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
Рейтинг 3D-принтеров 2020: 6 лучших моделей для дома Рейтинг 3D-принтеров 2020: 6 лучших моделей для дома

3D-принтеры прочно закрепились на рынке домашних устройств

CHIP
Как собрать компьютер самому из комплектующих: пошаговая инструкция Как собрать компьютер самому из комплектующих: пошаговая инструкция

Со сборкой компьютера может справиться даже ребенок

CHIP
Неполноценность – это наша сила Неполноценность – это наша сила

Адлерианский подход помогает решать разные проблемы от депрессию до тревожность

Psychologies
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Как это было на самом деле: 10 историй из известных ужастиков Как это было на самом деле: 10 историй из известных ужастиков

Если знать, что за кадром стоит реальная история, становится еще страшнее

Популярная механика
Как выбрать велотренажер для дома: советы и особенности Как выбрать велотренажер для дома: советы и особенности

Поездки на велосипеде – хороший способ поддерживать себя в форме и сбросить вес

CHIP
«Кредиторы очень часто стреляют себе в ногу» «Кредиторы очень часто стреляют себе в ногу»

Денис Соловьев о том, чем опасно развитие экономики на основе заемного капитала

Эксперт
Eсть сигнал! Eсть сигнал!

Некоторые безобидные симптомы могут указывать на развитие серьезных заболеваний

Лиза
Не последние солдаты Не последние солдаты

Генерал-майор и правозащитник рассказывают о чеченском конфликте

Русский репортер
12 лучших фильмов про путешествия во времени 12 лучших фильмов про путешествия во времени

Список фильмов о путешествиях во времени

Maxim
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
Самый влюбчивый знак зодиака - кто он? Самый влюбчивый знак зодиака - кто он?

Читай наш рейтинг самых влюбчивых знаков!

Cosmopolitan
Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания

Телевидение в последнее время все чаще демонстрирует образцы высоких отношений

СНОБ
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Как устроен зенитный ракетно-пушечный комплекс «Тунгуска» Как устроен зенитный ракетно-пушечный комплекс «Тунгуска»

ЗРПК «Тунгуска» способен отбиться и от стройбатовца, и от боевых вертолетах

Maxim
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
P.S. Я себя люблю P.S. Я себя люблю

Носить то, что нравится, есть то, что любишь, быть собой — разве не это счастье

Вокруг света
Шестое поколение Шестое поколение

За сетями 5G уже проступают контуры следующего поколения связи

Популярная механика
«Кандидатура от безысходности»: кто будет управлять российским хоккеем «Кандидатура от безысходности»: кто будет управлять российским хоккеем

Новым президентом Континентальной хоккейной лиги стал Алексей Морозов

Forbes
Черная водолазка. Отрывок из книги Черная водолазка. Отрывок из книги

«Сноб» публикует первые главы сборника рассказов журналистки Полины Санаевой

СНОБ
Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса

Сколько зарабатывал Михаил Мишустин, когда он ушел на госслужбу

Forbes
«Мне интересно провоцировать зрителя» «Мне интересно провоцировать зрителя»

Максим Матвеев – о том, почему не нужно стыдиться ходить к психологу

OK!
Колдовство онлайн Колдовство онлайн

В цифровой век меняется все, кроме человека

Огонёк
Три признака большого бизнесмена: качества, которые объединяют успешных предпринимателей Три признака большого бизнесмена: качества, которые объединяют успешных предпринимателей

Какие качества помогут стать успешным предпринимателем

Forbes
Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века

Жил-был обычный палач, который сначала стал суперзвездой, а затем изгоем

Maxim
Ядерное дежавю: существует ли ракета с ядерным двигателем Ядерное дежавю: существует ли ракета с ядерным двигателем

Мир снова заговорил об атомном оружии и военных ядерных технологиях

Популярная механика
Почему на тебе плохо сидит одежда и как это исправить — отвечает стилист Почему на тебе плохо сидит одежда и как это исправить — отвечает стилист

Как носить главные вещи весны-2020 девушкам с разным телосложением

Cosmopolitan
Love is Love is

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

OK!
«Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям «Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям

Вера Брежнева стала амбассадором ювелирной компании Mercury

Forbes
Открыть в приложении