В этой статье мы расскажем о еще более мощных боеприпасах синтеза

Популярная механикаHi-Tech

От деления к синтезу: как устроена нейтронная бомба

«Популярная механика» уже писала о современном ядерном оружии на основе зарядов деления. В этой статье мы расскажем о еще более мощных боеприпасах синтеза.

Александр Прищепенко

За время, прошедшее после первого испытания в Аламогордо, прогремели тысячи взрывов зарядов деления, в каждом из которых добывались драгоценные знания об особенностях их функционирования. Знания эти подобны элементам мозаичного полотна, причем оказалось, что «полотно» это ограничено законами физики: снижению габаритов боеприпаса и его мощности кладет предел кинетика замедления нейтронов в сборке, а достижение энерговыделения, существенно превышающего сотню килотонн, невозможно из-за ядерно-физических и гидродинамических ограничений допустимых размеров докритической сферы. Но сделать боеприпасы более мощными все же возможно, если вместе с делением заставить «работать» ядерный синтез.

Деление плюс синтез

Топливом для синтеза служат тяжелые изотопы водорода. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется гелий-4 и нейтрон, энергетический выход при этом — 17,6 МэВ, что в несколько раз больше, чем при реакции деления (в пересчете на единицу массы реагентов). В таком топливе при нормальных условиях не может возникнуть цепная реакция, так что количество его не ограничено, а значит, у энерговыделения термоядерного заряда нет верхнего предела.

463d6cf28b7d13081faec05b5774e199.jpg

Однако для того, чтобы началась реакция синтеза, нужно сблизить ядра дейтерия и трития, а этому мешают силы кулоновского отталкивания. Для их преодоления нужно разогнать ядра навстречу друг другу и столкнуть. В нейтронной трубке при реакции срыва на ускорение ионов высоким напряжением тратится большая энергия. А вот если разогреть топливо до очень высоких температур в миллионы градусов и сохранить его плотность на протяжении необходимого для реакции времени, оно выделит энергию куда большую, чем та, которая затрачена на нагрев. Именно благодаря этому способу реакции и оружие стали называться термоядерными (по составу топлива такие бомбы также называют водородными).

Для нагрева топлива в термоядерной бомбе — в качестве «запала» — и нужен ядерный заряд. Корпус «запала» прозрачен для мягкого рентгеновского излучения, которое при взрыве опережает разлетающееся вещество заряда и превращает в плазму ампулу, содержащую термоядерное топливо. Вещество оболочки ампулы подобрано так, что его плазма существенно расширяется, сжимая топливо к оси ампулы (такой процесс называют радиационной имплозией).

Дейтерий и тритий

Дейтерий «примешан» к природному водороду в еще примерно впятеро меньших количествах, чем «оружейный» уран — к обычному. Но разность масс у протия и дейтерия — двойная, поэтому процессы их разделения в противоточных колоннах более эффективны. Тритий же, подобно плутонию-239, не существует в природе в ощутимых количествах, его добывают, воздействуя мощными нейтронными потоками в ядерном реакторе на изотоп лития-6, получая литий-7, который распадается на тритий и гелий-4.

Как радиоактивный тритий, так и стабильный дейтерий оказались опасными веществами: подопытные животные, которым вводились соединения дейтерия, умирали с симптомами, характерными для старости (охрупчивание костей, потеря интеллекта, памяти). Этот факт послужил основой теории, в соответствии с которой смерть от старости и в естественных условиях наступает при накоплении дейтерия: через организм в процессе жизнедеятельности проходят многие тонны воды и других соединений водорода, и более тяжелые дейтериевые компоненты постепенно накапливаются в клетках. Теория объясняла и долгожительство горцев: в поле земного притяжения концентрация дейтерия действительно незначительно убывает с высотой. Однако многие соматические эффекты оказались противоречащими «дейтериевой» теории, и в итоге она была отвергнута.

Изотопы водорода — дейтерий (D) и тритий (T) — при нормальных условиях представляют собой газы, достаточные количества которых сложно «собрать» в устройстве разумных размеров. Поэтому в зарядах используют их соединения — твердые гидриды лития-6. По мере того как синтез самых «легкозажигаемых» изотопов разогревает топливо, в нем начинают протекать и другие реакции — с участием как содержавшихся в смеси, так и образовавшихся ядер: слияние двух ядер дейтерия с образованием трития и протона, гелия-3 и нейтрона, слияние двух ядер трития с образованием гелия-4 и двух нейтронов, слияние гелия-3 и дейтерия с образованием гелия-4 и протона, а также слияние лития-6 и нейтрона с образованием гелия-4 и трития, так что и литий оказывается не совсем уж «балластом».

…Плюс деление

Хотя энерговыделение двухфазного (деление + синтез) взрыва может быть сколь угодно велико, значительная его часть (для первой из упомянутых реакций — более 80%) уносится из огненного шара быстрыми нейтронами; их пробег в воздухе составляет многие километры, и поэтому они не вносят вклад во взрывные эффекты.

3ea7c54953f7cceadb791fedb83fb2f2.jpg

Если же необходим именно взрывной эффект, в термоядерном боеприпасе реализуется еще и третья фаза, для чего ампула окружается тяжелой оболочкой из урана-238. Нейтроны, испускаемые при распаде этого изотопа, имеют слишком малую энергию для поддержания цепной реакции, но зато уран-238 делится под действием «внешних» высокоэнергетичных термоядерных нейтронов. Нецепное деление в урановой оболочке дает прибавку энергии огненного шара, иногда превышающую даже вклад термоядерных реакций! На каждый килограмм веса трехфазных изделий приходится несколько килотонн тротилового эквивалента — они существенно превосходят по удельным характеристикам другие классы ядерного оружия.

Однако у трехфазных боеприпасов есть очень неприятная особенность — повышенный выход осколков деления. Конечно, двухфазные боеприпасы тоже загрязняют местность нейтронами, вызывающими практически во всех элементах ядерные реакции, не прекращающиеся и спустя многие годы после взрыва (так называемая наведенная радиоактивность), осколками деления и остатками «запалов» (в процессе взрыва «расходуется» всего 10−30% плутония, остальное разлетается по окрестностям), но трехфазные превосходят их в этом отношении. Превосходят настолько, что некоторые боеприпасы даже выпускались в двух вариантах: «грязных» (трехфазных) и менее мощных «чистых» (двухфазных) для применения на территории, где предполагались действия своих войск. Например, американская авиабомба В53 выпускалась в двух идентичных по внешнему виду вариантах: «грязном» В53Y1 (9 Мт) и «чистом» варианте В53Y2 (4,5 Мт).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

ТУ-95МС: ракетоносец ядерной триады ТУ-95МС: ракетоносец ядерной триады

ТУ-95МС часто называют «Медведем»

Популярная механика
Рождение, венчание, ложная тревога и еще 4 невероятных случая в самолете Рождение, венчание, ложная тревога и еще 4 невероятных случая в самолете

Несколько удивительных историй не только о людях на борту, но и об одной кошке

РБК
Алиса Горшенина Алиса Горшенина

Алиса Горшенина посылает капсулу прошлого и рентген настоящего в будущее

Собака.ru
Точки зрения: почему мы не видим себя такими, какие мы есть Точки зрения: почему мы не видим себя такими, какие мы есть

Мы ищем себя в отражении или в размышлениях о себе

Psychologies
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Ждем финала Ждем финала

Вопрос «Почему у меня нет оргазма?» лучше всего задавать самой себе

Cosmopolitan
Деревню могут эвакуировать на 10 лет из-за бомб времен ВМВ Деревню могут эвакуировать на 10 лет из-за бомб времен ВМВ

Нейтралитет в войне не означает отсутствия оружия в арсеналах

Популярная механика

Невероятные камбэки звезд, намеренных снова громко заявить о себе

Cosmopolitan
20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях 20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях

«На полу сидит привлекательная женщина с высокой грудью и крестьянским лицом»

Maxim
«Tesla в мире погрузчиков»: как маленький производитель техники для складов заработал на буме онлайн-торговли «Tesla в мире погрузчиков»: как маленький производитель техники для складов заработал на буме онлайн-торговли

Малоизвестный производитель погрузчиков из Огайо начал сотрудничать с Amazon

Forbes
Пост сдал, пост принял Пост сдал, пост принял

Многие наши читатели пытаются приурочить похудение к Великому Посту

Худеем правильно
Деми и ее Демоны Деми и ее Демоны

У пятидесятисемилетней Деми Мур давно не было громких премьер

Караван историй
Нежная промзона. Как женщины делают карьеру в тяжелой промышленности Нежная промзона. Как женщины делают карьеру в тяжелой промышленности

Женщин на позициях среднего и высшего уровня в российской промышленности — 30%

Forbes
6 фильмов и сериалов с самыми чувственными постельными сценами ever 6 фильмов и сериалов с самыми чувственными постельными сценами ever

Идеальный выбор для романтичного и одинокого вечера

Playboy
Найден способ победить угоны. Новые машины будут маркировать Найден способ победить угоны. Новые машины будут маркировать

В России появился новый противоугонный идентификатор

РБК
Только без рук! Только без рук!

Невероятной популярности Венеры Милосской никак не мешает отсутствие рук

Вокруг света
Знаменитости, которые отказались от рыцарского титула Знаменитости, которые отказались от рыцарского титула

Кто еще, кроме Боуи, сказал твердое «нет» королеве Англии?

Maxim
Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие

Почему Константин так сильно отличается от своих преемников в комиксах

GQ
Жить с раком без чувства вины Жить с раком без чувства вины

Отрывок из книги «Правила ведения боя. #победитьрак»

Psychologies
Подарок Белоруссии. Зачем Москва безвозмездно передает Минску по $20 млн в год Подарок Белоруссии. Зачем Москва безвозмездно передает Минску по $20 млн в год

Безвозмездные квоты на вылов Белоруссией рыбы в Балтийском и Баренцевом морях

Forbes
Факельное сумасшествие Факельное сумасшествие

Мир в ожидании очередной Олимпиады. Пройдет она летом в Токио

GQ
Приставка — корень Приставка — корень

Пока мы читали книги и обсуждали фильмы, видеоигры стали новым видом искусства

GQ
В ЦОДД предложили ввести 50 км/ч в городе. К чему это приведет? В ЦОДД предложили ввести 50 км/ч в городе. К чему это приведет?

Михаил Кизлык объяснил, почему скорость в городе должна быть ниже

РБК
Умоляю, не худей! Умоляю, не худей!

Мужей, которые не хотят, чтобы жена была стройной, довольно много

Худеем правильно
Боксёрские перчатки узника №136954 Боксёрские перчатки узника №136954

Саламо Арух, уроженец Салоники, был схвачен нацистами в мае 1943 года

Дилетант
Где кататься на горных лыжах в 2020 году Где кататься на горных лыжах в 2020 году

Курорты для любителей экстремальной езды и новичков

GQ
Завербованная страна. О трудностях переходного периода в осажденной крепости Завербованная страна. О трудностях переходного периода в осажденной крепости

Как заканчивать холодную войну и то делать с долгами по ЮКОСу и по «Боингу»?

СНОБ
Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов

Отсутствие стратегии, безответственность и другие ошибки крупных благотворителей

Forbes
Наш скворечник Наш скворечник

История удивительной семьи и любви, которой хватает на всех

Домашний Очаг
Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все

Ленни теряет духовного отца — и наконец обретает мир

Esquire
Открыть в приложении