История ракетно-ядерной гонки США и СССР

Схема термоядерной реакции Улафа-Теллера. А. Боеголовка перед взрывом, первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы. В. Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления. С. В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенопласта. D. Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла. Е. В сжатом и разогретом дейтериде Лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

(Источник: https://militaryarms.ru/boepripasy/bomby/vodorodnaya/)

В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6: ⁶LiD. При облучении нуклида ⁶Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий ³H и альфа-частица (ядро атома гелия):

₃⁶Li +₀¹n =₁³H +₂⁴He

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. Приоритет применить твёрдое вещество – гидрид лития с тяжёлым изотопом водорода – принадлежит Гинзбургу и другим советским физикам, а не Лаврентьеву О. А., как пишут в некоторых источниках (например, [112]).

Схема одной из термоядерных реакций слияния изотопов водорода дейтерий-тритий с образованием гелия, нейтрона n и выделением энергии 14,1 МЭВ:

При взрыве водородной бомбы происходят и другие термоядерные реакции с захватами и выделениями нейтронов n, протонов р и мощными выделениями энергии в виде излучений (гамма, рентгеновского и др.) и в виде кинетической энергии разлёта осколков деления с огромными скоростями в десятки тысяч километров в сек. Ниже в таблице дан целый ряд таких реакций – для них характерно выделение определённой энергии и выделение частиц с определённой энергией (в этом случае энергия задана в скобках). Результатом реакций является стабильный изотоп гелия – ₂⁴He — альфа-частица (а ₁³T = ₁³Н – это тритий – радиоактивный изотоп водорода). Часть продуктов реакций вступает в другие термоядерные реакции (какие – видно из таблицы).

История создания термоядерных бомб говорит о том, что от научной идеи до её практической реализации, – дистанция большого размера длиной в несколько лет. И сама идея, и её реализация требуют высоких взлётов научной и технической мысли, – взлётов выше достигнутого уровня науки и техники. Эти взлёты рождаются в борьбе идей, в проведении сложных расчётов и экспериментов. И ни одна сторона ядерной гонки не обладала всеми приоритетами технических решений: вырвавшись вперёд по отдельным вопросам, она отставала по другим вопросам. Каждая сторона шла своим путём, который наложил свои особенности в общих схемах и конструкциях термоядерных бомб. За процессом проектирования и создания первых опытных образцов последовал многолетний процесс их совершенствования по многим параметрам: по мощности, по габаритам, по совершенствованию важнейших систем автоматики, систем безопасности. Технологически ядерное и термоядерное оружие «доводили» до упрощения технологии производства, упрощения конструкций, обеспечения безопасности, простоты технических проверок, эксплуатации и ремонта, длительного хранения, а затем и утилизации…

Схема термоядерной реакции слияния ядер Дейтерия и Трития

Некоторые важнейшие экзотермические термоядерные реакции с большими сечениями

К 1960 году США создали серийные авиабомбы с мощностью до 25 Мт (Мк-41). Затратный механизм, который обычно сдерживает стремление к неумеренному росту технических характеристик при создании сверхмощных водородных бомб отсутствовал. Серийные сверхмощные бомбы по стоимости были существенно меньше и стоимости первых атомных бомб, и первых опытных образцов термоядерных бомб. Но после их массового производства и внедрения оказалось, что они требуют ещё и больших затрат при эксплуатации, хранении и обслуживании. Отдельные их узлы (инициаторы зарядов, источники питания электросистем) имеют ограниченные сроки эксплуатации и требуют периодической замены.