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
Брось нелюбимую! Брось нелюбимую!

Как решиться отказаться от стабильной работы с хорошей зарплатой

Лиза
Беспроводные колонки с мощным звучанием Беспроводные колонки с мощным звучанием

Тест 35 беспроводных колонок

CHIP
«Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер «Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер

Изменить некоторые черты характера можно, а иногда даже нужно

Psychologies
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
Супертаблетки внутри нас: почему миллиардеры тратят миллионы долларов на создание лекарств из бактерий кишечника Супертаблетки внутри нас: почему миллиардеры тратят миллионы долларов на создание лекарств из бактерий кишечника

Миллиардеры из Кремниевой долины вливают миллионы долларов в стартапы

Forbes
Эпоха восхождения Эпоха восхождения

Собираетесь покататься на горных лыжах? GRAZIA рассказывает, куда лучше поехать

Grazia
Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России

AliExpress изучил, какие предметы жители России заказывали чаще всего

Cosmopolitan
Това Мирвис: Женский клуб Това Мирвис: Женский клуб

Роман американской писательницы Товы Мирвис, который выйдет весной

СНОБ
Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee

Likee сделано для лиц старше 16 лет, оно известно как «TikTok для маленьких»

СНОБ
«Дети ворона» Юлии Яковлевой — книга для детей, которую нужно прочитать и взрослым «Дети ворона» Юлии Яковлевой — книга для детей, которую нужно прочитать и взрослым

Эпическая сага о детях, живущих в сталинские годы

Esquire
Застраховали: сколько стоит грудь Водонаевой и другие звездные части тела Застраховали: сколько стоит грудь Водонаевой и другие звездные части тела

Мода на страхование частей тела появилась в Голливуде в начале 80-х годов

Cosmopolitan
Роберт Патинссон: «Моя главная слабость – это пиво» Роберт Патинссон: «Моя главная слабость – это пиво»

Какие у Роберта Патинссона дальнейшие планы и легко ли ему было быть танцором

GQ
Царь-пушка Царь-пушка

По случаю выхода фильма «Калашников» мы решили разобрать Калашникова

Maxim
«Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret «Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret

Новые факты о культовом бренде, испытывающем большие проблемы

Forbes
Что стало основой для костюмов в «Маленьких женщинах» Что стало основой для костюмов в «Маленьких женщинах»

Новая экранизация романа Луизы Олкотт выкидывает сразу два козыря из рукава

GQ
Дело «Сети»* как зеркало, но не революции Дело «Сети»* как зеркало, но не революции

Почему за нереальные преступления дают нереальные сроки

Русский репортер
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
Русский Gucci из Instagram: как московский бренд зарабатывает десятки миллионов на обуви по индивидуальным меркам Русский Gucci из Instagram: как московский бренд зарабатывает десятки миллионов на обуви по индивидуальным меркам

Компания делает обувь, похожую на люксовые марки, но продает ее в 10 раз дешевле

Forbes
10 советов тем, кому невыносимо одиноко 10 советов тем, кому невыносимо одиноко

Одиночество не раз называли «болезнью XXI века»

Psychologies
Не только точка G: 8 видов женского оргазма и как их получить Не только точка G: 8 видов женского оргазма и как их получить

Лучший подарок себе - это научить свое тело и мозг получать удовольствие

Cosmopolitan
Сели на шею Сели на шею

Аккуратный отложной воротничок — ваш билет в счастливое детство

Vogue
Билли Айлиш: без взрослого дяди Билли Айлиш: без взрослого дяди

Что на самом деле объединяет подростков и буржуазный мир

Русский репортер
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
Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль

Никто не ожидал от микроавтобуса Peugeot Traveller такой прыти

4x4 Club
Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы

Как сделать депиляцию в домашних условиях с минимумом болезненных ощущений

Cosmopolitan
Пять самых больших пушек в истории Пять самых больших пушек в истории

По сравнению с некоторыми из этих пушек Царь-пушка покажется дамским пистолетом

Maxim
Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче

Юрий Квятковский о его планах на новой должности и традиционализме в цирке

СНОБ
Стратегией по нанометрам Стратегией по нанометрам

Михаил Мишустин утвердил Стратегию развития электронной промышленности

Эксперт
Как создатель Angry Birds планирует воспитать поколение гениев Как создатель Angry Birds планирует воспитать поколение гениев

Программа для детей, которая в буквальном смысле готовит их к полету в космос

РБК
Открыть в приложении