Ядерная эра. Часть 1-я
США
Началом «ядерной эры» человечества можно считать 16 июля 1945 года. Тогда на полигоне Уайт Сэндз в пустыне неподалёку от города Аламогордо в штате Нью-Мексико в рамках Манхэттенского проекта было проведено первое успешное испытание взрывного ядерного устройства, получившего название «Штучка». Мощность ядерного взрыва в тротиловом эквиваленте составила около 21 кт.
До этого 7 мая здесь состоялась «капитальная репетиция»: на шестиметровой деревянной платформе было взорвано 110 тонн мощного взрывчатого вещества с добавлением некоторого количества радиоактивных изотопов. Пробный взрыв с использованием обычной взрывчатки выявил ряд слабых мест в испытательном процессе и позволил отработать контрольно-измерительную аппаратуру и линии связи, а также методику сбора проб грунта и воздуха сразу же после испытания.
Металлическая вышка, построенная для проведения ядерных испытаний
Взорвать ядерный заряд на вершине тридцатиметровой металлической башни, было решено, чтобы лучше понять, как поражающие факторы взрыва будут воздействовать на окружающую местность при реальном взрыве боевой бомбы сброшенной с бомбардировщика. Ещё в процессе проработки возможного боевого применения ядерной бомбы, расчёты показали, что максимальный разрушительный эффект по целям в виде городской застройки будет получен именно при воздушном подрыве. После того как металлическая сфера с плутониевым зарядом имплозивного типа была с помощью лебёдки поднята на вершину башни, под ней установили грузовик с матрасами на случай падения бомбы с высоты.
Руководитель группы сборки взрывного ядерного устройства Норрис Брэдбери сфотографирован рядом с частично собранным ядерным зарядом на вершине испытательной башни
Из-за грозы испытания, назначенные на 04:00 по местному времени, пришлось перенести на полтора часа. После ядерного взрыва, испарившего многотонную стальную башню и испепелившего всё округе, в радиусе сотен метров образовалась стекловидная корка спёкшегося песка. Уже через несколько часов к месту взрыва на танке «Шерман», дополнительно защищённом от радиации свинцовыми листами, отправилась группа учёных, которые произвели замеры радиации и взяли пробы грунта. Несмотря на защиту, все они получили значительные дозы облучения.
Аэрофотоснимок места взрыва, сделанный вскоре после испытаний
В целом испытание в Уайт Сэндз, получившее кодовое название «Тринити», подтвердило расчёты американских физиков и доказало возможность использования энергии ядерного распада в военных целях.
21 декабря 1965 года, после того как уровень радиации достиг безопасных значений, район испытаний в Нью-Мексико был объявлен Национальным историческим памятником и вошел в Национальный реестр исторических мест.
Спутниковый снимок Google Earth: место первого американского ядерного испытания в Нью-Мексико
В настоящее время район проведения первого ядерного взрыва открыт для посещений в составе экскурсионных групп всеми желающими. В точке, где стояла когда-то вышка с ядерным устройством, установлен мемориал.
Испытание 16 июля 1945 года открыло дорогу для боевого применения энергии атомного распада. В августе 1945 года в распоряжении американских военных имелось две готовых к применению ядерных бомбы.
Первая, урановая, «пушечного типа», массой около 4000 кг и длиной 3000 мм, содержала в себе 64 кг высокообогащённого U-235. Эта бомба, получившая название «Малыш», имела относительно простую и надёжную конструкцию. Её корпус был выполнен достаточно толстым, чтобы выдержать попадание осколков зенитных снарядов и крупнокалиберных пуль. Для доведения уранового заряда до сверхкритической массы использовался обрезанный до 1,8 м ствол морского орудия калибра три дюйма, на дульной части которого находился основной цилиндрический урановый заряд массой 38,5 кг и инициатор из сплава бериллия и полония, установленный на тыльной стороне «мишени». Орудие стреляло «снарядом» из карбида вольфрама, на головной части которого крепился урановый стержень массой 25,5 кг. В результате столкновения «снаряда» с «мишенью» происходило образование сверхкритической массы, и начиналась цепная реакция. Эта схема считалась настолько надёжной, что не требовала предварительных испытаний.
Бомба «Малыш»
С учётом применения такого устройства форма делящихся материалов выполнена в расчёте на то, что она позволит в течение некоторого времени выдержать силу столкновения «снаряда» и «мишени» и не разрушаться достаточно долго до начала цепной реакции. При относительной простоте данная схема обладает очень низким КПД, так как большая часть урана оказывается рассеяна до того как успевает прореагировать. По этой причине ядерные заряды такого типа в настоящее время не эксплуатируются.
В ядерном взрыве «Малыша» в цепной реакции участвовало около 700 граммов урана, то есть немногим более 1 % делящегося материала. Но и этого оказалось вполне достаточно. Мощность ядерной бомбы, сброшенной 6 августа 1945 года в 08:15 по местному времени на японский город Хиросима с бомбардировщика B-29, летевшего на высоте более 9000 метров, оказалась в районе 15-18 кт в тротиловом эквиваленте.
Руины Хиросимы
Атомная бомба сработала на высоте около 600 метров по команде радиовысотомера APS-13. В результате взрыва в радиусе более 1,5 км были разрушены практически все здания. На площади более 11 км² возникли сильнейшие пожары. Около 90% всех зданий в городе были разрушены или получили серьёзные повреждения. Считается, что во время атомной бомбардировки погибло от 70 до 80 тыс. человек, всего же в течение года от травм, ожогов и лучевой болезни скончалось около 160 тыс. чел.
Вторая американская атомная бомба, практически уничтожившая 9 августа 1945 года портовый японский город Нагасаки, была плутониевая — имплозивного типа. По своей конструкции она в основном аналогична заряду, испытанному на полигоне в Нью-Мексико. Форма плутониевого «Толстяка» была очень далека от аэродинамического совершенства, и для стабилизации после сброса бомбы с бомбардировщика пришлось применить парашют.
Ядерная бомба «Толстяк» в процессе подготовки к применению
Плутониевая бомба, названная «Толстяком», по сравнению с «Малышом» была устроена гораздо сложней. Делящимся материалом в ней выступал Pu-239 в количестве, близком к критической массе. В природе плутоний, встречающийся в урановых рудах, очень редок. В значимых количествах его получают в ядерных реакторах при облучении U-238 нейтронами.
В «Толстяке» находилось около 6 кг плутония, окруженного оболочкой из урана-238, делящиеся материалы, в свою очередь, были помещены в алюминиевую обжимающую сферу. Алюминиевая оболочка, легированная бором, обеспечивала равномерное сжатие ядерного заряда и предохраняла его от начала преждевременной цепной реакции и разрушения продуктами взрыва. В полом плутониевом ядре, сформированном двумя полусферами, располагался нейтронный инициатор — шарик диаметром около 2 см из бериллия, покрытый сплавом полония и иттрия. Нейтронный инициатор служил первичным источником нейтронов при сжатии плутониевого ядра взрывной волной. Поверх алюминиевой оболочки был собран заряд взрывчатки из 64 сегментов, напоминавший по форме гигантский футбольный мяч. Вес взрывчатого вещества превышал 2300 кг. Для равномерного сжатия плутониевого ядра шар из взрывчатки был весь буквально утыкан электрическими детонаторами, которые срабатывали одновременно. Такая сложная конструкция бомбы делала её сборку и подготовку к применению очень непростой задачей, требующей повышенного внимания и тщательного контроля.
Выход энергии при взрыве «Толстяка» оказался выше, чем у уранового «Малыша». Коэффициент использования делящихся материалов составил 17%. Мощность взрыва находилась в пределах 22 кт. Хотя выход энергии был больше, чем в Хиросиме, количество погибших и пострадавших в Нагасаки оказалось меньше.
Аэрофотоснимок Нагасаки до и после ядерной бомбардировки
Сказались большое отклонение бомбы от точки прицеливания, которая взорвалась над промзоной, рельеф местности, а также то, что незадолго до этого в ожидании налётов американской авиации значительная часть населения была эвакуирована. В результате бомбардировки погибло около 80 тыс. человек, ещё около 60 тыс. человек умерло до конца года. На площади около 84 км² было разрушено и повреждено приблизительно 19500 зданий.
Примечательна история японца Цутому Ямагути, пережившего обе ядерные бомбардировки. 6 августа 1945 года Цутому Ямагути было 29 лет. Он находился в Хиросиме, примерно в трёх километрах от эпицентра взрыва. У него сгорели волосы, была обожжена левая сторона лица и лопнула барабанная перепонка в левом ухе. 8 августа он вернулся в Нагасаки, где работал на верфях компании «Мицубиси» и обратился за медицинской помощью в больницу. И снова попал под ядерную бомбардировку. В этот раз он почти не пострадал, но вскоре после того как были потушены пожары, кинулся в город искать своих пропавших без вести родственников. В ходе поисков Ямагути получил большие дозы радиации, и у него впоследствии наблюдались признаки лучевой болезни — выпали волосы, образовались долго незаживающие язвы и начались длительные носовые кровотечения. Тем не менее, Цутому Ямагути вопреки всему выжил, он скончался 4 января 2010 года в возрасте 93 лет в Нагасаки.
Эффект применения ядерных бомб против японских городов, значительная часть которых была застроена деревянными строениями, оказался даже выше ожидаемого, и после капитуляции Японии американское руководство стало рассматривать ядерное оружие как элемент давления на Советский Союз. Если в 1947 году Соединённые Штаты располагали 32 ядерными бомбами, подготовка к применению которых требовала значительного времени, то уже через пять лет в 1952 году в США имелось 1005 ядерных зарядов. Еще через пять лет количество зарядов увеличилось более чем в шесть раз.
Для испытаний новых типов ядерных бомб на тихоокеанских атоллах Бикини и Эниветок были созданы ядерные полигоны. С 1946 по 1958 год здесь проведено 67 ядерных испытаний, в том числе надводные и подводные.
Летом 1946 года в ходе операции «Перекрёсток» было произведено два подводных ядерных взрыва мощностью около 23 кт. Это были первые испытательные ядерные взрывы, о которых было сообщено в СМИ, и на них пригласили иностранных наблюдателей, в том числе и из СССР.
Целью этих испытаний была проверка способности кораблей военного и торгового флота противостоять поражающим факторам ядерного оружия. Для повышения достоверности результатов испытаний, на палубах и во внутренних отсеках были размещены подопытные животные. В испытаниях задействовали флот из 95 кораблей-мишеней. Это были трофейные немецкие и японские корабли и суда, а так же американские, которые были сочтены адмиралами ВМС США устаревшими или лишними. Испытания продемонстрировали, что могут быть потоплены или получить серьёзные повреждения корабли, находящиеся в радиусе 1000 метров от эпицентра подводного взрыва. Корабли, находящиеся на большем расстоянии, тоже получали повреждения, но они вполне могли быть отремонтированы. По результатам испытаний был сделан вывод, что подводная лодка, вооруженная ядерными торпедами для боевых кораблей, может представлять большую опасность, чем тяжелый бомбардировщик. Эскадра боевых кораблей в открытом море, идущая со скоростью 20-25 узлов, вполне в состоянии уклониться от сброшенной с высоты 8-9 км ядерной бомбы. Взрыв при этом произойдёт на расстоянии 2-2,5 км от эскадры. В случае отсутствия на палубах большого количества взрывоопасных и горючих веществ и личного состава ядерный взрыв мощностью 20-25 кт не причинит большого ущерба боевым кораблям.
При воздушном взрыве основными радиационными факторами являлись проникающая и наведённая радиация, загрязнение радиоактивными осадками было минимальным. Радиационное загрязнение при подводных взрывах оказалось многократно выше, чем при воздушных, и для очистки кораблей после испытаний требовались значительные усилия. По этой причине часть испытательного флота, подвергшегося радиационному заражению, дезактивации не подвергалась, а была затоплена в океане.
Спутниковый снимок Google Earth: воронки на атолле Эниветок образовавшиеся в результате ядерных испытаний
1 ноября 1952 года на атолле Эниветок состоялось первое испытание стационарного термоядерного устройства. Мощность взрыва первой водородной бомбы составила 10,4 Мт, что в 450 раз превысило мощность заряда, сброшенного на Нагасаки. И хотя это было чисто стационарное устройство массой 62 тонны и размером с трёхэтажный дом, не имевшее каких либо перспектив практического военного использования, данное испытание показало возможность использования энергии термоядерного синтеза в военных целях.
1 марта 1954 года на атолле Бикини было взорвано термоядерное двухступенчатое устройство мощностью 15 Мт. По сравнению с первым испытательным взрывом, в данном устройстве были отработаны решения, воплотившиеся в последствии в термоядерных бомбах, принятых на вооружение. В качестве «термоядерного горючего» использовался твёрдый дейтерид лития-6. Этот взрыв стал самым мощным в истории американских ядерных испытаний.
Стационарное испытательное термоядерное устройство «Кастл Браво», взорванное 1 марта 1954 года
Стационарное термоядерное устройство получившее обозначение «Кастл Браво» весило более 10 т и имело вид цилиндра длиной около 4,5 м. По результатам испытания «Кастл Браво» начались работы по созданию термоядерных зарядов пригодных для использования на стратегических носителях.
Спутниковый снимок Google Earth: на северо-западном мысе атолла Бикини виден кратер, образовавшийся при испытании водородной бомбы «Кастл Браво»
Физики, занимавшиеся расчётами мощности заряда, ошиблись, и количество выделенной энергии оказалось в 2,5 раза больше запланированной. Взрыв произвёл большое впечатление на наблюдателей. Огромное грибовидное облако диаметром 100 км, при толщине «ножки» -7 км, за считанные минуты поднялось на высоту более 40 км, достигнув наибольшего размера через 8 минут после взрыва. После взрыва очертания атолла сильно изменились. На северо-западной оконечности атолла Бикини образовалась гигантская воронка диаметром около 1,8 км, которая быстро заполнилась водой. В результате взрыва сам атолл и окрестности подверглись сильнейшему радиоактивному заражению. Серьёзному загрязнению радиоактивными осадками подверглась зона в форме овала шириной 100 км и длиной свыше 550 км. Это привело к экстренной эвакуации американских военнослужащих и мирных жителей с близлежащих островов, часть из них получила очень высокие дозы радиации. Большие дозы облучения получили также экипажи рыболовецких судов, ведших промысел в этом районе. Считается, что «Кастл Браво» стало не только самым мощным, но и самым «грязным» американским ядерным испытанием. Специалисты связывают большой выброс радиации с реакцией деления урановой оболочки, которая окружала термоядерный заряд, она сработала как третья ступень взрыва.
Американские ядерные испытания на Маршалловых островах и значительное радиационное загрязнение вызвали большой резонанс у мировой общественности. Главы нескольких региональных государств потребовали их прекращения. Это, а также большая удалённость, сложности с поддержанием инфраструктуры и непредсказуемость погоды вынудили перенести ядерные испытания на территорию США.
В 1951 году начал функционировать Невадский испытательный полигон площадью около 3500 км². Как оказалось, выбор места для полигона был сделан весьма удачно, структура скальных пород и рельеф местности позволяли проводить здесь подземные испытательные взрывы в скважинах и штольнях. Первый тактический ядерный заряд мощностью 1 кт был испытан на полигоне 27 января 1951 года. В общей сложности здесь прогремело 928 ядерных взрывов, около 100 из них были атмосферными. После вступления в силу подписанного в 1963 году Договора об ограничении испытаний в трёх средах на Невадском полигоне проводились только подземные испытания.
Спутниковый снимок Google Earth: испытательное поле Невадского ядерного полигона
В 50-е годы на полигоне в Неваде проходили учения с применением ядерного оружия, в которых задействовались значительные количества боевой техники и американских военнослужащих. На ядерном полигоне возводились различные фортификационные и инженерные сооружения, а так же типовые здания городской застройки.
В 50-х начале 60-х годов грибовидные облака ядерных взрывов можно было наблюдать на значительном расстоянии от полигона. Их видели из Лас-Вегаса и даже из Лос-Анджелеса.
Кроме испытания ядерных боеприпасов и отработки боевых действий в условиях применения ядерного оружия, на Невадском полигоне проводились исследования по использованию ядерных зарядов в «мирных целях». 6 июля 1962 года термоядерный взрыв мощностью 104 кт взметнул в воздух на высоту около 100 метров огромный купол грунта. Взрывом было выброшено более 11 миллионов тонн песка и скального грунта. Датчики зафиксировали сейсмическую волну, эквивалентную землетрясению магнитудой более 4,7 балла по шкале Рихтера.
Спутниковый снимок Google Earth: кратер «Сторакс Седан»
Целью ядерного испытания «Сторакс Седан» было изучение возможности использования ядерных зарядов для образования воронок, создания полостей для хранения нефти и газа, добычи полезных ископаемых, и других «мирных» целей.
В результате наземного взрыва образовалось очень большое количество радионуклидов. Через 1 час после взрыва уровень радиации на краю кратера составил 500 рентген в час. Это испытание оказалось самым «грязным» из всех проведённых на территории США. При взрыве «Сторакс Седан» было выброшено около 7% от общего количества радиоактивных осадков, которые выпали на прилегающей территории США при всех ядерных испытаний на полигоне в Неваде.
Последнее ядерное испытание на полигоне в штате Невада состоялись 23 сентября 1992 года. С тех по полигон продолжает функционировать, но здесь проходят исследования без достижения критической массы зарядов и начала масштабной неуправляемой цепной реакции. В 2006 году планировался эксперимент с подрывом 1100 тонн обычной взрывчатки, но в 2007 году этот проект был закрыт. По просочившимся в СМИ данным на полигоне в подземных скважинах до сих пор находятся несколько не сработавших ядерных зарядов, поднять которые не удалось.
На ядерном полигоне в Неваде администрацией ежемесячно проводятся экскурсионные туры по территории, очередь на них расписана на много месяцев вперёд. В ходе тура посетители не могут свободно выходить из автобусов, иметь с собой бинокли, мобильные телефоны, фото- и видеокамеры. Запрещается брать на память камни, и какие-либо предметы с полигона.
По материалам:
http://war20.ru/article/6
http://sites.ieee.org/gold/tag/atom-bomb/
http://www.nevadasurveyor.com/cannikin
http://virtualglobetrotting.com
http://www.ucsusa.org/nuclear-weapons/us-nuclear-weapons-policy/us-nuclear-weapons-facilities.html
Информация