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
Разбитый кувшин. Как избавиться от страхов и перестать винить себя за «недостатки» Разбитый кувшин. Как избавиться от страхов и перестать винить себя за «недостатки»

Джен Синсеро написала книгу-тренинг с множеством понятных упражнений и техник

Forbes
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Одна из заповедей Тома Хэнкса Одна из заповедей Тома Хэнкса

Отрывок из книги Гэвина Эдвардса о главных принципах Тома Хэнкса

СНОБ
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
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак

Они были одной из самых красивых пар Голливуда, но любовь не выдержала испытаний

Cosmopolitan
Как Наталья Водянова помогает детям с особенностями развития: реальные истории Как Наталья Водянова помогает детям с особенностями развития: реальные истории

Истории ребят, которым помогла Наталья Водянова и ее фонд "Обнаженные сердца"

Cosmopolitan
Грозовой реактор Грозовой реактор

Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизнь
Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит

Где учат эко-грамоте и что скрывается за термином «устойчивость»

Forbes
Тадеуш Боровский Тадеуш Боровский

Польша сегодня наш главный оппонент в исторических дискуссиях

Дилетант
9 лекарств, с которыми опасно употреблять алкоголь (лучше не рискуй) 9 лекарств, с которыми опасно употреблять алкоголь (лучше не рискуй)

Список лекарств, с которыми мы категорически не советуем употреблять алкоголь

Playboy
Ветер с Востока Ветер с Востока

Хозяева этого дома в Алма–Аты — большая дружная семья

SALON-Interior
Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов

Отсутствие стратегии, безответственность и другие ошибки крупных благотворителей

Forbes
Скандалы фигурного катания: преступление Тони Хардинг, спина Плющенко и другие Скандалы фигурного катания: преступление Тони Хардинг, спина Плющенко и другие

Поговорим об известных скандалах, которые разгорелись в мире фигурного катания

Cosmopolitan
Секс в большом городе: возможно ли возвращение? Секс в большом городе: возможно ли возвращение?

Почему сейчас запустить такой проект как Sex and the City невозможно?

Robb Report
Смешай это для ровного тона! Как Смешай это для ровного тона! Как

Подводные камни мультифункциональной косметики

Cosmopolitan
«Хищные птицы» с Марго Робби: рецензия «Хищные птицы» с Марго Робби: рецензия

Чем хороша и чем плоха феминистская экшен-комедия «Хищные птицы» с Марго Робби

Esquire
Колдовство онлайн Колдовство онлайн

В цифровой век меняется все, кроме человека

Огонёк
Илья Хржановский — о «Дау», интимности и этике Илья Хржановский — о «Дау», интимности и этике

Автором проекта «Дау» о фильмах, квантовой физике в искусстве и эмоциях

РБК
Тельцы ленивые, а Раки чувствительные: самая слабая сторона знаков зодиака Тельцы ленивые, а Раки чувствительные: самая слабая сторона знаков зодиака

Если ты в чем-то не сильна, не отчаивайся

Cosmopolitan
Вишневый сад Вишневый сад

Прима-балерина Мариинского театра показала AD свою петербургскую квартиру

AD
Без носков и негатива: что делать, если босс помешался на нетрадиционных учениях Без носков и негатива: что делать, если босс помешался на нетрадиционных учениях

Где грань между лояльностью к бренду и здравым смыслом

Forbes
Шеф как шелковый! Руководство по манипулированию своим начальником Шеф как шелковый! Руководство по манипулированию своим начальником

Как управлять боссом и влиять на свою зарплату

Maxim
Самые оборотистые Самые оборотистые

10 главных продавцов товаров и услуг в российском интернете

Forbes
Марго Робби: «Тишина меня оглушает, моя стихия – шум» Марго Робби: «Тишина меня оглушает, моя стихия – шум»

Она признанный талант, актриса с широким диапазоном

Psychologies
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

Отправляемся по «сладким» маршрутам

Лиза
Партнёрские роды Партнёрские роды

Партнёрские роды становятся все более популярными, что о них нужно знать?

Здоровье
«Мы системно боремся со здравым смыслом» «Мы системно боремся со здравым смыслом»

Михаил Лифшиц: почему он против солнечных электростанций, в чем ошибся Илон Маск

Эксперт
Как и зачем восстанавливать сломанные отношения Как и зачем восстанавливать сломанные отношения

Рассказываем, как восстанавливать отношения, не забывая о собственных интересах

РБК
Открыть в приложении