Устройство ядерной бомбы
Конструкция атомной бомбы состоит из целого ряда различных компонентов, среди которых выделяют два основных:
- корпус,
- система автоматики.
Автоматика вместе с ядерным зарядом располагается в корпусе, который защищает их от различных воздействий (механического, теплового и др.). Система автоматики контролирует, чтобы взрыв произошел в строго установленное время. Она состоит из следующих элементов:
- аварийный подрыв;
- устройство предохранения и взведения;
- источник питания;
- датчики подрыва и подрыва заряда.
Доставка атомных бомб осуществляется с помощью зенитных, баллистических и крылатых ракет. При этом ядерные боеприпасы могут быть элементом фугаса, торпеды, авиабомбы и др.
Системы детонирования для ядерных бомб бывают разными. Самым простым является инжекторное устройство, при котором толчком для взрыва становится попадание в цель и последующее образование сверхкритической массы.
Еще одной характеристикой атомного оружия является размер калибра: малый, средний, крупный. Чаще всего мощность взрыва характеризуют в тротиловом эквиваленте. Малый калибр ядерного оружия подразумевает мощность заряда в несколько тысяч тонн тротила. Средний калибр равен уже десяткам тысяч тонн тротила, крупный – измеряется миллионами.
Миф 3: любая броня бессильна перед нейтронной бомбой
Каковы последствия взрыва? Происходит нейтронная бомбардировка объектов в зоне поражения. Если на их пути встают металлы, то после бомбардировки их атомов образуется радиоактивность с появлением радиоактивного изотопа. Поэтому прятаться во время взрыва за стальной плитой – это верный способ оказаться на том свете.
Но в армии неглупые люди. Средство защиты экипажей военной техники разработали в достаточно короткий срок. Всего лишь следовало дополнить броню материалами либо частями, поглощающими нейтроны.
Затем решили использовать обедненный уран. В США на этом не остановились: американцы применили дакрит – особое керамическое сырье, способное стать альтернативой бору и урану, но менее тяжелое.
Если военная техника не попадет в эпицентр взрыва, ее команда вполне может остаться в живых. Что касается обыкновенных солдат… В радиусе 50 м от эпицентра взрыва пехотинцы могут укрыться за бетонной стеной толщиной до 2,5-3 м. Впрочем, следует помнить о взрывной волне.
В других случаях необходимо учесть, что эффективнее всего нейтроны поглощаются веществами, содержащими H2. Такими, как обычная питьевая вода, парафин, полипропилен, полиэтилен и другими.
Конструкция и принцип действия нейтронной бомбы
Нейтронная бомба – это вид тактического ядерного оружия мощностью от 1 до 10 кт, где поражающим фактором является поток нейтронного излучения. При ее взрыве 25% энергии выделяется в виде быстрых нейтронов (1-14 МэВ), остальная часть расходуется на образование ударной волны и светового излучения.
К первому типу относятся маломощные (до 1 кт) заряды весом до 50 кг, которые используются в качестве боеприпасов к безоткатному или артиллерийскому орудию («Дэви Крокет»). В центральной части бомбы располагается полый шар из делящегося вещества. Внутри его полости находится «бустинг», состоящий из дейтерий-тритиевой смеси, усиливающий деление. Снаружи шар экранирован бериллиевым отражателем нейтронов.
Реакция термоядерного синтеза в таком снаряде запускается разогревом действующего вещества до миллиона градусов путем подрыва атомной взрывчатки, внутри которой помещен шар. При этом испускаются быстрые нейтроны с энергией 1-2 МэВ и гамма-кванты.
Второй тип нейтронного заряда используется в основном в крылатых ракетах или авиабомбах. По своей конструкции он не сильно отличается от «Дэви Крокета». Шар с «бустингом» вместо бериллиевого отражателя окружен небольшим слоем из дейтерий-тритиевой смеси.
Также существует и другой тип конструкции, когда дейтерий-тритиевая смесь выведена наружу атомной взрывчатки. При взрыве заряда запускается термоядерная реакция с выделением нейтронов высокой энергии 14 МэВ, проникающая способность которых выше, чем у нейтронов, образующихся при ядерном делении.
Т.е. поглощенный живыми тканями нейтронный поток в 10 рад соответствует полученной дозе гамма-излучения в 70 рад. Объяснить это можно тем, что при попадании в клетку нейтрон выбивает ядра атомов и запускает процесс разрушения молекулярных связей с образованием свободных радикалов (ионизация). Почти сразу радикалы начинают хаотично вступать в химические реакции, нарушая работу биологических систем организма.
Еще одним поражающим фактором при взрыве нейтронной бомбы является наведенная радиоактивность. Возникает при воздействии нейтронного излучения на почву, строения, военную технику, различные объекты в зоне взрыва. При захвате нейтронов веществом (особенно металлами) происходит частичное преобразование стабильных ядер в радиоактивные изотопы (активация). Они в течении некоторого времени испускают собственное ядерное излучение, которое также становится опасным для живой силы противника.
Из-за этого боевая техника, орудия, танки, подвергшиеся излучению, не могут быть использованы по назначению от пары дней до нескольких лет. Вот почему остро встала проблема по созданию защиты экипажа техники от нейтронного потока.
Увеличение толщины брони военной техники почти не влияет на проникающую способность нейтронов. Улучшение защиты экипажа удалось достичь путем использования в конструкции брони многослойных поглощающих покрытий на основе соединений бора, установкой алюминиевого подбоя с водородосодержащим слоем пенополиуретана, а также изготовлением брони из хорошо очищенных металлов или металлов, которые при облучении не создают наведенную радиоактивность (марганец, молибден, цирконий, свинец, обедненный уран).
Но нейтронные заряды полезны в ближнем космосе. В связи с отсутствием там воздуха нейтронный поток распространяется на большие расстояния. Т.е. данный тип оружия является эффективным средством ПРО.
Так, при взаимодействии нейтронов с материалом корпуса ракеты создается наведенная радиация, которая приводит к повреждению электронной начинки ракеты, а также к частичной детонации атомного запала с началом реакции деления. Выделяющееся радиоактивное излучение позволяет демаскировать боеголовку, отсеяв ложные цели.
Закатом нейтронного оружия стал 1992 год. В СССР, а затем и России был разработан гениальный по своей простоте и эффективности способ защиты ракет – в состав материала корпуса ввели бор и обедненный уран. Поражающий фактор нейтронного излучения оказался бесполезен для вывода из строя ракетного вооружения.
Прямое энергетическое действие.
Действие ударной волны.
Через долю секунды после взрыва от огненного шара распространяется ударная волна – как бы движущаяся стена горячего сжатого воздуха. Толщина этой ударной волны значительно больше, чем при обычном взрыве, и поэтому она дольше воздействует на встречный объект. Скачок давления причиняет ущерб из-за увлекающего действия, приводящего к перекатыванию, обрушению и разметыванию объектов. Сила ударной волны характеризуется создаваемым ею избыточным давлением, т.е. превышением нормального атмосферного давления. При этом пустотелые структуры легче разрушаются, нежели сплошные или армированные. Приземистые и подземные сооружения в меньшей мере подвержены разрушительному действию ударной волны, чем высокие здания. Тело человека обладает удивительной стойкостью к ударной волне. Поэтому прямое воздействие избыточного давления ударной волны не приводит к значительным людским потерям. Большей частью люди гибнут под обломками обрушивающихся зданий и получают травмы от быстро движущихся предметов. В табл. 1 представлен ряд различных объектов с указанием избыточного давления, вызывающего серьезные повреждения, и радиуса зоны, в которой наблюдается серьезное повреждение при взрывах мощностью 5, 10 и 20 кт тротилового эквивалента.
Действие светового излучения.
Как только возникает огненный шар, он начинает испускать световое излучение, в том числе инфракрасное и ультрафиолетовое. Происходят две вспышки светового излучения: интенсивная, но малой длительности, при взрыве, обычно слишком короткая, чтобы вызвать значительные людские потери, а затем вторая, менее интенсивная, но более длительная. Вторая вспышка оказывается причиной почти всех людских потерь, обусловленных световым излучением. Световое излучение распространяется прямолинейно и действует в пределах видимости огненного шара, но не обладает сколько-нибудь значительной проникающей способностью. Надежной защитой от него может быть непрозрачная ткань, например палаточная, хотя сама она может загореться. Светлоокрашенные ткани отражают световое излучение, а поэтому требуют для воспламенения большей энергии излучения, чем темные. После первой вспышки света можно успеть спрятаться за тем или иным укрытием от второй вспышки. Степень поражения человека световым излучением зависит от того, в какой мере открыта поверхность его тела. Прямое действие светового излучения обычно не приводит к большим повреждениям материалов. Но поскольку такое излучение вызывает возгорание, оно может причинять большой ущерб вследствие вторичных эффектов, о чем свидетельствуют колоссальные пожары в Хиросиме и Нагасаки.
Проникающая радиация.
Начальная радиация, состоящая в основном из гамма-излучения и нейтронов, испускается самим взрывом в течение примерно 60 с. Она действует в пределах прямой видимости. Ее поражающее действие можно уменьшить, если, заметив первую взрывную вспышку, сразу спрятаться в укрытие. Начальная радиация обладает значительной проникающей способностью, так что для защиты от нее требуется толстый лист металла или толстый слой грунта. Стальной лист толщиной 40 мм пропускает половину падающей на него радиации. Как поглотитель радиации сталь в 4 раза эффективнее бетона, в 5 раз – земли, в 8 раз – воды, и в 16 раз – дерева. Но она в 3 раза менее эффективна, чем свинец. Остаточная радиация испускается длительное время. Она может быть связана с наведенной радиоактивностью и с радиоактивными осадками. В результате действия нейтронной составляющей начальной радиации на грунт вблизи эпицентра взрыва грунт становится радиоактивным. При взрывах на поверхности земли и на небольшой высоте наведенная радиоактивность особенно велика и может сохраняться длительное время. «Радиоактивными осадками» называется загрязнение частицами, выпадающими из радиоактивного облака. Это частицы делящегося материала самой бомбы, а также материала, затянутого в атомное облако с земли и ставшего радиоактивным в результате облучения нейтронами, высвобождающимися в ходе ядерной реакции. Такие частицы постепенно оседают, что приводит к радиоактивному загрязнению поверхностей. Более тяжелые из них быстро оседают неподалеку от места взрыва. Более легкие радиоактивные частицы, уносимые ветром, могут оседать на расстоянии многих километров, заражая большие площади на протяжении длительного времени. Прямые людские потери от радиоактивных осадков могут быть значительны вблизи эпицентра взрыва. Но с увеличением расстояния от эпицентра интенсивность радиации быстро уменьшается.
Водородная бомба.
Поскольку масса каждого заряда урана или плутония в бомбе, основанной на делении ядер, должна быть докритической, мощность атомной бомбы можно наращивать, только увеличивая число зарядов. Таким образом, с повышением мощности бомбы она быстро растет в размерах и в конце концов становится нетранспортабельной. Поэтому исследователи, работавшие в области ядерного оружия, обратились к реакции термоядерного синтеза как возможному источнику энергии взрыва (см. также ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). Термоядерную («водородную») бомбу в принципе можно сделать любых размеров.
Соответствующие исследования в США вначале почти не получили поддержки, и до 1950 разработки и испытания практически не проводились. Лишь некоторые ученые, в частности Э.Теллер, продолжали заниматься этим вопросом и совершенствовали теорию, на которой могли основываться испытания.
Советский Союз взорвал свою первую атомную бомбу в 1949. Президент Трумэн 13 января 1951 распорядился ускорить разработку водородной бомбы. В ноябре 1952 в США было взорвано нетранспортабельное термоядерное устройство. Это был первый термоядерный взрыв, мощность его составила несколько мегатонн тротилового эквивалента. В 1953 о взрыве своей термоядерной бомбы объявило советское правительство.
Игра на опережение
17 декабря 1938 года немецким учёным Отто Ганном было получено неопровержимое доказательство распада урана на более мелкие элементарные частицы. По сути, ему удалось расщепить атом. В научном мире это расценивалось как новая веха в истории человечества. Отто Ганн не разделял политические взгляды третьего Рейха. Поэтому в том же, 1938 году, учёный был вынужден переехать в Стокгольм, где совместно с Фридрихом Штрассманом продолжил свои научные изыскания. Опасаясь, что фашистская Германия первой получит страшное оружие, он пишет письмо президенту Америки с предупреждением об этом. Известие о возможном опережении сильно встревожило правительство США. Американцы стали действовать быстро и решительно.
Сохранить инфраструктуру
Разработкой советской нейтронной бомбы по заданию Минобороны занимались ученые-атомщики Всесоюзного института экспериментальной физики в Арзамасе-16. На создание экспериментального боеприпаса ушло меньше года. Конструктивно он представлял собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавили блок, содержащий изотоп бериллия – источник быстрых нейтронов. При подрыве такого устройства сначала детонирует основной ядерный заряд, энергия которого уходит на запуск термоядерной реакции. Конструкция заряда такова, что до 80 процентов энергии взрыва приходится на поток быстрых нейтронов, и только 20 процентов забирают остальные поражающие факторы.
Предполагалось, что эта особенность превратит нейтронную бомбу в эффективное оружие для уничтожения живой силы противника в бронетехнике и укрытиях. Мощный поток быстрых нейтронов слабее задерживается обычной металлической броней и свободнее проникает сквозь преграды, чем рентгеновское или гамма-излучение. Это свойство оружия привлекало военных тем, что позволяло сохранить инфраструктуру крупных городов, которая неминуемо бы пострадала при взрыве “классического” ядерного боеприпаса. Считалось, что уцелеют и вооружения противника, значит, их можно будет изучить или использовать.
РИА Новости
Семипалатинский испытательный полигон – 468 ядерных взрывов. Архив
Испытания показали, что нейтронный боеприпас не так эффективен, как ожидали. Килотонная бомба полностью разрушала строения в радиусе километра от точки взрыва, а из-за облучения быстрыми нейтронами металлические конструкции зданий и броня боевой техники превращались в источники наведенной радиоактивности, причем достаточно долгосрочной. Это ставило крест на планах использовать имущество противника. Кроме того, из-за сильного рассеивания нейтронов в атмосфере дальность поражения излучением была невелика в сравнении с дальностью поражения незащищенных целей ударной волной от взрыва обычного ядерного заряда той же мощности.
Первые изобретения и возможность их применения в современном мире
Главным требованием к конструкции современной бомбы является обеспечение формирования сферической ударной волны при взрыве. Наглядным примером является ядерный заряд, конструкция которого состояла из плутониевого шара и 32 зарядов различных форм (12 пятигранных и 20 шестигранных). Сложность в достижении необходимых параметров вызывал разрыв по времени детонации и разброса. Такое расхождение составляло миллионную долю секунды. Для компенсации по времени и запуска использовалось электронное устройство весом около 200 кг.
Одним из первых известных человечеству приспособлений, которое приводило в действие боезаряд, является генератор Сахарова. Конструкция последнего состоит из кольца и медной катушки. Без такого генератора невозможно запустить электромагнитную бомбу. Принцип действия изобретения Сахарова следующий: детонаторы, подрывающиеся синхронно, инициируют детонацию, которая направляется к оси. В то же время происходит разряд конденсатора и формируется магнитное поле во внутренней части катушки. Из-за избыточного давления ударная волна замыкала сформировавшееся поле внутри приспособления.
Так как время действия ограничено, внутри генератора образовывался ток, который прекращал процесс излучения энергии. Такая причина привела к непригодности использования изобретения Сахарова для излучения электромагнитной энергии. Несмотря на этот факт, устройство можно использовать в мирных целях – для генерации импульсных токов.
История
Работы над нейтронным оружием в виде авиационной бомбы, боеголовки ракеты, снаряда особой мощности и других вариантов реализации велись в нескольких странах с 1950-х годов (в США и англоязычных странах по аналогии с другими типами бомб особой мощности нейтронную бомбу именовали для краткости N-bomb), по нескольким основным направлениям исследований, которые представляли наибольший интерес для военных:
- по созданию нейтронных боевых частей для противоракет заатмосферного перехвата, провоцирующих преждевременную детонацию ядерной боевой части ракеты противника на безопасном удалении от обороняемой территории (на околоземной орбите);
- по созданию специфического оружия для поражения лиц высшего военно-политического руководства противника, находящихся в построенных глубоко под землёй или в скальных грунтах взрывостойких бункерах со стенами и потолками из нескольких метров железобетона, которые не под силу для уже имеющихся в арсенале средств и которые не представляется возможным разрушить взрывом водородной бомбы;
- по созданию оружия направленной энергии как средства нейтрализации военной техники противника, воздействующих не на саму военную технику («железо»), а на её электронику, выводя её из строя;
- по созданию более мощных средств поражения живой силы и населения с сохранением материальной инфраструктуры и более коротким периодом полураспада микрочастиц радиоактивных продуктов взрыва для безопасности собственных войск и обеспечения возможности воспользоваться инфраструктурой занятых территорий вскоре после применения оружия первого удара.
Эксперименты долгое время не доходили до стадии производства серийных нейтронных боеприпасов. Впервые технология его производства была разработана в США во второй половине 1970-х. Сейчас технологией производства такого оружия обладают также Россия, Франция и Китай. В России также созданы и нейтронные пушки[источник не указан 1001 день].
Свойства воды
Подводные взрывы отличаются от взрывов в воздухе свойствами воды :
- Масса и несжимаемость (все взрывы) — вода имеет гораздо более высокую плотность, чем воздух , что затрудняет движение воды (более высокая инерция ). Также относительно трудно сжать (увеличить плотность) под давлением в низком диапазоне, скажем, до 100 атмосфер. Вместе эти два фактора делают воду отличным проводником ударных волн от взрыва .
- Влияние нейтронного облучения на соленую воду (только ядерные взрывы) — большинство сценариев подводных взрывов происходит в морской воде , а не в пресной или чистой воде. Сама вода не сильно подвержена нейтронам, но сильно влияет на соль. Под воздействием нейтронного излучения в течение микросекунды активной детонации ядерной ямы сама вода обычно не « активируется » и не становится радиоактивной. Два элемента в воде, водород и кислород , могут поглотить дополнительный нейтрон, превратившись соответственно в дейтерий и кислород-17 , оба из которых являются стабильными изотопами . Даже кислород-18 стабилен. Радиоактивные атомы могут возникнуть, если атом водорода поглощает два нейтрона , атом кислорода поглощает три нейтрона или кислород-16 претерпевает нейтронную реакцию высокой энергии (np) с образованием короткоживущего азота-16. В любом типичном сценарии вероятность таких множественных захватов значительного количества за короткое время активных ядерных реакций вокруг бомбы очень мала. Они несколько больше, когда вода постоянно облучается, как в замкнутом цикле ядерного реактора .
Однако соль в морской воде легко поглощает нейтроны атомами натрия-23 и хлора-35 , которые превращаются в радиоактивные изотопы. Натрий-24 имеет период полураспада около 15 часов, в то время как хлор-36 (который имеет поперечное сечение нижней активации) составляет 300000 лет. После взрыва наиболее опасным загрязнителем является натрий, поскольку у него короткий период полураспада. Как правило, это основные радиоактивные загрязнители при подводном взрыве; другие представляют собой обычную смесь облученных минералов, кораллов , неиспользованного ядерного топлива и компонентов корпуса бомбы, присутствующих в результате ядерных осадков при взрыве с поверхности , переносимых во взвешенном состоянии или растворенных в воде. Обычная дистилляция или испарение воды (облака, влажность и осадки) удаляют радиационное загрязнение, оставляя после себя радиоактивные соли.
В Советском Союзе успешно испытана нейтронная бомба
Советские ученые-атомщики Всесоюзного института экспериментальной физики в Арзамасе-16 получили задание Министерства обороны на разработку опытного нейтронного боеприпаса. Об успешном испытании Советским Союзом нейтронной бомбы было объявлено 17 ноября 1978 года.
Отцом нейтронной бомбы считается американский ученый Самюэл Коэн, который впервые предложил концепцию этого оружия в 1958 году, а первые его испытания состоялись в 1963 году на подземном полигоне в Неваде. СССР в этих условиях не мог оставаться безучастным наблюдателем и был вынужден дать ответ на брошенный ему вызов, и 17 ноября 1978 года Советский Союз сообщил об успешном испытании собственной нейтронной бомбы.
Целью разработки нейтронных боеприпасов в то время было их использование на больших высотах в разреженной атмосфере или в космосе как элемента противоракетной обороны. Дело в том, что перехватчикам ракет необходимо прямое попадание, что является очень сложным, а ударная волна — основной поражающий фактор обычного ядерного оружия в разреженном воздухе, а тем более в космосе — является неэффективным.
Поток же нейтронов проникает через обшивку ракеты и может вывести из строя системы наведения или систему подрыва боезаряда, или может вызвать частичное разделение ядерного заряда в ракете. По своей конструкции нейтронная бомба близка к атомной, имеет ядерный заряд малой мощности и дополнительный блок с небольшим количеством трития, который служит источником быстрых нейтронов — основного поражающего элемента нейтронной бомбы.
Нейтроны — элементарные частицы, не имеющие электрического заряда. Они свободно проходят сквозь стены, броню и другие предметы, не разрушая их, в то же время влияют людей, нанося повреждения на уровне клеток. При взрыве этой бомбы до 80 процентов энергии приходится на энергию потока быстрых нейтронов, и лишь 20 процентов на ударную волну, электромагнитный импульс, световое и радиоактивное излучение.
Таким образом, нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра взрыва и в укрытиях, даже там, где обеспечивается надежная защита от обычного ядерного взрыва.
Сначала считалось, что нейтронная бомба является чистым оружием, позволяющим поражать живую силу противника, оставляя всю вражескую инфраструктуру нетронутой. Но испытания показали, что килотонная нейтронная бомба способна полностью разрушить строения в радиусе километра от точки взрыва, а быстрые нейтроны приводили к появлению в металлических конструкциях зданий, а также в броне техники источников наведенной радиоактивности, которые могли существовать достаточно долго, что не позволяло использовать имущество противника.
После появления сообщений о разработке нейтронного оружия стали разрабатываться новые типы брони, которая способна защитить технику и ее экипаж от нейтронного излучения. Для этой цели в броню добавляются листы с высоким содержанием бора, являющегося хорошим поглотителем нейтронов. Эксперты всегда настаивали на том, что нейтронная бомба противоречит основам человеческой этики, так как направлена на уничтожение исключительно живых существ.
В 1978 году после протестов по развертыванию нейтронных боеголовок в Европе, президент США Джимми Картер приостановил их производство. В ряде резолюций Генеральной Ассамблеи ООН отмечаются опасные последствия появления нейтронного оружия массового поражения, и содержится призыв к его запрещению. Проект не нашел поддержки у США и других западных стран: в 1981 году в Америке снова начато производство нейтронных зарядов, в настоящее время они стоят на вооружении.
Возможностью его выпуска обладают также Россия и Франция, а по некоторым данным и Китай. Некоторый запас нейтронных боеприпасов был создан ЮАР и Израилем.
