КАРТА САЙТА
  ПОИСК
полнотекстовый поиск
ФОРУМ ВИДЕО
ИГРЫ: НОВЫЕ    0-9 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z А-В Г-З И-М Н-П Р-Я

ОРУЖЕЙНАЯ ПАЛАТА

Автор материала:
Александр Домингес
Опубликовано в журнале
«Лучшие компьютерные игры»
№8 (69) август 2007
вид для печати

Ядерное оружие

Самый большой атомный секрет — это то, что ядерное оружие можно сделать.

Р. Оппенгеймер

 126KB

Ядерное оружие... Можно сказать без всякого преувеличения — это самое разрушительное оружие на Земле. Оно оказалось настолько мощным, что шарик, покрытый тонкой пленкой воды и воздуха, слишком мал для его боевого применения. Всего дважды это оружие было применено в условиях войны, но до сих пор последствия его воздействия не стерлись полностью. Международная политика и ядерное оружие стали неразделимыми с того момента, как над Хиросимой взошло маленькое рукотворное солнце.

Несмотря на исключительную молодость этого типа вооружения, ядерное оружие обросло плотным слоем легенд, мифов и заблуждений, которые когда-то были созданы с целью сохранения секретности, но живы и по сегодняшний день.

Неудивительно, что в игровых мирах то и дело упоминаются различные ядерные боеприпасы. Как и в реальной жизни, сам факт обладания ими иногда определяет исход игры. В большинстве же случаев ядерному оружию отводится своего рода «знаковая» роль технологического развития игрового мира.

Моя очередная статья — о ядерном оружии в играх и в реальности.

Неоспоримые аргументы

Ваша задача — найти и проникнуть в пещеру, установить там ядерный заряд, после чего вы должны в кратчайшие сроки покинуть остров.

Из одного игрового брифинга

Venom. Codename: Outbreak     скриншот, 140KB
«Подарок мамочке» сработал. Джокер с Профом потрудились на славу.

С чего начать? Какое-то время я думал над тем, что именно послужит вступительным примером к игровому применению ядерного оружия, но, когда мой взгляд упал на диск Venom. Codename: Outbreak, сомнения рассеялись. Нет, здесь не было баллистических ракет или стратегических бомбардировщиков. Испанский десантник Prof и украинский подрывник Joker на собственном горбу должны были пронести ядерный заряд в пещеру, где затаился главный враг человечества, активировать бомбу и эвакуироваться с острова живыми. Вроде бы ничего особенно драматичного, но бесконечные блуждания по пульсирующему и сводящему с ума лабиринту и лихорадочные поиски выхода, когда пошел обратный отсчет, — это был настоящий адреналин.

Впрочем, доставлять в логово врага атомную бомбу доводится нечасто. Иногда приходится деактивировать атомные бомбы в условиях жесточайшего цейтнота (Логан из Chrome Gold), выносить их из рентгенкабинетов (вспомните «лысого со штрих-кодом»), предотвращать перевозки ядерных боеголовок террористами (старый знакомый Джон Маллинз) или даже в затяжном прыжке расстреливать датчики давления падающей бомбы (CTSF — Nemesis Strike).

Да что мы все о бомбах и о бомбах? К примеру, в том же Unreal Tournament ракетная установка Redeemer — это же просто какой-то квадратный километр горя с ручным наведением на цель. А в «Код доступа: рай», помнится, был ядерный гранатомет. Требовал он, правда, большого умища (интеллект 140), но заметно помогал, особенно при крупных стычках.

CTSF — Nemesis Strike     скриншот, 150KB
Так близко на ядерную бомбу редко удается взглянуть. Да еще и в полете.
Commandos — StrikeForce     скриншот, 147KB
Где-то неподалеку — завод по производству тяжелой воды. Надо его уничтожить.

(Следует заметить, что игроделы, как правило, не заморачиваются с конструкциями и классификациями. Ядерный взрыв — он, как говорится, и в Африке ядерный взрыв. А плутониевая была бомба или урановая — это уже дело десятое...)

В основном, конечно, боевики от первого лица гораздо чаще предлагают предотвратить использование ядерного оружия, нежели самим его использовать. Сюжет, конечно, избит до полусмерти, но зато дает возможность почувствовать себя не просто «крепким орешком», но и натуральным спасителем всего прогрессивного человечества.

Бывает и так, что приходится косвенно противостоять грядущей ядерной погибели. В Blazing Angels и Commandos — StrikeForce есть миссии, посвященные разведке и уничтожению германского завода по производству тяжелой воды, построенного в Норвегии.

Глобальные стратегии — особая статья. Здесь, как вы сами понимаете, все глобально и стратегично. И ядерное оружие — тоже. Однако вопреки кажущейся тотальности ядерного оружия принцип «кто первый встал, того и тапки» обычно не работает. Разработчики тоже газеты читают, а посему прекрасно осведомлены и о радиоактивном заражении, и о глобальном потеплении, и о негативном международном резонансе... Все это обрушится на голову ядерного агрессора в заранее предусмотренном объеме. Более того, предусмотрены и более тонкие ходы. К примеру, в той же Civilization IV вполне можно избежать появления ядерного оружия, если успеть подписать соответствующий договор о неприменении. Ну, а если с договором вышла заминка и вы прозевали Манхэттенский проект, то противоракетная оборона и собственный ядерный арсенал — тоже неплохая гарантия неприменения. Все как в жизни.

Civilization IV     скриншот, 149KB
Похоже, Манхэттенский проект проворонили. И свои владения не защитили.
C&C Generals     скриншот, 140KB
Тактическое ядерное оружие — очень удобная вещь при наступлении.

Роль ядерного оружия в глобальных стратегических играх практически та же, что и в окружающей нас реальности, — во-первых, это способ проведения политики, а во-вторых — подстегивание экономики и развитие передовых технологий. Шутка ли дело: в Civilization IV, например, для создания ядерного оружия требуется исследовать ракетостроение, расщепление ядра, а также иметь доступ к стратегическому ресурсу урану, который становится виден на карте после изучения физики. Разумеется, в жизни все гораздо сложнее, но и таких условий хватает за глаза.

В стратегиях реального времени также встречается вполне действенное ядерное оружие. Более того, именно этот жанр больше всего склонен к атомным бомбам или баллистическим ракетам. И не только ракетам или бомбам, кстати.

В C&C Generals у китайцев есть вполне приличная ствольная артиллерия, стреляющая ядерными снарядами. Причем стреляющая возмутительно далеко, до отвращения точно и омерзительно эффективно. В StarCraft пушек и китайцев нет, зато есть ядерные пусковые шахты и «Призраки», не менее эффективные.

Blazing Angels     скриншот, 145KB
А здесь нам добраться до завода проще, мы — на крыльях.
Rise of Nations     скриншот, 122KB
Ну вот, строили-строили... Опять армагеддон.

Но это покажется невзрачными цветочками по сравнению с «ядерным разгулом» MAD: Global Thermonuclear Warfare или массированными ракетными ударами Defcon.

А вот в Rise of Nations любителей беспредела ждет облом — здесь не любят «ястребов» и могут покарать их экономическим эмбарго. То есть, говоря проще, обидятся и перестанут торговать.

Как видите, в RTS ядерное оружие гораздо более востребовано по своему боевому назначению. Здесь им вполне охотно пользуются, и здесь оно, как и любое другое оружие, имеет свои положительные и отрицательные стороны.

В ролевых играх ядерному оружию места отведено не особо много. Оно и понятно — когда вокруг «ярче тысячи солнц», становится не до отыгрыша. А вот когда мировая ядерная война отгремела, а радиация на большей части территории снизилась до приемлемого уровня — тут-то самое время покинуть родное убежище №13 и бесстрашно отправиться за поисками водяного чипа.

Иногда разработчики игр любят порадовать игрока ядерной феерией в конце игры. О Venom. Codename: Outbreak я уже упоминал. Помните финальный видеоролик с вспухающим на горизонте ядерным взрывом? Нечто подобное, только куда менее достоверно, показано в F.E.A.R..

 106KB
Момент вспышки. Сейчас на ее месте появится грибок.
MAD: Global Thermonuclear Warfare     скриншот, 83KB
Вражеские ракеты пошли на цель. У оппонента, похоже, сдали нервы.

В реальности удаление стержней-поглотителей из реактора не вызовет ядерный взрыв. А если и вызовет, вряд ли вертолет сможет уйти из зоны поражения, учитывая ударную волну и электромагнитный импульс. Впрочем, в F.E.A.R. Extraction Point становится ясно, что вертолет действительно не ушел...

В Silent Storm и «Серп и Молот» ядерный взрыв можно посмотреть только в том случае, если вы сделаете ошибку и допустите проигрыш. В первом случае Молот Тора создаст кустарное ядерное устройство и взорвет его, а во втором — убийство агента и потеря информации приводят к ядерной войне с США.


***

В общем и целом, в компьютерных играх ядерного оружия — навалом. А вот использовать его, тем более использовать безнаказанно — не удается. И это правильно. Слишком уж опасная игрушка. А теперь от игрушек давайте перейдем к их еще более опасным реальным аналогам и немного разберемся, что здесь к чему.

Хроника несостоявшегося «армагеддона»

История — утомительная прогулка от Адама до атома.

Леонард Луис Левинсон

С 6 августа 1945 года человечество получило очередную историческую точку отсчета. Переоценить ее значение крайне трудно, поскольку демонстрация эффективности и мощи ядерного оружия положила начало новым международным отношениям, заставила правительства лихорадочно пересматривать свои точки зрения и приоритеты, дала основательный толчок развитию многих наук, до той поры считавшихся академическими или даже схоластическими.

К вопросу о приоритетах

 68KB

Как вы понимаете, атомная бомба появилась на свет не в день бомбардировки Хиросимы. Впрочем, до сих пор нет однозначного и общепринятого мнения о датировании факта появления ядерного оружия. Одни полагают, что первопричиной открытия цепной реакции деления стала всемирно известная формула E0=mс2, выведенная в 1900 году Анри Пуанкаре и ставшая частью математического аппарата, предложенного Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Другие копают еще глубже и заявляют, что «отцом ядерного оружия» с полным основанием можно считать Анри Беккереля, открывшего в 1896 году естественную радиоактивность солей урана. Кто-то утверждает, что до введенной в 1911 году Эрнестом Резерфордом ядерной модели атома все предыдущие изыскания были пустым звуком. Знающие ядерную физику не понаслышке возражают предыдущим оппонентам, что открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году и оказалось ключевым для дальнейших экспериментов по расщеплению ядра.

Думаю, лучшим решением будет оставить в стороне вопрос приоритетов, поскольку ничего полезного в плане исторической справедливости его разрешение не даст, а лишь породит бесконечную дискуссию типа «кто на самом деле построил дом». Итак, долой академические споры и вернемся к экспериментальной физике атомного ядра.

1896 — Открытие радиоактивности Беккерелем.

1900 — Пуанкаре выводит формула E0=mс2.

1911 — Резерфорд предлагает ядерную модель атома.

1932 — Чедвик открывает нейтрон.

1938 — Эксперименты по бомбардировке урана нейтронами (Ган).

1939 — Жолио-Кюри делает заключение о возможности цепной реакции.

1941 — Рузвельт решает финансировать исследования в области ядерного оружия. 

1942 — Начало Манхэттенского проекта.

1942 — Ферми проводит первую цепную реакцию.

1943 — Курчатов начинает работу над советским ядерным оружием.

1945 — Бомбардировка Хиросимы и Нагасаки.

1949 — Первый советский атомный взрыв.

1952 — Первый термоядерный взрыв.

1955 — Испытания советского термояда.

Начало большого пути

 98KB
Основоположники. Отто Ган, Фриц Штрассман, Роберт Фриш и Лизе Мейтнер.

Перечислить всех без исключения ученых, внесших вклад в развитие ядерной физики, в рамках журнальной статьи просто нереально. Поэтому я ограничусь лишь теми, кто, на мой взгляд, знаменовал очередные этапы в развитии того направления, которое и привело к созданию ядерного оружия.

В 1938 году два немецких химика Отто Ган и Фриц Штрассман провели серию экспериментов по бомбардировке ядер урана тепловыми нейтронами.

При этом был отмечен положительный выход энергии, который смогли теоретически объяснить два австрийских физика — Отто Роберт Фриш и Лизе Мейтнер. Важнейшим результатом этой серии экспериментов стала уточненная оценка критической массы урана-235, проведенная Робертом Фришем и Рудольфом Пайерлсом. Само понятие критической массы было введено французским физиком Фрэнсисом Перреном.

 32KB 40KB 39KB 27KB
Фредерик Жолио-Кюри, Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Энрико Ферми.

В начале 1939 года французский физик Фредерик Жолио-Кюри, изучив опубликованные данные по расщеплению ядра урана, сделал вывод, что возможны такие условия цепной реакции деления, при которых она приобретет взрывной характер. Именно заключение Жолио-Кюри и положило начало разработке ядерного оружия.

Следует отметить, что сам Жолио-Кюри видел в цепной реакции деления в первую очередь источник энергии, а не оружия. Для проведения дальнейших экспериментов в области ядерной энергетики он приобрел у Норвегии весь имеющийся в наличии запас тяжелой воды. Но мировая война, полыхавшая в Европе, не способствовала мирным исследованиям. Оккупация Франции фашистами заставила Жолио-Кюри переправить в Великобританию все свои запасы, которые впоследствии были использованы для разработки ядерного оружия.

Это интересно: нобелевский лауреат Вернер Гейзенберг, который работал на нацистов, в самом начале войны ездил в Голландию к нобелевскому лауреату Нильсу Бору и, как физик физику, рассказывал про атомную бомбу. Агитировал ли он сотрудничать с нацистами или, наоборот, отговаривал — это до сих пор загадка. Но Бор в итоге сумел сбежать из оккупированной Голландии в США, где под вымышленной фамилией Бейкер участвовал в создании американской атомной бомбы. А Гейзенберг остался в Германии.

И, наконец, в 2 часа 20 минут 2 декабря 1942 года впервые в мире была осуществлена цепная реакция деления ядер урана-235. Провел ее Энрико Ферми.


***

 91KB

Понимая стратегическую важность обладания новым сверхмощным оружием, Германия, Великобритания, США и Япония начали форсированные прикладные исследования по его созданию.

Камнем преткновения, как и следовало ожидать, оказался уран-235. Технологии разделения изотопов того времени были крайне несовершенными. Они вполне подходили для наработки лабораторных количеств, но в плане промышленного применения были практически бесполезными. Соединенные Штаты быстро разобрались в ситуации и поняли, что без урана не будет бомбы. Поэтому американское правительство уже в 1940 году закупило большое количество урановой руды у Бельгии, используя подставных лиц. На тот момент такая махинация была возможна, поскольку все работы велись в атмосфере строжайшей секретности и истинную ценность урановой руды мало кто осознавал. Таким образом, США получили заметное материальное преимущество еще в самом начале гонки ядерных исследований.

Незримый бой

Пришлось основательно поработать и разведкам государств, разрабатывавших атомную бомбу. Как только военные и политики уяснили для себя всю значимость нового оружия, они моментально присвоили высший гриф секретности всем исследованиям, связанным с этим вопросом.

 31KB
Л.Р. Квасников.

Разумеется, научные коллективы, занимавшиеся разработкой ядерного оружия, не шли по одному пути. Каждый из них строил исследования на основании своих материальных возможностей и научных данных. Основной вопрос, стоявший на повестке дня, касался количества урана, необходимого для взрыва, и его изотопного состава. Вполне понятно, что теоретические оценки — это одно, а военная промышленность требует экспериментального подтверждения. Загвоздкой было то, что маленький «лабораторный» взрыв ядерного заряда невозможен. Здесь не проходили никакие экспериментальные методики, касающиеся химической взрывчатки. Очень уместной в этом плане была фраза, приписываемая И.В. Курчатову: «Прибор должен работать не в принципе, а в кожухе».

Как и в любых других передовых областях, впереди оказывался тот, кто лучше шпионил за другими и не позволял шпионить за собой. Количество дезинформации, сгенерированной контрразведками стран, разрабатывающих ядерное оружие, не поддается никакому учету. Отголоски этой дезинформации существуют и поныне, трансформировавшись в мифы.

 36KB
Дональд Маклин.

Особое рвение в вопросе разведки проявил Советский Союз. Уже в апреле 1941 года было создано специальное подразделение научно-технической разведки, возглавляемое Леонидом Квасниковым. Его задачей стал тщательный и систематический сбор сведений о ходе ядерных исследований в других странах, получивших название «Энормоз».

Лондонская резидентура НКВД оказалась самой удачливой. Уже в сентябре 1941 года ей удалось получить первые достоверные материалы о том, что идея создания атомного оружия приобрела в Англии реальные очертания. От агента внешней разведки Дональда Маклина поступили документальные данные о том, что английское правительство серьезно прорабатывает вопрос о создании бомбы невероятной разрушающей силы, основанной на действии атомной энергии.

Однако информация лондонской резидентуры вызвала недоверие Л. Берии, который считал, что «враги» специально подсовывают дезинформацию, чтобы вынудить СССР в опасное военное время пойти на колоссальные расходы и тем самым ослабить его обороноспособность. Лондонская резидентура не успокоилась и продолжила сбор и систематизацию материалов. 22 декабря 1942 года из Лондона в Москву поступает подробный отчет о работах по ядерному оружию, которые ведутся как в самой Англии, так и в США. Из полученных документов следовало, что американцы значительно опережали англичан в деле разработки атомной бомбы.

 30KB
Клаус Фукс.

С исследованиями США получилась другая накладка. Несмотря на значительное количество оперработников, штатовская резидентура проворонила решение администрации США о выделении крупных средств на создание атомного оружия и разворачивании ядерной исследовательской программы S-1. Причиной такого наплевательского отношения была четкая установка на добывание документации по имеющемуся вооружению. Само собой, при таком подходе никому не было дела до каких-то теоретических исследований. А когда руководство СВР забеспокоилось всерьез, то оказалось, что исследователи США надежно прикрыты контрразведкой. Только 27 мая 1943 года Москва направила в США подробную ориентировку о работе по «Энормозу» с указанием объектов проникновения.

В ноябре 1943 года в США для работы по «Энормозу» выехал ряд ведущих ученых из Англии, в том числе Клаус Фукс, немецкий эмигрант, член компартии Германии.

Ранее он занимался исследованиями в области быстрых нейтронов в Бирмингемском университете и был завербован разведкой ГРУ. За время работы с военной разведкой Фукс передал советской стороне ряд расчетов по расщеплению ядра и созданию атомной бомбы. Всего от Фукса за период с 1941 по 1943 годы было получено семь весьма ценных материалов.

Это интересно: по свидетельствам военных аналитиков, информация, переданная Клаусом Фуксом, привела к форсированному созданию ядерного оружия в СССР и сделала бессмысленными несколько стратегических планов США по атомной бомбардировке городов Советского Союза. Кодовые наименования этих планов: Bushwhacker, Broiler, Sizzle, Shakedown, Dropshot, Trojan, Pincher и Frolic.


***

Согласно современным данным, в отношении ядерных исследований, проводимых нацистской Германией, советская разведка затратила куда больше сил, чем эти исследования заслуживали. Причиной такого положения вещей была крайне противоречивая информация, поступавшая от немецкой резидентуры. Согласно одним донесениям, немцы добились значительных результатов, по другим выходило, что Германия при ее экономическом и военном положении не может вести сколько-нибудь серьезных научных работ в области «Энормоз».

К примеру, 14 марта 1942 года пришло очень настораживающее сообщение нашего разведчика:

По имеющимся у нас достоверным данным, в Германии, в Институте имени кайзера Вильгельма, под руководством Отто Гана, Гейзенберга и фон Вайцзеккера разрабатывается сверхсекретное ядерное оружие. По утверждению высокопоставленных генералов вермахта, оно должно гарантировать рейху победу в войне. Исходным материалом для ядерных исследований используется так называемая тяжелая вода. Технологический процесс ее изготовления налажен в норвежском городе Рьюкане на заводе «Норск Хайдро». В настоящее время решается задача увеличить мощность «Норск Хайдро» и довести поставки тяжелой воды в Германию до 10 000 фунтов в год. Вадим.

 23KB
Фотография ядерного взрыва через одну миллисекунду после детонации. Время экспозиции — 3 микросекунды.
 142KB
Фотографий завода тяжелой воды до налета авиации не сохранилось.

Разумеется, подобные сведения вызывали вполне обоснованное беспокойство и заставляли СВР обращать самое пристальное внимание на ядерную деятельность Германии.

Профессор истории из Union College Марк Уокерс на основании рассекреченных несколько лет назад документов допроса немецких физиков Дибнера и Герлаха делает вывод, что нацисты не могли получить к концу войны урановую бомбу. Максимум, чего они могли добиться, — изготовление так называемой «грязной бомбы», в которой частицы радиоактивного вещества распылялись обычной химической взрывчаткой.

Последний удар по германскому ядерному проекту был нанесен 20 февраля 1944 года, когда железнодорожный паром, перевозящий весь наличный запас тяжелой воды (15 тонн) из Норвегии в Германию, был уничтожен в результате блестяще проведенной диверсионной операции. Германия окончательно лишилась возможности запустить ядерный реактор для дальнейших исследований цепной реакции деления.

Тем не менее тема секретного «вундерваффе» Третьего рейха муссируется до сих пор. Впрочем, это и не удивительно, если вспомнить о немецких «летающих тарелках» и гитлеровских «космонавтах». К примеру, немецкий историк Райнер Карльш утверждает, что экспериментальный ядерный взрыв был произведен Германией на острове Рюген весной 1945 года. По его словам, разрушению подверглись все постройки в радиусе пятисот метров. Учитывая то, что сейчас известно о ядерных технологиях, подобное заявление выглядит крайне сомнительным, особенно если учесть, что исследователь ссылается на некие проекты патентов бомбы, датированные аж 1941(!) годом, и на обнаруженный им «первый работоспособный немецкий атомный реактор в окрестностях Берлина».

Манхэттенский проект

США оказались первыми. Анализу причин этого первенства посвящена масса научных работ. Историки признают и дальновидность администрации Рузвельта, и интеллектуальную мощь научного эшелона «Манхэттенского проекта», состоящего из американских, канадских и европейских ученых мирового уровня, и заокеанское расположение государства, на территорию которого не упала ни одна немецкая бомба, и то количество научно-исследовательской документации, которое оказалось в распоряжении американских ученых после того, как Великобритания добровольно передала США всю документацию по своему ядерному проекту Tube Alloys. Разумеется, такая сумма благоприятных факторов делала успех неизбежным.

 27KB
Франклин Делано Рузвельт.

О «Манхэттенском проекте» написано очень много. Есть и отличная статья Стивена Шейпина, опубликованная в London Review of Books, и книга «Теперь об этом можно рассказать» за авторством самого Лесли Гроувза, и нашумевшие в свое время нравственные переживания Сильвана Швебера и Мэри Палевски. Есть множество справочно-исторических материалов на эту тему. Лучший из документов подобного рода — официальный отчет о разработке атомной бомбы под наблюдением правительства США за авторством Г.Д. Смита, названный «Атомная энергия для военных целей». Именно по причине обилия достаточно достоверных источников я не стану развернуто описывать этот проект, а ограничусь лишь краткой информацией и схематичной хронологией.

 46KB
Лео Сциллард.

В 1939 году американский физик Л. Сцилард, осознающий всю важность ядерных исследований, пришел к выводу, что только воздействие самого высокого научного авторитета непосредственно на верховную власть может помочь началу работ по ядерному оружию. Сцилард уговорил Эйнштейна, работавшего тогда в США, написать письмо президенту Рузвельту. Письмо подействовало.

6 декабря 1941 года администрация Рузвельта, обеспокоенная исследовательской работой нацистской Германии, приняла ряд решений о финансировании производства собственной ядерной бомбы. Эти решения были таковы:

— признать, что возможность создания атомных бомб для применения их в нынешней войне достаточно велика, чтобы оправдать огромные усилия для их разработки;

— реорганизовать Урановую секцию Исследовательского комитета национальной обороны, известную также как Секция S1.

18 июня 1942 года полковник Джеймс Маршалл получает приказ организовать производственную базу для объединения усилий ученых и инженеров по созданию ядерного оружия. Новая организация была создана в августе 1942 года и получила название Manhattan Engineer District, а позже — просто The Manhattan Project.

Возглавил проект 46-летний полковник инженерных войск Лесли Гроувз, незамедлительно произведенный в генералы. С его назначения, вступившего в силу 17 сентября 1942 года, можно отсчитывать активную фазу работ по проекту.

Это интересно: выпускник Уэст-Пойнта Лесли Гроувз известен не только как руководитель The Manhattan Project и автор мемуаров. Под его непосредственным руководством было построено здание Министерства обороны США, известное как Пентагон, причем построено оно было в два раза быстрее отведенных сроков.

 38KB
Лесли Гроувз.

Само производство Гроувза в генеральский чин довольно примечательно. Когда ему объявили новое назначение, то пообещали произвести в генералы в самое ближайшее время. Гроувз, как выяснилось, за словом в карман не лазил и тут же предложил свой вариант: «Целесообразнее сначала мне присвоить звание, а потом уже представлять меня участникам проекта. Пусть они не считают, что вытащили меня в генералы. Я их начальник, а не они мои благодетели». Тем не менее звание бригадного генерала армии США Гроувз получил через пять дней после официального назначения.

 35KB
Роберт Оппенгеймер.

Гроувз ни бельмеса не смыслил в ядерной физике, но зарекомендовал себя как прекрасный организатор и администратор. По свидетельствам участников проекта, именно его напористость и непреклонность во многом определила успех всего мероприятия в целом, хотя и доводила временами ученых до белого каления. Единственным человеком, с которым у Гроувза сложились хорошие отношения, оказался 38-летний профессор физики университета Беркли Роберт Оппенгеймер, лично приглашенный самим новоиспеченным генералом в качестве научного руководителя проекта.

Научный корпус «Манхэттенского проекта» составляли более двухсот человек (в их числе — 12 нобелевских лауреатов), среди которых были такие величины современной физики, как Нильс Бор, Энрико Ферми и Артур Комптон.

 44KB
Пол Тиббитс.

Первоначальная стоимость проекта была оценена в сто миллионов долларов. Тогда никто не мог и предполагать, что в общей сложности на «Манхэттенский проект» будет затрачено свыше двух миллиардов (на сегодняшний день ориентировочный эквивалент — 26 миллиардов). В Лос-Аламосе (Нью-Мексико) была создана Национальная лаборатория (LANL), заложен испытательный полигон в Аламогордо (штат Нью-Мексико), а в Оук Ридж (Теннесси) построен огромный завод по добыче и обогащению урана. Эти объекты функционируют и на сегодняшний день.

Проект был окружен настолько плотной завесой секретности, что даже Госдепартамент США узнал о его существовании только в 1945 году. Впрочем, как я уже говорил, это не помешало советской разведке осенью 1943 года внедрить в научный состав проекта своего агента.

В конце 1943 года стало ясно, что габариты будущего ядерного устройства позволят транспортировать его к месту назначения по воздуху. Немедленно был дан старт проекту «Альберта», целью которого стало создание специализированного армейского подразделения, способного обеспечить боевое применение ядерного оружия. В программе «Альберты» предусматривались изменения конструкции бомбардировщиков B-29 «Superfortress», а также подготовка их экипажей.

Это интересно: в сентябре 1944 года проект «Альберта» был реорганизован, передан в подчинение подполковнику ВВС США Полу Тиббитсу и получил наименование «подразделение 509». Это подразделение существует по сегодняшний день — 509-е бомбардировочное авиакрыло ВВС США (авиабаза Уайтмен, штат Монтана).

Работы 1944 года велись сразу по трем направлениям: разработка бомб, получение урана-235 и плутония-239 в промышленных масштабах, подготовка к боевому применению.

 57KB
Ядерный полигон Аламогордо имеет очень будничный и невзрачный вид.

В августе года Гроувз делает первые прогнозы относительно даты завершения проекта — весна 1945 года. ВВС США начинают модернизацию семнадцати бомбардировщиков B-29.

 145KB
Лос-Аламосская национальная лаборатория.

Сентябрь оказался трудным месяцем. Пушечная схема урановой бомбы не давала сомнений в ее работоспособности, но количество обогащенного урана-235 на этот момент исчислялось граммами, а путей к его быстрому получению пока не нащупывалось. С плутониевой бомбой дела обстояли с точностью до наоборот: методика получения плутония-239 существовала, но уверенности в имплозионной схеме не было.

26 сентября года закончены работы по первому полноразмерному реактору-размножителю «B-Pile» для производства плутония. Расчетная мощность реактора 250 МВт, производительность 6 кг плутония в месяц.

27 октября Оппенгеймер принимает решение о месте будущего испытания в долине Джордана дел Муэрто, штат Нью-Мексико (полигон Аламагордо).

К концу года проводятся успешные испытания детонационных линз, что укрепляет уверенность в создании имплозионной плутониевой схемы.

В 1945 году проект вступает в завершающую стадию. Достаточное количество обогащенного урана (порядка 40 кг) планируется получить к началу июля.

18 января успешно проведен эксперимент под кодовым названием «Дракон». Цель эксперимента — достижение критической конфигурации расщепляющегося материала. Выход мощности — 20 МВт в течение 3 миллисекунд.

В феврале проект урановой бомбы полностью завершен и утвержден. Планируется боевое испытание одного экземпляра. Проект по плутониевой бомбе окончательно утверждается лишь в конце марта, после повторных успешных испытаний имплозионных линз.

 150KB
Стотонный тест в Аламогордо. Именно он — та «линейка», которой измеряют килотонны.
 149KB
Просто «Штуковина». Именно так переводится английское слово «gadget».

27 апреля создается предварительный список целей для атомной бомбардировки. В его составе 17 позиций, среди которых бухта Токио, Йокогама, Нагойя, Осака, Кобе, Хиросима, Кокура, Фукуока, Нагасаки, Сасебо.

Некоторыми из важных соображений по выбору были:

— дальность полета самолетов, способных нести бомбу;

— желательность визуального бомбометания;

— вероятные погодные условия в районе цели;

— наличие одной основной и двух вторичных целей для каждой миссии;

— выбор целей с учетом максимального подавляющего психологического эффекта.

Большая часть целей впоследствии была исключена, поскольку они подверглись интенсивной бомбардировке, а для оценки эффективности нового оружия требовались неразрушенные цели.

7 мая на полигоне Аламагордо проведен калибровочный «100-тонный тест» — подрыв 108 тонн тротил-гексогеновой смеси, в состав которой введены радиоактивные вещества суммарной активностью 1000 кюри.

10 мая список целей подвергается пересмотру. Теперь в его составе Киото, Хиросима, Йокогама, арсенал в Кокуре.

28 мая — очередной пересмотр списка целей. По рекомендации Тиббитса — Киото, Хиросима, Ниигата. Министр обороны США Генри Л. Стимсон вычеркивает Киото из списка, невзирая на возражения Гроувза. Причина настойчивости Стимсона — его довоенное посещение Киото и память о храмах и музеях древней столицы Японии. Место Киото занимает Нагасаки. Таким образом, окончательный список выглядит так: Хиросима, Кокура, Ниигата и Нагасаки.

К концу июня проводится серия критических испытаний имплозионной схемы. Подтверждается ее пригодность.

 83KB  88KB

11 июля начинается подготовка к тесту «Trinity» и сборка экспериментального плутониевого заряда «Gadget».

14 июля «Gadget» поднимают на 30-метровую башню, устанавливают и подключают детонаторы.

16 июля 1945 года в 5 часов 29 минут 45 секунд производится успешное испытание заряда «Gadget». Мощность взрыва 20-22 килотонны тротилового эквивалента.

Через двадцать секунд после детонации химик Джордж Кистяковски ринулся к Оппенгеймеру: «Оппи, ты должен мне десять долларов!». Как впоследствии выяснилось, предметом пари был вопрос, сработает бомба или нет.


***

Все последующие события, связанные с ядерной бомбардировкой Хиросимы и Нагасаки, к «Манхэттенскому проекту» прямого отношения не имели, поскольку проект был официально закрыт после успешного испытания ядерного устройства «Gadget». Об этих бомбардировках написано столько, что на сумму, вырученную от продажи книг, можно было бы запустить еще один «Манхэттенский проект». Поэтому уж не обессудьте, ограничусь только сухой констатацией фактов.

6 августа 1945 года, 8:15 по местному времени.

 136KB
 102KB
 115KB

Объект бомбардировки — город Хиросима. Носитель — бомбардировщик B-29 «Enola Gay». Командир П. Тиббитс, пилот Р. Льюис, бомбардир Т. Фереби. Ядерное устройство — 4-тонная урановая бомба Mk-I «Little Boy» с тротиловым эквивалентом 13-16 кт. Высота подрыва 576 метров над эпицентром.

По данным исследовательской группы «Хиросима», из 306 545 жителей пострадало от взрыва 176 987 человек. Погибло и пропало без вести 92 133 человека, тяжелые ранения получили 9428 человек и легкие ранения — 27 997 человек. На сегодняшний день эти данные считаются заниженными, а действительное количество погибших оценивается в 150 тысяч.

Все наземные объекты в радиусе 2 км от эпицентра взрыва были полностью уничтожены, а в радиусе 12 км подверглись более или менее значительным разрушениям. Взрывной волной и пожарами, возникшими от термического удара, разрушено 67% городских построек.

 92KB
Хиросима — перед взрывом...
 71KB
...и после него.

9 августа 1945 года, 11:02 по местному времени.

 117KB
 100KB
 112KB

Объект бомбардировки — город Нагасаки. Носитель — бомбардировщик B-29 «Bock's car». Командир Ф. Бок, пилот Ч. Суини, бомбардир Р. Бихэн. Ядерное устройство — 4,6-тонная плутониевая бомба Mk-III «Fatman» с тротиловым эквивалентом 21 кт. Высота подрыва 503 метра над эпицентром.

Подрыв ядерного заряда произошел в идеальной позиции для нанесения максимального ущерба промышленным объектам — сталелитейному и оружейному заводу Mitsubishi, торпедному производству Mitsubishi-Urakami, двум газовым заводам, текстильным и химическим фабрикам.

Уничтожение жилых построек на этот раз было минимизировано. По данным исследовательской группы «Нагасаки», число человеческих жертв составило 64 тысячи человек.

 149KB
Нагасаки перед взрывом...
 144KB
... и после него.

Ответный ход

 37KB
Я.Б. Зельдович.
 37KB
Ю.Б. Харитон.

Несмотря на то, что первые советские эксперименты по цепной реакции деления проводились еще в 1939-1941 годах сотрудниками Института химической физики АН СССР Яковом Зельдовичем и Юрием Харитоном, дальнейшие работы в этом направлении были свернуты до 1943 года. Великая Отечественная война перечеркнула все последующие исследовательские планы. Институты, учреждения, заводы в спешном порядке эвакуировались за Урал, где незамедлительно разворачивались и под категоричным лозунгом «Все для фронта, все для победы» приступали к производству и модернизации уже разработанного оружия, которого так не хватало на фронтах. Разумеется, при таком положении вещей заниматься какими-либо академическими исследованиями было практически невозможно. Нехватка ассигнований, материалов, сотрудников, площадей — все это делает экспериментальную физику абсолютно бессильной.

Впрочем, Зельдович и Харитон подготовили некоторую теоретическую базу для будущих ядерных исследований. Ежегодник «Успехи физических наук» 1941 года (том XXV, вып. 4) опубликовал их статью «Механизм деления ядер».

Это интересно: своеобразно сложилась судьба серии статей Я.Б. Зельдовича и Ю.Б. Харитона о теории цепного распада урана. Две статьи были опубликованы в журнале «Успехи физических наук» еще в 1940 и 1941 годах. Третья — «Механизм деления ядер. Часть II» — появилась в том же журнале только через сорок три года после написания.

 29KB
И.В. Курчатов.

После того, как военная разведка накопила достаточное количество неоднократно подтвержденных агентурных сообщений о зарубежных широкомасштабных исследованиях в области создания принципиально нового оружия колоссальной разрушительной силы, Государственный комитет обороны издал распоряжение ь2352 «Об организации работ по урану», датированное 28 сентября 1942 года.

После некоторой бюрократической волокиты, связанной с распределением функций ответственности и контроля, 11 февраля 1943 года ГКО принимает решение об организации научного подразделения «Лаборатория ь2 АН СССР», которое в марте этого же года возглавляет Игорь Васильевич Курчатов.

Первоначальный состав лаборатории №2 насчитывал семь человек: А.И. Алиханов, А.А. Арцимович, И.К. Кикоин, И.В. Курчатов, И.Я. Померанчук, К.А. Петржак, Г.Н. Флеров. В 1944 году прибыло пополнение — сотрудники ИХФ АН СССР, вернувшегося из эвакуации, среди которых были и Я.Б. Зельдович и Ю.Б. Харитон.

 30KB
Л.П. Берия.

По причине крайне скудного финансирования лаборатория не проводила широкомасштабных работ, ограничиваясь изучением и систематизацией получаемых из-за границы сведений. Сведения эти были крайне разрозненными и неполными, поскольку агенты советских резидентур не могли оценить важность и своевременность добытой ими информации.

После атомных бомбардировок 6 и 9 августа 1945 года советское правительство в полной мере осознало степень отставания СССР по ядерному оружию и издало ряд постановлений, направленных на форсирование исследований и производство атомной бомбы.

20 августа 1945 года руководителем программы по созданию ядерного оружия становится Л.П. Берия.

Он возглавляет Специальный Комитет (СК), в состав которого вошли Б.Л. Ванников, Г.М. Маленков, Н.А. Вознесенский, А.П. Завенягин, И.В. Курчатов, П.Л. Капица, М.Г. Первухин.

Для решения технических вопросов при СК был создан Технический Совет (ТС СК) под руководством наркома боеприпасов Б.Л. Ванникова. В его состав вошли такие значительные фигуры отечественной физики, как Кикоин, Иоффе, Капица, Харитон.

 33KB
П.М. Зернов.

30 августа распоряжением Совнаркома ь2227-567 создается Первое Главное Управление при СНК СССР. В его состав входили начальники и первые заместители различных наркоматов. При ПГУ был свой Технический Комитет, практически идентичный по составу ТС СК.

Семь с лишним месяцев было потрачено на добычу необходимой информации. Послевоенная разруха не позволяла ассигновать миллиарды рублей на проект, аналогичный «Манхэттенскому». Да и время поджимало, поскольку атомная бомба как гарантия ненападения требовалась как можно быстрее.

9 апреля 1946 года Совет Министров СССР издает распоряжение ь806-327 о создании КБ-11 — специального конструкторского бюро по разработке ядерного оружия, вокруг которого постепенно возник номерной город, получивший 17 марта 1954 года название Кремлев (впоследствии был переименован в Арзамас-16, а ныне — Саров).

Руководителем КБ был назначен заместитель Наркома танковой промышленности П.М. Зернов, а главным конструктором — Ю.Б. Харитон.

Это интересно: первое несекретное название КБ-11 — база 112 Главгорстроя СССР. Основными задачами нового объекта значились «разработка конструкции и изготовление опытных образцов реактивных двигателей».

 82KB
РДС-1 — копия американского «Толстяка».
 148KB
Первый советский ядерный взрыв на Семипалатинском полигоне.

Перед КБ-11 была поставлена задача создания атомных бомб двух схем — урановой с пушечным сближением и плутониевой имплозионной. Сроки на создание действующих образцов отводились жесткие: испытание плутониевого заряда намечалось до 1 января 1948 года, уранового — до 1 июня 1948 года. К выполнению списка работ, возложенных на КБ-11, было подключено 12 институтов. Штат КБ в период с 1946 по 1949 годы возрос с 333 до 1499 человек. Тем не менее в намеченные сроки уложиться не удалось.

1949 год стал решающим. В апреле на уральском комбинате ь 817 был выплавлен первый королек металлического плутония массой почти в девять грамм, и после этого началось нарастающее накопление плутония для первого заряда. Всего за 26 дней до испытания были получены необходимые килограммы плутония.

Первое испытание советской плутониевой бомбы на Семипалатинском испытательном полигоне было запланировано на 8 часов утра 29 августа 1949 года, но все более ухудшавшаяся с каждой минутой погода заставила произвести взрыв на час раньше. В это время над полигоном бушевал шторм. То, что наземный ядерный взрыв порождает значительное радиоактивное заражение местности, а радиация убивает все живое, ни для кого уже не было секретом. Но все-таки решили взрывать, несмотря на погодные условия.

Название ядерного устройства РДС-1 (Россия Делает Сама) придумал Курчатов, а утвердил лично И.В. Сталин. Название было несколько комичным, поскольку конструкция бомбы практически повторяла американскую Mk-III, а схема испытаний почти ничем не отличалась от эксперимента в Аламогордо (вплоть до высоты башни, на которой был размещен заряд).

Это интересно: «отец народов» так и не подписал решение о проведении первого ядерного испытания. Для этого существовал незаменимый Лаврентий Павлович. Неудача стала бы катастрофой для всех без исключения участников проекта. А вождь всегда должен быть вне ошибок. Этот принцип соблюдался Сталиным неукоснительно.

Еще более забавным и отражающим суть «двойной правды» советской эпохи было заявление ТАСС, опубликованное через месяц после подрыва РДС-1. В нем говорилось, в частности, что «в Советском Союзе, как известно, ведутся строительные работы больших масштабов, которые вызывают необходимость больших взрывных работ с применением новейших технических средств». Далее со ссылкой на заявление В.М. Молотова от 6 ноября 1947 года заявлялось: «Советский Союз овладел секретом атомного оружия еще в 1947 году». И лишь 8 марта 1950 года заместитель Председателя Совета Министров СССР К.Е. Ворошилов объявил, что СССР обладает атомной бомбой. Поневоле вспоминается афоризм Френсиса Бэкона: «Чем менее история правдива, тем больше она доставляет удовольствия».

Термоядерная «пузомерка»

Через некоторое время после ядерных событий сороковых годов стали подумывать и о термоядерном оружии. Не исключено, однако, что какие-то предварительные работы по водородной бомбе США начали сразу же после завершения «Манхэттенского проекта».

Первое же официальное сообщение о начале работ по термоядерной программе США президент Трумэн сделал 30 января 1950 года. Насколько известно сейчас, США на тот момент не располагали какими-либо удачными предположениями по поводу практической реализации неуправляемого термоядерного синтеза. Основную идею, получившую название «обжатие излучением», высказали Станислав Улам и Эдвард Теллер в 1951 году. Схема Улама-Теллера и легла в основу американской термоядерной программы.

 38KB
Гарри Трумэн.
 46KB
Эдвард Теллер.
 37KB
Станислав Улам

Причиной подобной торопливости американского президента, вероятно, стал факт создания в СССР ядерной бомбы. Ядерный паритет не входил в планы администрации США, а значит, требовалось новое, еще более разрушительное оружие.

Давайте сделаем маленькое отступление и вернемся на девять лет назад. Эдвард Теллер был включен в состав научного эшелона «Манхэттенского проекта», но счел себя обиженным из-за того, что место главы теоретического отдела досталось не ему. Конфликт амбиций привел к тому, что Оппенгеймер отстранил Теллера от проекта и перевел его на изучение возможности создания термоядерной бомбы, полагая, что дело «мертвое», но занятие смутьяну даст.

 135KB
Первый термоядерный взрыв с положительным выходом энергии.

Именно в то время Теллер впервые сформулировал идею устройства, в котором ядерный заряд служил своеобразным инициатором термоядерной реакции в жидком дейтерии. В 1945 году эта схема получила название «классический супер».

 111KB
Ну и что, что «колбаса»? Зато гриб красивый.

Однако, несмотря на бодро звучащее название, схема оказалась неработоспособной. Теллер крутил ее и так, и этак, но по всем расчетам выходило, что атомной бомбы мощностью в десятки килотонн не хватит. А схема, обеспечивающая мощность больше сотни килотонн, была настолько дорогой, что Теллер мог только мечтать.

В конце августа 1946 года появился проблеск надежды — Теллеру пришла в голову мысль, оформившаяся как вполне работоспособная схема «Alarm clock». По ряду причин Теллер не стал разрабатывать это направление, а вернулся к навязшему в зубах «суперу».

В 1950 году Станислав Улам, изучая плутониевую имплозионную схему, предложил для обжатия плутония вместо химической взрывчатки использовать ядерную. Через некоторое время он расширил идею до обжатия таким образом термоядерного заряда. Теллер и раньше подумывал о ядерном обжатии, но по его расчетам выходило, что делу это не поможет. Улам, в свою очередь, провел расчеты и наглядно показал, что при использовании обжатия и ряда других мер термоядерное горение дейтерия не просто возможно, а неизбежно.

9 марта 1951 года Улам и Теллер представили совместный отчет, который вывел термоядерную программу США на завершающую стадию.

Первый американский термоядерный эксперимент состоялся 8 мая 1951 года в рамках операции Greenhouse и получил кодовое название «George». Дополнительный выход энергии, выделенной при термоядерном синтезе, был оценен в 225 кт.

Следующее испытание состоялось 31 октября 1952 года. Устройство под названием «Ivy Mike», собранное по схеме Улама-Теллера, весило 80 тонн, имело мощность 10,4 Мт и получило меткое прозвище «Колбаса». Даже при самой богатой фантазии штуковину такой массы бомбой назвать было сложно. 8 мегатонн обеспечило деление уранового корпуса заряда и только остаток в 2.4 мегатонны приходился на реакцию синтеза.

 84KB
Жертва радиации. Вся медицина Земли бессильна помочь этому ребенку.
 140KB
Первое испытание твердотельной схемы Теллера-Улама.

Американцы возились с криогенными проектами, использующими жидкий дейтерий, вплоть до 28 февраля 1954 года (эксперимент Castle Bravo, Маршалловы острова, атолл Бикини), когда бомба на основе твердого дейтерида лития показала результат 15 мегатонн, в два с половиной раза превышающий ожидаемые 6 мегатонн.

Разумеется, все криогенные схемы были тут же забыты, а программа испытаний претерпела кардинальные изменения. Итогом стала схема Улама-Теллера, объединенная с твердотельным термоядерным горючим.

Кратер от взрыва имел 2 км в поперечнике, глубина его составляла 75 метров. Диаметр плазменного шара за три секунды с момента детонации вырос до 5,5 км. Грибовидное облако за шесть минут достигло высоты 40 км.

Стечение обстоятельств (неожиданно высокая мощность и погодные условия) привело к тому, что жители четырех Маршалловых островов получили значительную дозу облучения, что привело к заболеваниям и рождению детей с генетическими нарушениями.

Экипаж японского рыболовецкого траулера «Daigo Fukuryu-Maru» («Пятый счастливый дракон»), находившегося в 85 морских милях от эпицентра, подвергся воздействию радиоактивных осадков в виде снегоподобного пепла. Рыбаки, совершенно не представляя, с чем столкнулись, затеяли «игру в снежки» на палубе судна. В результате они получили дозу облучения около 300 рентген.

При проведении последующих испытаний зона отчуждения вокруг атолла Бикини была увеличена до радиуса 400 км.


***

 59KB
Пятый счастливый дракон. Воистину, его название — ирония судьбы.

Советская термоядерная программа, несмотря на существенное опоздание на старте, избежала ошибки американцев с жидким дейтерием. С самого начала основные усилия разработчиков под руководством Андрея Дмитриевича Сахарова были направлены на твердотельную схему «слойка» с использованием дейтерида лития.

 41KB
А.Д. Сахаров.

Эта схема также оказалась тупиковой по причине принципиального ограничения мощности, но исключала бессмысленные траты средств на криогенные схемы.

После взрыва «Ivy Mike» советским разработчикам стало ясно, что американцы идут по какому-то другому пути. Мощность 10 мегатонн ни «классический супер», ни «слойка» не могли дать принципиально.

Первые соображения относительно эффекта «обжатия излучением» или «радиационной имплозии» появились у группы Сахарова в начале 1954 года, когда американцы уже взорвали полноценный 15-мегатонный заряд, собранный по двухступенчатой дейтерид-литиевой схеме. Кто именно из группы выдвинул такую идею, теперь уже установить сложно. А.Д. Сахаров в своей книге «Воспоминания» пишет следующее: «По-видимому, к «третьей идее» одновременно пришли несколько сотрудников наших теоретических отделов. Одним из них был и я. Мне кажется, что я уже на ранней стадии понимал основные физические и математические аспекты «третьей идеи». В силу этого, а также благодаря моему ранее приобретенному авторитету, моя роль в принятии и осуществлении «третьей идеи», возможно, была одной из решающих. Но также, несомненно, очень велика была роль Зельдовича, Трутнева и некоторых других, и, быть может, они понимали и предугадывали перспективы и трудности «третьей идеи» не меньше, чем я. В то время нам (мне, во всяком случае) некогда было думать о вопросах приоритета, тем более что это было бы «дележкой шкуры неубитого медведя», а задним числом восстановить все детали обсуждений невозможно, да и надо ли?»

 66KB
Семипалатинск. Первый термоядерный взрыв на территории СССР.

22 ноября 1955 года в 9 часов 47 минут состоялось испытание первого советского термоядерного заряда мегатонного класса РДС-37.

 97KB
Первая советская водородная бомба.

Это испытание было, кроме всего прочего, исторически первым сбросом с бомбардировщика мегатонной авиабомбы. В США такое же было произведено в 1956 году (Redwing Cherokee).

Проектная мощность авиабомбы составляла 3,6 мегатонн, но для испытаний ее снизили в два раза, заменив часть дейтерида лития на гидрид. Никакого усиления взрыва за счет урановых оболочек не предусматривалось, то есть энергетический выход обеспечивался только реакцией синтеза.

В результате испытания погибли три человека, в том числе ребенок. В 175 километрах, в Семипалатинске, ударной волной повыбивало многие стекла. В отдельных местах разрушения отмечались и на расстояниях свыше 300 км. Эти факты объясняли стечением погодных условий, прижавших ударную волну к земле и в два с лишним раза увеличивших радиус ее разрушительного действия.


***

Большая часть термоядерных тестов, проведенных США, состоялась в районе многострадальных коралловых атоллов Бикини (координаты 11% с.ш. 165% в.д.) и Эниветок (координаты 11% с.ш. 162% в.д.).

 36KB
Так выглядит из космоса атолл Бикини, переживший взрывы 67 ядерных и термоядерных бомб.
 150KB
Ядерный полигон в Неваде — крупнейший в США.

За период с 1946 по 1958 год здесь было проведено 110 ядерных испытаний (11 плутониевых бомб и 99 термоядерных). Во время испытаний Castle Bravo атолл Бикини был полностью разрушен.

Кроме полигона на Маршалловых островах США имели несколько континентальных полигонов, один из которых расположен в штате Невада. Здесь в основном проводились подземные ядерные испытания.

Это интересно: 22 сентября 1979 года вблизи острова Буве (Южная Атлантика) со спутника была зафиксирована вспышка, которая была идентифицирована как испытание ядерного оружия. Ни одна страна не взяла на себя ответственность за взрыв. Наиболее правдоподобной считается версия о совместных испытаниях ЮАР и Израиля.

 67KB
Новая Земля. Крестиком обозначено место подрыва «Царь-бомбы».

Советский Союз для испытаний своих ядерных программ избрал Казахстан. Здесь на границе Семипалатинской, Павлодарской и Карагандинской областей был построен испытательный полигон, получивший название Семипалатинского (координаты 50% с.ш. 78% в.д.).

 145KB
Один из объектов Семипалатинского полигона — вид из космоса.

Общая площадь полигона составляла 18 тысяч кв. км. За период с 1949 по 1989 здесь было проведено 468 испытаний, в ходе которых взорвано более шестисот ядерных и термоядерных устройств (в среднем по одному каждые три недели). Суммарная мощность ядерных зарядов, испытанных только за первые 14 лет, составила 50 мегатонн.

Указом правительства Республики Казахстан Семипалатинский ядерный полигон был закрыт 29 августа 1991 года.

До сих пор, однако, существует еще один полигон для испытаний термоядерного оружия. Расположен он на архипелаге Новая Земля, разделяющем Баренцево и Карское моря, и носит официальное название «Северный испытательный полигон».

На этом полигоне состоялось 130 испытаний (последнее — в 1990 году), в ходе которых осуществлялись подрывы ядерных устройств мегатонного класса. Именно на этом полигоне было проведено беспрецедентное испытание советской бомбы 100-мегатонного класса.

Кузькина мать

Заседание 15-й Ассамблеи ООН, состоявшееся 25 сентября 1960 года, ознаменовалось весьма своеобразным событием. «Мы вам покажем кузькину мать! — обещал залу с трибуны Первый секретарь ЦК КПСС Н.С. Хрущев, раздраженный поведением наглеца Пауэрса, и для убедительности стучал по трибуне ботинком.

 33KB
Н.С. Хрущев.

Кстати говоря, ботинок оказался итальянским, и фирма-изготовитель сделала на Хрущеве отличную рекламу. Переводчик, сохраняя хладнокровие, перевел предмет обещания на английский как «Kuzma's mother». Никто из делегатов Ассамблеи не знал, что это такое, а поэтому угроза прозвучала еще более зловеще.

Существует еще одна версия появления «матери Кузьмы» на политической арене. Во время осмотра американской выставки в Сокольниках 24 июня 1959 года Н.С. Хрущев сказал вице-президенту США Р. Никсону: «В нашем распоряжении имеются средства, которые будут иметь для вас тяжкие последствия. (...) Мы вам еще покажем кузькину мать!». По этой версии, переводчик тоже не справился с идиомой и перевел ее дословно.

Трудно сказать, что именно имел в виду Хрущев под «кузькиной матерью», был здесь какой-то определенный подтекст или советский руководитель просто похулиганил (а хулиганить Никита Сергеевич любил). Но за океаном его слова восприняли буквально и с некоторым беспокойством стали ожидать, какую именно «мать Кузьмы» преподнесет им Советский Союз. Я бы не удивился, если бы оказалось, что американская и британская разведки потратили какое-то время на выяснение личности по имени Кузьма.

Ждать пришлось недолго. 10 июля 1961 года была начата крупная серия испытаний в рамках термоядерной программы СССР. В составе серии предполагались атмосферные взрывы зарядов мощностью 12,5 мегатонн. Но советское руководство сочло, что пришло время для демонстрации силы. К этому времени уже существовали технологии и опыт создания трехступенчатых сверхкрупных зарядов, но заказанная мощность (100 мегатонн) и сроки исполнения делали задачу крайне сложной.

 108KB  25KB

Так или иначе, «изделие 202» или «Царь-бомба», получившая вполне обоснованное прозвище «кузькина мать», была собрана и испытана в 11 часов 32 минуты 30 октября 1961 года, через 112 дней после встречи Сахарова с Хрущевым. Испытания было решено проводить на половинной мощности заряда.

Бомба была настолько велика (масса 27 тонн, длина 8 метров, диаметр — 2), что для ее транспортировки к месту сброса был подготовлен специально переоборудованный бомбардировщик Ту-95А (модификация Ту-95-202). Бомбу подвесили под фюзеляжем в полуутопленном состоянии — часть находилась в расширенном бомбовом отсеке, а часть — снаружи.

Сброс был произведен с высоты 10 500 метров. До высоты 4000 метров бомба шла на специально сконструированном тормозном парашюте площадью 1600 кв. м, позволившем бомбардировщику благополучно уйти из зоны поражения.

 143KB
«Кузькина мать» в свободном падении. К земле идут 50 мегатонн.

Вспышку взрыва можно было наблюдать с расстояния до 1000 км. Диаметр плазменного шара составил 10 км. Грибовидное облако поднялось на высоту 65 км. Из-за ионизации атмосферы радиосвязь с Новой Землей прервалась на 40 минут. Зона полного уничтожения представляла собой круг с радиусом 25 километров, а разрушения построек разной степени тяжести наблюдались на расстояниях до 100 км.

 69KB

Несложный подсчет мощности взрыва приводит нас к величине 5Ч1021 кВ, что составляет примерно 1% от мощности Солнца.

Разумеется, никакой боевой ценности такая бомба не имела. Ее масса недопустимо снижала радиус действия и скорость стратегического бомбардировщика. Испытания носили сугубо политическую роль и имели своей целью демонстрацию возможности неограниченного наращивания мощности единичного заряда.

Разумеется, к тому времени и американские разработчики умели все то же самое, но взорвать в атмосфере 50-мегатонный заряд им в голову так и не пришло.


***

На этом, как мне кажется, исторический экскурс в историю создания ядерного оружия можно считать оконченным. Последующие события — Карибский кризис, истерия, связанная с баллистическими и крылатыми ракетами, шумиха в прессе по поводу нейтронной бомбы, тягомотина с договорами ОСВ-1 и ОСВ-2 — были чисто политическими, где фигурировал сам факт наличия ядерного оружия. Но это уже совсем-совсем другая история.

А «армагеддон», слава разуму, так и не состоялся, хотя мир пару раз был в опасной близости от него. Но это вы и без меня знаете. Поэтому давайте поговорим немного о том, чего вы, возможно, не знаете или знаете, но не очень.

Занимательная ядерная физика

Приглядывайте за инженерами — они начинают с сеялки, а заканчивают атомной бомбой.

Марсель Паньоль

Ядерная физика — одна из самых скандальных областей почтенной естественной науки. Именно в эту область человечество на протяжении полувека бросало миллиарды долларов, фунтов, франков и рублей, как в паровозную топку опаздывающего поезда. Теперь поезд, похоже, уже не опаздывает. Бушующее пламя сгорающих средств и человеко-часов утихло. Попробуем вкратце разобраться, что же это за поезд под названием «ядерная физика».

Изотопы и радиоактивность

Как известно, все сущее состоит из атомов. Атомы, в свою очередь состоят из электронных оболочек, живущих по своим умопомрачительным законам, и ядра. Классическая химия совершенно не интересуется ядром и его личной жизнью. Для нее атом — это его электроны и их способность к обменному взаимодействию. А от ядра химии нужна только его масса, чтобы рассчитывать пропорции реагентов. В свою очередь, ядерной физике глубоко плевать на электроны. Ее интересует крохотная (в 100 тысяч раз меньше радиуса орбит электронов) пылинка внутри атома, в которой сосредоточена практически вся его масса.

 40KB

Что мы знаем о ядре? Да, оно состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. Впрочем, это не совсем верно. Ядро — это не горсточка шариков двух цветов, как на иллюстрации из школьного учебника. Здесь работают совсем другие законы под названием сильное взаимодействие, превращающие и протоны, и нейтроны в какое-то неразличимое месиво. Однако заряд этого месива в точности равен суммарному заряду входящих в него протонов, а масса — почти (повторяю, почти) совпадает с массой нейтронов и протонов, из которых состоит ядро.

Кстати, количество протонов неионизированного атома всегда совпадает с количеством электронов, имеющих честь его окружать. А вот с нейтронами дело не так просто. Собственно говоря, задача нейтронов — стабилизировать ядро, поскольку без них одноименно заряженные протоны не ужились бы вместе и микросекунды.

 81KB

Возьмем для определенности водород. Самый обычный водород. Его устройство до хохота просто — один протон, окруженный одним орбитальным электроном. Водорода во Вселенной навалом. Можно сказать, что Вселенная состоит в основном из водорода.

Теперь аккуратно добавим к протону нейтрон. С точки зрения химии это все равно водород. А вот с точки зрения физики уже нет. Обнаружив два разных водорода, физики забеспокоились и тут же придумали называть обычный водород протием, а водород с нейтроном при протоне — дейтерием.

Наберемся наглости и скормим ядру еще один нейтрон. Теперь у нас еще один водород, еще более тяжелый — тритий. Он, опять же, с точки зрения химии практически не отличается от двух других водородов (ну, разве что в реакцию теперь вступает чуть менее охотно). Сразу хочу предупредить — никакими усилиями, угрозами и увещеваниями вы не сможете добавить к ядру трития еще один нейтрон. Здешние законы куда более строги, чем человеческие.

 145KB

Итак, протий, дейтерий и тритий — это изотопы водорода. Их атомная масса различна, а заряд — нет. А ведь именно зарядом ядра определяется местоположение в периодической системе элементов. Потому и назвали изотопы изотопами. В переводе с греческого это означает «занимающие одно и то же место». Кстати говоря, всем известная тяжелая вода — это та же вода, но с двумя атомами дейтерия вместо протия. Соответственно, сверхтяжелая вода содержит вместо протия тритий.

Давайте взглянем снова на наши водороды. Так... Протий на месте, дейтерий на месте... А это еще кто? Куда делся мой тритий и откуда здесь появился гелий-3? У нашего трития один из нейтронов явно соскучился, решил сменить профессию и стал протоном. При этом он породил электрон и антинейтрино. Потеря трития — это, конечно, огорчительно, но зато мы теперь знаем, что он нестабилен. Кормежка нейтронами даром не прошла.

Итак, как вы поняли, изотопы бывают стабильные и нестабильные. Стабильных изотопов вокруг нас полно, а вот нестабильных, слава богу, практически нет. То есть они имеются, но в настолько рассеянном состоянии, что добывать их приходится ценой очень большого труда. К примеру, уран-235, который доставил столько нервотрепки Оппенгеймеру, составляет в природном уране всего лишь 0,7%.

Период полураспада

Здесь все просто. Периодом полураспада нестабильного изотопа называется промежуток времени, за который ровно половина атомов изотопа распадется и превратится в какие-то другие атомы. Уже знакомый нам тритий имеет период полураспада 12,32 года. Это — достаточно короткоживущий изотоп, хотя по сравнению с францием-223, у которого период полураспада составляет 22,3 минуты, тритий покажется седобородым аксакалом.

Никакие макроскопические внешние факторы (давление, температура, влажность, настроение исследователя, количество ассигнований, расположение звезд) не влияют на период полураспада. Квантовая механика нечувствительна к подобным глупостям.

Популярная механика взрыва

Суть любого взрыва — это стремительное высвобождение энергии, ранее находившейся в несвободном, связанном состоянии. Освободившаяся энергия рассеивается, преимущественно переходя в тепло (кинетическую энергию неупорядоченного движения молекул), ударную волну (тут тоже движение, но уже упорядоченное, по направлению от центра взрыва) и излучение — от мягкого инфракрасного до жестких коротковолновых квантов.

При химическом взрыве все относительно просто. Происходит энергетически-выгодная реакция, когда между собой взаимодействуют некие вещества. В реакции участвуют только верхние электронные слои некоторых атомов, а глубже взаимодействие не идет. Несложно догадаться, что скрытой энергии в любом веществе гораздо больше. Но каковы бы ни были условия опыта, сколь бы удачные реагенты мы ни подобрали, как бы ни выверяли пропорции — глубже в атом химия нас не пустит. Химический взрыв — явление примитивное, малоэффективное и, с точки зрения физики, до неприличия слабое.

Ядерная цепная реакция позволяет копнуть чуть глубже, включая в игру не только электроны, но и ядра. По-настоящему весомо это звучит, пожалуй, только для физика, а остальным приведу простую аналогию. Представьте себе гигантскую гирю, вокруг которой на расстоянии нескольких километров порхают наэлектризованные пылинки. Это атом, «гиря» — ядро, а «пылинки» — электроны. Что с этими пылинками ни делай, они не дадут и сотой доли той энергии, которую можно получить от увесистой гири. Особенно если в силу каких-то причин она расколется, и массивные обломки на огромной скорости разлетятся в разные стороны.

Ядерный взрыв задействует потенциал связи тяжелых частиц, из которых состоит ядро. Но это еще далеко не предел: скрытой энергии в веществе гораздо больше. И имя этой энергии — масса. Опять же, для не-физика это звучит немного непривычно, но масса — это энергия, только предельно сконцентрированная. Каждая частица: электрон, протон, нейтрон — все это мизерные сгустки невероятно плотной энергии, до поры до времени пребывающей в покое. Вы наверняка знаете формулу E=mc2, которую так полюбили авторы анекдотов, редакторы стенгазет и оформители школьных кабинетов. Она именно об этом, и именно она постулирует массу как не более чем одну из форм энергии. И она же дает ответ на вопрос, сколько энергии можно получить из вещества по максимуму.

Процесс полного перехода массы, то есть энергии связанной, в энергию свободную, называется аннигиляцией. По латинскому корню «nihil» несложно догадаться о ее сути — это превращение в «ничто», вернее — в излучение. Для ясности — немного цифр.

 Взрыв  Тротиловый эквивалент   Энергия (Дж) 
 Граната Ф-1 60 грамм 2,50*105
 Бомба, сброшенная на Хиросиму 16 килотонн 6,70*1013
 Аннигиляция одного грамма материи  21,5 килотонн 8,99*1013

Один грамм любой материи (важна только масса) при аннигиляции даст больше энергии, чем небольшая ядерная бомба. По сравнению с такой отдачей смешными кажутся и упражнения физиков над расщеплением ядра, и уж тем более опыты химиков с активными реагентами.

Для аннигиляции нужны соответствующие условия, а именно — контакт материи с антиматерией. И, в отличие от «красной ртути» или «философского камня», антиматерия более чем реальна — для известных нам частиц существуют и исследованы аналогичные античастицы, а эксперименты по аннигиляции пар «электрон + позитрон» неоднократно проводились на практике. Но чтобы создать аннигиляционное оружие, необходимо собрать воедино некоторый весомый объем античастиц, а также ограничить их от контакта с любой материей вплоть до, собственно, боевого применения. Это, тьфу-тьфу, еще далекая перспектива.

Дефект массы

Последний вопрос, который осталось уяснить относительно механики взрыва, — это откуда все-таки берется энергия: та самая, которая высвобождается в ходе цепной реакции? Тут опять не обошлось без массы. Вернее, без ее «дефекта».

Вплоть до прошлого века ученые полагали, что масса сохраняется при любых условиях, и были по-своему правы. Вот мы опустили металл в кислоту — в реторте забурлило и сквозь толщу жидкости наверх устремились пузырьки газа. Но если взвесить реагенты до и после реакции, не забыв при этом и выделившийся газ, — масса сходится. И так будет всегда, пока мы оперируем килограммами, метрами и химическими реакциями.

Но стоит углубиться в область микрочастиц, как и масса тоже преподносит сюрприз. Оказывается, что масса атома может отнюдь не в точности равняться сумме масс частиц, его составляющих. При делении на части тяжелого ядра (к примеру, того же урана) «осколки» в сумме весят меньше, чем ядро до деления. За «разницу», также называемую дефектом массы, отвечают энергии связей внутри ядра. И именно эта разница уходит в тепло и излучение во время взрыва, причем все по той же простенькой формуле: E=mc2.

Это интересно: так сложилось, что тяжелые ядра энергетически выгодно делить, а легкие — объединять. Первый механизм работает в урановой или плутониевой бомбе, второй — в водородной. А из железа бомбу не сделать при всем желании: оно в этой линейке стоит ровно посередине.

Ядерная бомба

Соблюдая историческую последовательность, рассмотрим сначала ядерные бомбы и осуществим свой маленький «Манхэттенский проект». Я не стану утомлять вас занудными методиками разделения изотопов и математическими выкладками теории цепной реакции деления. У нас с вами есть уран, плутоний, прочие материалы, инструкция по сборке и необходимая доля научного любопытства.

Цепная реакция деления

Я уже упоминал, что цепная реакция деления ядер урана была впервые проведена в декабре 1942 года Энрико Ферми. Теперь поговорим о цепной ядерной реакции подробнее.

 63KB

Все изотопы урана нестабильны в той или иной степени. Но уран-235 — на особом положении. При самопроизвольном распаде ядра урана-235 (его еще называют альфа-распадом) образуются два осколка (ядра других, гораздо более легких элементов) и несколько нейтронов (обычно 2-3). Если образовавшийся при распаде нейтрон ударится о ядро другого атома урана, будет обычное упругое соударение, нейтрон отскочит и продолжит поиски приключений. Но через какое-то время он растратит энергию (идеально упругие соударения бывают только у сферических коней в вакууме), и очередное ядро окажется ловушкой — нейтрон поглотится им. Кстати, такой нейтрон физики называют тепловым.

Посмотрите на перечень известных изотопов урана. Среди них нет изотопа с атомной массой 236. А знаете, почему? Такое ядро живет доли микросекунд, а затем распадается с выделением огромного количества энергии. Это называется вынужденный распад. Изотоп с таким временем жизни даже как-то неловко называть изотопом.

Энергия, выделившаяся при распаде ядра урана-235, — это кинетическая энергия осколков и нейтронов. Если подсчитать общую массу продуктов распада ядра урана, а затем сравнить ее с массой первоначального ядра, то окажется, что эти массы не совпадают — первоначальное ядро было больше. Это явление называется дефектом массы, а его объяснение заложено в формуле E0=mс2. Кинетическая энергия осколков, деленная на квадрат скорости света, в точности будет равна разности масс. Осколки тормозятся в кристаллической решетке урана, рождая рентгеновское излучение, а нейтроны, попутешествовав, поглощаются другими ядрами урана или покидают урановую отливку, где все события и происходят.

Если урановая отливка маленькая, то большая часть нейтронов покинет ее, не успев затормозиться. А вот если каждый акт вынужденного распада вызовет хотя бы еще один такой же акт за счет испущенного нейтрона — это уже самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

Соответственно, если увеличивать размер отливки, все большее количество нейтронов станет причиной актов вынужденного деления. И в какой-то момент цепная реакция станет неуправляемой. Но это еще далеко не ядерный взрыв. Просто очень «грязный» термический взрыв, при котором выделится большое количество очень активных и ядовитых изотопов.

Критическая масса

Вполне закономерный вопрос — сколько нужно урана-235, чтобы цепная реакция деления стала лавинообразной? На самом деле не все так просто. Здесь играют роль свойства расщепляющегося материала и отношение объема к поверхности. Представьте себе тонну урана-235 (сразу оговорюсь — это очень много), которая существует в виде тонкой и очень длинной проволоки. Да, нейтрон, летящий вдоль нее, разумеется, вызовет акт вынужденного распада. Но доля нейтронов, летящих вдоль проволоки, окажется настолько малой, что говорить о самоподдерживающейся цепной реакции просто смешно.

 91KB
Вот так выглядела бы критическая масса плутония при нормальных условиях, если бы могла существовать.

Поэтому условились считать критическую массу для сферической отливки. Для чистого урана-235 критическая масса составляет 50 кг (это шарик радиусом 9 см). Сами понимаете, такой шарик долго не просуществует, впрочем, как и те, кто его отлили.

Если же шарик меньшей массы окружить отражателем нейтронов (для него прекрасно подходит бериллий), а в состав шарика ввести материал — замедлитель нейтронов (вода, тяжелая вода, графит, тот же бериллий), то критическая масса станет гораздо меньшей. Применяя наиболее эффективные отражатели и замедлители нейтронов, можно довести критическую массу до 250 грамм. Этого, к примеру, можно достигнуть, если поместить в сферическую бериллиевую емкость насыщенный раствор соли урана-235 в тяжелой воде.

Критическая масса существует не только для урана-235. Есть еще ряд изотопов, способных к цепной реакции деления. Главное условие — продукты распада ядра должны вызывать акты распада других ядер.

Урановая бомба

Итак, у нас есть две полусферических отливки урана массой по 40 кг. Пока они находятся на почтительном отдалении друг от друга, все будет спокойно. А если начать их медленно сдвигать? Вопреки распространенному мнению, не произойдет ничего грибообразного. Просто куски по мере сближения начнут нагреваться, а затем, если вовремя не одуматься, раскаляться. В конце концов они просто расплавятся и растекутся, а все, кто двигал отливки, дадут дуба от облучения нейтронами. А те, кто с интересом наблюдал за этим, склеят ласты.

 122KB

А если быстрее? Быстрее расплавятся. Еще быстрее? Еще быстрее расплавятся. Охладить? Да хоть в жидкий гелий опустите — толку не будет. А если выстрелить одним куском в другой? О! Момент истины. Мы только что придумали урановую пушечную схему. Впрочем, гордиться нам особенно нечем, эта схема — самая простая и безыскусная из всех возможных. Да и от полушарий придется отказаться. Они, как показала практика, не склонны ровненько слипаться плоскостями. Малейший перекос — и получится очень дорогостоящий «пук», после которого долго придется убирать.

Лучше сделаем короткую толстостенную трубу из урана-235 с массой 30-40 кг, к отверстию которой приставим высокопрочный стальной ствол того же калибра, заряженный цилиндром из такого же урана примерно такой же массы. Окружим урановую мишень бериллиевым отражателем нейтронов. Вот теперь, если пальнуть урановой «пулей» по урановой «трубе» — будет полная «труба». То есть будет ядерный взрыв. Только пальнуть надо по-серьезному, так, чтобы дульная скорость уранового снаряда была хотя бы 1 км/с. Иначе опять же будет «пук», но погромче. Дело в том, что при сближении снаряда и мишени они настолько разогреваются, что начинают интенсивно испаряться с поверхности, тормозясь встречными газовыми потоками. Более того, если скорость недостаточна, то есть шанс, что снаряд просто не долетит до мишени, а испарится по дороге.

Разогнать до такой скорости болванку массой в несколько десятков килограмм, причем на отрезке в пару метров — задача крайне непростая. Именно поэтому потребуется не порох, а мощная взрывчатка, способная создать в стволе должное давление газов за очень короткое время. А ствол потом чистить не придется, не беспокойтесь.


***

Бомба Mk-I «Little Boy», сброшенная на Хиросиму, была устроена именно по пушечной схеме.

Есть, конечно, незначительные детали, которые мы не учли в нашем проекте, но против самого принципа не погрешили совершенно.

Плутониевая бомба

Так. Урановую бомбу мы взорвали. Грибом полюбовались. Теперь будем взрывать плутониевую. Только не надо тащить сюда мишень, снаряд, ствол и прочий хлам. Этот номер с плутонием не пройдет. Даже если мы пальнем одним куском в другой со скоростью в 5 км/с, все равно надкритической сборки не выйдет. Плутоний-239 успеет разогреться, испариться и изгадить все вокруг. Его критическая масса — чуть больше 6 кг. Можете себе представить, насколько он активнее в плане захвата нейтронов.

 84KB
Боеголовка W56 ракеты LGM-30F Minuteman II. Мощность заряда 1,2 мегатонны.

Давайте, как все нормальные герои, пойдем в обход. Вспомним, что критическая масса определяется, в частности, отношением объема к поверхности. Ладно, у нас есть шарик докритической массы, имеющий минимальную поверхность при заданном объеме. Скажем, 6 килограмм. Радиус шарика — 4,5 см. А если этот шарик сжать со всех сторон? Плотность возрастет пропорционально кубу линейного сжатия, а поверхность уменьшится пропорционально его же квадрату. И вот что получится: атомы плутония уплотнятся, то есть тормозной путь нейтрона сократится, а значит, увеличится вероятность его поглощения. Но, опять же, сжать с нужной скоростью (порядка 10 км/с) все равно не выйдет. Тупик? А вот и нет.

Плутоний — металл необычный. В зависимости от температуры, давления и примесей он существует в шести модификациях кристаллической решетки. Есть даже такие модификации, в которых он сжимается при нагревании. Переходы из одной фазы в другую могут совершаться скачкообразно, при этом плотность плутония может меняться на 25%.

При 300°С наступает так называемая дельта-фаза — самая рыхлая. Если легировать плутоний галлием, нагреть его до этой температуры, а затем медленно охладить, то дельта-фаза сможет существовать и при комнатной температуре. Но она не будет стабильной. При большом давлении (порядка десятков тысяч атмосфер) произойдет скачкообразный переход в очень плотную альфа-фазу.

 141KB
Mark-28 — тридцать три года в строю. 70 килотонн.

Думаете, взорвали? Как бы не так. Плутоний — чертовски капризная сущность. Придется еще поработать. Сделаем две полусферы из плутония в дельта-фазе. Сформируем в центре сферическую полость. И в эту полость поместим квинтэссенцию ядерно-оружейной мысли — нейтронный инициатор. Это такой маленький пустотелый шарик из бериллия диаметром 20 и толщиной 6 мм. Внутри его — еще один шарик из бериллия диаметром 8 мм. На внутренней поверхности пустотелого шарика — глубокие бороздки. Все это щедро никелировано и покрыто золотом. В бороздки помещается полоний-210, который активно испускает альфа-частицы. Вот такое вот чудо технологии. Как оно работает? Секундочку. У нас еще есть несколько дел.

Поместим плутониевый шарик в большой (диаметр 23 см) и тяжелый (120 кг) пустотелый шар из урана-238. Не переживайте, у него нет критической массы. Зато он прекрасно отражает быстрые нейтроны. А они нам еще пригодятся.

Окружим урановую оболочку еще одной, из сплава алюминия с бором. Ее толщина — около 13 см. Итого, наша «матрешка» теперь растолстела до полуметра и поправилась с 6 до 250 кг.

Теперь изготовим имплозионные «линзы». Представьте себе футбольный мяч. Классический, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Изготовим такой «мяч» из взрывчатки, а каждый из сегментов снабдим несколькими электродетонаторами. Толщина сегмента — около полуметра. При изготовлении «линз» есть тоже масса тонкостей, но если их описывать, то на все остальное не хватит места. Основное — максимальная точность линз. Малейшая погрешность — и всю сборку раздробит бризантным действием взрывчатки. Полная сборка теперь имеет диаметр около полутора метров и массу 2,5 тонны. Завершает конструкцию электрическая схема, задача которой — подорвать детонаторы в строго определенной последовательности с точностью до микросекунды.

 90KB

Все. Перед нами — плутониевая имплозионная схема.

А теперь — самое интересное.

При детонации взрывчатка обжимает сборку, а алюминиевый «толкатель» не дает распространиться спаду взрывной волны, распространяющемуся вслед за ее фронтом внутрь. Пройдя через уран со встречной скоростью около 12 км/с, волна сжатия уплотнит и его, и плутоний. Плутоний при давлениях в зоне сжатия порядка сотен тысяч атмосфер (эффект фокусировки взрывного фронта) перейдет скачком в альфа-фазу. За 40 микросекунд описанная здесь сборка уран-плутоний станет не просто надкритической, а превышающей критическую массу в несколько раз.

Дойдя до инициатора, волна сжатия сомнет всю его конструкцию в монолит. При этом золото-никелевая изоляция разрушится, полоний-210 за счет диффузии проникнет в бериллий, испускаемые им альфа-частицы, проходящие через бериллий, вызовут колоссальный поток нейтронов, запускающих цепную реакцию деления во всем объеме плутония, а поток «быстрых» нейтронов, рожденный распадом плутония, вызовет взрыв урана-238. Готово, мы вырастили второй гриб, ничуть не хуже первого.


***

Пример плутониевой имплозионной схемы — бомба Mk-III «Fatman», сброшенная на Нагасаки.

Все описанные здесь ухищрения нужны для того, чтобы заставить вступить в реакцию максимальное количество атомных ядер плутония. Основная задача — как можно дольше удержать заряд в компактном состоянии, не дать ему разлететься плазменным облаком, в котором цепная реакция мгновенно прекратится. Здесь каждая выигранная микросекунда — прирост одной-двух килотонн мощности.

Термоядерная бомба

Существует расхожее мнение, что ядерная бомба — запал для термоядерной. В принципе, все гораздо сложнее, но суть ухвачена верно. Оружие, основанное на принципах термоядерного синтеза, позволило добиться такой мощности взрыва, которая ни при каких условиях не может быть достигнута цепной реакцией деления. Но единственный пока источник энергии, позволяющий «поджечь» термоядерную реакцию синтеза, — это ядерный взрыв.

Термоядерный синтез

Помните, как мы с вами «кормили» ядро водорода нейтронами? Так вот, если попытаться подобным образом соединить между собой два протона, ничего не выйдет. Протоны не удержатся вместе из-за кулоновских сил отталкивания. Либо они разлетятся, либо произойдет бета-распад и один из протонов станет нейтроном. А вот гелий-3 существует. Благодаря одному-единственному нейтрону, который делает протоны более уживчивыми друг с другом.

 88KB

В принципе, на основании состава ядра гелия-3 можно сделать вывод, что из ядер протия и дейтерия можно вполне собрать одно ядро гелия-3. Теоретически это так, но такая реакция может идти только в недрах больших и горячих звезд. Более того, в недрах звезд даже из одних протонов можно собрать гелий, превращая часть их в нейтроны. Но это уже вопросы астрофизики, а достижимый для нас вариант — это слить два ядра дейтерия или дейтерий и тритий.

Для слияния ядер необходимо одно очень специфическое условие. Это очень высокая (109 К) температура. Только при средней кинетической энергии ядер в 100 килоэлектронвольт они способны сблизиться на расстояние, при котором сильное взаимодействие начинает преодолевать кулоновское.

Вполне законный вопрос — зачем городить этот огород? Дело в том, что при синтезе легких ядер выделяется энергия порядка 20 МэВ. Разумеется, при вынужденном делении ядра урана эта энергия в 10 раз больше, но есть один нюанс — при самых больших ухищрениях урановый заряд мощностью даже в 1 мегатонну невозможен. Даже для более совершенной плутониевой бомбы достижимый выход энергии — не более чем 7-8 килотонн с одного килограмма плутония (при теоретическом максимуме 18 килотонн). И не забывайте о том, что ядро урана почти в 60 раз тяжелее двух ядер дейтерия. Если считать удельный выход энергии, то термоядерный синтез заметно впереди.

И еще — для термоядерного заряда не существует никаких ограничений по критической массе. У него попросту ее нет. Есть, правда, другие ограничения, но о них — ниже.

В принципе, запустить термоядерную реакцию как источник нейтронов достаточно несложно. Гораздо труднее запустить ее как источник энергии. Здесь мы сталкиваемся с так называемым критерием Лоусона, который определяет энергетическую выгодность термоядерной реакции. Если произведение плотности реагирующих ядер и времени их удержания на расстоянии слияния больше, чем 1014 сек/см3, энергия, даваемая синтезом, превысит энергию, вводимую в систему.

 114KB

Именно достижению этого критерия и были посвящены все термоядерные программы.

Классический супер

Первая схема термоядерной бомбы, пришедшая в голову Эдварду Теллеру, была чем-то сродни попытке создать плутониевую бомбу по пушечной схеме. То есть вроде бы все правильно, но не работает. Устройство «классического супера» — жидкий дейтерий, в который погружена плутониевая бомба, — было и вправду классическим, но далеко не супер.

Мысль о взрыве ядерного заряда в среде жидкого дейтерия оказалась тупиковой изначально. При таких условиях мало-мальский выход энергии термоядерного синтеза мог быть достигнут при подрыве ядерного заряда мощностью 500 кт. А о достижении критерия Лоусона вообще говорить не приходилось.

Слойка

 106KB
Американская термоядерная «слойка». Можно сказать, динозавр.

Идея окружить ядерный заряд-триггер слоями термоядерного топлива, перемежающегося ураном-238 в качестве теплоизолятора и усилителя взрыва, Теллеру тоже приходила в голову. Да и не только ему. Первые советские термоядерные бомбы были построены именно по этой схеме. Принцип был достаточно простым: ядерный заряд прогревает термоядерное горючее до температуры начала синтеза, а рождающиеся при синтезе быстрые нейтроны взрывают слои урана-238. Однако ограничение оставалось прежним — при той температуре, которую мог обеспечить ядерный триггер, в реакцию синтеза могла вступить только смесь дешевого дейтерия и невероятно дорогого трития.

Позже Теллера посетила мысль использовать соединение дейтерид лития-6. Такое решение позволило отказаться от дорогих и неудобных криогенных емкостей с жидким дейтерием. К тому же в результате облучения нейтронами литий-6 превращался в гелий и тритий, вступавший с дейтерием в реакцию синтеза.

Недостатком этой схемы оказалась ограниченная мощность — в реакцию синтеза успевала вступить лишь ограниченная часть термоядерного горючего, окружавшего триггер. Остальное, сколько бы его ни было, шло на ветер. Максимальная мощность заряда, полученная при использовании «слойки», равнялась 720 кт (британская бомба Orange Herald). Судя по всему, это был «потолок».

Схема Теллера-Улама

Об истории разработки схемы Теллера-Улама мы уже говорили. Теперь давайте разберемся в технических деталях этой схемы, которую называют также «двухступенчатой» или «схемой обжатия излучением».

Наша задача — нагреть термоядерное топливо и удержать его в определенном объеме, чтобы выполнить критерий Лоусона. Оставляя в стороне американские упражнения с криогенными схемами, возьмем в качестве термоядерного топлива уже известный нам дейтерид лития-6.

В качестве материала контейнера для термоядерного заряда выберем уран-238. Контейнер — цилиндрической формы. По оси контейнера внутри его расположим цилиндрический стержень из урана-235, имеющий субкритическую массу.

На заметку: нашумевшая в свое время нейтронная бомба — это та же схема Теллера-Улама, но без уранового стержня по оси контейнера. Смысл в том, чтобы обеспечить мощный поток быстрых нейтронов, но не допустить выгорания всего термоядерного топлива, на которое станут расходоваться нейтроны.

 110KB
Так выглядит типичная водородная бомба в разрезе.

Остальное свободное пространство контейнера заполним дейтеридом лития-6. Разместим контейнер в одном из концов корпуса будущей бомбы (это у нас будет вторая ступень), а в другом его конце смонтируем обычный плутониевый заряд мощностью в несколько килотонн (первая ступень). Между ядерным и термоядерным зарядами установим перегородку из урана-238, предотвращающую преждевременный разогрев дейтерида лития-6. Заполним остальное свободное пространство внутри корпуса бомбы твердым полимером. В принципе, термоядерная бомба готова.

 114KB

При подрыве ядерного заряда 80% энергии выделяется в виде рентгеновского излучения. Скорость его распространения намного превышает скорость распространения осколков деления плутония. Через сотые доли микросекунды урановый экран испаряется, и рентгеновское излучение начинает интенсивно поглощаться ураном контейнера термоядерного заряда. В результате так называемой абляции (уноса массы с поверхности нагретого контейнера) возникает реактивная сила, сжимающая контейнер в 10 раз. Именно этот эффект называется радиационной имплозией или обжатием излучением. При этом плотность термоядерного топлива возрастает в 1000 раз. В результате колоссального давления радиационной имплозии центральный стержень из урана-235 также подвергается обжатию, хотя и в меньшей степени, и переходит в надкритическое состояние. К этому времени термоядерный блок подвергается бомбардировке быстрыми нейтронами ядерного взрыва. Пройдя через дейтерид лития-6, они замедляются и интенсивно поглощаются урановым стержнем.

 34KB
А так — в натуре.
 139KB
А так выглядит взрыв типичной водородной бомбы.

В стержне начинается цепная реакция деления, быстро приводящая к ядерному взрыву внутри контейнера. Поскольку дейтерид лития-6 при этом подвергается абляционному обжатию снаружи и давлению ядерного взрыва изнутри, его плотность и температура еще больше возрастает. Этот момент — начало запуска реакции синтеза. Дальнейшее ее поддержание определяется тем, как долго контейнер будет удерживать термоядерные процессы внутри себя, не давая выхода тепловой энергии наружу. Именно этим и определяется достижение критерия Лоусона. Выгорание термоядерного топлива идет от оси цилиндра к его краю. Температура фронта горения достигает 300 миллионов кельвин. Полное развитие взрыва вплоть до выгорания термоядерного топлива и разрушения контейнера занимает пару сотен наносекунд — в двадцать миллионов раз быстрее, чем вы прочитали эту фразу.

Надежное срабатывание двухступенчатой схемы зависит от точной сборки контейнера и предотвращения его преждевременного разогрева.


***

Мощность термоядерного заряда для схемы Теллера-Улама зависит от мощности ядерного триггера, обеспечивающего эффективное обжатие излучением. Впрочем, сейчас существуют и многоступенчатые схемы, в которых энергия предыдущей ступени используется для обжатия последующей. Пример трехступенчатой схемы — уже упомянутая 100-мегатонная «кузькина мать».

Ядерная мифология

Ученые расщепили атом. Теперь атом расщепляет нас.

Квентин Рейнолдс

Приведенную в цитате фразу не следует считать образчиком «ядерной мифологии». Но ее можно понимать несколько иначе, чем подразумевалось Рейнолдсом. Своеобразному «расщеплению» ядерным оружием подвергаются наши мозги, в которых рождается и оседает масса разнообразной антинаучной фантастики, вызванной отсутствием знаний и умения думать. Некоторые из мифов, связанных с этой областью, мы с вами рассмотрим ниже.

Красная ртуть

Таинственный «ядерный материал» чудовищной плотности, за которым охотилось КГБ и ЦРУ, который, по одной версии, был еще более мощной ядерной взрывчаткой, чем плутоний, а по другой — позволял провозить плутониевые отливки под самым носом служб радиационного контроля, поскольку поглощал любые виды излучений — этим материалом торговали напропалую, о нем шептались по углам эмиссары, охотящиеся за радиоактивными изотопами по всей территории разваливающегося Союза. Кое-кто авторитетно уверял, что именно «красная ртуть» позволяет собрать ядерную бомбу размером с футбольный мяч, кто-то ему не менее авторитетно возражал, что без «красной ртути» не сделать ядерный(!) детонатор. В общем, болтовни было не просто много, а очень много. И на любого, кто заявил бы в те времена, что «красной ртути» не существует, посмотрели бы как на идиота, отрицающего существование солнца и луны.

 30KB

Это интересно: игровая фирма Zombie Studios в 2004 году выпустила совершенно балалаечный шутер с «блокбастерным» привкусом, который назывался страшновато, но решительно — «Приказано уничтожить: операция «Красная ртуть». Живуча легенда, однако...

Впрочем, этот миф был отнюдь не случайным. В те неспокойные времена ходило много всякой целевой дезинформации, распространяемой спецслужбами, а эпоха накопления первоначального капитала побуждала людей на самые разнообразные аферы. И пресловутая «красная ртуть» была одним из предметов таких афер. Тогда продавали за рубеж все подряд и как можно быстрее. Особенно ценились на международном «черном рынке» советские ядерные технологии. В силу их засекреченности перекупщикам, имеющим выходы «за бугор», можно было «впарить» что угодно. Вот и «впаривали». А покупатель был азартен, но осторожен. С одной стороны, жалко было упускать такое предложение, а с другой — ну к кому обратиться за экспертным подтверждением и консультацией? Этак ведь и Интерпол накликать недолго. Вот и покупали, проявляя вполне понятную коммерческую рискованность, то оксид ртути (действительно красного цвета), то не менее красный ее сульфид, а то и экзотический пироантимонат ртути — тяжелый, жидкий и красный. Отдельные комедианты даже брали обычную ртуть и покрывали ее сверху слоем вязкого несохнущего красителя.

А для пущей серьезности эту чудо-субстанцию даже называли по-секретному — RM-20/20. Что и говорить, это звучало очень по-ядерному и даже где-то немного по-ракетному. В общем, веско звучало.

Калифорниевые пули

Этот миф, пожалуй, постарше. Когда в далеком 1950 году группой Сиборга был открыт трансурановый элемент калифорний, оказалось, что его изотоп с массой 251 обладает совершенно выдающимся сечением захвата нейтронов — 18 барн. Не вдаваясь в разъяснение этого термина, скажу лишь, что следствием такой величины ожидалась крайне малая критическая масса. Какая именно? Тут теоретики разделялись в мнениях. Используя разные методики расчета, называли от двух до нескольких десятков грамм. Причем в погоне за дешевой сенсацией некоторые теоретики грешили против истины и называли критическую массу для концентрированного водного раствора солей калифорния. Одна из исследовательских групп даже выдвигала на рассмотрение одного из комитетов Конгресса США проект создания пуль для пехотного стрелкового оружия, снаряженных калифорниевым ядерным зарядом. Неизвестно, насколько компетентный народ рассматривал этот «кунштюк», но, когда выяснилось, что всего наличного на Земле запаса калифорния-251 не хватит даже на одну пулю, проект молча бросили в камин. Огнеупорность рукописей лично у меня вызывает большие сомнения, но вот в живучести совершенно бредовых мифов я нисколько не сомневаюсь.

 149KB
Mark-39 — одна из самых массовых бомб США мегатонного класса.

Распространители мифа о «калифорниевой пуле» — это не безграмотные торговцы «красной ртутью». Эти люди, что называется, слышали звон. Им известно и про критическую массу, и про ее показатель для калифорния. Но вот о компоновочных схемах ядерных боеприпасов они, похоже, и не подозревают. И о том, как себя поведет в теплоизолированном герметичном корпусе элемент с крайне высокой активностью — тоже. Если говорить коротко, создание компактного ядерного заряда заявленных размеров — совершенно нереальная задача даже на пике сегодняшних технологий.

Очень похоже на то, что создавался этот миф не без участия тех же спецслужб. Ввести в заблуждение разработчиков ядерного оружия вероятного противника — задача недорогая. А вот установить, что подсунутая «информационная утечка» — обычная дезинформация, стоит гораздо дороже. А каждый человеко-час, потраченный противником впустую, — это еще одна маленькая победа над ним.

Кругосветное путешествие ядерного заряда

 147KB

Этот миф хотя и не связан напрямую с ядерным оружием, но имеет к нему определенное отношение. Мне неоднократно доводилось натыкаться на басни о межконтинентальных баллистических ракетах, способных облететь Землю, сделав полный виток. Находились даже люди, которые, утверждая наличие подобных ракет у нас, умудрялись этим фактом гордиться.

Давайте рассуждать здраво. Ракету, которая могла бы облетать Землю, создавать смысла нет. Задача-максимум — это достать диаметрально противоположную точку земного шара, все остальные точки лежат ближе, и путь до них по более длинной траектории есть дарование врагу лишнего времени на его предупреждение и подготовку к отражению удара.

Более того, учитывая протяженность страны-владелицы ракеты, а также протяженность территории атакуемой страны, и эта задача-максимум — теоретическая. Зачем пускать ракету с Урала по Америке, если ее можно пустить с Дальнего Востока, сэкономив три-четыре тысячи километров полета со всеми вытекающими последствиями — снижением габаритов, веса и стоимости ракеты и пусковых сооружений, уменьшением полетного времени и т.п.? Тот же подход к атакуемой стране — нет смысла наносить удар по атлантическому побережью США через тихоокеанское и всю территорию страны, так же как нет смысла чесать правое ухо левой рукой через голову.

Протонная бомба

Недавно я наткнулся в интернете на статью с броским названием «Антиматерия может оказаться на службе Пентагона». На самом деле страсти об антиматерии интенсивно муссировались околонаучной фантастикой 60-х годов. При ее помощи и к звездам летали, и с пришельцами боролись, а в одном из советских фантастических романов империалисты из нее бомбу делали. Ну кто мог подумать, что подобная чушь возродится из пепла забвения в виде «новости с переднего края науки»? Не стану пересказывать дословно весь бред, который был написан в этой псевдоновости, остановлюсь лишь на разборе цитаты из нее:

 62KB
Разве это взрыв? Это же китайский Новый год.

Взрыв одной миллионной грамма антипозитронов высвободит столько же энергии, сколько взрыв 37,8 кг тротила. В отличие от традиционных ядерных зарядов, после взрыва бомбы из антиматерии не возникнет остаточной радиации. При нынешнем уровне развития техники стоимость производства 0,00000000001 г (одной стомиллиардной грамма) антиматерии составляет примерно $6 млрд.

Итак, что мы имеем? Ну, прежде всего, какие-то непонятные антипозитроны. То есть, по логике, самые обычные электроны, которые вроде бы ведут себя мирно. Ладно, допустим, опечатка.

Дальше — больше. Эти самые антипозитроны уже меряют на граммы. Да, и у электрона, и у позитрона есть вполне определенная масса покоя. Но чтобы их оценивали кучкой в граммах — слышать не приходилось. Да и какая разница, какими будут аннигилировавшие частицы, если выделение энергии зависит здесь только от массы? Можно подумать, что одна миллионная грамма антипротонов взорвется покрепче.

Насчет «чистого» взрыва антиматерии — чушь. При аннигиляции возникают гамма-кванты, которые тормозятся в воздухе, поглощаются почвой и водой, а в результате дают такую наведенную радиацию, что чернобыльская катастрофа покажется досадной, но мелкой неприятностью.

 142KB
Mark-53 — одна из немногих бомб с контактным взрывателем. 9 мегатонн.

Я уже не упоминаю о тех колоссальных технических трудностях, связанных с хранением антиматерии (глубочайший вакуум, магнитная подвеска, сверхнадежные системы контроля) и с теми опасностями, которыми чревато такое занятие.

Но апофеоз — впереди. Почувствуйте себя экономистом. Стоимость 10-11 степени грамм — 6 миллиардов долларов. Ладно, учли. Для взрыва с тротиловым эквивалентом 37,8 кг требуется антиматерия массой 10-6 грамм. Таким образом, взрыв джутового мешка тротиловых шашек обойдется налогоплательщикам в 600 триллионов долларов. По данным за 2005 год, ВВП США составил 12,5 триллионов долларов. Этого как раз хватит на аннигиляционный взрыв с эквивалентом 800 грамм тротила, после чего США в полном составе пойдет с сумой на паперть. А теперь попробуйте посчитать, во что влетит взрыв 50-мегатонного заряда. Экономисты таких чисел отродясь не видели. И не увидят, даже если станут употреблять галлюциногены.

Разумеется, всегда найдется оптимист, который скажет, что наука движется вперед, а технологии совершенствуются. Но я не представляю себе разумного оптимизма, который предполагает удешевление чего-либо в триллионы раз.

В общем-то, это даже не миф, а рафинированная и ничем не прикрытая чушь, родившаяся в голове (в голове ли?) какого-то «генератора сенсаций». Но мифом эта чушь еще вполне может стать.


***

Как я и ожидал, все, что можно рассказать о ядерном оружии, в рамки журнальной статьи втиснуть не удалось. За кадром остались и поражающие факторы ядерного взрыва, и средства доставки ядерных зарядов, и системы базирования ядерного оружия, и современные сверхмалые ядерные боеприпасы, и многоступенчатые и сверхнадежные системы безопасности, предотвращающие неконтролируемый подрыв ядерного боеприпаса при аварии или сбивании носителя. Но тем не менее я надеюсь, что история создания самого мощного оружия человеческой цивилизации не оставила вас равнодушными, а сведения о его принципе действия и устройстве хоть немного расширили границы познанного. На этом я прощаюсь с вами. До новых встреч. Будьте счастливы при малейшей возможности.

Статьи появляются на сайте не ранее, чем через 2 месяца после публикации в журнале.
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ
РЕЙТИНГ
МАТЕРИАЛА
9.6
проголосовало человек: 1624
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
вверх
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования