Мощнейшее смертоносное оружие: как устроена водородная бомба и чем она отличается от атомной

Принцип водородной бомбы следующий: возникшее излучение нагревает цилиндр с твердым термоядерным горючим. Образуя новые вещества (о них мы подробнее расскажем ниже), высвобождающая энергию, которая многократно превосходит мощность первого атомного запала.

Работая над атомной бомбой в 1940-х годах, физики заметили, что энергия термоядерного синтеза может быть неизмеримо больше энергии деления урана. В 1946 году ученые Станислав Улам и Эдвард Теллер начали теоретическую проработку «Супербомбы». Теллер был одержим этой идеей. Он хотел создать такое оружие, мощность которого могла расти практически бесконечно. Взрыв водородной бомбы стал именно таким!

Теллер и Улам в итоге стали первыми, кто первым создал водородную бомбу. Однако долгое время их преследовала вот какая проблема: как сжать и нагреть термоядерное топливо настолько быстро, чтобы оно не успело разлететься до начала реакции? Сначала они думали задействовать «соседство» атомного заряда с жидким дейтерием, но расчеты показывали, что такое устройство не сработает — плазма рассеется быстрее, чем начнется сам синтез (то есть взрыв будет обычным).

В 1951 году физики предложили ту самую радиационную имплозию. Испытание водородной бомбы показало, что использование рентгеновского излучения внутри атомного модуля может — и успешно с этим справляется — сжать термоядерный узел и высвободить колоссальную энергию. Эта схема легла в основу всех последующих конструкций водородных бомб.

Итак, первая водородная бомба в мире была испытана США 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок под кодовым названием «Иви Майк». Оно представляло собой не боевую бомбу, а огромную криогенную установку высотой с трехэтажный дом. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны — в сотни раз больше, чем у бомб, которые сбросили на Хиросиму и Нагасаки. Правда, «Иви Майк» оказался очень скоро ненужным: он был очень большим, а хранить жидкое горючее для него в боеготовом состоянии оказалось попросту нецелесообразным.

Кто создал водородную бомбу в Советском союзе? Это были физики Игорь Курчатов, Юлий Харитон и Андрей Сахаров, которые, правда, пошли другим путем. Сахаров предложил конструкцию, в которой твердое термоядерное топливо — дейтерид лития-6 — как бы укладывалось слоями вокруг плутониевого заряда. Водородная бомба Сахарова (ее еще прозвали «слойкой» — за счет строения) позволяла наращивать мощность прямо в момент взрыва и не требовала сверхнизких температур.

Испытание водородной бомбы в СССР прошло 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне. Ее назвали РДС-6с. Бомбу было несложно перевозить с места на место, а сбрасывалась она с самолета, что давало СССР преимущество в создании практического термоядерного оружия перед американскими коллегами.

Гонки было не миновать. Позже появились «сухие» двухступенчатые заряды — вместо жидкого горючего использовался твердый, а также трехфазные конструкции. Кульминацией гонки стала советская «Царь-бомба» (АН602) — бомба, мощнее любой другой водородной. Кстати, она оказалась и самой мощной за всю историю человечества. Ее испытали 30 октября 1961 года на полигоне «Сухой Нос», на архипелаге Новая Земля, в Архангельске. При изначально проектной мощности 100 мегатонн в реальности взорвалось около 58 мегатонн.

А теперь давайте подробнее заглянем внутрь водородной бомбы. Чтобы разобраться, как она работает, разберемся в устройстве атомного оружия. Принцип работы атомной бомбы основан на явлении радиоактивного распада. Но те материалы, из которых создается сердечник атомного оружия не просто радиоактивны — они также склонны к возникновению цепной реакции.

Ядра радиоактивных элементов достаточно тяжелы: в них много нейтронов и протонов. Правда, такие системы мягко говоря нестабильны: протоны в ядре сильно отталкиваются друг от друга, из-за чего со временем они распадаются на более мелкие и более стабильные «осколки».

В результате такого распада выделяется значительное количество энергии. В некоторых реакциях, например, при распаде урана, в качестве побочного продукта также получаются нейтроны. Именно благодаря этим частицам, которые могут приобретать после распада атома высокую скорость, и возможны цепные реакции, лежащие в основе атомного оружия, в том числе термоядерной бомбы.

Эдвард Теллер — тот, кто изобрел водородную бомбу, это знал. Чтобы индуцировать цепную реакцию, нужно «ударить» атом урана нейтроном. В результате образуются осколки деления и два нейтрона, каждый из которых также может поразить атом урана. Таким образом количество распадов начинает увеличиваться в геометрической прогрессии.

Однако, чтобы запустить такой процесс, нужно достичь критической массы материала. Если в атомном заряде масса урана будет меньше критической, то никакого взрыва не произойдет. Поэтому в атомную бомбу закладывают несколько кусочков радиоактивного материала, отделенных друг от друга. В момент взрыва детонирующие заряды сталкивают эти кусочки, достигается критическая масса и начинается взрывной процесс.

В чем тогда суть? Водородная бомба вместо радиоактивного распада использует реакция ядерного синтеза. В ходе нее ядра атомов сливаются воедино, образуя более тяжелый элемент. В качестве побочного продукта выделяется огромное количество энергии — намного больше, чем при ядерном распаде. Однако для осуществления такого слияния нужно сжать вещество так, чтобы ядра его атомов буквально «вошли» друг в друга.

В водородных бомбах для этого используются ядерные заряды. Создатель водородной бомбы стремился именно к тому, чтобы в момент взрыва они сжимали и нагревали находящийся в сердечнике бомбы дейтерий так, чтобы произошла реакция синтеза. Благодаря этому мощность взрыва термоядерного оружия более чем в пять раз выше, чем у атомной бомбы, а площадь распространения радиоактивных осадков увеличивается в 5-10 раз.

Главное отличие — водородная бомба и атомная бомба по-разному высвобождают ядерную энергию. Атомная работает на реакции деления тяжелых ядер: ядро урана-235 или плутония-239 захватывает нейтрон, раскалывается на два осколка, и при этом часть массы превращается в энергию. При этом мощность взрыва будет ограничена: нельзя просто добавить чуть больше урана. В таком случае он попросту взорвется раньше времени.

Термоядерная бомба использует реакцию синтеза легких ядер. Это изотопы водорода (дейтерия и трития), которые превращаются в гелий. Здесь выделяется в четыре раза больше энергии на единицу массы. Что самое важное — работа водородной бомбы не предполагает теоретического предела по мощности. То есть сколько ни подливай горючего, заряд будет только расти.

Чем еще отличается водородная бомба от атомной? Атомная бомба — это «единое» устройство. А вот термоядерная имеет несколько ступеней. Чтобы запустить синтез веществ, нужны и подходящая температура, и колоссальное давление, которые в природе существуют только в недрах звезд. Но на Земле такие условия можно создать только с помощью атомной бомбы. Поэтому внутри термоядерного заряда обязательно есть атомный детонатор. Именно он, взрываясь, поджигает модуль с термоядерным горючим.

Эти виды оружия отличаются, понятное дело, мощностью. Мощность атомных бомб, состоявших на вооружении, обычно измеряется десятками килотонн (бомба «Малыш» — около 15 килотонн, или советская водородная бомба «Царь-бомба» — 58 мегатонн). Термоядерные бомбы могут иметь мощность от сотен килотонн до десятков мегатонн, причем практически любой мощности. При этом термоядерный взрыв дает более (и причем на очень много «более»!) мощную ударную волну и световое излучение, а его поражающая площадь может в сотни раз превышать зону разрушения атомной бомбы.