Атомное оружие

Пушечная бомба

Тем не менее, бомба, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана именно по вышеописанной схеме. Две ее детали, мишень и пуля, были изготовлены из высокообогащенного урана. Мишень была цилиндром диаметром 16 см и высотой тоже 16 см. В ее центре было отверстие диаметром 10 см. В соответствии с этим отверстием и была изготовлена пуля. Всего бомба содержала 64 кг урана.

Мишень была окружена оболочкой, внутренний слой которой был изготовлен из карбида вольфрама, наружный — из стали. Назначение у оболочки было двойным: удержать пулю, когда она воткнется в мишень, и отразить хотя бы часть вылетающих из урана нейтронов обратно. С учетом отражателя нейтронов 64 кг составляли 2,3 критических массы. Как же это выходило, ведь каждый из кусков был субкритическим? Дело в том, что, вынимая из цилиндра среднюю часть, мы уменьшаем его среднюю плотность и значение критической массы повышается. Таким образом, масса этой части может превышать критическую массу для сплошного куска металла. А вот увеличить массу пули таким образом невозможно, ведь она должна быть сплошной.

И мишень, и пуля были собраны из кусочков: мишень из нескольких колец малой высоты, а пуля из шести шайб. Причина проста — заготовки из урана должны были быть небольшими по размеру, ведь при изготовлении (отливке, прессовании) заготовки общее количество урана не должно приближаться к критической массе. Пуля была заключена в тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, с крышкой из карбида вольфрама, как у оболочки мишени.

Для того чтобы направить пулю в центр мишени, решили использовать ствол обычной зенитной пушки калибра 76,2 мм. Вот почему бомбу такого типа называют иногда бомбой пушечной сборки. Ствол был расточен изнутри до 100 мм, чтобы в него вошел столь необычный снаряд. Длина ствола составляла 180 см. В его зарядную камеру загружался обычный бездымный порох, который выстреливал пулю со скоростью примерно в 300 м/с. А другой конец ствола запрессовали в отверстие в оболочке мишени.

У этой конструкции была масса недостатков.

Она была чудовищно опасной: после того как порох был загружен в зарядную камеру, любая авария, которая могла его воспламенить, привела бы к взрыву бомбы на полную мощность. Из-за этого зарядка пироксилина происходила уже в воздухе, когда самолет подлетал к цели.

При аварии самолета урановые детали могли соединиться и без пороха, просто от сильного удара о землю. Чтобы избежать этого, диаметр пули был на долю миллиметра больше диаметра канала в стволе.

Если бы бомба упала в воду, то из-за замедления нейтронов в воде реакция могла бы начаться даже и без соединения частей. Правда, при этом ядерный взрыв маловероятен, но произошел бы тепловой взрыв, с распылением урана на большую территорию и радиоактивным заражением.

Длина бомбы такой конструкции превышала два метра, и это фактически непреодолимо. Ведь критическое состояние достигалось, и реакция начиналась, когда до остановки пули было еще добрых полметра!

Наконец, эта бомба была очень расточительной: прореагировать в ней успевало меньше 1% урана!

Достоинство же у пушечной бомбы было ровно одно: она не могла не сработать. Ее даже не собирались испытывать! А вот плутониевую бомбу американцы должны были испытать: уж слишком нова и сложна была ее конструкция.

Холодная война

См. также: Ядерная гонка

В первые годы после окончания второй мировой войны США были единственным «ядерным государством» в мире. Руководство США предполагало, что Советский Союз очень далёк от создания собственной бомбы. Тем временем США пытались извлечь как можно больше пользы из своего временного превосходства. В частности, имели место попытки оказания давления на Сталина по таким вопросам, как Берлин и Чехословакия. В этой ситуации советский лидер сделал вывод о том, что только из-за этого США не рискнут развернуть новую войну против советского государства.

Тем временем в СССР активнейшим образом велись разработки по созданию собственной атомной бомбы. Во время войны исследования ограничивались из-за нехватки урана, но поставки из Восточной Европы теперь решали эту проблему. Для физиков создали все условия, чтобы максимально ускорить темп работ. 3 декабря 1944 года «наблюдение за развитием работ по урану» постановлением ГКО СССР было возложено на заместителя председателя ГКО Л. П. Берия.

В США полагали, что у СССР не будет атомного оружия как минимум до середины 50-х. Однако 29 августа работа советских физиков-ядерщиков закончилась успехом. Бомбу РДС-1, взорванную в этот день, на Западе называли в честь Сталина: «Джо-1». Началась ядерная гонка.

Кроме атомной бомбы для испытания 29 августа 1949 г., в СССР к концу 1949 г. были изготовлены ещё две бомбы РДС-1, а в 1950 г. — ещё девять. Однако все эти бомбы представляли собой экспериментальные устройства, а у СССР на тот момент не было средств доставки. В январе-феврале 1951 г. было изготовлено ещё четыре атомные бомбы. Таким образом, у СССР к 1 марта 1951 г. имелось 15 атомных бомб типа РДС-1. К концу 1951 г. было изготовлено в общей сложности 29 атомных бомб РДС-1, в том числе первые три серийно изготовленные атомные бомбы.

29 августа 1951 г. было принято решение Совета Министров СССР о начале строительства первых войсковых складов — ядерных баз, предназначенных для хранения и подготовки к применению атомных бомб. Их было всего четыре: на севере Крыма, на западе Украины, в Белоруссии и на северо-западе России. Строительство двух первых баз хранения ядерного оружия было завершено в 1955 г. В 1956 г. была введена в строй центральная база хранения ядерного оружия.

18 октября 1951 года первая советская авиационная атомная бомба (РДС-3 с ядерным зарядом «501-М») была впервые испытана путём сброса её с самолёта (Ту-4) Эту бомбу стали готовить к принятию на вооружение (была принята в 1954 году) В 1952-м и 1953 годах проведены успешные лётные контрольные испытания (ЛКИ) авиабомбы РДС-3.

Вкладывались колоссальные средства в совершенствование качества оружия и увеличение его количества. Обе нации быстро приступили к разработке термоядерного оружия. США взорвали такое устройство 1 ноября . Вновь удивив всех, Советский Союз произвёл термоядерный взрыв всего через 8 месяцев. Советская водородная бомба РДС-6с была полностью продуктом собственной разработки, так как шпионаж в США результатов не принёс. А самое главное — она была именно первой бомбой в габаритах бомбового отсека самолёта, а не стационарным сооружением размером с двухэтажный дом, как в США.

Активно велись разработки и по средствам доставки ядерного оружия, в первую очередь ими были стратегические бомбардировщики. В этой области США начали работать с явной форой, но появление реактивных самолётов-перехватчиков свело американское преимущество на нет. В начале 50-х ВВС США были представлены реактивные бомбардировщики B-47 и B-52, способные проникнуть в воздушное пространство СССР.

Копия ракеты «Восток»(модификация Р-7) в Москве на ВДНХ

Во второй половине 50-х в СССР была разработана первая межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) Р-7. 4 октября эта ракета вывела в космос первый искусственный спутник Земли. Первая американская МБР была запущена 31 октября .

Россия

Ядерные боеголовки – 7000.
Дата первого испытания: 1949 год.
Дата последнего испытания: 1990 год.
Ядерное оружие Россия получила от СССР — со всех военных точек бывшего Советского Союза были собраны все имеющиеся ядерные боеголовки. По утверждению официальных источников правительство Российской Федерации, ядерное оружие будет использовано лишь в ответ, на подобные военные действия против их страны. Или же если само существование России будет под угрозой из-за военных действий без использования ядерных боеголовок, она всё равно может использовать их против противника, но это уже самый крайний случай.

Возможны ли военные действия между КНДР и США?

Конец минувшего столетия ознаменовался боязнью людей перед военными действиями между Пакистаном и Индией, а теперь всех пугает возможный ядерный конфликт между КНДР и США. Первый раз Соединенные Штаты стали угрожать Северной Корее в 1953 году, но как только у КНДР появилась собственная атомная бомба, конфликт перешел на совсем другой уровень. Пхеньян и Вашингтон очень агрессивно отвечают друг другу и становится актуальным вопрос — состоится ли ядерное сражение между Соединенными Штатами и Северной Кореей? Это вполне имеет место, если президент Трамп посчитает, что корейцы очень опасны, потому что могут сделать межконтинентальную ракету, которая сможет пустить ко дну всю Америку.
Ядерные боеголовки находятся возле границы КНДР ещё с 1957 года, по указу правительства США. Корейские политики заявляют, что уже почти вся территория Америки находится в пределах досягаемости ядерных боеголовок КНДР.

Какую позицию займет Россия в конфликте между Северной Кореей и Соединенными Штатами?

Пакт, заключенный между Россией и Северной Кореей не предполагает, что Россия займет какую-либо сторону в войне. В общем понятии, это значит, если начнутся военные действия, Россия может быть нейтральной, естественно ей придётся лишь осудить действие нападающей стороне. При самом ужасном раскладе Владивосток может покрыться радиоактивными осадками от уничтоженных объектов Северной Кореи.

КНДР: ядерная бомба «Чучхе»

Самой известной историей, связанной с разработкой ЯО, несомненно, является северокорейская ядерная программа.

КНДР начала разработку собственной атомной бомбы еще в середине 50-х годов, причем самую активную помощь в этом вопросе она получила от Советского Союза. С помощью специалистов из СССР в стране был открыт исследовательский центр с ядерным реактором, советские геологи занимались поиском урана на территории Северной Кореи.

В середине 2005 года мир с удивлением узнал, что КНДР ядерная держава, а в следующем году корейцы провели первое испытание ядерной бомбы мощностью 1 килотонна. В 2020 году Ким Чен Ые сообщил миру, что его страна уже имеет в арсенале и термоядерное оружие. Считается, что в настоящее время Пхеньян может обладать 10-20 ядерными зарядами.

Считается, что КНДР имеет в арсенале от 10 до 20 ядерных зарядов

В 2012 году корейцы заявили о создании межконтинентальных баллистических ракет «Хвасон-13» с дальностью полета 7,5 тыс. км. Этого вполне достаточно для нанесения удара по территории США.

Буквально несколько дней назад прошла встреча американского президента Трампа с северокорейским лидером Ким Чен Ыном, на которой стороны вроде как договорились о закрытии ядерной программы КНДР. Однако пока это скорее декларация о намерениях, и приведут ли эти переговоры к реальной денуклеаризации Корейского полуострова, сказать сложно.

Последствия обогащения

Для получения ядерной энергии путем деления особый интерес представляют ядра изотопов урана с атомным весом 233 и 235 (233U и 235U) и плутония — 239 (239Pu), делящиеся под воздействием нейтронов. Связь частиц во всех ядрах обусловлена сильным взаимодействием, особо эффективным на малых расстояниях. В крупных ядрах тяжелых элементов эта связь слабее, поскольку электростатические силы отталкивания между протонами как бы «разрыхляют» ядро. Распад ядра тяжелого элемента под действием нейтрона на два быстро летящих осколка сопровождается высвобождением большого количества энергии, испусканием гамма-квантов и нейтронов — в среднем 2,46 нейтрона на одно распавшееся урановое ядро и 3,0 — на одно плутониевое. Благодаря тому что при распаде ядер число нейтронов резко возрастает, реакция деления может мгновенно охватить все ядерное горючее. Так происходит при достижении «критической массы», когда начинается цепная реакция деления, приводящая к атомному взрыву.

1 — корпус

2 — взрывной механизм

3 — обычное взрывчатое вещество

4 — электродетонатор

5 — нейтронный отражатель

6 — ядерное горючее (235U)

7 — источник нейтронов

8 — процесс обжатия ядерного горючего направленным внутрь взрывом

В зависимости от способа получения критической массы различают атомные боеприпасы пушечного и имплозивного типа. В простом боеприпасе пушечного типа две массы 235U, каждая из которых меньше критической, соединяются с помощью заряда обычного взрывчатого вещества (ВВ) путем выстрела из своеобразной внутренней пушки. Ядерное горючее можно разделить и на большее число частей, которые будут соединяться взрывом окружающего их ВВ. Такая схема сложнее, но позволяет достигать больших мощностей заряда.

В боеприпасе имплозивного типа уран 235U или плутоний 239Pu обжимается взрывом расположенного вокруг них обычного взрывчатого вещества. Под действием взрывной волны плотность урана или плутония резко повышается и «надкритическая масса» достигается при меньшем количестве делящегося материала. Для более эффективного протекания цепной реакции горючее в боеприпасах обоих типов окружают нейтронным отражателем, например на основе бериллия, а для инициирования реакции в центре заряда располагают источник нейтронов.

Изотопа 235U, необходимого для создания ядерного заряда, в природном уране содержится всего 0,7%, остальное — стабильный изотоп 238U. Для получения достаточного количества разделяющегося материала производят обогащение природного урана, и это было одной из самых сложных в техническом плане задач при создании атомной бомбы. Плутоний получают искусственно — он накапливается в промышленных ядерных реакторах, за счет превращения 238U в 239Pu под действием потока нейтронов.

Клуб взаимного устрашения

Взрыв советской ядерной бомбы 29 августа 1949 года сообщил всем об окончании американской ядерной монополии. Но ядерная гонка только разворачивалась, к ней очень скоро присоединились новые участники.

3 октября 1952 года взрывом собственного заряда заявила о вступлении в «ядерный клуб» Великобритания, 13 февраля 1960 года — Франция, а 16 октября 1964 года — Китай.

Политическое воздействие ядерного оружия как средства взаимного шантажа хорошо известно. Угроза быстрого нанесения противнику мощного ответного ядерного удара была и остается главным сдерживающим фактором, вынуждающим агрессора искать другие пути ведения военных действий

Это проявилось и в специфическом характере третьей мировой войны, осторожно именовавшейся «холодной»

Официальная «ядерная стратегия» хорошо отражала и оценку общей военной мощи. Так, если вполне уверенное в своей силе государство СССР в 1982 году объявило о «неприменении ядерного оружия первым», то ельцинская Россия вынуждена была объявить о возможности применения ядерного оружия даже против «неядерного» противника. «Ракетно-ядерный щит» и сегодня остался главной гарантией от внешней опасности и одной из основных опор самостоятельной политики. США в 2003 году, когда агрессия против Ирака была уже решенным делом, от болтовни о «несмертельном» оружии перешли к угрозе «возможного использования тактического ядерного оружия». Другой пример. Уже в первые годы XXI века «ядерный клуб» пополнили Индия и Пакистан. И почти сразу последовало резкое обострение противостояния на их границе.

Эксперты МАГАТЭ и пресса давно утверждают, что Израиль «в состоянии» произвести несколько десятков ядерных боеприпасов. Израильтяне же предпочитают загадочно улыбаться — сама возможность наличия ядерного оружия остается мощным средством давления даже в региональных конфликтах.

Подробнее о ядерных боеприпасах

Ядерное оружие не случайно надолго завоевало умы сильных мира сего. Поражающая способность атомных бомб и других ядерных боеприпасов в разы превосходила ранее известное оружие.

При взрыве атомной бомбы образуется невероятной силы ударная волна. Но это лишь малая толика того, что происходит дальше. Взрыв сопровождается световым, радиоактивным, электромагнитным и рентгеновским излучениями. Такой «букет» не оставляет ничего живого на своем пути. Зоной тотального разрушения оказывается площадь радиусом в несколько километров, а само место взрыва и окрестные территории на долгие годы становятся так называемой «зоной отчуждения».

Все ядерное оружие можно разделить по принципу его действия на 3 большие группы:

• атомное
• водородное (или термоядерное)
• нейтронное

До того, как появилось ядерное оружие, для взрывов использовались шашки, основу которых составлял тринитротолуол (тротил). Для более удобного обозначения было принято решение измерять мощность ядерных взрывов в тротиловом эквиваленте. Таким образом, все ядерные боеприпасы можно отнести к одной из пяти групп (по мощности в тротиловом эквиваленте), начиная от сверхмалых с зарядом до 1 килотонны, и заканчивая сверхкрупными, мощностью более 1 мегатонны.

Основой действия ядерного оружия является бесконтрольная (неуправляемая) реакция деления ядер, а также термоядерный синтез. Для производства ядерных боеприпасов используются изотопы урана-235 и плутония-239. Получение этих радиоактивных веществ возможно не только в природе, но и при помощи современных технологий по обогащению урана. Плутоний-239 также получают посредством «бомбардировки» урана-238 нейтронами.

История

Открытие

В 1895 году Вильгельм Рентген открывает рентгеновское излучение, полученное им на первом ускорителе электронов — катодной трубке. Радиоактивность была открыта Анри Беккерелем в 1896 году при изучении фосфоресценции солей урана. Исследования радиоактивности продолжили Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри с соединениями тория и солями урана. Ими были выделены высокоактивные элементы полоний и радий. Они обнаружили, что радиоактивные элементы испускают 3 вида проникающей радиации, α-, β- и γ- лучи.

В начале XX века огромный вклад в изучение ионизирующих излучений и структуры атомов внес Резерфорд. В Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт смогли впервые расщепить ядро атома.

Оружейные ядерные программы

Основная статья: История ядерного оружия

В конце 30-х годов XX века физики осознали возможность создания мощного оружия на основе цепной ядерной реакции. Это привело к высокому интересу государства к ядерным технологиям. Первая масштабная государственная атомная программа появилась в Германии в 1939 году (см. немецкая ядерная программа). Однако война осложнила снабжение программы и после разгрома Германии в 1945 году программа была закрыта без значимых результатов. В 1943 году в США началась масштабная программа под кодовым названием Манхэттенский проект. В 1945 году в рамках этой программы была создана и испытана первая в мире ядерная бомба. Ядерные исследования в СССР велись с 20-х годов. В 1940 году прорабатывается первая советская теоретическая конструкция ядерной бомбы. Ядерные разработки в СССР становятся секретными с 1941 года. Первая советская ядерная бомба испытана в 1949 году.

Основной вклад в энерговыделение первых ядерных боеприпасов вносила реакция деления. Тем не менее реакция синтеза находила применение в качестве дополнительного источника нейтронов для увеличения количества прореагировавшего делящегося вещества. В 1952 году в США и 1953 в СССР были испытаны конструкции, в которых бо́льшая часть энерговыделения создавалась реакцией синтеза. Такое оружие назвали термоядерным. В термоядерном боеприпасе реакция деления служит для «поджига» термоядерной реакции, не внося существенного вклада в общую энергетику оружия.

Ядерная энергетика

Статистика строительства атомных электростанций

Основная статья: Ядерная энергетика

Основная статья: Атомная электростанция

Первые ядерные реакторы были либо экспериментальными либо оружейными, то есть предназначенными для наработки оружейного плутония из урана. Создаваемое ими тепло сбрасывали в окружающую среду. Низкие рабочие мощности и малые разницы температур затрудняли эффективное использование такого низкопотенциального тепла для работы традиционных тепловых машин. В 1951 году было первое использование этого тепла для электрогенерации: в США в контур охлаждения экспериментального реактора установили паровую турбину с электрогенератором. В 1954 году в СССР построили первую атомную электростанцию, изначально спроектированную для целей электроэнергетики.

Ядерный клуб: кто входит в число избранных

Следует четко понимать, что выражение «ядерный клуб» – это не более чем журналистский штамп, официально такой организации, конечно же, не существует. Нет даже соответствующей неформальной тусовки, вроде «большой семерки», на которой можно было бы решать самые острые вопросы и вырабатывать общие подходы.

Более того, отношения между некоторыми ядерными государствами, мягко говоря, не очень хороши. Так, например, Пакистан и Индия уже несколько раз воевали, их следующий вооруженный конфликт вполне может закончиться серией взаимных атомных ударов. А несколько месяцев назад едва не началась полномасштабная война между КНДР и США. Масса противоречий – к счастью, не таких масштабных – сегодня существует между Вашингтоном и Москвой.

Существующие ядерные государства на карте мира. Красным цветом обозначены «официальные» ядерные страны, оранжевым — известные ядерные державы, желтым — страны, которые подозреваются во владении ЯО

Есть и еще целый ряд стран, которые в разное время занимались созданием ЯО, и каких результатов достигла их ядерная программа, сказать трудно.

Итак, официальные ядерные державы мира на 2020 год, список:

• Россия;
• США;
• Великобритания;
• Франция;
• Китай;
• Индия;
• Пакистан;
• Израиль;
• КНДР.

Бывшие советские республики – Украина, Казахстан и Белорусь – добровольно отказались от ядерного оружия в начале 90-х годов в обмен на гарантии безопасности, которые были им предложены всеми крупнейшими ядерными державами. Причем на тот момент Украина обладала третьим в мире ядерным арсеналом, а Казахстан – четвертым.

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.