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
Эпоха восхождения Эпоха восхождения

Собираетесь покататься на горных лыжах? GRAZIA рассказывает, куда лучше поехать

Grazia
Разбор Fakecheck: влияет ли «Плюс» на цены в такси «Яндекса» и откуда берётся кэшбек Разбор Fakecheck: влияет ли «Плюс» на цены в такси «Яндекса» и откуда берётся кэшбек

Как работает Яндекс.Плюс относительно такси, разбираются журналисты

VC.RU
Как расизм и дискриминация в детстве Тима Кука повлияли на бизнес Apple Как расизм и дискриминация в детстве Тима Кука повлияли на бизнес Apple

Тим Кук — человек, который рискнул заменить незаменимого

Forbes
Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили

Китайский автопром — наглядная иллюстрация прогресса

Популярная механика
5 звезд, выступавших перед диктаторами, и как им (звездам, а не диктаторам) за это влетело 5 звезд, выступавших перед диктаторами, и как им (звездам, а не диктаторам) за это влетело

Тяжела ноша артиста с мировым именем

Maxim
Прийти в форму Прийти в форму

Как прийти в форму к началу весны? Как научиться чувствовать свои потребности?

Домашний Очаг
Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа» Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа»

Первый фильм мегаломанского проекта «Дау» показали на Берлинском фестивале

РБК
«Бабки заплатили – привет»: Чубайс и Богуславский о том, как выращивать «единорогов», ковбоях от инвестиций и своих главных провалах «Бабки заплатили – привет»: Чубайс и Богуславский о том, как выращивать «единорогов», ковбоях от инвестиций и своих главных провалах

Может ли государство вырастить компанию-единорога?

Forbes
Новая «Арктика» Новая «Арктика»

Атомоходы ЛК-60Я заменят ледоколы прошлых поколений

Популярная механика
7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно 7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно

Чего мужчина не должен стыдиться?

Maxim
Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется

Захватывающие подробности биографии твоих любимых предметов бытовой техники

Maxim
Как включить блок питания без компьютера? Как включить блок питания без компьютера?

Рассказываем, как элементарно проверить работоспособность блока питания

CHIP
Тест-драйв Renault Arkana. Лед и турбо Тест-драйв Renault Arkana. Лед и турбо

Зимняя проверка для мотора 1,3 с вариатором и полным приводом

РБК
История жизни гениального инженера-электрика ростом 130 см История жизни гениального инженера-электрика ростом 130 см

Чарльз Протей Штейнмец долгие годы возглавлял General Electric

Maxim
На трибунах становится тише На трибунах становится тише

Воспоминания о противоречивом человеке Юрии Лужкове

Tatler
Гид для начинающих любителей БДСМ Гид для начинающих любителей БДСМ

Вам придется разобраться в том, что значат все эти слова

GQ
Приставания на улице: хватит это терпеть! Приставания на улице: хватит это терпеть!

Что чувствуешь, когда незнакомый тебе мужчина вдруг начинает приставать к тебе?

Cosmopolitan
Черногорская революция и предательство России Черногорская революция и предательство России

О вступлении в НАТО и «попытке государственного переворота» с участием россиян

Русский репортер
Нужно ли ждать «идеального» партнера? Нужно ли ждать «идеального» партнера?

Список требований к будущему спутнику жизни нескончаем

Psychologies
Нил Фергюсон: Тайная встреча Анны Ахматовой, разозлившая Сталина Нил Фергюсон: Тайная встреча Анны Ахматовой, разозлившая Сталина

Глава книги «Площадь и башня» журналиста Нила Фергюсона

СНОБ
Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии

Бронетехника Белой гвардии во времена Гражданской войны

Популярная механика
Война войной: что входит в сухой паек армий мира Война войной: что входит в сухой паек армий мира

На голодный желудок мало чего сделаешь, не говоря уже о защите отечества

Популярная механика
Установка по требованию Установка по требованию

Коллекция самых полезных приложений в путешествии

National Geographic Traveler
Черная водолазка. Отрывок из книги Черная водолазка. Отрывок из книги

«Сноб» публикует первые главы сборника рассказов журналистки Полины Санаевой

СНОБ
Без Facebook, поцелуев и слова «нет»: как заводить деловые связи в США Без Facebook, поцелуев и слова «нет»: как заводить деловые связи в США

Чтобы заключать в США прочные деловые связи, нужно знать тонкости этикета

Forbes
Почему утилитарность – все еще важный тренд в мужской моде Почему утилитарность – все еще важный тренд в мужской моде

Быть изнеженным джетсеттером не модно

GQ
В активном «Поиске»: чудо в Лесосибирске В активном «Поиске»: чудо в Лесосибирске

Как построить в глубинке то, чего там по всем законам вообще не может быть

Русский репортер
Большой Брат Чукотки: белых медведей начнут отслеживать с помощью системы SMART Большой Брат Чукотки: белых медведей начнут отслеживать с помощью системы SMART

В парке «Берингия» вводят новые технологии наблюдения за белыми медведями

National Geographic
Маленькая страна Маленькая страна

Словения миниатюрна и прекрасна, как изящная статуэтка

Добрые советы
Открыть в приложении