Как устроено ядерное оружие

Ядерное оружие высвобождает энергию не из химических связей, как тротил, а из самого атомного ядра. Одна боеголовка размером с холодильник может выделить больше энергии, чем все бомбы Второй мировой войны вместе взятые. Механизма два: деление и синтез.

Деление: расщепить тяжёлые ядра

Некоторые тяжёлые изотопы — уран-235 и плутоний-239 — при попадании нейтрона распадаются на два более лёгких осколка, выделяя энергию и два-три новых нейтрона. Если материала достаточно и он собран достаточно плотно (критическая масса), эти нейтроны вызывают новые деления, и реакция растёт лавинообразно: около 80 поколений удвоения укладываются меньше чем в микросекунду.

Инженерная задача — удерживать материал в подкритическом состоянии до самого момента подрыва. В 1945 году воплотили два решения:

• Пушечная схема: один кусок урана выстреливается по стволу в другой. Просто и настолько надёжно, что перед применением схему даже не испытали целиком, — это «Малыш», хиросимская бомба примерно в 15 килотонн.
• Имплозия: плутониевая сфера сжимается до сверхкритического состояния точно синхронизированными обычными взрывчатыми веществами. Эта конструкция была проверена на испытании «Тринити» и применена в «Толстяке» над Нагасаки.

Чисто делительные заряды упираются в несколько сотен килотонн: самый мощный из испытанных, «Айви Кинг», дал около 500 кт.

Синтез: термоядерный скачок

При синтезе сливаются лёгкие ядра — дейтерий и тритий, — и на грамм вещества выделяется ещё больше энергии, но нужны температуры в десятки миллионов градусов. Единственная практическая «спичка» — сама атомная бомба. В двухступенчатой схеме Теллера — Улама первой срабатывает делительная «первичка», а её рентгеновское излучение сжимает и поджигает физически отдельную термоядерную «вторичку» раньше, чем бомба успевает разлететься. Ступени в принципе можно наращивать бесконечно — так Советский Союз дошёл до 50 мегатонн в Царь-бомбе.

Большинство современных боеголовок — двухступенчатые термоядерные, обычно с бустированием: несколько граммов дейтерий-тритиевой смеси, впрыснутые в первичку, резко поднимают её эффективность. Это позволяет делать заряды небольшими, лёгкими и безопасными при мощности в сотни килотонн.

Почему современные боеголовки «меньше»

Ракеты времён холодной войны были неточными, и сверхдержавы компенсировали это многомегатонными зарядами. С развитием систем наведения точность заменила грубую силу: типичная стратегическая боеголовка сегодня — американская W88 (455 кт) или боеголовка российского «Тополя» (800 кт) — гораздо слабее многомегатонных монстров 1960-х, а одна ракета несёт несколько боеголовок индивидуального наведения (РГЧ ИН) вместо одной гигантской.

Посмотрите разницу сами

Лучший способ понять, что стоит за этими числами, — сравнить их на карте: возьмите 15-килотонную хиросимскую бомбу, затем современную 800-килотонную боеголовку «Тополя» над Вашингтоном, затем 50-мегатонную Царь-бомбу — всё это есть в симуляторе. Как именно происходят разрушения, рассказано на странице о последствиях ядерного взрыва.