В ходе деления ядер происходит размножение нейтронов. Этот процесс обычно характеризуется коэффициентом критичности. Когда он меньше единицы, число нейтронов убывает в ходе реакции, когда больше единицы— возрастает, когда равен единице — поддерживается постоянным. Этот последний режим называется критическим.
Следует заметить, что в массе делящегося вещества, из которого делаются атомные заряды, часть нейтронов теряется непроизводительно. Их захватывают вредные примеси, от которых стараются всячески избавиться. Некоторая доля нейтронов вылетает из заряда наружу и этим уклоняется от дальнейшего участия в реакции. Утечку нейтронов наружу снижают за счет уменьшения отношения площади заряда к его объему — ведь, чем меньше поверхность, тем меньше возможностей у нейтронов вылететь наружу. Наиболее «неудобная» для нейтронов в этом отношении шаровая форма заряда. Вот почему заряды такой формы имеют наименьшую критическую массу, то есть в этом случае меньше всего надо делящегося вещества, чтобы получить критический режим, при котором число нейтронов уже не убывает.
Величина критической массы зависит не только от формы заряда, но и от плотности и чистоты взятого делящегося вещества. В печати приводятся значения критических масс для практически чистого с нормальной плотностью урана-235 и плутония-239. Они составляют соответственно 16,5 и 10,5 кг.
Величину критической массы заряда можно искусственно уменьшить, если окружить его слоем вещества, так же хорошо отражающим нейтроны, как зеркало световые лучи. Для изготовления нейтронных «зеркал» могут служить бериллий, вольфрам, железо и другие вещества. В результате применения отражателя критическая масса может быть уменьшена в два и более раза по сравнению с массой без отражателя.
Но разумеется, критическая масса не обеспечивает условий для лавинообразного развития цепной реакции, ведь в ней число нейтронов не возрастает. Вот почему для получения взрыва масса заряда должна быть заметно больше критической. Именно так оно и есть в реальных атомных боеприпасах.
Осуществить ядерный взрыв можно и путем соединения легких атомных ядер (например, ядер атомов водорода, лития). Однако реакция соединения легких ядер возможна только при очень высокой температуре, измеряемой десятками миллионов градусов. В связи с этим реакцию соединения легких ядер называют термоядерной реакцией, а взрыв, основанный на этой реакции, — термоядерным взрывом. В качестве источника высокой температуры, необходимой для осуществления термоядерного взрыва, используется ядерный взрыв, основанный на делении тяжелых атомных ядер.
И здесь механизм реакции включает в себя процесс возникновения из двух ядер одного возбужденного составного ядра и его распад с излучением протонов, нейтронов и других частиц. Известно, что ядра атомов имеют одноименные электрические заряды и между ними действуют силы отталкивания. Чтобы они могли сблизиться до расстояния, на котором начинают действовать ядерные силы притяжения, необходимо затратить значительную энергию.
Для реакции синтеза наиболее подходящими оказались ядра легких элементов, и в частности водорода, вернее, его изотопов — дейтерия и трития. При слиянии ядер дейтерия и трития в расчете на килограмм прореагировавших веществ выделяется в 4 раза больше энергии, чем при реакции деления ядер.
Мы не случайно упомянули реакцию слияния ядер дейтерия и трития. Эти компоненты обязательны для каждого термоядерного заряда, так как только их способен «зажечь» атомный детонатор. А уже реакция с участием дейтерия и трития вызывает дальнейший процесс синтеза ядер во всем объеме заряда. Может возникнуть вопрос: зачем еще применять какие-то вещества, если дейтерий и тритий вполне подходят для этой цели? Дело в том, что тритий чрезвычайно дорогой и короткоживущий изотоп.
Зарубежные литературные источники называют в качестве наиболее подходящего термоядерного взрывчатого вещества твердые соединения водорода — дейтерид лития и тритид лития. В этих веществах происходит целый цикл реакций, дающих высокий эффект без введения трития извне.
Заряды, в основу поражающего действия которых положен термоядерный взрыв, называются термоядерными зарядами. В настоящее время ядерное оружие известно в виде зарядов ракет, авиационных бомб, торпед. Считается, что ракеты наиболее эффективны для доставки ядерных зарядов к цели.
Для создания ядерных зарядов нашим специалистам пришлось наладить промышленную добычу и производство урана.
В табл. 1, по данным иностранной печати, приведены сравнительные затраты на получение 1 кг природного урана, обогащенного урана, содержащего повышенное количество урана-235 по сравнению с природным, и ядерного делящегося вещества, химическим путем извлеченного из облученных стержней.
Таблица 1
Производство ядерного делящегося вещества для зарядов ракет сложно, трудоемко и требует огромных сил, огромных средств.
С тем большей гордостью мы, советские люди, в том числе советские воины, сознаем, что нашей стране оказалось под силу решить многообразные задачи получения делящихся веществ в достаточно больших количествах для ядерных зарядов. Без этого ни о каком серьезном использовании ядерной энергии для укрепления обороноспособности не могло быть и речи. Ведь даже США потребовалось намного больше времени, чем Советскому Союзу, для накопления более или менее значительного количества ядерных зарядов.
Характерное замечание сделал как-то И. В. Курчатов по поводу заявления президента США о том, что «США могли бы нанести СССР удар, когда они обладали атомным оружием». И. В. Курчатов ответил, что президент США был не прав. К тому моменту, когда Советский Союз начал копить свои запасы ядерных зарядов, в США их было настолько мало, что они не могли иметь серьезного значения в войне.
Теперь поясним устройство ядерного заряда ракеты. В процессе хранения масса заряда разделена на части, каждая из которых непременно меньше критической. Соединяются эти части лишь в момент взрыва. Это достигается подрывом обычного взрывчатого вещества. Части заряда из урана-235 или плутония, соединяясь вместе, образуют массу, достаточную для развития цепной реакции взрывного типа.
Ядерный заряд состоит из массы делящегося вещества, окруженной отражателем нейтронов, порохового заряда и его электродетонатора, источника нейтронов, необходимого для начала цепной реакции. По принципу действия атомные боеприпасы могут быть «пушечными» и «имплозивными». В «пушечной» схеме взрывается порох и разрозненные части делящегося вещества как бы выстреливаются навстречу друг другу. Образуется масса более критической, и начинается цепная ядерная реакция. В «имплозивной» схеме тот же взрыв обычного ВВ уплотняет делящееся вещество и также создает условия для ядерного процесса.
Мощность взрыва ядерных зарядов принято оценивать тротиловым эквивалентом, то есть сравнивать с воображаемым взрывом обычного ВВ такой же мощности. За короткий промежуток времени, порядка миллионных долей секунды, выделяется громадное количество энергии. Большое количество энергии, выделяемой в столь короткое время, вызывает при ядерном взрыве повышение давления до миллионов атмосфер и температуры до десятков миллионов градусов.
Каковы особенности взрывов ядерных зарядов? Ядерные заряды по своим боевым свойствам значительно отличаются от взрывов зарядов обычного взрывчатого вещества. Мощность ядерного взрыва может быть во много тысяч раз больше мощности взрыва самого крупного фугасного заряда. При взрыве ядерного заряда, как и при взрыве обычного заряда, образуется ударная волна. Но ее разрушительное действие во много раз больше. Взрыв ядерного заряда в отличие от обычного сопровождается мощными потоками светового излучения и невидимого излучения, называемого проникающей радиацией. Световое излучение способно вызвать ожоги и воспламенить горючие материалы, а проникающая радиация— оказать вредное биологическое воздействие на организм человека. Взрыв ядерного заряда отличается от обычного еще и тем, что в районе взрыва и по пути движения радиоактивного облака взрыва возможно радиоактивное заражение местности, воды, местных предметов, боевой техники и людей, находящихся вне укрытий. Заражение происходит в результате выпадения образовавшихся при ядерном взрыве радиоактивных веществ. Радиоактивное излучение этих веществ, как и проникающая радиация, вредно действует на организм человека.
Каковы виды взрывов ядерных зарядов? Взрывы ядерных зарядов могут осуществляться на различной высоте в воздухе, у самой поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим взрывы ядерных зарядов называют воздушными, наземными (надводными) и подземными (подводными).
