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
Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа» Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа»

Первый фильм мегаломанского проекта «Дау» показали на Берлинском фестивале

РБК
Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале

Масон, заговорщик, бездарный полководец, «выезжавший» за счет чужих достижений?

Вокруг света
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
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Что не так с видеоповторами в футболе Что не так с видеоповторами в футболе

Почему видеоповторы стали головной болью фанатов, игроков и тренеров

GQ
Шагреневая кожа Шагреневая кожа

Как же худеть, чтобы не пострадала кожа

Худеем правильно
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
Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата

Помимо Джокера в фильмографии Хоакина Феникса есть и другие отличные роли

Cosmopolitan
Полдень в Париже Полдень в Париже

MAXIM всегда публикует то, что блокирует «Инстаграм». Знакомься: Вика Перушева

Maxim
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
Пять раз отмерь Пять раз отмерь

Главные ошибки филантропов и основателей частных благотворительных фондов

Forbes
Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”? Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”?

Пока этот динозавр не вымер, мы разобрались, как эта штука приходит в движение

Популярная механика
«После «Триггера» я ушел из театра»: актер Матвеев о том, как его изменил сериал, созданный на кейсах бизнес-коуча «После «Триггера» я ушел из театра»: актер Матвеев о том, как его изменил сериал, созданный на кейсах бизнес-коуча

В феврале «Первый канал» начал показывать сериал «Триггер»

Forbes
От чего зависит уровень вашего либидо От чего зависит уровень вашего либидо

У либидо есть два фронта – видимый и невидимый

GQ
Уроки польского Уроки польского

Еврейская история на улицах Кракова

Огонёк
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
Синяк – не пустяк Синяк – не пустяк

Почему гематомы появляются без видимых причин и когда нужно обратиться к врачу

Лиза
Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни

Знаменитые мужчины, которым удалось обрести счастье после потери возлюбленных

Cosmopolitan
Касторовое масло для волос — SOS-инструкция Касторовое масло для волос — SOS-инструкция

Касторовое масло — один из самых популярных ингредиентов для домашних масок

Cosmopolitan
5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь 5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь

Пора уже плюнуть на вредные стереотипы о сексе

Playboy
Как экономить время? Как экономить время?

Даже в бешеном ритме жизни есть интересные способы на чём-то экономить время

Здоровье
«Я нахожусь в самом начале пути» «Я нахожусь в самом начале пути»

Почти два года назад Владимир Машков кардинально изменил свою жизнь

OK!
Можно ли красить волосы при беременности — мнение врачей Можно ли красить волосы при беременности — мнение врачей

Существует негласное правило: делать окрашивание во время беременности нельзя

Cosmopolitan
Похищение, катастрофа и суицид: трагедии детей советских экстрасенсов Похищение, катастрофа и суицид: трагедии детей советских экстрасенсов

Как складываются отношения с партнерами и детьми, экстрасенсы не раскрывали

Cosmopolitan
Возможен ли счастливый брак, если нет общих интересов Возможен ли счастливый брак, если нет общих интересов

Можно ли создать счастливый союз, если нас не связывают общие интересы

Psychologies
10 правил планирования кухни - советы специалиста 10 правил планирования кухни - советы специалиста

Планирование кухни - дело непростое и весьма ответственное

Cosmopolitan
Почему диеты не работают, а люди годами ходят в спортзал и не меняются? Почему диеты не работают, а люди годами ходят в спортзал и не меняются?

Юлия Вихрева поделилась эффективной стратегией похудения

Cosmopolitan
4 главных страха, которые мешают вам жить на максимуме 4 главных страха, которые мешают вам жить на максимуме

В чем причина нашей пассивности, почему мы не можем сделать шаг к успеху?

Psychologies
Как приложения для знакомств мешают нам найти свою любовь Как приложения для знакомств мешают нам найти свою любовь

Приложения для знакомств заставляют нас уставать, врать и разочаровываться

Psychologies
Открыть в приложении