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
«Я нахожусь в самом начале пути» «Я нахожусь в самом начале пути»

Почти два года назад Владимир Машков кардинально изменил свою жизнь

OK!
Разбор Fakecheck: влияет ли «Плюс» на цены в такси «Яндекса» и откуда берётся кэшбек Разбор Fakecheck: влияет ли «Плюс» на цены в такси «Яндекса» и откуда берётся кэшбек

Как работает Яндекс.Плюс относительно такси, разбираются журналисты

VC.RU
Вкусные водоросли, счастливые коровы и супермясорубки. Обсуждение фильма «2040: Будущее ждет» Вкусные водоросли, счастливые коровы и супермясорубки. Обсуждение фильма «2040: Будущее ждет»

Как может выглядеть наш мир, если мы будем развивать уже существующие технологии

СНОБ
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
Как включить блок питания без компьютера? Как включить блок питания без компьютера?

Рассказываем, как элементарно проверить работоспособность блока питания

CHIP
Модные журналисты — о присоединении Рафа Симонса к Prada Модные журналисты — о присоединении Рафа Симонса к Prada

Что модные журналисты думают о союзе Рафа Симонса и Prada и чего ждут от него

Esquire
Почувствовать чужую боль как свою Почувствовать чужую боль как свою

Откуда возникает ощущение, будто мы испытываем боль другого человека?

Psychologies
Все под контролем! Все под контролем!

Мужчин так трудно убедить сходить к врачу, даже если их что-то беспокоит

Лиза
Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток

Приготовься, сейчас мы расскажем, как пить бренди правильно

Playboy
Грозный-2000: не город-герой Грозный-2000: не город-герой

20-летие штурма: реконструкция и новые свидетельства

Русский репортер
Женщины предпочитают бородатых? Женщины предпочитают бородатых?

Почему девушек так привлекают бородатые мужчины?

Psychologies
Атипичный кризис и его последствия. Получится ли у России «отсидеться в окопе» Атипичный кризис и его последствия. Получится ли у России «отсидеться в окопе»

Максимум, на что может надеяться — упасть чуть менее больно, чем остальные

СНОБ
«Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: пять самых дорогих картин из коллекции Дмитрия Рыболовлева «Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: пять самых дорогих картин из коллекции Дмитрия Рыболовлева

Тина Канделаки расскажет о самых ценных картинах из собрания Дмитрия Рыболовлева

Forbes
Кивать, воровать и молиться: легко ли выходцу из России начать свой бизнес на Сицилии Кивать, воровать и молиться: легко ли выходцу из России начать свой бизнес на Сицилии

Некоторые особенности сицилийской национальной бюрократии

Forbes
Фура в небе: самый большой самолет в мире Фура в небе: самый большой самолет в мире

Постройка крупных пассажирских авиалайнеров сегодня задачка не из легких

Популярная механика
Да, это Гон. Хроника побега экс-главы Renault-Nissan-Mitsubishi Да, это Гон. Хроника побега экс-главы Renault-Nissan-Mitsubishi

Пенсия 765 тыс. евро и другие подробности о самом громком побеге в 2020-м

РБК
Голоса в голове Голоса в голове

Из каких субличностей состоит человеческое «Я»?

Psychologies
Черная Мамба, выдающийся баскетболист, суперзвезда: каким мир запомнит Коби Брайанта Черная Мамба, выдающийся баскетболист, суперзвезда: каким мир запомнит Коби Брайанта

Коби Брайант — легенда баскетбола и человек с большой буквы

Esquire
8 красивых и странных подземных городов 8 красивых и странных подземных городов

Подземные города мира, открытые для посещения

Maxim
Невидимый часовой: как определить и укрепить личные границы Невидимый часовой: как определить и укрепить личные границы

Где проходят личные границы и почему их регулярно нарушают?

Psychologies
Смарт-тонус: как быстро зарядить телефон или планшет Смарт-тонус: как быстро зарядить телефон или планшет

Простые советы, как быстро зарядить телефон или планшет на базе Android или iOS

Cosmopolitan
«Выбирают, кто меньше пил»: как накажут, если передал каршеринг другому «Выбирают, кто меньше пил»: как накажут, если передал каршеринг другому

Какие штрафы операторы каршеринга накладывают за передачу управления

РБК
5 великих вещей, придуманных во сне 5 великих вещей, придуманных во сне

Про сон Менделеева ты уже знаешь, а вот про эти сновидения — нет

Maxim
Почему могут перестать летать российские ракеты? Правда об инвестициях в Россию, которая не прозвучала в Давосе Почему могут перестать летать российские ракеты? Правда об инвестициях в Россию, которая не прозвучала в Давосе

Какая проблема российских властей мешает привлекать иностранные инвестиции

Forbes
Защищаем технику от перепадов напряжения: выбираем реле контроля Защищаем технику от перепадов напряжения: выбираем реле контроля

Какими бывают РКН и как правильно рассчитать, какое реле вам подойдет

CHIP
Романтика и страсть есть Романтика и страсть есть

Какой должна быть любовь в новом, нетоксичном мире?

Домашний Очаг
Поправки Путина погоду не меняют Поправки Путина погоду не меняют

Есть ли реальный смысл в изменении Конституции

Русский репортер
Спящие луковицы: как ускорить рост волос на голове Спящие луковицы: как ускорить рост волос на голове

Топ полезных рекомендаций для активизации роста волос

Cosmopolitan
Как научиться подтягиваться на турнике: эффективная программа для начинающих Как научиться подтягиваться на турнике: эффективная программа для начинающих

Самое время научиться подтягиваться на турнике, если ты до сих пор не умеешь

Playboy
Открыть в приложении