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
«Железные» леди 50+ «Железные» леди 50+

Эти героини доказывают: после 50 можно добиться серьезных результатов в спорте

Здоровье
Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy
Сальвадор Дали. Затворник Сальвадор Дали. Затворник

Иногда он закрывал глаза и шествовал по своему легендарному дворцу

Караван историй
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Что происходит с мозгом, когда ты переживаешь из-за денег: 5 опасных последствий Что происходит с мозгом, когда ты переживаешь из-за денег: 5 опасных последствий

Может, после этих новостей ты изменишь свое отношение к деньгам

Playboy
Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК

Новая реальность лишила старый картель ОПЕК былого могущества

Forbes
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
Ты кто? 9 причин, почему не стоит доверять своей памяти Ты кто? 9 причин, почему не стоит доверять своей памяти

Рассказываем о феноменах памяти

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
Винтаж, тирольские шляпы и военная форма: костюмы в «Кролике Джоджо» Винтаж, тирольские шляпы и военная форма: костюмы в «Кролике Джоджо»

С помощью костюмов художница показала мир и войну глазами ребёнка

GQ
Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти» Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти»

Мы — свидетели начала четвертого энергетического перехода

Forbes
Частицы Тунгусского метеорита начали искать в озёрах Частицы Тунгусского метеорита начали искать в озёрах

Возможно, элементы космического тела позволят восстановить сценарий катастрофы

Популярная механика
Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны

Талантливый инженер Роберт Маллет создал самую большую мортиру

Популярная механика
В поисках утраченной промоакции В поисках утраченной промоакции

Мы накопали в прошлом несколько хорошо забытых способов чему-нибудь научиться

Maxim
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
10 фактов о Бобе Марли 10 фактов о Бобе Марли

Вспоминаем самые интересные эпизоды из биографии Боба Марли

GQ
«Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах «Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах

В прокат вышел фильм Константина Буслова «Калашников» с Юрием Борисовым

Forbes
В России разработали наноматериалы для экспресс-ДНК-диагностики В России разработали наноматериалы для экспресс-ДНК-диагностики

«Умный» материал, который может быть использован для экспресс-ДНК-анализа

Популярная механика
Оказывается, стресс на работе может быть полезен: 7 доказательств Оказывается, стресс на работе может быть полезен: 7 доказательств

Список положительных качеств стресса на работе, о которых стоит подумать

Playboy
Февральская православная революция Февральская православная революция

620-тысячную страну-курорт заливает волна народных протестов

Русский репортер
Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира

Гид по лучшим новым городам для жизни вдали от шума мегаполисов

Forbes
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
«Жила-была бабушка нового формата» «Жила-была бабушка нового формата»

В 49 она создала бизнес, в 62 написала книгу, а через год переплыла Босфор

Psychologies
«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
Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах

Мишустин перешел в бизнес с госслужбы и стал владельцем 25% в фондах UFG

Esquire
Как правильно дышать во время физических упражнений, чтобы сжечь больше калорий Как правильно дышать во время физических упражнений, чтобы сжечь больше калорий

Как правильно дышать во время физических упражнений для максимального результата

Cosmopolitan
«Я все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины «Я все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины

Существует ли «мужское» и «женское» отношение к деньгам?

Forbes
Здоровье Здоровье

Теперь за все на этой странице отвечает невролог-эпилептолог Никита Жуков

Maxim
Разоблачены 5 лунных мифов Разоблачены 5 лунных мифов

Существует огромное количество мифов о Луне и о том, чем вызваны ее изменения

Популярная механика
Открыть в приложении