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
Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка

Интервью с Антоном Беляевым, музыкантом и фронтменом группы Therr Maitz

Cosmopolitan
Элегантные «хрущевки»: библиотека дизайн-проектов от IKEA заинтересовала почти 3 млн россиян Элегантные «хрущевки»: библиотека дизайн-проектов от IKEA заинтересовала почти 3 млн россиян

Магазины-лабиринты IKEA теряют популярность, компании пришлось сменить курс

Forbes
Скандал с фейковым аккаунтом: разбили каршеринг под чужим именем Скандал с фейковым аккаунтом: разбили каршеринг под чужим именем

Водитель, которого обвиняет «Делимобиль», никогда не пользовался их сервисом

РБК
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
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
Не можешь найти работу? 5 важных советов, которые помогут не впасть в отчаяние Не можешь найти работу? 5 важных советов, которые помогут не впасть в отчаяние

Несколько ключевых шагов, которые помогут найти новую работу

Playboy
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
Чем штробить стены под проводку: выбираем инструмент Чем штробить стены под проводку: выбираем инструмент

Перед укладкой проводки в квартире традиционно приходится штробить стены

CHIP
Стиральная машина активаторного типа: чем она лучше автомата? Стиральная машина активаторного типа: чем она лучше автомата?

Чем активаторные стиралки действительно лучше современных автоматических машин.

CHIP
Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес

Каждый родитель желает своим детям счастливого детства и перспективного будущего

Psychologies
Все в дом Все в дом

Благотворительный фонд Владимира Потанина более 20 лет помогает Эрмитажу

Forbes
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
«Кандидатура от безысходности»: кто будет управлять российским хоккеем «Кандидатура от безысходности»: кто будет управлять российским хоккеем

Новым президентом Континентальной хоккейной лиги стал Алексей Морозов

Forbes
«Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне «Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне

Ольга Брамли рассказала, почему она против английских школ-интернатов

РБК
Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль

Никто не ожидал от микроавтобуса Peugeot Traveller такой прыти

4x4 Club
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
Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса

Как мы перешли к осознанной моде и нужно ли теперь отказываться от брендов

Forbes
Железная логика Железная логика

Почему у детей, которые питаются по всем правилам, все равно падает гемоглобин?

Добрые советы
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
Системный администратор Системный администратор

Почему айтишники считают премьера Михаила Мишустина главным CIO страны

Forbes
10 самых умных пород собак 10 самых умных пород собак

Некоторые породы собак традиционно считаются умнее других

Популярная механика
От ангельской красавицы до инопланетянки: что не так с Николь Кидман От ангельской красавицы до инопланетянки: что не так с Николь Кидман

Николь Кидман по-прежнему красива, но что-то в ней не то

Cosmopolitan
Как правильно ссориться Как правильно ссориться

Свод правил, благодаря которому ты сможешь уладить разногласия с девушкой

Maxim
Приговор из 1937 года: о чем говорит жестокость по делу «Сети» Приговор из 1937 года: о чем говорит жестокость по делу «Сети»

Приговор фигурантов дела «Сети» напоминает приговоры сталинских времен

Forbes
Анна Дубровская: «Справедливости в театре не существует» Анна Дубровская: «Справедливости в театре не существует»

После схода ледника и пропажи съемочной группы мне приснился Бодров...

Караван историй
Коворкинг над облаками: почему авиакомпании начали отказываться от баров в самолетах Коворкинг над облаками: почему авиакомпании начали отказываться от баров в самолетах

У авиакомпаний появился новый тренд: они отказываются от привычных баров

Forbes
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
Какой мультипекарь лучше выбрать: оптимальные модели для дома Какой мультипекарь лучше выбрать: оптимальные модели для дома

Чем отличаются мультипекари и на что обращать внимание при покупке

CHIP
Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года

Готовься найти новый любимый сериал

Playboy
Открыть в приложении