2.1 Принцип устройства атомных и водородных бомб
Взрыв атомной бомбы может быть осуществлен только в том случае, если имеется достаточное количество так называемого делящегося вещества, т. е. урана или плутония. Наименьшее количество такого делящегося вещества, при котором возможна взрывная цепная ядерная реакция, называется критической массой. Величина критической массы заряда атомной бомбы зависит от многих факторов, основными из которых являются: форма заряда, материал и конструкция оболочки и другие факторы.
Действительно, почему цепная взрывная реакция не протекает в куске урана или плутония меньше определенной величины?
Это объясняется тем, что с уменьшением количества делящегося вещества увеличивается относительная (на единицу массы вещества) величина его поверхности. Вследствие этого доля нейтронов, которые вылетают за пределы куска заряда урана, увеличивается. Эти нейтроны не вызывают деления ядер атомов урана.
Далее, размер и вес критической массы уменьшится, если применить плотную оболочку, способную отражать вылетающие нейтроны и возвращать их в зону ядерной реакции.
Следовательно, если масса делящегося вещества будет больше критической, то деление любого ядра дает начало взрывной ядерной реакции. Но что нужно для того, чтобы вызвать деление хотя бы одного ядра? Ранее уже отмечалось, что такая реакция может начаться под действием нейтронов, испускаемых при самопроизвольном делении ядер урана, или под действием нейтронов, испускаемых каким-либо нейтронным источником, или, наконец, нейтроном космического происхождения.
Рассмотрим устройство атомной, а затем водородной бомбы.
Основными элементами атомной бомбы являются: заряд, оболочка и так называемое взрывающее устройство (рис. 24).
Заряд атомной бомбы состоит из плутония или урана-233 или урана-235. Причем масса его должна быть несколько больше критической. До момента взрыва заряд в бомбе должен быть разделен на несколько частей (на рис. 24 критическая масса разделена на две части), каждая из которых меньше критической. Поэтому при таком расположении заряда взрывная реакция не может произойти, ибо большая часть нейтронов вылетает за пределы заряда, не производя деления ядер.
Рис 24. Принципиальная схема устройства атомной бомбы.
На рис. 24 заряд атомной бомбы (т. е. вся критическая масса урана или плутония) первоначально разделен на две декритические половинки. Однако можно себе представить схемы устройства зарядов атомных бомб, у которых заряд первоначально разделен на три, четыре и большее количество частей.
Оболочка бомбы нужна для того, чтобы смонтировать в ней все детали бомбы и чтобы отразить часть нейтронов, вылетающих за пределы делящегося вещества и вернуть их снова в зону ядерной реакции.
Наконец, назначение взрывающего устройства, состоящего из взрывателя и взрывчатого вещества, состоит в том, чтобы в нужный момент сблизить отдельные части заряда и образовать одну компактную и плотную массу заряда несколько больше критической. В момент соединения отдельных частей, т. е. половинок атомного заряда,
нейтрон, попавший в ядро урана, вызовет его деление, а образовавшиеся в результате деления ядра новые нейтроны вызовут деление последующих ядер и т. д. Так произойдет взрывная цепная ядерная реакция, т. е. атомный взрыв. Для того чтобы произошел взрыв атомной бомбы, заряд которой первоначально разделен на отдельные части, в нужный момент эти отдельные части заряда с помощью взрывающего устройства соединяются в одну компактную массу, в которой и протекает цепная ядерная реакция взрывного характера.
Аналогичное устройство имеют и водородные бомбы. Схема водородной бомбы представлена на рис. 25. Водородные бомбы, как указывалось ранее, основаны на использовании атомной энергии, мгновенно выделяющейся при термоядерных реакциях. Иными словами, для того чтобы высвободить ядерную энергию при образовании ядер легких элементов, например ядра гелия из ядер изотопов водорода — дейтерия и трития, нужно предварительно сообщить очень большие скорости ядрам дейтерия и трития. А это возможно только в случае создания температуры порядка сотен тысяч или миллионов градусов.
Такие сверхвысокие температуры в наземных условиях могут быть получены только одним, известным в настоящее время, путем — взрывом атомной бомбы.
Поэтому атомная, точнее урановая или плутониевая, бомба является как бы детонатором водородной бомбы.
Рис 24. Принципиальная схема устройства атомной бомбы.
Устройство водородной бомбы можно представить следующим (рис. 25). Имеется запас водородного горючего, содержащего тяжелый и сверхтяжелый водород (т. е. дейтерий и тритий). Вблизи него находятся два удаленных друг от друга полушария из урана или плутония (заряд атомной бомбы).
Для сближения этих полушарий используются заряды из обычного взрывчатого вещества (тротила). Взрывая одновременно заряды из тротила, мы тем самым сближаем полушария. В момент их соединения происходит взрыв атомной бомбы. Тем самым будут созданы условия для протекания термоядерной реакции, а следовательно, произойдет взрыв и водородной бомбы.
Внешний вид и форма атомной и водородной бомб напоминает обычные авиационные бомбы крупных калибров.