Як влаштована ядерна зброя

Ядерна зброя вивільняє енергію не з хімічних зв’язків, як тротил, а з самого ядра атома. Одна боєголовка завбільшки з холодильник може виділити більше енергії, ніж усі бомби, скинуті за Другу світову війну, разом узяті. Основних механізмів два: поділ і синтез.

Корпус імплозивної ядерної бомби «Товстун» — Імплозивна бомба «Товстун»: плутонієва конструкція, випробувана у «Трініті» й скинута на Нагасакі.

Схема ланцюгової реакції поділу — Ланцюгова реакція поділу: кожен поділ вивільняє енергію і нейтрони, які спричиняють нові поділи.

Поділ: розщеплення важких атомів

Деякі важкі ізотопи, уран-235 і плутоній-239, під ударом нейтрона діляться на два легші уламки, вивільняючи енергію і два-три нові нейтрони. Якщо достатньо матеріалу зібрати достатньо щільно (це і є критична маса), ці нейтрони спричиняють нові поділи, і реакція зростає в геометричній прогресії: близько 80 поколінь подвоєння відбуваються менш ніж за мікросекунду.

Інженерне завдання полягає в тому, щоб тримати матеріал у підкритичному стані до самого моменту підриву. У 1945 році втілили два рішення:

Гарматна схема: один шматок урану вистрілюють по стволу в інший. Просто й настільки надійно, що перед застосуванням її жодного разу повністю не випробували. Це був «Малюк», бомба, скинута на Хіросіму потужністю близько 15 кілотонн.
Імплозія: плутонієву сферу стискають до надкритичного стану точно синхронізованими зарядами звичайної вибухівки. Цю конструкцію перевірили у випробуванні «Трініті» й застосували в «Товстуні» над Нагасакі.

Стеля чистих зарядів поділу — кілька сотень кілотонн: найпотужніший із випробуваних, «Айві Кінг», дав близько 500 кт.

Вогняна куля ядерного випробування «Трініті» — Вогняна куля «Трініті», 1945 рік: перший підрив імплозивної конструкції.

Синтез: термоядерний стрибок

Синтез зливає легкі ядра, дейтерій і тритій, і дає ще більше енергії на грам, але потребує температури в десятки мільйонів градусів. Єдиний практичний «сірник» для цього — сама бомба на основі поділу. У двоступеневій схемі Теллера — Улама першим спрацьовує «первинний» заряд поділу, а його рентгенівське випромінювання стискає і запалює фізично окремий «вторинний» термоядерний вузол, перш ніж бомба сама себе розірве. Ступені в принципі можна нарощувати без кінця, і саме так Радянський Союз дійшов до 50 мегатонн у Цар-бомбі.

Більшість сучасних боєголовок — двоступеневі термоядерні, зазвичай із бустуванням: кілька грамів дейтерій-тритієвої суміші, впорснутої в первинний заряд, різко підвищують його ефективність, тож боєголовка може бути малою, легкою і безпечною й водночас давати сотні кілотонн.

Чому сучасні боєголовки «менші»

Ракети часів холодної війни були неточними, і наддержави компенсували це багатомегатонними боєголовками. Коли наведення вдосконалилося, точність замінила грубу силу: типова стратегічна боєголовка на чергуванні сьогодні, як-от американська W88 (455 кт) чи боєголовка російського «Тополя» (800 кт), далеко не дотягує до багатомегатонних монстрів 1960-х, а одна ракета тепер несе кілька боєголовок індивідуального наведення (РГЧ ІН) замість однієї величезної.

Побачте різницю самі

Найкращий спосіб зрозуміти, що стоїть за цими числами, — порівняти їх на карті: спробуйте 15-кілотонну бомбу Хіросіми, потім сучасну 800-кілотонну боєголовку «Тополя» над Вашингтоном, а тоді 50-мегатонну Цар-бомбу, і все це в симуляторі. Як саме відбуваються руйнування, розказано на сторінці наслідки ядерного вибуху.