Состоит в том, что её можно сделать



жүктеу 215.7 Kb.

Дата28.01.2017
өлшемі215.7 Kb.

Главный секрет атомной бомбы 

состоит в том, 

что её можно сделать 

А.Д. Сахаров 

• 1938

. Открытие  деления  атомных  ядер  (

Германия



                

Ган 

 и  

Штрассман 

 –  опыт, 

                

Мейтнер 

 и  

Фриш 

 –  интерпретация. 

• 1942



. Осуществлена  первая  управляемая  реакция 

                деления  в  первом  ядерном  реакторе  (

США

).  

• 1945



. Взорваны  первые  три  атомные  бомбы (

США

), 

                в  том  числе  над  Хиросимой  и  Нагасаки. 

• 1946



. Первый  ядерный  реактор  в  Европе  (

СССР

). 

• 1949



. Взорвана  первая  советская  атомная  бомба. 

• 1951-52.



 Первые наземные термоядерные испытания 

                     

(

США

).

          

         

• 1953



. Первый  взрыв  водородной  бомбы  (

СССР

). 

• 1954



. Испытана  полноценная  (двухфазная) 

                водородная  бомба  (

США

). 

• 1954



. Первая  атомная  электростанция  (

СССР

). 

• 1961



. Взорвана  самая  мощная  в  истории  

                водородная  бомба (

СССР

). 

Хронология 

Энергия  связи  на  один  нуклон 

При делении 

1-го

 тяжёлого ядра выделяется энергия  



 



200



1 МэВ = 200 МэВ 



1 г

 ядерного топлива 



 20 тонн



 тринитротолуола   



1,5



 МэВ 

 

 

Водородная  

(термоядерная) 

бомба 

 

Атомная бомба и 

ядерные реакторы 

Наиболее вероятное деление 

ядра урана-235 

Цепная реакция  

деления 

В одном акте деления используемых в атомной бомбе 

ядер 

??????


????????????

??????????????????



 и 

????????????

????????????

??????????????????



 испускается в среднем 2-3 нейтрона. 

Продукты деления:  

• 2 осколка, 

• 2-3 мгновенных  нейтрона, 

• мгновенные  ??????-кванты, 

• продукты  ??????  и  ??????-распада 

    осколков. 

Реакция  наиболее  вероятного  деления  изотопа  

??????


????????????

??????????????????



,  

вызванного  захватом  нейтроном: 

 

 



 

9  


 

 

 



?????? +

??????


????????????

??????????????????

?????? +


????????????

??????????????????

?????? →

????????????

????????????

????????????

+

????????????



????????????

??????????????????

+ ???????????? 

Распределение  энергии  наиболее  вероятного  деления 

урана-235 тепловыми нейтронами

Кин. энергия. осколков 

173,1 МэВ 

Кин. энергия нейтронов 

2×2 МэВ = 4 МэВ 

Мгновенное ??????-излучение 

6,5 МэВ 

Продукты распада осколков 

24,2 МэВ 

Полная энергия деления 

207,8 МэВ 


Число  нейтронов,  вызывающих  деление 

в  следующем  поколении,  должно  быть 

 не  меньше,  чем  в  предыдущем. 

• Если  оно не зависит от поколения, т. е. неизменно,  



   то  коэффициент  размножения нейтронов  

?????? = ??????



   

    –  

режим  критический 

 – и  цепная  реакция 

    протекает  в  стационарном  режиме   

    (это  имеет  место  в  ядерных  реакторах). 

• Если  оно  уменьшается  (

??????

??????




    – 

режим  подкритический

  –  

    и  цепная  реакция  затухает.    

• Если  оно  увеличивается  (

??????

??????


)  

    – 

режим  надкритический

  –  и  цепная  реакция  

    лавинообразно  (экспоненциально)  нарастает 

    и  завершается  ядерным  взрывом.  

Условие  осуществления 

цепной  реакции  деления: 

Единственным  встречающимся  в  природе  элементом,  

пригодным для ядерной взрывчатки деления,  

является  уран

.  В  естественной  смеси  изотопов  урана  

доминирует  уран-238  (99,3%),  а урана-235  всего  0,7%.   

Цепная реакция возможна лишь на уране-235 

 и за счёт 

его присутствия – в  обогащённой 

??????


????????????

??????????????????

 смеси изотопов 

урана.  

Уран-235  делится  нейтронами  любых энергий

  

– как  быстрых

  с  энергиями  1-3 МэВ, образующихся  

при  делении,  

так  и  тепловых 

 с  энергиями 0,02-0,04 эВ,  

находящихся в тепловом равновесии с атомами среды. 

Тепловые нейтроны, поглощённые ядром 

??????


????????????

??????????????????



, приводят 

к  образованию ядра 

??????


????????????

??????????????????



  в  состоянии  с  энергией  

возбуждения  6,5  МэВ,  равной энергии  отделения  ??????

??????


  

нейтрона  от  ядра  

??????


????????????

??????????????????



. Эта  энергия  выше  барьера  

деления  

?????? 


????????????

??????????????????



 (около  6 МэВ)  и  поэтому  происходит   

деление.    

Эффективное    сечение    деления    

??????


????????????

??????????????????



   

тепловыми  нейтронами  очень  велико

 (580  барн 

против  нескольких  барн  для  быстрых нейтронов  

деления),  

что и приводит к эффективному делению



Сечения  деления  

??????


??????????????????

??????


??????????????????

  и  

????????????

??????????????????

  

нейтронами  различных  энергий 

Э н е р г и я   н е й т р о н а,   МэВ 

????????????

−??????

                 ????????????

−??????


                 ????????????

−??????


                   ????????????

−??????


                     ??????           ????????????  

Тепловые  

нейтроны 

Быстрые  

нейтроны 

Резонансная  область 

С

е

че

н

и

е

  д

ел

е

н

и

я,

   

б

арны

 

????????????

??????

 

 

????????????

??????

 

 

???????????? 



 

 ?????? 

????????????

????????????

??????????????????



 

??????


????????????

??????????????????



 

??????


????????????

??????????????????



 

Плутония-239  в  природе  нет.  

Его  получают, облучая  уран-238  нейтронами: 

 n +

??????


????????????

??????????????????

?????? 


????????????

??????????????????

?????? , ???????????? мин

????????????

?????? , ??????,?????? 

????????????

????????????

??????????????????

????????????

??????????????????



 

????????????

????????????

??????????????????

− ??????-излучатель.  

Его  период  полураспада  2,4



10





лет. 

В атомной бомбе используется цепная реакция 

 деления  ядер  урана-235  или  плутония-239,  

так как они делятся нейтронами любых энергий 

 и  вероятность  деления  этих  ядер  наибольшая. 

Замедления  нейтронов  не  требуется. 

В  естественной  смеси  изотопов  урана 

доминирует  уран-238  

(99,3%),  а  урана-235  всего  0,7% 

Критическая  масса

 –  

минимальная  масса  делящегося  вещества,  

в  которой  протекает  

незатухающая  цепная  реакция  деления 

Критическая масса минимальна для сферических тел.  

Металлические плутоний-239  и уран-235 в форме 

 сферы имеют критические массы соответственно  

11 

и 

50 кг





30 см 

10 

Плутоний 

239 

Уран 

235 

Диаметр  ?????? = ????????????

   

сферы  критической  массы  

приблизительно  равен  средней  длине  ??????

??????


 

свободного  пробега  нейтрона  до  первого  деления: 

2

??????  


 ??????


??????

=

??????



????????????

??????


 

     Именно  при  возрастании  

   радиуса сферы до значения 

??????


??????

??????


??????

  она  достигает  состояния 

          критичности  (

??????  =  ??????



??????


??????

 

??????



??????

= 16-17 см для урана-235 и  



     



 11 см для плутония-239 (металл) 



Здесь ?????? – число делящихся ядер в единице объёма,  

а  ??????

??????


  сечение  деления. 

Для  ядерного  взрыва  нужно 

мгновенно  соединить  несколько  кусков 

делящегося  материала  

с  докритическими  массами   

в   один  кусок  с  массой  больше   критической 

 

Уменьшить критическую массу в 

2-3 раза

 и более 

 можно,  сжимая  делящееся  вещество 

 и  используя  внешнюю  оболочку,  

отражающую   нейтроны.  

Для  ядерного  взрыва  достаточно   иметь  

5-6  кг  плутония-239

  или  

20  кг высокообогащённого  (90-95%)  урана-235



Ядерный  взрыв 

Оружейный 

(пушечный) 

Имплозия

  

(взрыв  внутрь) 

Время  ядерного  взрыва 



 ????????????

??????

 сек

.  

В  центре  давление  до 

????????????

????????????

 атмосфер

, температура  

до 

????????????

??????

 ??????


  (число  поколений  деления 



 80





Два  способа  подрыва: 

Детонаторы 

Взрывчатка 

Алюминиевый 

толкатель 

Плутоний-239 

Нейтронный 

источник 

Для начала цепной реакции внутри ядерного заряда,  

сжимаемого сферической ударной волной, должны возникнуть 

 свободные нейтроны. Для максимальной эффективности взрыва 

их появление необходимо синхронизировать с моментом  

наибольшего сжатия заряда. Для этой цели используются 

источники нейтронов (нейтронные инициаторы), расположенные  

в самом центре бомбы и автоматически включающиеся  

в нужный момент. Простейший вариант такого инициатора –  

полоний-бериллиевый (Po-Be) нейтронный источник. 

Полоний – естественный 



-излучатель.  При вступлении  



его 



-частиц в реакцию с ядрами бериллия (?????? + ????????????

??????

??????


??????


??????

????????????

+ ??????)  

образуются нейтроны с энергиями до 13 МэВ. Гетерогенная  

Ро-Ве сборка в центре бомбы в момент химического взрыва  

перемешивается сходящейся ударной волной, включая  

нейтронный источник и запуская цепную реакцию деления.   

В настоящее время используются термоядерные нейтронные 

инициаторы. В центре бомбы размещается, например,  

небольшое количество смеси дейтерия и трития, в которой 

сходящейся ударной волной запускается реакция синтеза 

??????


??????

 



 

??????

??????


 



 

+ ??????

??????


??????

, дающая нейтроны с энергией 14,1 МэВ. 

 

Мощность  (энерговыделение)  ядерного взрыва 

измеряют в килотоннах химической взрывчатки 

–  тринитротолуола (??????

??????


??????

??????


??????

??????


??????

??????


) 

Взрыв 1-й килотонны (кт) тринитротолуола (тнт) 

 соответствует  энерговыделению  

примерно  4,2



10



12 

Дж 

• 1939 г

. Письмо  Сцилларда  и  Эйнштейна  

                 президенту  Рузвельту 

• 8.12.1941



. Решение  о  финансировании  

                        ядерной  программы 

• 17.09.1942



. Начало  Манхэттенского  проекта 

                          (США + Англия) 

• 16.06.1945



. Первая  (плутониевая)  бомба  

                          испытана  в  Неваде  (США)

 

• 6.08.1945



. Вторая  (урановая)  взорвана  

                        над  Хиросимой  (Япония)

 

• 9.08.1945



. Третья  (плутониевая)  взорвана 

                        над  Нагасаки  (Япония)  

Центр  разработки  атомного  оружия 

 располагался  в  Лос-Аламосе  

 (штат  Нью-Мехико,  США) 

Административный 

 руководитель  проекта 

генерал  Гровс 

Научный 

 руководитель 

Роберт 

 Оппенгеймер 

Характеристики 

Хиросима 

    Нагасаки 

Название бомбы 

«Малыш» 

«Толстяк» 

Размер 

(длина×диаметр), м 

 

 

 

3×0,7 

 

 

 

3,5×1,5 

Общий вес, тонны 

4 

4,5 

Делящийся материал 

Уран-235 

Плутоний-239 

 

 

Дата и время взрыва 

6 августа 1945 г 

8 ч 15 мин 

9 августа 1945 г 

11 ч 02 мин 

Мощность кт ТНТ 

15±3 

21±2 

Высота взрыва, м 

580±15 

503±10 

 

 

 

 

Полностью выгорело 

13 км

2

 

6,7 км



2

 

Число погибших, 



тыс. чел. 

 

 

140±10 

 

 

70±10 

Май-июнь 1942

. Письмо  Флёрова  Сталину.  

                                Доклады  Кафтанова  и  НКВД  Сталину. 

28.09.1942

. Распоряжение  Сталина  «Об  организации 

                       работ  по  урану». 

10.03.1943

. Назначение 

Курчатова

 научным  

                       руководителем работ по урану. 

12.04.1943

. Курчатов  стал  директором 

                       Лаборатории  №2 

                       (Курчатовский  институт)  

20.08.1945

. Постановление  о  создании 

                       спецкомитета  по  атомной 

                       бомбе  под  председательством  

Берия 

1946

. Заложен  атомоград  Арзамас-16  (Саров) 

25.12.1946

. Создан  первый  реактор  в Европе  (Лаб. №2) 

29.08.1949

. Испытана  первая  советская  атомная  бомба 

                       (копия  бомбы,  сброшенной  на  Нагасаки) 

24.09.1951

. Испытана  оригинальная  урановая  бомба                         

1955

. Заложен  атомоград  «Челябинск-70»  (Снежинск) 

И.В. Курчатов 

Научный 

руководитель 

проекта 

Главный  

конструктор, 

научный  

руководитель  

Арзамаса-16 

Ю.Б. Харитон 

Я.Б. Зельдович 

Зам. Харитона,  

зав. теор.отделом 

Арзамаса-16 

К.И. Щёлкин 

Зам. Харитона.  

Главный конструктор, 

 научный руководитель 

 Челябинска-70 

Г.Н. Флёров 

Нач. лаборатории 

Арзамаса-16 









Первая советская  

атомная бомба 

(РДС-1), 

1949 



Вторая советская  

атомная бомба 

(РДС-2), 

1951 



Первая в мире (

1953

)  

водородная бомба  

(слойка–LiDочка) 

 РДС-6с 

Ю.Б. Харитон  у  копии  первой  

советской  атомной  бомбы  

РДС-1, испытанной  в  1949 г. 

Р

еактивный 

Д

вигатель 

С

талина  

или 

            

Р

оссия 

Д

елает 

С

ама 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1949 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1950 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1951 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

США 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

169 бомб 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 298 бомб 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СССР 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 бомбы 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 бомб 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34 бомбы 

Ядерные арсеналы США и СССР 

В  1946  г.  в  США  начинает  разрабатываться  

супербомба  (водородная). 

Работы  форсируются  после  испытания  

советской  атомной  бомбы. 

«Создавая оружие, способное уничтожить население  

земного шара, наши учёные надеялись, что оно никогда  

не будет использовано по своему прямому назначению.  

Для всех, кто понимал реалии наступившей атомной  

эры, было очевидно, что само обладание ядерным  

оружием необходимо для восстановления мирового  

равновесия, для того, чтобы Москву не постигла учесть 

Хиросимы и Нагасаки.»  

«Однажды летом 1946 г. я шёл по Москве со знакомым,  

командовавшим в годы войны артиллеристским  

корпусом. Был ясный солнечный день. Посмотрев на  

пешеходов, мой спутник провёл ладонью по лицу и  

неожиданно произнёс  «Смотрю на идущих москвичей,  

и на моих глазах они превращаются в тени людей,  

испарившихся в огне атомного взрыва». Наступила  

атомная эра, и необходимость «догнать и перегнать»  

Америку стала очевидной».

 

 

Мощность ядерного заряда, работающего только на 

принципе деления ядер, ограничивается десятками 

килотонн тнт.  Увеличение массы делящегося вещества 

 не  решает  проблему. Дело в том, что энергия, 

выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает 

сборку со  скоростью  



 



10 км/с 

и поэтому она быстро 

становится докритической. Бòльшая часть делящегося 

вещества  не успевает прореагировать. В сброшенной на 

Нагасаки  бомбе «Толстяк» успело прореагировать не 

более 

20 % 

из 

6,2 кг

 плутония, а в уничтожившей 

 Хиросиму бомбе  «Малыш» с пушечной сборкой 

распалось только 

1,4 % 

из

 64 кг

 обогащенного примерно 

до 80 % урана. Гонка вооружений поставила задачу 

создания более мощного ядерного оружия, 

использующего энергию ядерного синтеза – 

термоядерной (водородной) бомбы. В ней в качестве 

взрывчатки фигурируют тяжёлые изотопы водорода – 

дейтерий ( ??????

??????


??????

 или ??????) и тритий ( ??????

??????


??????

 или ??????). 

Такая «сверхбомба» может быть в десятки и сотни раз 

более мощной ядерной бомбы деления. 

 

Реакция 

 

 

 

 

 

 

 

Энерго- 

выделение, 

МэВ 

Сечение 

(барны), 

энергия  

1 МэВ 

?????? 




 ?????? 

Н



??????

??????


+ ??????

+





e

 

??????, ?????? 

????????????

−????????????



 

?????? 




  Н

??????


??????

 



  Не

??????

??????


 



 

??????, ?????? 

????????????

−??????

 

Н

??????



??????

 



  Н

??????

??????


 



  Не

??????

??????


 + ?????? 

??????, ?????? 

??????, ???????????? 

Н

??????



??????

 



  Н

??????

??????


 



  Не +  ??????

??????

??????


 

????????????, ?????? 

??????, ?????? 

?????? + ????????????

??????

??????


 



  ???????????? + 

??????

??????


?????? + 4,6

??????


??????

 

 

Ещё  одна 

важная  для  термоядерного  проекта  реакция: 

Из этой таблицы видно, что наиболее подходящими 

реакциями являются две последние. 

Основная реакция  синтеза: 

Для её реализации 

необходима 

температура 



 0,5



10



K. 

Это соответствует 

энергии сближения ядер 



 50 кэВ. 



В США и СССР вначале (до 1951 г.) разрабатывался  

вариант «классической супербомбы», представлявшей 

собой цилиндрический контейнер с жидким дейтерием 

(или со смесью дейтерия и трития). Это водородное 

горючее должно было нагреваться от взрыва  

соприкасающейся бомбы деления до температур  

достаточных для начала реакций синтеза и  

распространения вспыхнувшего термоядерного горения 

 по всему резервуару с тяжёлым водородом.  

Однако, на самом деле, в «Супере» после взрыва  

деления происходит быстрое охлаждение всей системы 

и термоядерная реакция не распространяясь затухает. 

Температура  при  взрыве атомной  бомбы оказывается  

недостаточной для инициации самоподдерживающейся 

реакции синтеза. Ключевой явилась идея о сжатии   

дейтерия или дейтерий-тритиевой смеси.  

Причём необходимы давления в десятки  млн. атм.  

Водородная бомба была  создана в двух вариантах: 

 однофазная (однокамерная, одноступенчатая), 



      в которой делящаяся и термоядерная взрывчатки 

      размещены в одном блоке, и 

 двухфазная (двухкамерная или многоступенчатая), 



      в которой делящаяся и термоядерная взрывчатки 

      размещены в различных блоках (отсеках). 

В обоих типах бомб взрыв начинается с деления 

плутония или урана (ядерного взрыва), создающего 

необходимую  температуру и давление для 

термоядерного синтеза.  

Однофазная бомба, прозванная «Будильником»     

(Alarm clock), была реализована первой в 1953 г. в СССР    

в виде так называемой «слойки» Сахарова. 

Двухфазное (многоступенчатое) устройство впервые 

было реализована в США по схеме Теллера-Улама и           

в боевом варианте взорвано в 1954 г. 

В настоящее время принят многоступенчатый 

вариант, позволяющий практически неограниченно 

увеличивать  мощность взрыва за счёт увеличения 

числа ступеней  (камер).  

Энергетический выход однофазной бомбы 

не превышает  1  мегатонны, так как  

не позволяет в одной камере удержать до полного 

энерговыделения большое количество взрывчатки  

Ниже вначале будет рассмотрен американский 

термоядерный проект, а затем – советский. 

В них будет более детально описаны устройства 

одноступенчатой и многоступенчатой 

 водородных бомб. 

• 1942.

 

Идея Теллера о термоядерной (супер) бомбе.

 

• 1946.



 Совещание в Лос-Аламосе по супербомбе под 

председательством Теллера (

апрель

). Патент Джона 

фон Неймана и Клауса Фукса. 

• 1946-1950



. Разработка теллеровской супербомбы 

(цилиндрический контейнер с жидким дейтерием) 

• 31.01.1950



. Директива президента Трумена по 

супербомбе 

• Конец 1950



.  Крах классической супербомбы Теллера 

• Март 1951



. Появление схемы Теллера-Улама подрыва 

супербомбы рентгеновским излучением деления 

9.05.1951

. Пробный взрыв атомного заряда с малым 

дейтерий-тритиевым устройством («Джордж») 

• 31.10.1952



. Первый взрыв многоступенчатого 

термоядерного устройства (82 тонны) по схеме  

    Теллера-Улама («Майк») мощностью 10,4 Мт.  

• 28.02.1954



. Испытание бомбы «Браво» мощностью  

    15 Мт на дейтериде лития   

George



9.05.1951

,  

225 кт (из них 25 кт 

от термояда) 

2,4 м 

уран 

Item



25.05.1951

,  

45,5 кт 

Быстрые нейтроны от 

синтеза в жидкой  

DT-смеси делили  

уран-238 и удваивали 

 мощность взрыва 

   Капсула с несколькими 

             граммами жидкой 

    дейтерий-тритиевой (DT) 

                  смеси 

0,6 м 

10,4 Mт:

  

2,4 Мт

 – синтез   

в жидкой DT-смеси,  

8 Мт

 – деление урана-238 

быстрыми нейтронами 

от синтеза.  

Атолл  

Эниветок 

Вес 

 установки 

82 тонны 

Испытание «Майк» явилось ключевым в создании первой 

многоступенчатой водородной бомбы. Проверялась 

работоспособность схемы Теллера-Улама. Термоядерная 

взрывчатка (жидкая DT-смесь при температуре, близкой к 

абсолютному нулю) находилась в дюаре, по центру которого 

проходил плутониевый стержень. Сосуд окружал корпус из 

природного урана массой около 5 т. Устройство находилось внутри 

стального цилиндрического кожуха диаметром 2 м , длиной 6,2 м 

и толщиной стенок 25-30 см. Вся установка весила около 80 т и 

размещалась в двухэтажном ангаре. 

В этом, как и в самых первых термоядерных испытаниях (George, 

Item), проверялся также эффект усиления взрыва за счёт деления 

урана-238 быстрыми нейтронами (с энергией 14,1 МэВ), 

рождаемыми DT-синтезом (см. слайды 28 и 29). Уран-238 не 

является взрывчаткой обычной ядерной бомбы, так как не 

делится медленными нейтронами и не участвует в цепной 

реакции. Но его деление интенсивным потоком быстрых 

нейтронов способно дать основную часть энерговыделения 

водородной бомбы. С этой целью уран-238 (называемый обычно 

тампером) присутствует во всех конструциях водородных бомб.    

Использована двухфазная схема Теллера-Улама  и  

впервые в США – 

дейтерид лития-6

 (

??????


??????????????????). Вес бомбы 

10,7 тонн. Мощность 

15 Мт

 при проектной около 

5 Мт



Кратер: диаметр 2 км, 

глубина 75 м 

Т 

е 

л 

л 

е 

р 

У 

л 

а 

м 

5 Мт – синтез, 

10 Мт – деление  

урана-238 

Принцип  действия  современной  термоядерной 

(водородной)  бомбы 

Ядерная  бомба 

Термоядерный 

 заряд 

Взрыв 

ядерной 

бомбы 

Рентгеновское 

излучение 

ядерного  взрыва 

Ядерный взрыв генерирует интенсивное рентгеновское излучение, 

которое,  фокусируясь  на  термоядерном  заряде  

   (дейтериде лития 

6

LiD с примесью трития), сжимает и нагревает  

его,  инициируя  термоядерный  синтез  (термоядерный взрыв). 

Рентгеновское  излучение  испускается  

в  1-ю микросекунду  ядерного  взрыва.    

Фокусирующая взрывчатка  

Уран-238 

Вакуум 

Дейтерий-тритиевый 

инициатор нейтронов 

Плутоний   или  Уран-235 

Полистирол 

Уран-238 

Дейтерид  лития-6 

Плутониевый  запал 

Отражающая  оболочка 

1-я 

ступень 

2-я 

ступень 

Основная  идея: рентгеновское излучение  атомного  взрыва 

опережает  ударную  волну  деления  и  успевает 

вызвать  синтез  до  того,  как вся  система  разлетится   











A

.  Перед взрывом. Первая (делительная) ступень   

      вверху, вторая ступень (синтез) внизу.  

B

.  Взрывчатка подрывает первую ступень, сжимая ядро 

      плутония до сверхкритического состояния и  

      инициируя цепную реакцию деления. 

C

.  При делении в первой ступени возникает мощный 

      импульс рентгеновского излучения (

до 80% энергии 

      ядерного взрыва

), который, отражаясь от стенок  

      кожуха, и опережая ударную волну, распространяется 

      вдоль внутренней части оболочки, проникая сквозь 

      наполнитель (пена полистирола) и облучая его. 

D

.  Вторая ступень сжимается вследствие огромного  

      давления от абляции (испарения) полистирола,  

      превратившегося в плазму под воздействием  

      рентгеновского излучения, и плутониевый стержень 

      внутри второй ступени переходит в сверхкритическое 

      состояние, инициируя цепную реакцию деления,  

      выделяющую огромное количество тепла. 

E

.  В многократно сжатом и разогретом дейтериде  

     лития-6 происходят реакция слияния. Возникающий 

     поток быстрых нейтронов инициирует деление 

     тампера (урана-238), усиливая выделение энергии.  

• 1946.

 Предложение  Гуревича, Зельдовича,  

     Померанчука и Харитона «Использование ядерной 

     энергии легких элементов», поданное Курчатову. 

• 1948.



 Появление двух основополагающих идей 

советского проекта: «Слойки» А.Д. Сахарова и 

«LiDочки» В.Л. Гинзбурга. 

• 12.09.1953.



 Взорвана первая в мире водородная 

бомба РДС-6с («Слойка») мощностью 400 кт. 

• Весна 1954 г.



 

Рождение А.Д. Сахаровым, Я.Б. 

Зельдовичем и Ю.А. Трутневым идеи радиационного 

обжатия термоядерного заряда (независимое 

открытие двухфазной схемы Теллера-Улама).  

• 22.11.1955.



 Первое испытание двухфазной 

водородной бомбы  РДС-37 мощностью 1,7 Мт. Это 

первая водородная бомба, сброшенная с самолета.  

• 30.11.1961.



 Взрыв самой мощной в мире водородной 

бомбы («Царь-бомбы») мощностью 58 Мт.  

 

пусковая взрывчатка 

дейтерид 

лития-6 

уран-238 

отражатель 

нейтронов 

плутоний-239 

  нейтронный 

  источник 

РДС-6с испытана   

на Семипалатинском  

полигоне 12.09.1953,  

мощность 400 кт  

Бомба 

деления 

7-12 слоёв 

238



 



6

LiD

 

Последовательность процессов,  

происходящих при взрыве «Слойки», следующая: 

1. Химический  взрыв, сжимающий  плутоний до критического состояния. 

2. Взрыв деления плутония, создающий необходимую температуру для начала 

    термоядерного синтеза во внешнем слое. 

3. Термоядерный взрыв внешнего слоя за счёт DD- и DT-синтеза. 

4. Взрыв деления урана-238 быстрыми нейтронами синтеза. 

5. Интенсификация синтеза за счёт энергии деления урана-238. 

Успеху проекту «Слойка» обеспечили следующие факторы: 

1) Использование твёрдого химического соединения LiD, что сделало ненужным 

    применение громоздких криостатов для жидкого дейтерия (трития) и  

    создало  высокую стартовую плотность синтезируемых ядер.  

2) Генерация трития в реакции n+

6

Li



T+



+4,6 МэВ в процессе взрыва и  

     протекание наиболее эффективной  реакции синтеза D+T



3



He+n+17,6 МэВ. 

3) Мощный выход  энергии от деления 

238

U быстрыми нейтронами синтеза. 

4) Отсутствие ограничения на количество термоядерной взрывчатки вследствие 

     его размещения вне ядерной бомбы деления. 

Отметим, что реализация ключевого для водородной бомбы принципа сжатия 

термоядерной взрывчатки в «Слойке» был иным, чем в бомбе Теллера-Улама. Если  

в последней сжатие осуществлялось рентгеновским излучением бомбы деления 1-й 

ступени, то в «Слойке» срабатывало так называемое атомное (газодинамическое) 

сжатие. Перемежающие слои 

238

U и LiD при взрыве переходят в состояние плазмы.  

При этом начальное давление в этих слоях пропорционально плотности в них частиц 

(электронов и ядер). В урановом слое эта плотность в 13-14 раз выше, чем в слое LiD

Поэтому этот последний слой сильно обжимается урановым, что и ускоряет синтез. 

Источник энергии 

Доля 

Энергия деления Pu-239 

0,1 

Синтез лёгких ядер 

0,2 

Деление урана-238  

термоядерными нейтронами 

 

 

 

0,7 

Распределение энергии «Слойки»: 

0,9 

Энергия однофазной термоядерной бомбы  

типа «Слойки» (Alarm-Clock) ограничена. 

Самый мощный в истории однофазный  

(британский) термоядерный боеприпас,  

взорванный в ходе испытаний  

Orange Herald в 1957 г.

, достиг мощности 

720 кт

.   

12.09.1953,  

400 кт 

испытана 

22.11.1955

 на Семипалатинском полигоне.  

Проектная мощность 

3 Мт

. Ограничена до 

1,7 Мт

.  

Это первая водородная бомба в истории, 

 сброшенная с самолета. Сброшена на парашюте  

на высоте 

12 км

. Взорвана на высоте   

1,5 км

.    

РДС-37 

1948 

А.Д. Сахаров 

В.Л. Гинзбург 

Научный  

руководитель  

Арзамаса-16 

после Харитона 

Научный руководитель  

Челябинска-70, 

нач. теор.отдела 

Зам. Научного 

руководителя  

Челябинска-70 

Ю.А. Трутнев 

Е.И. Забабахин 

Л.П. Феоктистов 

Я.Б. 

Зельдович 

Характеристики:

 двухкамерная водородная бомба  

мощностью 101,5 Мт. Атомный взрыв 1-й ступени  

должен был дать 1,5 Мт. Термоядерный взрыв 2-й  

ступени - 50 Мт. Оболочка урана-238 должна была дать  

ещё 50 Мт. Проектная мощность уменьшена вдвое за  

счёт замены урана-238 инертным к делению свинцом. 

8×2 м, вес 27 тонн 

Взорвана 30.11.1961 над Новой Землёй. Сброшена  

на парашюте с самолёта на высоте 10,5 км.  

Взрыв на высоте 4 км. Мощность взрыва 58 Мт.  

 

Царь-бомба, 1 мин 15 сек 

Видео 

Царь-бомба, 3 мин 

Видео 

Подводный взрыв, 1 мин 

Видео 

Р 



С 

С 

И 

Я  

С 

Ш 

А 

• 1945 – 1953.

210

Ро-Ве источник (



 + 



9

Ве 



 



12

С + n).  

    Гетерогенная Ро и Ве сборка в центре бомбы.  

    Источник «включался» сходящейся ударной волной,  

    перемешивающей Ро и Ве. 

• 1953.



 Постоянно действующий Ро-Ве источник  

     в центре бомбы. 

• 1953.



 

Внешний нейтронный генератор – компактный  

     ускоритель ядер трития и мишень с дейтерием:  

       3

Н + 

2

Н 



 



4

Не + n.

 

• 1954.



 

Термоядерный инициатор. В центре бомбы –  

     небольшая смесь дейтерия и трития, в которой  

     сходящейся ударной волной запускается реакция  

     синтеза. 

Приложение 1: 

Из книги Зельдовича  Я.Б. и Ю.П. Райзера  

«Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических  явлений» 

Страница примерно 580. 

Приложение 2: 




©emirsaba.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал