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
Вишневый сад Вишневый сад

Прима-балерина Мариинского театра показала AD свою петербургскую квартиру

AD
Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Испортить, чтобы улучшить: для чего автомобилю спойлер Испортить, чтобы улучшить: для чего автомобилю спойлер

Не все автомобилисты знают, для чего на самом деле нужен спойлер

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
Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм

Дело ЮКОСа столкнуло Россию на путь «суверенной демократии»

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

Рассказываем, как элементарно проверить работоспособность блока питания

CHIP
Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня

Рассказываем, как помочь себе самостоятельно в разгар рабочего дня

Популярная механика
Love is Love is

Мария Луговая и Сергей Лавыгин о своих чувствах и природе их семейного юмора

OK!
Ия Майбук: «Мы не настолько обеспечены, чтобы быть меценатами» Ия Майбук: «Мы не настолько обеспечены, чтобы быть меценатами»

Интернет-магазин прочитанных книг — это и благотворительная история, и бизнес

Русский репортер
Нездоровые отношения: как нарушаются связи с собственным телом Нездоровые отношения: как нарушаются связи с собственным телом

Как «починить» нарушенные отношения с собственным телом

Psychologies
Алишер Усманов оказался покупателем рукописи основателя олимпийского движения за $8,8 млн Алишер Усманов оказался покупателем рукописи основателя олимпийского движения за $8,8 млн

Российский миллиардер оказался покупателем рукописи манифеста Пьера де Кубертена

Forbes
Геймификация: как работу превратить в игру Геймификация: как работу превратить в игру

Учить, учиться и вдохновлять коллектив на новые свершения теперь принято играючи

Psychologies
Где все?! Живущий в Китае москвич — о том, что происходит в стране Где все?! Живущий в Китае москвич — о том, что происходит в стране

Писатель Вадим Чекунов несколько лет живет и работает в Китае

РБК

О плюсах и минусах нового сериала «Охотники» — кинокритик Андрей Загудаев

Esquire
Залог успеха Залог успеха

Дизайнер Екатерина Барашева оформила интерьер апартаментов с эффектными приёмами

SALON-Interior
Стендап и этика: можно ли комику Луи Си Кею шутить про насилие, а нам — смеяться Стендап и этика: можно ли комику Луи Си Кею шутить про насилие, а нам — смеяться

Как стендап может существовать в эпоху политкорректности и #MeToo

Forbes
Мария Аронова: «Я гость в кино» Мария Аронова: «Я гость в кино»

О новом сериале, второй части «Льда» и своем методе общения с неприятными людьми

Лиза
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
Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации

Кимо Джонсон мечтал стать музыкантом, но увлекся программированием

Forbes
Одна вокруг света. Как трижды проехать до иранской границы и обратно Одна вокруг света. Как трижды проехать до иранской границы и обратно

Ирина Сидоренко пробралась через заснеженный перевал и посетила крепость Баязет

Forbes
Водителей разделят на плохих и хороших Водителей разделят на плохих и хороших

Разбираем самые важные изменения в проекте нового КоАП

РБК
5 лучших фантастических романов о вирусах и эпидемиях 5 лучших фантастических романов о вирусах и эпидемиях

Яркие книги, в которых раскрывается тематика фантастических вирусов и эпидемий

Популярная механика
Ноам Хомский: Часы судного дня Ноам Хомский: Часы судного дня

Отрывок из книги Ноама Хомского «Кто правит миром?»

СНОБ
Системный администратор Системный администратор

Почему айтишники считают премьера Михаила Мишустина главным CIO страны

Forbes
Анна Плетнева: Анна Плетнева:

Анна Плетнева - о том, как она находит баланс между работой и личной жизнью

Cosmopolitan
Почему на тебе плохо сидит одежда и как это исправить — отвечает стилист Почему на тебе плохо сидит одежда и как это исправить — отвечает стилист

Как носить главные вещи весны-2020 девушкам с разным телосложением

Cosmopolitan
Как и зачем восстанавливать сломанные отношения Как и зачем восстанавливать сломанные отношения

Рассказываем, как восстанавливать отношения, не забывая о собственных интересах

РБК
«Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне «Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне

Ольга Брамли рассказала, почему она против английских школ-интернатов

РБК
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
Открыть в приложении