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
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

Esquire
Как взорвать прогресс: разрушительная история динамита Как взорвать прогресс: разрушительная история динамита

История по-настоящему революционной взрывчатки

Популярная механика
Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги

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

СНОБ
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Виталий Лехциер: Гейдельбергский человек Виталий Лехциер: Гейдельбергский человек

Новые тексты Виталия Лехциера — поэта и эссеиста

СНОБ
5 аксессуаров,  которые сделают твой гардероб более стильным 5 аксессуаров,  которые сделают твой гардероб более стильным

Какие аксессуары стоит покупать прямо сейчас, чтобы выглядеть круто и трендово?

Cosmopolitan
Со школьной скамьи: знаменитости, которые вышли замуж за свою первую любовь Со школьной скамьи: знаменитости, которые вышли замуж за свою первую любовь

Звездные пары, которые познакомились в школе и сохранили свое чувство до сих пор

Cosmopolitan
Нездоровые отношения: как нарушаются связи с собственным телом Нездоровые отношения: как нарушаются связи с собственным телом

Как «починить» нарушенные отношения с собственным телом

Psychologies
Как вирусы бактерий раскрывают секреты эволюции жизни на Земле Как вирусы бактерий раскрывают секреты эволюции жизни на Земле

Являются ли вирусы жизнью, или же неживой материей — дискуссионный

Популярная механика
Женский день Женский день

Восьмое марта — это не только и не столько подарки и цветы

Vogue
Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях

Какие опасные тренды в отношениях появились сейчас

Psychologies
Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет

Кому я нужен после 40?

Forbes
Курсы лепки Курсы лепки

Жир — это хорошо! Если находится в нужном месте

Собака.ru
Мать-Ежиха Мать-Ежиха

Отрывок из новой книги Дмитрия Быкова «Палоло, или как я путешествовал»

СНОБ
4 причины свайпнуть девушку в Тиндере влево (если ты понимаешь, о чем мы) 4 причины свайпнуть девушку в Тиндере влево (если ты понимаешь, о чем мы)

Наверное, стоит поискать кого-то другого.

Playboy
Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах

Мишустин перешел в бизнес с госслужбы и стал владельцем 25% в фондах UFG

Esquire
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
5 отличий весеннего гриппа 5 отличий весеннего гриппа

Мы привыкли, что эпидемия гриппа бушует зимой. но иногда он возвращается

Здоровье
Метро не только для русских Метро не только для русских

Как мигрант отсудил миллион у националиста

Русский репортер
Хорошая девочка Лида Хорошая девочка Лида

Директор детского хосписа Лида Мониава и ее добрые дела

Tatler
Тяжелый развод и страшный диагноз: звезды, похудевшие после серьезных потрясений Тяжелый развод и страшный диагноз: звезды, похудевшие после серьезных потрясений

Звезды, которым удалось сбросить вес после того, как судьба бросила им вызов

Cosmopolitan
«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
Александр Белькович: Надо искать вкус в простоте Александр Белькович: Надо искать вкус в простоте

Разговор с обаятельным и остроумным теле-поваром Александром Бельковичем

Добрые советы
Нужно ли ждать «идеального» партнера? Нужно ли ждать «идеального» партнера?

Список требований к будущему спутнику жизни нескончаем

Psychologies
Почему мужчины умирают раньше, чем женщины? Почему мужчины умирают раньше, чем женщины?

То, что мужчины живут меньше женщин, давно уже ни для кого не секрет.

Psychologies
Самые популярные гаджеты десятилетия Самые популярные гаджеты десятилетия

Какие гаджеты прошедшего десятилетия оказались самыми востребованными

CHIP
Что делать, если ребенок пишет медленно и с ошибками Что делать, если ребенок пишет медленно и с ошибками

Как понять, что вашему ребенку трудно освоить навык письма?

Psychologies
Сухой перекус Сухой перекус

Хочешь быстро утолить голод – съешь сухофрукт

Худеем правильно
Без году неделька Без году неделька

История про семь штук трусов и красивую женщину с синей бородой

Tatler
Открыть в приложении