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
Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми» Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми»

Актриса рассказала как совмещает карьеру и воспитание пятерых детей

Здоровье
«Лучшая версия меня»: почему поколение Z удаляет фотографии из Instagram через несколько часов после публикации «Лучшая версия меня»: почему поколение Z удаляет фотографии из Instagram через несколько часов после публикации

Современные подростки — первое поколение, взрослеющее в эпоху социальных сетей

Forbes
Юра Борисов: «Я умею вставать на место любого человека» Юра Борисов: «Я умею вставать на место любого человека»

Актер Юра Борисов объяснил, почему главной ценностью в жизни считает любовь

Grazia
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Бег на месте: почему гонка за вечной молодостью бессмысленна Бег на месте: почему гонка за вечной молодостью бессмысленна

Тема старения в нашем обществе пока табуирована

Cosmopolitan
Владельцы агентства «Аппетитный маркетинг» — о ресторанах и трендах Владельцы агентства «Аппетитный маркетинг» — о ресторанах и трендах

Интервью с главными PR-лицами российского ресторанного рынка

РБК
Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов

Важна ли питательная маска в уходе для волос?

Cosmopolitan
Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день

Делимся лайфхаками, которые помогут изменить пищевой режим

РБК
Не сдавайся! Почему дурацкие советы лишь усугубляют депрессию Не сдавайся! Почему дурацкие советы лишь усугубляют депрессию

Что делать, если антидепрессанты дают лишь временный эффект

Forbes
Техника физиков Техника физиков

Как выпускники превращают онлайн-школу английского в образовательный холдинг

Forbes
9 условий, которые нужно соблюдать, чтобы не раздражать своего кота 9 условий, которые нужно соблюдать, чтобы не раздражать своего кота

Что нужно делать, чтобы жизнь твоего кота была счастливой?

Maxim
Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь? Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь?

Даже у общечеловеческих переживаний в различных культурах — свои оттенки

Psychologies
8 идей для микросвиданий 8 идей для микросвиданий

Новую тенденцию общения в парах европейские психологи называют «micro-dating»

Psychologies
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
Пять самых странных полярных сияний Пять самых странных полярных сияний

Вы когда-нибудь слышали о черном сиянии или пульсирующем, о зеленых «дюнах»?

Популярная механика
Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика

О том, как сделать дискуссию содержательной

Русский репортер
Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737 Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737

Быть самым массовым самолетом в мире - непростая ноша

Популярная механика
Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации

Кимо Джонсон мечтал стать музыкантом, но увлекся программированием

Forbes
Уна Харт: Троллий пик Уна Харт: Троллий пик

Публикация первой главы книги Уны Харт «Троллий пик»

СНОБ
«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
10 фактов о фильме «Берегись автомобиля» 10 фактов о фильме «Берегись автомобиля»

Зачем нам Зорро и Робин Гуд, когда у нас есть Юрий Деточкин

Maxim
Синдром панической атаки: как она появляется и есть ли способы с ней справиться? Синдром панической атаки: как она появляется и есть ли способы с ней справиться?

Панические атаки — настоящий бич жителей больших городов

Cosmopolitan
10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки 10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки

Прежде чем кричать, что ремейки — это свинство, сделай паузу и задумайся

Maxim
Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки

Что заставляет звезд, уже миллионеров, заниматься странными делами

Cosmopolitan
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
Сколько стоит человек: от волос до почек и скелета Сколько стоит человек: от волос до почек и скелета

Cчитаем, сколько стоит Homo sapiens, 1 штука

Популярная механика
Владислав Миллер: «Терпеть не могу безделье» Владислав Миллер: «Терпеть не могу безделье»

Владислав Миллер объяснил, почему не любит выходные

Grazia
«Государство — это блондинка с динозавром на улице»: правила венчурного бизнеса от Анатолия Чубайса «Государство — это блондинка с динозавром на улице»: правила венчурного бизнеса от Анатолия Чубайса

Краткое изложение выступления Анатолия Чубайса о венчурном бизнесе

Forbes
Параллельные истории. Как фильм про Анну Франк объединяет Холокост и современные проблемы миграции Параллельные истории. Как фильм про Анну Франк объединяет Холокост и современные проблемы миграции

Почему история девочки на войне напоминает нам о проблемах сегодняшнего дня

Forbes
Открыть в приложении