Домой Общество Погоня за водородной бомбой

Погоня за водородной бомбой

0
Погоня за водородной бомбой

Погоня за водородной бомбой

Наука и ТехникаПогоня за водородной бомбой
Добромир22.06.20200

Идея использования энергии от взрыва атомной бомбы для инициации реакции синтеза впервые была предложена итальянским физиком Энрико Ферми в Нью-Йорке в беседе с его коллегой Эдвардом Теллером осенью 1941 года, когда они возвращались после обеда в Колумбийский университет.

Размышляя вслух, Ферми предположил, что взорвав атомную бомбу рядом с ёмкостью с дейтерием, можно вызвать реакцию слияния ядер водорода в ядра гелия и получить так называемое водородное оружие, в котором атомная бомба выступает «зажигалкой». В теории такая бомба была бы намного более эффективной и намного более мощной, чем атомная.

Дейтерий относительно легко получается из морской воды, и кубометр подожжённого дейтерия произведёт взрыв мощностью порядка несколько мегатонн, в то время как атомная бомба максимум может выдать мощность в несколько сотен килотонн. Вдохновлённый этой идеей, Теллер принялся исследовать пути её практической реализации.

Теллер делал простые расчёты и пришёл к выводу, что поджечь дейтерий атомной бомбой не получится, но потом поменял своё мнение, когда сделал новые расчёты с помощью своего коллеги Эмиля Конопинского. Поэтому во время июльской конференции 1942 года группы Оппенгеймера Теллер вызвал учёных на дискуссию о супер-бомбе, или коротко «Super». Так как уже было решено, что все вопросы по атомной бомбе выяснены, Сербер, Стен Френкель (Stan Frankel) и Нельсон занялись этой свежей интересной проблемой.

По первым оценкам, создание водородной бомбы казалось чисто инженерной задачей. Чуть позднее Ганс Бете (Hans Bethe) проверил расчёты Теллера и обнаружил, что Теллер не учёл важный эффект Комптона — процесс охлаждения за счёт рассеивания излучения, из-за которого тепло от взрыва атомной бомбы рассеется гораздо быстрее, чем успеет нагреться дейтерий до расчётной температуры 400 миллионов градусов, чтобы началась реакция синтеза, а потом атомная бомба просто разнесёт на мелкие кусочки термоядерное устройство.

Пытаясь спасти идею, Конопински предложил смешать дейтерий с тритием, что позволило бы снизить требуемую температуру реакции синтеза, и при этом ещё и повысилась бы мощность взрыва. Однако тритий — чрезвычайно редкий изотоп водорода и очень дорог в производстве. Для вычисления подходящей пропорции смешивания дейтерия с тритием надо было бы провести колоссальные расчёты, а провести практические эксперименты не позволяла чудовищная дороговизна даже миллиграммов трития.

Тем не менее Теллер продолжал заниматься в Лос-Аламосе проблемой «Super» до такой степени, что это стало сказываться на его основной работе над атомной бомбой. Поэтому большая часть работы, которую Теллер отказывался выполнять, была передана Клаусу Фуксу, который позднее был разоблачён как советский шпион.

Впрочем, Теллеру были выделены некоторые ресурсы для изучения проблемы Super, но её решение всё время ускользало, вычисления по проблеме оказались невероятно сложными особенно в условиях, когда невозможно было получить ответы экспериментальным путем (для сравнения, все свойства реакции деления можно было просто получить на циклотронах, только что созданных ядерных реакторах и проводя различные лабораторные и стендовые испытания).

Вдобавок возникли затруднения морального плана. После атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки многие учёные Лос-Аламоса выступили против создания оружия в тысячу раз более мощного, чем первая атомная бомба. Дело в том, что такое мощное оружие бессмысленно применять тактически против скопления войск противника, оно может быть использовано только стратегически против гражданского населения, и таким образом становится оружием геноцида.

Но американонацисту Теллеру было плевать на геноцид — поэтому он опубликовал открытое обращение к учёным с призывом «вернуться назад в лаборатории» и со слабо завуалированными угрозами в адрес не желающих помогать уничтожать «врагов Америки». Многие ведущие физики США испугались — и вернулись в Лос-Аламос для работы над Super-бомбой. Впрочем, работали спустя рукава.

После того, как СССР провёл испытание своей атомной бомбы 29 августа 1949 года, Президент США Гарри Трумен 31 января 1950 объявил о запуске интенсивной программы по созданию термоядерной бомбы. У Теллера появилось море денег и ресурсов — но всё же все усилия приводили к решениям, которые оказывались нерабочими. По теории классической Super-бомбы считалось, что одного тепла от взрыва атомной бомбы будет достаточно, чтобы поджечь термоядерное топливо. Но теперь расчёты показывали, что это невозможно. Нужен был какой-то трюк, какая-то хитрая схема.

Первая плодотворная идея пришла в голову математику Станиславу Уламу. Как известно, в простой атомной бомбе имплозивного типа использовалась схема сжатия надкритической массы плутониевого ядра одновременным подрывом со всех сторон высокоэнергетического взрывчатого вещества, которое взрывной волной, направленной к центру, сдавливало плутониевое ядро до критической массы и вызывало взрывную реакцию деления. Улам предложил использовать в качестве взрывчатки атомную бомбу — и ее взрывом сдавить рабочую область, в которой будет идти реакция синтеза, уменьшив таким образом поверхность излучения и отток тепла.

К тому времени американцы уже выяснили, что в первые микросекунды атомного взрыва ядро выделяет поток нейтронов («нейтронный газ»), который имеет высокую плотность, сравнимую с плотностью твёрдого тела. В конце января 1951 года Уламу пришла идея перенести этот принцип на термоядерную бомбу: потоком нейтронов от подрыва атомной бомбы сжать термоядерное топливо и, не давая ему разлететься, поджечь его. Улам поделился этой идеей сначала с Брэдбери, а потом на следующий день с Теллером.

Теллер сначала скептически оценил предложение Улама, но потом его озарило, что вместо потока нейтронов для обжатия можно использовать поток рентгеновского излучения. Радиационная имплозия позволяла сжать термоядерную ступень быстрее и держать её в таком состоянии дольше. 9 марта 1951 года Теллер и Улам написали отчет, в котором изложены основные детали схемы, которую затем стали называть «Схема Теллера-Улама». Именно по этой схеме сделаны практически все современные термоядерные бомбы.

Позднее 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 U235 или плутония по оси цилиндра, ударная волна сожмёт стержень до сверхкритической массы. Произошедший взрыв создаст вторую ударную волну, движущуюся навстречу внешней ударной волне, которая одновременно сожмёт и подожжёт термоядерное топливо более эффективно, чем это было бы без такой «свечи». Об этом дополнении Теллер упомянул в отчёте за 4 апреля 1951 года.

Так окончательно оформилась схема Теллера-Улама: сжатие посредством радиационной имплозии термоядерного топлива и усиление его горения с помощью дополнительной ядерной свечи.

В июле 1951 года Ричард Гарвин по поручению Теллера рассчитал инженерный проект (размеры, компоновку, форму) термоядерного устройства для испытания схемы Теллера—Улама. 1 ноября 1952 года схема Теллера-Улама была протестирована во время испытания Иви Майк. Мощность взрыва составила 10,4 Мт (более чем в 450 раз мощнее бомбы, брошенной на Нагасаки). В качестве термоядерного топлива в испытании Иви Майк использовался жидкий дейтерий. Дейтерий был выбран по той причине, что о нём было много уже известно.

В феврале 1954 года в арсенал США поступили первые водородные бомбы TX-16/EC-16, которые были сделаны на жидком дейтерии. Конструкцию этой бомбы также спроектировал Ричард Гарвин. Мощность бомбы составляла 6-8 мегатонн.

Первая советская водородная бомба РДС-6с (та самая, по схеме якобы Сахарова) была испытана 12 августа 1953 года и имела мощность 400 килотонн. Интересно, что схема «Alarm clock», которая была выдвинута Эдвардом Теллером, являлась аналогом «сахаровской» слойки, но она никогда не была реализована на практике ввиду того, что схема Теллера-Улама явно была совершеннее. Дело в том, что схема «Слойка» не имела перспектив масштабирования мощности взрыва свыше мегатонны — собственно, поэтому от нее отказались и в СССР, следующая бомба РДС-37 была уже сделана по совершенно другой схеме — двухступенчатой с ударным обжатием.

В связи с тем, что Клаус Фукс принимал участие в работе Лос-Аламосской лаборатории над водородной бомбой лишь на самой ранней стадии до 15 июня 1946 г. и был разоблачён в начале 1950 года (т.е. задолго до того, как оформилась идея схемы Теллера-Улама), советская разведка ничем не могла помочь советским учёным, и им пришлось искать пути к цели самостоятельно, перебирая те ранние схемы «супербомбы», которые Фукс успел слить.

Собственно говоря, РДС-6с — это сравнительно простая одноступенчатая «форсированная» ядерная бомба имплозивного типа. Мощность 500 кт; КПД — 15—20 %. В общем энерговыделении на долю синтеза пришлось всего 15-20%, причем для синтеза использовался чудовищно дорогой тритий (точнее, тритид лития).

Погоня за водородной бомбой

Это бомба РДС-6С в музее РФЯЦ.

Еще большую мощность (500 килотонн) имеет чисто атомная американская бомба Мк-18, без всяких сахаровских выкрутасов с тритием.

Таким образом, первая советская термоядерная бомба устарела еще до испытания. Однако она взрывалась, и ее можно было погрузить в бомбардировщик Ту-16 и куда-то сбросить. Этого было вполне достаточно для того, чтобы пугать пиндосов и их союзников.

Американские водородные бомбы TX-16/EC-16 были таким же точно полувиртуальным пугалом для СССР — жидкий дейтерий там находился в массивном сосуде Дьюара и заливался в бомбу непосредственно перед использованием, соответственно на борту бомбардировщика Б-36 находилась криогенная установка. Такой бомбардировщик у США имелся ровно ОДИН, а бомб TX-16 было выпущено ровно ПЯТЬ ШТУК.

Фактически, основным значением бомбы TX-16/EC-16 было чисто политическое — при её помощи США демонстрировали наличие у них действующего термоядерного оружия.

После того, как в марте 1954 года (всего через полгода после испытания РДС-6с мощностью в 400 кт) в ходе испытаний Кастл Браво была испытана бомба на дейтериде лития мощностью порядка 10-15 мегатонн (в серии Mk.17 — на фото в заголовке), бомбы TX-16 были сняты с вооружения уже к октябрю 1954 года.

Погоня за водородной бомбой

Схема Теллера-Улама на дейтериде лития хороша тем, что в ней тритий получается непосредственно в бомбе в момент облучения дейтерида лития потоком радиации от ядерного запальника. Поэтому заряд получается относительно дешевым и технологичным.

После начального периода испытаний многомегатонных водородных бомб усилия США переключились на миниатюризацию схемы Теллера-Улама, чтобы заряды могли поместиться в межконтинентальные ракеты и баллистические ракеты подводных лодок. В середине 1970-х в США был сделан ещё один прорыв, когда были созданы заряды по схеме Теллера-Улама, помещавшиеся в блоки индивидуального наведения разделяющихся головных частей МБР.

СССР пошел по другому пути — Хрущов требовал делать всё более и более мощный бомбы, пока не дошел до 110-мегатонной «Кузькиной Матери», которую даже побоялись испытывать на полную мощность.

Погоня за водородной бомбой

Тем не менее, «советский путь» не был простой придурью и показухой. К тому моменту советские стратеги поняли, что соперничество с США в количестве зарядов и средств их доставки является заведомо проигрышным — слишком велика разница в промышленном потенциале. Для победы над США было решено использовать разницу в географии.

Как вы знаете, США находятся в середине североамериканского континента, который в основном представляет из себя равнину. Это полоса суши между двумя океанами. Используя всего несколько термоядерных бомб сверхбольшой мощности, взорванных в океанах — возможно вызвать рукотворное цунами, волну огромной высоты и мощности, которая покатится через американский континент, снося и затапливая всё на своём пути. Точнее — таких волн покатится две, навстречу друг другу.

Погоня за водородной бомбой

Эта идея отнюдь не принадлежит Сахарову, как об этом утверждается в советских городских легендах — всё ровно наоборот, это от Сахарова и его коллег требовали создать заряды сверхбольшой мощности под эту идею, вызревшую у военных. И они были созданы.

Правда, к тому времени началась «Разрядка» (Detant), Брежнев лобызался с Никсоном и помалкивал про полеты на Луну в павильонах Голливуда, была объявлена конвергенция систем — и идею уничтожения США спрятали в архив.

В наше время идея «царь-торпеды» с огромной бомбой возрождена в проекте «Статус-6», где носителем сверхмощной термоядерной боеголовки служит уже не торпеда, а непосредственно сама подводная лодка-робот без экипажа.

PS. Теллер и Улам не питали особой приязни друг к другу. Теллер, будучи довольно тщеславным человеком, никогда не отказывался от титула «отца американской водородной бомбы» (Father of the H Bomb), отодвигая Улама как бы на второй план. В начале 50-ых годов после успешных первых испытаний он написал статью «The Work of Many People», в которой перечислял учёных, причастных к успешному осуществлению проекта (более 40 имен, при этом не упоминая Улама). В своих мемуарах «The Legacy of Hiroshima», вышедших в 1962 г. Теллер сообщает, что додумался до всего сам в феврале 1951 года, а его помощник Фредерик де Хоффманн (Frederic de Hoffmann) потом сделал все вычисления. В интервью в 1979 году он опять меняет свою историю и говорит, что идея пришла ему в голову в декабре 1950 года.

Как бы то ни было, это были времена, когда Америка была великой, и на нее работали по-настоящему гениальные люди. Хоть и подонки с точки зрения человеческой морали.

Надо отметить, что для ученых подобного рода «мораль» скорее правило, чем исключение. Среди советских ученых тоже мало «белых и пушистых» — воровство идей у коллег, подсиживание, подставы и обгаживание перспективных направлений только потому, что ими занимаются другие — это в научном кругу обычное дело. Даже пресловутое авторство Сахарова в схеме «слойки» сомнительно и оспаривается, не говоря уже о том, что называть его «отцом советской водородной бомбы» является очень большим преувеличением. Даже в работе над тупиковой РДС-6С Сахаров был далеко не первой величиной, а уж в работе над следующей бомбой РДС-37 его участие вообще было эпизодическим.

Миф о том, что «Сахаров отец термоядерной бомбы» возник потому, что в 1953 году, именно после испытания первой термоядерной бомбы в СССР, Андрей Сахаров был избран (в 32 года, что было диковиной) действительным членом Академии Наук СССР. Причём минуя ступень члена-корреспондента АН. Народ прикинул палец к анусу — и поползли слухи «дали академика за водородную бомбу», а потом и «отец водородной бомбы».

На самом деле РДС-6С разрабатывал большой коллектив, и Сахаров там отнюдь не был самым умным и важным участником. Кураторство над всеми работами по водородной бомбе осуществлял (на тот момент профессор) Юрий Харитон. А непосредственно проектом РДС-6С руководил профессор Игорь Тамм. Некоторые физики утверждают, что идею «слойки» Сахаров якобы украл у Якова Зельдовича и Виталия Гинзбурга. Врут, конечно же — схему, предложенную Теллером еще в 1946 году, спёрла советская разведка, а Зельдович с Гинзбургом лишь просчитывали ее реализуемость, и уже в 1948 году Гинзбург предложил использовать для нее дейтерид лития. Сам же Сахаров придумал схему с тупым подрывом атомной бомбы, плавающей в тяжёлом водороде (которую Теллер рассматривал еще в 1942-43 годах) — которая оказалась технически неосуществима.

РДС-6С интересна тем, что там вся команда разработчиков — сплошь евреи. Один Сахаров-Цукерман был по паспорту русский. Ее так и называли — «еврейская бомба», хе-хе. Нет, ну правда же — смышленые ребята, гордость народа израилева.

Следующим этапом стало создание двухступенчатой водородной бомбы РДС-37, в которой термоядерная реакция вызывалась ударной волной от подрыва атомного заряда. Это так называемая схема с ядерным обжатием:

Погоня за водородной бомбой

Схема напоминает Теллера-Улама — но лишь напоминает. Советские ученые пошли путем обжатия сферического заряда при помощи линзы. В работе над этим проектом, под руководством академиков Игоря Курчатова, Мстислава Келдыша и Андрея Тихонова, приняли участие коллектив учёных из того же КБ-11, где работал Сахаров — но научное участие именно Сахарова весьма сомнительно.

Вот такой вот «отец водородной бомбы» получился. В 1955 году он подписал «Письмо трёхсот» против деятельности академика Т. Д. Лысенко — хотя что понимал Сахаров в генетике и селекции? Да ничего. Но свежеиспеченный академик с головой погрузился в интеллигентские интриги внутри РАН, поскольку на фоне других физиков явно «не тянул» разработки бомбы. Поэтому уже с конца 1950-х годов Сахаров активно выступал за прекращение испытаний ядерного оружия.

Ну и выросло то, что выросло. Какая академия — такие и академики.

Источник

Предыдущая статья Как достигла успеха погибшая блогерша Настя Тропицель
Следующая статья Китай допустил отключение от долларовой платежной системы
сосновоборск новости, сосновоборск портал, портал красноярск, новости, видео, фото, городской портал сосновоборск сайт красноярский край работа портал недвижимость сосновоборск красноярск авто квартира https://sosnovoborsk.site сосновоборск сосновоборск красноярский сосновоборск красноярский край работа сосновоборск красноярский край недвижимость сосновоборск красноярский край объявления сосновоборск красноярский край квартира сосновоборск красноярский край новости сосновоборск красноярский край видео сосновоборск красноярский край сосновоборск наши новости