Воднева бомба (Hydrogen Bomb, HB, СБ) - зброя масового ураження, що володіє неймовірною руйнівною силою (її потужність оцінюється мегатоннами в тротиловому еквіваленті). Принцип дії бомби і схема будови базується на використанні енергії термоядерного синтезу ядер водню. Процеси, які відбуваються під час вибуху, аналогічні тим, що протікають на зірках (в тому числі і на Сонце). Перше випробування придатною для транспортування на великі відстані СБ (проекту А. Д. Сахарова) було проведено в Радянському Союзі на полігоні під Семипалатинському.
термоядерна реакція
Сонце містить в собі величезні запаси водню, що знаходиться під постійною дією надвисокого тиску і температури (порядку 15 млн градусів Кельвіна). При такій позамежної щільності і температурі плазми ядра атомів водню хаотично стикаються один з одним. Результатом зіткнень стає злиття ядер, і як наслідок, утворення ядер більш важкого елемента - гелію. Реакції такого типу називають термоядерним синтезом, для них характерно виділення колосальної кількості енергії.
Закони фізики пояснюють енерговиділення при термоядерної реакції в такий спосіб: частина маси легких ядер, що беруть участь в утворенні більш важких елементів, залишається незадіяною і перетворюється в чисту енергію в колосальних кількостях. Саме тому наше небесне світило втрачає приблизно 4 млн т. Речовини в секунду, виділяючи при цьому в космічний простір безперервний потік енергії.
ізотопи водню
Найпростішим з усіх існуючих атомів є атом водню. У його склад входить всього один протон, який утворює ядро, і єдиний електрон, що обертається навколо нього. В результаті наукових досліджень води (H2O), було встановлено, що в ній в малих кількостях присутній так звана «важка» вода. Вона містить «важкі» ізотопи водню (2H або дейтерій), ядра яких, крім одного протона, містять так само один нейтрон (частку, близьку по масі до протону, але позбавлену заряду).
Науці відомий також тритій - третій ізотоп водню, ядро якого містить 1 протон і відразу 2 нейтрона. Для тритію характерна нестабільність і постійний мимовільний розпад з виділенням енергії (радіації), в результаті чого утворюється ізотоп гелію. Сліди тритію знаходять у верхніх шарах атмосфери Землі: саме там, під дією космічних променів молекули газів, що утворюють повітря, зазнають подібні зміни. Отримання тритію можливо також і в ядерному реакторі шляхом опромінення ізотопу літій-6 потужним потоком нейтронів.
Розробка і перші випробування водневої бомби
В результаті ретельного теоретичного аналізу, фахівці з СРСР і США прийшли до висновку, що суміш дейтерію і тритію дозволяє легше всього запускати реакцію термоядерного синтезу. Озброївшись цими знаннями, вчені з США в 50-х роках минулого століття взялися за створення водневої бомби. І вже навесні 1951 року народження, на полігоні Еніветок (атол в Тихому океані) було проведено тестове випробування, однак тоді вдалося домогтися лише часткового термоядерного синтезу.
Минуло ще трохи більше року, і в листопаді 1952 року було проведено друге випробування водневої бомби потужністю близько 10 Мт у тротиловому еквіваленті. Однак той вибух важко назвати вибухом термоядерної бомби в сучасному розумінні: по суті, пристрій являв собою велику ємність (розміром з триповерховий будинок), наповнену рідким дейтерієм.
У Росії теж взялися за вдосконалення атомної зброї, і перша воднева бомба проекту А.Д. Сахарова була випробувана на Семипалатинському полігоні 12 серпня 1953 року. РДС-6 (даний тип зброї масового ураження прозвали «слойкою» Сахарова, так як його схема передбачала послідовне розміщення шарів дейтерію, що оточують заряд-ініціатор) мала потужність 10 Мт. Однак на відміну від американського «триповерхового будинку», радянська бомба була компактною, і її можна було оперативно доставити до місця викидання на території противника на стратегічному бомбардувальнику.
Прийнявши виклик, США в тому 1954 справили вибух потужнішою авіабомби (15 Мт) на випробувальному полігоні на атолі Бікіні (Тихий океан). Випробування стало причиною викиду в атмосферу великої кількості радіоактивних речовин, частина з яких випало з опадами за сотні кілометрів від епіцентру вибуху. Японське судно «Щасливий дракон» і прилади, встановлені на острові Рогелап, зафіксували різке підвищення радіації.
Так як в результаті процесів, що відбуваються при детонації водневої бомби, утворюється стабільний, безпечний гелій, очікувалося, що радіоактивні викиди не повинні перевищувати рівень забруднення від атомного детонатора термоядерного синтезу. Але розрахунки і виміри реальних радіоактивних опадів сильно різнилися, причому як за кількістю, так і за складом. Тому в керівництві США було прийнято рішення тимчасово призупинити проектування даного озброєння до повного вивчення його впливу на навколишнє середовище і людину.
Відео: випробування в СРСР
Цар-бомба - термоядерна бомба СРСР
Жирну крапку в ланцюзі набору тоннажу водневих бомб поставив СРСР, коли 30 жовтня 1961 року Новій Землі було проведено випробування 50-мегатонної (найбільшої в історії) «Цар-бомби» - результату багаторічної праці дослідницької групи А.Д. Сахарова. Вибух прогримів на висоті 4 кілометри, а ударну турбують тричі зафіксували прилади по всій земній кулі. Незважаючи на те, що випробування не виявило ніяких збоїв, бомба на озброєння так і не надійшла. Зате сам факт володіння Радами таким озброєнням на присутніх справив незабутнє враження на весь світ, а в США припинили набирати тоннаж ядерного арсеналу. У Росії, в свою чергу, вирішили відмовитися від введення на бойове чергування боєголовок з водневими зарядами.
Принцип дії водневої бомби
Воднева бомба - складне технічне пристрій, вибух якого вимагає послідовного протікання ряду процесів.
Спочатку відбувається детонація заряду-ініціатора, що знаходиться всередині оболонки СБ (мініатюрна атомна бомба), результатом якої стає потужний викид нейтронів і створення високої температури, необхідної для початку термоядерного синтезу в основному заряді. Починається масована нейтронна бомбардування вкладиша з дейтериду літію (отримують з'єднанням дейтерію з ізотопом літію-6).
Під дією нейтронів відбувається розщеплення літію-6 на тритій і гелій. Атомний запал в цьому випадку стає джерелом матеріалів, необхідних для протікання термоядерного синтезу в самій здетонували бомби.
Суміш тритію і дейтерію запускає термоядерну реакцію, внаслідок чого відбувається стрімке підвищення температури всередині бомби, і до процесу залучається все більше і більше водню.
Принцип дії водневої бомби на увазі надшвидке протікання даних процесів (пристрій заряду і схема розташування основних елементів сприяє цьому), які для спостерігача виглядають миттєвими.
Супербомба: поділ, синтез, поділ
Послідовність процесів, описаних вище, закінчується після початку реагування дейтерію з тритієм. Далі було вирішено використовувати ділення ядер, а не синтез більш важких. Після злиття ядер тритію і дейтерію виділяється вільний гелій і швидкі нейтрони, енергії яких досить для ініціації початку поділу ядер урану-238. Швидким нейтронам під силу розщепити атоми з уранової оболонки супербомби. Розщеплення тонни урану генерує енергію порядку 18 Мт. При цьому енергія витрачається не тільки на створення вибухової хвилі і виділення колосальної кількості тепла. Кожен атом урану розпадається на два радіоактивних «осколка». Утворюється цілий «букет» з різних хімічних елементів (до 36) і близько двохсот радіоактивних ізотопів. Саме з цієї причини і утворюються численні радіоактивні опади, що реєструються за сотні кілометрів від епіцентру вибуху.
Після падіння «залізної завіси», стало відомо, що в СРСР планували розробку «Цар бомби», потужністю в 100 Мт. Через те, що тоді не було літака, здатного нести такий масивний заряд, від ідеї відмовилися на користь 50 Мт бомби.
Наслідки вибуху водневої бомби
Ударна хвиля
Вибух водневої бомби тягне масштабні руйнування і наслідки, а первинне (явне, пряме) вплив має потрійний характер. Найочевидніше з усіх прямих впливів - ударна хвиля надвисокої інтенсивності. Її руйнівна здатність зменшується при видаленні від епіцентру вибуху, а так само залежить від потужності самої бомби і висоти, на якій сталася детонація заряду.
тепловий ефект
Ефект від теплового впливу вибуху залежить від тих же факторів, що і потужність ударної хвилі. Але до них додається ще один - ступінь прозорості повітряних мас. Туман або навіть незначна хмарність різко зменшує радіус ураження, на якому теплова спалах може стати причиною серйозних опіків і втрати зору. Вибух водневої бомби (більше 20 Мт) генерує неймовірну кількість теплової енергії, достатньої, щоб розплавити бетон на відстані 5 км, випарити воду практично всю воду з невеликого озера на відстані в 10 км, знищити живу силу противника, техніку і споруди на тій же відстані . У центрі утворюється воронка діаметром 1-2 км і глибиною до 50 м, покрита товстим шаром склоподібної маси (кілька метрів, що мають великий вміст піску, майже миттєво плавляться, перетворюючись в скло).
Згідно з розрахунками, отриманими в ході реальних випробувань, люди отримують 50% вірогідність залишитися в живих, якщо вони:
- Знаходяться в залізобетонному притулок (підземному) в 8 км від епіцентру вибуху (ЕВ);
- Знаходяться в житлових будинках на відстані 15 км від ЕВ;
- Виявляться на відкритій території на відстані більше 20 км від ЕВ при поганій видимості (для «чистої» атмосфери мінімальна відстань в цьому випадку складе 25 км).
З віддаленням від ЕВ різко зростає і ймовірність залишитися в живих у людей, що опинилися на відкритій місцевості. Так, на видаленні в 32 км вона складе 90-95%. Радіус в 40-45 км є граничним для первинного впливу від вибуху.
Вогненна куля
Ще одним явним впливом від вибуху водневої бомби є самоподдерживающиеся вогняні бурі (урагани), що утворюються внаслідок вовлеканія в вогненна куля колосальних мас горючого матеріалу. Але, незважаючи на це, найнебезпечнішим за ступенем впливу наслідком вибуху виявиться радіаційне забруднення навколишнього середовища на десятки кілометрів навколо.
радіоактивні опади
Що виникла після вибуху вогненна куля швидко наповнюється радіоактивними частками у величезних кількостях (продукти розпаду важких ядер). Розмір частинок настільки малий, що вони, потрапляючи у верхні шари атмосфери, здатні перебувати там дуже довго. Все, до чого дотягнувся вогненна куля на поверхні землі, моментально перетворюється на попіл і пил, а потім втягується в вогненний стовп. Вихори полум'я перемішують ці частинки з зарядженими частинками, утворюючи небезпечну суміш радіоактивного пилу, процес осідання гранул якої розтягується на довгий час.
Велика пил осідає досить швидко, а ось дрібна розноситься повітряними потоками на великі відстані, поступово випадаючи з новоствореного хмари. У безпосередній близькості від ЕВ осідають великі і найбільш заряджені частинки, в сотнях кілометрів від нього все ще можна зустріти помітні оком частинки попелу. Саме вони утворюють смертельно небезпечний покрив, товщиною в кілька сантиметрів. Кожен хто виявиться поруч з ним, ризикує отримати серйозну дозу опромінення.
Більш дрібні і невиразні частинки можуть «парити» в атмосфері довгі роки, багаторазово огинаючи Землю. До того моменту, коли випадуть на поверхню, вони неабияк втрачають радіоактивність. Найбільш небезпечний стронцій-90, який має період напіврозпаду 28 років і генерує стабільний випромінювання протягом усього цього часу. Його поява визначається приладами по всьому світу. «Приземляючись» на траву і листя, він стає залученим в харчові ланцюги. З цієї причини у людей, що знаходяться за тисячі кілометрів від місць випробувань при обстеженні виявляється стронцій-90, що накопичується в кістках. Навіть якщо його зміст вкрай невелика, перспектива опинитися «полігоном для зберігання радіоактивних відходів» не обіцяє людині нічого хорошого, приводячи до розвитку кісткових злоякісних новоутворень. У регіонах Росії (а також інших країн), близьких до місць пробних запусків водневих бомб, досі спостерігається підвищений радіоактивний фон, що ще раз доводить здатність цього виду озброєння залишати значні наслідки.
