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 зайти в биос на ноутбуке HP? Как зайти в биос на ноутбуке HP?

Каждый уважающий себя пользователь должен уметь заходить в БИОС

CHIP
Почему мы боимся бросить курить? Почему мы боимся бросить курить?

Сложно ли отказаться от сигарет навсегда? Курильщики уверены, что да

Psychologies
10 провальных американских истребителей 10 провальных американских истребителей

Благодаря чему самолёт становится успешным?

Популярная механика
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Фактор Дурова vs фабрики троллей. Как соцсети влияют на протесты Фактор Дурова vs фабрики троллей. Как соцсети влияют на протесты

Роль соцсетей в протестах 2010-х годов была не столь однозначной

Forbes
Соловьев против Дудя. Заочная дуэль Соловьев против Дудя. Заочная дуэль

История заочных отношений Соловьева с Дудем берет начало в 2017 году

СНОБ
Зачекиниться на выставке: почему поколение Z ходит в музеи и разбирается в современном искусстве Зачекиниться на выставке: почему поколение Z ходит в музеи и разбирается в современном искусстве

Музеи снова стали местом притяжения интеллигенции всех возрастов и форматов

Forbes
Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ

СИЗ – что это за колпачки и почему их так любят электрики

CHIP
Нужно ли ждать «идеального» партнера? Нужно ли ждать «идеального» партнера?

Список требований к будущему спутнику жизни нескончаем

Psychologies
Эмодзи за дружбу. Почему подростки так любят Snapchat Эмодзи за дружбу. Почему подростки так любят Snapchat

Как устроен мессенджер Snapchat, который позволяет общаться и «дружить»

СНОБ
Шестое поколение Шестое поколение

За сетями 5G уже проступают контуры следующего поколения связи

Популярная механика
Плата за успех Плата за успех

Как не попасться на удочку мошенника?

Cosmopolitan
Как вкусно приготовить рульку свиную в духовке: 4 самых сочных рецепта Как вкусно приготовить рульку свиную в духовке: 4 самых сочных рецепта

Рецепты свиной рульки, запеченной в духовке, должны быть в копилке ценителя мяса

Playboy
Этот «Оскар» — исторический. И не только из-за «Паразитов». Разбираем итоги кинопремии Этот «Оскар» — исторический. И не только из-за «Паразитов». Разбираем итоги кинопремии

Триумф "Паразитов" и трогательная речь Хоакина Феникса на "Оскаре-2020"

Esquire
Обновлённый Lexus RX. Дайте поговорить с Алисой Обновлённый Lexus RX. Дайте поговорить с Алисой

Кроссовер от Lexus заметно посвежел и обновил функционал

4x4 Club
Тест-драйв Jaguar F-type. Эпоха политкорректности Тест-драйв Jaguar F-type. Эпоха политкорректности

Обновленные купе и родстер Jaguar F-type демонстрируют разный темперамент

РБК
Разделение сетей Разделение сетей

Forbes посчитал стоимость российских интернет-компаний и оценил продажи в Рунете

Forbes
Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми» Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми»

Актриса рассказала как совмещает карьеру и воспитание пятерых детей

Здоровье
Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ

Изменится ли ваша жизнь, если каждый день забывать телефон дома

GQ
Крепкий орешек Крепкий орешек

Наталья Давыдова — о досадных ошибках на пути к идеальным ягодицам

Vogue
«Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа «Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа

Рассказы четырех молодых писательниц

СНОБ
Калибрище: как немцы построили грозную и бестолковую пушку Калибрище: как немцы построили грозную и бестолковую пушку

"Дора" - впечатляющая царь-пушка на железнодорожном ходу невиданных размеров

Популярная механика
Археология в 2019 году: несколько интересных находок Археология в 2019 году: несколько интересных находок

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
«Я нахожусь в самом начале пути» «Я нахожусь в самом начале пути»

Почти два года назад Владимир Машков кардинально изменил свою жизнь

OK!
Каменная стена: 5 имен, которые носят самые надежные мужчины Каменная стена: 5 имен, которые носят самые надежные мужчины

Как зовут мужчин, за которыми можно спрятаться, как за каменной стеной

Cosmopolitan
Последний суд. Кто будет решать судьбу российского спорта Последний суд. Кто будет решать судьбу российского спорта

Об организации, от которой зависят олимпийские перспективы российских атлетов

Forbes
Когда возраст берет нас в заложники Когда возраст берет нас в заложники

Старение часто становится испытанием

Psychologies
«Папа теперь миллиардер» «Папа теперь миллиардер»

У Клима Шипенко сейчас время абсолютного триумфа

OK!
Как работает светозвуковое оружие Как работает светозвуковое оружие

Зло ничего не видит, зло ничего не слышит — и поэтому я защищен от него

Популярная механика
Открыть в приложении