Термоя́дерна бо́мба (водне́ва бо́мба) — тип зброї масового ураження, руйнівна сила якої базується на використанні енергії реакцій ядерного синтезу легких елементів (наприклад, синтез двох ядер атомів дейтерію (важкого водню) в одне ядро атома гелію). У термоядерних реакціях виділяється велика кількість енергії. Маючи ті самі фактори, що і ядерна зброя, термоядерна зброя має більшу потужність вибуху. Теоретично вона обмежується лише кількістю необхідних для реакції компонентів.

У перших водневих бомбах як речовину для термоядерного синтезу використовували суміш важких ізотопів водню — дейтерію та тритію, звідки й походить назва «воднева бомба». У потужніших пристроях наступного покоління як термоядерне пальне застосовують дейтерид літію-6 (6LiD чи 6Li2H).

Перше повномасштабне термоядерне випробування було проведено США в 1952 році; цю концепцію відтоді використовували більшість ядерних держав світу при розробці своєї зброї.

Загальний опис

Термоядерні реакції У надрах Сонця міститься гігантська кількість водню, що перебуває в стані надвисокого стиснення при температурі близько 15 000 000 кельвінів. При такій високій температурі і щільності плазми ядра водню постійно стикаються один з одним, частина з цих зіткнень завершується їхнім злиттям і в кінцевому рахунку утворенням важчих ядер гелію. Подібні реакції, що мають назву термоядерного синтезу, супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. Згідно з законами фізики, енерговиділення при термоядерному синтезі зумовлено тим, що при утворенні важчого ядра частина маси легких ядер, які увійшли до його складу, перетворюється на колосальну кількість енергії. Саме тому Сонце, маючи гігантську масу, у процесі термоядерного синтезу щодня втрачає приблизно 100 мільярдів тонн речовини і виділяє енергію, завдяки якій стало можливе життя на Землі.

Ізотопи водню Атом водню — найпростіший з усіх існуючих атомів. Він складається з одного протона, який є його ядром, навколо якого обертається єдиний електрон. Ретельні дослідження води (H2O) показали, що в ній у незначній кількості присутня «важка» вода, що містить «важкий ізотоп» водню — дейтерій (2H). Ядро дейтерію складається з протона і нейтрона — нейтральної частинки, за масою близькою до протона.

Існує третій ізотоп водню — тритій, у ядрі якого містяться один протон і два нейтрони. Тритій нестабільний і зазнає самочинного радіоактивного розпаду, перетворюючись на ізотоп гелію. Сліди тритію виявлено в атмосфері Землі, де він утворюється у результаті взаємодії космічних променів із молекулами газів, що входять до складу повітря. Тритій одержують штучним шляхом у ядерному реакторі, опромінюючи ізотоп літій-6 потоком нейтронів.

Механізм дії водневої бомби Послідовність процесів, що відбуваються при вибуху водневої бомби, можна представити таким чином. Спочатку вибухає заряд-ініціатор термоядерної реакції, який розташований всередині оболонки (невелика атомна бомба), внаслідок чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температура, необхідна для ініціації термоядерного синтезу. Нейтрони бомбардують вкладиш із дейтериду літію — сполуки дейтерію з літієм (використовується ізотоп літію з масовим числом 6). Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій і тритій. Таким чином, атомний запал створює необхідні для синтезу матеріали безпосередньо в самій приведеній у дію бомбі.

Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи в синтез все більшу і більшу кількість водню. При подальшому підвищенні температури могла б початися реакція між ядрами дейтерію, характерна для водневої бомби. Всі реакції, звичайно, відбуваються настільки швидко, що сприймаються як миттєві.

Поділ, синтез

Насправді у бомбі описана вище послідовність процесів закінчується на стадії реакції дейтерію з тритієм. Далі конструктори бомби зволіли використовувати не синтез ядер, а їхній поділ. У результаті синтезу ядер дейтерію і тритію утворюються гелій і швидкі нейтрони, енергія яких досить велика, щоб викликати поділ ядер урану-238 (основний ізотоп урану, значно дешевший за збройовий уран-235, який використовується у звичайних атомних бомбах). Швидкі нейтрони розщеплюють атоми уранової оболонки супербомби. Поділ однієї тонни урану створює енергію, еквівалентну 18 Мт. Енергія витрачається не тільки на вибух і виділення тепла. Кожне ядро ​​урану розщеплюється на два сильно радіоактивних «уламки». У число продуктів поділу входять 36 різних хімічних елементів і майже 200 радіоактивних ізотопів. Все це і складає радіоактивні опади, що супроводжують вибухи супербомби.

Завдяки унікальній конструкції і описаному механізму дії, зброю такого типу можна зробити якої завгодно потужності. Вона набагато дешевша за атомну бомбу тієї ж потужності.

Наслідки вибуху

Ударна хвиля і тепловий ефект Прямий (первинний) вплив вибуху супербомби має троїстий характер. Найочевидніший з прямих впливів — це ударна хвиля величезної інтенсивності. Сила її впливу, що залежить від потужності бомби, висоти вибуху над поверхнею землі і характеру місцевості, зменшується з віддаленням від епіцентру вибуху. Тепловий вплив вибуху визначається тими ж факторами але, крім того, залежить і від прозорості повітря — туман різко зменшує відстань, на якій тепловий спалах може викликати серйозні опіки.

Згідно з розрахунками, при вибуху в атмосфері 20-мегатонної бомби люди залишаться живі у 50 % випадків, якщо вони: Ховаються в підземному залізобетонному укритті на відстані приблизно 8 км від епіцентру вибуху (ЕВ), Перебувають у звичайних міських спорудах на відстані близько 15 км від ЕВ, Опинилися на відкритому місці на відстані близько 20 км від ЕВ. В умовах поганої видимості і на відстані не менше 25 км, якщо атмосфера чиста, ймовірність вціліти для людей, що знаходяться на відкритій місцевості, швидко зростає з віддаленням від епіцентру; за 32 км її розрахункова величина складає понад 90 %. Площа, на якій під час вибуху проникаюче випромінювання викликає летальний результат, порівняно невелика навіть у разі якщо бомба високої потужності.

Вогняна куля Залежно від складу і маси пального матеріалу, залученого у вогняну кулю, можуть утворюватися гігантські вогняні урагани, бурхливі протягом багатьох годин. Однак найнебезпечніший (хоча і вторинний) наслідок вибуху — це радіоактивне зараження навколишнього середовища.

Радіоактивні опади

Як вони утворюються Під час вибуху бомби виникає вогняна куля, яка наповнюється величезною кількістю радіоактивних частинок. Зазвичай ці частинки настільки малі, що, потрапивши у верхні шари атмосфери, можуть залишатися там протягом довгого часу. Але якщо вогняна куля стикається з поверхнею Землі, все, що на ній перебуває, вона перетворює на розпечений пил і попіл і втягує у вогняний смерч. У вихорі полум'я вони перемішуються і з'єднуються з радіоактивними частками. Радіоактивний пил, крім найбільшого, осідає не відразу. дрібніший пил відноситься хмарою, яка виникла у результаті вибуху, і поступово випадає в міру руху її за вітром. Безпосередньо на місці вибуху радіоактивні опади можуть бути надзвичайно інтенсивними — переважно це осідає на землю великий пил. За сотні кілометрів від місця вибуху і на дальших відстанях на землю випадають дрібні, але все ще видимі оком частки попелу. Часто вони утворюють покрив схожий на сніг, смертельно небезпечний для всіх, хто виявиться поблизу. Ще дрібніші і невидимі частинки, перш ніж осядуть на землю, можуть мандрувати в атмосфері місяцями і навіть роками, багато разів огинаючи земну кулю. До моменту випадання їхня радіоактивність значно слабшає. Найнебезпечнішим залишається випромінювання стронцію-90 з періодом напіврозпаду 28 років. Його випадання чітко спостерігається всюди у світі. Осідаючи на листі і траві, він потрапляє до харчових ланцюгів, що включають і людину. Як наслідок цього, у кістках мешканців більшості країн виявлено помітні, хоча поки і не дуже небезпечні кількості стронцію-90. Накопичення стронцію-90 у кістках людини в довгостроковій перспективі досить небезпечне, бо призводить до утворення кісткових злоякісних пухлин.

Тривале зараження місцевості радіоактивними опадами У випадку воєнних дій застосування водневої бомби призведе до негайного радіоактивного забруднення території у радіусі близько 100 км від епіцентру вибуху. При вибуху супербомби забрудненим виявиться район площею десятки тисяч квадратних кілометрів. Настільки величезна площа ураження однієї-єдиної бомби робить її абсолютно новим видом зброї. Навіть якщо супербомба не потрапить у ціль, тобто не вразить об'єкт ударно-тепловою дією, проникаюче випромінювання і радіоактивні опади, які супроводжують вибух, зроблять навколишній простір непридатним для проживання. Такі опади можуть тривати протягом багатьох днів, тижнів і навіть місяців. Залежно від їхньої кількості інтенсивність радіації може досягти смертельно небезпечного рівня. Порівняно невеликого числа супербомб достатньо, щоб повністю вкрити велику країну шаром смертельно небезпечного для всього живого радіоактивного пилу. Таким чином, створення надбомби ознаменувало початок епохи, коли стало можливим зробити непридатними для проживання цілі континенти. Навіть через тривалий час після припинення прямого впливу радіоактивних опадів зберігатиметься небезпека, зумовлена ​​високою радіотоксичністю таких ізотопів, як стронцій-90. З харчовими продуктами, вирощеними на забруднених цим ізотопом ґрунтах, радіоактивність надходитиме в організм людини.

Створення та випробування термоядерної бомби

У США і в СРСР У травні 1941 року японський фізик Токутаро Хаґівара з Кіотського університету висловив на лекції думку з приводу можливості створення термоядерної реакції між ядрами водню, яку можна викликати за допомогою вибухової ланцюгової реакції поділу ядер урану-235. Згодом, у вересні 1941 року, ідею бомби з термоядерним синтезом, ініційованих атомним зарядом, висунув видатний італійський фізик Енріко Фермі, повідомивши про неї своєму колезі американському фізику Едвардові Теллерові на самому початку Мангеттенського проєкту.

Ідея Енріко Фермі стала основою для десятирічної діяльності Теллера. Едвард у 1941 році працював у Чиказькому та Колумбійському університетах, а також у Лос-Аламоській лабораторії; входив до складу дослідницької групи зі створення ядерної бомби. Він став керівником програми зі створення американської водневої бомби.

Перші важливі і базові кроки до здійснення проєкту синтезу зробив співробітник Теллера польський математик Станіслав Улям. Він для ініціювання термоядерного синтезу запропонував стискати термоядерне паливо до початку його нагрівання, використавши для цього фактори первинної реакції розщеплення, а крім того, розмістити термоядерний заряд окремо від первинного ядерного компонента бомби. Пропозиції Уляма допомогли перевести розробку термоядерної бомби з теорії до практики. Виходячи з цих даних, Теллер висловив припущення, що рентгенівське і гамма-випромінювання, створене первинним вибухом, може віддати достатньо енергії у вторинний компонент, який розташовується у спільній оболонці з первинним. А це дозволить здійснити достатню імплозію (обтиснення) та ініціювати термоядерну реакцію.