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 все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины «Я все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины

Существует ли «мужское» и «женское» отношение к деньгам?

Forbes
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Модные женские ремни — как выбрать и с чем носить в повседневном образе Модные женские ремни — как выбрать и с чем носить в повседневном образе

Небольшой аксессуар за считанные секунды меняет и дополняет образ

Cosmopolitan
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
Цветы нации Цветы нации

Эти юные девушки — чемпионки по фигурному катанию

Tatler
Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской

В пятом выпуске цикла про важные детские книги — повесть о плюшевом зайце

Esquire
«Какая-то другая Россия». Оставят ли россиян без «партии власти» «Какая-то другая Россия». Оставят ли россиян без «партии власти»

Что Путин породил, то и убьет

СНОБ
«Я всегда настоящая»: как зарабатывает самая сексуальная биатлонистка мира «Я всегда настоящая»: как зарабатывает самая сексуальная биатлонистка мира

Доротея Вирер успешно монетизирует спортивные победы и популярность в Instagram

Forbes
Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас

В наш век научная фантастика может показаться забытым жанром, но это не так

РБК
Не можешь найти работу? 5 важных советов, которые помогут не впасть в отчаяние Не можешь найти работу? 5 важных советов, которые помогут не впасть в отчаяние

Несколько ключевых шагов, которые помогут найти новую работу

Playboy
Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ

СИЗ – что это за колпачки и почему их так любят электрики

CHIP
Город будущего, погибший из-за атомной катастрофы Город будущего, погибший из-за атомной катастрофы

Один из перспективных советских городов должен был отмечать свое 50-летие

Популярная механика
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
Бои без правил Бои без правил

В чем причина вражды между мамой и женой одного и того же мужчины?

Добрые советы
«Последнее предательство США»: почему Путин бросил вызов Вашингтону «Последнее предательство США»: почему Путин бросил вызов Вашингтону

Отрывки из книги «Нерассказанная история США: новая глава 2012-2018»

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
Бал оптимистов. Когда закончится рост на российском рынке Бал оптимистов. Когда закончится рост на российском рынке

Российский рынок продолжает рост, игнорируя разнообразные поводы для коррекции

Forbes
Дело к войне? Эксперты о том, чем кончится обострение ситуации в Идлибе Дело к войне? Эксперты о том, чем кончится обострение ситуации в Идлибе

Чем грозит развитие конфликта в Идлибе, и о возможных выходах из ситуации

СНОБ
Из Дубая – на Марс Из Дубая – на Марс

Оригинальная российская технология конструкторов пробивает себе дорогу

Популярная механика
И сотворили женщины И сотворили женщины

Женщины, которые не словом, а делом доказали, что они — вовсе не слабый пол

AD
Джорджия Хантер: День, когда мы были счастливы. Отрывок из романа Джорджия Хантер: День, когда мы были счастливы. Отрывок из романа

Сюжет книги основан на реальных событиях. «Сноб» публикует первую главу

СНОБ
Партнёрские роды Партнёрские роды

Партнёрские роды становятся все более популярными, что о них нужно знать?

Здоровье
Стая товарищей Стая товарищей

Повесть о том, что значит быть собакой, и о том, что значит быть человеком

Наука и жизнь
Как составить самому себе эффективный план тренировок: 5 главных правил Как составить самому себе эффективный план тренировок: 5 главных правил

Такой подход к тренировкам увеличит шансы на заметный прогресс

Playboy
Простые вещи Простые вещи

Денис Шевченко к 30 годам прошел путь от челнока до владельца модного бренда

Forbes
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
Время женщин Время женщин

Мировой капитал, сосредоточенный в руках женщин, превысит мужской капитал

Robb Report
Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию

Дэн Хаузер, сооснователь и креативный директор Rockstar Games, покидает компанию

GQ
Сад художника Сад художника

Мы решили найти место, словно сошедшее с картин импрессиониста Клода Моне

Лиза
Открыть в приложении