Моисей Нейман - Термоядерное оружие

На рис. 13 приведена принципиальная схема устройства водородной бомбы. В центре помещается атомная бомба 1 , при взрыве которой создается очаг высокой температуры (выше 10 млн. градусов). Атомная бомба окружена веществом 2 , состоящим из атомов с легкими ядрами, которые вступают в термоядерную реакцию под воздействием высокой температуры, развивающейся при взрыве атомной бомбы.

В отличие от урана и плутония термоядерное горючее (дейтерий, тритий, литий и др.) не имеет критической массы. Поэтому размеры окружающего атомный «запал» легкого ядерного взрывчатого вещества принципиально не ограничены.

Деление всех ядер, содержащихся в 1 кг урана 235 или плутония, сопровождается выделением свыше 20 000 млрд. кал . Такая же энергия может выделиться при полном превращении в гелий всего около 150 г водорода. Очевидно, что энергия, выделяющаяся при взрыве водородной бомбы, вес которой не ограничен критической массой, может оказаться в сотни и тысячи раз больше, чем энергия взрыва атомной бомбы. Это, конечно, не значит, что радиус разрушения вследствие взрыва водородной бомбы будет также в несколько сотен и тысяч раз превышать радиус разрушений, вызванных взрывом атомной бомбы. В действительности радиус разрушений от взрыва водородной бомбы возрастает не столь быстро. Например, радиус разрушений при взрыве водородной бомбы с тротиловым эквивалентом 10 млн. т будет превышать радиус разрушений ударной волной от взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 10 000 т не в 1000 раз, а лишь примерно в 10 раз.

При конструировании водородной бомбы добиваются ускорения развития взрыва по сравнению со скоростью разлета заряда, чтобы повысить коэффициент использования плутония и термоядерного горючего.

Как указывается в иностранной печати, к преимуществам водородной бомбы по сравнению с атомной относятся:

1) сравнительно небольшая стоимость поражения единицы площади;

2) наличие значительно бóльших запасов в природе водорода и лития по сравнению с ураном и торием;

3) практическое отсутствие верхнего предела величины взрывного заряда, что позволяет изготавливать водородные бомбы с большими тротиловыми эквивалентами.

Недостатки водородной бомбы:

1) трудность тактического применения водородной бомбы;

2) невозможность длительного хранения водородных бомб, содержащих тритий, вследствие самопроизвольного радиоактивного распада этого изотопа водорода;

3) необходимость очень надежной защиты дорогостоящих самолетов — носителей термоядерного оружия, складов этого оружия и т. п.

Поскольку время от начала взрыва до разлета вещества, заключенного в бомбе, составляет величину порядка миллионных долей секунды, то для осуществления водородной бомбы необходимо выбрать такие реакции, средняя продолжительность которых при температурах и плотностях, создаваемых при атомном взрыве, составляет величину тоже не более миллионных долей секунды.

В литературе подробнее всего обсуждались термоядерные реакции водорода, его тяжелых изотопов: дейтерия и трития, и двух изотопов лития: лития 6 и лития 7. В табл. 4 приводится перечень этих реакций с обозначением их теплового эффекта в миллиардах калорий на грамм-атом [8] Грамм-атом — такое количество граммов вещества, которое численно равно его атомному весу. Так, 1 грамм-атом водорода весит 1 г, гелия — 4 г, урана 235–235 г. , тротилового эквивалента в тысячах тонн на 1 кг заряда и продолжительности реакции при температуре 20 млн. градусов.

При рассмотрении возможностей широкого использования тех или иных ядерных реакций в водородной бомбе следует учесть ряд обстоятельств. Важнейшими из них являются: доступность и дешевизна «взрывчатого вещества», возможность возбуждения термоядерных реакций при температурах атомного «запала» и величина энергии при протекании данной реакции. Чем больше эта энергия, тем выше поднимается и легче поддерживается температура и тем сильнее действие взрыва.

Для сравнения в таблицу включены данные о делении урана или плутония. Изотопы водорода Н 1, Н 2и Н 3обозначены Н, D и Т.

Таблица 4 [9] В третьем столбце энергия реакций 1–7 приведена в тротиловых эквивалентах на 1 кг взрывчатого вещества в расчете на вес тяжелой и сверхтяжелой воды, а не свободных изотопов водорода.

Как видно из таблицы, термоядерные реакции весьма различны по времени протекания — от миллионных долей секунды до десятков миллиардов лет. Тепловой же эффект колеблется от 34 до 540 млрд. кал на 1 грамм-атом с максимальным различием приблизительно в 16 раз.

При повышении температуры скорость термоядерных реакций возрастает. На рис. 14 для примера показано, как увеличивается скорость и соответственно уменьшается время протекания термоядерных реакций между изотопами водорода при повышении температуры от 10 до 200 млн. градусов. Из кривых, приведенных на рисунке, видно, что даже при температурах, значительно превышающих 10 млн. градусов, реакции Н+D и D+D идут недостаточно быстро, чтобы их можно было использовать для изготовления водородной бомбы. Наиболее легко возбуждаемой термоядерной реакцией является реакция, протекающая между ядрами дейтерия и трития, в результате которой образуется гелий и нейтрон.