История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

Первую свою термоядерную бомбу с «сухой» термоядерной взрывчаткой «Кастл Браво» («Castle Bravo») США испытали на атолле Бикини 1 марта 1954 года, – взрыв в 15 Мт получился чрезвычайно «грязным» с мощным выбросом радиации. Моряки на нескольких десятках мирных судов, попавших в идущее по ветру радиационное облако, наглотались радиоактивной пыли (особенно пострадало японское рыболовное судно «Фукурю-Мару» – «Счастливый дракон»). Тем не менее, американцы для отработки зарядов произвели ещё 6 испытаний этой серии сверхмощных бомб на атоллах Бикини и Эниветок. В результате в середине 50-х годов США создали термоядерного «монстра» – бомбу МК-17 с массой до 21 т длиной 7,57 м и мощностью 10, 12 или 15 Мт ТЭ. А бомба МК-41, созданная до 1960 г. имела мощность до 25 Мт и массу менее 5 т.

Сверхдавление для дейтерида-лития-6 в этой модели Теллера-Улама достигалось не взрывной волной от подрыва химических взрывчатых веществ и газодинамической имплозии, а фокусировкой отражённой радиации после предварительного взрыва небольшого атомного заряда внутри. На рисунке схемы Улама-Теллера видно, что «бомба» содержит два заряда, – обычно, из плутония-239, – «верхнего» круглого и нижнего – в виде цилиндрического стержня. При взрыве верхнего заряда возникающий мощный поток излучения (по мощности, прежде всего, рентгеновского и гамма) отражается и фокусируется специальными отражателями на второй цилиндрический заряд из плутония, окружённого термоядерной взрывчаткой из дейтерида-лития и оболочкой из проницаемого для излучения вещества (пенопласта). Импульс излучения в миллионную долю секунды разогревает и сжимает второй заряд до критического состояния из-за чего происходит взрыв и второго заряда, а от него – взрыв термоядерной взрывчатки. Сейчас второй заряд, видимо, делают из сплавов плутония-239 с ураном-235 или из слоёв таких сплавов.

Теллер Эдвард Макс (Edward Teller). 15.01.1908–09.09.1993

Сахаров Андрей Дмитриевич. 21.05.21–14.12.1989

Трутнев Юрий Алексеевич. 02.11.1927. Академик, физик

Станислав Марчин Улам (Stanisław Marcin Ulam). 09.04.1909–13.05.1984. Математик

В марте 1951 года Теллер добавил ещё одну важную деталь к схеме. Он поместил второй делящийся компонент внутри второй ступени для увеличения эффективности реакции горения термоядерного топлива. Когда симметричная ударная волна сжимает стенки цилиндра с дейтерием, она встречается сама с собой в оси цилиндра, где её движение тормозится и превращается в тепло. Эту небольшую область по оси цилиндра называли «свечой зажигания» (sparkplug), т. к. именно отсюда начиналась термоядерная реакция. Теллер понял, что если поместить надкритический стержень из урана-235 или плутония по оси цилиндра, ударная волна сожмёт стержень до сверхкритической массы. Произошедший взрыв создаёт вторую ударную волну, движущуюся навстречу внешней ударной волне, которая одновременно сжимает и поджигает термоядерное топливо более эффективно, чем это было бы без такой «свечи». Об этом дополнении Теллер упомянул в отчёте за 4 апреля 1951 года, назвав его «an equilibrium thermonuclear gadget». Так окончательно оформилась схема Теллера-Улама: сжатие посредством радиационной имплозии термоядерного топлива и усиление его горения с помощью дополнительной ядерной свечи, создающей скачок давлений и температур внутри заряда и ударную волну, идущую навстречу волне от внешнего сжатия.

Первый взрыв термоядерного устройства на атолле Эниветок. 01.11.1952 г.

Термоядерное устройство «Айви-Майк»

Схему, в чём-то близкую к схеме Теллера-Улама советские учёные реализовали в бомбе мегатонной мощности РДС-37 – 1,6 МТ ТЭ, взорванной на Семипалатинском полигоне 22.11.1955 г. Выдающуюся роль в создании сверхмощных бомб в 50-е годы сыграли тогда молодые физики Ю. А. Трутнев и Бабаев Е. Н. под научным руководством Харитона Ю. Б. и с участием Франк-Каменецкого Д. А. Советская схема заряда не была прямым повторение американской (она до сих пор засекречена). Для её отработки и создания термоядерных бомб понадобилась серия испытаний с термоядерными взрывами мегатонной мощности, – в основном на Новоземельском полигоне в 1957–1958 годах, а затем и в 1960–1962 годах. Так, в СССР в 1957–1958 годах на полигоне Новой Земли взорвали в воздухе 26 термоядерных бомб общей мощностью 20,67 МТ ТЭ, – это «кубик» тротила с ребром 231,7 м (высота здания МГУ со шпилем – 240 м). Внешняя «простота» конструкций и ядерных, и термоядерных бомб не должна обманывать читателей: сложность расчётов этих «схем» «зашкаливала» за возможности самых мощных ЭВМ того времени. А каждый эксперимент в виде «взрыва» вместе с радиоактивной пылью выкидывал «на ветер» десятки миллионов долларов или рублей.

Схема термоядерной реакции Улафа-Теллера. А. Боеголовка перед взрывом, первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы. В. Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления. С. В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенопласта. D. Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла. Е. В сжатом и разогретом дейтериде Лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

(Источник: https://militaryarms.ru/boepripasy/bomby/vodorodnaya/)

В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6: 6LiD. При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3H и альфа-частица (ядро атома гелия):

36Li + 01n = 13H + 24He

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. Приоритет применить твёрдое вещество – гидрид лития с тяжёлым изотопом водорода – принадлежит Гинзбургу и другим советским физикам, а не Лаврентьеву О. А., как пишут в некоторых источниках (например, [112]).

Схема одной из термоядерных реакций слияния изотопов водорода дейтерий-тритий с образованием гелия, нейтрона n и выделением энергии 14,1 МЭВ:

При взрыве водородной бомбы происходят и другие термоядерные реакции с захватами и выделениями нейтронов n, протонов р и мощными выделениями энергии в виде излучений (гамма, рентгеновского и др.) и в виде кинетической энергии разлёта осколков деления с огромными скоростями в десятки тысяч километров в сек. Ниже в таблице дан целый ряд таких реакций – для них характерно выделение определённой энергии и выделение частиц с определённой энергией (в этом случае энергия задана в скобках). Результатом реакций является стабильный изотоп гелия – 24He — альфа-частица (а