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
Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века

Жил-был обычный палач, который сначала стал суперзвездой, а затем изгоем

Maxim
Мозг, исцеляющий себя Мозг, исцеляющий себя

Реальные истории людей, которые победили болезни и преобразили свой мозг

kiozk originals
KIA Telluride. Неужели это обо мне?! KIA Telluride. Неужели это обо мне?!

KIA Telluride — оптимальный выбор для семьянина со стажем

4x4 Club
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
Отправляйтесь в Доху как можно скорее Отправляйтесь в Доху как можно скорее

Рассказываем, что посмотреть в столице Катара

GQ
Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами

Новые штрафы для автомобилистов в Госдуме назвали коммерческими

РБК
Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика

О том, как сделать дискуссию содержательной

Русский репортер
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
Уйти не заплатив: что может сделать Россия, чтобы избежать выплаты $50 млрд акционерам ЮКОСа Уйти не заплатив: что может сделать Россия, чтобы избежать выплаты $50 млрд акционерам ЮКОСа

О решении апелляционного суда в Гааге по иску акционеров ЮКОСа к России

Forbes
Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата

Помимо Джокера в фильмографии Хоакина Феникса есть и другие отличные роли

Cosmopolitan
Ваше идеальное тело: Программа лояльности Ваше идеальное тело: Программа лояльности

Цифра на весах — больше не показатель ваших успехов в спортзале

Glamour
Приставания на улице: хватит это терпеть! Приставания на улице: хватит это терпеть!

Что чувствуешь, когда незнакомый тебе мужчина вдруг начинает приставать к тебе?

Cosmopolitan
Немилый дом Немилый дом

Исповедь Ирины Живовой о домашнем насилии

Tatler
Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети

Ретейлеров, которые проигнорируют новый тренд, ждет судьба Kodak и Nokia

Forbes
Cекс-эрудит, колесо страсти и еще 28 самых горячих секс-игр Cекс-эрудит, колесо страсти и еще 28 самых горячих секс-игр

Секс — это весело!

Cosmopolitan
«ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle «ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle

«ПМ» не используют ни в одном подразделении ни одной силовой структуры мира

Популярная механика
Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях Гостинг, мостинг, касперинг: новые жестокие тренды в отношениях

Какие опасные тренды в отношениях появились сейчас

Psychologies
Тельцы ленивые, а Раки чувствительные: самая слабая сторона знаков зодиака Тельцы ленивые, а Раки чувствительные: самая слабая сторона знаков зодиака

Если ты в чем-то не сильна, не отчаивайся

Cosmopolitan
10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки 10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки

Прежде чем кричать, что ремейки — это свинство, сделай паузу и задумайся

Maxim
Почему водители дорогих автомобилей плюют на ПДД: отвечает наука Почему водители дорогих автомобилей плюют на ПДД: отвечает наука

Связан ли стиль вождения со стоимостью или статусом автомобиля

Популярная механика
Как пользоваться акриловой пудрой для укрепления ногтей Как пользоваться акриловой пудрой для укрепления ногтей

Тонкие поврежденные ногти быстро ломаются и не держат маникюр?

Cosmopolitan
Новая атака на земли князей Новая атака на земли князей

Как готовят проект об изменении территорий музея-усадьбы «Архангельское»

Русский репортер
Как экономить время? Как экономить время?

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

Здоровье
Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня

Три четверти соотечественников считают, что России требуется сильный лидер

СНОБ
Плохой прогноз для России. Почему цены на газ в Европе упали всерьез и надолго Плохой прогноз для России. Почему цены на газ в Европе упали всерьез и надолго

Сокращение Китаем импорта СПГ окажет давление на газовые котировки в Европе

Forbes
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

Отправляемся по «сладким» маршрутам

Лиза
Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие

Почему Константин так сильно отличается от своих преемников в комиксах

GQ
Почему вам нужно начать закаляться Почему вам нужно начать закаляться

Холодный душ и ледяные ванны сделают вас здоровее и счастливее

GQ
Женатые и одиночки: новый взгляд на стереотипы Женатые и одиночки: новый взгляд на стереотипы

Как же изменилось мнение общества о женатых и одиноких?

Psychologies
Открыть в приложении