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
Как часто нужно менять постельное белье — точно не раз в месяц Как часто нужно менять постельное белье — точно не раз в месяц

Как часто нужно менять постельное белье, чтобы оно оставалось безопасным?

Cosmopolitan
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
Уна Харт: Троллий пик Уна Харт: Троллий пик

Публикация первой главы книги Уны Харт «Троллий пик»

СНОБ
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
Выжить в пробках: три упражнения Выжить в пробках: три упражнения

Эти практики можно выполнять за рулем почти в любое время

Psychologies
Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно

Телеграм-каналы научились «двигать рынки» и влиять на стоимость акций

Forbes
5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь 5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь

Пора уже плюнуть на вредные стереотипы о сексе

Playboy
Дочери дракона Дочери дракона

«Длинношеие» женщины народа Падаунг из Мьянмы носят «ожерелье» из тяжелых колец

Вокруг света
7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов 7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов

Леонид Ольшанский о взятках и штрафах

Русский репортер
Поиск — наше будущее Поиск — наше будущее

Что показал XVI Балтийский научно-инженерный конкурс

Огонёк
Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК

Новая реальность лишила старый картель ОПЕК былого могущества

Forbes
Четыре жены-подростка и 12 детей: чего еще мы не знали о Чарли Чаплине Четыре жены-подростка и 12 детей: чего еще мы не знали о Чарли Чаплине

Чего же мы не знаем о комике Чарли Чаплине?

Cosmopolitan
Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна

Esquire разобрался в мыслях, вещах и музыкальных наследниках Курта Кобейна

Esquire
Пять раз отмерь Пять раз отмерь

Главные ошибки филантропов и основателей частных благотворительных фондов

Forbes
Что такое быстрый и медленный сон и как правильно спать? Что такое быстрый и медленный сон и как правильно спать?

Почему так важен крепкий продолжительный сон и как улучшить его качество

Cosmopolitan
Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой

В основе сюжета — реальные воспоминания Стеллы Нудольской о трудовом лагере

Esquire
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
«Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире «Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире

О грозных бомбах, являющихся самыми мощными на планете

Популярная механика
«Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски «Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски

Чем грозит миллиардеру заявление Минфина США?

Forbes
Обыкновенная история Обыкновенная история

Агрессия подростков – крайне неприятное, но закономерное и естественное явление

Лиза
Правила жизни Кирка Дугласа Правила жизни Кирка Дугласа

Актер, Нью-Йорк. Скончался 5 февраля 2020 в возрасте 103 лет

Esquire
О дивная новая Тилимилитрямдия! 6 проектов идеального государства О дивная новая Тилимилитрямдия! 6 проектов идеального государства

Плох тот философ, что не предложил своей модели идеального мира

Maxim
Февральская православная революция Февральская православная революция

620-тысячную страну-курорт заливает волна народных протестов

Русский репортер
«Бабки заплатили – привет»: Чубайс и Богуславский о том, как выращивать «единорогов», ковбоях от инвестиций и своих главных провалах «Бабки заплатили – привет»: Чубайс и Богуславский о том, как выращивать «единорогов», ковбоях от инвестиций и своих главных провалах

Может ли государство вырастить компанию-единорога?

Forbes
Брось нелюбимую! Брось нелюбимую!

Как решиться отказаться от стабильной работы с хорошей зарплатой

Лиза
Сезонное предложение Сезонное предложение

Зима – идеальное время для проведения пилингов

Лиза
«Слабые обречены, а сильных не сместишь» «Слабые обречены, а сильных не сместишь»

Историк Андрей Юрганов — о «революциях сверху» на примере опричнины

Огонёк
Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения

Как добившемуся успеха в бизнесе человеку расширить свое влияние

Forbes
Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee

Likee сделано для лиц старше 16 лет, оно известно как «TikTok для маленьких»

СНОБ
Открыть в приложении