Как работает ядерная боеголовка — Российская газета

Свежий номер

РГ-Неделя

Родина

Тематические приложения

Союз

Свежий номер

Русское оружие

09.06.2016 10:10

Поделиться

Антон Валагин

Вся громада межконтинентальной баллистической ракеты, десятки метров и тонн сверхпрочных сплавов, высокотехнологичного топлива и совершенной электроники нужны лишь для одного — доставить к месту назначения боеголовку: конус высотой метр-полтора и толщиной у основания с туловище человека. Самое мощное оружие на Земле очень компактно — термоядерный заряд мощностью 300 килотонн (20 Хиросим) по форме и объему напоминает обыкновенное ведро.

Кроме заряда, в боеголовке находится блок управления. Он тоже невелик по размеру — с бидон, — и выполняет сразу несколько задач. Главная — подрыв заряда на определенной, строго рассчитанной высоте. Ядерное оружие не предназначено для применения на земной поверхности — разве что вывести из строя подземные пусковые шахты баллистических ракет противника, пишет «Популярная механика». Оптимальной высотой срабатывания ракетных боеголовок считается 1200 метров. В этом случае отразившаяся от земной тверди взрывная волна сливается с другой, расходящейся в стороны, и усиливает ее — так образуется главный поражающий фактор ядерного взрыва, всесокрушающая ударная волна.

Автоматика боевого блока управляет рулевыми двигателями: пневматическими или пороховыми, — и следит за термостатической стабилизацией заряда, поскольку оружейный плутоний, из которого тот состоит, в спокойном состоянии имеет обыкновение нагреваться. Кроме того, в конусе есть бортовая электросеть с источниками питания и защита от электромагнитного импульса. Все это хозяйство надежно закреплено на амортизаторах и заключено в прочный силовой каркас, покрытый сверху толстым слоем термоизоляции.

На дальней станции сойду

Технология, по которой боевые блоки отделяются от ракеты и ложатся на собственные курсы — отдельная большая тема, о которой можно писать книги. Поэтому скажем лишь, что сегодня применяется схема «автобус»: блок разведения в нужном месте притормаживает, разворачивается, выпускает боеголовку — для того, чтобы не сбить ее с пути истинного, он может даже отключить на время свои двигатели, — затем вновь разгоняется и следует к следующей «остановке». Весь этот балет происходит на высоте 1200 километров, где летают искусственные спутники Земли.

Отделившись от последней ступени, боевой блок достигает вершины своей траектории, а затем начинает падение к Земле. В атмосферу он входит на запредельной скорости — в 15 раз быстрее звука, — его внешняя оболочка раскаляется до пяти-шести тысяч градусов и начинает гореть. Хуже всего приходится носовой части — в боеголовках ее делают из кварца и покрывают самым толстым слоем термоизоляции. Впрочем, и бокам несладко:     превратившийся в плазму воздух шлифует горящую поверхность боевого блока, как песок или наждачная бумага, унося теплозащитное покрытие.

На высоте 50 километров над поверхностью боеголовка входит в плотные слои атмосферы и испытывает мощные отрицательные перегрузки: воздух тормозит ее не хуже, чем бетонная стена — разогнавшийся автомобиль. Вот здесь и срабатывает силовой каркас вместе с амортизирующими креплениями — иначе содержимое боевого блока сорвет со штатных мест, оборвав кабели питания и связи.

Связанные одной целью

Термоядерный заряд и блок управления непрерывно общаются друг с другом. «Диалог» этот начинается сразу после установки боеголовки на ракету, а завершается он в момент ядерного взрыва. Все это время система управления готовит заряд к срабатыванию, как тренер — боксера к ответственному поединку. И в нужный момент отдает последнюю и самую главную команду.

При постановке ракеты на боевое дежурство ее заряд оснащают до полной комплектации: устанавливают импульсный нейтронный активатор, детонаторы и другое оборудование. Но к взрыву он еще не готов. Десятилетиями держать в шахте или на мобильной пусковой установке ядерную ракету, готовую рвануть в любой момент, попросту опасно.

Поэтому во время полета система управления переводит заряд в состояние готовности к взрыву. Происходит это постепенно, сложными последовательными алгоритмами, базирующимися на двух основных условиях: надежность движения к цели и контроль над процессом. Стоит одному из этих факторов отклониться от расчетных значений и подготовка будет прекращена. Электроника переводит заряд во все более высокую степень готовности, чтобы в расчетной точке дать команду на срабатывание.

Ядерный взрыв происходит мгновенно: летящая со скоростью пули боеголовка успевает пройти лишь сотые доли миллиметра, как вся мощность термоядерного заряда превращается в свет, огонь, удар и радиацию — и все это ужасающей силы.

Поделиться

#ракеты

#технологии

#ядерное оружие

ОРУЖИЕ НА НОВЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПАХ • Большая российская энциклопедия

Авторы: В. В. Верховод

ОРУ́ЖИЕ НА НО́ВЫХ ФИЗИ́ЧЕСКИХ ПРИ́НЦИПАХ, вид ору­жия, ос­но­ван­ный на ка­че­ст­вен­но но­вых или ра­нее не­ис­поль­зо­вав­ших­ся прин­ци­пах дей­ст­вия и тех­нич. ре­ше­ни­ях, ба­зи­рую­щих­ся на дос­ти­же­ни­ях в но­вых об­лас­тях зна­ний и на но­вых тех­но­ло­ги­ях. К осн. ви­дам О. на н. ф. п. мож­но от­не­сти: лу­че­вое (ла­зер­ное и ус­ко­ри­тель­ное), ин­фра­зву­ко­вое, ра­дио­час­тот­ное, гео­фи­зи­че­ское ору­жие, ан­ни­ги­ля­ци­он­ное, ки­не­ти­че­ское ору­жие, но­вые ви­ды ору­жия не­смер­тель­но­го дей­ст­вия и сред­ст­ва ве­де­ния ин­фор­ма­ци­он­ной вой­ны.

Ла­зер­ное ору­жие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния вы­со­ко­энер­ге­тич. ла­зе­ров. По­ра­жаю­щий эф­фект ла­зер­но­го ору­жия оп­ре­де­ля­ет­ся в осн. тер­мо­ме­ха­нич. и удар­но-им­пульс­ным воз­дей­ст­ви­ем ла­зер­но­го лу­ча на цель, что мо­жет при­вес­ти к ос­ле­п­ле­нию че­ло­ве­ка или к раз­ру­ше­нию кор­пу­са ра­ке­ты, са­мо­лё­та и др. объ­ек­тов. Ла­зер­ное ору­жие от­ли­ча­ет­ся скрыт­но­стью дей­ст­вия (от­сут­ст­ви­ем пла­ме­ни, ды­ма, зву­ка), вы­со­кой точ­но­стью, прак­ти­че­ски мгно­вен­ным дей­ст­ви­ем. В США ла­зер­ное ору­жие на­хо­дит­ся в ста­дии ис­пы­та­ния.

В ус­ко­ри­тель­ном ору­жии (пуч­ко­вом ору­жии) ис­поль­зу­ет­ся энер­гия уз­ко­на­прав­лен­ных пуч­ков за­ря­жен­ных или ней­траль­ных час­тиц, ге­не­ри­руе­мых с по­мо­щью разл. ти­пов ус­ко­ри­те­лей. По­ра­же­ние объ­ек­тов и че­ло­ве­ка осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ра­ди­ац. (ио­ни­зи­рую­щим) и тер­мо­ме­ха­нич. воз­дей­ст­ви­ем. Пуч­ко­вые сред­ст­ва мо­гут раз­ру­шать обо­лоч­ки кор­пу­сов ЛА, по­ра­жать бал­ли­стич. ра­ке­ты и кос­мич. объ­ек­ты пу­тём вы­во­да из строя бор­то­во­го элек­трон­но­го обо­ру­до­ва­ния. Пред­по­ла­га­ет­ся, что с по­мо­щью мощ­но­го по­то­ка элек­тро­нов мож­но осу­ще­ст­в­лять под­рыв бо­е­при­па­сов с ВВ, рас­плав­лять ядер­ные за­ря­ды го­лов­ных час­тей бо­е­при­па­сов. Раз­ра­бот­ка ус­ко­рит. ору­жия ве­дёт­ся в ин­те­ре­сах соз­да­ния ком­плек­сов ПВО ко­раб­лей, а так­же для мо­биль­ных су­хо­пут­ных ус­та­но­вок.

Ин­фра­зву­ко­вое ору­жие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии на­прав­лен­но­го из­лу­че­ния мощ­ных ин­фра­зву­ко­вых ко­ле­ба­ний с час­то­той от со­тых до­лей до еди­ниц герц. Пре­об­ра­зо­ва­ние элек­трич. энер­гии в зву­ко­вую низ­кой час­то­ты про­ис­хо­дит при по­мо­щи пье­зо­элек­трич. кри­стал­лов. Ин­фра­зву­ко­вые вол­ны в воз­ду­хе, во­де и зем­ной ко­ре рас­про­стра­ня­ют­ся на боль­шие рас­стоя­ния, про­ни­кая сквозь бе­тон­ные и ме­тал­лич. пре­гра­ды, воз­дей­ст­ву­ют на ЦНС че­ло­ве­ка, вы­зы­вая па­ра­лич, спаз­мы, па­нич. со­стоя­ние, по­те­рю кон­тро­ля над со­бой. В США ра­бо­ты по соз­да­нию ин­фра­зву­ко­во­го ору­жия на­хо­дят­ся в ста­дии за­вер­ше­ния, его опыт­ные об­раз­цы в ви­де т. н. аку­стич. бом­бы при­ме­ня­лись в 1999 в Юго­сла­вии.

Прин­цип дей­ст­вия ра­дио­час­тот­но­го ору­жия ос­но­ван на воз­дей­ст­вии на ор­га­низм че­ло­ве­ка или элек­трон­ной сис­те­мы элек­тро­маг­нит­ных из­лу­че­ний в диа­па­зо­не ра­дио­час­тот от край­не низ­ких (3–30 Гц) до сверх­вы­со­ких (3–30 ГГц). В по­след­нем слу­чае ра­дио­час­тот­ное ору­жие ино­гда на­зы­ва­ют мик­ро­вол­но­вым или СВЧ-ору­жи­ем. При дей­ст­вии на ЦНС че­ло­ве­ка наи­боль­ший био­ло­гич. эф­фект вы­зы­ва­ют из­лу­че­ния, ко­то­рые по сво­им па­ра­мет­рам со­от­вет­ст­ву­ют элек­тро­маг­нит­ным по­лям моз­га. Дис­тан­ци­он­ное и це­ле­на­прав­лен­ное воз­дей­ст­вие на че­ло­ве­ка по­зво­ля­ет ис­поль­зо­вать ра­дио­час­тот­ное ору­жие для про­ве­де­ния пси­хо­ло­гич. ди­вер­сий и дез­ор­га­ни­за­ции управ­ле­ния вой­ска­ми про­тив­ни­ка. По­ми­мо это­го, пер­спек­тив­ные маг­не­тро­ны и клис­тро­ны (мик­ро­вол­но­вое ору­жие) спо­соб­ны на­ру­шать функ­цио­ни­ро­ва­ние стар­то­вых по­зи­ций ра­кет, пунк­тов управ­ле­ния, вы­во­дить из строя сис­те­мы управ­ле­ния вой­ска­ми и ору­жи­ем. Это вы­дви­га­ет мик­ро­вол­но­вое ору­жие в раз­ряд наи­бо­лее при­ори­тет­ных воо­ру­же­ний бу­ду­ще­го.

Ан­ни­ги­ля­ци­он­ное ору­жие – один из воз­мож­ных, но по­ка ги­по­те­тич. ви­дов ору­жия, дей­ст­вие ко­то­ро­го ос­но­вы­ва­ет­ся на про­цес­се ан­ни­ги­ля­ции час­тиц и античастиц с вы­де­ле­ни­ем боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва энер­гии. С во­ен. точ­ки зре­ния ан­ни­ги­ля­ция мо­жет быть ис­поль­зо­ва­на для соз­да­ния ору­жия ог­ром­ной раз­ру­шит. си­лы, на­мно­го пре­вы­шаю­щей мощ­ность ядер­но­го ору­жия.

Наука за атомной бомбой

Огромная разрушительная сила атомного оружия проистекает из внезапного высвобождения энергии, возникающей при расщеплении ядер делящихся элементов, составляющих ядро ​​бомбы. США разработали два типа атомных бомб во время Второй мировой войны. Первый, Little Boy, представлял собой оружие пушечного типа с урановым сердечником. Маленький мальчик был сброшен на Хиросиму. Второе оружие, сброшенное на Нагасаки, называлось «Толстяк» и представляло собой устройство имплозивного типа с плутониевым сердечником.

 

Деление

Изотопы урана-235 и плутония-239 были выбраны учеными-атомщиками, потому что они легко подвергаются делению. Деление происходит, когда нейтрон ударяется о ядро ​​любого изотопа, раскалывая ядро ​​на фрагменты и высвобождая огромное количество энергии. Процесс деления становится самоподдерживающимся, поскольку нейтроны, образующиеся при расщеплении атома, ударяются о близлежащие ядра и вызывают большее деление. Это называется цепной реакцией и вызывает атомный взрыв.

Когда атом урана-235 поглощает нейтрон и делится на два новых атома, он высвобождает три новых нейтрона и некоторую энергию связи. Два нейтрона не продолжают реакцию, потому что они теряются или поглощаются атомом урана-238. Однако один нейтрон сталкивается с атомом урана-235, который затем делится и высвобождает два нейтрона и некоторую энергию связи. Оба этих нейтрона сталкиваются с атомами урана-235, каждый из которых делится и выделяет от одного до трех нейтронов и так далее. Это вызывает цепную ядерную реакцию. Для получения дополнительной информации по этой теме см. Ядерное деление.

 

Критичность

Чтобы взорвать атомное оружие, необходима критическая масса расщепляющегося материала. Это означает, что вам нужно достаточное количество U-235 или Pu-239, чтобы нейтроны, высвобождаемые при делении, попадали в другое ядро, вызывая цепную реакцию. Чем больше у вас расщепляющегося материала, тем больше шансов, что такое событие произойдет. Критическая масса определяется как количество материала, при котором нейтрон, произведенный в процессе деления, в среднем вызовет другое событие деления.

 

Разница между бомбами

Маленький Мальчик и Толстяк использовали разные элементы и совершенно разные методы конструкции, чтобы функционировать как ядерное оружие. Маленький мальчик взорвался из-за цепной реакции деления с участием изотопа U-235 урана, а Толстяк использовал форму плутония Pu-239.

 

Маленький мальчик

Маленький мальчик питался от изотопа урана U-235 в процессе, который не давался многим ученым Манхэттенского проекта, работавшим над процессом извлечения и обогащения урана. Большая часть урана, обнаруженного в природе в мире, существует в виде урана-238, и только 0,7% природного урана приходится на изотоп U-235. Когда нейтрон бомбардирует U-238, изотоп часто захватывает нейтрон, превращаясь в U-239., не способный к делению и, таким образом, не способный спровоцировать цепную реакцию, которая взорвала бы бомбу. Таким образом, первая задача проекта заключалась в том, чтобы определить наиболее эффективный способ отделения и очистки урана-235 от чрезмерно распространенного урана-238 — стандартные методы разделения нельзя было использовать из-за сильного химического сходства между двумя изотопами. Чтобы не тратить время на один новый метод, который впоследствии может оказаться недостаточным для производства достаточного количества U-235, чтобы позволить атомной бомбе достичь критической массы, генерал Лесли Гроувс проконсультировался с ведущими учеными проекта и согласился исследовать одновременно четыре отдельных метода. разделение и очистка урана-235: газодиффузионная, центрифужная, электромагнитная сепарация и жидкостная термодиффузия.

Как только было получено достаточное количество U-235 для питания бомбы, Little Boy был сконструирован с использованием конструкции пушечного типа, которая стреляла одним количеством U-235 в другое, чтобы объединить две массы. Эта комбинация создала критическую массу, которая вызвала цепную реакцию деления, которая в конечном итоге взорвала бомбу. Две массы U-235 должны были соединиться друг с другом достаточно быстро, чтобы избежать самопроизвольного деления атомов, из-за которого бомба взорвется и, следовательно, не взорвется.

 

Толстяк

Приведенный в действие плутонием, Толстяк не мог использовать ту же конструкцию типа пистолета, которая позволяла Малышу эффективно взрываться — форма плутония, собранного из ядерных реакторов в Хэнфорде, штат Вашингтон, для бомбы не позволяла использовать эту стратегию. Хэнфордский плутоний вышел из реакторов менее чистым, чем исходный плутоний, извлеченный из лаборатории Эрнеста О. Лоуренса в Беркли, вместо этого содержащий следы изотопа плутония-240, в отличие от желаемого плутония-239. Более высокая скорость деления плутония-240 заставит атомы подвергнуться спонтанному делению до того, как конструкция пушечного типа сможет соединить две массы плутония, что снизит энергию, необходимую для фактического взрыва бомбы.

Таким образом, потребовался новый дизайн. Физик Сет Неддермейер из Лос-Аламоса разработал конструкцию плутониевой бомбы, в которой использовались обычные взрывчатые вещества вокруг центральной массы плутония для быстрого сжатия и консолидации плутония, увеличения давления и плотности вещества. Повышенная плотность позволила плутонию достичь своей критической массы, выпустив нейтроны и позволив протекать цепной реакции деления. Для детонации бомбы поджигалась взрывчатка, высвобождающая ударную волну, которая сжимала внутренний плутоний и приводила к его взрыву.

Атомарный глоссарий
Атом : строительные блоки материи; состоит из небольшого плотного ядра, окруженного облаком электронов (отрицательно заряженных частиц)
Ядро : составляет центр атома; состоит из ряда положительно заряженных протонов и нейтральных (незаряженных) нейтронов.
Атом классифицируется по количеству протонов и нейтронов в его ядре. Количество протонов определяет, каким химическим элементом является атом (например, уран), а количество нейтронов определяет, каким изотопа этого элемента является атом (например, уран-235).
Изотоп : Изотопы элемента имеют одинаковое количество протонов в ядрах, но имеют разное количество нейтронов.
Деление : процесс, при котором ядро ​​атома расщепляется на более мелкие частицы; приводит к высвобождению нейтронов и большого количества энергии.
E=mc 2 : Уравнение, ставшее знаменитым благодаря Альберту Эйнштейну. Объясняет, как крошечное количество материи содержит огромное количество энергии.

 

Ядерное оружие — Федерация американских ученых

Nuclear Weapons

Проект ядерной информации предоставляет общественности достоверную информацию о состоянии и тенденциях развития

арсеналов ядерного оружия в странах мира, обладающих ядерным оружием.

The Nuclear Information Project, названный Washington Post «одним из наиболее широко используемых ресурсов для подсчета ядерных боеголовок», использует открытые источники, такие как официальные документы, свидетельские показания, ранее нераскрытая информация, полученная в соответствии с Законом о свободе информации, а также независимые анализ коммерческих спутниковых изображений в качестве основы для разработки наилучших доступных несекретных оценок состояния и тенденций развития ядерного оружия во всем мире.

Проект также проводит анализ роли ядерного оружия и предоставляет рекомендации по ответственному сокращению количества и роли ядерного оружия.

Исследования в основном публикуются в Блоге стратегической безопасности, в Ядерной записной книжке в Бюллетене ученых-атомщиков, обзоре мировых ядерных сил в Ежегоднике СИПРИ, а также в журналах. Являясь основным источником достоверной информации о ядерном оружии, Проект часто консультирует правительства, парламентариев, средства массовой информации, институты и неправительственные организации.

Информационный ядерный проект возглавляет Ханс М. Кристенсен в сотрудничестве с Мэттом Кордой и Элианой Джонс (ранее — с Робертом С. Норрисом). Проект также сотрудничает с другими экспертами и организациями.

Эта работа основана на проекте «Сборник данных по ядерному оружию», которым Томас Кокран и Роберт Норрис руководили в NRDC в течение многих лет. Многие из их публикаций доступны здесь, в FAS, на странице «Архивы».

Проект ядерной информации в настоящее время поддерживается за счет щедрых пожертвований Фонда Джона Д. и Кэтрин Т. Макартуров, Фонда Нью-Лэнд, Фонда Плаушерз, Фонда Проспект Хилл, Филантропии Лонгвью, Фонда Стюарта Р. Мотта, Фонда Будущего. Института жизни, Open Philanthropy и индивидуальных доноров.

Внешние публикации и брифинги

Ищете внешнюю публикацию или брифинг по проекту? См. хронологию со ссылками, насчитывающими более десяти лет.

подробнее

В новостях

Наши исследования используются журналистами и экспертами по всему миру. Вот лишь небольшой отрывок из новостей, основанных на нашем исследовании.

читать дальше

В Твиттере

Следите за Гансом М. Кристенсеном, Мэттом Кордой и Элианой Джонс в Твиттере, чтобы получать анализ в реальном времени и многое другое.

Ядерное оружие

Видео указывает на то, что авиабаза Лида может получить российскую миссию по «обмену ядерным оружием» в Беларуси боеприпасы» после его обучения в России. Особенности, показанные на видео, а также несколько других подсказок из открытых источников позволяют предположить, что авиабаза Лида находилась всего в 40 километрах от литовской границы и […]

19.04.23 | 7 минут чтения

подробнее

Ядерное оружие

Была ли авария с ядерным оружием США на голландской авиабазе? [нет, это была тренировка, см. обновленную информацию ниже]

На фотографии студенческого брифинга Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) от 2022 года показаны четыре человека, осматривающие то, что кажется поврежденной ядерной бомбой B61.

04.03.23 | 7 минут чтения

подробнее

Ядерное оружие

STRATCOM заявляет, что у Китая больше пусковых установок межконтинентальных баллистических ракет, чем у Соединенных Штатов – у нас есть вопросы МБР), чем США. Доклад является последним из серии разоблачений за последние четыре года о растущем арсенале ядерного оружия Китая и углублении […]

02.10.23 | 6 минут чтения

подробнее

Ядерное оружие

Если контроль над вооружениями рухнет, стратегические ядерные арсеналы США и России могут увеличиться вдвое

Несоблюдение Россией нового договора по СНВ делает сохранение ограничений на стратегические ядерные силы еще более важным.

02.07.23 | 9 мин чтение

подробнее

Директор проекта ядерной информации

Ханс Кристенсен

Состояние мировых ядерных арсеналов,
Снятие с боевой готовности ядерной политики США,
Ядерное оружие

Старший научный сотрудник и руководитель проекта, проект ядерной информации

Мэтт Корда

Ядерное сдерживание и разоружение
Прогрессивная внешняя политика
Глобальные арсеналы ядерного оружия
Противоракетная оборона
Ядерно-климатический взаимосвязь

Научный сотрудник, Проект ядерной информации

Элиана Джонс

Ядерное сдерживание и нераспространение,
Статус мировых ядерных арсеналов, 90 165 Северная Корея

Технологии и инновации

Мы должны начать решать будущие проблемы, предоставляя информацию промышленности, налаживая связи между секторами и продвигая инновации правительства на всех уровнях.