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
10 фактов о Бобе Марли 10 фактов о Бобе Марли

Вспоминаем самые интересные эпизоды из биографии Боба Марли

GQ
На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
Вам пора всерьез задуматься (и позаботиться) о своих стопах Вам пора всерьез задуматься (и позаботиться) о своих стопах

Ключ к успеху находится у вас не в руках, а в ногах

GQ
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
Создан новый «детонирующий» ракетный двигатель Создан новый «детонирующий» ракетный двигатель

Математическая модель, которая описывает работу нового механизма запуска ракет

Популярная механика
«А может, ты сразу пойдешь?» Как при увольнении получить шесть окладов и не поссориться с руководством «А может, ты сразу пойдешь?» Как при увольнении получить шесть окладов и не поссориться с руководством

Как начать поиски новой работы и не испортить отношения с начальством?

Forbes
Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность

Рассказываем о плюсах и минусах пространств в формате оpen space

РБК
Злейший враг танка - быстролетящий лом: история военных разработок Злейший враг танка - быстролетящий лом: история военных разработок

Лучшим противотанковым боеприпасом остается быстролетящий лом

Популярная механика
Цветы нации Цветы нации

Эти юные девушки — чемпионки по фигурному катанию

Tatler
Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса

Самые злые, жестокие, мизантропические фильмы об ужасах в замкнутых местах

Forbes
10 самых глупых террористов современности 10 самых глупых террористов современности

С террористами иногда случаются совершенно идиотские истории

Maxim
Витамин D в помощь Витамин D в помощь

Витамин Д нужен не только детям, но и взрослым

Худеем правильно
«Обещай, что ты не сдашься»: Наталья о том, как пережила болезнь мужа «Обещай, что ты не сдашься»: Наталья о том, как пережила болезнь мужа

Сегодня, в День всех влюбленных, мы хотим рассказать историю любви

Cosmopolitan
Беззащитный класс: почему в США курильщиков перестали брать на работу Беззащитный класс: почему в США курильщиков перестали брать на работу

Американские компании все чаще отказывают в работе курильщикам

Forbes
Потому что любим Потому что любим

Почему одних судьба балует, а другим каждый шаг по жизни дается с трудом?

Лиза
Мужчины хотят секса, а женщины любви Мужчины хотят секса, а женщины любви

Любовь и секс противопоставлялись друг другу и считались опасными преградами

Psychologies
Стоит ли ожидать благодарности от внуков за денежные подарки? Стоит ли ожидать благодарности от внуков за денежные подарки?

Почему внуки не благодарят бабушек и дедушек за денежные подарки?

Psychologies
6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные) 6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные)

Ты зря недооценивал эти «запчасти»!

Playboy
Ошибки резидентов Ошибки резидентов

Почему голландский Spar лихорадит в России

Forbes
2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок 2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок

Выпускницы мехмата сделали приложение для борьбы с математической тревожностью

Forbes
Краткая история чопперов Краткая история чопперов

Знаешь, где у мотоцикла обезьянья вешалка? Слушай, значит, сюда

Maxim
«Соболезную вашей утрате»: можно ли найти правильные слова «Соболезную вашей утрате»: можно ли найти правильные слова

Можно ли найти правильные слова, чтобы посочувствовать и поддержать

Psychologies
«Неизбранные дороги» с Хавьером Бардемом и Эль Фаннинг — неуклюжая история, спасенная прекрасными актерами «Неизбранные дороги» с Хавьером Бардемом и Эль Фаннинг — неуклюжая история, спасенная прекрасными актерами

На Берлинском кинофестивале показали новый фильм Салли Поттер

Esquire
Фемида против Бахуса: всемирная история борьбы с алкоголем Фемида против Бахуса: всемирная история борьбы с алкоголем

Цивилизация боролась с алкоголем хитростью и законами, но спирт все пережил

Maxim
Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью

Как корпорация Apple перехватывает противозаконный контент

Forbes
Холод не помеха: как правильно бегать зимой Холод не помеха: как правильно бегать зимой

Мороз — не повод отменять беговую тренировку на улице

Популярная механика
Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе

Феномен чтения — многовековые сложные отношения книги и человека

Esquire
DD-964: настоящий корабль-призрак DD-964: настоящий корабль-призрак

Современный корабль-призрак — быстрый, вооруженный и очень опасный

Популярная механика
Смена вех Смена вех

Апартаменты, расположенные в переоборудованном корпусе бывшей табачной фабрики

SALON-Interior
Открыть в приложении