Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Стремление увеличить мощность атомных бомб привело к созданию водородной бомбы, к изучению которой мы и перейдем.

Водородная бомба основана на использовании энергии, выделяющейся в результате термоядерной реакции. Детонатором, или «зажигалкой», для термоядерного ВВ, которым снаряжается водородная бомба, служит атомная бомба, принципы устройства которой мы рассмотрели. Схема возможного устройства простой водородной бомбы приведена на рис. 37. Внутри конструкции размещается боевая часть атомной бомбы 1 . Вокруг нее в плотной оболочке может находиться первая часть заряда термоядерного ВВ в виде смеси дейтерия и трития 2 . Дейтерий и тритий обычно применяются в виде соответствующих соединений с другими элементами. Наконец, вокруг всего этого размещается вторая часть термоядерного заряда 3 , содержащая большое количество обычного водорода, дейтерия, лития и других легких изотопов.

Схему развития взрыва водородной бомбы можно представить себе следующим образом. Начинается все с взрыва атомного детонатора, ведущего к повышению температуры на время порядка микросекунд до нескольких десятков миллионов градусов. Это начальный период.

Второй период — это «зажигание» смеси дейтерия и трития. Реакция соединения дейтерия и трития воспринимает инициирующее действие взрыва атомного детонатора и ведет к дальнейшему повышению температуры, чем обеспечивается термоядерная реакция в остальной части термоядерного ВВ.

Термоядерные реакции во второй части термоядерного заряда, требующие более высокой температуры, происходят в третий период взрыва. Такими реакциями могут быть реакция соединения ядер дейтерия, ведущая к образованию трития, чем поддерживается наличие его в горючей смеси, а также реакции с различными изотопами лития. Таким образом, в простейшей водородной бомбе используются две ядерные реакции: цепная реакция деления взрывного типа и термоядерная реакция, протекающая в форме теплового взрыва. Бомба называется водородной, потому что главной (но отнюдь не единственной) составляющей частью ее заряда являются различные изотопы водорода.

Мощность взрыва водородной бомбы может превосходить во много раз мощность взрыва атомной бомбы. По сообщениям американской печати, тротиловый эквивалент водородных устройств, взорванных в 1954 г. на острове Бикини, составлял миллионы тонн. Эти устройства весили несколько десятков тонн и представляли собой громоздкие сооружения, смонтированные на земле. Советский Союз шел впереди США в отношении созданий водородных бомб. Известно, например, что тротиловый эквивалент советской водородной бомбы (именно бомбы, а не наземной специально собранной установки), взорванной в 1955 г. в соответствии с планом научно-исследовательской работы, составлял несколько миллионов тонн. По сообщению ТАСС от 27 ноября 1955 г., взрыв этой бомбы был «наиболее мощным из всех, какие только производились до настоящего времени». Чтобы лучше представить себе, насколько велика мощность этого взрыва, можно указать, например, что, по подсчетам немецких ученых, суммарная мощность взрыва всех бомб, сброшенных на территории Германии в течение всей второй мировой войны, равна приблизительно 1 млн. 350 тыс. т тротила.

Мощность водородной бомбы можно существенно увеличить, если быстрые нейтроны, получающиеся в большом количестве при термоядерной реакции с водородом, использовать для новой реакции деления. Как мы знаем, быстрые нейтроны делят как ядра урана 235, так и ядра урана 238, из которых состоит в основном обычный природный уран. Если поэтому корпус водородной бомбы сделать из обычного урана, то при воздействии быстрых нейтронов ядра этого урана будут делиться, освобождая соответствующую энергию и увеличивая тем самым силу взрыва. Мощность такой водородно-урановой бомбыобусловлена уже не двумя, а тремя ядерными реакциями: цепной реакцией делениязаряда ядерного ВВ, термоядерной реакциейсмеси изотопов водорода и реакцией деленияядер урана корпуса бомбы.

При достаточной толщине урановой оболочки мощность, выделяемая при делении ее ядер, оказывается весьма большой. В этом случае можно ограничиться небольшим количеством смеси дейтерия и трития, взрыв которой будет служить не столько для получения энергии (энергию даст уран оболочки), сколько для образования достаточно мощного потока нейтронов, вызывающих деление урана оболочки.

По сообщениям зарубежной печати, до 80% энергии взрыва водородно-урановой бомбы получается за счет реакции деления урана. Преимуществом такой бомбы является также и то, что увеличение мощности достигается использованием относительно дешевого (по сравнению, например, с дейтерием и тритием) вещества, каким является природный уран.

В настоящее время, судя по опубликованным данным за границей, специалисты работают над созданием особо крупных водородных бомб с тротиловым эквивалентом 40–50 млн. т. Одновременно с увеличением мощности водородных бомб работа идет и по пути уменьшения их калибра и веса. По сведениям зарубежной печати, возможность создания водородных бомб малого калибра доказана испытаниями, проведенными в последние годы. Сообщается, что водородные бомбы малого калибра могут быть использованы для снаряжения зенитных управляемых снарядов, самолетов-снарядов, летящих без пилота, и ракет.

Чтобы познакомить читателя с разнообразными действиями атомных и термоядерных (кратко ядерных) взрывов, рассмотрим сначала внешнюю картину такого взрыва.

Ядерный взрыв может быть произведен в воздухе, у поверхности земли (воды), а также в земле или воде. Взрыв, произведенный в воздухе на высоте нескольких сот метров, называется воздушным ядерным(атомным) взрывом. Взрыв, который производится на поверхности земли (воды) или в непосредственной близости от нее па высоте нескольких десятков метров, называется наземным (надводным) взрывом. Наконец, ядерный взрыв, произведенный в земле (воде), называется соответственно подземнымили подводным взрывом.

Если ядерный взрыв происходит в воздухе, то вначале наблюдается ослепительно яркая вспышка, освещающая окружающую местность на десятки и даже сотни (в зависимости от калибра) километров и сопровождающаяся громоподобными звуками. Вслед за этим в месте взрыва образуется светящийся огненный шар, также видимый на очень большом расстоянии. Этот шар состоит из раскаленных очень разреженных газов и паров, входящих в состав атмосферного воздуха, и продуктов взрыва («осколков» деления урана или плутония и элементов, входивших в конструкцию самой бомбы).