Ядерна зброя

Енергія вибуху ядерних зарядів ( які грунтуються на поділі ядер ) може бути різною. Їх тротиловий еквівалент може коливатися в межах від 50 т до 200 т. Нижня межа визначається коефіцієнтом використання речовини, що ділиться. Верхня межа визначається тим, що неможна безмежно збільшувати вагу окремих частин заряду, оскільки їх маса повинна бути менше критичної. 

Ядерну зброю найкрупніших калібрів утворюють шляхом використання термоядерних реакцій. 

 

 

Починаючи з другої половини 40-х років в США зростаючими темпами почали розвиватися роботи по вивченню інших можливостей виробництва ядерної зброї не тільки на основі процесу поділу, але також і ядерного синтезу. Через 8 років після атомної бомби з’явилася воднева бомба, вибух якої є результатом реакції з’єднання — синтезу ізотопів водню ( дейтерію і тритію ). Потужність вибуху водневої бомби у тисячі разів перевищувала потужність бомб, скинутих на японські міста. При вибуху водневої бомби, окрім ударної хвилі, вогненого смерчу і всіх видів випромінювання, як в атомній бомбі, утворюється потужний потік швидких нейтронів, які можуть викликати реакцію поділу ядер урану-238.

Для протікання термоядерної реакції необхідно ізотопи водню нагріти до температури у декілька мільйонів градусів. Така висока температура виникає при вибуху уранового або плутонієвого заряду. Тому звичайний атомний заряд ( атомний детонатор ) є складовою термоядерних зарядів і служить джерелом надвисокої температури.

За підрахунками американського вченого Ф. Каплана, потужність вибуху такої бомби розподіляється так : близько 50 % енергії зосереджено в ударній хвилі, 35 % — у тепловому випроміненні, 5 % — у проникаючій ( радіоактивній ) радіації і 10 % приходиться на долю залишкової радіації ( радіоактивні осколки, заражаючі місцевість ).

В основу термоядерної зброї покладено утворення ( синтез ) ядер атомів гелію з ядер ізотопів водню і літію. В перших термоядерних бомбах в якості ядерного заряду застосовували тільки ізотопи водню. Зараз відомо декілька можливих реакцій синтезу. При виборі тієї чи іншої з них звичайно враховують температуру, при якій протікає реакція, тривалість реакції і її енергетичний вихід, агрегатний стан заряду перед реакцією ( рідкий, твердий) й інші фактори.

В термоядерних зарядах найдоцільніше для синтезу гелію використати ядро тяжкого водню ( дейтерію ) і ядро надтяжкого водню ( тритію ). Реакція у суміші дейтерію з тритієм при одних і тих же температурах і густинах суміші йде найшвидше. При цьому виділяється приблизно у п’ять разів більше енергії, ніж при реакції в одному дейтерії. Крім того, в суміші дейтерію і тритію виділяються вільні нейтрони високої енергії, які можна використовувати для збільшення сили вибуху термоядерного заряду. Атоми легкого водню, які складаються тільки з одного протона, не можна використовувати, оскільки швидкість взаємодії ядер легкого водню при найвищих температурах настільки мала, що реакція не має вибухового характеру.

З моменту виникнення воднева зброя постійно вдосконалювалась. Одним з кроків на цьому шляху була заміна рідких ізотопів водню твердою сполукою дейтерію з літієм — дейтеридом літію. Це відразу дозволило зменшити розміри водневої бомби, оскільки дейтерид літію — легка тверда речовина.Деяка частина термоядерного заряду може складатись також з сполуки тритію з літієм.

Як вже згадувалось, при утворенні ядер гелію з ядер дейтерію і тритію вилітають швидкі нейтрони. Тому з зони термоядерної реакції викидується велика кількість швидких нейтронів з енергією близько 14 мегаелектрон-вольт. Для посилення сили вибуху водневу бомбу поміщують в оболонку з порівняно дешевого природного урану-238. ( В природному урані він складає основну кількість — вище 99 % ). Такий заряд грунтується на схемі поділ — синтез — поділ. Такого роду бомба називається трьохфазною або воднево-урановою. У цієї бомби спочатку вибухає атомний детонатор ( реакція поділу ), це утворює джерело високої температури. Потім починається термоядерна реакція в гідриді літію з виділенням великої кількості швидких нейтронів ( реакція синтезу ). Ці нейтрони викликають розщеплення ядер природного урану, з якого виготовлена оболонка ( реакція поділу ).

Зазначена схема відрізняється від всіх попередніх тим, що потужність бомби може бути в багато разів збільшена у зрівнянні з бомбою, у якої відсутня уранова оболонка. В даному випадку до 90 % енергії при вибуху може бути одержано в результаті розщеплення урану-238. 

В атомній бомбі таку оболонку зробити не можна, оскільки ядра атомів урану-238 підлягають дуже добре поділу лише під дією нейтронів досить високих енергій. При вибуху атомної бомби більшість нейтронів мають енергію, недостатню для поділу ядер урану-238. Наведена схема заряду може змінюватися у достатньо широких межах. Чим крупніше калібр, тим відносно більше заряд термоядерної вибухової речовини і тим масивніше оболонка, і навпаки. Застосування урану-238 в якості оболонки дозволяє змінювати потужність зброї від декількох десятків тисяч тон до декількох десятків мільйонів тон.

При діаметрі бомби 1 м і товщині її уранової оболонки близько 5 см вага урану складає приблизно 3 т. Якщо при вибуху такої бомби прореагує тільки 15 %, тобто близько 500 кг урану-238,