Оружие массового поражения: как проходили испытания смертоносной водородной бомбы Сахарова

12 августа 1953 года прошли испытания первой советской водородной бомбы РДС-6с – знаменитой «слойки Сахарова».

9 фото via

На фото: Огненное облако взрыва РДС-6с (фото из википедии)

Старинный мужской монастырь у слияния двух маленьких речушек, Сатиса и Саровки, стал известен благодаря Серафиму, канонизированному в 1903 году за то, что после молебна монарших особ во время паломничества в эту пустынь у царской четы родился наследник. Судьба монастыря, впрочем, сложилась незавидно: в 1917 году он был разграблен. А через три десятилетия здесь закипела работа над совсем другими «детками»: в 1946 году прямо в зданиях монастыря разместилось КБ-11, кузница советского атомного проекта.

Кое-что свое

Сейчас, в интернетовские времена, все знают про Клауса Фукса и других «атомных шпионов», и кажется само собой разумеющимся, что первая атомная бомба СССР — РДС-1 — была скопирована с «Толстяка», бомбы, сброшенной на Нагасаки. Но это не совсем так. Действительно, размер плутониевого ядра, форма и конструкция полоний-бериллиевого источника нейтронов и идея имплозии — направленного внутрь взрыва — были в точности заимствованы из американского проекта. Это многое, но не все. Дело в том, что в американской бомбе были использованы два типа взрывчатки, Composition B и Baratol, их точный состав не был известен Клаусу Фуксу, да и не производились они в СССР. А размеры и форма взрывчатых линз, сформировавших сферическую сходящуюся ударную волну, зависят от этих типов, и при изменении состава буквально на единицы процентов геометрию этих линз нужно корректировать.

В РДС-1 вместо Composition B, содержавшего 59,5% гексогена, 39,5% тротила и 1% воска или церезина, использовался отечественный сплав ТГ-50 (поровну гексоген и тротил). А вместо баратола — инертный материал, вообще не взрывающийся, лишь передающий ударную волну с минимальными потерями. Так что форму переходной поверхности нашим бомбостроителям пришлось уточнять самим, используя те же методы — скоростную рентгеновскую съемку — и изобретая свои, не менее остроумные. Своими собственными были и вспомогательные системы бомбы, такие как радиовысотомер, барометрический высотомер, автоматика подрыва, так что объем конструкторских работ был очень велик и при известном принципе работы.

Фото: Принцип работы взрывчатой линзы. За счет замедленной детонации в центральной части линзы проходящая через нее взрывная волна изменяет форму с расходящейся на сходящуюся сферическую.
Wikipedia Commons

Добавить легкости

Но по мере продвижения работы над первым «изделием», РДС-1, по каналам разведки стали поступать сведения, что американцы ведут работу над еще более мощной бомбой. Намного более мощной, чем атомная. Наши атомщики сумели задать вопрос нобелевскому лауреату Нильсу Бору о сути устройства этой бомбы, но великий физик, известный своими симпатиями к СССР, был не в курсе подробностей, и его ответ не мог успокоить наших ядерщиков. Поэтому были созданы две группы, задачей которых было определить возможность взрыва в бомбе не за счет деления тяжелых ядер, а за счет синтеза легких: из дейтерия и трития должен получаться гелий и нейтрон. В группу, которой руководил Игорь Евгеньевич Тамм, был включен молодой кандидат наук Андрей Дмитриевич Сахаров.

КПД «Слойки»

В «слойке Сахарова» всего 15-20% энерговыделения приходится на термоядерные реакции, а остальное дает реакция деления – как урана-235 или плутония-239 исходной бомбы, так и урана-238 наружных слоёв. Но это скорее достоинство, чем недостаток, ведь уран-238 дешев. Слияние одного ядра дейтерия и одного трития даёт 18 МэВ энергии, а деление одного ядра урана-238 – 200 МэВ. В первой реакции выделяется один нейтрон, уносящий 14 МэВ из 18, а во второй он расходуется, но выделяется три менее энергичных нейтрона, годных лишь для получения трития из лития-6. В результате получается усиление более чем в 10 раз! А это значит, что почти все термоядерные нейтроны используются «по назначению», и улетает небольшая часть.

С самого начала Сахаров не хотел заниматься абсолютно секретной военной темой — он отказывался от перехода в группу, хотя ему обещали помочь с жильем и другими материальными благами, которых отчаянно не хватало в послевоенной Москве. В своих мемуарах он пишет, что дважды отказывался от предложений военных и Курчатова, но на третий раз, в 1948 году, его согласия уже не спрашивали. Главной особенностью таланта Сахарова, о которой упоминали все работавшие с ним, было то, что он мог видеть работоспособность или правильность какой-либо физической идеи без точных расчетов, интуитивно, поэтому неудивительно, что всего через несколько месяцев после того, как он увидел схему устройства будущей РДС-1, ему пришла идея добавить в урановый контейнер, окружающий плутониевое ядро, слой легких элементов. Это случилось еще осенью 1948 года, до первого испытания. Правда, первоначально предполагалось использовать тяжелую воду — как вещество, содержащее дейтерий в максимально объемной концентрации.

Предложение использовать дейтерид лития вместо дейтериевой воды исходило от В. Л. Гинзбурга, который из-за «погрешностей в анкетных данных» (его жена была осуждена по политической статье и после заключения отбывала ссылку в Горьком) в группу не входил и к большей части атомных секретов допущен не был. У гидрида лития было несколько решающих преимуществ по сравнению с тяжелой водой. Во-первых, это твердое вещество, что несколько упрощает конструкцию и сильно облегчает эксплуатацию ядерного взрывного устройства. Во-вторых, из лития при бомбардировке нейтронами получается тритий, который вступает в термоядерную реакцию с дейтерием с выделением большей энергии, чем в чистом дейтерии. В-третьих, литий участвует в замедлении нейтронов (кислород в воде для этого слишком «тяжел»). Поэтому идея была принята с большим энтузиазмом.

Фото: взято с Wikipedia Commons

Угадать с первой попытки

Конструкция, позднее получившая название «слойка Сахарова», кажется очевидной, но ведь правильную толщину слоев рассчитать было непросто. Она определяется тем, что дейтерид лития — хороший замедлитель нейтронов, а уран-238 их отражает. Для получения трития больше подходят медленные нейтроны. В итоге вышло, что слоев легких элементов должно быть два, а урана-238 — три. Не все факторы поддавались расчету, пришлось поверить интуиции теоретиков, что перемешивание слоев не будет катастрофическим. А ведь сначала сборку должна была обжать сходящаяся взрывная волна от имплозии обычной взрывчатки, а потом световое давление от рентгена «раздвинет» ее обратно, да еще с такой скоростью, что внешние слои не успеют за внутренними! За счет этого и происходит сжатие термоядерного материала и его адиабатический нагрев.

Но после этого, несмотря на продолжающийся с фантастической для химической взрывчатки скоростью разлет бывшей критической сборки, внутри «слойки» еще происходит дополнительное изотермическое сжатие легких элементов за счет ионизации урана-238, поглощающего рентгеновское излучение взорвавшейся атомной «зажигалки». Это неожиданное на первый взгляд явление назвали «сахаризацией». И при продолжающемся разлете еще недавно красивой конструкции из вложенных шариков начнется и столь же быстро кончится пачка термоядерных реакций — из лития-6 нейтроны будут добывать тритий, он будет реагировать с дейтерием, давая новые термоядерные нейтроны, часть из которых пойдет на добычу нового трития, а часть будет делить уран-238, из осколков которого будут вылетать еще нейтроны, и цепь замкнется.

Фото: В музее истории ядерного оружия баллистический корпус РДС-6с стоит на почетном центральном месте.

Но эта реакция не самоподдерживающаяся, потому что она может происходить только в неравновесном состоянии. Пик выделения энергии занимает доли микросекунды, потом разлет атомов сделает свое дело, расстояния между ними увеличатся настолько, что нейтроны перестанут попадать в свои «цели», и реакция быстро затухнет. Поэтому у «слойки» есть оптимальный размер, и советские физики и оружейники его фактически угадали — с первой попытки. Позднее британцы испытали «слойку» на 720 кт, но КПД у нее был заметно меньше.

Первая «слойка» не была дешевой и удобной. В ней одновременно были использованы все способы увеличения энерговыделения. И внутренний слой дейтерида лития содержал большое количество (порядка сотни граммов) тритида лития, так сказать, для гарантии; поскольку не требовалось получать этот тритий во время взрыва, сильно уменьшалась неопределенность и упрощались расчеты. А численные расчеты тогда приходилось вести вручную, на арифмометрах. Использование трития позволило вдвое уменьшить армию девушек за арифмометрами. Но тритий очень дорог, его получение требует большого расхода урана-235, период полураспада — около 12 лет, и очень «летуч», как и обычный водород.

В двадцать раз сильнее

РДС-6с, несмотря на номер, была лишь четвертым ядерным испытанием в СССР, конструкции с номерами 4 и 5 были испытаны позже. Баллистический корпус этой бомбы выглядит куда более совершенным, чем использованный в РДС-1. Хотя бомба была готова для сброса с самолета, было решено подрывать ее на башне, в центре того же поля, что и РДС-1. Научный руководитель Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ) ВНИИЭФ Радий Иванович Илькаев объясняет выбор так: «При сбросе с самолета можно надежно измерить только мощность взрыва, но при всех ранних испытаниях делались еще так называемые физические опыты, для правильной интерпретации результатов которых было важно, чтобы не было отраженной от земли ударной волны — то есть чтобы центр выделения энергии был на той же высоте, что и регистрирующая аппаратура».

К новому испытанию полигон пришлось «чистить» — снять бульдозерами и увезти радиоактивный грунт. Были восстановлены здания, сооружения и наблюдательные пункты. И вот — взрыв! Из-за двадцатикратного увеличения энерговыхода его внешний вид радикально отличался от испытанных раньше атомных зарядов. Без всяких физических опытов было видно, что сооружения, уцелевшие при предыдущих взрывах, разрушены в пыль. Стотонный макет железнодорожного моста отбросило на 200 м. Яркость вспышки ослепляла даже через черные очки.

Фото:Испытательная башня с зарядом РДС-6с. Слева - сборочный цех заряда, навал грунта справа - подземный бронеказемат с аппаратурой

Это сообщение отредактировал KROVLJ - 29.02.2024 - 18:43

В официальном сообщении ТАСС говорилось, что «12 августа был испытан один из видов водородной бомбы». Ревнители терминологии говорят, что правильнее считать ее атомной бомбой с термоядерным усилением. Но главная задача была решена успешно: в габаритах и массе РДС-1 создан заряд, имеющий в 20 раз больший энерговыход.

На фото: Андрей Сахаров
Wikipedia Commons

Рассчитанная мощность нового «изделия» составляла 300+/-100 кт, а в реальности бомба выдала, как говорят ядерщики, «по верхней границе» — все 400 кт. Такая точность — +/-30% — была предметом гордости советских теоретиков, у американцев с вычислением и попаданием в предсказанный диапазон было гораздо хуже. Так, например, у «Майка», первого в мире термоядерного взрыва, расчетный эквивалент составлял 1,5−30 Мт, с наиболее вероятной оценкой в 5 Мт, а измеренный — около 10,4 Мт. Скромные на этом фоне отечественные 400 кт были более актуальным достижением, потому что бомба помещалась в самолет Ту-16 и годилась для боевого применения «хоть завтра». Тем не менее поставить на поток производство таких бомб было невозможно, и на вооружение была принята версия этого заряда, не содержавшая трития, — РДС-27 мощностью 250 кт.

Тогда, в начале 1950-х, «слойка» была запасным вариантом, потому что под вопросом оказалась работоспособность основной схемы термоядерного заряда, РДС-6т, которая в американских материалах называлась «классический Супер». Над ней работал Клаус Фукс, о чем он и сообщил нашим разведчикам, но предупредить, что это тупик, уже не успел — Сахарову пришлось дойти до этого самому. Был и еще один запасной вариант — «просто большая» атомная бомба РДС-7. Она позволяла получить тротиловый эквивалент примерно такой же, как у РДС-6с, без всех новых технологий, но... слегка не помещалась в Ту-16. Точно так же страховались и американцы, взорвав бомбу подобного типа через две недели после первого настоящего термоядерного взрыва «Майк».

Фото:Облако от взрыва первого в мире термоядерного заряда «Иви Майк» (США), 1 ноября 1952 года, атолл Эниветок

Это сообщение отредактировал KROVLJ - 29.02.2024 - 18:39

Сравнять счет


Заслуга «слойки» не только в том, что она позволила, хоть и с оговорками, «сравнять счет» с американскими ядерщиками. Разработка РДС-6с привела к запуску обогатительного производства для лития. Природный литий состоит из двух изотопов, с массами 6 и 7, и для термоядерной бомбы лучше подходит легкий изотоп. Американцы, как говорит директор РФЯЦ ВНИИЭФ Валентин Ефимович Костюков, «испугались» расчетных сложностей (при использовании лития возможно много разных термоядерных реакций, по терминологии ядерщиков — «каналов», с одними и теми же исходными атомами) и не стали заниматься литием на ранних этапах термоядерной гонки. Поэтому их первые «сухие», без жидкого дейтерия, термоядерные взрывные устройства содержали либо природный литий, включавший всего 7,5% нужного изотопа, либо частично обогащенный (до 40%). В советских бомбах и боеголовках с самого начала использовался только легкий изотоп, что делало их легче и компактнее. Для «слойки» же началось освоение и тритиевых технологий — во всех современных малогабаритных боеголовках приходится использовать тритиевое усиление, но разработчики РДС-6с были пионерами в освоении этого капризного и коварного ядерного материала.

Да, как только появились двухфазные взрывные устройства, «слойка» устарела — но роль свою сыграть успела. Уже 60 лет отделяют нас от того испытания, уже закрыт Семипалатинский полигон, уже больше двадцати лет вообще не гремят ядерные взрывы ни на российском полигоне, ни на американском, и это, безусловно, заслуги того давнего успеха наших ядерщиков, сделавших ядерную вoйну из неизбежной — невозможной.



У меня всё...

Это сообщение отредактировал KROVLJ - 29.02.2024 - 18:35

Хочешь избавиться от дракона - имей своего собственного.
Кстати первыми применили бомбу - ДВАЖДЫ добрые американцы вооруженные расовой теорией.
Кстати цветные это не только негры но и желтые,красные , кавказцы и семиты ...
ИМХО
Невозможной ядерную войну сделал страх что завтра на твою скинут столько же бомб

Это сообщение отредактировал para9mm - 29.02.2024 - 18:41

Ниче такие "галоши" создавал СССР.

Старый махровый антисоветчик столько дерьма вылили на СССР, что в итоге сам же в нём и захлебнулся.

Видео про Взрыв

Испытание водородной бомбы РДС-6С,1953 год.



Это сообщение отредактировал KROVLJ - 29.02.2024 - 18:45

крайне советую всем заинтересовавшимся посмотреть очередной шедевр от гения кино Кристофера Нолана - "Оппенгеймер". узнал по-настоящему много нового.

Познавательно! Спасибо!

Размещено через приложение ЯПлакалъ

На тему сахаризации:

"Там пара десятков килотонн в каждой. На нормальный мегаполис, уровня Нью-Йорка, таких нужна целая куча. - Или - всего одна, но прошедшая "сахаризацию"... - ??? - Это специальный термин, популярный в 40-х и 50-х годах среди советских ядерщиков. - ??? - Сложилась традиция, что готовый проект каждой новой атомной бомбы - отдавали на экспертизу Сахарову, а он находил способ увеличить её разрушительность "до пределов возможного". В исходных "массо-габаритах", что характерно. Просто за счет оптимальной компоновки частей. "Слойка" была потом. Сначала - были "бустеризация", "боеприпасы с регулируемой мощностью" и "тамперизация".

- Закон сохранения энергии отменить нельзя! - гордо провозгласил Смирнов, - м-дя... - Зато, можно потратить энергию ядерного взрыва гораздо более рационально, чем это обычно принято у военных. - ??? - В сброшенном на город Нагасаки "Толстяке", прореагировало не более 20% из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившем Хиросиму "Малыше", с пушечной сборкой, распалось едва 1,4% из 64 кг обогащённого примерно до 80% урана. В принципе, "имплозивная" схема подрыва - дает КПД в 10-20% критической массы для любого делящегося материала. Но тут имеется тонкость. Если поместить ядерный заряд в среду замедляющую нейтроны (оболочку из бериллия, графита, "тяжелую" и даже обычную воду) - КПД ядерного взрыва подскакивает, устремляясь к 100%. Делящийся материал - распадается полностью! Что, автоматически, обеспечивает прирост выделившейся по итогам взрыва энергии где-то на порядок... - Так сколько же для такой бомбы нужно воды?! - Как минимум - сфера, радиусом в несколько метров. Совсем хорошо, 10-15 метров. И не то что квант света, а нейтрон наружу не прорвется! Все будет израсходовано с предельной пользой. - Несколько метров, это достаточно в любом пруду утопить... - снизил тон полковник. - Или - в речке. Или - в пожарном водоеме на небоскребе. Или - просто в море рядом с городской набережной. Если речь зашла о Нью-Йорке, в заливе посреди города. Самое то, что доктор прописал. Всё, что торчит над землей выше травы, до горизонта и далеко за горизонт, снесет на хрен. - С какой стати? - О-о-о-х... - главный идеолог тяжело вздохнул, - Объясняю с самых азов. Привычные нам "радиусы поражения" и таблицы "зон разрушения" ядерных боеприпасов из справочников и учебников по "Гражданской обороне", как эталон - описывают воздушный взрыв. Заряд - доставляется ракетой или самолетом. Он срабатывает на некоторой "оптимальной" высоте, ради одновременного использования как ударной волны в воздухе, так и радиации с тепловым излучением... Классика! Грозно, зрелищно и даже довольно разрушительно... Но! - ??? - При воздушном ядерном взрыве, примерно 50% энергии - выделяется в форме "ударной волны", 30-45% - выделяется в форме электромагнитного излучения (от инфракрасного, до гаммы) и ещё 5% приходится на проникающую радиацию (и нейтроны). В конечном итоге - приблизительно 15% энергии, и не прореагировавшие части заряда (!), создают радиоактивное загрязнение окружающей среды. Эффект так называемого "избыточного разрушения" в эпицентре, когда огромная доля наличной ядерной энергии бессмысленно расходуется на "измельчение до атомов" вещества окружающей среды (и трансмутацию этих атомов в "краткоживущие изотопы"), что одновременно и вредно, и затратно, и бесполезно... В случае подводного ядерного взрыва баланс принципиально другой. Вся ударная волна, все излучение (!) и все частицы - остаются в воде, ядерной трансмутации не подверженной. Загрязнение радиацией очень мало. Делящийся материал тратится целиком. А его энергия полностью (!) расходуется на нагрев и испарение той самой "радиационно устойчивой" воды. Которая, о-о-чень интересная жидкость. Ударная волна - её только нагревает. До испарения, до ионизации, но не до миллионов градусов. Отчего по сторонам - не расходится. В воде, распространяются только (!) звуковые волны. Это значит, что энергия подводного ядерного взрыва, в первые его мгновения, полностью - превращается в энергию невероятно перегретого водяного пара. Ни тебе "остаточной радиации", ни яркой световой вспышки, ни пресловутого "гриба"... - А дальше? - Дальше - начинаются чудеса. Та самая "сахаризация"... Воздушная ударная волна от обычного ядерного взрыва - штука мощная. Но свойства воздуха, как "рабочего тела", прямо нагретого выделяющимся теплом - паршивые. Половина энергии - вообще улетучивается через воздух, с радиацией. Упругость "перегретого" пара многократно выше. Пар - абсолютно непрозрачен для коротковолнового и инфракрасного излучения. И поглощает энергию бомбы целиком! При той же температуре, что и нагретый воздух, пар расширяется многократно сильнее, чем равная ему масса сухих атмосферных газов. Толкает окружающий воздух, как невидимым поршнем. Отчего, паром широко пользуются уже третье столетие, для самых разнообразных нужд, а воздушный двигатель Стирлинга так и остался сугубо "нишевым" изделием. Заведомо огромным, маломощным и тихоходным... - И что из этого следует? - Очень красивый технический выхлоп. Если обыкновенную атомную бомбу, мощностью 20 килотонн (с известными из справочника характеристиками для воздушного взрыва) утопить на глубине 7-10 метров в каком-то водоеме (в идеале - чуток поглубже, и на той же дистанции от дна), то ядерная реакция пройдет до конца (это раз), вся энергия - поглотится водой и паром без остатка (это два), радиоактивного загрязнения среды не будет вообще (это три), а "полная механическая работа" минимум на порядок (!) превысит разруху от взрыва того же самого заряда "в свободной атмосфере". Окажется равной энергии очень сильно сжатого перегретого пара. Сходный эффект умножения работы взрыва давал старый добрый "форсированный баллистит" от Менделеева. С той же целью, впрыскивают воду в цилиндры двигателей гоночных машин. Температура падает - давление растет. При воздушном подрыве, разрушений от простой атомной бомбы на двадцать килотонн, но при подводном, уже, не менее, чем на сто-двести. Потому, что разрушает - давление. Честный фокус-покус и никакого мошенничества. И это ещё не конец! - Неплохо! - хором признали Смирнов и дядя Гриша. Дарья Витальевна - промолчала... - Дальше - больше. Подводным такой взрыв является только с точки зрения протекания ядерной реакции. Почти моментально после образования - перегретый до многих сотен градусов паровой пузырь вырывается в атмосферу. Причем без образования "ядерного гриба". Процесс превращается уже в чисто поверхностный... Взрывная волна - распространяется от эпицентра, как громадная полусфера, но не сфера (!), как при воздушном подрыве. Это увеличивает итоговую механическую работу ровно вдвое. Вместо 20 килотонн ("справочного" разрушительного эффекта) - мы получаем разруху на полмегатонны... - ??? - Дальше, сплошная газовая динамика. Но если без формул, то перегретый пар создает непрерывный напор на окружающую атмосферу гораздо дольше, чем просто нагретый воздух. Отчего пинок окружающих эпицентр воздушных масс (по простому - ударная волна) получается на порядок мощнее, чем при ранее упомянутом воздушном взрыве, когда промежуточное "рабочее тело" отсутствует и эпицентр - нагревает только атмосферный воздух. В конденсированной среде (вода в тысячу раз плотнее воздуха) - все складывается непривычно. Температура фронта ниже, но совершаемая ударной волной работа больше. - Отчего - все вокруг сравняет с землей, как невидимый паровой каток... - поежился Соколов,

Возможности "Посейдона" заиграли новыми красками)

А потом Сахаров забил хрен и стал топить против страны.

Известно что причиной было влияние на него его жены Елены Боннэр..

Это сообщение отредактировал vistador - 29.02.2024 - 18:56

Где то в 1986 году в Казахстане поймал на радиоприёмник Голос Америки, там как раз рассказывали про ссылку Сахарова, поспрашивал у родных кто это такой, никто ответить мне про него не смог.
Голос Америки конечно в те годы был как потустороннее радио с загробного мира, с помехами и шумами, хриплыми голосами с "вражеским" акцентом, вызывало у советского пионера адский ужас.

Это сообщение отредактировал KROVLJ - 29.02.2024 - 19:13

Начитанные вы все, вот мой знакомый приходит в свой институт и говорит начальнику: что началось? А он ему- а ты откуда знаеншь. Так я смотрю бочьки с литием катают.

Ты не поверишь...

Но я про Сахарова слушал "голос Америки" в походе, в 1976 году..на приемник vef 201
Как раз обсуждали его голодовку

Это сообщение отредактировал vistador - 29.02.2024 - 19:33

Чё человека минусите? Он фильм интересный посоветовал.

Сериал "Бомба", 2020
Документальный сериал "Братство бомбы", 2006
Несколько фильмов из док. сериала "Кузькина мать", 2011-2015

Сахаров стал топить против использования атомного оружия, против войны. Это уже пропаганда сделала его "против страны". Как впрочем, и сейчас тех, кто против войны, ничего нового.

Сегодня день атомного бадабума? Про Харитона 2! темы. Теперь про Сахарова...
Таки весь мир в труху?
Или новой вундервафлей гордимся?