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
Письма счастья Письма счастья

Объясняем, как правильно писать завещания

Tatler
Кто они — люди будущего? От поколения альфа до альфа центавра Кто они — люди будущего? От поколения альфа до альфа центавра

Чтобы понять, каким будет завтра, нужно изучать современных детей и подростков

РБК
Что не так с видеоповторами в футболе Что не так с видеоповторами в футболе

Почему видеоповторы стали головной болью фанатов, игроков и тренеров

GQ
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Секс в большом городе: возможно ли возвращение? Секс в большом городе: возможно ли возвращение?

Почему сейчас запустить такой проект как Sex and the City невозможно?

Robb Report
Олег Алмазов. Другая судьба Олег Алмазов. Другая судьба

Мама, едва заговаривал об актерской профессии, сокрушалась

Караван историй
Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов

Могут ли два автомобиля одной марки и одной модели вести себя по-разному?

Популярная механика
Что такое девственность Что такое девственность

«Целомудрие – самое извращенное из всех сексуальных извращений»

GQ
Ваше идеальное тело: Программа лояльности Ваше идеальное тело: Программа лояльности

Цифра на весах — больше не показатель ваших успехов в спортзале

Glamour
Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания

Телевидение в последнее время все чаще демонстрирует образцы высоких отношений

СНОБ
Запах женщины Запах женщины

В чем секрет неиссякаемого потока энергии и энтузиазма Антонио Бандераса

Grazia
Как выбрать гимнастический обруч Как выбрать гимнастический обруч

На что стоит обратить внимание, выбирая гимнастический обруч?

Cosmopolitan
Минский подтекст Минский подтекст

Визита госсекретаря США в Белоруссии ждали четверть века, и вот он случился

Огонёк
Во что превращаются олимпийские стадионы после окончания игр: 9 примеров из истории Во что превращаются олимпийские стадионы после окончания игр: 9 примеров из истории

Досадно возводить колоссальный стадион, который по окончании Игр будет забыт

Maxim
ОЦ-14 «Гроза»: самый необычный российский автомат ОЦ-14 «Гроза»: самый необычный российский автомат

«Гроза» террористов

Популярная механика
Успокоительное прошлое: почему нас никак не отпустит ностальгия? Успокоительное прошлое: почему нас никак не отпустит ностальгия?

Почему в 2010-е общество пережило XX век и что заставляет нас возвращаться

РБК
Из Дубая – на Марс Из Дубая – на Марс

Оригинальная российская технология конструкторов пробивает себе дорогу

Популярная механика
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
«Жила-была бабушка нового формата» «Жила-была бабушка нового формата»

В 49 она создала бизнес, в 62 написала книгу, а через год переплыла Босфор

Psychologies
Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России

Особенности потенциального бестселлера Kia Seltos

РБК
Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно

Телеграм-каналы научились «двигать рынки» и влиять на стоимость акций

Forbes
Травма красоты: как любители идеальных женщин портят нам жизнь Травма красоты: как любители идеальных женщин портят нам жизнь

Кто и зачем внушает нам, что мы недостаточно красивы

Cosmopolitan
Гаврило Принцип: террорист или борец за свободу? Гаврило Принцип: террорист или борец за свободу?

Убийство эрцгерцога Фердинанда послужило спусковым крючком Первой мировой войны

Дилетант
Владислав Миллер: «Терпеть не могу безделье» Владислав Миллер: «Терпеть не могу безделье»

Владислав Миллер объяснил, почему не любит выходные

Grazia
Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка

Интервью с Антоном Беляевым, музыкантом и фронтменом группы Therr Maitz

Cosmopolitan
Шесть навыков программирования, которые стоит освоить взрослым и детям Шесть навыков программирования, которые стоит освоить взрослым и детям

Научиться создавать чат-боты в соцсетях и программировать роботов не сложно

РБК
Безнадежный тупик: почему страна богатеет, а доходы граждан падают Безнадежный тупик: почему страна богатеет, а доходы граждан падают

Госбюджет России в превосходной форме, а вот в экономике все неладно

Forbes
Гений некролога Гений некролога

Специально для «Сноба» писатель и журналист Алексей Беляков написал рассказ

СНОБ
Самые популярные гаджеты десятилетия Самые популярные гаджеты десятилетия

Какие гаджеты прошедшего десятилетия оказались самыми востребованными

CHIP
Открыть в приложении