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
Марион Котийяр, актриса Марион Котийяр, актриса

Что скрывается за шармом актрисы Марион Котийяр

Худеем правильно
«Дурная кровь» Джона Каррейру: книга о знаменитом стартапе Theranos «Дурная кровь» Джона Каррейру: книга о знаменитом стартапе Theranos

В своей новой книге Джон Каррейру собрал серию расследований о Theranos

Esquire
«Я рисковый человек: лечу на край света без оглядки!» «Я рисковый человек: лечу на край света без оглядки!»

Актриса Наталья Рудова дебютирует в роли телеведущей реалити «Место под солнцем»

OK!
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Самые дорогие породы собак в мире — от азавака до тибетского мастифа Самые дорогие породы собак в мире — от азавака до тибетского мастифа

Какую собаку ты бы себе выбрал?

Playboy
«Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно «Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно

Израильская писательница №1 об антисемитизме, косых взглядах и любви к детям

Forbes
Полет нормальный Полет нормальный

Все, чем живет мировой балет, можно будет увидеть этой весной в Москве

Vogue
Тревожный звоночек Тревожный звоночек

Поведение ребенка часто выдает проблемы, которые его беспокоят

Лиза
P.S. Я себя люблю P.S. Я себя люблю

Носить то, что нравится, есть то, что любишь, быть собой — разве не это счастье

Вокруг света
Что не так с фильмом «Скандал» Что не так с фильмом «Скандал»

Видимо, иногда лучше не снимать кино вовсе, чем осторожничать до последнего

GQ
Любопытство, риск и $3 млн: что значит быть богатым человеком в России сейчас Любопытство, риск и $3 млн: что значит быть богатым человеком в России сейчас

Главное — извлечь из богатства максимальную пользу для себя и своей семьи

Forbes
5 вопросов, который каждый мужчина должен задать врачу, когда ему исполнится 30 5 вопросов, который каждый мужчина должен задать врачу, когда ему исполнится 30

Пора уже взять свое здоровье в свои руки

Playboy
Цифровая независимость Цифровая независимость

Диджитал-детокс необходим не меньше, чем избавление от токсинов в клинике

Robb Report
«Я танцевала с Фиделем Кастро». Жители пансионата ветеранов труда о своей жизни «Я танцевала с Фиделем Кастро». Жители пансионата ветеранов труда о своей жизни

Жизнь в доме престарелых многим представляется унылой и скучной, но это не так

СНОБ
Их союз выдержал испытание Их союз выдержал испытание

Мы можем дружить годами и семьями, а потом происходит что-то и связь обрывается

Psychologies
Мария Аронова: «Я гость в кино» Мария Аронова: «Я гость в кино»

О новом сериале, второй части «Льда» и своем методе общения с неприятными людьми

Лиза
Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа

Она написала красивую сказку об идеальном мужчине

Cosmopolitan
#пронауку: 8 пугающих опытов над собственным телом #пронауку: 8 пугающих опытов над собственным телом

Некоторые ставят над собой по-настоящему экстремальные опыты

РБК
Грозный-2000: не город-герой Грозный-2000: не город-герой

20-летие штурма: реконструкция и новые свидетельства

Русский репортер
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
Как научиться быстро печатать на клавиатуре: правильная методика и эффективные тренажеры Как научиться быстро печатать на клавиатуре: правильная методика и эффективные тренажеры

Быстрая печать - необходимый навык в современном мире

CHIP
Дневники Берлинале-2020: Джонни Депп борется с экологическими преступниками, а итальянский художник страдает Дневники Берлинале-2020: Джонни Депп борется с экологическими преступниками, а итальянский художник страдает

Пролетели первые дни с начала Берлинского кинофестиваля

Forbes
Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками? Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками?

Ни в коем случае нельзя касаться галогеновой лампы руками. Что может произойти?

CHIP

Наша героиня: как хобби спасло ее от депрессии и помогло обрести форму мечты

Cosmopolitan
В активном «Поиске»: чудо в Лесосибирске В активном «Поиске»: чудо в Лесосибирске

Как построить в глубинке то, чего там по всем законам вообще не может быть

Русский репортер
Хитрые военные тактики: 9 исторических примеров Хитрые военные тактики: 9 исторических примеров

История — это не набор дат и фамилий, а в первую очередь опыт

Популярная механика
Гений некролога Гений некролога

Специально для «Сноба» писатель и журналист Алексей Беляков написал рассказ

СНОБ
Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность

Многие женщины хотели бы получать больше удовольствия от проникающего секса

Cosmopolitan
Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес

Как и когда правильно взвешиваться, чтобы определить точный вес до грамма

Cosmopolitan
Открыть в приложении