Тим Скоренко - Изобретено в СССР

Итак, как же устроено современное термоядерное оружие?

Внутри оболочки бомбы находятся две независимые ступени. Первая называется триггером и представляет собой… маленькую атомную бомбу. Да, это компактный урановый или плутониевый заряд сферической формы мощностью в несколько килотонн, окружённый взрывчатым веществом. Если проводить аналогию с гранатой, то это взрыватель. Сперва детонирует взрывчатка, она сжимает плутониевое ядро («сборку»), приводя его в сверхкритическое состояние, в нужный момент вбрасывается мощный поток нейтронов – и происходит атомный взрыв. Примерно 80 % энергии этого взрыва идут на рентгеновское излучение, стимулирующее работу второй ступени.

Вторая ступень водородной бомбы – это тампер, цилиндрический или иногда сферический контейнер, стенки которого изготовлены из свинца или из урана-238. Контейнер заполнен термоядерным горючим, дейтеридом лития-6 – в такой форме дейтерий можно хранить в твёрдом виде. А дейтерий 2H (D), напомню, – это стабильный тяжёлый изотоп водорода, имеющий атомную массу 2. То, что мы обычно подразумеваем под словом «водород», с химической точки зрения является протием, изотопом 1H с атомной массой 1, а ядро протия состоит из одного протона, откуда и название. Ядро дейтерия, дейтрон, состоит уже из двух частиц – одного протона и одного нейтрона.

Сердцем второй ступени является плутониевый стержень (можно назвать его «свечой зажигания»). Общая оболочка обеих ступеней заполнена пенополистиролом, прозрачным для рентгеновского излучения. Когда атомный заряд-триггер взрывается, импульс рентгеновского излучения взрыва, отражаясь от стенок оболочки, распространяется сквозь полистирол, превращая его в раскалённую плазму. Последняя служит отличным проводником излучения (она переизлучает «жёсткий» рентген взрыва первой ступени в более «мягком», но все ещё рентгеновском диапазоне), которое, в свою очередь, поглощается урановым тампером. Плотность энергии излучения столь велика, что тампер испаряется, также превращаясь в плазму (это называется абляцией), и обжимает находящееся внутри термоядерное топливо и плутониевый стержень. За доли секунды давление и температура возрастают в несколько тысяч раз, а плутониевый стержень переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию деления (то есть ядерный взрыв) с образованием нейтронов и выбросом большого количества тепла. Нейтроны вступают в реакцию с ядрами лития-6, и он расщепляется на гелий и ещё один изотоп водорода – тритий [20] Вообще говоря, известны семь различных изотопов водорода, но в основном они крайне нестабильны и интересны лишь специалистам. Например, квадий ( 4 Н) имеет период полураспада всего 1,39⋅10 –22 секунды. Тритий тоже нестабилен, но его период полураспада достаточно долог, 12,32 года, что позволяет использовать его в практических целях. . Ядро трития ( 3H, или T), более тяжёлого, чем протий и дейтерий, содержит один протон и два нейтрона.

Таким образом, у нас получается следующая картина: высочайшая, в несколько миллионов градусов, температура, очень высокое давление и среда, состоящая из ядер изотопов водорода 2Н и 3Н (потому бомба и называется водородной). А между дейтерием и тритием при высокой температуре происходит не что иное, как реакция термоядерного синтеза: их ядра сливаются, образуется ядро гелия и высокоэнергетический нейтрон (n). Реакция эта выглядит вот так:

2 1H + 3 1H → 4 2He + n + 17,589 МэВ.

Обратите внимание на 17,589 МэВ – это выделяющаяся при реакции энергия. Нейтрон в данном случае имеет энергию 14,1 МэВ, и, попадая в ядро урана-238 (напомню: из него изготовлен тампер), он делит его с выделением огромного количества энергии – около 200 МэВ.

Суммарная мощность подобного взрыва неимоверна. Если, например, «Царь-бомба» упадёт на Московский Кремль, то ударная волна сметёт всё вплоть до Химок с одной стороны и Люберец – с другой, а испепеляющий жар достигнет Звенигорода и Раменского.

Существует заблуждение, что термоядерное оружие – «чистое», то есть радиационное заражение местности после его использования незначительно. Но это утверждение применимо только к реакции синтеза: всё-таки в конструкции водородной бомбы используется уран-238, и местность будет заражена осколками деления не меньше, чем при атомном взрыве.

Теоретически можно получить так называемую чистую термоядерную бомбу, в которой не будет атомного триггера; она нанесёт серьёзные разрушения, но без радиоактивного заражения, и «зачищенную» территорию можно будет сразу отстраивать заново или заселять [21] На самом деле нельзя. Во-первых, разрушения наносят ударная волна и тепловое излучение, для них нужен урановый тампер, а значит, заражение местности гарантировано. Во-вторых, даже если убрать урановую составляющую, в результате реакции синтеза образуется огромное количество быстрых нейтронов, и прямое следствие этого – наведённая радиоактивность, явление, при котором нерадиоактивные ядра становятся радиоактивными в результате нейтронного облучения. Из-за чего окружающая местность будет «светиться» ещё долгие годы. . Основная проблема заключается в необходимости достичь очень высоких температур и давления, на данный момент единственный способ это сделать – взорвать маленькую атомную бомбу. Существует ряд теоретических решений, способных заменить триггер, например лазерный запуск термоядерной реакции или поджиг рентгеновским излучением, которое генерируется Z-машиной – лабораторной установкой для создания экстремальных температур и давлений. Но всё это остаётся не более чем теорией, а водородные бомбы по-прежнему инициируются атомным взрывателем.

А теперь давайте заглянем в историю термоядерного оружия.

Как и в случае с атомными проектами, все первичные разработки в области термоядерного оружия были сделаны в США. В 1941 году Энрико Ферми, отец первого в мире ядерного реактора и вообще человек номер один в американской ядерной программе, подкинул своему коллеге Эдварду Теллеру идею компактной бомбы, принцип действия которой основан на реакции термоядерного синтеза, инициируемой маленьким атомным взрывом. Зерно упало в хорошую почву: годом позже Теллер вошёл в состав группы Оппенгеймера, работавшей над атомной бомбой, и при этом не забыл идеи двухступенчатой системы. Забавно, но, как вспоминал Теллер, в том самом разговоре с Ферми он был на все сто процентов уверен, что схема нереализуема, и даже нашёл аргументы, убедившие в этом Ферми.

В 1943 году у Теллера появился единомышленник – поляк Станислав Улам, попавший в Манхэттенский проект по рекомендации друга, венгро-американского математика Джона фон Неймана. По сути, в рамках проекта Теллер и Улам вели свои собственные исследования, практически не связанные с основными задачами группы Оппенгеймера. Именно Улам предложил схему, которая легла в основу двухступенчатого варианта водородной бомбы. Теллер сначала рассматривал более простое решение, в котором тепло от взрыва первой ступени разогревало жидкий дейтерий в примыкающей емкости до температуры начала термоядерного синтеза. Но расчеты показали, что дейтерий будет слишком быстро охлаждаться и для термоядерного зажигания в этой схеме нужен взрыв мощностью около 500 килотонн.