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
Вдох-выдох Вдох-выдох

Как распознать плеврит?

Добрые советы
Почему все выключатели и автоматы включаются вверх, а отключаются вниз? Почему все выключатели и автоматы включаются вверх, а отключаются вниз?

Большинство выключателей света включают питание вверх, сделано это не просто так

CHIP
Лучше для мужчины нет: метаморфозы тактического жилета Лучше для мужчины нет: метаморфозы тактического жилета

История тактического жилета

Популярная механика
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
Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин

Подборка фильмов про маньяков для тех, кто любит пощекотать себе нервы

Playboy
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

Esquire
Вкус коньяка с ментолом: как заработать 50 млн рублей на зубной пасте со вкусом алкоголя Вкус коньяка с ментолом: как заработать 50 млн рублей на зубной пасте со вкусом алкоголя

Производитель зубных паст Klatz пошел против стандартных законов

Forbes
Обувь по размеру Обувь по размеру

Каким пикапам и внедорожникам пригодятся шины большого диаметра?

4x4 Club
«Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера «Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера

Зимой камеры часто ошибаются, но надеяться на слой грязи на номерах не стоит

РБК
Магический круг Магический круг

Как гармонично соединить в одном интерьере геометричные формы и сложные принты

AD
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
Потому что любим Потому что любим

Почему одних судьба балует, а другим каждый шаг по жизни дается с трудом?

Лиза
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
Как стать обладателем костюма Джеймса Бонда Как стать обладателем костюма Джеймса Бонда

Трейлер новой части бондианы «Не время умирать» набрал более 13 млн просмотров

GQ
Кемские волости. Зачем Конституции «территориальные» поправки? Кемские волости. Зачем Конституции «территориальные» поправки?

Продолжаем обсуждение предложенных Городом и Миром поправки в Конституцию

СНОБ
Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше» Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше»

Компании тоже умеют делать по-настоящему важные социальные проекты

Русский репортер
Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов

С помощью кардио можно увеличить выносливость и укрепить сердечную мышцу

CHIP
Нужно ли создавать культуру стартапа в крупной компании Нужно ли создавать культуру стартапа в крупной компании

Отрывок из книги Гэри Пизано о системном подходе к инновациям в крупных фирмах

СНОБ
Пищевые добавки с омега-3: как, зачем и кому их принимать Пищевые добавки с омега-3: как, зачем и кому их принимать

Так ли полезны пищевые добавки с омега-3, как мы думаем?

Psychologies
Короли драмы: почему личную жизнь нужно оставлять за порогом офиса Короли драмы: почему личную жизнь нужно оставлять за порогом офиса

Как вести себя руководству, если сотрудник переживает личную драму

Forbes
В России создали биоволокно для высвобождения лекарств В России создали биоволокно для высвобождения лекарств

Российские ученые доказали возможность совмещения двух несмешивающихся компонент

Популярная механика
Поля Полякова: «Полюбите себя. Я пришла к этому не сразу» Поля Полякова: «Полюбите себя. Я пришла к этому не сразу»

Актриса Поля Полякова делится своими секретами красоты

Худеем правильно
Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Намибия Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Намибия

Намибия является одной из наиболее посещаемых стран Чёрного континента

4x4 Club
Почему мы путаем право и лево Почему мы путаем право и лево

Право и лево легко спутать, особенно когда мы спешим или глубоко задумались

Psychologies
Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола

Что нужно для страйкбола, если ты захочешь попробовать поучаствовать

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

Мы — свидетели начала четвертого энергетического перехода

Forbes
Цвет и мозг: какие оттенки выбрать для счастливой жизни Цвет и мозг: какие оттенки выбрать для счастливой жизни

Цвет может влиять на самочувствие, настроение и желания человека

РБК
Как вывести алкоголь из организма: 8 лайфхаков, чтобы прийти в себя Как вывести алкоголь из организма: 8 лайфхаков, чтобы прийти в себя

Что предпринять, если утром ты чувствуешь себя паршиво после вчерашнего застолья

Playboy
Их союз выдержал испытание Их союз выдержал испытание

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

Psychologies
Открыть в приложении