Ядерний вибух
На відміну від ядерних реакторів, в яких відбувається регульована ядерна реакція поділу, при ядерному вибуху відбувається експоненціально швидке звільнення великої кількості ядерної енергії, яке триває до тих пір, поки не витратиться весь ядерний заряд. Ядерна енергія може звільнятися в великих кількостях в двох процесах - в ланцюгової реакції поділу важких ядер нейтронами і в реакції з'єднання (синтезу) легких ядер. Зазвичай в якості ядерного заряду використовують чисті ізотопи 235U і 239Pu. Схематично пристрій атомної бомби показано на рис. 1.
Для здійснення ядерного вибуху в результаті ланцюгової реакції поділу необхідно, щоб маса речовини (урану-235, плутонію-239 і ін.) Перевищувала критичну (50 кг для 235U і 11 кг для 239Pu). До вибуху система повинна бути підкритичній. Зазвичай це багатошарова конструкція. Перехід в надкрітіческое стан відбувається за рахунок речовини, що ділиться з допомогою сходящейся сферичної детонаційної хвилі. Для такого зближення зазвичай використовується хімічний вибух речовини зі сплаву тротилу та гексогену. При повному розподілі 1 кг урану виділяється енергія рівна енерговиділення при вибуху 20 кілотонн тротилу. Атомний вибух розвивається за рахунок експоненціально зростаючого згодом числа розділилися ядер.
N (t) = N0exp (t / τ).
Середній час 
між двома послідовними актами поділу 10-8 сек. Звідси можна отримати для часу повного поділу 1 кг ядерної вибухівки величину 10-7 - 10-6 сек. Це і визначає час атомного вибуху.
В результаті великого енерговиділення в центрі атомної бомби температура піднімається до 108 К, а тиск - до 1012 атм. Речовина перетворюється в розлітаються плазму.
Для здійснення термоядерного вибуху використовуються реакції синтезу легких ядер.
d + t 
4He + n +17.588 МеВ
d + d 3He + n + 3.27 МеВ
d + D t + p + 4.03 МеВ
3He + d 4He + p + 18.34 МеВ
6Li + n ® t + 4He + 4.78 МеВ
Сама ідея водневої бомби надзвичайно проста. Це циліндричний контейнер з рідким дейтерієм. Дейтерій повинен нагріватися після вибуху звичайної атомної бомби. При досить сильному нагріванні має виділятися велику кількість енергії в результаті реакції термоядерного синтезу між ядрами дейтерію. Температура, необхідна для початку термоядерної реакції повинна становити мільйон градусів. Однак детальне дослідження величини перерізів реакцій синтезу ядер дейтерію, від якої залежить швидкість поширення реакції горіння показало, що вона протікає недостатньо ефективно і швидко. Теплова енергія, яка вивільняється за рахунок термоядерних реакцій, розсіюється набагато швидше, ніж поповнюється за рахунок наступних реакцій синтезу. Природно в цьому випадку вибуховий процес відбуватися не буде. Відбудеться розкид горючого матеріалу. Принципово нове рішення полягало в тому, щоб ініціювання термоядерної реакції відбувалося в результаті створення надщільного середовища дейтерію. Був запропонований спосіб створення надщільного середовища дейтерію під дією рентгенівського випромінювання, що утворюється під час вибуху атомної бомби. В результаті стиснення горючої речовини відбувається самопідтримується реакція термоядерного синтезу. Схематично реалізація цього підходу показана на рис. 2.
Після вибуху ядерного заряду, рентгенівські промені, спущені з області ядерного заряду поширюються по пластмасовому наповнювача, іонізуя атоми вуглецю і водню. Урановий екран, розташований між областю ядерного заряду і обсягом з дейтериду літію запобігає передчасному нагрів дейтериду літію. Під дією рентгенівських променів і високої температури в результаті абляції виникає величезний тиск, що стискає капсулу з дейтериду літію. Щільності матеріалу капсули зростають в десятки тисяч разів. Що знаходиться в центрі плутонієвий стрижень в результаті сильної ударної хвилі також стискається в кілька разів і переходить в надкрітіческое стан. Швидкі нейтрони, що утворилися під час вибуху ядерного заряду, сповільнившись в дейтериду літію до теплових швидкостей, призводять до ланцюговим реакцій поділу плутонію, що діє на зразок додаткового запалу, викликає додаткові збільшення тиску і температури. Температура, що виникає в результаті термоядерної реакції підвищується до 300 млн. К., що і призводить в кінцевому рахунку до вибухового процесу. Весь процес вибуху триває протягом десятих часток мікросекунди.
Термоядерні бомби значно потужніше атомних. Зазвичай їх тротиловий еквівалент 100 - 1000 кт (у атомних бомб він 1 - 20 кт).
При ядерному вибуху в повітрі утворюється потужна ударна хвиля. Радіус ураження обернено пропорційний кубічному кореню з енергії вибуху. Для ядерної бомби 20 кт він близько 1 км. Звільнена енергія протягом декількох мкс передається навколишньому середовищу. Утворюється яскраво світиться вогненна куля. Через 10-2 - 10-1 сек він досягає максимального радіуса 150 м, температура його падає до 8000 К (ударна хвиля йде далеко вперед). За час світіння (секунди) в електромагнітне випромінювання переходить 10 - 20% енергії вибуху. Розріджений нагріте повітря, що несе підняту з землі радіоактивний пил, за кілька хвилин досягає висоти 10 - 15 км. Далі радіоактивна хмара розпливається на сотні кілометрів. Ядерний вибух супроводжується потужним потоком нейтронів і електромагнітного випромінювання.
