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
«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
Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Новые правила крутости Новые правила крутости

Статус-символы, по которым миллиардеров и аристократов отличают от обычных випов

Tatler
Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили

Китайский автопром — наглядная иллюстрация прогресса

Популярная механика
Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры

Дальнейшая карьера – болезненный вопрос для женщин-генеральных директоров

Forbes
Хозяйка замка Хозяйка замка

Марси Холтес открывает для публики французское шато с 250-летней историей

Robb Report
Близкие, которых мы выбираем Близкие, которых мы выбираем

Друзья-товарищи – опоры нашей жизни, в гораздо большей степени, чем мы сознаем

Psychologies
На первом свидании нужно быть честным На первом свидании нужно быть честным

Важно не скрывать своего интереса к потенциальному партнеру на первом свидании

Psychologies
Черная водолазка. Отрывок из книги Черная водолазка. Отрывок из книги

«Сноб» публикует первые главы сборника рассказов журналистки Полины Санаевой

СНОБ
Кто ближе к телу Кто ближе к телу

В команде президента Украины произошла первая важная замена

Огонёк
Казначеи накачали мускулы Казначеи накачали мускулы

Федеральное казначейство превратилось в крупного игрока с триллионами рублей

Эксперт
Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России

AliExpress изучил, какие предметы жители России заказывали чаще всего

Cosmopolitan
Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади

С чего началась и чем завершилась самая романтическая история прошлого века

Cosmopolitan
«На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны «На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны

Как основательнице Wildberries живется в статусе миллиардера

Forbes
Код независимости Код независимости

Александр Лукашенко пытается снизить влияние России на Белоруссию

Forbes
Что вам нужно знать о Евгении Хитькове – совладельце баров «На вина!» в Москве Что вам нужно знать о Евгении Хитькове – совладельце баров «На вина!» в Москве

«ОПГ Добрых Дел» Евгения Хитькова

GQ
Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса

Сколько зарабатывал Михаил Мишустин, когда он ушел на госслужбу

Forbes
Ухудшилось ли ваше отношение к Украине за последнее время? Вопрос дня Ухудшилось ли ваше отношение к Украине за последнее время? Вопрос дня

Украинские и российские социологи зафиксировали ухудшение отношений

СНОБ
Самооценка или самоценность — что выбираете? Самооценка или самоценность — что выбираете?

О том, что такое самоценность и в чем ее отличие от самооценки

Psychologies
Директор по наследию Vacheron Constantin — о собрании Les Cabinotiers Директор по наследию Vacheron Constantin — о собрании Les Cabinotiers

Кристиан Сельмони рассказал об услуге bespoke в моде и часовом деле

РБК
Не переступай черту Не переступай черту

Чтобы добиться семейной гармонии, важно установить в доме личные границы

Лиза
Портрет юродивой Ксении Петровой Портрет юродивой Ксении Петровой

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

Дилетант
Как создавали костюмы к «Ирландцу» Как создавали костюмы к «Ирландцу»

«Ирландец» Мартина Скорсезе — учебник истории мужской моды

GQ
Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737 Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737

Быть самым массовым самолетом в мире - непростая ноша

Популярная механика
Автомат без единого гвоздя Автомат без единого гвоздя

Чего не хватает фильму «Калашников»?

Огонёк
Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря

Начало романа норвежского писателя Мортенса Андреаса Стрекнесса

СНОБ
«Достигли точки перегиба»: что ждет Россию после проигранного суда с ЮКОСом на $50 млрд «Достигли точки перегиба»: что ждет Россию после проигранного суда с ЮКОСом на $50 млрд

Апелляционный суд в присудил экс-акционерам ЮКОСа $50 млрд компенсации от России

Forbes
Точки зрения: почему мы не видим себя такими, какие мы есть Точки зрения: почему мы не видим себя такими, какие мы есть

Мы ищем себя в отражении или в размышлениях о себе

Psychologies
Записки политолога Записки политолога

Мы рискуем опоздать с любыми мерами по спасению системы

Эксперт
Открыть в приложении