а в США прекратили набирать тоннаж ядерного арсенала. В России, в свою очередь, решили отказаться от ввода на боевое дежурство боеголовок с водородными зарядами.

Водородная бомба — сложнейшее техническое устройство, взрыв которого требует последовательного протекания ряда процессов.

Сначала происходит детонация заряда-инициатора, находящегося внутри оболочки ВБ (миниатюрная атомная бомба), результатом которой становится мощный выброс нейтронов и создание высокой температуры, требуемой для начала термоядерного синтеза в основном заряде. Начинается массированная нейтронная бомбардировка вкладыша из дейтерида лития (получают соединением дейтерия с изотопом лития-6).

Под действием нейтронов происходит расщепление лития-6 на тритий и гелий. Атомный запал в этом случае становится источником материалов, необходимых для протекания термоядерного синтеза в самой сдетонировавшей бомбе.

Смесь трития и дейтерия запускает термоядерную реакцию, вследствие чего происходит стремительное повышение температуры внутри бомбы, и в процесс вовлекается всё больше и больше водорода.
Принцип действия водородной бомбы подразумевает сверхбыстрое протекание данных процессов (устройство заряда и схема расположения основных элементов способствует этому), которые для наблюдателя выглядят мгновенными.

Супербомба: деление, синтез, деление

Последовательность процессов, описанных выше, заканчивается после начала реагирования дейтерия с тритием. Далее было решено использовать деление ядер, а не синтез более тяжёлых. После слияния ядер трития и дейтерия выделяется свободный гелий и быстрые нейтроны, энергии которых достаточно для инициации начала деления ядер урана-238. Быстрым нейтронам под силу расщепить атомы из урановой оболочки супербомбы. Расщепление тонны урана генерирует энергию порядка 18 Мт. При этом энергия расходуется не только на создание взрывной волны и выделения колоссального количества тепла. Каждый атом урана распадается на два радиоактивных «осколка». Образуется целый «букет» из различных химических элементов (до 36) и около двухсот радиоактивных изотопов. Именно по этой причине и образуются многочисленные радиоактивные осадки, регистрируемые за сотни километров от эпицентра взрыва.

После падения «железного занавеса», стало известно, что в СССР планировали разработку «Царь бомбы», мощностью в 100 Мт. Из-за того, что тогда не было самолёта, способного нести столь массивный заряд, от идеи отказались в пользу 50 Мт бомбы.

Последствия взрыва водородной бомбы

Ударная волна

Взрыв водородной бомбы влечёт масштабные разрушения и последствия, а первичное (явное, прямое) воздействие имеет тройственный характер. Самое очевидное из всех прямых воздействий — ударная волна сверхвысокой интенсивности. Её разрушительная способность уменьшается при удалении от эпицентра взрыва, а так же зависит от мощности самой бомбы и высоты, на которой произошла детонация заряда.

Тепловой эффект

Эффект от теплового воздействия взрыва зависит от тех же факторов, что и мощность ударной волны. Но к ним добавляется ещё один — степень прозрачности воздушных масс. Туман или даже незначительная облачность резко уменьшает радиус поражения, на котором тепловая вспышка может стать причиной серьёзных ожогов и потери зрения. Взрыв водородной бомбы (более 20 Мт) генерирует невероятное количество тепловой энергии, достаточной, чтобы расплавить бетон на расстоянии 5 км, выпарить воду практически всю воду из небольшого озера на расстоянии в 10 км, уничтожить живую силу противника, технику и постройки на том же расстоянии. В центре образуется воронка диаметром 1-2 км и глубиной до 50 м, покрытая толстым слоем стекловидной массы (несколько метров пород, имеющих большое содержание песка, почти мгновенно плавятся, превращаясь в стекло).

Согласно расчётам, полученным в ходе реальных испытаний, люди получают 50% вероятность остаться в живых, если они:

• Находятся в железобетонном убежище (подземном) в 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ);
• Находятся в жилых домах на расстоянии 15 км от ЭВ;
• Окажутся на открытой территории на расстоянии более 20 км от ЭВ при плохой видимости (для «чистой» атмосферы минимальное расстояние в этом случае составит 25 км).

С удалением от ЭВ резко возрастает и вероятность остаться в живых у людей, оказавшихся на открытой местности. Так, на удалении в 32 км она составит 90-95%. Радиус в 40-45 км является предельным для первичного воздействия от взрыва.

Огненный шар

Ещё одним явным воздействием от взрыва водородной бомбы являются самоподдерживающиеся огненные бури (ураганы), образующиеся вследствие вовлекания в огненный шар колоссальных масс горючего материала. Но, несмотря на это, самым опасным по степени воздействия последствием взрыва окажется радиационное загрязнение окружающей среды на десятки километров вокруг.

Радиоактивные осадки

Возникший после взрыва огненный шар быстро наполняется радиоактивными частицами в огромных количествах (продукты распада тяжёлых ядер). Размер частиц настолько мал, что они, попадая в верхние слои атмосферы, способны пребывать там очень долго. Всё, до чего дотянулся огненный шар на поверхности земли, моментально превращается в пепел и пыль, а затем втягивается в огненный столб. Вихри пламени перемешивают эти частички с заряженными частицами, образуя опасную смесь радиоактивной пыли, процесс оседания гранул которой растягивается на долгое время.

Крупная пыль оседает довольно быстро, а вот мелкая разносится воздушными потоками на огромные расстояния, постепенно выпадая из новообразованного облака. В непосредственной близости от ЭВ оседают крупные и наиболее заряженные частицы, в сотнях километров от него всё ещё можно встретить различимые глазом частицы пепла. Именно они образуют смертельно опасный покров, толщиной в несколько сантиметров. Каждый кто окажется рядом с ним, рискует получить серьёзную дозу облучения.

Более мелкие и неразличимые частицы могут «парить» в атмосфере долгие годы, многократно огибая Землю. К тому моменту, когда выпадут на поверхность, они изрядно теряют радиоактивность. Наиболее опасен стронций-90, имеющий период полураспада 28 лет и генерирующий стабильное излучение на протяжении всего этого времени. Его появление определяется приборами по всему миру. «Приземляясь» на траву и листву, он становится вовлечённым в пищевые цепи. По этой причине у людей, находящихся за тысячи километров от мест испытаний при обследовании обнаруживается стронций-90, накапливаемый в костях. Даже если его содержание крайне невелико, перспектива оказаться «полигоном для хранения радиоактивных отходов» не сулит человеку ничего хорошего, приводя к развитию костных злокачественных новообразований. В регионах России (а также других стран), близких к местам пробных запусков водородных бомб, до сих пор наблюдается повышенный радиоактивный фон, что ещё раз доказывает способность этого вида вооружения оставлять значительные последствия.

Видео о водородной бомбе

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них