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
Грозовой реактор Грозовой реактор

Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизнь
Гори, гори ясно: общее представление о фейерверках и пиротехнике Гори, гори ясно: общее представление о фейерверках и пиротехнике

Целую вечность человечеству был знаком только естественный, природный огонь

Популярная механика
Директор по наследию Vacheron Constantin — о собрании Les Cabinotiers Директор по наследию Vacheron Constantin — о собрании Les Cabinotiers

Кристиан Сельмони рассказал об услуге bespoke в моде и часовом деле

РБК
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти» Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти»

Мы — свидетели начала четвертого энергетического перехода

Forbes
5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях 5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях

Писатели-фантасты об актуальных проблемах экологии

Популярная механика
Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ

Раскол внутри РПЦ разделяет верующих не меньше реформы патриарха Никона

СНОБ
Конец бума «мусорных облигаций»: почему их покупателям стоит готовиться к дефолтам Конец бума «мусорных облигаций»: почему их покупателям стоит готовиться к дефолтам

2020 год может стать последним годом роста рынка, за ним последуют дефолты

Forbes
Кардиограмма Кардиограмма

От звезды нью-йоркского стрип-клуба до королевы соцсетей и сцены

Vogue
Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях

Какие опасные тренды в отношениях появились сейчас

Psychologies
Как мозг справляется с трудностями Как мозг справляется с трудностями

Глав из книги «Как научиться учиться: Навыки осознанного усвоения знаний»

СНОБ
Заразно или нет? Заразно или нет?

Любое общественное место буквально кишит бактериями – это очевидно

Домашний Очаг
23 февраля: какие защитники нам нужны в этот праздник и другие дни 23 февраля: какие защитники нам нужны в этот праздник и другие дни

В каких защитниках нуждаются современные женщины

Cosmopolitan
Как превратить обычную собаку в личного фитнес-инструктора Как превратить обычную собаку в личного фитнес-инструктора

В основе уникальной программы тренировок — обычная собака

Maxim
Грек на душу Грек на душу

Если хочется тепла, песка и голубого неба – нужно ехать в Грецию!

Cosmopolitan
Наследник всех своих родных. Вправе ли Россия отделять себя от СССР Наследник всех своих родных. Вправе ли Россия отделять себя от СССР

Судья Арановский затрагивает нравственную дилемму отделения России от СССР

СНОБ
Фабрика миллиардеров: сервис, помогающий малому бизнесу бороться с Amazon, подорожал на 1800% за пять лет Фабрика миллиардеров: сервис, помогающий малому бизнесу бороться с Amazon, подорожал на 1800% за пять лет

Сервис Shopify утверждает, что вооружает повстанцев в борьбе против Amazon

Forbes
«Мы все дофаминовые алкоголики»: Герман Греф — о счастье, смартфонах и страхе перед Uber «Мы все дофаминовые алкоголики»: Герман Греф — о счастье, смартфонах и страхе перед Uber

Самые интересные высказывания Германа Грефа об искусственном интеллекте

Forbes
Дорого и нет времени. Почему россияне не любят спорт и что с этим делать Дорого и нет времени. Почему россияне не любят спорт и что с этим делать

Есть ли в России ЗОЖ и сколько людей в стране реально занимаются спортом

Forbes
Как попасть в международную компанию. 10 советов топ-менеджера Viber Как попасть в международную компанию. 10 советов топ-менеджера Viber

Работа в международной компании — призрачная мечта или достижимая реальность?

Forbes
Скрученный пробег и забытое ТО: сервисная книжка стала электронной Скрученный пробег и забытое ТО: сервисная книжка стала электронной

Как пользоваться электронной сервисной книжкой и насколько это надежно

РБК
Полет нормальный Полет нормальный

Все, чем живет мировой балет, можно будет увидеть этой весной в Москве

Vogue
«Кандидаты от “Единой России” на честных выборах не победят». Что значит возможное объединение партии власти и ОНФ «Кандидаты от “Единой России” на честных выборах не победят». Что значит возможное объединение партии власти и ОНФ

Насколько возможно в будущем слияние ОНФ и «Единой России»

СНОБ
Близкие, которых мы выбираем Близкие, которых мы выбираем

Друзья-товарищи – опоры нашей жизни, в гораздо большей степени, чем мы сознаем

Psychologies
Как выбрать пароочиститель для дома: советы для рациональных хозяек Как выбрать пароочиститель для дома: советы для рациональных хозяек

Пароочиститель вполне способен заменить вам тряпку с моющей химией

CHIP
За и против: почему штрафы нельзя повышать в шесть раз За и против: почему штрафы нельзя повышать в шесть раз

Вячеслав Лысаков объясняет, почему повышать штрафы ГИБДД бесполезно

РБК
В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов

Оптические телескопы системы МАСТЕР помогают астрономам разных стран

Наука и жизнь
Мировые люди Мировые люди

Самые высокооплачиваемые российские спортсмены 2010-х

Forbes
Жизнь Гэ. Как актриса из Китая добилась успеха в России Жизнь Гэ. Как актриса из Китая добилась успеха в России

Ян Гэ удалось попасть в труппу Серебренникова и стать своей в чужой стране

СНОБ
Открыть в приложении