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 подключить компьютер к телевизору? Как подключить компьютер к телевизору?

Хотите посмотреть фильмы или запустить игру на большом экране?

CHIP
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Как стать бодипозитивной за 60 секунд (даже если ты против) Как стать бодипозитивной за 60 секунд (даже если ты против)

Как быстро и просто стать сторонником бодипозитива и зачем это нужно

Cosmopolitan
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Как правильно пожарить картошку: 4 божественных рецепта с румяной корочкой Как правильно пожарить картошку: 4 божественных рецепта с румяной корочкой

То, как правильно жарить картошку на сковороде, кажется делом нехитрым

Playboy
Одиночки не одиноки Одиночки не одиноки

Нам часто кажется, что те, у кого нет семьи, страдают от одиночества

Psychologies
Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни

Знаменитые мужчины, которым удалось обрести счастье после потери возлюбленных

Cosmopolitan
Сокрушение Колизея Сокрушение Колизея

Почему от падения старых стен сотрясается общество?

Огонёк
Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола

Что нужно для страйкбола, если ты захочешь попробовать поучаствовать

Playboy
«Мы просто озарили рынок»: как стать миллиардером с помощью доски объявлений «Мы просто озарили рынок»: как стать миллиардером с помощью доски объявлений

Сервис Zillow заработал за год $1,4 млрд без учета рекламных доходов

Forbes
Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти» Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти»

Мы — свидетели начала четвертого энергетического перехода

Forbes
7 случаев, когда русские политики матерились на публике 7 случаев, когда русские политики матерились на публике

Политики такие же люди, как и мы, и тоже могут сорваться и выругаться

Maxim
В натуральную величину В натуральную величину

Какая косметика считается натуральной и есть ли смысл ею пользоваться?

Лиза
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
Шагреневая кожа Шагреневая кожа

Как же худеть, чтобы не пострадала кожа

Худеем правильно
Горячий, бесплатный, чей? Горячий, бесплатный, чей?

Во что обойдутся бесплатные школьные обеды

Огонёк
Метро не только для русских Метро не только для русских

Как мигрант отсудил миллион у националиста

Русский репортер
Как экономить время? Как экономить время?

Даже в бешеном ритме жизни есть интересные способы на чём-то экономить время

Здоровье
«Мой сын вылитый Пиноккио» «Мой сын вылитый Пиноккио»

Среди премьер Берлинского кинофестиваля — «Пиноккио» Маттео Гарроне

Огонёк
Сергей Мироненко: 100 событий, которые изменили Россию Сергей Мироненко: 100 событий, которые изменили Россию

Отрывки из серии очерков о важных событиях в отечественной истории

СНОБ
Иван Сорокин: Три вируса, которые убивают личность уже несколько тысяч лет, или Как воспитать лидера Иван Сорокин: Три вируса, которые убивают личность уже несколько тысяч лет, или Как воспитать лидера

Как поставить правильную цель в воспитании ребенка

СНОБ
Середина в голову Середина в голову

Кризис среднего возраста может быть связан… с нашей биологией

Огонёк
Ярче Луны Ярче Луны

Если вы вдруг не узнали девушку на фото, рекомендуем набрать Lizzo в iTunes

Glamour
Диакон Александр Занемонец: Обратно под анафему никого не загонишь Диакон Александр Занемонец: Обратно под анафему никого не загонишь

О положении в православном мире после создания Православной церкви Украины

СНОБ
Портрет юродивой Ксении Петровой Портрет юродивой Ксении Петровой

О портрете Ксении Петровой (Ксении Петербургской) центра «Старая Деревня»

Дилетант
«Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов «Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов

Кого должна слушать женщина, решая, делать ли ей аборт или сохранять ребенка?

Psychologies
Центробанк отстал от жизни: почему он продолжает зажимать экономику вопреки своим заявлениям Центробанк отстал от жизни: почему он продолжает зажимать экономику вопреки своим заявлениям

Банк России снизил ставку до 6%, но это все еще слишком высокая ставка

Forbes
Прикрутим все: как выбрать надежный гайковерт Прикрутим все: как выбрать надежный гайковерт

Гид по выбору и рейтинг хороших гайковертов

CHIP
Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги

«Сноб» публикует «Песнь девятнадцатую» — главу, посвященную пыткам

СНОБ
Открыть в приложении