«Термоядерное оружие»

В первой главе рассказано об основных физических понятиях, без знания которых нельзя познать сущность термоядерного оружия — об атомах и их энергии, о радиоактивности и ядерных реакциях, а также и об атомном оружии.

Вторая глава посвящена термоядерным реакциям, их сущности, особенностям и энергетике этих реакций, знание чего необходимо для понимания устройства и действия термоядерного оружия.

В третьей главе рассматривается термоядерное оружие. Рассказано о термоядерных реакциях и ядерном горючем, лежащих в основе существующих видов термоядерного оружия.

В четвертой главе приведены сведения о производстве веществ, употребляемых для изготовления термоядерных бомб. Из этой главы можно узнать, какие из указанных веществ доступны и могут выпускаться в больших количествах.

Пятая глава рассказывает о действии термоядерного оружия. Здесь описана внешняя картина термоядерного взрыва и рассмотрено его поражающее действие. Знание этих вопросов необходимо для понимания основ защиты от термоядерного оружия и особенностей боевых действий в условиях его применения.

В шестой главе указаны средства и способы защиты от атомного и термоядерного оружия. Здесь же рассказывается о методах ликвидации последствий термоядерного нападения и даны рекомендации относительно поведения войск при термоядерном взрыве.

В седьмой главе излагаются особенности боевых действий в условиях применения термоядерного оружия.

В восьмой главе показаны возможности мирного использования термоядерных реакций. Здесь указываются значение этого вопроса, попытки его решения и перспективы.

Главы 2, 3, 4, 8 написаны М. Б. Нейманом, главы 1, 6, 7 — К. М. Садиленко, а глава 5 написана совместно обоими авторами. Авторы выражают благодарность инженер-подполковнику А. И. Седову за исправления и дополнения текста рукописи при ее редактировании и инженер-подполковнику И. А. Науменко и доктору физико-математических наук Е. М. Балабанову за ценные замечания при рецензировании рукописи.

Глава 1.

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ И АТОМНОЕ ОРУЖИЕ

Чтобы понять устройство и действие термоядерного оружия, необходимо рассмотреть его физические основы. Сначала кратко познакомимся с атомами и их строением.

Общеизвестно, что все тела, все вещества в мире состоят из весьма малых частиц, которые называются атомами. Атом чрезвычайно мал, он во столько раз меньше яблока, во сколько раз яблоко меньше всего земного шара. Поперечник самого малого атома равен одному о ангстрему[2], самого большого — 4Å.

Вещество, которое состоит из атомов одного вида (элементов), называется простым, а вещество, которое состоит из атомов разных видов, называется сложным. Медь состоит из атомов меди, а железо — из атомов железа. Вода состоит из атомов водорода и атомов кислорода. Медь и железо — простые вещества, а вода — сложное вещество. Химическим элементом называется совокупность атомов одного вида с одинаковым зарядом ядра атома. Следовательно, простое вещество состоит из одного элемента, а сложное из нескольких. Элементы обозначаются определенными символами, состоящими из одной или двух латинских букв. Так, водород обозначается Н, литий — Li, уран — U. Читаются некоторые символы по названию букв (Н — аш), иные полностью (Li — литий, U — уран). Всего в настоящее время известно 102 элемента.

Гениальный русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев открыл один из важнейших законов природы — периодический закон химических элементов и создал на его основе свою замечательную классификацию — периодическую систему элементов, изображенную на рис. 1. Представив периодическую систему в виде таблицы, Д. И. Менделеев так расположил в ней все известные в 1869 году элементы, что каждый элемент оказался на том месте, которое соответствует строению его атомов. В таблице обычно пишут названия элементов, их условные обозначения, порядковые номера и атомные веса[3]. В некоторых таблицах указывают также распределение электронов по слоям вокруг атомного ядра каждого элемента.

Рис. 1. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Менделеев предсказал существование в природе еще неизвестных человеку элементов, оставив для них места в своей периодической системе. На основе периодического закона Менделеев предсказал свойства этих, еще не открытых, элементов. Предвидения Менделеева блестяще оправдались — все указанные элементы были впоследствии открыты и свойства их соответствовали предсказанным.

Некоторые элементы в природе не найдены, но они были получены из других элементов путем ядерных превращений, в частности, искусственно были получены заурановые элементы с порядковыми номерами в таблице от 93 до 102. Ученые, приготовившие в 1955 году элемент № 101, заранее предсказали его свойства, применив для этого хорошо подтвердившийся метод Д. И. Менделеева; в честь великого русского ученого они предложили назвать элемент № 101 менделевием.

Атом имеет сложное устройство. В центре атома находится маленькое, но очень плотное ядро, вокруг которого с большой скоростью (десятки тысяч километров в секунду) вращаются электроны, заряженные отрицательным электричеством. У атомов разных элементов — разное число электронов, например, у водорода вокруг ядра движется только 1 электрон, у гелия — 2, у лития — 3, у урана — 92 электрона. Это число электронов равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Ядро атома заряжено положительным электричеством. Положительный заряд ядра равен по величине порядковому номеру элемента. Суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, поэтому атом в целом нейтрален.

Строение атома часто сравнивают со строением солнечной системы. Подобно тому, как Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Однако есть и большое различие между этими системами. Между Солнцем и планетами действуют силы тяготения, а между ядром атома и электронами — силы электрические. Планеты движутся вокруг центрального небесного тела по определенным орбитам. Их движение подчинено законам механики, открытым Ньютоном. В атоме движение электронов подчинено более сложным законам микромеханики, иначе называемой квантовой механикой. Ранее существовавшее мнение о том, что электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам, оказалось ошибочным. Из квантовой механики следует, что электроны при своем движении вокруг ядра, будучи расположены как бы слоями, движутся в пределах атома не по строго определенным направлениям. Наиболее вероятным является нахождение электрона в центральной части атома. Эта вероятность убывает по мере удаления от центра атома. Таким образом, каждый электрон может находиться в любом месте атома, но чаще всего он бывает вблизи атомного ядра. Поэтому говорят, что электроны образуют в атоме подобие облака, плотность которого убывает по направлению от центра к периферии, как показано на рис. 2, а. По современным представлениям атом является не плоской, а объемной системой, в то время как Солнце и планеты расположены почти в одной плоскости, как схематически показано на рис. 2, б.

Рис. 2. Схема распределения в атоме электронного облака (а) и схематическое сравнение его шарообразной формы с почти плоской солнечной системой (б):

1 — ядро атома; 2 — электронное облако

Простейшее ядро — ядро водорода — названо протоном. Электрический заряд его положительный; он равен единице. Протон, а также электрон и позитрон называются элементарными частицами. Кроме того, элементарными частицами являются: нейтрон — частица приблизительно такой же массы, как и протон, но не имеющая электрического заряда, нейтрино — нейтральная частица с весьма малой массой[4] и некоторые другие. Элементарными их называют условно. В действительности эти частицы имеют, по-видимому, сложное строение. В. И. Ленин сказал по этому поводу: «Электрон так же неисчерпаем, как и атом…»

Развитие науки и техники в XX веке вооружило человека такими средствами, которые позволили разрушить и преобразовать в другие виды материи ряд элементарных частиц. Электроны и позитроны при взаимодействии могут превращаться в гамма-кванты. Протон имеет сложное строение. Установлено, что нейтрон радиоактивен и способен распадаться с образованием протона, электрона и нейтрино. В 1955 и 1956 гг. удалось в лаборатории получить новые, предсказанные учеными элементарные частицы — антипротон, масса которого равна массе протона, но его заряд — отрицательный, и антинейтрон — частицу, подобную нейтрону, но отличающуюся от него некоторыми ядерными свойствами. Предела делимости материи не существует. Следовательно, и электрон и другие элементарные частицы не являются неделимыми по своей природе.

Ядра всех атомов построены из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре, определяющее его положительный заряд, равно порядковому номеру элемента (в периодической системе). Сумма чисел протонов и нейтронов определяет вес ядра и называется массовым числом.

Зная массовое число и порядковый номер, легко определить число протонов и нейтронов в ядре атома. Если, например, известно, что порядковый номер фосфора равен 15, а его массовое число — 31, то в ядре фосфора содержится 15 протонов и 31-15=16 нейтронов. Если массовое число урана равно 238, а его порядковый номер — 92, то это значит, что в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов.

Каждый химический элемент характеризуется определенным порядковым номером. Это объясняется тем, чго число протонов в ядрах атомов каждого элемента строго определенно. Что же касается числа нейтронов, то оно может изменяться в некоторых пределах.