Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения

Кому это выгодно?

Насколько известно, официально ни одно государство не имеет радиологического оружия. Оно невыгодно для традиционных войн: «грязная бомба» не позволяет уничтожать врага мгновенно, как другие виды оружия, ее эффект растянут во времени, кроме того, на долгие годы она делает территорию непригодной для захвата и использования — и даже для ввода войск. В качестве оружия сдерживания «грязная бомба» тоже не лучший вариант, когда есть ракеты с ядерными боеголовками.

Однако, в то время как «грязная бомба» не подходит ни для «горячего», ни для «холодного» вооруженного противостояния, она вполне годится для группировок, ведущих войны нетрадиционными методами, в первую очередь террористических. Радиологическое оружие позволяет наносить максимальный урон мирному населению — следовательно, это идеальное средство устрашения. 11 сентября 2001 года во время крупнейшего теракта под руинами «башен-близнецов» погибли без малого 3000 человек. Если бы в том же самом месте взорвалась средней мощности «грязная бомба» — счет пострадавших пошел бы на миллионы. Канал National Geographic снял 40-минутный видеофильм, демонстрирующий последствия гипотетического взрыва небольшой америциево-стронциевой «грязной бомбы» посреди американского городка — там наглядно смоделированы последствия подобного взрыва.

Еще одно сомнительное преимущество такого вида оружия — его доступность. В одной из публикаций на эту тему «грязную бомбу» неверно, но очень метко назвали «атомной бомбой для бедных». Всего восемь стран мира имеют ядерное вооружение. Для того чтобы сделать настоящую атомную бомбу, нужны ресурсы, которые есть только у развитых государств: исследовательские лаборатории, высокотехнологичное производство, наконец, оружейный уран или плутоний, которые так просто не достанешь. «Грязную» же бомбу можно изготовить буквально «на коленке». Радиоактивные изотопы сейчас применяются весьма широко: в промышленности и энергетике, в медицине, в науке и даже в быту (например, детекторы дыма часто делаются на основе америция-241), поэтому при желании добыть достаточное для изготовления бомбы количество радиоактивных веществ не составляет проблемы. Не случайно в ходе боевых действий США на Ближнем Востоке и в лагерях чеченских боевиков, как пишет пресса, не раз находили чертежи «грязных бомб» (впрочем, последнее может быть и «уткой»).

Есть и еще один неприятный сценарий, аналогичный по эффекту использованию радиологического оружия: террористический акт с обыкновенным взрывом на атомной электростанции.

Сегодня, когда опасность террористических актов высока, людям необходимо знать, что происходит и как следует себя вести при взрывах, в том числе при взрывах «грязных бомб». Видимо, тут стоит адресовать читателей к фильму National Geographic, который так и называется — «Грязная бомба» (Dirty Bomb). И хотя фильм демонстрирует действия американской системы гражданской обороны, российский зритель также может почерпнуть из него немало полезной информации.

Статья «Грязная бомба: ящик Пандоры» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№1, Январь 2012).

Хорошо забытое старое

Между тем GBU-57 и GBU-43 — не самые тяжёлые авиабомбы в американской истории. Таковой была 20-тонная бомба T-12 Cloudmaker, принятая на вооружение ВВС США в 1948 году. Она относилась к семейству сверхтяжёлых «сейсмических бомб», применявшихся союзниками в годы Второй мировой войны для уничтожения немецких бронированных целей — прежде всего железобетонных ангаров для подводных лодок.

Также по теме


«Американцы неспособны бороться с русскими»: в России отреагировали на вышедшее в США «пособие по войне с Москвой»

Армия США выпустила специальное пособие, в котором рассказывается о противостоянии «новым методам ведения войны», которые якобы…

Поскольку высокой точностью авиационных средств поражения в то время похвастаться не могли, то и задача попасть точно в цель перед ними не стояла. Боеприпасы сейсмического типа должны были вызывать в окрестностях цели «мини-землетрясение» после подрыва на большой глубине, чтобы обрушить сооружения противника.

Однако уже в 1990 году, накануне операции «Буря в пустыне», американцы столкнулись с очевидной проблемой: применять ядерное оружие против неядерного Ирака они не могли, а стоявшие на вооружении конвенциональные бомбы BLU-109, по данным разведки, не смогли бы уничтожить подземные сооружения противника.

В этих условиях в сверхкороткий срок (за четыре месяца) была разработана и применена в бою бомба GBU-28, по параметрам сопоставимая с боеприпасами времён Второй мировой. Однако теперь задачей снаряда было не обрушение перекрытий за счёт ударной волны, а точное попадание в цель и пробивание перекрытий за счёт прочного корпуса бомбы и высокой кинетической энергии полёта. Дальнейшее совершенствование такого оружия было продемонстрировано во время бомбардировок Югославии в 1999 году, когда на противобункерные бомбы стали устанавливать «умные» взрыватели, позволявшие подрывать снаряд на определённом этаже укрытия.

История

Идея кобальтовой бомбы была описана в феврале 1950 года физиком Лео Силардом, который предположил, что арсенал кобальтовых бомб будет способен уничтожить всё человечество на планете (так называемая Машина Судного дня, англ. Doomsday device, DDD). Кобальт был выбран как элемент, дающий в результате нейтронной активации высокоактивное и при этом относительно длительное радиоактивное заражение. При использовании других элементов можно получить заражение изотопами с большим периодом полураспада, но их активность будет недостаточной. Также существуют более короткоживущие изотопы, чем кобальт-60, например золото-198, цинк-65, натрий-24, но из-за их быстрого распада часть популяции может выжить в бункерах.

Придуманная Силардом «Машина Судного дня» — термоядерное взрывное устройство, способное наработать кобальт-60 в количестве, достаточном для уничтожения всего человечества, — не предполагает каких-либо средств доставки. Государство (или террористическая организация) может использовать её как инструмент шантажа, угрожая взорвать Машину Судного дня на своей территории и тем самым уничтожить как своё население, так и всё остальное человечество. После взрыва радиоактивный кобальт-60 будет разнесён по всей планете атмосферными течениями за несколько месяцев.

В начале 2000-х годов в российской прессе появлялась информация со ссылкой на интервью генерал-полковника Е. А. Негина зарубежным журналистам о том, что группа академика А. Д. Сахарова якобы предлагала Н. С. Хрущёву сделать корабль с кобальтовой обшивкой, содержащий большое количество дейтерия рядом с ядерной бомбой. При подрыве у восточного побережья Америки радиоактивные осадки выпали бы на территории США.

Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для:

  • стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
  • активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
  • обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
  • радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
  • радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка», гамма-нож);
  • дистанционной и внутриполостной гамма-терапии;
  • гамма-дефектоскопии;
  • определения консистенции (плотности) перекачиваемых по трубопроводам жидких смесей в составе приборов-консистометров (измерителей плотности);
  • в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.

Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии (РИТЭГах и т. п.).

A-bomb

Для создания атомной бомбы необходимым и достаточным условием является получение делящегося материала в достаточном количестве. Работа довольно трудоемкая, но малоинтеллектуальная, лежащая ближе к горнорудной промышленности, чем к высокой науке. Основные ресурсы при создании такого оружия уходят на строительство гигантских урановых рудников и обогатительных комбинатов. Свидетельством простоты устройства является тот факт, что между получением необходимого для первой бомбы плутония и первым советским ядерным взрывом не прошло и месяца.

Напомним вкратце принцип работы такой бомбы, известный из курса школьной физики. В ее основе лежит свойство урана и некоторых трансурановых элементов, например, плутония, при распаде выделять более одного нейтрона. Эти элементы могут распадаться как самопроизвольно, так и под воздействием других нейтронов.

Высвободившийся нейтрон может покинуть радиоактивный материал, а может и столкнуться с другим атомом, вызвав очередную реакцию деления. При превышении определенной концентрации вещества (критической массе) количество новорожденных нейтронов, вызывающих дальнейшее деление атомного ядра, начинает превышать количество распадающихся ядер. Количество распадающихся атомов начинает расти лавинообразно, рождая новые нейтроны, то есть происходит цепная реакция. Для урана-235 критическая масса составляет около 50 кг, для плутония-239 — 5,6 кг. То есть шарик плутония массой чуть меньше 5,6 кг представляет собой просто теплый кусок металла, а массой чуть больше существует всего несколько наносекунд.

Наука
Парадокс монарха: как бабочка ввела ученых в заблуждение

Собственно схема работы бомбы простая: берем две полусферы урана или плутония, каждая чуть меньше критической массы, располагаем их на расстоянии 45 см, обкладываем взрывчаткой и взрываем. Уран или плутоний спекается в кусок надкритической массы, и начинается ядерная реакция. Все. Существует другой способ запустить ядерную реакцию — обжать мощным взрывом кусок плутония: расстояние между атомами уменьшится, и реакция начнется при меньшей критической массе. На этом принципе работают все современные атомные детонаторы.

Проблемы атомной бомбы начинаются с того момента, когда мы хотим нарастить мощность взрыва. Простым увеличением делящегося материала не обойтись — как только его масса достигает критической, он детонирует. Придумывались разные хитроумные схемы, например, делать бомбу не из двух частей, а из множества, отчего бомба начинала напоминать распотрошенный апельсин, а потом одним взрывом собирать ее в один кусок, но все равно при мощности свыше 100 килотонн проблемы становились непреодолимыми.

Нейтронное инициирование

Внимательные читатели могут с карандашом в руках прикинуть энерговыделение при взрыве. При времени нахождения сборки в сверхкритическом состоянии порядка микросекунд, возрасте нейтронов порядка пикосекунд и коэффициенте размножения менее 2 выделяется около гигаджоуля энергии, что эквивалентно… 250 кг тротила. А где же кило- и мегатонны?

Нейтроны — медленные и быстрые

В неделящемся веществе, «отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, тем большую, чем легче (ближе им по массе) ядра. Чем в большем числе столкновений поучаствовали нейтроны, тем более они замедляются, и, наконец, приходят в тепловое равновесие с окружающим веществом — термализуются (это занимает миллисекунды). Скорость тепловых нейтронов — 2200 м/с (энергия 0,025 эВ). Нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но с замедлением их способность вступать в ядерные реакции существенно возрастает, поэтому нейтроны, которые «не потерялись», с лихвой компенсируют убыль численности.
Так, если шар делящегося вещества окружить замедлителем, многие нейтроны покинут замедлитель или будут поглощены в нем, но будут и такие, которые вернутся в шар («отразятся») и, потеряв свою энергию, с гораздо большей вероятностью вызовут акты деления. Если шар окружить слоем бериллия толщиной 25 мм, то, можно сэкономить 20 кг U235 и все равно достичь критического состояния сборки. Но за такую экономию платят временем: каждое последующее поколение нейтронов, прежде чем вызвать деление, должно сначала замедлиться. Эта задержка уменьшает число поколений нейтронов, рождающихся в единицу времени, а значит, энерговыделение затягивается. Чем меньше делящегося вещества в сборке, тем больше требуется замедлителя для развития цепной реакции, а деление идет на все более низкоэнергетичных нейтронах. В предельном случае, когда критичность достигается только на тепловых нейтронах, например — в растворе солей урана в хорошем замедлителе — воде, масса сборок — сотни граммов, но раствор просто периодически вскипает. Выделяющиеся пузырьки пара уменьшают среднюю плотность делящегося вещества, цепная реакция прекращается, а, когда пузырьки покидают жидкость — вспышка делений повторяется (если закупорить сосуд, пар разорвет его — но это будет тепловой взрыв, лишенный всех типичных «ядерных» признаков).

Дело в том, что цепь делений в сборке начинается не с одного нейтрона: в нужную микросекунду их впрыскивают в сверхкритическую сборку миллионами. В первых ядерных зарядах для этого использовались изотопные источники, расположенные в полости внутри плутониевой сборки: полоний-210 в момент сжатия соединялся с бериллием и своими альфа-частицами вызывал нейтронную эмиссию. Но все изотопные источники слабоваты (в первом американском изделии генерировалось менее миллиона нейтронов за микросекунду), а полоний уж очень скоропортящийся — всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопам пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное — излучающие более интенсивно нейтронные трубки (см. врезку): за несколько микросекунд (столько длится формируемый трубкой импульс) рождаются сотни миллионов нейтронов. А вот если она не сработает или сработает не вовремя, произойдет так называемый хлопок, или «пшик» — маломощный тепловой взрыв.

H-bomb

А вот горючее для термоядерного синтеза критической массы не имеет. Вот Солнце, наполненное термоядерным топливом, висит над головой, внутри его уже миллиарды лет идет термоядерная реакция, — и ничего, не взрывается. К тому же при реакции синтеза, например, дейтерия и трития (тяжелого и сверхтяжелого изотопа водорода) энергии выделяется в 4,2 раза больше, чем при сгорании такой же массы урана-235.

Изготовление атомной бомбы было скорее экспериментальным, чем теоретическим процессом. Создание же водородной бомбы потребовало появления совершенно новых физических дисциплин: физики высокотемпературной плазмы и сверхвысоких давлений. Прежде чем начинать конструировать бомбу, надо было досконально разобраться в природе явлений, происходящих только в ядре звезд. Никакие эксперименты тут помочь не могли — инструментами исследователей были только теоретическая физика и высшая математика. Не случайно гигантская роль в разработке термоядерного оружия принадлежит именно математикам: Уламу, Тихонову, Самарскому и т. д.

Профессиональные вредности и гигиена труда

Несмотря на то, что К. является биоэлементом, участвующим в осуществлении важных реакций обмена веществ в организме, в повышенных дозах он обладает токсическими свойствами и относится к группе промышленных ядов второго класса опасности (см. Яды промышленные).

В процессе получения и применения К. и его соединений возможно их поступление в организм через органы дыхания (в виде аэрозолей), частично через жел.-киш. тракт, а также через кожу. Содержание К. в воздухе в ряде случаев может превышать предельно допустимую концентрацию, особенно при таких операциях, как разгрузка, выгрузка и просев сыпучих материалов, содержащих К. На предприятиях порошковой металлургии при получении вольфрамово-кобальтовых твердых сплавов может выделяться в воздух пыль смешанного состава, содержащая К. до 3,33 мг/м3. Смесь К., вольфрама и титана обладает более выраженной токсичностью, чем каждый из этих металлов в отдельности. Проф. контакт с К. имеют рабочие в асбестоцементной промышленности, штукатуры, бетонщики и другие, работающие с жидким цементом, а также маляры и колерщики при работе с различными красящими веществами. Воздействию К. могут подвергаться и медсестры процедурных кабинетов при инъекциях витамина В12. Наиболее выраженным токсическим действием обладают хорошо растворимые в воде и биол, средах соли К. (хлористый К. и др.), а также металлический К. Общетоксическое действие К. проявляется поражением преимущественно органов дыхания, системы кроветворения, тканевого дыхания, нервной системы и органов пищеварения. Имеются данные, что повышенная температура воздуха (выше 30°) усиливает токсическое действие К.

При воздействии К. на организм возможны острые и хрон, отравления. В производственных условиях у рабочих могут наблюдаться преимущественно хрон, отравления К., при этом характерны жалобы на кашель, нарушение аппетита, диспепсические расстройства и нарушение обоняния. Развиваются изменения в верхних дыхательных путях (хрон, риниты, ларингиты, фарингиты). При длительном контакте с соединениями К. отмечаются явления хрон, бронхита, пневмонии и пневмосклероза. Описаны случаи бронхиальной астмы. При воздействии К. и его соединений наблюдали возникновение кардиомиопатии (см.). Обнаруживаются изменения крови: повышение содержания гемоглобина, увеличение количества эритроцитов, ретикулоцитоз, снижение свертываемости, при тяжелых формах — анемия. Выявляются патол, изменения со стороны печени и симптомы раздражения почек. В аварийных ситуациях возможны случаи острых отравлений К. На фоне выраженной вегетативно-сосудистой дисфункции и функц. нарушения состояния ц. н. с. отмечалась рассеянная микроочаговая симптоматика.

Соединения К. обладают выраженными сенсибилизирующими свойствами, они могут быть причиной развития проф. дерматитов, экзем и гиперкератозов; имеются указания на развитие аллергического миокардита. Установлено токсическое влияние соединений К. на течение беременности, родов и на развитие плода и новорожденного.

Методы определения К. в воздухе основаны на взаимодействии иона CO2+ с нитрозо-R-солью и последующей колориметрии окрашенного комплексного соединения (чувствительность метода 0,5 мкг в анализируемом объеме). Возможно определение К. в моче и крови после их минерализации по реакции К. с нитрозо-R-солью или нитрозонафтолом.

Предельно допустимая концентрация металлического К. и его окиси для рабочей зоны производственных помещений равна 0,5 мг/м3; для тетракарбонила и карбонилгидрида К. и продуктов его распада — 0,01 мг/м3 (по К.). Для всех неорганических соединений К. в воде водоемов предельно допустимая концентрация равна 1 мг/л. Среднесуточная предельно допустимая концентрация К. для атмосферного воздуха — 0,5 мг/м3 (К. и его соединения) и 0,01 мг/м3 (К. гидрокарбонилы).

Слойка с сахаром

В середине 1946 года Теллер предложил очередную схему водородной бомбы — «будильник». Она состояла из чередующихся сферических слоев урана, дейтерия и трития. При ядерном взрыве центрального заряда плутония создавалось необходимое давление и температура для начала термоядерной реакции в других слоях бомбы. Однако для «будильника» требовался атомный инициатор большой мощности, а США (как, впрочем, и СССР) испытывали проблемы с наработкой оружейного урана и плутония.

Осенью 1948 года к аналогичной схеме пришел и Андрей Сахаров. В Советском Союзе конструкция получила название «слойка». Для СССР, который не успевал в достаточном количестве нарабатывать оружейный уран-235 и плутоний-239, сахаровская слойка была панацеей. И вот почему.

В обычной атомной бомбе природный уран-238 не только бесполезен (энергии нейтронов при распаде не хватает для инициации деления), но и вреден, поскольку жадно поглощает вторичные нейтроны, замедляя цепную реакцию. Поэтому оружейный уран на 90% состоит из изотопа уран-235. Однако нейтроны, появляющиеся в результате термоядерного синтеза, в 10 раз более энергетичные, чем нейтроны деления, и облученный такими нейтронами природный уран-238 начинает превосходно делиться. Новая бомба позволяла использовать в качестве взрывчатки уран-238, который прежде рассматривался как отходы производства.

Изюминкой сахаровской «слойки» было также применение вместо остродефицитного трития белого легкого кристаллического вещества — дейтрида лития 6LiD.

Как упоминалось выше, смесь дейтерия и трития поджигается гораздо легче, чем чистый дейтерий. Однако на этом достоинства трития заканчиваются, а остаются одни недостатки: в нормальном состоянии тритий — газ, из-за чего возникают трудности с хранением; тритий радиоактивен и, распадаясь, превращается в стабильный гелий-3, активно пожирающий столь необходимые быстрые нейтроны, что ограничивает срок годности бомбы несколькими месяцами.

Нерадиоактивный дейтрид лития же при облучении его медленными нейтронами деления — последствиями взрыва атомного запала — превращается в тритий. Таким образом, излучение первичного атомного взрыва за мгновение вырабатывает достаточное для дальнейшей термоядерной реакции количество трития, а дейтерий в дейтриде лития присутствует изначально.

Именно такая бомба, РДС-6с, и была успешно испытана 12 августа 1953 на башне Семипалатинского полигона. Мощность взрыва составила 400 килотонн, и до сих пор не прекратились споры, был ли это настоящий термоядерный взрыв или сверхмощный атомный. Ведь на реакцию термоядерного синтеза в сахаровской слойке пришлось не более 20% суммарной мощности заряда. Основной вклад во взрыв внесла реакция распада облученного быстрыми нейтронами урана-238, благодаря которому РДС-6с и открыла эру так называемых «грязных» бомб.

Дело в том, что основное радиоактивное загрязнение дают как раз продукты распада (в частности, стронций-90 и цезий-137). По существу, сахаровская «слойка» была гигантской атомной бомбой, лишь незначительно усиленной термоядерной реакцией. Не случайно всего один взрыв «слойки» дал 82% стронция-90 и 75% цезия-137, которые попали в атмосферу за всю историю существования Семипалатинского полигона.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector