В 1945 году на полигоне Аламогордо в американском штате Нью-Мексико был осуществлен первый в мире взрыв ядерного оружия, положивший начало «атомному веку».
С тех пор мировые запасы ядерного оружия многократно выросли, а когда нарастает геополитическая напряженность, идея ядерного апокалипсиса по понятным причинам вызывает всеобщее беспокойство.
Однако, несмотря на катастрофические масштабы поражающего действия, наука о том, как работает ядерное оружие, очень проста.
Атомная наука о ядерном оружии
Все вещества состоят из атомов, в которых содержатся различные комбинации трех частиц - протонов, электронов и нейтронов. Принцип действия ядерного оружия основан на взаимодействии протонов и нейтронов, в результате которого возникает взрывная цепная реакция.
В центре каждого атома находится ядро, состоящее из тесно связанных между собой протонов и нейтронов. В то время как число протонов уникально для каждого элемента периодической таблицы, число нейтронов может меняться. По этой причине существует несколько "подвидов" ряда элементов, которые называются изотопами.
В качестве примера можно привести некоторые изотопы урана:
- Уран-238: 92 протона, 146 нейтронов
- Уран-235: 92 протона, 143 нейтронов
- Уран-234: 92 протона, 142 нейтронов
Эти изотопы могут быть стабильными или нестабильными. Стабильные изотопы обладают относительно постоянным или неизменным числом нейтронов. Но если у химического элемента слишком много нейтронов, он становится нестабильным или делящимся.
Когда делящиеся изотопы пытаются стать стабильными, они освобождают избыток нейтронов и энергии. Именно эта энергия является источником взрывной силы ядерного оружия.
Различают два типа ядерного оружия:
- Атомные бомбы: в них для создания взрыва используется эффект домино, заключающийся в многочисленных реакциях деления урана или плутония.
- Водородные бомбы: они основаны на сочетании деления и синтеза урана или плутония при участии более легких элементов, таких как изотопы водорода.
Но в чем же разница между реакциями деления и синтеза?
Расщепление атомов: деление ядер
Деление ядер – это процесс, который используется в ядерных реакторах. В ходе этого процесса происходит выделение большого количества энергии за счет расщепления более тяжелых нестабильных атомов на два атома меньшего размера, что приводит к началу цепной ядерной реакции деления.
Когда нейтрон попадает в ядро делящегося атома, например, урана-235, атом урана расщепляется на два более мелких атома в дополнение к увеличению количества нейтронов и энергии. Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву.
Атомные бомбы основаны на реакции деления ядер, однако важно отметить, что для цепной реакции деления требуется определенное количество делящегося материала, такого как уран-235, известное как сверхкритическая масса.
Слияние атомов: ядерный синтез
В водородных бомбах используется комбинация деления и синтеза, причем ядерный синтез усиливает реакцию деления и позволяет получить гораздо более мощный взрыв по сравнению с атомными бомбами.
Процесс ядерного синтеза, по сути, противоположен процессу деления: вместо того чтобы расщеплять более тяжелые атомы на более мелкие, он происходит путем объединения двух атомов с образованием третьего нестабильного атома. Именно этот процесс является источником энергии Солнца.
При ядерном синтезе в основном используются изотопы более легких элементов, например, два изотопа водорода - дейтерий и тритий. Под действием высокой температуры и давления эти два атома соединяются друг с другом, образуя крайне нестабильный изотоп гелия, при этом выделяется энергия и нейтроны.
Высвобождающиеся нейтроны подпитывают реакцию деления более тяжелых атомов, таких как уран-235, создавая взрывную цепную реакцию.
Сравнение атомной и водородной бомб
Насколько мощными являются водородные бомбы и насколько они превосходят атомные?
Бомбы "Малыш" и "Толстяк" использовались в ходе атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, положивших разрушительный конец Второй мировой войне. В то время масштабы этих бомбардировок не имели себе равных. Но если сравнить их с водородными бомбами, то можно увидеть, насколько мощным ядерное оружие стало сейчас.
Крупнейшее испытание ядерного оружия в истории США было проведено под кодовым названием "Касл Браво". Мощность водородной бомбы составляла 15 000 килотонн, что в тысячу раз больше, чем у "Малыша". Кроме того, радиоактивные следы от взрыва, произведенного на Маршалловых островах вблизи Фиджи, были зафиксированы в Австралии, Индии, Японии, США и Европе.
Через семь лет, в 1961 году, Советский Союз испытал "Царь-бомбу" - самое мощное ядерное оружие в мире. В момент испытания было произведено 51 000 килотонн взрывной энергии, а радиус поражения составил около 60 км.
Учитывая, насколько разрушительной может быть одна ядерная бомба, трудно представить себе исход реального ядерного конфликта, не опасаясь полного уничтожения, особенно с учетом того, что мировой ядерный арсенал насчитывает более 13 тысяч боеголовок.
