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
Женщины XXI века: меняются и меняют Женщины XXI века: меняются и меняют

Что происходит с гендерными ролями в XXI веке?

Домашний Очаг
Снайперская винтовка: ликбез для чайников Снайперская винтовка: ликбез для чайников

Современное высокоточное оружие расширяет возможности профессионального снайпера

Популярная механика
Закатать в биобанку Закатать в биобанку

Кто и зачем в России собирает биологические материалы людей и животных

Русский репортер
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
Марина Малашенко: В обход HR, или Какими способами поиска работы вы еще не пользовались Марина Малашенко: В обход HR, или Какими способами поиска работы вы еще не пользовались

Какими приемами воспользоваться, чтобы привлечь к себе внимание нужной компании

СНОБ
«Как понять, что я нормальный?» «Как понять, что я нормальный?»

Что такое норма и где граница, за которой кто-то становится «ненормальным»?

Psychologies
Отряд Дамбл… Давора Отряд Дамбл… Давора

Как родители и дети решили отстоять директора школы

Русский репортер
Война войной: что входит в сухой паек армий мира Война войной: что входит в сухой паек армий мира

На голодный желудок мало чего сделаешь, не говоря уже о защите отечества

Популярная механика
12 артхаусных фильмов, которые можно смотреть, не засыпая 12 артхаусных фильмов, которые можно смотреть, не засыпая

Что стоит посмотреть, если приспичило приобщиться к высокому артхаусу?

Maxim
Усталость и отеки ног: причины и лучшие средства для лёгкой походки Усталость и отеки ног: причины и лучшие средства для лёгкой походки

Рассказываем, почему отекают ноги и как с этим бороться

Cosmopolitan
Иерархия обид для терпеливого народа. Почему нас заботят глупые скандалы Иерархия обид для терпеливого народа. Почему нас заботят глупые скандалы

Граждан России приучают возмущаться и обижаться на мелкие глупости

СНОБ
Хорошая девочка Лида Хорошая девочка Лида

Директор детского хосписа Лида Мониава и ее добрые дела

Tatler

Невероятные камбэки звезд, намеренных снова громко заявить о себе

Cosmopolitan
Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию

Дэн Хаузер, сооснователь и креативный директор Rockstar Games, покидает компанию

GQ
«Подлинная история банды Келли»: все хорошо, вот только даже главный герой не знает, зачем постоянно убивает «Подлинная история банды Келли»: все хорошо, вот только даже главный герой не знает, зачем постоянно убивает

К сожалению, режиссер Джастин Курзель не определился в своем отношении к герою

GQ
Какие украшения испортят твой образ: 7 женских ошибок и как их исправить Какие украшения испортят твой образ: 7 женских ошибок и как их исправить

Украшения, как специи, могут придать твоему образу особый оттенок

Cosmopolitan
Как IT-компания стоимостью $2 млрд готовится к IPO после того, как ее основателя обвинили в афере Как IT-компания стоимостью $2 млрд готовится к IPO после того, как ее основателя обвинили в афере

Разработчик шпионского софта стал одним из самых востребованных стартапов

Forbes
Как выбрать диагональ и разрешение монитора Как выбрать диагональ и разрешение монитора

Как выбрать хороший монитор, на котором не будут видны отдельные пиксели

CHIP
«Заговор» обреченных. Почему дело «Сети» — это новая норма «Заговор» обреченных. Почему дело «Сети» — это новая норма

Дело «Сети» вызвало возмущение у части общества

СНОБ
Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона

Современные телефоны — это основной инструмент медиаинфлюенсеров и фрилансеров

СНОБ
Грозовой реактор Грозовой реактор

Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизнь
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
Успение Богоматери Успение Богоматери

Много лет назад иконописец из Камышлова привёз икону «Успение Богоматери»

Дилетант
Модные журналисты — о присоединении Рафа Симонса к Prada Модные журналисты — о присоединении Рафа Симонса к Prada

Что модные журналисты думают о союзе Рафа Симонса и Prada и чего ждут от него

Esquire
Эпизод шестой: Шантаж и римский вопрос Эпизод шестой: Шантаж и римский вопрос

Папа ошибается с изданием Библии и шантажирует премьер-министра Италии

Esquire
«Джентльмены»: MAXIM рецензирует новый фильм Гая Ричи, который выглядит как старый фильм Гая Ричи «Джентльмены»: MAXIM рецензирует новый фильм Гая Ричи, который выглядит как старый фильм Гая Ричи

Новый киноопус Гая Ричи - отличное возвращение к истокам

Maxim
10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете 10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете

Рассказываем, кого следует искать с наибольшей осторожностью

РБК
Яркая смерть: как бренды зарабатывают на цвете и почему это плохо для планеты Яркая смерть: как бренды зарабатывают на цвете и почему это плохо для планеты

Одежда ярких цветов – один из способов нанести вред окружающей среде

GQ
5 лучших фантастических романов о вирусах и эпидемиях 5 лучших фантастических романов о вирусах и эпидемиях

Яркие книги, в которых раскрывается тематика фантастических вирусов и эпидемий

Популярная механика
Открыть в приложении