Моисей Нейман - Термоядерное оружие

Следовательно, обязательным условием возникновения атомного взрыва является определенный размер куска урана 235 или плутония 239. С целью экономии следует брать кусок такой формы, чтобы при минимальной поверхности объем его был наибольшим.

Такой формой является шар.

Минимальное количество делящегося вещества, в котором может протекать цепная реакция деления, называется критической массой. Чтобы реакция шла вполне успешно, кусок урана 235 или плутония должен быть больше критического.

Величина критической массы заряда зависит от его формы, материала оболочки, конструкции атомной бомбы, вида ядерного горючего и некоторых других факторов. Расчеты показывают, что вес критической массы урана 235, имеющей форму шара, близок, по-видимому, к 1 кг. Для других форм заряда он несколько больше. Однако практически вес ядерного заряда в атомных бомбах больше (от нескольких килограммов до десятков килограммов, в зависимости от калибра бомбы). Нужно также учитывать, что во время взрыва в цепной реакции деления участвует не все делящееся вещество.

Хранить атомный заряд в количестве, равном или превышающем критическую массу, нельзя, так как в нем может возникнуть цепная ядерная реакция (произойти атомный взрыв) под воздействием случайных нейтронов. Поэтому атомный заряд до момента взрыва должен быть разделен на несколько таких частей, чтобы масса каждой из них была меньше критической. Взрыв куска ядерного горючего, обладающего критической массой, может происходить самопроизвольно, так как цепная реакция может начаться под действием нейтронов, всегда имеющихся в некотором количестве и в воздухе и в самом ядерном веществе.

Цепная реакция деления урана была открыта в 1939 году. Вскоре воюющие страны засекретили ведущиеся научные исследования по овладению атомной энергией. В период фашизации Германии и Италии и в годы второй мировой войны многие крупные западноевропейские ученые, в том числе атомники, эмигрировали в Америку. Правительство США привлекло их к выполнению работ по созданию совместно с американскими учеными атомной бомбы. Коллективным трудом этих ученых и была создана первая атомная бомба. Видная роль в этих работах принадлежала итальянскому физику Э. Ферми, умершему в США в конце 1954 года, и немецкому ученому Д. Р. Оппенгеймеру.

Прежде чем рассмотреть термоядерное оружие, познакомимся с первым и более известным видом ядерного оружия — атомной бомбой. Поскольку цепное деление урана, происходящее в атомной бомбе, используется как «запал», т. е. инициирующее средство термоядерного взрыва, остановимся несколько подробнее на принципах действия атомной бомбы.

Для устройства атомной бомбы используется свойство ядерных «взрывчатых» веществ — самопроизвольно взрываться при наличии критической массы. Берется несколько кусков урана или плутония, каждый из которых не имеет критической массы и взорваться не может. В намеченный для взрыва момент эти куски в атомной бомбе быстро сближаются, и тотчас же происходит взрыв.

На рис. 8 показана принципиальная схема устройства атомной бомбы.

Внутри атомной бомбы находится плутониевый шар, окруженный веществом, отражающим нейтроны. Масса шара меньше критической. Другой кусок плутония имеет форму цилиндра такого размера, что он может поместиться внутри канала в плутониевом шаре, в результате чего получится сплошной шар с критической массой. Устройство, снаряженное обыкновенным взрывчатым веществом, способно при взрыве дать толчок упомянутому цилиндрическому куску плутония.

Чтобы произвести взрыв атомной бомбыв определенных условиях, например на заранее заданной высоте, в атомную бомбу помещают взрыватель, действие которого может быть основано на барометрическом, временном или каком-либо другом принципе. Известно, что барометр указывает высоту местности над уровнем моря. Когда бомба падает, стрелка барометрического взрывателя движется и на определенной высоте замыкает внутри бомбы электрическую цепь, в результате чего возникает электрическая искра, которая воспламенит капсюль, поджигающий обычное взрывчатое вещество в атомной бомбе. Когда ВВ взорвется, оно втолкнет в канал цилиндрический кусок плутония, будет достигнута критическая масса, после чего начнет развиваться цепная реакция деления и произойдет взрыв.

Для сокращения времени, идущего на развитие цепной реакции и увеличения количества делящихся ядер, плутониевый шар окружается веществом, отражающим обратно нейтроны, вылетающие наружу. При таком устройстве бомбы взрыв развивается в течение нескольких миллионных долей секунды, то есть практически мгновенно.

Для увеличения эффективности атомной бомбы наряду с прочной оболочкой, замедляющей разлет ядерного горючего, и отражателем нейтронов в центр бомбы можно вводить нейтронный источник. Разумеется, такой источник ускоряет развитие цепной реакции в плутонии, когда масса последнего превысит критическую, и обеспечивает безотказность взрыва в определенный момент.

В качестве нейтронного источника в лабораториях, например, используют хорошо перемешанную смесь бериллия и полония. Полоний радиоактивен и при распаде испускает альфа-частицы. Последние проникают в ядра бериллия, причем происходит реакция, в результате которой образуется ядро углерода и выбрасывается нейтрон:

Во всех видах атомных боеприпасов основными частями конструкции являются: 1) ядерное горючее (атомный заряд); 2) отражатель нейтронов, окружающий атомный заряд; 3) обычное взрывчатое вещество, действием взрыва быстро сближающее части атомного заряда; 4) взрыватель; 5) оболочка бомбы. Кроме того, в атомную бомбу обычно помещают дополнительный источник нейтронов.

При расщеплении атомов урана или плутония образующиеся «осколки» разлетаются в стороны с огромной скоростью, превышающей скорость винтовочной пули примерно в 30 000 раз. Величина пробега этих «осколков» невелика. В воздухе она равна двум сантиметрам, так как «осколки» сталкиваются с молекулами воздуха и быстро теряют свою скорость. В более плотных веществах пробег «осколков» составляет лишь доли миллиметра. В результате столкновений с атомами вещества бомбы «осколки» быстро замедляют свое движение. Энергия, переданная «осколками» атомам и молекулам ядерного вещества, выделяется в виде тепла — происходит быстрое повышение температуры до нескольких миллионов градусов. С повышением температуры резко увеличивается давление. Следовательно, возникают силы, стремящиеся расширить ядерный заряд, разорвать окружающую оболочку и разбросать вещество бомбы. Если скорость реакции значительно выше, чем скорость разбрасывания, то успевает взорваться бóльшая часть взрывчатого вещества. Если скорость реакции низка, то успевает «сгореть» лишь небольшая часть взрывчатого вещества, а остальное разбрасывается в разные стороны, не успев прореагировать. Таким образом, для повышения коэффициента использования взрывчатого вещества необходимо добиваться увеличения скорости развития взрывного процесса и уменьшения скорости разлета.