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
«Бороться все равно надо»: почему звезда легкой атлетики Мария Ласицкене может пропустить Олимпиаду-2020 «Бороться все равно надо»: почему звезда легкой атлетики Мария Ласицкене может пропустить Олимпиаду-2020

Как «нейтральный статус» повлиял на карьеру, мотивацию и доходы Марии Ласицкене

Forbes
Майор Кун: судьба заговорщика Майор Кун: судьба заговорщика

После покушения на Гитлера, Иоахим Кун оказался на советской линии фронта

Дилетант
«Люди с инвалидностью не всегда понимают, что можно прийти в музей, и им там будут рады». Как сделать искусство доступным «Люди с инвалидностью не всегда понимают, что можно прийти в музей, и им там будут рады». Как сделать искусство доступным

Проект «Музей для всех» о том, как сделать музейную систему инклюзивной

Forbes
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Сторстрём — одна из самых комфортных тюрем мира Сторстрём — одна из самых комфортных тюрем мира

Фотографии тюрьмы, при виде которых праведники воззавидуют душегубам

Maxim
Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас

В наш век научная фантастика может показаться забытым жанром, но это не так

РБК
Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность

Многие женщины хотели бы получать больше удовольствия от проникающего секса

Cosmopolitan
Неудачный брак и внезапный Неудачный брак и внезапный

В этом году актриса Лора Дерн получила “Оскар” за лучшую роль второго плана

Cosmopolitan
Сальвадор Дали в Москве: сюр, очередь и Бог Сальвадор Дали в Москве: сюр, очередь и Бог

Что важнее — шедевры искусства или фончики для «Инстаграма»

Русский репортер
Игра в грядки Игра в грядки

На примере именитых спортсменов объясняем, как быть сильным, оставаясь веганом

GQ
Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт

Майк Багал попал в ресторанный бизнес случайно — не нашел работу и стал поваром

Forbes
Фильм «Офицер и шпион» – история о том, как легко обвинить невинного человека Фильм «Офицер и шпион» – история о том, как легко обвинить невинного человека

Картина о громком политическом скандале конца XIX столетия – «деле Дрейфуса»

GQ
Что посмотреть: 15 любимых фильмов Уэса Андерсона, режиссера «Отеля Гранд Будапешт» и «Семейки Тененбаум» Что посмотреть: 15 любимых фильмов Уэса Андерсона, режиссера «Отеля Гранд Будапешт» и «Семейки Тененбаум»

От японской анимации до классики французской новой волны

Esquire
«На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны «На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны

Как основательнице Wildberries живется в статусе миллиардера

Forbes
«Кака тут любовь?!» «Кака тут любовь?!»

От «розовых соплей» в голливудских фильмах мы устали

Лиза
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
«‎Мир перестал быть человекомерным». Татьяна Черниговская о проблемах развития искусственного интеллекта «‎Мир перестал быть человекомерным». Татьяна Черниговская о проблемах развития искусственного интеллекта

Психолингвист о том, в каком мире мы оказались из-за цифровых технологий

СНОБ
Частицы Тунгусского метеорита начали искать в озёрах Частицы Тунгусского метеорита начали искать в озёрах

Возможно, элементы космического тела позволят восстановить сценарий катастрофы

Популярная механика
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
Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин

Подборка фильмов про маньяков для тех, кто любит пощекотать себе нервы

Playboy
Тим Кук обвиняет ФБР в принуждении взламывать ваши смартфоны Тим Кук обвиняет ФБР в принуждении взламывать ваши смартфоны

Отрывок из книги «Тим Кук. Гений, который вывел Apple на новый уровень»

GQ
Родила для себя и не считаю это эгоизмом Родила для себя и не считаю это эгоизмом

Она родила без постоянного партнера и считает, что приняла лучшее решение

Psychologies
«Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: пять самых дорогих картин из коллекции Дмитрия Рыболовлева «Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: пять самых дорогих картин из коллекции Дмитрия Рыболовлева

Тина Канделаки расскажет о самых ценных картинах из собрания Дмитрия Рыболовлева

Forbes
Убеждать, творить, понимать: как развить карьерные навыки 2020 года Убеждать, творить, понимать: как развить карьерные навыки 2020 года

Список самых востребованных навыков 2020 года — гибких и технических

РБК
Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи

Гарри Стайлс запоминается не только выступлениями, но и неординарными нарядами

GQ
Время «Джентльменов»: каким получился новый фильм Гая Ричи Время «Джентльменов»: каким получился новый фильм Гая Ричи

В прокат вышел фильм Гая Ричи «Джентльмены». Восторгами делится Ярослав Забалуев

РБК
Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше

Устоявшиеся, набившие оскомину выражения делают речь бесцветной и бедной

Psychologies
Как спасти планету, когда держишь деньги в банке Как спасти планету, когда держишь деньги в банке

С чего начать, если вы хотите помочь планете, и какими способами это делать

СНОБ
«Я не люблю издеваться над собой»: Наталья Рудова высказалась о телешоу «Я не люблю издеваться над собой»: Наталья Рудова высказалась о телешоу

Звезда комедий и сериалов впервые стала ведущей реалити-шоу

Cosmopolitan
Открыть в приложении