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
В хорошие руки: 7 жен миллиардеров, которые вкладывают семейные деньги в благотворительность В хорошие руки: 7 жен миллиардеров, которые вкладывают семейные деньги в благотворительность

Жены миллиардеров, которые сделали благотворительность своей основной работой

Forbes
Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга

Бегюм Эрджияс о том, как она придумала перформансы

СНОБ
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
«Изучая иностранный язык, мы можем менять свой характер» «Изучая иностранный язык, мы можем менять свой характер»

Полиглот Дмитрий Петров объясняет, как легко снять языковой барьер

Psychologies
Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы

Иногда то, что приносило счастье и радость, больше не вызывает никаких чувств

Cosmopolitan
Верные друзья Верные друзья

Елизавета Голубцова и Марина Бирюкова оформили квартиру для семьи старого друга

AD
Зеленый лекарь Зеленый лекарь

Цветник на подоконнике – это не только красиво, но и полезно для здоровья

Лиза
Портрет юродивой Ксении Петровой Портрет юродивой Ксении Петровой

О портрете Ксении Петровой (Ксении Петербургской) центра «Старая Деревня»

Дилетант
Гений некролога Гений некролога

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

СНОБ
10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете 10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете

Рассказываем, кого следует искать с наибольшей осторожностью

РБК
50 тонн в год: как российские физики изменят привычный нам мир 50 тонн в год: как российские физики изменят привычный нам мир

Компания OCSiAl объявила о запуске новой установки синтеза графеновых нанотрубок

Популярная механика
Сергей Мироненко: 100 событий, которые изменили Россию Сергей Мироненко: 100 событий, которые изменили Россию

Отрывки из серии очерков о важных событиях в отечественной истории

СНОБ
Как два предпринимателя из России превратили $10 млн в $5 млрд за 13 лет Как два предпринимателя из России превратили $10 млн в $5 млрд за 13 лет

Инвестировать $10 млн в Veeam Software, а спустя 13 лет продать за $5 млрд

Forbes
Эпоха восхождения Эпоха восхождения

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

Grazia
Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек

Если ты решила похудеть, прислушивайся к своему организму и не усердствуй

Cosmopolitan
Плохая девочка Билли Айлиш: как нарушить все правила и заработать $8 млн к 18 годам Плохая девочка Билли Айлиш: как нарушить все правила и заработать $8 млн к 18 годам

Музыкальный критик Антон Макарский разбирается с феноменом Билли Айлиш

Forbes
Как правильно пожарить картошку: 4 божественных рецепта с румяной корочкой Как правильно пожарить картошку: 4 божественных рецепта с румяной корочкой

То, как правильно жарить картошку на сковороде, кажется делом нехитрым

Playboy
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
На уровне чувств На уровне чувств

Дизайнер Варвара Зеленецкая и её команда создали уютный и гармоничный интерьер

SALON-Interior
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

Отправляемся по «сладким» маршрутам

Лиза
Боксёрские перчатки узника №136954 Боксёрские перчатки узника №136954

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

Дилетант
Love is Love is

Мария Луговая и Сергей Лавыгин о своих чувствах и природе их семейного юмора

OK!
Марион Котийяр, актриса Марион Котийяр, актриса

Что скрывается за шармом актрисы Марион Котийяр

Худеем правильно
Наши «Сети». Как статья в «Медузе» убеждает протестовать против приговора в Пензе Наши «Сети». Как статья в «Медузе» убеждает протестовать против приговора в Пензе

Дилемма защитников фигурантов «Сети» вряд ли сложнее проблем Black lives matter

СНОБ
12 лучших фильмов про путешествия во времени 12 лучших фильмов про путешествия во времени

Список фильмов о путешествиях во времени

Maxim
Черногорская революция и предательство России Черногорская революция и предательство России

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

Русский репортер
Mazda CX-5. Непредсказуемый успех Mazda CX-5. Непредсказуемый успех

Кроссовер Mazda CX-5 оказался очень хорош, отлично собран и вынослив

4x4 Club
Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым

Как поддерживать уровень удовольствия от жизни

Forbes
Открыть в приложении